บทท 15ฟสกสอะตอม

การศกษาเรองราวเกยวกบโครงสรางอะตอม เปนการคาดคะเนหรอสนนษฐาน โดยอาศยขอมลทไดจากการทดลองมาเปนแนวทางในการสรางแบบจำาลองของอะตอม เพอนำาแบบจำาลองทคดขนนไปอธบายเรองราวเกยวกบอะตอม

15.1 โครงสรางสสารจากการสงเกตสงตางๆ รอบตวจะพบวา มคณสมบตแตกตาง

กนไป ไมวาจะเปน สถานะ ส สมบตทางเคม จากความแตกตางดงกลาว ไดมนกวทยาศาสตรหลายทานพยายามหาคำาตอบวาเนองจากอะไร

เมอประมาณ พ.ศ. 93 ลซพพส นกปราชญชาวกรกไดเสนอแนวความคดวา ถาระยะทางหรอมวลสารเปนสงทแบงไปไดจำากด เมอแบงตอไปๆ จะไดหนวยทเลกทสดทมองไมเหนเรยกวา อะตอม“ ”

ดโมเครตส (พ.ศ.83-173) นกปราชญชาวกรก ไดขยายแนวความคดเกยวกบโครงสรางของลซพส ออกไปอก และยงเสนอแนวความคดเกยวกบโครงสรางของสสาร โดยกลาววา เมอนำาวตถชนหนงมาแบงยอยๆ เปนชนเลกๆ จนในทสดแบงแยกไมไดอกตอไป เรยกหนวยทเลกทสดวา อะตอม “ ” โดยกลาววา

1.อะตอมของสสารทกชนด จะมเนอของอะตอมเหมอนกน2.แมวาอะตอมของสสารแตละชนดจะมเนอเหมอนกน

แตมขนาด รปราง และการจดเรยงตวทแตกตางกน มผลทำาใหเกดสสารตางชนดกน

3.ระหวางอะตอมเปนทวาง อะตอมสามารถเคลอนทไปมาระหวางทวางนได

1

1

ในเวลาใกลเคยงกนมอกแนวคดหนง เสนอโดยเอมเพโดคลส (ประมาณพ.ศ. 53-113) ซงกลาวสรรพสงในธรรมชาตประกอบดวยสารมลฐานสชนดคอ ดน นำา ลม ไฟ ในอตราสวนตางๆกน และเปนสงทมอยอยางตอเนองไมเปลยนแปลง แนวความคดนเปนทยอมรบของอรสโตเตล (ประมาณ พ.ศ. 159-221) ซงเปนนกปราชญชาวกรก โดยอรสโตเตลกลาววา

1.สสารทกชนดมเนอตอเนองกนไปโดยไมมชองวางในเนอสาร2.สสารทกชนดสามารถแบงเปนชนเลกเทาใดกไมจำากด3.ทกสรรพสงประกอบดวยมลฐาน 4 อยาง คอ ดน นำา

ลม ไฟ โดยสารทกชนดจะมองคประกอบมลฐานนเหมอนกนแตในอตราสวนทแตกตางกนไป สสารชนดหนงเปลยนไปเปนสสารอกชนดหนงได ถาเปลยนองคประกอบมลฐานทงสน

จากความคดของอรสโตเตลน ไดมผพยายามเปลยนสสาร โดยการเปลยนแปลงอตราสวนขององคประกอบพนฐานทงส จดประสงคหลกคอการเปลยนโลหะราคาถกใหเปนโลหะราคาแพง เชนการเปลยนตะกวหรอเหลกใหเปนทองคำา แตไมมผใดทำาได เราเรยกวาชวงเวลานวายค เลนแรแปรธาต“ ” แตผลจากความเขาใจนทำาใหเกดความรทางเคมขนและคนพบสสารมากมาย เชน แอลกอฮอล กรดและเกลอของธาตหลายชนด นอกจากนยงไดประดษฐเครองมอทางเคมขนหลายแบบ ซงบางแบบยงใชจนถงปจจบน

จะเหนวาแนวความคดเกยวกบอะตอมในสมยนนมมาก ซงลวนไดมาจากการจนตนาการ แตไมมแนวคดใดทยอมรบกนวาถกตองทสด และถกเถยงกนเพอหาแบบจำาลองทถกตองจนเวลาผานไปประมาณ เกอบสองพนป

ในศตวรรษท 17 การศกษาและโครงสรางของอะตอมของสาร อยในรปการทดลองมากกวาอยในจนตนาการดงเชนแตกอน

2

2

เชน นกวทยาศาสตรชอ ทอรเชอร (Torricelli) สามารถประดษฐเครองสบอากาศ ซงสามารถสบอากาศออกจากหลอดแกวจนเกอบหมด แสดงใหเหนจรงวาสญญากาศหรอสภาพวางเปลามจรง ประกอบกบการทดลองของกาลเลโอและทฤษฎกลศาสตรของนวตนแสดงใหเหนวา คำาสอนของอรสโตเตลหลายตอนไมจรง ทำาใหความเชอถอตอแนวคดและคำาสอนอรสโตเตลเสอมลง ตอมา นกวทยาศาสตรชอ โรเบรต บอยว (Robert Boyle) คนพบกฏของกาซ ซงกลาววา ทอณหภมคงท ความดนของกาซคณกบปรมาตร“ของกาซมคาคงท โดย” กฎนไดจากสมมตฐานทวา กาซจะประกอบดวยอนภาคเลกๆ ทวงดวยอตราเรวสง จากนนไมนาน นวทยาศาสตรชอ เบอนร (Bernouli) อาศยกฎการเคลอนทของนวตน สามารถพสจนกฎของบอยลโดยไมตองทำาการทดลอง แสดงใหเหนวาสมมตฐานทวากาซประกอบดวยมวลเลก (ซงตอมาเรยกวา โมเลกล)นนเปนจรง นเปนการพสจนครงแรกวา แนวความคดเรองอะตอมเปนจรง ดวยเหตนบอยลจงเสนอความคดวา สารปร“ะกอบทางเคมเกดจากการรวมตวระหวางอนภาคของสารตงแตสองชนดขนไปมารวมกน”

ในศตวรรษตอมา ความรทางเคมไดพฒนาขนมากมาย จนสามารถอธบายคำาบางคำาไดเชน ธาตและสารประกอบ โดยมคำาอธบายวา ธาตคอสารบรสทธ และสารประกอบเกดจากธาตตงแตสองชนดมารวมกนนอกจากนยงมนกเคมหลายทานไดใหแนวความคด จนตงเปนกฎและทฤษฎจนเปนทยอมรบจนถงปจจบน เชน ลาววซเอ นกเคมชาวฝรงเศสไดเสนอ กฎทรงมวลสาร ซงกลาววา ในปฏกรยา“ใดๆ มวลสารรวมกอนและหลงปฏกรยาใดๆยอมมคาเทากน ” และในปลายศตวรรษท 18 ไดคนพบกฎสดสวนคงทซงกลาววา สสาร“เกดจากการรวมตวกนของธาตดวยสดสวนคงท”

จากความรตางๆ ดงกลาวมาน เปนพนฐานให จอนห ดาลตน (John Dalton) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ ไดตงทฤษฎอะตอมหรอ

3

3

แบบจำาลองขนเปนคนแรกในป พ.ศ 2351 ทฤษฎนเรยกวา “ทฤษฎอะตอมของดาลตน ” มใจความวา

1.สสารยอมประกอบดวยอนภาคขนาดเลก เรยกวา อะตอม “ ” (Atom) ซงจะแบงยอยโดยวธการใดๆ ใหเลกลงไปอก

กวานอกไมไดแลว2.อะตอมของธาตเดยวกนยอมมคณสมบตทางเคมและ

ฟสกสเหมอนกนทกประการ และทกอะตอมของธาตเดยวกนยอมมนำาหนกเทากนดวย

3.อะตอมของธาตตางชนดกน จะมคณสมบตทางเคม ฟสกส และนำาหนกตางกน

4.อะตอมชนดหนงจะเปลยนไปเปนอะตอมชนดอนไมได แตอะตอมของธาตหนงๆ อาจรวมกบอะตอมของธาตอนได ในสดสวนทคงตว เปนเลขลงตวนอยๆ

นอกจากน ดาลตนยงไดแสดงสญญาลกษณอะตอมของธาตบางชนด และแสดงการรวมกนระหวางอะตอมของธาตตางๆ เปนสารประกอบ ดงรป 15.1

รป 15.1 แสดงลญลกษณอะตอมของดาลตน

ออกซเจน ไนโตรเจน

กำามะถน คารบอนกรดซลฟรค

4

4

นกวทยาศาสตรในสมยนนไดทดสอบทฤษฎอะตอมของดาลตน พบวามขอบกพรองหลายประการเชนไมสามารถนำาไปใชอธบายหรอขจดขอสงสยบางประการได ดงสรปตอไปน

1. ทำาไมธาตหนงๆ จงไมทำาปฏกรยากบธาตทกชนด แตจะทำาปฏกรยาเฉพาะบางธาตเทานน และทำาไมธาตตางชนดกน จงมความวองไวในการทำาปฏกรยาตางกน

2. ทำาไมอะตอมของธาตชนดตาง จงมมวลตางกน3. การเกดสารประกอบนน อะตอมของธาตทำาปฏกรยากน

อยางไร และมสงใดยดเหนยวใหอะตอมเกาะกนได4. ทำาไมไฮโดรเจน 1 อะตอมจงทำาปฏกรยากบคลอรนเพยง 1

อะตอม เกดเปน แตออกซเจน 1 อะตอม ตองใชไฮโดรเจน ถง 2 อะตอม จงจะเกดเปนนำา เปนตน

5. อะตอมในสารประกอบอยกนไดอยางไรตอมายงพบความจรงหลายอยาง ทไมเปนไปตามทฤษฎอะตอม

ของดาลตน อาท อะตอมของธาตหนง สามารถทำาใหสลายกลายเปนอะตอมของธาตอกชนดหนงได โดยอาศยวธการทางนวเคลยรและอะตอมของธาตชนดเดยวกนไมจำาเปนตองมคณสมบตเหมอนกน

เราจะสงเกตเหนความตางและความเหมอนของแบบจำาลองอะตอม ของนกปราชญแตละคน ดงน

1. แนวความคดของดโมเครตส และดาลตน เหมอนกนตรงทวา อะตอมเปนสงท เลกทสดแบงแยกไมได (ซงในปจจบนพบวาไมถกตอง)

2. แนวคดของดโมเครตส ตางจากดาลตนตรงทวา ดโมเครตสกลาววาอะตอมของสารทกชนดจะเหมอนกนทกประการ แตดาลตนกลาววาธาตชนดเดยวกนอะตอมเหมอนกน แตธาตตางชนดกนอะตอมจะตางกน

5

5

3. ทฤษฎอะตอมของดโมเครตสเปนผลจากจนตนาการ แตของดาลตนเปนผลมาจากการทดลองซงสรปมาไดจากการทดลองจรงๆ

แนวคดเกยวกบอะตอมของนกปราชญสมยโบราณนน แมจะไมมแนวคดใดทถกตอง แตแนวคดทงหมดเปนพนฐานสำาคญของการศกษาอะตอมตอมาจนถงปจจบน

คำาถามเสรมความเขาใจ1. ใครเปนคนแรกทเสนอทฤษฎอะตอมเปนคนแรก ทฤษฎ

นนมเนอหาอยางไร2. ทฤษฎอะตอมของดาลตนและดโมเครตส ตางกน และ

เหมอนกน อยางไร

15.2 การคนพบอเลกตรอนป พ.ศ. พ.ศ. 2398 นกวทยาศาสตรสามารถประดษฐ

เคร องสบอากาศสำาเรจ เมอใชสบอากาศออกจากหลอดแกวจนเหลอประมาณ 0.01 % ของความดนอากาศ และตอศกยไฟฟาสงๆ เทากบขวของหลอด ( ภายในหลอดมความดนตำา ) จะปรากฏแสงเขยวเรองจางๆ บรเวณผนงหลอด ดงรป 15.2 แตสรปไมไดวา แสงเขยวเรอนนมากจากทใด

รป 15.2 แสดงอปกรณคนพบรงสแคโทด ปตอมา ครกส ไดงอหลอด พบวาแสงเขยวจะเกดมากทผนงหลอดตรงขามกบขวลบ(แคโทด) จงสรปไดวา แสงดงกลาวออก

6

6

จากขวแคโทด เรยกแสงนวา รงสแคโทด ครกสไดศกษาสมบต“ ”ของรงสแคโทดจนพบวา รงสแคโทเดนทางเปนเสนตรงและไมเบยงเบนในสนามแมเหลกและสนามไฟฟา ดงรป 15.3

รป 10.3 แสดงหลอดความดนตำาทดดงอ ในป พ.ศ. 2440 ทอมสน ( J.J. Thomson) ชาวองกฤษ

ทดลองและสรปวา รงสแคโทดเปนลำาอนภาคทมประจไฟฟาเปนลบ นอกจากนนทอมสนยงไดทดลองวดประจตอมวล ( ) ของอนภาคนได อนภาคตวนตอมาเรยกวา อเลกตรอน “ ”และยงพบวาโลหะทกชนดใหรงสแคโทดเหมอนกนหมด จงสรปไดวา อะตอมสามารถแบงยอยออกได และอเลกตรอนกคอ องคประกอบหนงของอะตอม

15.3 การทดลองหาประจตอมวลอเลกตรอนของทอมสนทอมสน ไดศกษาคณสมบตของอเลกตรอน จนหาประจ

ตอมวลของอเลกตรอนไดสำาเรจ ดงรายละเอยดดงน1 ตอขวบวกและลบ (ขวแอโนดและแคโทด) ของหลอด

สญญากาศเขากบแหลงกำาเนดไฟฟากระแสตรงความตางศกยสงมากๆ จะเกดอนภาคหรอรงสแคโทดออกจากขวแคโทด อนภาพแคโทดจะถกเรงดวยความตางศกยระหวาง C กบ A อนภาคแคโทดบางตวจะทะลชองเลกๆ ของทรงกระบอก A และ D พงตรงไปกระทบสารเรองแสงเหนเปนจดเลกๆ ทผนงหลอด ดงรป 15.4

7

7

รปแสดง 15.4 แสดงลำารงสแคโทด 2. ใสสนามแมเหลก ขนาดคงทในทศพงเขาตงฉากกบลำา

รงสแคโทด ดงรป 15.5 จะพบวาจดสวางจะเลอนไปจากตำาแหนงเดม เมอสงเกตจะเหนลำาอนภาคขณะเคลอนทในบรเวณสนามแมเหลกจะโคงเปนวงกลม วดรศมความโคง บนทกไว

รป 15.5 แสดงรงสแคโทดเมอใสสนามแมเหลกทศดงรป

จากรป 15.5 เนองจากอนภาคแคโทดในบรเวณสนามแมเหลกเคลอนทเปนสวนโคงวงกลม ดงนนเนองแรงจากสนามแมเหลก จะเปนแรงสศนยกลาง เขยนในรปสมการไดวา

( 15.1 )เมอ คอขนาดของแรงเนองจากสนามแมเหลก

เทากบ โดย เปนมมระหวางความเรวของอนภาคแคโทด กบสนามแมเหลก

สวน คอขนาดของแรงสศนยกลาง ซงเทากบ โดย คอมวลของอนภาคแคโทดในหนวยกโลกรม สวน คอรศมสวนโคงวงกลมในหนวยเมตร

8

8

เมอแทนในสมการ ( 15.1 ) จะได

( 15.2 )

สมการ ( 15.2 ) จะทำาใหเราหาคาประจตอมวลของอนภาครงสแคโทดได สำาหรบคา และ เราวดไดแลวจากขนตอนทดลองขอ 2 จงขาดแต ซงเราจะหาไดจากขนตอนทดลอง 3

3. ตอแผนโลหะ P และ Q เขากบขวลบและบวกแบตเตอรตามลำาดบ จะเกดสนามไฟฟาทศพงลงในระหวางแผนโลหะ ทำาใหเกดแรงทางไฟฟากระทำากบอนภาคแคโทดในทศตรงขามกบแรงแมเหลก เมอปรบความตางศกยจนแรงทางไฟฟาสมดลกบแรงทางแมเหลก ( ) ซงขณะนนแนวการเคลอนทของอนภาคแคโทดเปนแนวเสนตรงเหมอน ดงรป 15.6

รป 15.6 แสดงแนวทางเดนอนภาคแคโทด เมอสมดลระหวาง และ

จาก เปนแรงกระทำาตออนภาคแคโทดเนองจากสนาม

ไฟฟา หาขนาดแรงนจากสมการ . เมอ เปนประจของอนภาคแคโทด สวน เปนขนาดสนามไฟฟา ณ บรเวณนน

สมการ ( ) เขยนใหมเปน ปรบเปน

(15.3)นำาสมการ( ) แทนสมการ ( ) จะได

9

9

(15.4 )

ในการทดลอง = ความตางศกยระหวางแผนโลหะ หนวย โวลท

= ขนาดสนามแมเหลก หนวย เทสลา ( T)

= รศมความโคง หนวย เมตร ( m )

= ระยะระหวางแผนโลหะ หนวย เมตร ( m )

จากการทดลองทอมสนพบวา ได เสมอ และจากการทดลองน ทอมสนสรปวา แทจรง อะตอม“ยงแบงยอยเลกลงไปไดอก โดยอเลกตรอนเปนสวนประกอบหนว ” ( นอกจากอเลกตรอนแลว ภายในอะตอมอาจมสงอน หรอมเพยงอเลกตรอนอยางเดยว กเปนได )

ตวอยางท 9.1 ในการทดลองของทอมสน พบวาเมอใช รงสแคโทดจะเคลอนทเปนทางโคงวงกลมรศม

9.13 cm แตเมอปอนความตางศกย 322 โวลต แกแผนโลหะขนานซงหางกน 1 cm รงสแคโทดจะเดนทางเปนแนวตรงเหมอนเดม จงหา

วธคด จาก เมอ ;

; แทนคา

10

10

= ตอบ

15.4 การทดลองของมลลแกน แมวาทอมสนจะหาปรมาณประจและมวลของรงส

แคโทด(หรออเลกตรอน )ไมสำาเรจ แตตอมาไมนาน มลลแกน นกฟสกสชาวอเมรกน หาไดสำาเรจ ตามรป 10.6 ก เปนเครองมอทมลลแกนใชทดลอง เมอฉดหรอป มนำามน ละอองหยดนำามนทออกมาแมจะมขนาดแตกตางกน แตขณะตกลงลางอยางมความเรงจะเสยดสกบอากาศเสยความเปนกลางทางไฟฟา เกดประจบวกหรอลบบนหยดนำามน ปรมาณตางๆ กน ถาปอนความตางศกยไฟฟาใหแผนโลหะขนาน AB จะเกดสนามไฟฟาขนาดตามสมการ ทศดงลง สนามไฟฟานจะทำาใหเกดแรงไฟฟากระทำาตอหยดนำามนมขนาดตามสมการ แรงนกระทำาตอหยดนำามนทมประจบวกในทศลง แตมทศขนสำาหรบหยดนำามนทมประจลบ ดงรป 10.6 ข ทำาใหหยดนำามนทมประจบวกตกลงอยางรวดเรว สวนหยดนำามนทมประจลบจะตกชาลง หรออาจลอยขนบน หรออาจอยนง

รป 15.6 แสดงเครองมอของมลลแกน

ในการทดลองแตละครง ตองเลอกหยดทมประจลบหยดใดหยดหนง แลวเพมหรอลดความตางศกยระหวางแผนโลหะขนานจนหยดนำามนทเลอกนนลอยนง หรอลอยลงดวยความเรวคงท หรอลอยขนดวยความเรวคงท อยางใดอยางหนง เพราะในขณะนนผลรวมแรงตางๆทกระทำาตอหยดนำามน(แรงลพธ ) จะเปนศนยตามกฏขอหนงของนวตน ซงเขยนเปนสมการไดวา

11

11

หรอ

ยายขาง ปรบเปน ( 15.5 )

เมอ คอปรมาณประจบนหยดนำามนทงหยด ในหนวยคลอมบ

คอมวลหยดนำามนทงหยด ในหนวยกโลกรม

คอ ความตางศกยระหวางแผนโลหะขนาน ในหนวยโวลท

คอ ระยะหางระหวางแผนขนาน ในหนวยเมตร

จากการทดลองหลายๆ ครง มลลแกนพบวา ปรมาณประจ ทหาได จะเปน หรอ หรอ หรอ

เปนจำานวนเตมเทาของ เสมอ และไมเคยไดคาลกษณะอนเลย

มลลแกนจงสรปได สาเหตทหยดนำามนทมประจลบ เพราะไดรบอเลกตรอนเพมเขามาเปนจำานวน 1 ตว หรอ 2 ตว หรอ 3 ตว หรอเปนจำานวนเตมเทาของตว นนคอประจของอเลกตรอนแตละตวเปน นนเอง

โดยอาศยคาประจตอมวลจากการทดลองของทอมสน มลลแกนสามารถหามวลของอเลกตรอนไดดงน

จาก แทนคา จะได

จากความสำาเรจของมลลแกน ทำาใหเราทราบวาจนถงปจจบน

วา อเลกตรอนมประจชนดลบ เปนปรมาณ และมมวล

12

12

ตวอยางท 10.2 ในการทดลองมลลแกน ตองใชความตางศกดระหวางแผนโลหะ โวลต จงจะทำาใหหยดนำามนมวล

ตกลงดวยความเรวคงท ถาแผนโลหะหางกน 1 เซนตเมตร และไมคำานงแรงตานของอากาศหรอแรงใดๆ

1. หยดนำามนมประจเทาไร 2. หยดนำามนรบอเลกตรอนเขามากตว

วธคด แทนคาในสมการ ( ) หาประจ ดงน ตอบ

และหยดนำามนหยดนรบอเลกตรอน ตว ตอบ15.5 แบบจำาลองอะตอมทอมสน

ในป พ.ศ. 2447 ทอมสน เสนอวา อะตอมในภาวะปกตจะเปนกลางทางไฟฟา ลกษณะเปนทรงกลมโดยมเนอเปนประจบวก และมอเลกตรอนกระจายภายในเปนจำานวนททำาใหผลรวมของประจลบเทากบผลรวมของประจบวก อะตอมของธาตทกชนดประกอบดวยอเลกตรอนและเนออะตอมเหมอนกน แตมจำานวนไมเทากน ดงแสดงในรป 15.7

Z = 1 Z= 3 Z = 2 Z = 4

รป 15.7 แสดงแบบจำาลองอะตอมของทอมสน

แบบจำาลองอะตอมของทอมสน แมสามารถอธบายบางปรากฏการณเกยวอะตอมได แตไมสามารถทำานายสมบตอนๆ ของอะตอม และแบบจำาลองยงมขอบกพรองหลายอยาง เชน อธบายไมไดวาประจบวกในเนออะตอมอยกนไดอยางไร

13

13

15.6 แบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด รทเทอรฟอรด (Sir Earnest Rutherford) นกวทยาศาสตรชาว

องกฤษ ไดทดลองเพอทดสอบแบบจำาลองอะตอมของทอมสน โดยรทเทอรฟอรดเสนอวา ถาอะตอมเปนตามแบบจำาลองของทอมสน เมอยงอนภาคแอลฟาผานอะตอมซงปกตเปนกลางทางไฟฟาเพราะปรมาณประจบวกและประลบเทากน จงมแรงกระทำาตออนภาคแอลฟานอยมาก ทศทางของอนภาคแอลฟาสวนใหญหรอเกอบทงหมดตองไมเบน อาจมบางสวน( นอยมาก ๆ ) ทเบนเปนมมนอย ๆ ไมวาจะยงอนภาคแอลฟาผานอะตอมในทศทางใดกตาม ดงรป 15.8

รปท 15.8 แสดงการกระเจงของอนภาคแอลฟา ถาแบบจำาลองอะตอมของทอมสนเปนจรง

แตเมอทดลองจรงรทเทอรฟอรดพบวา อนภาคสวนใหญไมเบน มบางสวนเทานนทเบน ( เหมอนคาดการณไว) แตทสรางความประหลาดใจใหรทเทอรฟอรดมากกคอ อนภาคแอลฟาสวนนอยทเบนไปนน มทงเบนเปนมมนอย ๆ ไปถงมมโตมาก ๆ และบางตวสะทอนกลบทศตรงขาม ดงรป 15.9 ซงกรณดงกลาวนจะเกดไมได ถาอะตอมเปนตามแบบจำาลองของทอมสน

รป 15.9 แสดงผลการกระเจงจรง ของอนภาคแอลฟา

โดยอาศยขอมลจาการทดลอง รทเทอรฟอรดจงสรปวา ลกษณะอะตอมไมเปนตามแบบจำาลองของทอมสน และยงเสนอ

14

14

แบบจำาลองอะตอมขนใหม โดยเสนอวา อะตอมมแกนกลางเรยกวา “นวเคลยส ” ซงมขนาดเลกมากๆ และมประจบวก สวนอเลกตรอนจะเคลอนทเปนวงๆ รอบ ๆ นวเคลยส ดงตวอยางอะตอมไฮโดรเจน ในรปท 15.10

รปท 15.10 แบบจำาลองอะตอมไฮโดรเจน ของรทเทอรฟอรด

รทเทอรฟอรดสามารถคำานวณรศมอะตอมไดประมาณ เมตร สวนนวเคลยสมเสนผาศนยกลางประมาณ เมตร อยางไรกตามแบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรดยงมขอบกพรองบางประการทไมสามารถอธบายได ดงตอไปน

1 เหตใดอเลกตรอนจงวงวนรอบนวเคลยสไดโดยไมเสยพลงงาน เพราะตามทฤษฏของแมกเวลลซงกลาววา อนภาคทมประจขณะเคลอนทดวยความเรงจะตองปลดปลอยพลงงานออกมาในรปของคลนแมเหลกไฟฟา ดงนนขณะอเลกตรอนวงวนรอบนวเคลยสซงเปนการเคลอนทดวยความเรง ตองสญเสยและปลดปลอยพลงงานในรปคลนแมเหลกไฟฟาออกมา รศมวงโคจรตองลดลง ๆ จนเขารวมกบนวเคลยสในทสด ดงรป 15.11

15

15

รป 15.11 แสดงอะตอมไมเสถยร

2 เหตใดประจบวกจงอดกนรวมกนอยในนวเคลยสไดซงมขนาดเลกมาก ๆ ได โดยไมแตกกระจาย และถามนอยได จะเรยงตวกนอยางไร เพราะเราทราบดวาประจบวกจะทำาใหเกดแรงผลกทางไฟฟากระทำาระหวางกน ยงประจบวกใกลกนมาก ๆ แรงผลกทางไฟฟายงมากมาย สามารถผลกใหประจบวกแตกกระจายออกจากกนได

15.7 สเปตรมอะตอม ถาใชเกรตตงสองดหลอดบรรจแกสรอน จะเหนเสนเสปกตรม

สวางเปนเสนๆ ไมตอเนองมสตางๆ กน ในป พ.ศ. 2428 บลเมอร (J.J. Balmer ) ชาวสวส พบวาแกสไฮโดรเจนรอนใหเสนสเปกตรมมองเหนดวยตาเปลา 4 เสน คอ สแดง สเขยว สนำาเงน และสมวงตามลำาดบ ตอจากนเปนสเปกตรมตอเนอง ดงรป 15.12 นอกจากน บลเมอรสามารถกำาหนดสมการใชหาความยาวคลนของเสนเสปตรม แตละเสนไดดงน

( 15.6 )

โดย = 364.56 นาโนเมตร และ = 3 , 4 , 5 , 6 ,… เมอใชสมการ ( 15.6 ) คำานวณความยาวคลนทงสเสนของแกสไฮโดรเจนรอน ไดเทากบ

16

16

เมตร เมตร เมตร เมตร ตามลำาดบ นยมเรยก , และ ตามลำาดบ เนองจากความยาวคลนเรยงกนอยางมระเบยบ จงเรยกลมเสนสเปกตรมนวา “อนกรมบาลเมอร” (Balmer series )

รปท 15.12 อนกรมบลเมอร ในชดสเปกตรมไฮโดรเจน

ตอมาในป พ.ศ. 2433 รดเบรก (Rydberg ) ชาวสวเดน ไดคดสมการหาความยาวคลนอนกรมบลเมอรขนใหม ดงน

(15.7)

เมอ คอคาคงทของรดเบอรก (Rydberg constant ) มคาเทากบ และ = 3 , 4 , 5 , 6 ,… ตามลำาดบ เมอแทน = 3 , 4 , 5 และ 6 ในสมการ ( ) จะไดความยาวคลนสเปกตรมของเสนสแดง เขยว นำาเงน และสมวง เทากบคาทคำานวณไดจากสมการ ( ) ของบลเมอร และเมอแทนคา = 7 , 8 , 9 , … , ในสมการ ( ) จะไดความยาวคลนเสนสเปกตรม เสนอนๆ ของอนกรมน ซงความยาวคลนจะลดลงตามลำาดบ จนถงความยาวคลนเสนสดทาย

ซงเทากบ เมตร สวนถดจากนไปจะเปนสเปกตรมตอเนอง เนองจากความยาวคลนสเปกตรม 4 เสนแรกเทานน อยในชวงความยาวคลนทตามนษยรบรได เราจงมองเหนเฉพาะ 4 เสนแรก สวนเสนอน ๆ มองไมเหน

ตอมามผคนพบสเปกตรมของแกสไฮโดรเจนรอนเพมอก 4 อนกรม ซงสามารถใชสมการ ( ) ของรดเบอรกคำานวณ

17

17

หาความยาวคลนแตละเสน ของทกอนกรม ไดถกตอง เมอนำาอนกรมของบาลเมอรมาจดเรยงรวมกบอนกรมทพบเพมอก 4 อนกรม ไดดงน

ชดท 1 เรยกวา “อนกรมไลมาน” (Lyman Series ) มองไมเหนดวยตาเปลาเพราะสเปกตรมทกเสนของอนกรมนมความยาวคลนในชวงรงสเหนอมวง ( Ultra violet ) และหาไดจากสมการ

( 15.8 )

ชดท 2 เรยกวา “อนกรมบาลเมอร” (Balmer serires ) มองดวยตาเปลาเหนเพยง 4 เสนแรกเทานน คอ เสนสแดง เขยว นำาเงน และ มวง เสนอน ๆ มองไมเหนเพราะมความยาวคลนในชวงรงสใตแดง(Infrared) และหาไดจากสมการ

( 15.9 )

ชดท 3 เรยกวา “อนกรมพาสเลน” (Paschen series) ทกเสนมองไมเหนดวยตาเปลาเพราะมความคลนในชวงใตแดง และหาไดจากสมการ

(15.10 )

ชด 4 เรยกวา “อนกรมแบรกเกต ” ทกเสนมองไมเหนดวยตาเปลาเพราะมความคลนในชวงใตแดง และหาไดจากสมการ

( 15.11)

ชด 5 เรยกวา “อนกรมฟนด”(Pfund series)

18

18

( 15.12 )

เนองจากไฮโดรเจนเปนธาตเบาทสด สเปกตรมทออกมาจงสมพนธโดยตรงกบโครงสรางภายในของอะตอมไฮโดรเจน

ตวอยางท 15.3 จงหาความยาวคลนสเปกตรมเสนแรกและเสนสดทาย ของอนกรม ไลมาน และ แบรกเกต วธทำา หาความยาวคลนเสนแรก ของอนกรมไลมาน โดยแทน

ลงในสมการ(15.8)

หาความยาวคลนเสนสดทาย ของอนกรมไลมาน โดยแทน ลงในสมการ(15.8)

หาความยาวคลนเสนแรก ของอนกรมแบรกเกต โดยแทน ลงในสมการ(15.11)

หาความยาวคลนเสนสดทาย ของอนกรมแบรกเกต โดยแทน ลงในสมการ(15.11)

19

19

20

20