แบบจำลองอะตอม โดย ครูเกษศิรินทร์ พลหาญ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียนทัพราชวิทยา

อะตอม คือ?

อะตอม (Atom) คือ หน่วยพื้นฐานของสสาร ดิโมคริตุส และลูซิพปุส นักปราชญ์ชาวกรีกเชื่อว่าถ้าแบ่งสารให้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ในที่สุดจะได้หน่วยย่อย ซึ่งไม่สามารถแบ่งให้เล็กลงได้อีก และเรียกหน่วยย่อยนี้ว่า อะตอม อะตอม (Atom) คือ หน่วยพื้นฐานของสสาร 

ภาพจำลองอะตอมของทองคำที่สร้างขึ้นจากเครื่องมือ atomic force microscope (AFM)

มารูจักแบบจำลองอะตอมกันก่อนเลยจ๊ะ แบบจำลองอะตอม คือ มโนภาพที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นเพื่ออธิบายลักษณะของอะตอม โดยได้จากการแปลผลจากข้อมูลที่ได้จากการทดลอง และนำมาสร้างเป็นมโนภาพหรือแบบจำลอง

ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน 1.ธาตุ ประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ เรียกว่า อะตอม อะตอมแบ่งแยกและทำให้สูญหายไม่ได้ 2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน แต่มีสมบัติแตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่น 3. สารประกอบ เกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยากันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน มีลักษณะเป็นทรงกลมทึบตัน แบบจำลองอะตอมของดอลตัน มีลักษณะเป็นทรงกลมทึบตัน

การนำไฟฟ้าของของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

การนำไฟฟ้าของก๊าซ ก๊าซที่ภาวะปกติไม่นำไฟฟ้า แต่ก๊าซจะนำไฟฟ้าได้เมื่ออยู่ในภาวะ 1. ลดความดันของก๊าซให้ต่ำมากๆ 2. เพิ่มความต่างศักดิ์ระหว่างขั้วไฟฟ้าให้สูงมากๆ

การทดลองเกี่ยวกับรังสีแคโทด พบว่า เมื่อลดความดันของก๊าซให้ต่ำมากๆและเพิ่มความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าให้สูงมากๆ จะมีรังสีแคโทดพุ่งมาจากขั้วแคโทดไปยังแอโนด

ภาพการทดลองของออยเกน โกลด์ชไตน์

จากการทดลองหลายครั้ง ๆ - โดยการเปลี่ยนชนิดของแก๊สในหลอดแก้ว ปรากฏว่าอนุภาคที่มีประจุบวกเหล่านี้มี อัตราส่วนของประจุต่อมวลไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สที่ใช้ - เมื่อทดลองโดย เปลี่ยนโลหะที่ใช้ทำขั้วไฟฟ้าหลาย ๆ ชนิด แต่ใช้แก๊สในหลอดแก้วชนิดเดียวกัน ปรากฏว่าผลการทดลองได้ อัตราส่วนของประจุต่อมวลเท่ากัน *แสดงว่าอนุภาคบวกในหลอดรังสีแคโทดเกิดจากแก๊ส ไม่ได้เกิดจากขั้วไฟฟ้า

- เมื่อผ่านรังสีนี้ไปยังสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า  รังสีนี้จะเบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงข้ามกับรังสีแคโทด  แสดงว่ารังสีนี้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก อนุภาคที่มีประจุบวกเหล่านี้มีอัตราส่วนประจุต่อมวล (e/m) ไม่คงที่  และถ้าบรรจุแก๊สไฮโดรเจนไว้ในหลอดรังสีแคโทด จะได้อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ เรียกอนุภาคบวกในรังสีแคแนลของไฮโดรเจนว่า “โปรตอน” “โปรตอน” มีอนุภาคที่มีประจุเป็นบวก มีมวล 1.66 x 10-24 g  

สรุปการทดลองของออยเกน โกลด์ชไตน์ 1. พบอนุภาคที่มีประจุบวก 2. ประจุบวกเหล่านี้มีอัตราส่วนประจุ/มวลไม่คงที่ ขึ้นกับชนิดของแก๊สที่บรรจุในหลอดรังสีแคโทด 3. เรียกประจุบวกนี้ว่า โปรตอน

การทดลองของทอมสัน

การทดสอบสมบัติของรังสีแคโทด

สรุปการทดลองของทอมสัน 1. รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบ 2. หาอัตราส่วนประจุ/มวล ได้ค่าคงที่เท่ากับ 1.76 X 108 คูลอมบ์ต่อกรัม 3. อะตอมทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบเป็นองค์ประกอบ เรียกอนุภาคนี้ว่า อิเล็กตรอน

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอมเป็นรูปทรงกลม ประกอบด้วยเนื้ออะตอมซึ่งมีประจุบวกและมีอิเล็กตรอนซึ่งเป็นประจุลบกระจายอยู่ทั่วไป อะตอมในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ

การหามวลของอิเล็คตรอน ปี 2451 รอเบิร์ต แอนดรูส์ มิลลิแกน หาค่าประจุของอิเล็คตรอนได้เท่ากับ 1.60 x 10 -19 คูลอมบ์ นำไปแทนค่าใน e/m = 1.76 X 108 คูลอมบ์ต่อกรัม หามวลของอิเล็คตรอนได้เท่ากับ 9.11 x 10 -28 กรัม

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ในปี พ.ศ. 2453 เซอร์ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด  (Sir Ernest Rutherford)  ได้ศึกษาแบบจำลองอะตอมของทอมสัน  และเกิดความสงสัยว่าอะตอมจะมีโครงสร้างตามแบบจำลองของทอมสันจริงหรือไม่  โดยตั้งสมมติฐานว่า “ถ้าอะตอมมีโครงสร้างตามแบบจำลองของทอมสันจริง  ดังนั้นเมื่อยิงอนุภาคแอลฟาซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกเข้าไปในอะตอม  แอลฟาทุกอนุภาคจะทะลุผ่านเป็นเส้นตรงทั้งหมดเนื่องจากอะตอมมีความหนาแน่นสม่ำเสมอเหมือนกันหมดทั้งอะตอม”

เพื่อพิสูจน์สมมติฐานนี้  รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทำการทดลองยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำบาง ๆ โดยมีความหนาไม่เกิน 10–4 cm  โดยมีฉากสารเรืองแสงรองรับ

ปรากฏผลการทดลองดังนี้ 1.  อนุภาคส่วนมากเคลื่อนที่ทะลุผ่านแผ่นทองคำเป็นเส้นตรง 2.  อนุภาคส่วนน้อยเบี่ยงเบนไปจากเส้นตรง 3.  อนุภาคส่วนน้อยมากสะท้อนกลับมาด้านหน้าของแผ่นทองคำ

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด  แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด “อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลาง  นิวเคลียสมีขนาดเล็กแต่มีมวลมาก  และมีประจุบวก  ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบและมีมวลน้อยมากวิ่งอยู่รอบ ๆนิวเคลียส”

การอธิบายโครงสร้างอะตอมด้วยแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

อนุภาคมูลฐานในอะตอม

การค้นพบนิวตรอน เซอร์เจมส์ แชดวิก ทดลองยิงอนุภาคแอลฟาไปยังโลหะชนิดต่างๆ พบว่ามีอนุภาคซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน อยู่รวมกับโปรตอนในนิวเคลียส เรียกชื่อว่า อนุภาคนิวตรอน

อนุภาคมูลฐานในอะตอม

เลขอะตอม (Atomic number : Z) เป็นค่าเฉพาะของธาตุแต่ละชนิดแสดงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส 1 อะตอมของธาตุนั้น ซึ่งอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันต้องมีจำนวนโปรตอนเท่ากันเสมอ เลขอะตอม (Z) = จำนวนโปรตอน (p)

เลขมวล(A) = จำนวนโปรตอน (p) + จำนวนนิวตรอน (n) เลขมวล (Mass number, A)  เป็นตัวเลขแสดงผลบวกของจำนวนโปรตอนกับนิวตรอนของธาตุ   ถ้าทราบเลขอะตอมจะสามารถหาจำนวนนิวตรอนของอะตอมได้โดยนำเลขอะตอมไปลบเลขมวล เลขมวล(A) = จำนวนโปรตอน (p) + จำนวนนิวตรอน (n)

ถ้าทราบเลขอะตอมสามารถหานิวตรอนได้ ดังนี้ จำนวนนิวตรอน (n) =   เลขมวล (A) - จำนวนโปรตอน(p) หรือ                =   เลขมวล (A) - เลขอะตอม (Z)

สัญลักษณ์นิวเคลียร์ สัญลักษณ์นิวเคลียร์ (Nuclear Symbol,X) คือสัญลักษณ์ของธาตุที่แสดงอนุภาคมูลฐานของอะตอม    ซึ่งจะเขียนเลขอะตอมแทน จำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอน ไว้ที่มุมซ้ายล่างของสัญลักษณ์ และเขียนเลขมวลไว้ที่มุมซ้ายบนของสัญลักษณ์ ดังนี้

ตัวอย่างสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ   สัญลักษณ์นิวเคลียร์ธาตุออกซิเจน (O) เลขมวล=16 เลขอะตอม= 8 สัญลักษณ์นิวเคลียร์ธาตุนีออน (Ne) เลขมวล=20 เลขอะตอม=10

การคำนวณอนุภาคมูลฐานของอะตอมจากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ อะตอมของธาตุเป็นกลางทางไฟฟ้า คือ อะตอมของธาตุจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน  เช่น                                                                  

จงหาจำนวนอนุภาคมูลฐานของอะตอมธาตุต่อไปนี้ จากสัญลักษณ์นิวเคลียร์

กำหนดโครงสร้างอะตอมของธาตุฟอสฟอรัสให้ดังนี้ 5 กำหนดโครงสร้างอะตอมของธาตุฟอสฟอรัสให้ดังนี้ สัญลักษณ์นิวเคลียร์คือข้อใด p = 15 n = 16 ก. 1615P ข. 1516P ง. 3116P ค. 3115P

การหาจำนวนอนุภาคมูลฐานในไอออน ไอออน คืออะตอมที่มีประจุไฟฟ้า มี 2 ชนิด ไอออนบวก เกิดจากอะตอมเสียอิเลคตรอน เช่น Na เสีย 1e เกิดเป็น Na + Mg เสีย 2e เกิดเป็น Mg 2+ 2. ไอออนลบ เกิดจากอะตอมรับอิเลคตรอน เช่น Cl รับ 1e เกิดเป็น Cl - O รับ 2e เกิดเป็น O 2-

ก. มี 18 อิเล็กตรอน ข. มี 16อิเล็กตรอน ค. มี 32 อิเล็กตรอน 30 จากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ 3216S2- จงพิจารณาว่าข้อใดถูกต้อง ก. มี 18 อิเล็กตรอน ข. มี 16อิเล็กตรอน ค. มี 32 อิเล็กตรอน ง. มี 14 โปรตอน

ข. ธาตุ B มีเลขมวล 236 เลขอะตอม 142 ค. ธาตุ A มีเลขมวล 238 30 ธาตุ A มีโปรตอน 90 นิวตรอน 148 ธาตุ B มีโปรตอน 94 นิวตรอน 142 ข้อใดถูกต้อง ธาตุ A มีเลขมวล 148 เลขอะตอม 90 ข. ธาตุ B มีเลขมวล 236 เลขอะตอม 142 ค. ธาตุ A มีเลขมวล 238 เลขอะตอม 58 ง. ธาตุ B มีเลขมวล 236 เลขอะตอม 94

ไอโซโทป (Isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีเลขมวลต่างกัน (มีจำนวนอนุภาคนิวตรอนต่างกัน)

ตัวอย่างไอโซโทป คาร์บอนมี 3 ไอโซโทปคือ 126C 136C 146C ฟอสฟอรัส 3115P 3215P

ก. เลขอะตอม ข. จำนวนอิเล็กตรอน ง. จำนวนนิวตรอน 5 ธาตุ 2 ธาตุเป็นไอโซโทปซึ่งกันและกัน มีสิ่งใดที่ต่างกัน ก. เลขอะตอม ข. จำนวนอิเล็กตรอน ค. จำนวนระดับพลังงาน ง. จำนวนนิวตรอน

ธาตุ X และ Y เป็นธาตุไอโซโทปกัน 60 ธาตุ X และ Y เป็นธาตุไอโซโทปกัน ธาตุ X มีจำนวนโปรตอนเท่ากับ 10 และมีเลขมวลเท่ากับ 20 ธาตุ Y มีจำนวนนิวตรอนมากกว่าธาตุ X อยู่ 2 นิวตรอน ข้อใดเป็นสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ Y ก. 2012Y ข. 2210Y ค. 128Y ง. 1210Y

อะตอมของธาตุใดไม่มีนิวตรอน 5 อะตอมของธาตุใดไม่มีนิวตรอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน อะลูมิเนียม

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ ปัจจุบันมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในหลายๆด้าน เช่น การติดต่อสื่อสาร (มือถือ โทรทัศน์ วิทยุ เรดาร์ ใยแก้วนำแสง) ทางการแพทย์ (รังสีเอกซ์) การทำอาหาร (คลื่นไมโครเวฟ) การควบคุมรีโมท (รังสีอินฟราเรด)

คลื่นมีสมบัติที่สำคัญ 2 ประการ คือ ความยาวคลื่น (Wave length) และ ความถี่ของคลื่น (Frequency)

ความยาวคลื่น (Wave length) คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ   มีหน่วยเป็นเมตร (m) หรือนาโนเมตร (nm) สัญลักษณ์แทนความยาวคลื่น คือ แลมบ์ดา (λ).

สัญลักษณ์แทนความถี่ คือ นิว (v ) ความถี่ (Frequency) คือ จำนวนรอบของคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดใดจุดหนึ่งใน 1 วินาที มีหน่วยเป็นจำนวนรอบต่อวินาที (s-1)  หรือ เฮิรตซ์ (Hz) สัญลักษณ์แทนความถี่ คือ นิว   (v )

คลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีความถี่และความยาวคลื่นต่างๆกัน แสงที่ประสาทตาของมนุษย์สามารถรับรู้ได้ เรียกว่า แสงที่มองเห็นได้ (visible light) แสงในช่วงคลื่นนี้จะประกอบด้วยแสงสีต่างๆ กัน ตามปกติประสาทตาของมนุษย์สามารถสัมผัสแสงบางช่วงคลื่นที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์ได้ แต่ไม่สามารถแยกเป็นสีต่างๆ ได้ จึงมองเห็นเป็นสีรวมกันซึ่งเรียกว่า แสงขาว ถ้าแสงขาวส่องผ่านปริซึมจะแยกออกเป็นแสงสีรุ้งต่อเนื่องกันเรียกว่า แถบสเปกตรัมของแสงขาว

แถบสเปกตรัมของแสงขาว

มักซ์ พลังค์ ได้สรุปเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับความถี่ของคลื่นว่า “พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น” ดังความสัมพันธ์ต่อไปนี้ E = h v เมื่อ E คือ พลังงานมีหน่วยเป็นจูล h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ มีค่า 6.626 x 10-34 จูลวินาที v คือ ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์

นอกจากนี้ความถี่ของคลื่นยังมีความสัมพันธ์กับความยาวคลื่นดังต่อไปนี้ นอกจากนี้ความถี่ของคลื่นยังมีความสัมพันธ์กับความยาวคลื่นดังต่อไปนี้ v = c λ เมื่อ c คือความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ ซึ่งเท่ากับ 2.997 x 108 เมตรต่อวินาที (อาจใช้ 3.0 x 108 เมตรต่อวินาที) และ λ คือความยาวคลื่น ดังนั้นค่าพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงคำนวณได้จากความสัมพันธ์ดังนี้

การทดลอง 1.1 การศึกษาสีของเปลวไฟจากสารประกอบ และเส้นสเปกตรัมของธาตุบางชนิด

ผลการทดลองเผาสารประกอบ สีเปลวไฟ โซเดียมคลอไรด์ สีเหลือง แบเรียมคลอไรด์ สีเหลืองอมเขียว โซเดียมซัลเฟต แบเรียมไนเตรด แคลเซียมคลอไรด์ สีแดงอิฐ คอปเปอร์(II)คลอไรด์ สีเขียวฟ้า แคลเซียมไนเตรด คอปเปอร์(II)ซัลเฟต

สรุป Na+ สีเหลือง Ba2+ สีเหลืองเขียว Ca2+ สีแดงอิฐ Li+ สีแดงสด 1. ถ้าสารประกอบที่มีธาตุองค์ประกอบเป็นโลหะชนิดเดียวกันจะให้สีของเปลวไฟธาตุเหมือนกัน ถ้าสารประกอบที่มีธาตุองค์ประกอบเป็นโลหะต่างชนิดกันจะให้สีของเปลวไฟธาตุต่างกัน โดยโลหะ แต่ละชนิดให้สีของเปลวไฟดังนี้ Na+ สีเหลือง Ba2+ สีเหลืองเขียว Ca2+ สีแดงอิฐ Li+ สีแดงสด Cu2+ สีเขียวฟ้า K+ สีม่วง

ผลการทดลองตรวจสเปกตรัมของแสงขาว เปรียบเทียบสเปกตรัมของแสงอาทิตย์และแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ จะพบว่าสเปกตรัมที่เห็นจากแสงอาทิตย์มีลักษณะเป็นแถบต่อเนื่องกัน เรียกว่าแถบสเปกตรัม ส่วนสเปกตรัมที่ได้จากแสงของหลอดฟลูออเรสเซนต์นั้นจะเห็นแถบสเปกตรัมของแสงขาวจากดวงอาทิตย์เป็นพื้นแล้ว ยังเห็นเส้นสเปกตรัมสีเขียวปรากฏชัดเจนอยู่บนแถบสเปกตรัมสีเขียวอย่างชัดเจน ซึ่งเส้นสเปกตรัมที่เห็นนี้เป็นสเปกตรัมที่เกิดจากธาตุที่บรรจุในหลอดฟลูออเรสเซนต์

เส้นสเปกตรัมของธาตุชนิดต่างๆ

สรุป จากการตรวจสเปกตรัมของธาตุชนิดต่างๆพบว่าธาตุแต่ละชนิดจะให้ชุดของสเปกตรัมแตกต่างกัน ซึ่งเป็นสมบัติเฉพาะตัวของธาตุนั้น เช่นธาตุไฮโดรเจนจะให้สเปกตรัมในช่วงแสงขาว 4 เส้นคือ ม่วง น้ำเงิน ฟ้า แดง

การนำเส้นสเปกตรัมไปแปลความหมาย

เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนในช่วงแสงขาว

อธิบายการเกิดเส้นสเปกตรัม อิเลคตรอนในภาวะปกติจะอยู่ที่สถานะพื้น (Ground State) ซึ่งมีพลังงานต่ำสุด เมื่อกระตุ้นอะตอม อิเลคตรอนจะมีพลังงานสูงขึ้นจึงไปอยู่ที่สถานะกระตุ้น (Excite State) มีผลทำให้อะตอมไม่เสถียร อิเลคตรอนจึงคายพลังงานเพื่อกลับสู่สถานะพื้นเช่นเดิม พลังงานที่คายออกมีความถี่เฉพาะค่าหนึ่ง ปรากฏเป็นเส้นสเปกตรัมเกิดขึ้น อิเลคตรอนสามารถเปลี่ยนระดับพลังงานได้หลายระดับ จึงเกิดเส้นสเปกตรัมได้หลายเส้น

เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนในช่วง UV ช่วงแสงขาว และช่วง IR

การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเลคตรอนจะต้องอยู่ที่ระดับพลังงานนั้นๆ จะเปลี่ยนไปอยู่ระหว่างขั้นไม่ได้ เปรียบเหมือนการขึ้นขั้นบันได

ระดับพลังงานในแต่ละขั้นมีผลต่างของระดับพลังงานไม่เท่ากัน ระดับพลังงานยิ่งสูงขึ้น ผลต่างยิ่งน้อย เส้นสเปกตรัม ความยาวคลื่น พลังงาน (kJ) ผลต่างพลังงาน (kJ) สีม่วง 410 4.84x10-22 สีน้ำเงิน 434 4.57x10-22 สีน้ำทะเล 486 4.08x10-22 สีแดง 656 3.02x10-22 2.7 X 10 -23 4.9 X 10 -23 10.6 X 10 -23

จากการศึกษาเรื่องสเปกตรัมทำให้ได้ข้อสรุปว่า 1. เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงาน อิเล็กตรอนจะขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงขึ้น แต่จะอยู่ในระดับพลังงานใด ก็ขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ได้รับ การที่อิเล็กตรอนขึ้นไปสู่ระดับพลังงานใหม่ ซึ่งมีพลังงานสูงขึ้น ทำให้อะตอมไม่เสถียร อิเล็กตรอนจึงเข้ามาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าในการเปลี่ยนตำแหน่งอิเล็กตรอนจะคาย พลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อส่องด้วยสเปกโทรสโคปจะปรากฏเป็นเส้นสเปกตรัม

อิเล็กตรอนอาจมีการเคลื่อนที่ในชั้นต่าง ๆ ได้ โดยไม่จำเป็นต้องเป็นชั้นที่อยู่ติดกัน จึงเป็นเหตุให้มีเส้นสเปกตรัมสีต่าง ๆ 3. ภายในอะตอมจะแบ่งพลังงานเป็นชั้นๆ โดยระดับพลังงานต่ำจะอยู่ใกล้นิวเคลียส ระดับพลังงานสูงอยู่ไกลนิวเคลียส  ดังนั้นอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่ำจะอยู่ใกล้นิวเคลียส อิเล็กตรอนในระดับพลังงานสูงจะอยู่ไกลนิวเคลียส 4. ระดับพลังงานต่ำอยู่ห่างกัน ระดับพลังงานสูงจะอยู่ชิดกันมากขึ้น

แบบจำลองอะตอมของโบร์ นีลย์ โบร์ ได้สร้างแบบจำลองอะตอมใหม่  ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด   แต่แตกต่างกันเรื่องการจัดเรียงอิเล็กตรอน  ดังนั้นอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนรวมกันเป็นนิวเคลียส โดยมีอิเล็กตรอนวิ่งรอบๆ นิวเคลียสเป็นชั้น ๆ ตามระดับพลังงาน     ฉะนั้นแบบจำลองอะตอมของโบร์ จึงคล้ายกับวงจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์  และเรียกระดับพลังงานที่ใกล้นิวเคลียสที่มีพลังงานต่ำที่สุดนี้ว่าชั้น K และชั้นถัดๆ    ไปเป็น L และ M ตามลำดับ ดังรูป

ภาพแบบจำลองอะตอมของโบร์

แบบจำลองอะตอมกลุ่มหมอก แบบจำลองอะตอมของโบร์ ใช้อธิบายเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนได้ดี  แต่ไม่สามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนได้  จึงได้มีการศึกษาเพิ่มเติมทางกลศาสตร์ควอนตัม      แล้วสร้างสมการสำหรับใช้คำนวณ โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่าง ๆ ขึ้นมา จนได้แบบจำลองใหม่ ที่เรียกว่าแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก               

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสอย่างรวดเร็ว ด้วยรัศมีไม่แน่นอนจึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้บอกได้แต่เพียงโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในบริเวณต่าง ๆ ปรากฏการณ์แบบนี้เรียกว่ากลุ่มหมอกของอิเล็กตรอน บริเวณที่มีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนหนาแน่นจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่เป็นหมอกจาง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอาจเป็นรูปทรงกลมหรือรูปอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานของอิเล็กตรอน แต่ผลรวมของกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนทุกระดับพลังงานจะเป็นรูปดังภาพ

แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

สรุปแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก 1.อิเล็กตรอนไม่สามารถวิ่งรอบนิวเคลียสด้วยรัศมีที่แน่นอน  บางครั้งเข้าใกล้บางครั้งออกห่าง จึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอน ได้ แต่ถ้าบอกได้แต่เพียง  ที่พบอิเล็กตรอนตำแหน่งต่างๆภายในอะตอมและอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เร็วมากจนเหมือนกับอิเล็กตรอนอยู่ทั่วไปในอะตอมลักษณะนี้เรียกว่า "กลุ่มหมอก"      2.กลุ่มหมอกองอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆจะมีรูปทรงต่างกันขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอน และระดับพลังงานอิเล็กตรอน       3.กลุ่มหมอกที่มีอิเล็กตรอนระดับพลังงานต่ำจะอยู่ใกล้นิวเคลียสส่วนอิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานสูงจะอยู่ไกลนิวเคลียส  4.อิเล็กตรอนแต่ละตัวไม่ได้อยู่ในระดับพลังงานใดพลังงานหนึ่งคงที่       5.อะตอมมีอิเล็กตรอนหลายๆระดับพลังงาน