อะตอมและ โครงสร้างอะตอม (Atom and Structure of Atom) กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ โรงเรียนเบญจมราชูทิศ ราชบุรี วิทยาศาสตร์พื้นฐาน 2 ว / 2550
2 ประวัติของอะตอม มีแนวคิดเกี่ยวกับองค์ประกอบ พื้นฐานของสสารต่างๆตั้งแต่ยุค โบราณ อินเดียโบราณ (6th century BC) สสารประกอบด้วยธาตุพื้นฐานต่างๆ ได้แก่ earth, water, light, wind, ether, time, space, mind and soul Leucippus และ Democritus ( กรีก 5th century BC) อะตอมคือ องค์ประกอบที่ย่อยที่สุดของสสาร แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ ชนิดของ อะตอมขึ้นกับรูปร่างของมัน เช่น smooth atoms หรือ sharp atoms
3 ทฤษฎีอะตอมของ ดาลตัน จอห์น ดาลตัน เสนอทฤษฎีอะตอม (Atomic Theory) ในปี ค. ศ สสาร ประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด คือ อะตอม ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ มีลักษณะเป็น ทรงกลม ขนาดเล็กมาก อะตอมของธาตุเดียวกันจะเหมือนกัน อัตราส่วนของอะตอมในสารประกอบ มี อัตราส่วนที่แน่นอน John Dalton
4 การค้นพบอิเล็กตรอน Michael Faraday ทดลอง แยกสลายสารด้วยไฟฟ้า (electrolysis) ไฟฟ้าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ทางเคมีได้ ในอะตอมมีอนุภาคไฟฟ้า George Johnstone Stoney เรียกอนุภาคไฟฟ้านี้ว่า อิเล็กตรอน Sir William Crookes ได้ พัฒนา Crookes tube ซึ่งใช้ ศึกษาพบ รังสีแคโทด อิล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ
5 แบบจำลองอะตอมของ Thomson Sir Joseph John Thomson ทำการ ทดลองโดยใช้หลอดแคโธด (Chathod Ray Tube) ในที่สุดก็สรุปได้ว่า อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม มีโปรตอนประจุ บวก และมีอิเล็กตรอนประจุลบ ฝังอยู่ทั่วทรง กลม อะตอมที่เป็นกลางมีโปรตอนเท่ากับ อิเล็กตรอน ค้นพบค่าประจุของอิเล็กตรอน
6 แบบจำลองอะตอมของ Rutherford Ernest Rutherford ทดลองยิง อนุภาคอัลฟาใส่แผ่นทอง (Alpha Scattering Experiment) อะตอมมีอนุภาคประจุบวก ( โปรตอน ) รวมกันอยู่ตรงกลางเรียกว่า นิวเคลียส และมี e - วิ่งรอบๆ e - มีประจุรวมเท่ากับประจุบวก อะตอมจึง เป็นกลาง ปริมาตรส่วนใหญ่ของอะตอมเป็นที่ว่าง
7 แบบจำลองอะตอมของ Rutherford แบบจำลองอะตอมของ Rutherford ขัดแย้งกับทฤษฎีพลศาสตร์ไฟฟ้าคลาสสิก e - เคลื่อนที่เป็นวงกลม จะเปล่งรังสี แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน พลังงานของระบบ จะลดลง รัศมีวงโคจรของ e - จะลดลง ในขณะที่เกิดความเร่งขึ้น ซึ่ง e - น่าจะ วนเข้าหานิวเคลียส และยุบรวมกับ นิวเคลียส แต่ปรากฎว่าอะตอมเสถียรมาก แสดงว่า e - ต้องมีการเคลื่อนที่ลักษณะพิเศษที่ แบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด อธิบายไม่ได้
8 นิวเคลียส นิวเคลียสมีอนุภาคที่มีประจุบวก เรียกว่า โปรตอน และมีประจุบวกมีค่าเท่ากับ e - คือ x C ค. ศ James Chadwick พบว่า ภายในนิวเคลียสมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งคือ นิวตรอน ซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลใกล้เคียง โปรตอน
9 แบบจำลองของอะตอมจึง เปลี่ยนไป เป็น อะตอมมีลักษณะเป็นทรง กลม ประกอบ ด้วยโปรตอน และนิวตรอนรวมกันเป็น นิวเคลียสอยู่ตรงกลาง มี อิเล็กตรอนซึ่งมีจำนวน เท่ากับโปรตอนวิ่งวนอยู่ รอบๆนิวเคลียส
10 แบบจำลองอะตอมของ นีลส์ โบร์ (Niels Bohr) นิลส์ โบร์ ทดลองศึกษา อะตอมของธาตุเพิ่มเติม ทำให้รู้รายละเอียดของ อะตอมเพิ่มขึ้น
11 เขาได้เสนอ แบบจำลองอะตอมใหม่ ดังนี้ อะตอมประกอบด้วยโปรตอนและ นิวตรอนรวมกันเป็นนิวเคลียส และมี อิเล็กตรอนวิ่งอยู่ในวงโคจรที่เป็น วงกลม มีรัศมี r รอบนิวเคลียสเป็น ชั้นๆ หรือเป็นระดับพลังงานที่มีค่า พลังงานเฉพาะค่าหนึ่ง คล้ายๆกับวง โคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์
12 เปรียบเทียบแบบจำลอง อะตอมแบบต่างๆ
13 ปัจจุบันพบว่าอิเล็กตรอนไม่ได้วิ่งเป็น วงกลมดังที่โบร์เสนอไว้ แต่จะเคลื่อนที่ เป็นรูปทรงกลมกระจายไปรอบ นิวเคลียส ทำให้ดูเสมือนว่าอิเล็กตรอน เคลื่อนที่ไปทั่วทั้งอะตอม
14 “ อะตอมประกอบด้วย นิวเคลียส และรอบ ๆ นิวเคลียสมีกลุ่มหมอกของ อิเล็กตรอนซึ่งมีลักษณะ เป็นทรงกลมห่อหุ้มอยู่ บริเวณกลุ่มหมอกทึบมี โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน มากกว่า บริเวณกลุ่มหมอก บาง ” แบบจำลองอะตอม แบบกลุ่มหมอก กล่า วว่า
15 ส่วนประกอบของอะตอม อนุภาคมูลฐานอะตอมคือ โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน ปัจจุบันได้มีการตรวจพบอนุภาคอื่นๆหลายร้อย ชนิดในอะตอม ชนิดของอะตอมกำหนดโดยจำนวนโปรตอน เรียกว่าเลขอะตอม มวลของอะตอมกำหนดหยาบๆ โดยจำนวน โปรตอนและจำนวนนิวตรอน เรียกว่าเลข มวล มวลจริง ( เฉลี่ย ) ของอะตอม หาได้จากเลข มวลอะตอม (atomic mass) ซึ่งดูได้ จากตารางธาตุ
16 สัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ (Atomic Symbols) X : ตัวย่อของชื่อธาตุ Z : เลขอะตอม (Atomic number) จำนวน โปรตอน A : เลขมวล (Atomic Mass number) จำนวนโปรตอน + นิวตรอน c : ประจุ จำนวนโปรตอน = Z จำนวนนิวตรอน = A-Z จำนวนอิเล็กตรอน = Z-( c) Isotope: ธาตุชนิดเดียวกัน มีเลขอะตอม เท่ากัน แต่มีเลขมวลต่างกัน ( มีจำนวน นิวตรอนไม่เท่ากัน )
17 ตัวอย่างสัญลักษณ์ นิวเคลียร์ของธาตุ
ครูวิชัย เจริญศรี กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์ โรงเรียนเบญจมรา ชูทิศ ราชบุรี