2.1 แบบจะลองอะตอม
“แบบจำลองอะตอม” มีอะไรบ้าง
- แบบจำลองอะตอมของ ดอลตัน (1808)
- แบบจำลองอะตอมของ ทอมสัน (1904)
- แบบจำลองอะตอมของ รัทเธอร์ฟอร์ด (1911)
- แบบจำลองอะตอมของ โบร์ (1913)
- แบบจำลองอะตอม กลศาสตร์ควอนตัม(กลุ่มหมอก) (1926-ปัจจุบัน)
- สสารประกอบขึ้นจากอนุภาคที่เล็กที่สุด เรียกว่าอะตอม มีลักษณะเป็นทรงกลมตันที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก
- อะตอมไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ หรือทำลายได้
- อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน จะมีคุณสมบัติเหมือนกัน
-ในทางกลับกันอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน จะมีสมบัติต่างกัน - เมื่ออะตอมของธาตุต่างชนิดกันมารวมตัวกัน จะเกิดเป็นสารประกอบ
-โดยสารประกอบจะมีอัตราส่วนของธาตุเป็นเลขลงตัวจำนวนต่ำๆ
- อะตอมเป็นทรงกลมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งประกอบขึ้นด้วยอนุภาคที่มีประจุบวกและอนุภาคที่มีประจุลบ ซึ่งมีค่าประจุไฟฟ้าเท่ากัน
- ประจุบวกและประจุลบของอะตอมจะกระจายตัวอยู่ทั่วทั้งอะตอมอย่างสม่ำเสมอ โดยประจุลบจะฝังตัวอยู่ในเนื้ออะตอมที่มีประจุบวก
- ภายในอะตอมเป็นพื้นที่ว่างเป็นส่วนใหญ่
- เนื่องจากโปรตอนซึ่งมีประจุเป็นบวกนั้นรวมตัวกันอย่างหนาแน่นอยู่ตรงกลางของอะตอม เรียกกว่านิวเคลียส
- นิวเคลียสของอะตอมนั้นมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดทั้งหมดของอะตอม ถึงแม้ว่านิวเคลียสจะมีขนาดเล็กแต่ก็มีมวลสูงมาก
- อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบๆนิวเคลียส และเคลื่อนที่เป็นบริเวณกว้าง
- อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงโคจร โดยมีขนาด และค่าพลังงานที่แน่นอน
- ขนาดวงโคจรของอิเล็กตรอนนั้นจะสำพันธ์กับระดับพลังงาน
-ที่ระดับพลังงานต่ำ วงโคจรจะมีขนาดเล็ก และอยู่ใกล้กับนิวเคลียส
- เมื่อระดับพลังงานเพิ่มขึ้น วงโคจรจะมีขนาดใหญ่ขึ้น และอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากขึ้น - อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ข้ามจากระดับพลังงานหนึ่งไปยังระดับพลังงานหนึ่งได้ เมื่อมีได้รับหรือสูญเสียพลังงาน
-เมื่อได้รับพลังงานจะอิเล็กตรอนจะข้ามขึ้นไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้น(ไกลจากนิวเคลียส)
-เมื่อสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอนจะข้ามลงมายังระดับพลังงานที่ต่ำลง (เข้าใกล้นิวเคลียส)
- อิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น ทำให้ไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้
- แต่สามารถระบุได้ว่าบริเวณใดที่มีโอกาศพบอิเล็กตรอน
- อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบๆนิวเคลียสในลักษณะของกลุ่มหมอกที่มีประจุเป็นลบ
-ยิ่งเข้าใกล้นิวเคลียสโอกาศที่พบอิเล็กตรอนยิ่งสูงขึ้น - กลุ่มหมอกหรือบริเวณที่มีโอกาศพบอิเล็กตรอน เรียกว่า ออร์บิทัล
- ออร์บิทัลมีหลายรูปแบบ เช่น s, p, d และ f
ในปี พ.ศ. 2429 (ค.ศ. 1886) ออยเกน โกลด์ชไตน์ ได้ทำการดัดแปลงหลอดรังสีแคโทดโดยการสลับตำแหน่งของแคโทดและแอโนด ซึ่งเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปพบว่า ฉากเกิดการเรืองแสง แสดงว่ามีรังสีออกมาจากรังสีแอโนด ซึ่งเขาเรียกรังสีชนิดนี้ว่า รังสีแคแนล หรือ รังสีแอโนด เขาทำการทดลองกับแก๊สหลายชนิดพบว่ารังสีแอโนดมีค่าไม่คงที่ จนกระทั่งทีมของรัทเทอร์ฟอร์ดและทอมสันได้ทำการศึกษาในแนวเดียวกันแต่บรรจุไฮโดรเจนในหลอดแทน ทำให้ได้ข้อสรุปว่าอนุภาคบวกมีค่าประจุเท่ากันกับอิเล็กตรอน และหาค่ามวลของประจุบวกได้มากกว่ามวลของอิเล็กตรอนประมาณ 1,840 เท่า เรียกอนุภาคนี้ว่า โปรตอน
อนุภาค | สัญลักษณ์ | ประจุ(คูลอมบ์) | น้ำหนัก(กิโลกรัม) |
โปรตอน | p | +1.60x10-19 | 1.67x10-27 |
นิวตรอน | n | ไม่มีประจุ | 1.67x10-27 |
อิเล็กตรอน | e- | -1.60x10-19 | 9.11x10-31 |
จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน
โปรตอนกับนิวตรอนเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักมากเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอน ดังนั้นมวลของอะตอมก็คือจำนวนโปรตอนรวมกับจำนวนนิวตรอน นั่นคือ "เลขมวล"
เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน
เราสามารถเขียนเป็นสัญลักษณ์เพื่อระบุเลขอะตอมและเลขมวลได้ดังนี้
จากการศึกษาแบบจำลองอะตอมโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่เรียกว่าสมการคลื่น คำนวณหาค่าพลังงานอิเล็กตรอน ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียส โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ และอยู่ในระดับพลังงานต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านั้นอยู่กันอย่างไร ในแต่ละระดับพลังงานจะมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดเท่าใด ให้นักเรียนพิจารณาข้อมูลจากตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุ
เวเลนซ์อิเล็กตรอน
คือ จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดหรือสูงสุด ของแต่ละธาตุจะมีอิเล็กตรอนไม่เกิน 8
การจัดอิเล็กตรอน มีความสัมพันธ์กับการจัดหมู่และคาบอย่างไร
- เวเลนซ์อิเล็กตรอน จะตรงกับเลขที่ของหมู่ ดังนั้น ธาตุที่อยู่หมู่เดียวกันจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน
- จำนวนระดับพลังงาน จะตรงกับเลขที่ของคาบ ดังนั้น ธาตุในคาบเดียวกันจะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน เช่น 35 Br มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังนี้ 2 , 8 , 18 , 7 ดังนั้น Br จะอยู่ในหมู่ที่ 7 เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 7 และอยู่ในคาบที่ 4 เพราะมีจำนวนระดับพลังงาน 4
หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอน
- จะต้องจัดเรียงอิเล็กตรอนเข้าในระดับพลังงานต่ำสุดให้เต็มก่อน จึงจัดให้อยู่ระดับพลังงานถัดไป
- เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเกิน 8 ไม่ได้
- จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้าไปของธาตุในหมู่ IA , IIA เท่ากับ 8 ส่วนหมู่ IIIA – VIIIA เท่ากับ 18
การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
จากการศึกษาสเปกตรัมและกลศาสตร์ควันตัมของคลื่น ทำให้ทราบว่า ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ในระดับพลังงานเดียวกัน ยังแบ่งเป็นระดับพลังงานย่อยต่างๆ ซึ่งมี 4 ระดับพลังงานย่อย ได้แก่ s , p , d , f subshell แต่ละระดับพลังงานย่อย จะมีจำนวนอิเล็กตรอนต่างๆกัน
จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 1 มีได้มากที่สุดคือ 2 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานที่ 2 มีได้มากที่สุด 8 อิเล็กตรอน สำหรับระดับพลังงานที่ 3 มีได้มากที่สุด 18 อิเล็กตรอน
หลักในการจัดเรียงอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานเป็นดังนี้
- จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด ( valence electron ) มีได้ไม่เกิน 8 อิเล็กตรอน และจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานวงถัดเข้ามามีได้ไม่เกิน 18 อิเล็กตรอน
- ระยะห่างระหว่างแต่ละระดับพลังงานจะไม่เท่ากัน n = 1 และ n = 2 จะอยู่ห่างกันมากที่สุด และระยะห่างระหว่างระดับพลังงานจะน้อยลงเรื่อยๆ เมื่อระดับพลังงานสูงขึ้น
- จำนวนระดับพลังงานของอะตอมของธาตุจะบอกถึง “ คาบ ”
- จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะบอกถึง “ หมู่ ”
2.4.2 กลุ่มของธาตุในตารางธาตุ
2.4.3 ขนาดอะตอม
2.4.4 ขนาดไอออน
2.4.5 พลังงานไอออไนเซชัน
2.4.6 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน
2.4.7 อิเล็กโทรเนกาติวิตี
1. ธาตุแทรนซิชัน เป็นโลหะซึ่งส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลว จุดเดือด และความหนาแน่นสูง
2. เวเลนต์อิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 เท่ากับ 2 ยกเว้นโครเมียม กับทองแดง ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1
3. อิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้ามานับจากระดับพลังงานของเวเลนซ์อิเล็กตรอน ส่วนใหญ่มีจำนวนไม่เท่ากัน ส่วนของธาตุหมู่ IA และหมู่ IIA ในคาบเดียวกันมีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้ามาเท่ากับ 8
4. รัศมีอะตอมมีขนาดใกล้เคียงกันและมีแนวโน้มลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้นตามคาบ
5. ความหนาแน่นมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามคาบ
6. ธาตุแทรนซิชันมีสมบัติคล้ายคลึงกันตามคาบมากกว่าธาตุอื่นๆ ในตารางธาตุ
เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดกับไอโซโทปกัมมันตรังสีเพราะนิวเคลียสมีพลังงานสูงมากและไม่เสถียรจึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสีแอลฟา(α) บีตา(β) และแกมมา(γ)
1.รังสีแอลฟา (สัญลักษณ์: α) คุณสมบัติ เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม (4 2He) มี p+ และ n อย่างละ 2 อนุภาค ประจุ +2 เลขมวล 4 อำนาจทะลุทะลวงต่ำ เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วลบ
2.รังสีบีตา (สัญลักษณ์: β) คุณสมบัติ เหมือน e- อำนาจทะลุทะลวงสูงกว่า α 100 เท่า ความเร็วใกล้เสียง เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้
3.รังสีแกมมา (สัญลักษณ์: γ) คุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ที่มีความยาวคลื่นสั้นมากไม่มีประจุและไม่มีมวล อำนาจทะลุทะลวงสูงมาก ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า เกิดจากการที่ธาตุแผ่รังสีแอลฟาและแกมมาแล้วยังไม่เสถียร มีพลังงานสูง จึงแผ่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อลดระดับพลังงาน
อันตรายจากไอโซโทปกัมมันตรังสี
1. ด้านธรณีวิทยา การใช้คาร์บอน-14 (C-14) คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ
2. ด้านการแพทย์ ใช้ไอโอดีน-131 (I-131) ในการติดตามเพื่อศึกษาความผิดปกติของต่อมไธรอยด์ โคบอลต์-60 (Co-60) และเรเดียม-226 (Ra-226) ใช้รักษาโรคมะเร็ง
3. ด้านเกษตรกรรม ใช้ฟอสฟอรัส 32 (P-32) ศึกษาความต้องการปุ๋ยของพืช ปรับปรุงเมล็ดพันธุ์ที่ต้องการ และใช้โพแทสเซียม-32 (K–32) ในการหาอัตราการดูดซึมของต้นไม้
4. ด้านอุตสาหกรรม ใช้ธาตุกัมมันตรังสีตรวจหารอยตำหนิ เช่น รอยร้าวของโลหะหรือท่อขนส่งของเหลว ใช้ธาตุกัมมันตรังสีในการ ตรวจสอบและควบคุมความหนาของวัตถุ ใช้รังสีฉายบนอัญมณีเพื่อให้มีสีสันสวยงาม
5. ด้านการถนอมอาหาร ใช้รังสีแกมมาของธาตุโคบอลต์-60 (Co–60) ปริมาณที่พอเหมาะใช้ทำลายแบคทีเรียในอาหาร จึงช่วยให้เก็บรักษาอาหารไว้ได้นานขึ้น
6. ด้านพลังงาน มีการใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูของยูเรีเนียม-238 (U-238) ต้มน้ำให้กลายเป็นไอ แล้วผ่านไอน้ำไปหมุนกังหัน เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น