1. โครงสร้างอะตอม ( Atomic structures ) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ รายวิชา เคมีพื้นฐาน ( ว 31102)
โดยครูสุกัญญา นาคอ้น
โรงเรียนเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทร์
กาญจนบุรี
1

2. ลิวซิพพุส (Leucippus: ca.450 BC) และ ดิโมคริตุส (Democritus: ca. 470-380 BC) สองนักปราชญ์ชาวกรีก ได๎เสนอทฤษฎีแนวคิด เกี่ยวกับอะตอมวำ
โครงสร้างของอะตอมยุคแรก
“สารทั้งปวงมีองค์ประกอบพื้นฐานที่เล็กที่สุด เรียกวำ อะตอม (มาจากคาวำ atomos แปลวำ แยกไมํได๎ หรือ แบํงไมํได๎)”
A = “ไม่” , tomos = “แบ่งได้”
2

3. จอห์น ดอลตัน (John Dalton: 1766-1844) นักเคมีชาวอังกฤษ : เสนอแนวคิดเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอมดังนี้
ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน
1. สสารทุกชนิดประกอบด๎วยอนุภาคที่แบํงแยกไมํได๎เรียกวำ อะตอม
2. อะตอมไมํสามารถสร๎างขึ้นใหมํหรือทาลายได๎
3. ธาตุประกอบด๎วยอะตอมเพียงชนิดเดียว อะตอมของธาตุชนิด
เดียวกันมีสมบัติเหมือนกันทุกประการ และแตกตำงจากอะตอม
ของธาตุชนิดอื่นๆ
3

4. แม๎วำทฤษฎีอะตอมของดาลตันจะไมํถูกต๎อง แตํได๎สร๎างความรู๎
พื้นฐานเกี่ยวกับธาตุซึ่งเป็นประโยชน์ตํอการศึกษาและพัฒนาความรู๎ทาง
เคมีในยุคนั้นเป็นอยำงมาก
John Dalton
ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน 4

5. ทฤษฎีอะตอมของทอมสัน
เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (J.J. Thomson: 1856-1940) พิสูจน์พบอนุภาคประจุลบ
การค๎นพบอิเล็กตรอน
5

6. เมื่อผำนกระแสไฟระหวำงขั้วไฟฟ้าลบ (Cathode) และ ขั้วไฟฟ้าบวก (Anode) ในหลอดสุญญากาศ แล๎วเกิด
การเรืองแสง (เรียกวำรังสีแคโธด หรือ Cathode Ray) ที่บริเวณ ขั้วบวกแอโนด
รังสีแคโธด คือ รังสีที่เกิดจากอนุภาคประจุลบ
เมื่อให๎สนามไฟฟ้า รังสีนี้จะเบนเข๎าหาสนามไฟฟ้าบวก
อนุภาคประจุลบ คือ อิเล็กตรอน
ทฤษฎีอะตอมของทอมสัน
6

7. ทอมสันพยายามหามวลของอิเล็กตรอน โดยวัดพลังงานที่ทา
ให๎รังสีแคโธดเบนออก ซึ่งก็คือคำ “อัตราสํวนประจุตํอมวลของ อิเล็กตรอน”
e = 1.76 x 108 C/g
m
ไมํวำจะนาแก๏สชนิดใดมาใช๎ ก็จะได๎อัตราสํวนนี้เสมอ
ทอมสันสรุปว่า “อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่อยู่ใน
อะตอมของธาตุทุกชนิด”
ทฤษฎีอะตอมของทอมสัน
7

8. โรเบิร์ต มิลลิแกน (R. Millikan : 1868-1953) หาประจุของ อิเล็กตรอน โดยวัดคำสนามไฟฟ้าที่ทาให๎แรงดึงดูดระหวำงประจุ
(แรงคูลอมป์) บนละอองน้ามันเทำกับคำแรงโน๎มถํวงของโลก
8

9. คำประจุบนละอองน้ามันมีคำ = 1.602 x 10-19 C
มิลลิแกนหามวลของอิเล็กตรอนโดย
e/m = 1.75882 x 108 C/g
m = e / (1.75882 x 108 C/g)
= (1.602 x 10-19 C) / (1.75882 x 108 C/g)
= 9.109 x 10-31 kg
“อิเล็กตรอน” เป็นอนุภาคที่มีประจุลบ
มีประจุ = 1.602 x 10-19 C
มีมวล = 9.109 x 10-31 kg
9

10. การคนพบโปรตอน
เนื่องจากอะตอมเปนกลางทางไฟฟา แสดงวำตองมีอนุภาค
ที่มีประจุบวกรวมอยูํในอะตอมด๎วย
โกลดสไตนสังเกตพบรังสีแอโนด (รังสีที่มาจากอนุภาคประจุบวก) จากการดัดแปลงการทดลองของทอมสัน
เมื่ออิเล็กตรอนจากกระแสไฟฟาวิ่งชนกลุมอะตอม ทาใหอะตอม
ไอออไนซไดอิเล็กตรอนกับอะตอมไอออนบวก
(A → A+ + e)
10

11. ถ๎าเจาะรูที่แผํน Cathode จะมีอนุภาควิ่งไปด๎านหลัง
เรียกวำ “รังสีแคแนล”
รังสีจะเบนเข๎าหาสนามไฟฟ้าลบ
มีมวลตำงๆ กัน ขึ้นอยูํกับชนิดของแก๏ส
การทดลองของรัทเทอรฟอรดยืนยันการคนพบโปรตอน โดย ระดมยิงโมเลกุลไนโตรเจนดวยอนุภาคอัลฟา ( 42He ) ทาใหไดอนุภาค ซึ่งหนักเปน 1830 เทาของอิเล็กตรอน และมีประจุเทากับอิเล็กตรอน
11

12. หลังจากการคนพบอิเล็กตรอน และโปรตอน ทอมสันจึงได เสนอทฤษฎีอะตอม
“อะตอมเปนทรงกลมประกอบดวย อิเล็กตรอน และ โปรตอน อนุภาคทั้งสองอยูกระจัดกระจายทั่วบริเวณอะตอมอยางสม่่าเสมอในสภาพ ที่เปนกลางทางไฟฟา”
J.J. Thomson
ทฤษฎีอะตอมของทอมสัน
12

13. ทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
อี อารรัทเทอรฟอรด (1871-1937) ศึกษาการ กระเจิงของรังสีแอลฟา โดยการระดมยิงรังสีแอลฟา
( 42He2+, อนุภาคประจุบวก) ผานแผนทองคาบางๆ
แลวสังเกตจุดเรืองแสงบนฉาก
13

14. การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด
14

15. การทดลองของรัทเทอรฟอรดพบวา
รังสีสวนใหญทะลุผาน
รังสีสวนนอยที่เบี่ยงเบน และเกิกการสะทอนกลับ
เพราะฉะนั้น แบบจาลองของทอมสันจึงอธิบายการทดลอง
ของรัทเทอร์ฟอร์ดไมํได๎ เขาจึงเสนอแบบจาลองอะตอมแบบใหมํซึ่ง
มีลักษณะดังนี้
1. อะตอมเปนทรงกลม เนื้อที่สวนใหญเป็นชองวาง
2. อนุภาคประจุบวกทั้งหมดรวมกันอยูตรงกลาง เรียกวา
“นิวเคลียส”
ทฤษฎีอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
15

16. 3. มีอิเล็กตรอนโคจรเปนวงลอมรอบนิวเคลียส
4. มีจานวนอิเล็กตรอนเทากับจานวนอนุภาคประจุบวก
(โปรตอน) ในนิวเคลียส
เนื่องจากขอมูลทางแมสสเปกโทรกราฟบอกวา ผลรวม ของมวลของ โปรตอนและอิเล็กตรอนของธาตุทุกชนิด จะน๎อยกวำมวลอะตอมเสมอ
Ernest Rutherford
16

17. การคนพบนิวตรอน
เซอรเจมสแชดวิค (Sir James Chadwick: ค.ศ. 1932) ไดพบ อนุภาคใหมที่เปนกลางทางไฟฟา และมีมวลใกลเคียงกับโปรตอน เรียกวา “นิวตรอน” (Neutron)
จากการค๎นพบอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน ทาให๎แบบ
จาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดสมบูรณ์ขึ้น ดังรูป
p+n
-
-
-
-
17

18. จากการค๎นพบนิวตรอนโดย แชดวิก ทาให๎เราทราบวำ อะตอมประกอบด๎วย อนุภาค 3 ชนิด คือ โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน และอนุภาคทั้งสามเราถือวำเป็นอนุภาคมูลฐานของ อะตอม จากการค๎นพบนิวตรอนของแชดวิก ทาให๎แบบจาลอง อะตอมเปลี่ยนไป ดังนี้
“อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน รวมตัวกันเป็นนิวเคลียสอยู่ตรงกลาง และมีอิเล็กตรอนซึ่งมีจ่านวน เท่ากับโปรตอนวิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียส”
p+n
-
-
-
-
18

19. สมบัติของอนุภาคมูลฐาน
อนุภาค
สัญลักษณ์
ชนิดของ ประจุ
ประจุไฟฟ้า
(คูลอมบ์)
มวล
(g)
อิเล็กตรอน
e
-1
1.602 x 10-19
9.109 x 10-28
โปรตอน
p
+1
1.602 x 10-19
1.673 x 10-24
นิวตรอน
n
0
0
1.675 x 10-24
19

20. เลขอะตอม
เลขอะตอม (Atomic number) หมายถึง จานวนโปรตอนที่ อยูํภายในนิวเคลียส แตํเนื่องจากในอะตอมที่เป็นกลางจานวน โปรตอนเทำกับจานวนอิเล็กตรอน ดังนั้น เลขอะตอมอาจหมายถึง จานวนอิเล็กตรอนก็ได๎
ใช๎สัญลักษณ์ Z แทน เลขอะตอมมีคำเป็นเลขจานวนเต็มเสมอ
กรณีที่อะตอมไม่เป็นกลางจ่านวนโปรตอนจะไม่เท่ากับจ่านวน อิเล็กตรอน อะตอมที่ไม่เป็นกลาง ได้แก่ ไอออนบวก ไอออนลบ
20

21. เลขมวล
เลขมวล (Mass number) หมายถึง
ผลบวกของจานวนโปรตอนกับนิวตรอนภายในนิวเคลียส ใช๎สัญลักษณ์ A แทน เลขมวลไมํใชํเลขอะตอม
แตํมีคำใกล๎เคียงกัน
21

22. การเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ
สัญลักษณ์นิวเคลียร์ เป็นสัญลักษณ์ที่บอกรายละเอียดเกี่ยวกับ จานวนอนุภาคมูลฐานของอะตอม ซึ่งมีหลักการเขียนดังนี้
ให๎
X คือ สัญลักษณ์ของธาตุ
A คือ เลขมวล = โปรตอน+นิวตรอนในนิวเคลียส
Z คือ เลขอะตอม = จานวนโปรตอนในนิวเคลียส
สัญลักษณ์นิวเคลียร์ คือ X
A
Z
สัญลักษณ์นิวเคลียร์
22

23. ตัวอย่างสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ
C Cl U
N K Ge
12
6
14
7
35
17
235
92
39
19
72
32
สัญลักษณ์นิวเคลียร์
23

24. ไอโซโทป (Isotope) คือ ธาตุที่มีเลขอะตอม เหมือนกันแตํเลขมวลตำงกัน หรือธาตุที่มีจานวน โปรตอนเหมือนกันแตํนิวตรอนตำงกัน เชํน
ธาตุไฮโดรเจน มี 3 ไอโซโทป คือ
H เรียกวำ โปรเทียม
H เรียกวำ ดิวเทอเรียม
H เรียกวำ ทริเทียม
1
1
2
1
3
1
ไอโซโทป (Isotope)
24

25. •14C ใช๎คานวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรือซาก ดึกดาบรรพ์ และ ศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยา
•24Na ใช๎ตรวจอัตราการไหลเวียนของโลหิต
•60Co ให๎รังสีแกมมาซึ่งใช๎ในการถนอมอาหารและรักษาโรคมะเร็ง
•131I ใช๎ตรวจสอบความผิดปกติของตํอมไทรอยด์
•32P ใช๎ศึกษาความต๎องการปุ๋ยของพืช
•238U ใช๎คานวณอายุแรํ
•198Au ใช๎ตรวจตับและไขกระดูก
ประโยชน์ของไอโซโทป
25

26. ไอโซโทน (Isotone)
ไอโซโทน คือ ธาตุที่มีนิวตรอนเหมือนกัน แตํ โปรตอนตำงกัน เชํน
K Ca
เป็นไอโซโทนกัน
เพราะตำงก็มีจานวนนิวตรอนเทำกับ 20
39
19
40
20
ไอโซโทน
26

27. ไอโซบาร์ (Isobar)
•ไอโซบาร์ คือ ธาตุที่มีเลขมวลเหมือนกันแตํเลข อะตอมตำงกัน เชํน C N เป็นไอโซบาร์กัน
14
6
14
7
27
ไอโซบาร์

28. แบบฝึกหัดเพิ่มเติม
1. จากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ที่กาหนดให๎จงหาอนุภาคมูลฐาน ของอะตอม Na p = Al3+ p = At- p = n = n = n = e- = e- = e- = Br p = P3- p = Ra+ p = n = n = n = e- = e- = e- =
23
11
27 13
210
85
80
35
31
15
226
88
28

29. 2. จงหาเลขมวลของธาตุต่อไปนี้ 1) X3+ มีอิเล็กตรอน 28 อิเล็กตรอน มีนิวตรอน 29 นิวตรอน .......... 2) X มีเลขมวลเป็น 2 เทำของ Na ........................... 3) 11X+ มีจานวนนิวตรอนเทำกับนิวตรอนของ O ................... 4) 19X- มีจานวนนิวตรอนน๎อยกวำอิเล็กตรอน 3 ตัว............
23
11
16 8
29

30. 3. จงหาเลขอะตอมของธาตุต่อไปนี้ 1) X2+ มีจานวนอิเล็กตรอนเทำกับ 36 ..................... 2) X อยูํหมูํ2มีจานวนอิเล็กตรอนอยูํในระดับพลังงานสูงสุด เทำกับ 4 ..................... 3) X- มีจานวนอิเล็กตรอนเทำกับ 18 ..................... 4) X อยูํหมูํ 3 คาบที่ 4 ................................
30

31. 4. จงเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของไอโซโทปตำงๆ ของธาตุ X ซึ่งมี 9 อิเล็กตรอน และมีนิวตรอน 9 10 และ 11 ตามลาดับ ...................................................................................................................... ................................................................................................................ 5. ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่งมีประจุในนิวเคลียสเป็น 3 เทำของประจุใน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและมีเลขมวลเป็น 7 เทำของเลขมวลไฮโดรเจน ไอโซโทปนี้จะมีอนุภาคมูลฐาน อยำงละเทำใด ...................................................................................................................... ................................................................................................................
31

32. จากการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด และการค๎นพบ นิวตรอนของ แชดวิก ทาให๎ทราบวำ โปรตอนและนิวตรอนอยูํ รวมกันในนิวเคลียสของอะตอม แตํยังไมํทราบวำ การจัด อิเล็กตรอนในอะตอมเป็นอยำงไร..
ดังนั้น การศึกษาเกี่ยวกับสเปกตรัมจึงเป็นข๎อมูลสาคัญ ที่นาไปสูํการนาเสนอแบบจาลองอะตอมของโบร์
32

33. แบบจาลองอะตอมของโบร์
Niels Bohr
(1855 - 1962)
นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ศึกษา
การเกิดสเปกตรัมของธาตุ
พลังงานไอออไนเซชัน
33

34. คลื่นและสมบัติของคลื่น
ความยาวคลื่น (wavelenth)
สัญลักษณ์ แลมบ์ดา) คือ ระยะระหวำงยอดคลื่นหรือ ระยะทางที่เคลื่อนที่ครบ 1 รอบพอดี ความยาวคลื่นมีหนํวย เป็นเมตร (m) หรือหนํวยยํอยของเมตร เชํน เซนติเมตร(cm) นาโนเมตร (nm) (1 nm = 10-9m)
34

35. แอมปลิจูด (Amplitude)
คือ ความสูงของคลื่น
ความถี่ของคลื่น (Frequency)
สัญลักษณ์ นิว) หมายถึง จานวนคลื่นที่ผำนจุดจุดหนึ่งใน เวลา 1 วินาที ดังนั้น ความถี่ ของคลื่นจึงมีหนํวยเป็นรอบตํอ วินาที (s-1) หรือ Cycle/s หรือ เรียกอีกอยำงหนึ่งวำ เฮิรตซ์ สัญลักษณ์ Hz
คลื่นและสมบัติของคลื่น
35

36. คลื่นแมํเหล็กไฟฟ้าประกอบด๎วยคลื่นหลายชนิดที่มี ความยาวคลื่น และความถี่ตำงๆ กันเป็นชํวงกว๎าง คลื่นที่ประสาทตาของเราสามารถรับได๎มีความยาวคลื่นตั้งแตํ 400 nm ถึง 700 nm เทำนั้น คลื่นแมํเหล็กไฟฟ้าในชํวงนี้เรียกวำ แสงขาว
คลื่นและสมบัติของคลื่น
36

37. สเปกตรัม (spectrum)
•สเปกตรัม หมายถึง แถบสีหรือเส๎นสีที่ได๎จากการผำนพลังงาน แสงเข๎าไปในสเปกโตรสโคป แล๎วทาให๎พลังงานแสงแยกออกเป็น แถบสีที่เรียงกันตามความยาวคลื่น หรือได๎เส๎นสีที่มี คำความยาว คลื่นคำใดคำหนึ่ง
•สเปกโตรสโคป คือ เครื่องมือที่ใช๎แยกสีของแสงตามความถี่หรือ ตามความยาวคลื่น หรือเป็นเครื่องมือที่ใช๎ศึกษาเกี่ยวกับ สเปกตรัม
สเปกตรัม
37

38. รูปสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
สเปกตรัม
38

39. การหักเหของแสงขาวผ่านปริซึม
•ถ๎าให๎แสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแสงขาว สํองผำนปริซึมแสงขาวจากดวง อาทิตย์ จะแยกออกเป็นแสงสีรุ๎ง ตํอเนื่องกัน เรียกวำ แถบสเปกตรัมของแสงขาว
สเปกตรัม
39

40. ความยาวคลื่นของสเปกตรัมต่างๆ
สีของสเปกตรัม
ความยาวคลื่น (nm)
มํวง
คราม – น้าเงิน
เขียว
เหลือง
แสด (ส๎ม)
แดง
400 – 420
420 – 490
490 – 580
580 – 590
590 – 650
650 - 700
สเปกตรัม
40

41. •มักซ์ พลังค์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ได๎ศึกษาพลังงานของ คลื่นแมํเหล็กไฟฟ้า และสรุปวำ “ พลังงานของคลื่นแมํเหล็กไฟฟ้าจะเป็นสัดสํวนโดยตรงกับความถี่ ของคลื่นนั้น ” เมื่อ E คือ พลังงานของคลื่นแมํเหล็กไฟฟ้า (J) h คือ คำคงที่ของพลังค์มีคำ 6.625x10-34J.s  คือ ความถี่ของคลื่นแมํเหล็กไฟฟ้า มีหนํวยเป็น รอบตํอวินาที(s-1) หรือเฮิรตซ์ (Hz)
E = h
41

42. •แตํเนื่องจากความยาวคลื่นกับความถี่สัมพันธ์กัน ดังนี้  = C  เมื่อ c คือ ความเร็วของแสงในสุญญากาศมีคำเทำกับ 3.0x108 m/s E =
hc

42

43. •ถ๎าผำนแสงขาวไปยังแทํงปริซึมสามเหลี่ยมจะถูกแยกเป็นสี ตำงๆ กัน ซึ่งแสงสีที่ตำงกันนี้จะมีพลังงานไมํเทำกัน โดยเฉพาะสีแดงจะมีความยาวคลื่นมากสุด มีความถี่ต่าสุด
•แสงที่เป็นคลื่นสั้นจะมีความถี่สูงกวำแสงที่เป็นคลื่นยาว
•แสงที่เป็นคลื่นสั้นจะมีพลังงานสูงกวำแสงที่เป็นคลื่นยาว
43

44. ตัวอย่างการค่านวณ
ตัวอย่างที่ 1
คลื่นแสงของธาตุ x มีความยาวคลื่น 2x10-5 m
และมีความถี่ 3x104 s-1 จงหาพลังงาน
วิธีทา สูตร E = h
= 6.625 x10-34J.s x 3 x104s-1
= 19.87 x 10-30J
= 1.987 x 10-29J
ดังนั้น พลังงานมีคำ 1.987x10-29จูล Ans
44

45. 1.จงเรียงลาดับแสงสีตำงๆ ในแสงขาวตามความถี่และพลังงานจาก น๎อยไปมาก
2.เส๎นสเปกตรัมสีแดงของโพแทสเซียมมีความถี่ 3.9 x1014 Hz จะมี ความยาวคลื่นเป็นเทำใด
3.เส๎นสเปกตรัมเส๎นหนึ่งของธาตุซีเซียมมีความยาวคลื่น 456 nm ความถี่ของสเปกตรัมเส๎นนี้มีคำเทำใด และปรากฏเป็นสีใด
4.คลื่นแมํเหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ 8.5 x104 Hz จะมีพลังงานและ ความยาวคลื่นเทำใด
แบบฝึกหัด
45

46. โครงสร้างของอะตอมยุคหลัง
การเปลี่ยนแปลงจากยุคฟสิกสแผนเดิมไปสูยุคทฤษฎีควอนตัม
จากทบ.ของรัทเทอร์ฟอร์ด อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเมื่อ เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส จะมีการสูญเสียพลังงานในรูปของการแผํรังสี ทาให๎อะตอมยุบ และอิเล็กตรอนจะคงอยูํไมํได๎ แตํความจริง e ยังอยูํในอะตอมได๎
แตํเดิมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะใช๎ทบ.
แมํเหล็กไฟฟ้า ของ Maxwell (ทบ.คลื่นแสง)
46

47. ทฤษฎีของแมกซเวลล(Maxwell’s theory)
รังสีแมเหล็กไฟฟาเปนรูปพลังงานที่เปลงออก (Emission)
ในรูปของคลื่น มีองคประกอบ 2 สวน ไดแกคลื่นทางไฟฟา (Electric wave) และคลื่นทางแมเหล็ก (magnetic wave) โดยคลื่นทั้งสองจะเคลื่อนที่ตั้งฉาก ซึ่งกันและกัน
47

48. สมบัติของคลื่น
คลื่น (Wave) เปนรูปแบบการเคลื่อนที่ของพลังงานที่มี
ลักษณะซ้ากันเปนคาบๆ (Period)
ความเร็วของคลื่นขึ้นกับชนิดของคลื่นและธรรมชาติของตัวกลาง ที่คลื่นเคลื่อนที่
 องคประกอบที่สาคัญของคลื่น มีดังตอไปนี้ 1. ความยาวคลื่น (wavelength, λ) เปนระยะทางจากยอดคลื่นหนึ่งถึงอีก ยอดคลื่นหนึ่ง 2. ความถี่คลื่น (frequency, ν) เปนจานวนคลื่นที่ผานจุดหนึ่งใน 1 วินาที 3. ความเร็วคลื่น (velocity, c) เปนระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ใน 1 วินาที 4. แอมพลิจูด (amplitude) เปนความสูงของยอดคลื่น
48

49. คลื่นแมเหล็กไฟฟาเดินทางดวยความเร็วเท่ากับ ความเร็วของแสง (c) = 3.0 x 108 m/s
49

50. λ = ความยาวคลื่น (nm)
ν = ความถี่ (Hz หรือ s-1)
c = λν
ν = เลขคลื่น = 1 (cm-1)
λ
50

51. ทบ.Maxwell อธิบายการเปลงรังสี ความรอนของวัตถุดา ไมไดเพราะทฤษฎีนี้ถือวา แสงเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟา เปลงออกมาจากการสั่นสะเทือนของอนุภาคที่มีประจุ
 จึงมีความถี่เปนคาตอเนื่อง ยิ่งความถี่สูง ความเขมของแสงจะยิ่งสูงขึ้นดวย
การเปลงแสงไมขึ้นกับความถี่ วัตถุจะเปลงแสงสีน้าเงิน-มวงเทานั้น (λ นอย)
แตในการทดลองจริง : วัตถุที่มีอุณหภูมิหนึ่งๆ จะเปลง
แสงที่มีความเขม สูงสุดในชวงความถี่หนึ่งเทานั้น
อธิบายไดดวย “ทฤษฎีควอนตัม”
51

52. แสดงวา วัตถุรอนเปลงแสง เมื่อมีความเขมที่ความยาวคลื่นเฉพาะคาหนึ่ง
52

53. การแผ่รังสีของวัตถุด่า (Black-body radiation)
วัตถุดา หมายถึง วัตถุใดๆ ที่สามารถดูดกลืนและคายพลังงาน ที่มากระทบได๎ทั้งหมด (ไมํมีจริง)
เมื่อให๎ความร๎อนกับวัตถุดามากขึ้น ทาให๎มีการเปลํงรังสีมากขึ้น
ความเข๎มของรังสี ขึ้นอยูํกับอุณหภูมิของวัตถุ
สีของรังสีที่เปลํงออกมา ขึ้นอยูํกับอุณหภูมิ
53

54. ทฤษฎีควอนตัมของพลังค์
แมกซ์ พลังค์ (Max Planck: 1858-1947) เสนอวำการดูดกลืน หรือปลดปลํอยพลังงานของวัตถุดาจากัดได๎เพียงบางคำเทำนั้น
หรือเป็นกลุํมก๎อนเรียกวำ ควอนตัม (Quantum) โดยคำพลังงานเป็น ปฏิภาคโดยตรงกับความถี่ (ν) ตามสมการ
E υ E = hυ
เมื่อ h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ = 6.625 x 10-34 จูลวินาที
54

55. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (ค.ศ. 1905)
 ปรากฎการณ์ที่ ē หลุดจากผิวหน๎าของโลหะ เมื่อโลหะถูกฉาย
แสงที่ความถี่ (ν) มากกวำ คำความถี่ขีดเริ่ม (ν0-threshold
value) ของโลหะ
ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ใช๎แนวคิดของพลังค์ อธิบาย ปรากฏการณ์ดังกลำว โดยตั้งสมมติฐานวำ แสงไมํได๎มีพฤติกรรมของคลื่น แตํแสงมีพฤติกรรมเสมือนอนุภาค เรียกวำ โฟตอน (Photon) ซึ่งมีพลังงาน เทำกับ hν
55

56. พลังงานน๎อยที่สุดของโฟตอนที่ทาให๎ e หลุดจากผิวโลหะ
เทำกับแรงดึงดูดระหวำงอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส คือ
Ε = hν°
e ที่หลุดออกมาจากปรากฏการณ์นี้ เรียกวำ “โฟโตอิเล็กตรอน”
พลังงานทั้งหมดที่ใช๎ในการทาให๎เกิดโฟโคอิเล็กตรอน คือ
Etotal = ho + K.E. = ho + ½ mv2
56

57. ความเข๎มแสงมาก จานวนโฟตอนมาก จานวนโฟโต
อิเล็กตรอนมาก
Slope = h
ho
57

58. สเปกตรัมของไฮโดรเจน
เมื่อประจุอิเล็กตรอนชนกับแก๏สไฮโดรเจนที่อยูํในหลอด จะเกิดการ
เรืองแสง และเมื่อแสงจากหลอดผำนสลิทและปริซึมจะหักเหได๎เส๎นสเปกตรัม
ซึ่งเป็นสเปกตรัมเปลํงออกมา (Emission spectrum) ของไฮโดรเจน
58

59.  รูปแบบของสเปกตรัมของไฮโดรเจนจะมีลักษณะเป็นเส้นๆ
(line spectrum) ไม่ต่อเนื่อง
จึงเกิดคาถามวำ
1. ทาไมแสงจึงเปลํงออกมาจากแก๏สไฮโดรเจน
2. ทาไมแสงเปลํงออกจึงมีความยาวคลื่นเพียงบางคำเทำนั้น
59

60. ระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนอยู่มีลักษณะเป็นชั้นๆ ไม่ต่อเนื่อง
ระดับชั้นของพลังงาน โดยที่ n เป็นเลขจ่านวนเต็ม
โดยปกติ อิเล็กตรอนในอะตอมจะอยู่ในระดับ พลังงานต่่าสุดที่เรียกว่า “สถานะพื้น” (ground state)
60

61. เมื่ออะตอมได๎รับพลังงานความร๎อนจากไฟฟ้าศักย์สูง อิเล็กตรอนในอะตอมจะได๎รับพลังงานเพิ่ม และไปอยูํในระดับ พลังงานที่สูงขึ้น เรียกวำ สถานะกระตุ๎น (excited state)
สถานะกระตุ๎น
(excited state)
สถานะพื้น
(ground state)
e
h
กระบวนการดูดกลืนพลังงานโดยอิเล็กตรอน
61

62. เมื่ออิเล็กตรอนกลับมาที่เดิม ก็ต๎องปลํอยพลังงานสํวนเกินออกมา ในรูปของพลังงานรังสี ปรากฏเป็น สเปกตรัม
สถานะกระตุ๎น (excited state)
สถานะพื้น
(ground state)
e
E = E2 – E1 = h
E2
E1
กระบวนการคายพลังงานโดยอิเล็กตรอน เกิดเป็น สเปกตรัม
ความยาวคลื่นของสเปกตรัมเปลํงออก ΔE.
62

63. ทฤษฎีอะตอมไฮโดรเจนของบอห์ร
บอห์ร (Niels Bohr: 1885-1962) เสนอ แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร๎างอะตอมของไฮโดรเจน โดย ใช๎แนวคิดของรัทเทอร์ฟอร์ดรํวมกับทฤษฎีควอนตัม ดังนี้
นิวเคลียส (p+n)
n = 4 321
r
e
1.อะตอมไฮโดรเจนประกอบด๎วย นิวเคลียสที่มีอิเล็กตรอนโคจรรอบๆ นิวเคลียสเป็นวงกลมโดยมี รัศมี r
n คือ เลขควอมตัมมีคำเป็น 1, 2, 3, ...
63

64. 2. อิเล็กตรอนโคจรรอบๆ โดยไมํสูญเสียพลังงาน ซึ่งเรียกวำสถานะ
คงตัว โดยที่โมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรจะมีคำเป็ฯจานวนเต็มเทำ
ของ nh ซึ่งเขียนได๎วำ
2
L = mevr = nh
2
L = โมเมนตัมเชิงมุม me = มวลของอิเล็กตรอน v = ความเร็ว h = คำคงที่ของพลังค์
64

65. 3. อิเล็กตรอนสามารถจะรับและปลดปลํอยพลังงานได๎ เมื่อมีการ เปลี่ยนวงโคจร โดยคำของพลังงานจะเทำกับ คำของพลังงาน ที่แตกตำงกันของวงโคจรทั้งสอง คือ
E = h = E2 – E1
e จากวงใน วงนอก (รับพลังงาน) E เป็น +
e จากวงนอก วงใน (คายพลังงาน) E เป็น -
65

66. 4. อิเล็กตรอนที่อยูํในวงโคจรดังกลำวจะมีพลังงานคำหนึ่งคงที่ และ
ตลอดเวลาที่อยูํในวงโคจรเดียวจะไมํดูดพลังงาน หรือสูญเสีย
พลังงานแตํอยำงใด คำพลังงานนี้คานวณได๎จากสมการ
เมื่อ me = มวลของอิเล็กตรอน
z = เลขเชิงอะตอม
n = 1, 2, 3
66

67. สาหรับ H จากสมการ คำในวงเล็บจะเป็นคำคงที่ = 2.18 x 10-11 erg หรือ 13.61 ev
สาหรับรัศมีของอิเล็กตรอนในวงโคจรที่มีเลขควอนตัม n คือ
r = n2a0
a0 คือ คำคงที่ เรียกวำ “รัศมีอะตอมไฮโดรเจนของบอห์ร”
67

68. ทฤษฎี Bohr มีข๎อจากัด คือใช๎ได๎ดีกับ H และไอออนที่มี ē เทำ H (He+, Li2+) เทำนั้น
สมการ Rydberg ใช๎ได๎กับทุกอะตอม
 = ความถี่ (Hz)
 = เลขคลื่น (cm-1)
 = ความยาวคลื่น (cm, nm)
R = Rydberg constant = 109,678 cm-1
68

69. อนุกรมในสเปกตรัมอะตอม H
ตามสมการของ Rydberg
ชื่ออนุกรม
na
nb
ช่วง 
Lyman
1
2, 3, 4,….
UV
Balmer
2
3, 4, 5,….
Visible
Paschen
3
4, 5, 6,….
Bragget
4
5, 6, 7,….
Infra red
Fund
5
6, 7, 8,….
69

70. อนุกรมในสเปกตรัมอะตอม H 70

71. แบบจาลองอะตอมตามทฤษฎีของบอห์ร แม๎จะใช๎ได๎ดีกับอะตอม ที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว แตํไมํสามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มี มากกวำหนึ่งอิเล็กตรอนได๎เลยนอกจากนี้วงโคจรวงกลมของอิเล็กตรอนยัง ไมํตรงกับรูปรำงของโมเลกุลที่ได๎จากการศึกษาทางรังสีเอกซ์อีกด๎วย
นิวเคลียส (p+n)
n = 4 321
e
e
e
e
e
71

72. โครงสรางอะตอมตามหลักกลศาสตรคลื่น
เดอบรอยลแสดงใหเห็นวาอิเล็กตรอนมีสมบัติเปนทั้งคลื่น และอนุภาค หรือที่เรียกวา ทวิภาวะ (dual nature)
เมื่อเปนคลื่น ; v = λν
เมื่อเปนอนุภาค ; λ = h/mv
72

73. ไฮเซนเบิรก เสนอหลักความไมแนนอน (uncertainty principle) โดยมีใจความวา
“ เราไมอาจทราบตำแหนงและความเร็วของอนุภาคเล็กๆ ขณะ
เคลื่อนที่ ไดอยางถูกตองแนนอนทั้งสองอยางในเวลาเดียวกัน”
p.x  h/4
Δx คือ ความไมแนนอนของตาแหนง
Δp คือ ความไมแนนอนของโมเมนตัม
73

74. แบบจ่าลองอะตอมกลุ่มหมอก
Erwin Shroedinger*
(1887 - 1961)
* นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย
74

75. ใช๎ความรู๎พื้นฐานทางกลศาสตร์ควอนตัม มาสร๎างสมการคลื่น(Wave equation)
เพื่อคานวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานตำงๆ
จากสมการคลื่นทาให๎ทราบวำ เราไมํสามารถบอกตาแหนํงที่แนํนอนของ
อิเล็กตรอนได๎ แตํอิเล็กตรอนจะกระจายอยูํทั่วทุกทิศทุกทางของอะตอม
ดังนั้นแบบจาลองอะตอมแบบกลุํมหมอกจึงกลำววำ
“อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส
ที่มีลักษณะเป็นทรงกลม บริเวณกลุ่มหมอกทึบแสดงว่าโอกาส
ที่จะพบอิเล็กตรอนมีมากและบริเวณกลุ่มหมอกจาง
โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนมีน้อย”
75

76. การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม
n = 1 มี e- = 2 = 2x1 = 2x12
n = 2 มี e- = 8 = 2x4 = 2x22
n = 3 มี e- =18 = 2x9 = 2x32
n = 4 มี e- = 32 = 2x16 = 2x42
n = 5 มี e- = 50 = 2x25 = 2x52
n = 6 มี e- = 72 = 2x36 = 2x62
n = 7 มี e- = 98 = 2x49 = 2x72
ข้อแม้ e- ที่อยู่วงนอกสุดมีได้ไม่เกิน 8
e-ที่อยู่ถัดจากวงนอกสุดมีได้ไม่เกิน18
2n2
n=ระดับพลังงาน
76

77. ตัวอย่างการ
3Li = 2 , 1
11Na = 2 , 8 , 1
19K = 2 , 8 , 8 , 1
37Rb = 2 , 8 , 18 , 8 , 1
55Cs = 2 , 8 , 18, , 18 , 8 , 1
87Fr = 2 , 8 , 18 , 32 , 18 , 8 , 1
ดังนั้น ธาตุดังกล่าวจึงอยู่หมู่ IA
Valence e-
บอกให้รู้ว่าอยู่หมู่ใด
+8
+32
+18
+8
+18
I , II ,VIII
A
77

78. การจัดอิเล็กตรอนของธาตุ
78

79. การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย Sub-shell , Orbital
จากการเสนอแบบจาลองอะตอมในปัจจุบันนี้วำ มีลักษณะเป็น กลุํมหมอก และจากการคานวณพลังงานของ e- ในระดับสูง ตํอไป พบวำ e- ไมํได๎จัดเป็น Shell อยำงที่โบร์เสนอไว๎
กลำวคือ e- ในแตํละ Shell หรือ Orbital โดยมีข๎อแม๎วำ e- ในแตํละ Orbital จะมีได๎ ไมํเกิน 2e- และมีรูปรำงแตกตำงไป ตามความหนาแนํนของ e- ดังนี้
79

80. Orbital
ระดับวงยํอย s เริ่มตั้งแตํ n=1,จึงมี 1 วงยํอยและมี e-=2 e-
ระดับวงยํอย p เริ่มตั้งแตํ n=2,จึงมี 3 วงยํอยและมี e-=6e-
ระดับวงยํอย d เริ่มตั้งแตํ n=3,จึงมี 5 วงยํอยและมี e-=10e-
ระดับวงยํอย f เริ่มตั้งแตํ n=4,จึงมี 7 วงยํอยและมี e-=14e-
80

81. การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม
ระดับพลังงานหลัก
ระดับพลังงานย่อย
81

82. การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม
ระดับพลังงาน
ระดับพลังงานย่อย
จ่านวนอิเล็กตรอนสูงสุด
ในระดับพลังงานย่อย
จ่านวนอิเล็กตรอนสูงสุด
ในระดับพลังงาน
1
s
2
2
2
s
p
2
6
8
3
s
p
d
2
6
10
18
82

83. การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม
ระดับพลังงาน
ระดับพลังงานย่อย
จ่านวนอิเล็กตรอนสูงสุด
ในระดับพลังงานย่อย
จ่านวนอิเล็กตรอนสูงสุด
ในระดับพลังงาน
4
s
p
d
f
2
6
10
14
32
83

84. การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม
84

85. การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม
85

86. จ่านวน e ที่บรรจุในระดับพลังงานต่าง ๆ
ระดับหลัก (n) มี ē ไดไมเกิน 2n2
ระดับพลังงาน n = 1 มี ē ไดไมเกิน 2(1)2 = 2 ē
ระดับพลังงาน n = 2 มี ē ไดไมเกิน 2(2)2 = 8 ē
ระดับพลังงาน n = 3 มี ē ไดไมเกิน 2(3)2 = 18 ē
ระดับพลังงาน n = 4 มี ē ไดไมเกิน 2(4)2 = 32 ē
86

87. แตํละออร์บิตอลสามารถบรรจุ e ได๎ไมํเกิน 2 e เทำนั้น
s-orbital มี 1 ออร์บิตอล บรรจุได๎มากสุด 2 e
p-orbital มี 3 ออร์บิตอล บรรจุได๎มากสุด 6 e
d-orbital มี 5 ออร์บิตอล บรรจุได๎มากสุด 10 e
f-orbital มี 7 ออร์บิตอล บรรจุได๎มากสุด 14 e
จ่านวน e ที่บรรจุในแต่ละออร์บิตอล
87

88. การบรรจุ e-ในแต่ละ Orbital
มีหลักการดังนี้
1.หลักการกีดกันของเพาลี (Pauli esilusion principle)
e- คู่หนึ่งคู่ใดในออบิทัลเดียวกันจะต้องมีสมบัติไม่ เหมือนกันอย่างน้อย e- คู่นั้น จะต้องมีทิศทางการ หมุนรอบตัวเองไม่เหมือนกัน ตัวหนึ่งหมุนตามเข็ม นาฬิกา อีกตัวหนึ่งหมุนทวนเข็มนาฬิกา จึงก่าหนดไว้ ว่า
88

89. 1)ใช๎ แทน Orbital
2)ในแตํละ จะบรรจุ e- ได๎สูงสุด 2 e-
3)กาหนดให๎ e- แทนลูกศร =
แตํไมํเขียน หรือ
89

90. 2.อาฟบาว (Aufbau)
ให๎บรรจุ e-ลงใน Orbital ที่มีพลังงานต่าสุดและวำงกํอน เสมอ เริ่มตั้งแตํ
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
90

91. วิธีบรรจุอิเล็กตรอนในอะตอมออรบิทัลตามแนวลูกศร
91

92. 3. กฎของฮุน (Hund’s rule)
1. ในกรณีที่มีธาตุมีหลาย ในแตํละ จะมีพลังงานเทำกัน เชํน 2p มี 3 ให๎บรรจุ e- เดี่ยวมากที่สุดเทำที่มากได๎ เมื่อมี e- เหลือให๎บรรจุ e- เป็นคูํเติม นั้น เชํน
มี 2e-
3e-
4e-
2. อะตอมของธาตุที่มี e- บรรจุเต็มในทุกๆ มีพลังงาน เทำกัน เรียกวำ การบรรจุเต็ม แตํถ๎ามี e- อยูํเพียงครึ่งเดียว เรียกวำบรรจุครึ่ง มีผลทาให๎เกิดการเสถียร
92

93. 93
ตัวอย่าง การบรรจุอิเล็กตรอน
#e-
1s
2s
2px
2py
2pz
3s
H
1

1s1
He
2


1s2
Li
3


1s2 2s1
C
6





1s2 2s2 2p2
O
8





1s2 2s2 2p4
Ne
10





1s2 2s2 2p6
Na
11






1s2 2s2 2p6 3s1 หรือ
[Ne] 3s1

94. แบบฝึกหัด
1. จงเขียนผังการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
2. จงแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุต่อไปนี้
38Sr 46Pd 53I 78Pt
3. ถ้าธาตุ A B และ C มีการจัดอิเล็กตรอนดังนี้
ธาตุ A 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
B 1s2 2s2 2p6 3s2
C 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
ก. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอมเท่าใด
ข. ธาตุแต่ละชนิดมีอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานใดบ้าง และมีจ่านวนเท่าใด
94

95. Quantum Numbers (เลขควันตัม)
 The Principal Quantum Number : n
 The Angular Momentum Quantum Number : l
 The Magnetic Quantum Number : ml
 The Electron Spin Quantum Number : ms
95

96. สัญลักษณ์ คือ n
แสดงระดับพลังงานหลัก
เป็นเลขจานวนเต็ม (n = 1, 2, 3,……..)
เดิมเรียก Shell K, L, M
1. เลขควอนตัมหลัก (Principal quantum number)
เลขควอนตัมหลัก
96

97. สัญลักษณ์ คือ l
บอกระดับพลังงานยอยของ e
l มีคา 0 ถึง (n – 1)
เชํน n = 1, l = 0
n = 2, l = 0, 1
n = 3, l = 0, 1, 2
n = 4, l = 0, 1, 2, 3
2. เลขควอนตัมเชิงมุม (Angular momentum quantum number)
เลขควอนตัมเชิงมุม
97

98. l = 0 เรียกวำ s – orbital (sharp)
l = 1 เรียกวำ p – orbital
(prinsiple)
l = 2 เรียกวำ d – orbital
(diffuse)
l = 3 เรียกวำ f – orbital
(fundamental)
เลขควอนตัมเชิงมุม
98

99. สัญลักษณ์ คือ ml
บอกทิศทางการกระจายตัวของ e ในชํองวำง ภายใต๎ อิทธิพลของสนามแมํเหล็ก
มีคำตั้งแตํ -l ถึง +l หรือ 2l + 1
แตํละคำของ l จะมีระดับพลังงานเทำกัน เรียกวำ degeneracy
3. เลขควอนตัมแมํเหล็ก (Magnetic quantum number)
เลขควอนตัมแม่เหล็ก
99

100. 2
เลขควอนตัมแม่เหล็ก
100

101. สัญลักษณ์ คือ ms
แสดงถึงทิศของการหมุนรอบตัวเอง (spin) ของ e
มีเพียง 2 คา คือ +1/2 (หมุนทวนเข็มนาฬิกา)
และ -1/2 (หมุนตามเข็มนาฬิกา)
3. เลขควอนตัมเชิงสปิน (Spin quantum number)
101

102. Spin ขึ้น
Spin ลง
ms = +1/2
ทวนเข็ม
ms = -1/2
ตามเข็ม
102

103. จานวนออร์บิทัล (ดูจาก ml ทั้งหมด) = 4
จานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่เป็นไปได๎ = 8 (ดูจากจานวนชุดของเลขควอนตัมซึ่งเทำกับ 2 เทำของจานวนออร์บิทัล)
103
ตัวอยำง เลขควอนตัมที่เป็นไปได๎ถ๎า n=2
n l ml ms
2
s (l=0)
p (l=1)
0
–1 0 +1
-½, ½
-½, ½
-½, ½
-½, ½
l = 0  n–1
ml = –l  l
ms = –½,+½
เลขควอนตัม
2,0,0,-½
2,0,0, ½
2,1,-1,-½
2,1,-1, ½
2,1,0,-½
2,1,0, ½
2,1,1,-½
2,1,1, ½

104. คือ บริเวณที่ มีโอกาสพบ ē มากที่สุด รอบนิวเคลียส
(ความหนาแนน ē ≈ 90%)
ออรบิทัลอะตอม (Atomic Orbital)
s - orbital
เปนทรงกลม การกระจาย ē เทากันทุกทิศทุกทาง ไดจาก l = 0
ถา n = 1 1s - ออรบิทัล
ถา n = 2 2s - ออรบิทัล
104

105. 105

106. p - orbital
มี ml 3 คา คือ (+1, 0, -1)
p -orbital จึงมีได3 orbital
ขึ้นกับระยะทาง และ ทิศทาง
106

107. d - orbital
มี ml 5 คา คือ (+2, +1, 0, -1, -2)
โอกาสที่จะพบ e ขึ้นกับระยะทางและทิศทาง ดังรูป
107

108. f - orbital
มี ml 7 คา คือ (+3, +2, +1, 0, -1, -2, -3)
108

109. วิวัฒนาการแบบจาลองอะตอม
109

110. จบแล้วนะคะ
110