1. ฟิ สิ กส์ อะตอม 3
การทดลองด้ านสเปกตรัม
สเปกตรัมจากอะตอมของแก๊ส
การแผ่ รังสี ของวัตถุดา
ทฤษฎีอะตอมของโบร์

2. การศึกษาสเปกตรัมของอะตอมเป็ นการศึกษาเกียวกับการวัดความยาวคลืน
่
่
และความเข้ ม ของคลืนแม่ เหล็กไฟฟ้ าทีอะตอมปล่ อยออกมาหรือดูดกลืน
่
่
เข้ าไป นักวิทยาศาสตร์ ได้ อาศัยผลการทดลองเกียวกับสเปกตรัมของ
่
อะตอมเพือเป็ นแนวทาง สาหรับสร้ างทฤษฎีขนมาอธิบายการจัดเรียงตัว
่
ึ้
ของอิเล็กตรอนในอะตอม

3. ทาไม
นักวิทยาศาสตร์ สนใจศึกษาสเปกตรัมอะตอม

4. เพราะ สเปกตรัมอะตอมเปรียบเสมือนลายพิมพ์ นิวมือของมนุษย์ ซึ่งใช้ พสูจน์ บุคคลได้ เนื่องจากลายพิมพ์
้
ิ
นิวมือแต่ ละคนไม่ เหมือนกัน เป็ นลักษณะเฉพาะบุคคล สเปกตรัมอะตอมก็เช่ นกัน เป็ นลักษณะเฉพาะอะตอม
้
ธาตุแต่ ละชนิดจะมีชุดของสเปกตรัมอะตอมไม่ เหมือนกันเลย ดังนั้นเราจึงใช้ ข้อมูลทีอ่านได้ จากชุ ดของ
่
สเปกตรัมเพือพิสูจน์ อะตอมได้
่

5. สเปกตรัมอะตอม
เกิดขึนได้ อย่ างไร
้

6. 1: เกิดจากการเผาวัตถุแข็งหรื อวัตถุเหลวให้ร้อน เช่น การเผาเกลือแกง (NaCl) จะได้
ไอร้อนของโซเดียม บริ สุทธ์ซ่ ึ งจะปล่อยคลื่นแสงที่ประกอบด้วยคลื่นทุก ย่านความถี่
อย่างต่อเนื่อง สเปกตรัมที่เกิดจากวิธีน้ ีเรี ยกว่า สเปกตรัมต่ อเนื่องแถบสว่ าง
(continuous bright spectrum)
2: เกิดจากการเผาแก๊สให้ร้อน แทนที่จะเป็ นวัตถุแข็ง สเปกตรัมที่เกิดจากวิธีน้ ีเรี ยกว่า
สเปกตรัมเส้ นสว่ าง (bright line spectrum)
3: เกิดจากการปล่อยให้คลื่นแสงที่มีความถี่ต่อเนื่อง(จากแบบที่ 1) ผ่านแก๊สเย็น
สเปกตรัมที่เกิดจากวิธีน้ ี เรี ยกว่า สเปกตรัมต่ อเนื่องกับเส้ นมืด (continuous spectrum
with dark lines)

7. ภาพนี้ดดแปลงมาจาก
ั
http://www.astro.virginia.edu/class/majewski/astr313/lectures/spectroscopy/spec.html

8. สรุปว่ า
สเปกตรัมอะตอมเกิดจากการคายคลืนแสงของอะตอมขณะร้ อน
่
• ถ้ าเป็ นอะตอมของวัตถุแข็งหรือเหลวร้ อนจะให้ สเปกตรัม
ต่ อเนื่องแถบสว่ าง
• ถ้ าเป็ นอะตอมของแก๊สร้ อนจะให้ สเปกตรัมเส้ นสว่ าง
• แต่ ถ้าเป็ นอะตอมของแก๊สเย็น จะได้ สเปกตรัมแบบเส้ นมืด ซึ่ง
เกิดจากการดูดกลืนคลืนแสง
่

9. The above image
shows a continuous
spectrum (top), an
absorption
spectrum (middle),
and an emission
spectrum (bottom)
for some of the
"Balmer lines" of
hydrogen—those
that lie within the
visible part of the
spectrum. The
sketch to the right is
a more-detailed
version, indicating
additional possible
transitions for an
electron in a
hydrogen atom.

11. ตัวอย่ างสเปกตรัมอะตอมแบบเส้ นสว่ างของธาตุบางตัว

12. ตัวอย่ างการคายพลังงานของอิเล็กตรอนของ
อะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็ นสเปกตรัม
At left is a hydrogen
spectral tube excited
by a 5000 volt
transformer. The three
prominent hydrogen
lines are shown at the
right of the image
through a 600
lines/mm diffraction
grating.
•Violet (380-435nm)
•Blue(435-500 nm)
•Cyan (500-520 nm)
•Green (520-565 nm)
•Yellow (565- 590 nm)
•Orange (590-625 nm)
•Red (625-740 nm)

13. ความยาวคลืนของสเปกตรัมของแก๊ สไฮโดรเจนร้ อนมี 5 อนุกรม โดยมีชื่อเรียกตาม
่
นักวิทยาศาสตร์ ทค้นพบสเปกตรัมแต่ ละเส้ นในอนุกรมนั้น และสามารถคานวณหาค่ าความยาว
ี่
คลืนของสเปกตรัมแต่ ละเส้ นในอนุกรมต่ างๆ ได้ โดยใช้ สมการ
่
1

เมือ 
่
RH
nf
ni
คือ
คือ
คือ
คือ

1
1
RH( 2  2 )
nf ni
ความยาวคลืนของสเปกตรัม (m)
่
ค่ านิจของริดเบอร์ ก = 1.1 x 107 m-1
ตัวเลขจานวนเต็มทีเ่ ท่ ากับ 2
ตัวเลขจานวนเต็มเริ่มตั้งแต่ 3, 4, 5,....

14. อนุกรมของสเปกตรัมชุดต่ างๆ ของไฮโดรเจน
ชื่ออนุกรม
ไลมาน (Lyman)
บัลเมอร์ (Balmer)
พาสเชน (Paschen)
แบรกเกต (Bracket)
ส่ วนกลับของ
ปี ที่ค้นพบ
ความยาวคลืน
่
1906-1914
1885
1908
1922
1

1

1

1

ฟุนด์ (Pfund)
1924
1

 RH (
 RH (
 RH (
 RH (
 RH (
1
12
1
22
1
32
1
4
2
1
52





1
)
2
nf
ni
ช่ วงของรังสี
1
2, 3, 4,...
อัลตราไวโอเลต( UV )
2
3, 4, 5,...
แสงทีตามองเห็นถึงUV
่
3
4, 5, 6,...
4
5, 6, 7,...
5
6, 7, 8,...
ni
1
)
2
ni
1
)
2
ni
1
ni2
1
)
)
2
ni
อินฟราเรด ( IR )

15. 1

 RH (
1
2
2
จากสมการของบัลเมอร์ เมือเราแทนค่ า nf
่
ni = 3 จะได้  = 6,562.8 0A
ni = 4 จะได้  = 4,861.3 0A
ni = 5 จะได้  = 4,340.5 0A
ni = 6 จะได้  = 4,101.7 0A

1
)
2
ni
= 2
เป็ นความยาวคลืนของแสงสี แดง
่
เป็ นความยาวคลืนของแสงสี นาเงิน
่
้
เป็ นความยาวคลืนของแสงสี ม่วง
่
เป็ นความยาวคลืนของแสงสี เหนือม่ วง
่

16. This spectrum was produced by
exciting a glass tube of hydrogen
gas with about 5000 volts from a
transformer. It was viewed
through a diffraction grating
with 600 lines/mm. The colors
cannot be expected to be
accurate because of differences
in display devices.

17. The spectral series of hydrogen, on a logarithmic scale.

18. http://jersey.uoregon.edu/vlab/elements/Elements.html

19. สเปกตรัมจากอะตอมของแก๊ ส
1. ระดับพลังงานในสุ ด ( n = 1 ) จะเป็ นระดับที่มีพลังงานต่า สุ ด และ
ถัดออกมาจะเป็ น ระดับที่มีพลังงานมากขึนเรื่อยๆ และปกติ
้
อิเล็กตรอนชอบทีจะอยู่ช้ันในสุ ด ( n = 1 ) เพราะจะมี เสถียรภาพมาก
่
ทีสุด ภาวะเช่ นนีเ้ รียกสภาวะพืน( Ground State )
่
้

20. สเปกตรัมจากอะตอมของแก๊ ส
2. หากอิเล็กตรอนได้ รับพลังงานทีเ่ หมาะสม อิเล็กตรอนจะดูด
พลังงานนั้นแล้วเคลือนย้ ายจากระดับพลังงานต่าขึนไประดับพลังงาน
่
้
สู งกว่ าเดิม เรียกภาวะเช่ นนีว่าเป็ นสภาวะกระตุ้น ( Excited State )
้
แต่ ภาวะถูกกระตุ้นนีอเิ ล็กตรอนจะมีพลังงานมากเกินไปจึงไม่ เสถียร
้
อิเล็กตรอนจะคายพลังงานส่ วนหนึ่งออกมแล้วเคลือนย้ ายลงมาอยู่ใน
่
ระดับพลังงานที่ต่ากว่ าเดิม

21. สเปกตรัมจากอะตอมของแก๊ ส
3. พลังงานทีอเิ ล็กตรอนคายออกมาจะอยู่ในรู ปของคลืน
่
่
แม่ เหล็กไฟฟาเสมอ
้

22. จากการวิเคราะห์ สเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจน พบว่ าชุดความถี่
ของเส้ นสเปกตรัมในช่ วงที่สามารถมองเห็นได้ ด้วยตาเปล่ านั้นมี
ชื่อเรียกว่ า
ก. Lyman series
ข. Balmer series
ค. Paschen series
ง. Brackett series

23. ในช่ วงระดับพลังงานตาสุ ดสามระดับแรกของอะตอมไฮโดรเจน คลืน
่
่
แม่ เหล็กไฟฟาที่ควรพบจะอยู่ในชุดความถีทเี่ รียกว่ า
้
่
ก. ชุดไลมานและชุดบาล์ มเมอร์
ข. ชุดไลมานและชุดพาเชน
ค. ชุดบาล์ มเมอร์ และชุดพาเชน
ง. ชุดไลมาน ชุดบาล์ มเมอร์ และชุดพาเชน

24. การแผ่ รังสี ของวัตถุดา
วัตถุดา (Black Body ) คือ วัตถุทมการแผ่รังสีคลืนแม่เหล็กไฟฟ้ า
ี่ ี
่
พลังงานที่แผ่ ออกมาจากวัตถุดาแต่ ละชนิดจะขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดการสั่ นของอะตอม
จานวนอะตอมในวัตถุ มีขนาดของพลังงานเป็ น E = hf, 2hf, 3hf, . .. ..
สามารถเขียนเป็ นสมการได้ ว่ า E = n(hf)
เมื่อ
n คือ เป็ นตัวเลขจานวนเต็มบวก โดย n = 1,2, 3, . . . .
f คือ ความถีธรรมชาติการสั่ นของอะตอมคู่ ( Hz )
่
h คือ ค่ านิจของแพลงค์ ( h = 6.63 x 10-34 J.s )

25. • ปริมาณ hf จึงหมายถึง 1 ก้ อนพลังงานแสง ซึ่งเรียกว่ า 1 ควอนตัม
หรือ 1 โฟตอน (1 เม็ดแสง)
• อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) เป็ นหน่ วยวัดพลังงานสาหรับอนุภาคขนาดเล็ก
โดย 1 eV = 1.6 x 10 -19 จูล
• พลังงาน 1 eV. จะเป็ นพลังงานที่ได้ จากการเร่ งอิเล็กตรอนผ่ านความต่ าง
ศักย์ 1 โวลต์ (เร่ งอิเล็กตรอน
• ผ่ านความต่ างศักย์ V โวลต์ จะทาให้ อเิ ล็กตรอนมีพลังงานเป็ น V
อิเล็กตรอนโวลต์ )

26. Electron transitions and their resulting wavelengths for
hydrogen. Energy levels are not to scale.

28. ตัวอย่ างการคายพลังงานของอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็ นสเปกตรัมดังนี้
การเคลือนอิเล็กตรอน
่
จากชั้นบน ลงมา ชั้น 1
จากชั้น 6 ลงมา ชั้น 2
จากชั้น 5 ลงมา ชั้น 2
จากชั้น 4 ลงมา ชั้น 2
จากชั้น 3 ลงมา ชั้น 2
จากชั้นบน ลงมา ชั้น 3
จากชั้นบน ลงมา ชั้น 4
จากชั้นบน ลงมา ชั้น 5
คลืนแม่ เหล็กไฟฟ้ าทีคาย
่
่
รังสี อลตราไวโอเลต
ั
แสงสี ม่วง (410 nm)
แสงสี น้ าเงิน(434 nm)
แสงสี น้ าทะเล (484 nm)
แสงสี แดง (656 nm)
รังสี อินฟาเรด
รังสี อินฟาเรด
รังสี อินฟาเรด
ชื่อชุดสเปกตรัม(อนุกรม)
ไลแมน
บัลเมอร์
พาสเชน
แบรกเกต
ฟุนด์

29. ทฤษฎีอะตอมของโบร์
อะตอมประกอบด้ วยโปรตอนและ
นิวตรอน อยู่ภายในนิวเคลียส ส่ วน
อิเล็กตรอนวิงอยู่รอบ ๆ นิวเคลียสเป็ น
่
ชั้น ๆ หรือเป็ นระดับพลังงานซึ่งมีค่า
เป็ นขั้น ๆ อย่ างเด็ดขาด ไม่ มีค่าที่
ต่ อเนื่องกัน

30. ศึกษาสเปกตรัมการเปล่งแสงของธาตุ
โดยบรรจุแก๊สไฮโดรเจนในหลอดปล่อย
ประจุ จากนั้นให้ พลังงานเข้ าไปพบว่ า
อิเล็กตรอนเคลือนจากขั้วบวกไปขั้วลบ
่
ชนกับแก๊สไฮโดรเจน จากนั้นเปล่งแสง
ออกมาผ่ านปริซึมทาให้ เราเห็นเป็ นเส้ น
สเปกตรัมสี ต่าง ๆ ตกบนฉากรับภาพ
สรุปผลการทดลอง
การเปล่งแสงของธาตุไฮโดรเจน เกิดจากอิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับพลังงานจากวงโคจรสูง
ไปสู่วงโคจรต่า พร้อมทั้งคายพลังงานในรู ปแสงสี ต่าง ๆ

32. โบร์ ได้ เสนอแบบจาลองอะตอมของไฮโดรเจนขึนมาโดยนาแนวคิดเรื่อง
้
ควอนตัมของ พลังงานของพลังค์ มาใช้ กบแบบจาลองอะตอมของ
ั
รัทเทอร์ ฟอร์ ด พร้ อมทั้งเสนอสมมติฐานขึน ใหม่ 2 ข้ อ ได้ แก่
้
• อิเล็กตรอนมีวงโคจรรอบนิวเคลียสเป็ นชั้นๆ โดยในแต่ ละวงโคจร
จะมีโมเมนตัมเชิงมุม
• เมื่ออิเล็กตรอนเปลียนวงโคจรจะคายหรือดูดพลังงาน เป็ น
่
1 ควอนตัม

33. จากทฤษฎีของโบร์ ทาให้ แสดงได้ ว่า อะตอมไฮโดรเจน จะมี
1. รัศมีอะตอม ;
2. อัตราเร็วของอิเล็กตรอน ;
3. พลังงานของอะตอม ;

34.  ระดับพลังงาน - 13.6 eV เป็ นระดับพลังงานของอิเล็กตรอน
อะตอมไฮโดรเจนวงในสุ ด เรียกว่ า สถานะพืน (ground state)
้
 ถ้ าอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานสู งกว่ าสถานะพืนหรือในวงโคจร
้
ที่ n ≥ 2 เรียกสภาวะนีว่า สถานะกระตุ้น (excited state)
้

35. สเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน จะเกิดจากการเปลียนวงโคจรของ
่
อิเล็กตรอน คานวณได้ จากความสั มพันธ์ จากสู ตร
หรือใช้ สูตร Δ E (หน่ วยเป็ น eV) กับ λ (หน่ วยเป็ นนาโนเมตร)
จากสู ตร

36. ภาพของอะตอมจากทฤษฎีของเบอร์ (Bohr) คือ
•
ก. อิเล็กตรอนจะวิงวนรอบนิวเคลียสในวงโคจรบางวงโดยไม่ แผ่ คลืน
่
่
แม่ เหล็กไฟฟาออกมา
้
• ข. อิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียสเป็ นเสมือนกลุ่มหมอกทีห่อหุ้มนิวเคลียส
่
อยู่ทใดมีหมอกหนาแน่ นมากจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอน ณ ทีน้ันมาก
ี่
่
• ค. อิเล็กตรอนวิงวนรอบนิวเคลียสด้ วยระยะห่ างจากนิวเคลียสมาก เมือ
่
่
เทียบกับขนาดนิวเคลียส
• ง. อิเล็กตรอนทีอยู่รอบนิวเคลียสมีสมบัตคลืนนิ่ง
่
ิ ่

37. อะตอมไฮโดรเจนจะอยู่ในสถานะพืน เมือวงโคจร
้ ่
อิเล็กตรอน
ก. ติดกับนิวเคลียส
ข. หลุดจากอะตอม
ค. อยู่ในระดับพลังงานตาสุ ด
่
ง. อยู่ในสภาพสมดุล

38. สเปคตรัมทีได้ จากอะตอมของธาตุต่าง ๆ จะ
่
ก. เหมือนกันสาหรับธาตุทุกธาตุ
ข. จะแสดงคุณสมบัตเิ ฉพาะของแต่ ละธาตุ
ค. จะได้ เป็ นแถบสว่ างเสมอ
ง. ได้ เป็ นเส้ นมืดเสมอ

39. อะตอมจะมีการปล่อยโฟตอน เมื่ออิเล็กตรอน ตัวหนึ่งของอะตอม
ก. ชนกับตัวอืน
่
ข. เมื่ออิเล็กตรอนเปลียนสถานะ
่
ค. เมื่ออิเล็กตรอนเปลียนสถานะไปอยู่ใน สถานะทีมีระดับพลังงานต่ากว่ า
่
่
ง. เมื่ออิเล็กตรอนเปลียนสถานะไปอยู่ในสถานะทีมระดับพลังงานสู งกว่ า
่
่ ี