![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](https://image.slidesharecdn.com/atomicstructuresm4-140831224823-phpapp02/85/Atomic-structures-m4-93-320.jpg)
Atomic structures m4
- 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
- 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
- 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
- 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 = ho + K.E. = ho + ½ mv2 56
- 57. ความเข๎มแสงมาก จานวนโฟตอนมาก จานวนโฟโต อิเล็กตรอนมาก Slope = h ho 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 110. จบแล้วนะคะ 110