แบบจำลองอะตอมใน ข้อ ใด อาศัย คุณสมบัติ ของอิเล็กตรอน ที่เป็นทั้ง คลื่น และ เป็นทั้งอนุภาค

               เนื่องจากแบบจำลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) มีข้อจำกัดที่ไม่สามารถใช้อธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน ได้มีการศึกษาเพิ่มเติมจนได้ข้อมูลที่เชื่อว่าอิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น  โดยเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในลักษณะของคลื่นนิ่ง  บริเวณที่พบอิเล็กตรอนได้พบได้หลายลักษณะเป็นรูปทรงต่าง ๆ ตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอน  จากการใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตัมสร้างสมการขึ้นเพื่อคำนวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่าง ๆ พบว่าแบบจำลองนี้อธิบายเส้นสเปกตรัมได้ดีกว่าแบบจำลองอะตอมของโบร์ โดยแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกกล่าวไว้ดังนี้

1. อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอม  จึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอะตอมได้

2. มีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบางบริเวณเท่านั้น  ทำให้สร้างมโนภาพได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส

3. บริเวณที่กลุ่มหมอกทึบแสดงว่าโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มหมอกจาง การแสดงแบบจำลองอะตอมในลักษณะที่แสดงถึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทำได้ยาก  แต่จะแสดงในลักษณะที่เป็นลูกกลมแทน  เช่น  ลูกปิงปองหรือลูกกลมพลาสติก เพื่อให้สะดวกต่อการจินตนาการถึงอะตอมของธาตุได้ง่าย

                ในปี ค.ศ. 1924  หลุยส์ เดอ บรอยส์ (Lois de Brolie)  ให้ความเห็นว่า “ถ้าแสงมีพฤติกรรมคล้ายกับว่าประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ (โฟตอน : photon)  ดังนั้นอนุภาคขนาดเล็กก็สามารถประพฤติตัวได้ทำนองเดียวกัน  คือมีสมบัติเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค”  ด้วยสมมติฐานนี้ ทำให้โครงสร้างของอะตอมมีความกระจ่างชัดมากขึ้นและสามารถเข้าใจปรากฏการณ์บางอย่างที่ขัดต่อทฤษฎีอะตอมของโบร์ได้  เช่น  อธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดอิเล็กตรอนจึงไม่ถูกโปรตอนดึงดูดเข้าไปในนิวเคลียส  โดยพิจารณาว่าอิเล็กตรอนประพฤติตัวเป็นคลื่นนิ่งรอบนิวเคลียสนั่นเอง  และอธิบายได้ว่าในการเกิดพันธะเคมี  เพราะเหตุใดอิเล็กตรอนจึงเข้าคู่กันได้โดยไม่ผลักกัน  โดยให้พิจารราว่าอิเล็กตรอนเป็นคลื่นซึ่งสามารถเกิดการแทรกสอดกันได้

             เมื่อให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในวงโคจรที่เสถียรคือเป็นคลื่นนิ่ง  ความยาวของเส้นรอบวงจะมีค่าเป็นจำนวนเท่าของความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนนั้น  ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีของโบร์  ระดับชั้นของวงโคจรแบ่งเป็นชุดหลักได้เป็นระดับชั้น (shell)  K , L , M , N , O , . . . หรือเรียกว่าระดับพลังงานที่  1 , 2 , 3 , . . .  ตามลำดับโดยที่ระดับพลังงานที่ 1 จะมีค่าพลังงานต่ำสุด  นั่นคือจะต้องใช้พลังงานมากที่สุดในการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม  เนื่องจากมีวงโคจรอยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด  และในแต่ละระดับชั้นจะมีอิเล็กตรอนเป็นจำนวนไม่เกิน 2n2 คือมีจำนวนเป็น 2 , 8 , 18 , 32  ตามลำดับ  (เมื่อ  n  คือระดับพลังงาน)  โดยอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด (valence electron)  จะมีได้ไม่เกิน 8 อิเล็กตรอน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ภาพจำลองแนวคิดแบบจำลองอะตอมของทอมสัน ซึ่ง "คอร์พัสเคิล" (หรืออิเล็กตรอน ตามที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน) กระจายตัวอยู่ทั่วไปภายในอะตอม

แบบจำลองอะตอม หรือ แบบจำลองขนมปังลูกเกด (อังกฤษ: plum pudding model) ของ เจ. เจ. ทอมสัน ผู้ค้นพบอิเล็กตรอนเมื่อปี ค.ศ. 1897 เป็นแบบจำลองที่เสนอขึ้นในปี ค.ศ. 1904 ก่อนการค้นพบนิวเคลียสของอะตอม แนวคิดของแบบจำลองนี้คือ อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอน (ซึ่งเวลานั้นทอมสันยังเรียกว่า "คอร์พัสเคิล" ส่วน จี. เจ. สโตนีย์ เสนอให้เรียกอะตอมของไฟฟ้าว่า "อิเล็กตรอน" เมื่อปี 1894[1]) ล้อมรอบด้วยทะเลของประจุลบเพื่อรักษาสมดุลกับประจุบวกของอิเล็กตรอน เปรียบเทียบประจุลบเหมือนเป็น "ลูกเกด" ที่ถูกล้อมรอบด้วยประจุบวก "ขนมปัง" โดยที่อิเล็กตรอนนั้นอยู่กระจายทั่วไปในอะตอม แต่ด้วยโครงสร้างต่างๆ กันมากมาย แบบหนึ่งคือมีวงแหวนของอิเล็กตรอนด้วย บางครั้งก็กล่าวกันว่าอะตอมเป็น "กลุ่มเมฆ" ของประจุบวกแทนที่จะเป็นทะเล ด้วยแบบจำลองนี้ ทอมสันได้ละทิ้งสมมุติฐานดั้งเดิมของตนเกี่ยวกับ "เนบิวลาอะตอม" ที่ว่าอะตอมประกอบด้วยวงวนซึ่งจับต้องไม่ได้

เมื่อเปรียบกับทฤษฎีอะตอมในปัจจุบัน อย่างน้อยก็มีส่วนหนึ่งของอะตอมที่ประกอบด้วยคอร์พัสเคิลหรืออนุภาคประจุลบของทอมสัน แต่ส่วนประจุบวกนั้นคำอธิบายในแบบจำลองของทอมสันยังไม่ถูกต้อง

แบบจำลองของทอมสันถูกพิสูจน์ค้านด้วยการทดลองฟอยล์ทองคำของไกเกอร์-มาร์สเดนเมื่อปี ค.ศ. 1909 ซึ่งต่อมาได้รับการตีความจาก เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ในปี ค.ศ. 1911[2] [3] ว่ามีนิวเคลียสของอะตอมขนาดเล็กมากๆ บรรจุประจุบวกไว้อย่างหนาแน่น (ในกรณีของทองคำ มีประจุบวกมากพอจะรักษาสมดุลกับอิเล็กตรอน 100 ตัว) ซึ่งเป็นที่มาของแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด แม้ว่าทองคำจะมีเลขอะตอมเป็น 79 แต่ทันทีหลังจากที่บทความของรัทเทอร์ฟอร์ดเผยแพร่ออกมาในปี 1911 อันโตเนียส แวน เดน โบรก ก็เสนอแนวคิดทันทีว่าเลขอะตอมนั้น "เท่ากับ" จำนวนประจุนิวเคลียส ต่อมา เฮนรี มอสลีย์ทำการทดลองในปี 1913 ว่าประจุในนิวเคลียสนั้นมีค่าใกล้เคียงกับเลขอะตอมมาก (มอสลีย์พบว่ามันต่างกันแค่หน่วยเดียว) ปีเดียวกันนั้นมีการนำเสนอแบบจำลองของบอร์ ซึ่งเสนอว่านิวเคลียสนั้นบรรจุประจุบวกเป็นจำนวนเท่ากับเลขอะตอม ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนจำนวนเท่ากันอยู่ในออร์บิทัล

แบบจำลองอะตอมตามทัศนะของทอมสัน

เซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (J.J Thomson) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้สนใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด  จึงทำการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของแก๊สขึ้นในปี พ.ศ. 2440 (ค.ศ. 1897)ทอมสันศึกษาแนวคิดที่ว่า ก๊าซสามารถนำไฟฟ้าได้ ถ้ามีสภาพเหมาะสม ซึ่งได้แก่ การจัดสภาพให้มีความต่างศักย์สูงมากๆ และความดันต่ำ โดยใช้หลอดแก้วสุญญากาศ ซึ่งประกอบด้วยวงจรไฟฟ้ากระแสตรงที่มีความต่างศักย์  10,000  โวลต์ ขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วบวก เรียกว่า แอโนด และขั้วลบ เรียกว่า  แคโทด  เมื่อผ่านไฟฟ้าเข้าไปในหลอดพบว่า เกิดลำแสงพุ่งจากแคโทด ไปยังแอโนด เรียกลำแสงนี้ว่า  รังสีแคโทด

ในปี  1895 หลังจากทอมสันได้ค้นพบอิเลคตรอน(จากการหาค่าประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีแคโทด) และเชื่อว่าอะตอมแบ่งแยกได้ โดยมีอิเลคตรอน เป็นส่วนประกอบหนึ่งของอะตอม  ทอมสันจึงสร้างแบบจำลองอะตอม ซึ่งแบบจำลองอะตอมของทอมสันจะมีลักษณะดังนี้

1. อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม

2. เนื้ออะตอมส่วนใหญ่จะเป็นประจุไฟฟ้าบวกและมีประจุลบกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ

3. ภาวะปกติอะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า(มีประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ)

4. ภาวะปกติอิเลคตรอนจะอยู่นิ่งในอะตอม

อย่างไรก็ตามแบบจำลองอะตอมของทอมสัน มีข้อบกพร่องอยู่หลาย ประการ เช่น

1.ไม่สามารถอธิบายได้ว่าประจุไฟฟ้าบวกยึดกันอยู่ได้อย่างไรทั้งๆที่มีแรงผลักทางคูลอบ์มซึ่งกันและกัน

2.ไม่สามารถอธิบายการเกิดสเปกตรัมได้

3.ธาตุนีออน(Neon)ซึ่งมีอิเลคตรอน 10 ตัว ธาตุโซเดียม(Na)มีอิเลคตรอน 11 ตัวการจัดเรียงตัวของอะตอมก็น่าจะคล้ายๆกันแต่ทำไมอิเลคตรอนตัวที่ 11 ของโซเดียมจึงหลุดจากอะตอมได้ง่ายกว่าอิเลคตรอนตัวที่ 10 ของธาตุนีออน

4.อธิบายไม่ได้ว่าทำไมโซเดียมจึงทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆได้ดีกว่านีออนทั้งๆที่การจัดเรียงตัวของอะตอมคล้ายๆกัน

อ้างอิง[แก้]

1. ↑ G. J. Stoney, (1984). "Of the "Electron" or Atom of Electricity" (non math extract of paper). Philosophical Magazine, Series 5. 38: 418–420.{{cite journal}}: CS1 maint: extra punctuation (ลิงก์)
2. ↑ Joseph A. Angelo (2004). "Nuclear Technology". Greenwood Publishing. ISBN 1573563366.
3. ↑ Akhlesh Lakhtakia (Ed.) (1996). "Models and Modelers of Hydrogen". World Scientific. ISBN 981-02-2302-1.