โครงสร้างอะตอม

โครงสร้างอะตอม
นักวิทยาศาสตร์ในสมัยโบราณมีความเชื่อว่าทุกสิ่งทุกอย่างในโลกประกอบขึ้นมาจากอนุภาคขนาดเล็กที่สุด ซึ่งไม่สามารถแบ่งย่อยลงได้อีก เรียกว่า "อะตอม" อะตอมจึงเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ไม่สามารถแบ่งย่อยลงได้อีก และไม่มีอนุภาคซึ่งเป็นองค์ประกอบภายในอะตอม
ต่อมาเมื่อวิทยาศาสตร์เจริญขึ้น ได้มีการทดลองและพบแนวคิดเกี่ยวกับอะตอมของนักวิทยาศตร์ในสมัยโบราณว่าไม่ถูกต้อง มีการค้นพบว่าอะตอมไม่ใช่กฎอนุภาคที่มีขนาดเล็กที่สุด แต่ยังมีอนุภาคองค์ประกอบภายในอะตอม จากการค้นคว้าของนักวิทยาศตร์สามารถอธิบายโครงสร้างอะตอมดังนี้
อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม ประกอบด้วยอนุภาคองค์ประกอบ 3 ชนิด คือ

1. โปรตอน (P) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก

2. อิเล็กตรอน (e)เป็นอนุภาคที่มีประจะไฟฟ้าลบ

3. นิวตรอน (n) เป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

โปรตอนและนิวตรอนจะอยู่รวมกันภายในนิวเคลียสซึ่งมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับขนาดอะตอม จึงทำให้ภายในมีที่ว่างมาก นิวเคลียสมีมวลเกือบเท่ามวลของอะตอมและตำแหน่งของนิวเคลียสอยู่กลางอะตอม อิเล็กตรอนซึงมีประจุลบและมีมวย้อยจะเคลื่อนที่อยู่รอบนิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง อะตอมที่กล่าวมามีลักษณะ ดังรูป

แบบจำลองอะตอม

คือ เป็นที่ยอมรับกันแล้วว่าสารต่าง ๆ นั้นประกอบด้วยอะตอม แต่อย่างไรก็ตามยังไม่มีผู้ใดเคยเห็นรูปร่างที่แท้จริงของอะตอม รูปร่างหรือโครงสร้างของอะตอมจึงเป็นเพียงจินตนาการหรือมโนภาพที่สร้างขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับการทดลอง เรียกว่า “แบบจำลอง” ซึ่งจัดเป็นทฤษฎีประเภทหนึ่ง แบบจำลองอะตอมอาจเปลี่ยนแปลงไปได้ตามผลการทดลองหรือข้อมูลใหม่ ๆ เมื่อแบบจำลองอะตอมเดิมอธิบายไม่ได้ ดังนั้นแบบจำลองอะตอมจึงได้มีการแก้ไขพัฒนาหลายครั้งเพื่อให้สอดคล้องกับการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายสูงมากร่วมกับคอมพิวเตอร์ และถ่ายภาพที่เชื่อว่าเป็นภาพภายนอกของอะตอม

วิวัฒนาการของแบบจำลองอะตอม
วิวัฒนาการของแบบจำลองอะตอมตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมีดังนี้

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

อะตอมมีขนาดเล็กมาก เป็นทรงกลมตัน แบ่งแยก สร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายไม่ได้




แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนซึ่งมีประจุบวกและอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบจำนวนเท่ากันกระจายทั่วไปอย่างสม่ำเสมอ


แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอรด์

อะตอมประกอบด้วยประจุบวก คือโปรตอนอยู่ตรงกลาง มีขนาดเล็กมาก โดยมีประจุลบคือ อิเล็กตรอนวิ่งรอบๆ



แบบจำลองอะตอมของโบร์

อะตอมเป็นทรงกลมประกอบด้วยโปรตอน และนิวตรอนรวมกันเป็นนิวเคลียสมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงกลมเป็นชั้นๆตามระดับพลังงาน


แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอน รอบๆนิวเคลียสบริเวณใกล้นิวเคลียส จะมีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนหนาแน่นกว่าที่ห่างออกไป บริเวณที่มีกลุ่มหมอกหนาทึบมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าที่หมอกบางเบา

สัญลักษณ์ของธาตุ
คือ สัญลักษณ์ที่ใช้เขียนแทนธาตุต่างๆ สัญลักษณ์ของธาตุมีวิวัฒนาการ ดังนี

จอห์น ดอลตัน เสนอให้ใข้รูปภาพเป็นสัญลักษณ์ของธาตุ เช่น

โจนส์ จาคอบ เบอร์ซีเลียส เสนอให้ใช้ตัวอักษรเป็นสัญลักษณ์แทนธาตุ โดยใช้ตัวอักษรตัวแรกในชื่อภาษาอังกฤษเป็นสัญลักษณ์ โดยเขียนด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ เช่น



ธาตุ Carbon มีสัญลักษณ์ธาตุ คือ C
ธาตุ Hydrogen มีสัญลักษณ์ธาตุ คือ H
ธาตุ Calcium มีสัญลักษณ์ธาตุ คือ Ca
ธาตุ Oxygen มีสัญลักษณ์ธาตุ คือ O

สัญลักษณ์นิวเคลียร์ เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป

เลขอะตอม (Atomic number)

หมายถึง ตัวเลขที่แสดงถึงผลรวมจำนวนโปรตอนในอะตอมของธาตุ ซึ่งมีค่าเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน บางครั้งใช้สัญลักษณ์ Z


เลขมวล (Mass number)

หมายถึง ตัวเลขที่แสดงถึงผลรวมของจำนวนโปรตอนกับนิวตรอน บางครั้งใช้สัญลักษณ์

A = Z + n (จำนวนนิวตรอน)

เช่น บอกได้ว่า ธาตุ P มีเลขอะตอม 15 ( โปรตอน = 15, อิเล็กตรอน = 15 )
มีเลขมวล 31 (นิวตรอน = 16)
เนื่องจากจำนวนนิวตรอน = เลขมวล - เลขอะตอม = 31 - 15 = 16

ดังนั้นจะได้ว่า ===> P = 15 , e = 15 , n = 16



===> P = 19 , e = 19 , n = 20




ไอโซโทป (Isotope)


หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีเลขมวลต่างกัน หรือกล่าวได้อีกอย่างหนึ่งว่า มีโปรตอนเท่ากันแต่มีนิวตรอนต่างกัน เช่น
CI มี 2 ไอโซโทป คือ


O มี 3 ไอโซโทป คือ



ไอโซบาร์ (Isobar)

หมายถึง อะตอมของธาตุที่มีเลขมวลเท่ากันแต่เลขอะตอมต่างกัน หรือกล่าวได้ว่า อะตอมของธาตุที่มีผลรวมของโปรตอนกับนิวตรอนเท่ากัน เช่น


กับ เป็นไอโซบาร์


กับ เป็นไอโซบาร์



ไอโซโทน (Isotone)

หมายถึงอะตอมของธาตุที่มีผลต่างของเลขมวลกับเลขอะตอมเท่ากันหรือกล่าวได้ว่าอะตอมของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน


กับ เป็นไอโซโทน (มีนิวตรอน = 20)

กับ เป็นไอโซโทน (มีนิวตรอน = 20)