ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการ เปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้
1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ หลายอนุภาค อนุภาคเหล่านี้เรียกว่า “อะตอม” ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ และทำให้สูญหายไม่ได้
2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน เช่นมีมวลเท่ากัน แต่จะมีสมบัติต่างจากอะตอมของธาตุอื่น
3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อย ๆ
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.อธิบายไม่ได้ว่าทำไมโซเดียมจึงทำปฏิกริยากับธาตุอื่นๆได้ดีกว่านีออนทั้งๆที่การจัดเรียงตัวของอะตอมคล้ายๆกัน
การค้นพบอิเล็กตรอน
ทอมสัน ทำการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซในหลอดรังสีแคโทด พบว่าไม่ว่าจะใช้ก๊าซใดบรรจุในหลอดหรือใช้โลหะใดเป็นแคโทด จะได้รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบ พุ่งมาที่ฉากเรืองแสงเหมือนเดิม เมื่อคำนวณหาอัตราส่วนของประจุต่อมวล (e/m) ของอนุภาค จะได้ค่าคงที่ทุกครั้งเท่ากับ 1.76 x 108 คูลอมบ์ต่อกรัม สรุปว่า อะตอมทุกชนิดมีอนุภาคที่มีประจุลบเป็นองค์ประกอบ เรียกว่า อิเล็กตรอน
การเบนของรังสีแคโทดเข้าหาขั้วบวก
นอกจากนั้นทอมสันยังพบว่าไม่ว่าจะจะเปลี่ยนชนิดของก๊าซหลอด หรือเปลี่ยนชนิดของโลหะที่ใช้ทำขั้วแคโทดเป็นชนิดใด รังสีแคโทดก็ยังมีสมบัติเหมือนเดิม ค่าประต่อมวลก็คงที่เสมอ ทอมสันสรุปว่า อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบเป็นองค์ประกอบ ของอะตอมของธาตุทุกชนิด เรียกอนุภาคนี้ว่า อิเล็กตรอน จากการทดลองของทอมสัน สรุปได้ว่า อะตอมไม่ใช่สิ่งที่เล็กที่สุด แต่อะตอมจะประกอบด้วยอิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆอีก
แบบจำลองอะตอม รัทเทอร์ฟอร์ด
วิธีทำการทดลอง
รัทเทอร์ฟอร์ด ได้ทดลองยิงอนุภาคแอลฟา(
) ซึ่งได้จากการสลายตัวของอะตอมฮีเลียมไปยังแผ่นทองคำบาง ๆ แล้วสังเกตการเบี่ยงเบนของรังสี
ผลการทดลอง
อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่จะเดินทางเป็นเส้นตรง ส่วนน้อยจะมีการเบี่ยงเบนทิศทาง และนาน ๆ ครั้งจะมีการสะท้อนกลับอย่างแรง
สรุปผลการทดลอง
- ส่วนใหญ่จะเดินทางเป็นเส้นตรง แสดงได้ว่าภายในอะตอมจะต้องมีที่ว่างมากมาย
- ส่วนน้อยจะมีการเบี่ยงเบนทิศทาง แสดงว่าภายในต้องมีอนุภาคที่เป็นบวกอยู่แต่มีขนาดเล็กนิดเดียว
- นาน ๆ ครั้งจะมีการสะท้อนกลับอย่างแรง แสดงว่าต้องมีอนุภาคที่มีมวลมากแต่มีขนาดเล็กรวมกันเป็นกลุ่มอยู่ภายในอะตอม
จากการทดลองซึ่งรัทเทอร์ฟอร์ดทำเพื่อยืนยันแบบจำลองอะตอมของทอมสันที่ว่า "โปรตอนและอิเล็กตรอนกระจายทั่วอะตอม" ซึ่งเขาตั้งสมมติฐานว่า ถ้าแบบจำลองอะตอมของทอมสัน ถูกต้อง อนุภาคแอลฟาควรจะมีการสะท้อนกลับในเปอร์เซ็นต์ที่สูงมาก แต่เมื่อเขาได้ทำการทดลอง และผลการทดลองออกมาขัดแย้งกับแบบจำลองอะตอมของทอมสัน เขาจึงได้สร้างแบบจำลองอะตอมใหม่
โปรตอนซึ่งมีประจุบวกรวมกันอยู่อย่างหนาแน่นตรงกลางอะตอมมีมวลมากแต่มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับปริมาตรของอะตอม ส่วนรอบนอกจะมีอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบมีมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับประจุบวก วิ่งวนรอบนิวเคลียส จึงทำให้อะตอมมีที่ว่างมากมายระหว่างโปรตอนกับอิเล็กตรอน
หลังจากที่เจมส์ แชดวิก พบนิวตรอนซึ่งไม่มีประจุ แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดก็เปลี่ยนไป โปรตอนกับนิวตรอนอยู่รวมกันตรงกลางอะตอมเรียกว่านิวเคลียส ส่วนอิเล็กตรอนวิ่งวนรอบนิวเคลียส
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น