แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก
ความนิยมของผู้ชม: / 118
แย่มากดีมาก 
 

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 (shellK , L , M , N , O , . . . หรือเรียกว่าระดับพลังงานที่  1 , 2 , 3 , . . .  ตามลำดับโดยที่ระดับพลังงานที่ 1 จะมีค่าพลังงานต่ำสุด  นั่นคือจะต้องใช้พลังงานมากที่สุดในการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม  เนื่องจากมีวงโคจรอยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด  และในแต่ละระดับชั้นจะมีอิเล็กตรอนเป็นจำนวนไม่เกิน 2n2  คือมีจำนวนเป็น 2 , 8 , 18 , 32  ตามลำดับ  (เมื่อ  คือระดับพลังงาน)  โดยอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด (valence electron)  จะมีได้ไม่เกิน 8 อิเล็กตรอน

ตารางแสดงระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย

ระดับพลังงานหลัก (n)

ระดับพลังงานย่อย (l)

ชื่อของระดับพลังงานย่อย

1

0

s

2

0 , 1

s , p

3

0 , 1 , 2

s , p , d

4

0 , 1 , 2 , 3

s , p , d , f

5

0 , 1 , 2 , 3 , 4

s , p , d , f , g

ระดับพลังงานย่อย  s , p , d , f  สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้  2 , 6 , 10 , 14 อิเล็กตรอนตามลำดับ  โดยอิเล็กตรอนจะอยู่ด้วยกันเป็นคู่กระจายอยู่ในออร์บิทัล (orbital)  หรือระดับพลังงานที่เป็นค่าโมเมนตัมเชิงแม่เหล็ก (m)  ที่ระดับพลังงานย่อย s , p , d และ f   กระจายออกมา  โดยค่าโมเมนตัมเชิงแม่เหล็กจะมีค่าตั้งแต่  – l  ถึง  l

เมื่อ     l  =  0  m  =  0 Ú s
เมื่อ     l  =  1  m  =  –1 , 0 , 1 Ú p
เมื่อ     l  =  2  m  =  –2 , –1 , 0 , 1 , 2 Ú d
เมื่อ     l  =  3  m  =  –3 , –2 , –1 , 0 , 1 , 2 , 3 Ú f
เมื่อ     l  =  3  m  =  –3 , –2 , –1 , 0 , 1 , 2 , 3      

แทน  ออร์บิทัล  แทน  คู่อิเล็กตรอน

ระดับพลังงานย่อย  s , p , d และ f   จึงบรรจุอิเล็กตรอนได้  2 , 6 , 10 , 14 อิเล็กตรอน  ตามลำดับ  ส่วนอิเล็กตรอนที่เข้าคู่กันนั้นจะมีทิศทางการหมุนตรงข้ามกัน (s)  เพื่อให้เกิดการดึงดูดทางแม่เหล็กกันได้  จึงมีการหมุนเป็น 2 ค่า คือ  + และ –

ดังนั้นแต่ละอิเล็กตรอนจะมีค่าพลังงานที่ไม่ซ้ำกันเลย  พิจารณาจากตัวเลขระดับพลังงานต่าง ๆ ได้แก่  ระดับพลังงานหลัก  ระดับพลังงานย่อย  ค่าโมเมนตัมเชิงแม่เหล็ก  และการหมุนของอิเล็กตรอน  ซึ่งเรียกตัวเลขจ่าง ๆ นี้ว่า เลขควอนตัม(quantum number) และจะเรียกระดับพลังงานต่าง ๆ โดยระบุระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย  เช่น  2s  คือระดับพลังงานย่อย ที่อยู่ในระดับพลังงานหลัก n = 2  เป็นต้น

ตารางแสดงระดับพลังงาน  โมเมนตัวเชิงแม่เหล็ก  และออร์บิทัล

ระดับพลังงานหลัก (n)

ระดับพลังงานย่อย (l)

โมเมนตัมเชิงแม่เหล็ก

ชื่อออร์บิทัล

จำนวนออร์บิทัล

1

0

0

1s

1

2

0

0

2s

1

1

–1 , 0 , 1

2p

3

3

0

0

3s

1

1

–1 , 0 , 1

3p

3

2

–2 , –1 , 0 , 1 , 2

3d

5

4

0

0

4s

1

1

–1 , 0 , 1

4p

3

2

–2 , –1 , 0 , 1 , 2

4d

5

3

–3 , –2 , –1 , 0 , 1 , 2 , 3

4f

7

สำหรับการจัดอิเล็กตรอนลงในระดับพลังงานต่าง ๆ ของอะตอมนั้นสามารถทำได้ใน  2  ลักษณะ  คืออย่างง่าย  โดยการจัดเรียงเข้าในระดับพลังงานหลัก  และอย่างละเอียด  โดยการจัดเรียงที่พิจารราถึงระดับพลังงานย่อยด้วย  ซึ่งสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ได้ดีและแม่นยำกว่า

 


Views: 15154

Be first to comment this article

Only registered users can write comments.
Please login or register.

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

 
< ก่อนหน้า   ถัดไป >

 

Statistics

สถิติผู้เยี่ยมชม: 32310686

Who's Online

ขณะนี้มี 36 บุคคลทั่วไป ออนไลน์