อาหาร 5 หมู่

 

ทฤษฎีอะตอม เเละ เเบบจำลองของอะตอม

           ในวิชาเคมีและฟิสิกส์ ทฤษฎีอะตอมคือทฤษฎีที่ว่าด้วยธรรมชาติของสสาร ซึ่งกล่าวว่า สสารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยเล็กๆ ที่เรียกว่า อะตอม ซึ่งตรงกันข้ามกับแนวคิดดั้งเดิมที่แบ่งสสารออกเป็นหน่วยเล็กหลายชนิดตามแต่อำเภอใจ แนวคิดนี้เริ่มต้นเป็นแนวคิดเชิงปรัชญาของชาวกรีกโบราณ (ดีโมครีตุส) และชาวอินเดีย ต่อมาได้เข้ามาสู่วิทยาศาสตร์กระแสหลักในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการค้นพบในสาขาวิชาเคมีซึ่งพิสูจน์ว่า พฤติกรรมของสสารนั้นดูเหมือนมันประกอบขึ้นด้วยอนุภาคขนาดเล็ก

คำว่า "อะตอม" (จากคำกริยาในภาษากรีกโบราณว่า atomos, 'แบ่งแยกไม่ได้'^[1]) ถูกนำมาใช้เรียกอนุภาคพื้นฐานที่ประกอบกันขึ้นเป็นธาตุเคมี เพราะนักเคมีในยุคนั้นเชื่อว่ามันคืออนุภาคมูลฐานของสสาร อย่างไรก็ดี เมื่อเข้าสู่คริสต์ศตวรรษที่ 20 การทดลองจำนวนมากเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าและสารกัมมันตรังสี ทำให้นักฟิสิกส์ค้นพบว่าสิ่งที่เราเรียกว่า "อะตอมซึ่งแบ่งแยกไม่ได้อีก" นั้นที่จริงแล้วยังประกอบไปด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมอีกจำนวนมาก (ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน) ซึ่งสามารถแยกแยะออกจากกันได้ อันที่จริงแล้วในสภาวะแวดล้อมสุดโต่งดังเช่นดาวนิวตรอนนั้น อุณหภูมิและความดันที่สูงอย่างยิ่งยวดกลับทำให้อะตอมไม่สามารถดำรงอยู่ได้เลยด้วยซ้ำ เมื่อพบว่าแท้จริงแล้วอะตอมยังแบ่งแยกได้ ในภายหลังนักฟิสิกส์จึงคิดค้นคำว่า "อนุภาคมูลฐาน" (elementary particle) เพื่อใช้อธิบายถึงอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมนี้เรียกว่า ฟิสิกส์อนุภาค (particle physics) ซึ่งนักฟิสิกส์ในสาขานี้หวังว่าจะสามารถค้นพบธรรมชาติพื้นฐานที่แท้จริงของอะตอมได้

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ หลายอนุภาค อนุภาคเหล่านี้เรียกว่า “อะตอม” ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ และทำให้สูญหายไม่ได้
2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน เช่นมีมวลเท่ากัน แต่จะมีสมบัติต่างจากอะตอมของธาตุอื่น
3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อย ๆ

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

1. อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม
2. เนื้ออะตอมส่วนใหญ่จะเป็นประจุไฟฟ้าบวกและมีประจุลบกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ
3. ภาวะปกติอะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า(มีประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ)
4. ภาวะปกติอิเลคตรอนจะอยู่นิ่งในอะตอม

เเบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟร์ด

 อะตอมจะประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนและนิวตรอนรวมตัวกันอยู่อย่างหนาแน่นอยู่ตรงกลางนิวเคลียสมีขนาดเล็กมากมีมวลมาก และมีประจุบวกส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบและมีมวลน้อยมาก   จะวิ่งรอบนิวเคลียสเป็นวงกว้าง การค้นพบนิวตรอน   เนื่องจากมวลของอะตอมส่วนใหญ่อยู่ที่นิวเคลียสซึ่งเป็นมวลของโปรตอนแต่โปรตอนมีมวลประมาณครึ่งหนึ่งของนิวเคลียสเท่านั้น   แสดงว่าต้องมีอนุภาคซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้าแต่มีมวลใกล้เคียงกับโปรตอนอยู่ในอะตอมด้วย  เจมส์   แชวิก   นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ  จึงศึกษาทดลองเพิ่มเติมจนพบนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า   อะตอมของธาตุทุกชนิดในโลกจะมีนิวตรอนเสมอ    ยกเว้นอะตอมของไฮโดรเจนในรูปของไอโซโทป 

สรุปแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลาง นิวเคลียสมีขนาดเล็ก แต่มีมวลมากและมีประจุเป็นบวก ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบ และมีมวลน้อยมาก จะวิ่งอยู่รอบนิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง

เเบบจำลองอะตอมของนิลส์โบร์

1 . อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นชั้นๆ ตามระดับพลังงาน  และแต่ละชั้นจะมีพลังงานเป็นค่าเฉพาะตัว
2. อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะเรียกว่าระดับพลังงานต่ำสุดยิ่งอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากขึ้น   ระดับพลังงานจะยิ่งสูงขึ้น          
3. อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะเรียกระดับพลังงาน  n =  1   ระดับพลังงานถัดไปเรียกระดับพลังงาน  n =2, n = 3,... ตามลำดับ   หรือเรียกเป็นชั้น   K , L , M , N  ,O ,  P , Q ....

เเบบจำลองอะตอมของกลุ่มหมอก

1. อิเล็กตรอนไม่สามารถวิ่งรอบนิวเคลียสด้วยรัศมีที่แน่นอน  บางครั้งเข้าใกล้บางครั้งออกห่าง จึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนได้   แต่ถ้าบอกได้แต่เพียงที่พบอิเล็กตรอนตำแหน่งต่างๆภายในอะตอมและอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เร็วมากจนเหมือนกับอิเล็กตรอนอยู่ทั่วไป ในอะตอมลักษณะนี้เรียกว่า " กลุ่มหมอก"
2. กลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆจะมีรูปทรงต่างกันขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอน และระดับพลังงานอิเล็กตรอน
3. กลุ่มหมอกที่มีอิเล็กตรอนระดับพลังงานต่ำจะอยู่ใกล้นิวเคลียสส่วนอิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานสูงจะอยู่ไกลนิวเคลียส
4. อิเล็กตรอนแต่ละตัวไม่ได้อยู่ในระดับพลังงานใดพลังงานหนึ่งคงที่
5. อะตอมมีอิเล็กตรอนหลายๆระดับพลังงาน

เเบบจำลองอะตอม อ่านเพิ่มเติม

ตารางธาตุ

 

พันธะเคมีของอะตอม

ทุกสิ่งที่อยู่บนโลกใบนี้เกิดจากหน่วยเล็ก ๆ ที่เรียกว่า อะตอม (Atom) อันที่จริงมันมีสิ่งที่เล็กมากกว่านี้แต่ด้วยระดับความรู้ที่เข้าใจได้ง่าย จับต้องได้ง่ายกว่า ส่วนใหญ่แล้วเราจึงเรียนรู้อยู่ในระดับอะตอม มันอาจจะเป็นอะตอมของธาตุเดี่ยว ๆ หรืออาจจะเกิดการจับคู่ของอะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไป และสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม เรียกว่า พันธะเคมี (Chemical Bond)

 

พันธะเคมีของอะตอม คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญพอ ๆ กับตัวอะตอมเอง เพราะหากมันไม่เกิดการจับตัวกันระหว่างอะตอม ก็อาจจะไม่มีโมเลกุล สสาร สารประกอบ เนื้อเยื่อ อวัยวะ ร่างกาย หรือหน่วยของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตต่าง ๆ ที่อยู่บนโลกนี้เกิดขึ้นได้เลย มันคงจะเป็นแค่อะตอมซึ่งล่องลอยอย่างอิสระไปทั่ว เมื่ออะตอมจับตัวอยู่ด้วยกันจะได้เป็นโมเลกุล โดยแต่ละโมเลกุลก็จะจับตัวกันมากขึ้น เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น

พันธะไอออนิก (Ionic Bond)

          คือ พันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมซึ่งมีประจุขั้วตรงข้าม จากแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างประจุบวก (Cation) และประจุลบ (Anion) ซึ่งยึดเหนี่ยวอะตอมเข้าหากัน เป็นพันธะที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนวงนอกสุดระหว่างอะตอม เพื่อทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนของทั้งคู่มีจำนวนเต็มตามกฎออกเตต โดยส่วนใหญ่ พันธะไอออนิก มักเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะ (Metals) กับอโลหะ (Nonmetals) เนื่องจากอะตอมของกลุ่มธาตุโลหะ มักมีค่าพลังงานไอออไนเซชัน (Ionization Energy) หรือค่าความสามารถในการยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนไว้ต่ำ ดังนั้น โลหะจึงมีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนให้อะตอมกลุ่มอโลหะสูง อย่างเช่น การเกิดของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) หรือเกลือ ซึ่งเกิดจากอะตอมของโซเดียม (Na) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1 ตัว ให้แก่อะตอมของคลอรีน (Cl) ที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 7 ตัว ซึ่งการรวมตัวกัน ทำให้อะตอมของทั้งคู่มีจำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตัว ตามกฎออกเตตนั่นเอง

พันธะโลหะ (Metallic Bond)

          เป็นพันธะซึ่งเกิดขึ้นกับอะตอมของธาตุที่เป็นโลหะ เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของโลหะแบ่งกันใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอม โดยที่อิเล็กตรอนที่แบ่งกันใช้นี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยสมบูรณ์ และนั่นทำให้มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอยู่ตลอดเวลา ทุก ๆ อะตอมของโลหะจึงอยู่ใกล้กับอะตอมอื่นยาวไปอย่างไม่สิ้นสุด และนั่นทำให้ธาตุโลหะไม่มีสูตรโมเลกุล

พันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond)

          เป็นการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมคู่หนึ่ง ซึ่งอะตอมคู่นี้เป็นอะตอมของธาตุอโลหะ คุณสมบัติของอะตอมธาตุอโลหะคือ มีค่าพลังงานไอออไนเซชั่น (Ionization) สูง กล่าวคือ ความสามารถในการยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนเอาไว้ ไม่ยอมปล่อยให้อะตอมอื่นเอาไปใช้ได้ จึงทำให้อะตอมที่มาจับเข้าคู่กันจำเป็นต้องแบ่งปันอิเล็กตรอนกันโดยไม่มีอะตอมไหนสูญเสียอิเล็กตรอนออกไป โดยหลักแล้วคือ การแบ่งปันโดยยอมให้อะตอมอื่นใช้อิเล็กตรอนได้จำนวนเท่า ๆ กันกับที่ดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น นั่นก็เพื่อให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมครบจำนวนตามกฎออกเตต