เคมี - โครงสร้างของอะตอม
บทนำ
ภายในปี 1900 พบว่าอะตอมไม่ใช่อนุภาคธรรมดาที่แบ่งแยกไม่ได้ แต่ประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอม
J.J. Thomson ค้นพบอนุภาคย่อยอะตอมคือ ‘electron.’
JJ Thomson เป็นคนแรกที่เสนอ model สำหรับโครงสร้างของอะตอม
ในปีพ. ศ. 2429 E. Goldstein ได้ค้นพบการแผ่รังสีใหม่ในการปล่อยก๊าซและตั้งชื่อให้ canal rays.
อนุภาคย่อยอะตอมที่มีประจุบวกอีกชนิดหนึ่งถูกค้นพบจากการทดลองเกี่ยวกับคลองรังสีและตั้งชื่อมัน proton.
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
ทอมสันเสนอว่าอะตอมประกอบด้วยทรงกลมที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอน (ประจุลบ) ฝังอยู่ (ดังแสดงในภาพด้านล่าง)
นอกจากนี้ทอมสันยังกล่าวอีกว่าประจุลบและประจุบวกมีขนาดเท่ากัน ดังนั้นอะตอมโดยรวมจึงเป็นกลางทางไฟฟ้า
แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
E. รัทเทอร์ฟอร์ดได้รับความนิยมในฐานะ 'บิดา' ของฟิสิกส์นิวเคลียร์
รัทเทอร์ฟอร์ดเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางจากผลงานของเขาเกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสีและการค้นพบ nucleus ของอะตอมด้วยการทดลองฟอยล์ทอง (ดังแสดงในภาพด้านล่าง
รัทเทอร์ฟอร์ดกล่าวว่าในอะตอมมีศูนย์กลางที่มีประจุบวกซึ่งเรียกว่า nucleus.
รัทเทอร์ฟอร์ดกล่าวว่ามวลเกือบทั้งหมดของอะตอมมีอยู่ในนิวเคลียส
ตามที่รัทเทอร์ฟอร์ดกล่าวว่าอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสในวงโคจรที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน
แบบจำลองอะตอมของบอร์
นีลส์บอร์ขยายโมเดลของรัทเทอร์ฟอร์ดเพิ่มเติมและปรับปรุงข้อบกพร่องของเขา
ตามที่บอร์กล่าวเฉพาะวงโคจรพิเศษบางวงที่เรียกว่าวงโคจรไม่ต่อเนื่องของอิเล็กตรอนเท่านั้นที่ได้รับอนุญาตให้อยู่ภายในอะตอม
บอร์กล่าวว่าอิเล็กตรอนไม่แผ่พลังงานในขณะที่หมุนอยู่ในวงโคจรที่ไม่ต่อเนื่อง
Bohr ตั้งชื่อวงโคจรหรือเปลือกหอยเป็นระดับพลังงาน (ดังแสดงในภาพด้านล่าง)
บอร์แสดงถึงวงโคจรหรือเปลือกเหล่านี้ด้วยตัวอักษร K, L, M, N, …หรือตัวเลข, n = 1,2,3,4, …
นิวตรอน
ในปีพ. ศ. 2475 J. Chadwick ได้ค้นพบอนุภาคย่อยอะตอมใหม่คือนิวตรอน
นิวตรอนไม่มีประจุและมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน
นิวตรอนมีอยู่ในนิวเคลียสของทุกอะตอมยกเว้นไฮโดรเจน
อิเล็กตรอนกระจายอยู่ในวงโคจรต่าง ๆ (เปลือกหอย)
จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่สามารถมีอยู่ในเปลือกจะถูกกำหนดโดยสูตร 2n2.
‘n’ คือเลขวงโคจรหรือดัชนีระดับพลังงานเช่น 1, 2, 3, ….
ตามสูตรที่กำหนด -
วงโคจรแรกคือ K-shellจะเป็น = 2 × 1 2 = 2
วงโคจรที่สองคือ L-shellจะเป็น = 2 × 2 2 = 8
วงโคจรที่สามคือ M-shellจะเป็น = 2 × 3 2 = 18
วงโคจรที่สี่ ได้แก่ N-shellจะเป็น = 2 × 4 2 = 32
ในทำนองเดียวกันจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่สามารถอยู่ในวงโคจรนอกสุดคือ 8
อิเล็กตรอนจะไม่ถูกเติมเต็มในเปลือกที่กำหนดเว้นแต่เปลือกด้านในจะเต็ม หมายความว่าเปลือกหอยจะเต็มไปด้วยวิธีที่ชาญฉลาด เริ่มจากเปลือกชั้นในสู่เปลือกนอก
วาเลนซ์
อิเล็กตรอนซึ่งมีอยู่ในเปลือกนอกสุดของอะตอมเรียกว่า valence อิเล็กตรอน
ตามแบบจำลองของบอร์ - บูรีเปลือกนอกสุดของอะตอมสามารถมีอิเล็กตรอนได้สูงสุด 8 ตัว
เลขอะตอม
จำนวนโปรตอนทั้งหมดที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่า atomic number.
จำนวนโปรตอนของอะตอมเป็นตัวกำหนดเลขอะตอม
เลขอะตอมแสดงด้วย ‘Z’.
โปรตอนและนิวตรอนเรียกรวมกันว่า nucleons.
จำนวนมวล
ผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่า mass number.
ไอโซโทป
อะตอมของธาตุเดียวกันซึ่งมีเลขอะตอมเหมือนกัน แต่มีมวลต่างกันเรียกว่าไอโซโทป เช่นไฮโดรเจนอะตอมมี 3 ไอโซโทป ได้แก่ โปรเทียมดิวเทอเรียมและไอโซโทป
คุณสมบัติทางเคมีของไอโซโทปของอะตอมมีความคล้ายคลึงกัน แต่คุณสมบัติทางกายภาพแตกต่างกัน
ไอโซบาร์
อะตอมของธาตุต่าง ๆ ที่มีเลขอะตอมต่างกันซึ่งมีเลขมวลเท่ากันเรียกว่าไอโซบาร์ เช่นเลขอะตอมของแคลเซียมคือ 20 และเลขอะตอมของอาร์กอนคือ 18 ยิ่งไปกว่านั้นจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมเหล่านี้แตกต่างกัน แต่จำนวนมวลของธาตุทั้งสองนี้คือ 40