แบบจำลอง อะตอม

1. 1 แบบจำลองอะตอม กับ ปฏิกิริยาเคมี

2. 2 ทฤษฎีควอนตัม (Quantum Theory) ในฟิสิกส์แผนเดิม (Classical Physics) เชื่อว่าอะตอม/โมเลกุล สามารถคาย (ดูดกลืน) พลังงานได้ทุกปริมาณต่อเนื่องกัน(Continuous spectrum )

3. 3 ใน ค.ศ. 1900Max Planckศึกษารังสีที่ปล่อยจากของแข็งที่ร้อน พบว่า อะตอม /โมเลกุลจะคาย/ดูดกลืนพลังงานเพียงบางค่าเท่านั้น พลังงานน้อยที่สุดที่อะตอม/ โมเลกุลคาย/ดูดกลืน ในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า ควอนตัม ( Quantum )

4. 4 E =hu Planck’s Law h = Planck ’s constant = 6.63 x 10-34 J.s u = lowest frequency hu= Quantum ตามทฤษฎีควอนตัมของพลังค์ อะตอมดูดกลืนพลังงานเท่ากับผลคูณของเลข จำนวนเต็มบางค่ากับ hu (hu , 2 hu, 3 hu,...)

5. 5 แบบจำลองของโบร์ (Bohr Model) ค.ศ. 1913 Niels Bohr ตั้งสมมติฐานเพื่ออธิบายไฮโดรเจนอะตอม โดยสรุปว่า

6. 6 1. e- ในไฮโดรเจนอะตอมเคลื่อนที่เป็นวงกลม รอบนิวเคลียส e- ในอะตอมไม่สามารถมี พลังงานปริมาณใดๆ ได้ทุกค่า แต่จะอยู่ใน วงโคจรที่มีรัศมีบางค่า ซึ่งสอดคล้องกับ พลังงานบางค่าเท่านั้น e- ที่อยู่ในวงโคจรเหล่านี้ เรียกว่า อยู่ใน allowed energy state

7. 7 E = Z2 1 n2 -2p2me4 h2 E = (-2.18x10-18J/atom) Z2 1 n2 พลังงานของอิเล็กตรอน ( E ) หาได้จาก m = มวลของ e- = 9.11x10-28g e = ประจุของ e- = 1.60x10-19 C Z = ประจุของนิวเคลียส h = ค่าคงที่ของพลังค์ = 6.63 x 10-34 J.s n = principal quantum number

8. 8 DE = E - En = Z2 1 n2 - n/ 2p2me4 h2 1 n/ 2 n j n 2p2me4 h2 2. e- ในวงโคจรหนึ่ง เมื่อดูดกลืน/คายพลังงาน จะเปลี่ยนจากวงโคจรหนึ่งไปยังวงโคจรอื่น พลังงานที่ e- ดูดกลืน/คาย หาได้จากBohr equation = 2.18x10-18 J/atom = Rydberg constant = 1312.3 kJ/mol พลังงานที่ e- ดูดกลืน/คายนี้ เป็นไปตามสมการE = hu

9. 9 Ground State Excited State Radii and energies of three lowest energy orbitals in Bohr model of hydrogen.

10. 10 นำความคิดเกี่ยวกับquantized energy state ของ e- ในอะตอมมาใช้ แบบจำลองอะตอมของโบร์ • อธิบายการเกิด line spectrum และIE (e-เปลี่ยน วงโคจรจาก n = 1 ฎn/ = a)ได้ • ใช้ได้กับอะตอมหรือไอออนที่มี 1e-เท่านั้น • อธิบายโครงสร้างอะตอม ใน 2 มิติเท่านั้น

11. 11 แบบจำลองสองทัศนะ (Dual Model) ค.ศ. 1905Albert Einsteinเสนอว่า แสงมีสมบัติเป็นได้ทั้ง คลื่นและอนุภาค แสงประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่มีมวล เรียกว่า โฟตอน(Photon) ซึ่งมีปริมาณพลังงาน เป็นไปตามกฎของพลังค์ (E = hu)

12. 12 ค.ศ. 1924Louis de Broglieเสนอว่า ถ้าแสงมีพฤติกรรมเหมือนกับเป็นกระแส อนุภาคได้ สสารก็ควรมีสมบัติของคลื่นด้วย

13. 13 l = = h mv h p De Broglieเสนอว่า e- (หรืออนุภาคใดๆ) จะมีความยาวคลื่นเฉพาะ ซึ่งขึ้นกับมวล (m) และ ความเร็ว (v) De Broglie equation m v = momentum = p h = ค่าคงที่ของพลังค์ = 6.63 x 10-34 J.s

14. 14 l = 1kg 1000g m2 s2 h = 6.63 x 10-34J.s = 6.63 x 10-34kg s h mv x m = 9.11x10-28g ตัวอย่างจงคำนวณความยาวคลื่นของ e- ซึ่งมี มวล 9.11 x 10-28g เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 40.0% ของความเร็วแสง = 9.11x10-31kg

15. 15 m2 s2 l = 6.07 x 10-12m v = 2.998 x 108 m s x m s = 1.20 x 108 m s 40.0 100.0 6.63 x 10-34kg .s l = 9.11x10-31kg x 1.20 x 108 ตัวอย่าง(ต่อ)จงคำนวณความยาวคลื่นของ e- ซึ่งมีมวล 9.11 x 10-28g เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 40.0% ของความเร็วแสง

16. 16 h 2p Dp Dd ณ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก (Heisenberg Uncertainly Principle) เป็นไปไม่ได้ที่จะทราบทั้งโมเมนตัม(p = mv) และตำแหน่งของอนุภาค(d) ได้อย่างถูกต้อง พร้อมๆ กัน Dp = ความไม่แน่นอนของโมเมนตัมของอนุภาค Dd = ความไม่แน่นอนของตำแหน่งของอนุภาค

17. 17 ดังนั้นแบบจำลองของโบร์ที่ว่า e- จะเคลื่อนที่อยู่ ในวงโคจรโดยมีโมเมนตัมคงที่ จึงไม่ถูกต้อง  Max Born เสนอว่า ถ้าเลือกที่จะทราบพลังงานของ e- ในอะตอมโดยมีความไม่แน่นอนเล็กน้อย จะต้อง ยอมรับ ตำแหน่งของ e- ใน space รอบนิวเคลียสที่ มีความไม่แน่นอนสูง สิ่งที่ทำได้คือ การคำนวณความน่าจะเป็น (probability) ของการพบ e-ใน space ในบริเวณที่กำหนด

18. 18 สภาพที่น่าจะเป็นไปได้ของอะตอม (The Probability Atom) ค.ศ. 1926 Erwin SchrÖdingerอธิบายสมบัติคลื่นของ e-ใน H atom โดยเสนอ wave equationหรือ SchrÖdinger equation

19. 19 พลังงานจลน์ พลังงานศักย์ พลังงานรวม y (psi) = wave function ของ e- (สมบัติคลื่น) m = มวลของ e- (สมบัติอนุภาค) สมการนี้ทำให้เกิดกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics)หรือกลศาสตร์คลื่น (Wave mechanics)