โครงสร้างอะตอม - PowerPoint PPT Presentation

โครงสร้างอะตอม

ดิโมคริตุส

Democritus

460BC-370 BC

Greekphilosopher

นักปราชญ์ชาวกรีก

ดิโมคริตุส (Demokritos)

อะตอม มาจากภาษากรีกว่า "atomos" ซึ่งแปลว่า "แบ่งแยกอีกไม่ได้"

ภาพถ่ายของธาตุรีเนียมโดยกล้องจุลทรรศน์

สนามไอออนกำลังขยายประมาณ 750,000 เท่า

(จุดสีขาวคืออะตอมของธาตุรีเนียม)

จอห์น ดอลตัน

John Dalton (1766-1844)

English chemist and physicist

John Dalton (ค.ศ.1766-1844)

1. สารต่างๆ ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก เรียกว่า อะตอม ซึ่งแบ่งแยกอีกไม่ได้ และสร้างขึ้นหรือทำให้สูญหายไปไม่ได้

2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน มีสมบัติเหมือนกันทุกประการทั้งกายภาพและเคมี แต่จะแตกต่างจากอะตอม

ของธาตุอื่น ๆ

3. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปและมีอัตราส่วนการรวมตัวเป็นตัวเลขอย่างง่าย และอะตอมของธาตุสองชนิดอาจรวมตัวกันด้วยอัตราส่วนต่างๆ กัน เกิดเป็นสารประกอบ ได้หลายชนิด เช่น CO2 , SO2, CH4,H2O2, C2H5OH

แบบจำลองอะตอมของดอลตันแบบจำลองอะตอมของดอลตัน

“ อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมตันที่มีขนาดเล็กที่สุดและไม่สามารถแบ่งแยกได้

และไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายไปได้ ”

• ( Sir Joseph John Thomson)

(1856 - 1940)Englishphysicist

Joseph John Thomson (ค.ศ. 1856 – 1940)

การนำไฟฟ้าของแก๊สในหลอดรังสีแคโทด

** ก๊าซนำไฟฟ้าได้เมื่ออยู่ในสภาวะที่มีความดันต่ำ

และความต่างศักย์สูงมาก

รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนดรังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด

ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด

ZnS

(-)

(+)

ดัดแปลง

เพิ่มขั้วไฟฟ้า

รังสีแคโทดบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า

ทอมสัน สรุปว่า “รังสีจากแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบ”

เรียกว่า อิเล็กตรอน (e)

ทอมสันเปลี่ยนแก๊ส และเปลี่ยนโลหะ

คำนวณหาอัตราส่วนประจุต่อมวล(e/m)

ได้เท่าเดิมทุกครั้ง

ซึ่งเท่ากับ 1.76 x 108 คูลอมบ์/กรัม

Eugen Goldstein(ค.ศ.1850 – 1930)

ดัดแปลงหลอดรังสีแคโทด

ทอมสัน

เพิ่มขั้วไฟฟ้า

• จากการทดลองของโกลด์สไตน สรุปได้ว่า  
• - รังสีบวกหรืออนุภาคบวกเกิดจากก๊าซที่บรรจุภายในหลอดรังสีแคโทดซึ่ง
• สามารถเบี่ยงเบนได้ทั้งในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
• รังสีบวกมีค่าอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่คงที่ ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่บรรจุ
• อยู่ภายในหลอดรังสีแคโทด

รังสีจากแอโนดเบนออกจากขั้วบวก เข้าหาขั้วลบ เรียกว่า โปรตอน (p)

ทอมสัน

อิเล็กตรอน

โกลด์ชไตน์

โปรตอน

แบบจำลองอะตอมของทอมสันแบบจำลองอะตอมของทอมสัน

“อะตอม เป็นทรงกลม ประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ กระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน”

รอเบิร์ต แอนดรูส์ มิลลิแกน

Robert Andrews Millikan

(1868 - 1953)

American physicist

Robert Andrews Millikan (ค.ศ. 1868 – 1953)

การหาประจุและมวลของอิเล็กตรอน

โดยทดลองหยดน้ำมัน

แผ่นประจุบวก

เครื่องพ่นหยดน้ำมัน

แผ่นประจุลบ

มิลลิแกนคำนวณหาค่าประจุอิเล็กตรอน(e) เท่ากับ

1.6 x 10-19 คูลอมบ์ เสมอ

จากการทดลองของทอมสัน คูลอมบ์/กรัม

จากการทดลองของมิลลิแกน คูลอมบ์/อิเล็กตรอน

มวลของอิเล็กตรอน

กรัม

ดังนั้นมวลของอิเล็กตรอน 1 ตัว หนัก 9.1 x 10-28 กรัม

ตัวอย่างคำนวณ

จงหาว่าอิเล็กตรอน 10 อนุภาค มีมวลกี่กรัม

จากการทดลองของมิลลิแกน คูลอมบ์/อิเล็กตรอน

คูลอมบ์

จากการทดลองของทอมสัน คูลอมบ์/กรัม

m = 11 x 10-11 กรัม

กรัม

ตัวอย่างที่ 1   จงหามวลของอิเล็กตรอน  1  โมล   เมื่ออิเล็กตรอน 1  โมล

  จะมี  6.02 x 1023ตัว

วิธีทำอิเล็กตรอน         1            ตัว    มีมวล        9.1 x 10- 28กรัม

อิเล็กตรอน  6.02 x 1023 ตัว มีมวล      9.1 x 10- 28 x  6.02 x 1023   กรัม

=      5.4 x  10 -4      กรัม

                                      มวลของอิเล็กตรอน 1 โมล เท่ากับ 5.4 x 10-4 กรัม

ตัวอย่างที่ 2ถ้ามีอิเล็กตรอน  4.8 x 1021คูลอมบ์ จะมีอิเล็กตรอนจำนวนเท่าใด

วิธีทำ       ประจุอิเล็กตรอน  1.6  x  10-19คูลอมบ์ จะมี       1       ตัว

ประจุอิเล็กตรอน  4.8 x 1021คูลอมบ์  จะมี    = 3   x  1040   ตัว

อิเล็กตรอนมีจำนวน  3  x 1040 ตัว

ตัวอย่างที่ 3    อิเล็กตรอน  2.73     กรัม  จะมีประจุเท่าใด

วิธีทำอิเล็กตรอน  9.1 x10- 28 กรัม  จะมีประจุ    1.6 x 10-19  คูลอมบ์

อิเล็กตรอน  2.73    กรัม  จะมีประจุ   =     4.8  x 108 คูลอมบ์

อิเล็กตรอนมีประจุ  4.8   x  108 คูลอมบ์

ลอร์ด เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด

Lord Ernest Rutherford

(1871-1937)

English phycisist

Ernest Rutherford (ค.ศ.1871-1937)

ร่วมกับเพื่อนร่วมงานชื่อ ฮันส์ ไกเกอร์ และนักศึกษาปริญญาตรีชื่อ เออร์เนส มาร์สเดน

ทดลองยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำ

การทดลอง

ผลการทดลอง

สรุปผลการทดลอง

 ส่วนใหญ่จะเดินทางเป็นเส้นตรง แสดงว่าภายในอะตอมมีที่ว่างมาก

 ส่วนน้อยจะมีการเบี่ยงเบนทิศทาง แสดงเฉียดเข้าใกล้อนุภาคที่มีประจุบวก

 นาน ๆ ครั้งจะมีการสะท้อนกลับอย่างแรงแสดงว่าภายในอะตอมมีอนุภาคที่ มีมวลและขนาดเล็ก

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

“อะตอม เป็นทรงกลม ประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุเป็นบวก มีมวลมาก รวมกันอยู่ตรงกลาง เรียกว่านิวเคลียสและนิวเคลียสมีขนาดเล็กมาก ส่วนอิเล็กตรอนที่มีประจุเป็นลบ มีมวลน้อย จะเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง”

เมื่อทำการทดลองอีกชุดพบว่าค่าประจุของ โปรตอน

เท่ากับ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ และมีมวลเท่ากับ 1.67 x 10-24 กรัม

• Sir James Chadwick
• (1891-1974)
• English physicist

Jame Chadwick (ค.ศ.1891-1972)

ทดลองยิงอนุภาคแอลฟาไปที่แผ่นบางของเบริลเลียม

การค้นพบนิวตรอนของแชดวิค ทำให้ทราบว่าอะตอม

ประกอบด้วยอนุภาค 3 ชนิด คือ โปรตอน นิวตรอน

และอิเล็กตรอน

พบว่ามีรังสีจากโลหะที่มีอนุภาคเป็นกลางทางไฟฟ้า

อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม มีมวลมากกว่าโปรตอนเล็กน้อย

แชดวิคตั้งชื่ออนุภาคนี้ว่า นิวตรอน (n)

P

n

e

แบบจำลองอะตอมที่มีนิวตรอน

อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน รวมกันอยู่

ตรงกลาง เรียกว่า “นิวเคลียส” โดยมีอิเล็กตรอนซึ่งมีจำนวนเท่ากับโปรตอนวิ่งวน

อยู่รอบๆ นิวเคลียส

อนุภาคมูลฐานของอะตอม

เลขมวล เลขอะตอม ไอโซโทป

เลขมวล(mass number, A) หมายถึง ผลบวกของจำนวนโปรตอนกับนิวตรอน

เลขอะตอม(atomic number, Z) หมายถึง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส

(ในอะตอมที่เป็นกลาง จำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน)

เลขมวล(p+n)

การเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์

เขียน (A) ไว้ข้างบนด้านซ้ายของสัญลักษณ์ธาตุเขียน (Z) ไว้ข้างล่างด้านซ้ายของสัญลักษณ์ธาตุX = สัญลักษณ์ของธาตุ

เลขอะตอม(p)

ตัวอย่าง

ดังนั้น อะตอมของธาตุลิเทียม ( Li )มีจำนวนโปรตอน = 3 ตัวอิเล็กตรอน = 3 ตัวและนิวตรอน = 4 ตัว

จำนวนนิวตรอน = เลขมวล - จำนวนโปรตอน

หรือ = เลขมวล - เลขอะตอม

ไอโซอิเล็กทรอนิก( Isoelectronics) หมายถึง อะตอมหรือไอออนที่มีจำนวน

อิเล็กตรอนเท่ากัน และมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนกัน

ไอโซโทป ( Isotope )หมายถึงอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน

มีเลขอะตอมเท่ากันแต่มีเลขมวลต่างกัน เช่น

ไอโซบาร์ (  Isobar )หมายถึงอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน

ที่มีเลขมวลเท่ากัน แต่มีเลขอะตอมไม่เท่ากัน เช่น

ไอโซโทน ( Isotone )หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกัน

แต่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน แต่มีเลขมวลและเลขอะตอมไม่เท่ากัน เช่น

# บางกรณีจะเขียนธาตุที่เป็นไอโซโทปกันดังนี้ “ธาตุ-เลขมวล”

U-238 ,U-235 เป็นเชื้อเพลิงในโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์

C-14, C-13, C-12 ในการหาอายุของวัตถุโบราณ

ตัวอย่างคำนวณ

จงหาจำนวนอนุภาคมูลฐานของธาตุต่อไปนี้

เลขมวล(A)เท่ากับ

เลขอะตอม (Z) เท่ากับ

จำนวนโปรตอน (p) เท่ากับ

จำนวนอิเล็กตรอน (e) เท่ากับ

จำนวนนิวตรอน (n) เท่ากับ

11

5

5

5

6

A

X

Z

12

C

6

23

Na

11

39

K

40

Ca

19

20

ทดสอบ

6

6

6

11

11

12

19

19

20

20

20

20

Negative ion

Positive ion

p < e

p > e

อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เกิดจากจำนวนโปรตอนกับจำนวนอิเล็กตรอนภายในอะตอมแตกต่างกัน เนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนเปลี่ยนไป

ไอออน(Ion)

จำนวนโปรตอน (p) ≠ จำนวนอิเล็กตรอน (e)

ไอออนบวก (cation) เกิดจากอะตอมให้อิเล็กตรอนไป ทำให้มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก

เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้ไป

เช่น จำนวนโปรตอน เท่ากับ 11

จำนวนอิเล็กตรอน เท่ากับ 10

จำนวนนิวตรอน เท่ากับ 12

ไอออนลบ (anion) เกิดจากอะตอมรับอิเล็กตรอน จะมีประจุลบเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่รับ

จำนวนโปรตอน เท่ากับ 7

จำนวนอิเล็กตรอน เท่ากับ 10

จำนวนนิวตรอน เท่ากับ 7

นีลส์ โบร์

Niels Bohr

(1885-1962)

Danish phycisist

Niels Bohr (ค.ศ.1885 - 1962)

ศึกษาสเปกตรัมของธาตุ

สเปกตรัม (spectrum) คือ ผลที่ได้รับจากพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นและความถี่ต่างๆ เป็นอนุกรมของแถบสีหรือเส้นที่ได้จากการผ่านพลังงานรังสีเข้าไปใน สเปกโตรสโคป ซึ่งทำให้พลังงานรังสีแยกออกเป็นแถบ หรือเป็นเส้นที่มีความยาวคลื่นต่างๆ

คลื่น (wave)

ความยาวคลื่น



องค์ประกอบของคลื่น

1. ความยาวคลื่น (  ) คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ครบ 1 รอบพอดี หน่วยของความยาวคลื่นมีหน่วยเป็น เมตร(m) หรือ นาโนเมตร(nm)

2. ความถี่ ( = นิว) คือ จำนวนคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดจุดหนึ่งในหนึ่งหน่วยเวลา (ใช้หน่วยเป็นวินาที) ซึ่งมีหน่วยเป็น รอบ/วินาที หรือ Hz (เฮิรตซ์)

จากการศึกษาเรื่องคลื่นจะได้ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นและความถี่ของคลื่นดังนี้



เขียนเป็นสมการได้ดังนี้

 =

เมื่อ  = ความถี่

C = ความเร็วแสงในสุญญากาศ = 3 x 108 m/s

 = ความยาวคลื่น

มักซ์ คาร์ล แอนสต์ ลุดวิก พลังค์

Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 - 1947)

German physicist

จากการศึกษาพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของ มักซ์พลังค์ (Max Planck) ได้เสนอว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีสมบัติเป็นอนุภาคได้ และเรียกอนุภาคนั้นว่า “โฟตอน”

แต่ละโฟตอนมีปริมาณของพลังงานเฉพาะ ขึ้นอยู่กับความถี่ของแสง

สรุปว่า

E  

E = h

E เป็นพลังงาน มีหน่วยเป็นจูล (J)

 คือ ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีหน่วยเป็นรอบต่อวินาทีหรือเฮิรตซ์ (Hz)

h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ มีค่า 6.626x 10-34 จูลวินาที (J.s)

E = h

 =

ตัวอย่างคำนวณ

จงหาความยาวคลื่นและพลังงานของคลื่นที่มีความถี่ 6.26 x 1014 Hz

E = h

E = 6.626 x 10-34J.s x 6.26 x 1014 s-1

E = 4.15 x 10-19 J

สเปกตรัม (spectrum)

สเปกตรัมแบบต่อเนื่อง

แสงที่มองเห็นได้ (Visible light)

ความยาวคลื่นในช่วง 400 – 700 นาโนเมตร

สเปกตรัมเปล่งออกแบบเส้น

สเปกตรัมดูดกลืนแบบเส้น

อุปกรณ์การทดลอง

ผลการทดลอง

อิเล็กตรอนจะคายพลังงานออกมาอิเล็กตรอนจะคายพลังงานออกมา

ในรูปของพลังงานรังสี

สรุปผลการทดลอง

การเปล่งแสงของธาตุไฮโดรเจน เกิดจากอิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับพลังงานจากวงโคจรสูงไปสู่วงโคจรต่ำ พร้อมทั้งคายพลังงานในรูปแสงสีต่าง ๆ

สเปกตรัมแบบเส้นของแก๊สบางชนิด

โยฮันน์บัลเมอร์ (Johann Balmer) พบสูตรที่ให้ตัวเลขสอดคล้องกับตำแหน่งของเส้นสเปกตรัมไฮโดรเจนในช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น

อนุกรมบัลเมอร์ (Balmer series)

อนุกรมไลแมน (Lyman’s series)

อนุกรมบัลเมอร์ (Balmer series)

n1= เลขจำนวนเต็ม

แสดงระดับพลังงาน

ในสถานะพื้นของอนุกรม

อนุกรมพาสเชน (Paschen series)

n2= เลขจำนวนเต็ม

แสดงระดับพลังงาน

ในสถานะกระตุ้นของ

อนุกรม

อนุกรมแบรคเก็ต (Brackett series)

อนุกรมฟุนด์ (Pfund series)

การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับสเปกตรัมไฮโดรเจนอนุกรมต่างๆการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับสเปกตรัมไฮโดรเจนอนุกรมต่างๆ

นีลส์โบร์ (Niels Bohr)

ได้เสนอทฤษฎีที่อธิบายสเปกตรัมแบบเส้นของอะตอมไฮโดรเจนได้สำเร็จ

ซึ่งสมมติฐานเกี่ยวกับอะตอมไฮโดรเจนของโบร์อาจสรุปได้คือ

อะตอมไฮโดรเจน

1. อิเล็กตรอนที่อยู่ในอะตอมใดๆ จะเคลื่อนที่ในตำแหน่งที่แน่นอนรอบนิวเคลียสเป็นวงโคจร ระยะระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสมีค่าคงที่

2. อิเล็กตรอนที่อยู่ในตำแหน่งคงที่ จะไม่แผ่รังสีพลังงานแต่ถ้าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากระดับพลังงานสูงมาสู่ตำแหน่งที่มีระดับพลังงานต่ำ จะแผ่รังสีพลังงานออกมา ซึ่งมีค่าเท่ากับผลต่างระหว่างระดับพลังงานทั้งสอง คือ

3. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานหนึ่งๆ จะหมุนเป็นวงโคจรรอบนิวเคลียสคล้าย

ระบบสุริยจักรวาล

4. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่า จะอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากกว่า

อิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานต่ำ

n เป็นเลขจำนวนเต็ม เรียกว่า เลขควอนตัมหลัก (principal quantum number)

แบบจำลองอะตอมของโบร์ดังกล่าวยังสามารถใช้ได้ดีกับอะตอมที่คล้ายกับไฮโดรเจน เช่น He+ ,Li2+ หรือ Be3+ เป็นต้น

แบบจำลองอะตอมของ นิลส์โบร์

“ อะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน อยู่ภายในนิวเคลียส ส่วนอิเล็กตรอนวิ่งอยู่รอบ ๆ นิวเคลียสเป็นชั้น ๆ ในแต่ละชั้นมีระดับพลังงานเฉพาะค่าหนึ่ง ลักษณะคล้ายวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ ซึ่งพลังงานระดับต่ำสุดจะอยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุด และอิเล็กตรอนที่วงนอกสุดจะมีพลังงานมากที่สุด”

ประโยชน์ที่เราสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้จากงานของโบร์ประโยชน์ที่เราสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้จากงานของโบร์

1. ธาตุทุกธาตุเมื่ออิเล็กตรอนถูกกระตุ้น จะเปล่งแสงออกมาได้เฉพาะตัว จึงมีประโยชน์อย่างมากในงานเคมีวิเคราะห์ เพื่อระบุว่าตัวอย่าง (sample) นั้นมีอะตอมของธาตุใดเป็นองค์ประกอบ

2.หลอดไฟ แสงจากหลอดไฟเกิดจากการระดมยิงอะตอมของธาตุเช่น ปรอท, โซเดียม ด้วยอิเล็กตรอน ดังสมการ

Hg + พลังงาน -> Hg*

Hg* -> Hg + แสงสีเขียวอมฟ้า

จุดอ่อนทฤษฎีของโบร์และการค้นคว้าหาทฤษฎีใหม่จุดอ่อนทฤษฎีของโบร์และการค้นคว้าหาทฤษฎีใหม่

ทฤษฎีของโบร์ใช้อธิบายได้กับสเปกตรัมของอะตอมหรือไอออนที่มีเพียง 1 อิเล็กตรอน เช่น H, He+, Li+ แต่ใช้อธิบายสเปกตรัมทั่วไปที่มีหลายอิเล็กตรอนไม่ได้ นอกจากนั้นตามทฤษฎีของโบร์จะอธิบายโครงสร้างของอะตอมในระดับสองมิติเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์จึงค้นคว้าทดลองหาข้อมูลต่างๆ เพื่อใช้อธิบายโครงสร้างของอะตอมให้ถูกต้องยิ่งขึ้น

แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

จากการศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติม จนได้ข้อมูลที่ทำให้เชื่อว่าอิเล็กตรอนไม่ได้เคลื่อนที่เป็นวงกลม แต่เคลื่อนที่เป็นรูปทรงต่างๆ ตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอน และใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตัม

“อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส บริเวณใดหนาทึบ แสดงว่ามีโอกาสพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มหมอกจาง”

กลศาสตร์คลื่น

ผลงานของเดอบรอยและไฮเซนเบิร์กได้นำไปสู่แนวความคิดของการสร้างทฤษฎีใหม่ขึ้นมาสำหรับอธิบายเกี่ยวกับอิเล็กตรอนในอะตอมดังนี้“สสารทุกชนิดไม่ว่าขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่มีสมบัติเป็นทั้งคลื่นและอนุภาคอยู่ในตัวของมัน”

อาศัยสมบัติความเป็นธรรมชาติคลื่นของอิเล็กตรอน จึงวิเคราะห์หาสมบัติต่างๆของอิเล็กตรอนโดยการสร้างสมการคลื่น (wave equation) แล้วแก้สมการเพื่อหาค่าต่างๆ ออกมา

เนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก สมบัติต่างๆของอิเล็กตรอนจะวัดได้ในระดับโอกาส หรือความน่าจะเป็น (probability) ที่จะพบอิเล็กตรอนที่บริเวณต่างๆ รอบนิวเคลียส หรือความหนาแน่นของอิเล็กตรอน (electron density) ที่บริเวณต่างๆรอบนิวเคลียส

ตามสมการของเดอบรอย

h = ค่าคงที่ของพลังค์

m = เป็นมวลของอนุภาค หน่วยเป็น kg

V = ความเร็วแสง หน่วยเป็น m/s

= ความยาวคลื่น หน่วยเป็น m

ชเรอดิงเจอร์ ได้เสนอกลศาสตร์คลื่อน และสร้างสมการคลื่น

เพื่ออธิบายสมบัติต่างๆ ของอิเล็กตรอนเนื่องจากอิเล็กตรอนมี

ขนาดเล็กมากยากที่จะวัดสมบัติต่างๆ ได้อย่างถูกต้องแน่นอน

โดยใช้สัญลักษณ์ต่างๆดังนี้ Hy = E y

การแก้สมการคลื่น

** การพิจารณาสมบัติของอิเล็กตรอนจึงได้แค่ระดับของโอกาสหรือความน่าจะเป็นเท่านั้น ซึ่งคำนวณได้จากสมการคลื่น บริเวณหรือขอบเขตที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอนนี้เรียกว่า “ออร์บิทัล (orbital)”

การอธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนจึงเป็นที่ยอมรับและใช้เป็นพื้นฐาน

ในการอธิบายเกี่ยวกับอะตอมและโมเลกุลตลอดมา ทำให้การอธิบายการเคลื่อนที่

ของอิเล็กตรอนในอะตอมแบบวงกลมหรือวงรีถูกหักร้างไป