โครงสร้างอะตอม

โครงสร้างอะตอมอะตอม มีลักษณะเป็นทรงกลมแบบกลุ่มหมอก ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่มีมวลน้อยมาก 3 ชนิดได้แก่ นิวตรอน (Neutron) โปรตอน (Proton) และอิเล็กตรอน (Electron)มีนิวเคลียสอยู่ตรงกลางซึ่งภายในประกอบด้วยอนุภาคของนิวตรอนและโปรตอนอยู่ อาจเรียกว่านิวคลิออน (Nucleon) มีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆนิวเคลียส ซึ่งไม่สามารถกำหนดความเร็ว ทิศทางและตำแหน่งที่แน่นอนได้ จึงทำให้โอกาส ที่จะพบอิเล็กตรอนในบริเวณหนึ่งๆไม่สม่ำเสมอ บริเวณที่สามารถพบอิเล็กตรอนได้ถูกเรียกว่า ออร์บิทัล (Orbital)บริเวณที่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะมีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนที่หนาแน่นที่สุด ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนถูกกำหนดให้แทนด้วย n = 1 และเมื่อห่างจากนิวเคลียสมากขึ้น ความหนาแน่นของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนจะน้อยลง ค่าของระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจะถูกกำหนดให้แทนด้วย n = 2 n = 3 n = 4 ตามลำดับ


การจัดเรียงอิเล็กตรอนการจัดแบ่งอิเล็กตรอนที่โคจรในอะตอมจะแบ่งตามกลุ่มของระดับพลังงาน (n) โดยจำนวนอิเล็กตรอนที่มากที่สุดในแต่ละระดับพลังงานมีค่าไม่เกิน 2n2n = 1 จำนวน 2 อิเล็กตรอนn = 2 จำนวน 8 อิเล็กตรอนn = 3 จำนวน 18 อิเล็กตรอนn = 4 จำนวน 32 อิเล็กตรอนจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด (Valence Electron) จะมีได้มากที่สุดไม่เกิน8 อิเล็กตรอน

เลขอะตอม (Atomic Number : Z) คือ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของแต่ละอะตอมของธาตุ ซึ่งปกติอะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวน ประจุบวกเท่ากับประจุลบเสมอ จึงทำให้จำนวนโปรตอนกับจำนวนอิเล็กตรอนของธาตุมีค่าเท่ากันเลขอะตอม = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน

เลขมวล (Mass Number : A) คือ ผลรวมของจำนวนนิวตรอนกับจำนวนโปรตอนที่อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ยกเว้นอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งมีจำนวนโปรตอน 1 ตัว ไม่มีนิวตรอนเลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน= เลขอะตอม + จำนวนนิวตรอนสัญลักษณ์นิวเคลียส (Nuclear Symbol) เมื่อ A แทน เลขมวล Z แทน เลขอะตอม X แทน สัญลักษณ์ของธาตุเช่น ธาตุโซเดียมเลขอะตอม = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน11 = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอนเลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน23 = 11 + จำนวนนิวตรอนจำนวนนิวตรอน = 23 - 11 = 12นั่นคือ ธาตุโซเดียมมีจำนวนโปรตอน, อิเล็กตรอนและนิวตรอนเท่ากับ 11, 11, 12 ตามลำดับคลิ๊กดูเพิ่มเติม
***********ตารางธาตุกับการจัดเรียงอิเล็กตรอน*************


ไอโซโทป คือ อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันซึ่งมีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากัน ซึ่งการที่มีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากันนี้เอง ทำให้เลขมวลไม่เท่ากัน ตัวอย่างเช่น ไอโซโทปของธาตุคาร์บอนซึ่งอาจพบในรูปของคาร์บอน –12 และคาร์บอน –14

โมเลกุล (Molecule) คือ กลุ่มอะตอมอย่างน้อย 2 อะตอม ที่มารวมกันอยู่ด้วยแรงดึงดูดทางเคมี โดยโมเลกุลนั้นอาจประกอบด้วยอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน หรือ อะตอมของธาตุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปมารวมกันอยู่ด้วยอัตราส่วนที่แน่นอนตามกฎสัดส่วนคงที่ เช่น H2 , H2Oไอออน (Ion) คือ อะตอมหรือกลุ่มอะตอมที่มีประจุ จากการที่อะตอมเป็นกลางทำให้จำนวนโปรตอน (ประจุบวก) และจำนวนอิเล็กตรอน (ประจุลบ) เท่ากัน ถ้าอะตอมที่เป็นกลางนั้นรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามาจะทำให้จำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าจำนวนโปรตอนเกิดเป็นไอออนลบ (Negative Ion) ขึ้น ในทางตรงข้าม ถ้าอะตอมที่เป็นกลางนั้นสูญเสียอิเล็กตรอนจะทำให้จำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าจำนวนโปรตอนเกิดเป็นไอออนบวก (Positive Ion)

ธาตุและสารประกอบธาตุ (Element) คือ สารที่ไม่สามารถแยกออกเป็นสารอื่นได้ด้วยวิธีการทางเคมี ปัจจุบันมีธาตุทั้งหมด 118 ธาตุ เป็นธาตุที่เกิดในธรรมชาติ 83 ธาตุ และธาตุที่นักวิทยาศาสตร์ทำการสังเคราะห์ด้วยกระบวนการนิวเคลียร์ สัญลักษณ์ของธาตุจะใช้เฉพาะสำหรับธาตุหนึ่งๆ โดยตัวอักษรตัวแรกจะต้องเขียนด้วยตัวอักษรตัวใหญ่เสมอ และถ้ามีอักษรที่สองจะใช้ตัวเล็ก เช่น C Co เป็นต้นธาตุแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ คือ โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะสารประกอบ (Compound) คือ สารที่ประกอบด้วยอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกันทางเคมีในอัตราส่วนที่แน่นอน เช่น น้ำประกอบด้วย ไฮโดรเจน H 2 ส่วน และออกซิเจน O 1 ส่วน เขียนแทนเป็น H2Oตารางพีริออดิก
หรือ ตารางธาตุ ( Periodic Table )


ตารางธาตุ คือ ตารางที่รวบรวมธาตุต่าง ๆ เข้าเป็นหมวดหมู่ ตามคุณสมบัติที่เหมือน ๆ กัน ไว้เป็นพวกเดียวกัน เพื่อสะดวกในการจดจำและศึกษาตารางธาตุ เป็นตารางที่เรียงตามเลขอะตอมจากซ้ายไปขวา และให้ธาตุที่มีสมบัติคล้ายกันอยู่ในแนวดิ่งเดียวกัน ตารางธาตุ แบ่งธาตุเป็นแนวนอน 7 แถว เรียกว่า คาบ (Period) และแนวตั้ง 18 แถว เรียกว่า หมู่ (Group) แถวตั้งหรือหมู่แบ่งออกเป็นหมู่A เรียกว่าธาตุเรพรีเซนเตติฟ (Representative elements) โดยธาตุหมู่ A จะมีหมู่ 1A ถึงหมู่ 8A เมื่อหมู่ 1A เป็นธาตุที่มีความเป็นโลหะมากที่สุดเรียกว่า โลหะแอลคาไล (Alkali Metal)หมู่ 2A เรียกว่า โลหะแอลคา ไลน์เอิร์ท (Alkaline Earth Metal)หมู่ 7A มีความเป็นอโลหะมากที่สุดเรียกว่า แฮโลเจน (Halogen)หมู่ 8A เรียกว่า แก๊สเฉื่อย หรือแก๊สมีตระกูล (Noble Gas)และหมู่ B เรียกว่า ธาตุทรานซิชัน (Transition elements)


อะตอม
เป็นโครงสร้างขนาดเล็กมากมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น ที่พบได้ในสิ่งของทุก ๆ อย่างรอบตัวเรา อะตอมประกอบไปด้วยอนุภาค 3 ชนิด คือ:อิเล็กตรอน ซึ่งมีประจุลบ โปรตอน ซึ่งมีประจุบวก นิวตรอน ซึ่งไม่มีประจุ

โปรตอน
โปรตอน (Proton) คืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกอยู่ในนิวเคลียสหรือใจกลางของธาตุ ธาตุเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน เช่น ไฮโดรเจนเป็นธาตุตัวที่ 1 เบาที่สุดมีโปรตอนตัวเดียว โปรตอนเกิดจากควาร์ก up 2 และ down 1 มีประจุ +1.60x10^(-19)คูลอมบ์ มีน้ำหนัก 1.67x10^(-27) กิโลกรัม ฮีเลียมมี 2 ตัว เหล็กมี 26 ตัว ยูเรเนียมมี 92 ตัว

อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอน (Electron) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบวิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียส โดยปกติ จำนวน อิเล็กตรอน ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวน โปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว

นิวตรอน
นิวตรอน (Neutron) เป็นอนุภาคที่เป็นกลางไม่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในนิวเคลียสมีจำนวนใกล้เคียงกับโปรตอนแต่อาจแตกต่างกันได้เช่นในฮีเลียมมีนิวตรอน 2 ตัว เท่ากับโปรตอนแต่ในเหล็กมี 30 ตัว และในยูเรเนียมมีนิวตรอนถึง 146 ตัว นิวตรอนอาจเกิดจากการอัดอีเล็กตรอนกับโปรตอนดังเช่นในดาวฤกษ์มวลมาก นิวตรอนเกิดจากควาร์ก up 1 อนุภาค และ ควาร์ก down 2 อนุภาค มีน้ำหนัก 1.67x10^(-27)ซึ่งเท่ากันโปรตอน

ขนาดอะตอม
ขนาดของอะตอมนั้นจะกำหนดได้ยาก เนื่องจากวงโคจรของอิเล็กตรอน (ความน่าจะเป็น) นั้น จะลดลงอย่างต่อเนื่องจนเป็นศูนย์นั่นคือ ไม่ว่าระยะทางจะไกลจากนิวเคลียสเท่าไรเรายังมี ความน่าจะเป็น (ที่ไม่เป็นศูนย์) ในการค้นพบอิเล็คตรอน ของอะตอมนั้น ในกรณีของอะตอมที่สามารถก่อตัวในรูปผลึกของแข็งนั้น ขนาดของอะตอมสามารถประมาณโดยใช้ระยะทางระหว่างอะตอมที่อยู่ติดกัน ส่วนอะตอมที่ไม่สามารถก่อตัวเป็นผลึกแข็งนั้น การหาขนาดจะใช้เทคนิคอื่นๆ รวมทั้งการคำนวณทางทฤษฎี โดยใช้ ค่าเฉลี่ยรากที่สอง (Root mean square) ของอิเล็คตรอน ตัวอย่างเช่น ขนาดของอะตอมไฮโดรเจนนั้นจะประมาณ 1.2×10-10m เมื่อเทียบกันขนาดของ-โปรตอนซึ่งเป็นเพียงอนุภาคในนิวเคลียส ซึ่งมีขนาดประมาณ 0.87×10-15m จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนระหว่างขนาดของอะตอมไฮโดรเจน และ นิวเคลียสนั้นจะประมาณ 100,000 อะตอมของธาตุต่างชนิดกันนั้นจะมีขนาดต่างกัน แต่สัดส่วนของขนาดก็จะอยู่ในช่วงประมาณไม่เกิน 2 เท่า เหตุที่ขนาดไม่เท่ากันนั้นเนื่องมาจากนิวเคลียสที่มีจำนวนประจุบวกไม่เท่ากัน นิวเคลียสที่มีประจุบวกมากก็จะ-สามารถดึงดูดอิเล็กตรอนให้เข้าใกล้จุดศูนย์กลางได้มากขึ้น

ธาตุและไอโซโทป
อะตอมโดยทั่วไปแล้วจะแบ่งตามเลขอะตอม ซึ่งเท่ากับจำนวนโปรตอนในอะตอม เลขอะตอมจะเป็นตัวระบุว่าอะตอมนั้นเป็นอะตอมของธาตุอะไร ตัวอย่างเช่น อะตอมของคาร์บอน จะมีโปรตอน 6 ตัว อะตอมที่มีเลขอะตอมเท่ากันจะมีคุณสมบัติร่วมทางกายภาพหลายอย่างและจะมีคุณสมบัติทางเคมีที่เหมือนกัน ในตารางธาตุอะตอมจะถูกเรียงตามค่าเลขอะตอมเลขมวล หรือเรียก เลขมวลอะตอม หรือ เลขนิวคลีออน ของธาตุคือ จำนวนรวมของโปรตอน และ นิวตรอนในอะตอม โปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัวนั้นจะมีมวล 1 amu จำนวนนิวตรอนในอะตอมนั้นไม่ได้เป็นตัวกำหนดชนิดของธาตุ ธาตุแต่ละชนิดนั้นจะมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนที่แน่นอน แต่อาจมีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างไปเรียกว่า ไอโซโทปของธาตุการ-เรียกชื่อของไอโซโทป นั้นจะขึ้นต้นด้วยชื่อของธาตุและตามด้วยเลขมวล ตัวอย่างเช่น อะตอมของ คาร์บอน-14 มีโปรตอน 6 ตัว และ นิวตรอน 8 ตัว รวมเป็นเลขมวล 14อะตอม ที่เรียบง่ายที่สุดคืออะตอมของ ไฮโดรเจน มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 และ มี โปรตอน 1 ตัว อิเล็กตรอน 1 ตัว ไอโซโทปของไฮโดรเจนซึ่งมีนิวตรอน 1 ตัวจะเรียกว่า ดิวทีเรียม หรือ ไฮโดรเจน-2 ไอโซโทปของไฮโดรเจนซึ่งมีนิวตรอน 2 ตัว จะเรียก ทริเทียม หรือ ไฮโดรเจน-3เลขมวลอะตอมของธาตุที่ระบุในตารางธาตุ เป็นค่าเฉลี่ยมวลของไอโซโทปที่พบตามธรรมชาติ โดยเฉลี่ยแบบถ่วงน้ำหนักตามปริมาณที่ปรากฏในธรรมชาติ



แบบจำลองอะตอม
แบบจำลองอะตอมที่เป็นที่รู้จักดีมีอยู่ 5 แบบ คือ
1. แบบจำลองอะตอมของดอนตัลซึ่งมีลักษณะป็นทรงกลมและภายในว่างเปล่าไม่มีอะไรไม่สามารถทำให้สูญหายหรือเกิดขึ้นใหม่ได้

2. แบบจำลองอะตอมของทอมสันซึ่งภายในอะตอมมีโปรตอนและมีอิเล็กตรอนเท่าๆกันกระจัดกระจายอยู่ทั่วภายในอะตอม

3. แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดซึ่งภายในนิวเคลียสของอะตอมมีโปรตอนและนิวตรอนอยู่ภายในส่วนบริเวณนอกมีอิเล็กตรอนวิ่งอยู่รอบๆอย่างอิสระ

4. แบบจำลองอะตอมของโบร์ซึ่งภายในอะตอมจะมีชั้นพลังงานและแบ่งเป็นชั้นได้7ชั้นคือ k l m n o p q ตามลำดับซึ่งแต่ละระดับชั้นพลังงานก็จะมีพลังงานที่ไม่เท่ากัน

5. แบบจำลองอะตอมของกลุ่มหมอก ภายในตรงกลางนิวเคลียสจะเป็นโปรตอนและนิวตรอน ส่วนภายนอกเป็นกลุ่มหมอก ถ้ากลุ่มหมอกตรงบริเวณไหนมากก็แสดงว่าตรงนั้นมีโอกาสที่จะมีอิเล็กตรอนอยู่มากกว่าที่อื่นๆ แบบจำลองอะตอมที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในปัจจุบันคือแบบจำลองอะตอมของกลุ่มหมอก