Back to the topics list

อะตอม

สสารทุกอย่างประกอบด้วยสสาร และหน่วยพื้นฐานของสสารคือ อะตอม

อะตอม คือ:

• หน่วยพื้นฐานของสสาร
• อนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุซึ่งอาจมีอยู่หรือไม่มีอยู่ด้วยตัวของมันเอง
• อะตอมสามารถแบ่งย่อยได้อีกเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน

โครงสร้างพื้นฐานของอะตอม:

• อะตอมประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอม ได้แก่ โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน
• โปรตอนและนิวตรอนพบอยู่ในนิวเคลียส นิวเคลียสตั้งอยู่ที่ศูนย์กลางของอะตอม
• อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสในวงโคจร

P : โปรตอน, N : นิวตรอน, E : อิเล็กตรอน

โปรตอน: อนุภาคย่อยของอะตอมที่มีประจุบวก (+1) และมวลต่อหน่วย (1) โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกซึ่งตั้งอยู่ที่ศูนย์กลางของอะตอมในนิวเคลียสของอะตอม อะตอมไฮโดรเจนมีความพิเศษเฉพาะตัวเนื่องจากมีโปรตอนเพียงตัวเดียวและไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียส จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของธาตุทางเคมี จะกำหนดตำแหน่งของอะตอมในตารางธาตุ

นิวตรอน: อนุภาคย่อยของอะตอมที่ไม่มีประจุ (0) และมวลต่อหน่วย (1) นิวตรอนไม่มีประจุ จำนวนนิวตรอนส่งผลต่อมวลและกัมมันตภาพรังสีของอะตอม

อิเล็กตรอน: อนุภาคย่อยของอะตอมที่มีประจุลบ (-1) และมีมวลเล็กน้อย อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดในอะตอม อิเล็กตรอนถูกดึงดูดโดยประจุบวกของโปรตอน ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมอิเล็กตรอนจึงโคจรรอบนิวเคลียส อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กกว่านิวตรอนและโปรตอนมาก

แรงในอะตอม

ส่วนประกอบของอะตอมยึดติดกันด้วยแรง 3 ประการ โปรตอนและนิวตรอนยึดติดกันด้วยแรงนิวเคลียร์แบบแรงและแรงอ่อน

แรงดึงดูดทางไฟฟ้าจะยึดอิเล็กตรอนและโปรตอนไว้ ในขณะที่แรงผลักทางไฟฟ้าจะผลักโปรตอนออกจากกัน แรงดึงดูดนิวเคลียร์จะมีพลังมากกว่าแรงผลักทางไฟฟ้ามาก แรงที่แข็งแกร่งที่ยึดโปรตอนและนิวตรอนเข้าด้วยกันนั้นมีพลังมากกว่าแรงโน้มถ่วงถึง 1,038 เท่า แต่แรงนี้กระทำในระยะสั้นมาก ดังนั้นอนุภาคจะต้องอยู่ใกล้กันมากจึงจะรู้สึกถึงผลกระทบได้

เลขอะตอมของอะตอม

เลขอะตอมของธาตุเท่ากับจำนวนโปรตอนในอะตอมของธาตุหรือเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุ

ดังนั้น อะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เนื่องจากจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน

เลขมวลของอะตอม

เนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนไม่มีนัยสำคัญ มวลของอะตอมคือผลรวมมวลของโปรตอนและนิวตรอนที่มีอยู่ในนิวเคลียส

เรามาทำความเข้าใจเรื่องนี้โดยใช้ตัวอย่างสักสองสามตัวอย่าง

อะตอมของไฮโดรเจน เขียนเป็น \(\large_1^1 H\) อะตอมของไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว อิเล็กตรอน 1 ตัว และนิวตรอน 0 ตัว

เลขอะตอมของอะตอมไฮโดรเจนคือ = p = e = 1

เลขมวลของอะตอมไฮโดรเจนคือ = p + n = 1

อะตอมของออกซิเจน เขียนเป็น \(\large_{8}^{16} O\) มีโปรตอน 8 ตัว อิเล็กตรอน 8 ตัว และนิวตรอน 8 ตัว

เลขอะตอมของอะตอมออกซิเจนคือ = p = e = 8

เลขมวลของอะตอมไฮโดรเจนคือ = p + n = 8 + 8 = 16

อิเล็กตรอนกระจายตัวอย่างไรในวงโคจรเหล่านี้?
อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสในเส้นทางสมมติที่เรียกว่า วงโคจร หรือ เปลือก เปลือกแรกคือ K (ระดับพลังงาน 1, n = 1) เปลือกที่สองคือ L (ระดับพลังงาน 2, n = 2) จากนั้นจึงเป็นเปลือก M (n = 3) และดำเนินต่อไปเรื่อยๆ จำนวนอิเล็กตรอนใน แต่ละเปลือกจะถูกกำหนดโดยใช้กฎดังต่อไปนี้:

จำนวนสูงสุดของอิเล็กตรอนในแต่ละเปลือก = 2 × n ²

• เปลือก K = 2n ² = 2×1 = 2 อิเล็กตรอน
• เปลือก L = 2n ² = 2×2 ² = 2×4 = 8 อิเล็กตรอน
• เปลือก M = 2n ² = 2×3 ² = 2×9 = 18 อิเล็กตรอน
• เปลือกชั้นนอกสุด ไม่สามารถ มีอิเล็กตรอนเกิน 8 ตัว

ตัวอย่าง:

1) อะตอมโซเดียม : จำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนคือ 11 และจำนวนนิวตรอนคือ 12 p = 11, e = 11, n = 12
โครงสร้างอิเล็กตรอนของอะตอมNa มีดังนี้

2) อะตอมไนโตรเจน: p = 7, e = 7, n = 7

โครงสร้างอิเล็กตรอนของอะตอมไนโตรเจนมีดังนี้:

น้ำหนักอะตอม [มวลอะตอมสัมพันธ์]

มวลอะตอมสัมพันธ์หรือน้ำหนักอะตอมของอะตอมถูกกำหนดให้เป็นจำนวนครั้งที่อะตอมหนึ่งอะตอมของธาตุมีน้ำหนักมากกว่า \(^1/_{12}\) ของอะตอมคาร์บอน

ไอโซโทป

ไอโซโทปคืออะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีเลขอะตอมเท่ากันแต่มีเลขมวลต่างกัน ตัวอย่าง: ไอโซโทปไฮโดรเจน 3 ชนิดที่พบได้ตามธรรมชาติ ได้แก่ ทริเทียม \(\large_1^3 H\) : p = e = 1, n = 2
ดิวทีเรียม \(\large_1^2 H\) : p = e= 1, n = 1
โปรเทียม \(\large_1^1 H\) : p = e = 1, n = 0

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรและการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่เสถียร

อะตอมมีโครงสร้างอิเล็กตรอนที่ไม่เสถียรเมื่อ

• วาเลนซ์/เปลือกนอกสุดของพวกมันไม่สมบูรณ์
• พวกมันมักจะบรรลุถึงการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรโดยการแบ่งปันหรือได้รับ/สูญเสียอิเล็กตรอน
  ดังนั้นตัวอย่างทั้งหมดข้างต้น โซเดียม( \(Na\) ), ไนโตรเจน( N ), ออกซิเจน( O ), ไฮโดรเจน( H ) มีการกำหนดค่าอิเล็กตรอนที่ไม่เสถียร

ก๊าซเฉื่อย มีโครงสร้างอิเล็กตรอนที่เสถียรเนื่องจากมีเปลือกนอกที่สมบูรณ์ ตัวอย่าง:
ฮีเลียม ( He ) - โครงสร้างอิเล็กตรอน : 2
นีออน( Ne ) - โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ 2, 8

อะตอมที่มีโครงสร้างอิเล็กตรอนที่ไม่เสถียรจะบรรลุเสถียรภาพได้อย่างไร
อะตอมเหล่านี้จะรวมตัวกับอะตอมของธาตุอื่น การรวมตัวของอะตอมจะกระจายอิเล็กตรอนใหม่เพื่อให้อะตอมการรวมตัวแต่ละอะตอม มีโครงสร้างที่เสถียรของก๊าซเฉื่อยที่ใกล้ที่สุด (ตรวจสอบก๊าซเฉื่อยที่ใกล้ที่สุดว่ามี Na และ Cl หรือไม่) มาทำความเข้าใจเรื่องนี้โดยใช้ตัวอย่าง:

อะตอม Na : โครงร่างอิเล็กตรอน : 2,8,1
(ก๊าซเฉื่อยที่ใกล้ที่สุดคือ Ne เลขอะตอม 10)
อะตอม Cl : โครงสร้างอิเล็กตรอน : 2, 8, 7
(ก๊าซเฉื่อยที่ใกล้ที่สุดคือ Ar เลขอะตอม 18)

อะตอมโซเดียม ( Na ) และคลอรีน ( Cl ) รวมกันสร้างสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ ( NaCl ) :
อะตอม Na สูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากชั้นนอกเพื่อให้เกิดเสถียรภาพ [2, 8] และอะตอม Cl จะรับอิเล็กตรอนนี้เข้ามาเพื่อทำให้ชั้นนอกสมบูรณ์เพื่อให้เกิดเสถียรภาพ [2,8,8]

โปรดทราบว่าการระบุตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากอิเล็กตรอนแทบไม่มีมวลและโคจรรอบอิเล็กตรอนด้วยความเร็วที่น่าเหลือเชื่อ ด้วยเหตุนี้ อิเล็กตรอนจึงมักแสดงเป็นกลุ่มอิเล็กตรอนที่มีประจุลบรอบนิวเคลียส ออร์บิทัลแสดงอิเล็กตรอนในสถานะพลังงานต่างๆ ที่อยู่รอบนิวเคลียส เมื่อเราเคลื่อนตัวออกห่างจากนิวเคลียสมากขึ้น ระดับพลังงานจะเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวที่อยู่ในสถานะพลังงานสูงสุดหรือออร์บิทัลนอกสุดจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี อิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่า อิเล็กตรอนวาเลนซ์ และมีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างพันธะเคมีระหว่างอะตอม

มี ทฤษฎี ต่างๆ มากมายที่สามารถอธิบายลักษณะของอะตอมได้