ฟิสิกส์ ม.6 แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

19.2.1  การค้นพบอิเล็กตรอนโดยการทดลองของทอมสัน

เจ  เจ  ทอมสัน (J.J. Thomson) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ในปี พ.ศ.  2440 ใช้หลอดรังสีแคโทดหาอัตราส่วนประจุต่อมวล (q/m) ของอนุภาคได้เท่ากับ 1.76 X 10 ¹¹ คูลอมบ์ต่อกิโลกรัม ซึ่งการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่า รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีมวลและอิเล็กตรอน คือ ส่วนประกอบที่สำคัญของอะตอม

             สรุปผลการทดลองของ Thomson

1.  ทอมสันได้ทำการทดลองโดยจัดขนาดและทิศทางของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กให้เท่ากัน จนกระทั่งรังสีแคโทดวิ่งเป็นเส้นตรง  ดังรูป 19.4

F_E      =     F_B

qE     =     qvB

รูป 19.4  แนวทางการเคลื่อนที่ของอนุภาครังสีแคโทดในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเท่ากัน

2.  ทอมสันตัดสนามไฟฟ้าออกเหลือแต่สนามแม่เหล็กปรากฏว่ารังสีแคโทดวิ่งเป็นเส้นโค้งรัศมี  R

ดังรูป 19.5

F_B      =     F_C

รูป  19.5 แนวทางการเคลื่อนที่ของอนุภาครังสีแคโทด ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก
ถ้ามีการเร่งประจุด้วยความต่างศักย์   หาประจุต่อมวลจาก

E_k   =   E_P

mv²   =    qV

ศึกษาและทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของแก๊สในหลอดรังสีแคโทด

       จากผลการทดลองทำให้ทอมสันได้ข้อสรุปเกี่ยวกับสมบัติของรังสีแคโทดดังนี้

       1. รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรง

       2. มีประจุลบ เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

       3. มีค่าประจุต่อมวลคงที่

       ทอมสันพบว่าอะตอมทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบและเรียกอนุภาคนี้ว่า“อิเล็กตรอน(e-)”

การค้นพบโปรตอน

ออยเกน โกลด์ชไตน์

http://class407mst.blogspot.com/2012/01/eugen-goldstein.html

      ได้ทำการทดลองโดยเจาะรูที่ขั้วแคโทดในหลอดรังสีแคโทดพบว่า เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดรังสีแคโทดจะมีอนุภาคชนิดหนึ่งเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทดผ่านรูของขั้วแคโทดและทำให้ฉากด้านหลังขั้วแคโทดเรืองแสงได้ 

http://119.46.166.126/self_all/selfaccess10/m4/chemical4_2/Lesson1/Lesson1.php

       สมบัติรังสีบวกมีดังนี้

       1. เดินทางเป็นเส้นตรงไปยังขั้วแคโทด

       2. เมื่อผ่านรังสีนี้ไปยังสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า รังสีนี้เบี่ยงเบนไปหาขั้วลบแสดงว่ารังสีนี้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก

       3. มีอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่คงที่ขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สในหลอด และถ้าเป็นแก๊สไฮโดรเจนรังสีนี้จะมีอัตราส่วนประจุต่อมวลสูงสุดเรียกอนุภาคบวกนี้ว่า “โปรตอน”

       4. มีมวลมากกว่ารังสีแคโทดเนื่องจากความเร็วในการเคลื่อนที่ต่ำกว่ารังสีแคโทด

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

http://www.rmutphysics.com/charud/oldnews/228/FG05_06.jpg

       จากข้อมูลทั้งหมดทอมสันได้เสนอแบบจำลองอะตอมดังนี้
       อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ อะตอมของธาตุเป็นกลางทางไฟฟ้านั่นคือ มีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

LordErnest Rutherford นักวิทยาศาสตร์ชาวนิวซีแลนด์

http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-chemistry1/atomic_structure/rutherford.htm

ศึกษาทดลองยิงอนุภาคแอลฟาผ่านแผ่นทองคำบาง

     ปรากฏผลการทดลองดังนี้

             1. อนุภาคส่วนมากเคลื่อนที่ทะลุผ่านแผ่นทองคำเป็นเส้นตรง

             2. อนุภาคส่วนน้อยเบี่ยงเบนไปจากเส้นตรง

             3. อนุภาคส่วนน้อยมากสะท้อนกลับมาด้านหน้าของแผ่นทองคำ

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

http://thn2434555chemisty.blogspot.com/2016/08/blog-post_2.html

       อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลาง นิวเคลียสมีขนาดเล็กแต่มีมวลมากและมีประจุบวก ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบและมีมวลน้อยมากวิ่งอยู่รอบๆนิวเคลียส

นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมและพบว่า อิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น

เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอมจึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนได้แต่มีโอกาสที่

จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบางบริเวณเท่านั้น

แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

https://jakkapech5652.files.wordpress.com/2014/02/untitled5.gif

      อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส  บริเวณที่กลุ่มหมอกทึบ  แสดงว่า

มีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มหมอกจาง