AOMMiZe: โครงสร้างอะตอม+ตารางธาตุ

โครงสร้างอะตอม

อะตอม (Atoms) อะตอมเป็นอนุภาคเล็กๆ ที่เป็นองค์ประกอบของธาตุทุกชนิด อะตอมของธาตุใดๆ จะมีลักษณะเป็นทรงกลม ซึ่งภายในจะมีนิวเคลียสเป็นแกนกลางและมีกลุ่มหมอกของอนุถาคที่เล็กมากห่อหุ้มอยู่ซึ่งเรียกว่า อิเล็กตรอน

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน
สารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่สุดเรียกว่า "อะตอม" อะตอมจะไม่สามารถแบ่งแยกได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีสมบัติเหมือนกันทุกประการ อะตอมของธาตุต่างกันจะมีสมบัติต่างกัน ธาตุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปสามารถรวมตัวกันเกิดเป็นสารประกอบ โดยมีอัตราส่วนการรวมตัวเป็นตัวเลขอย่างง่าย

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม ประกอบด้วยอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีประจุเป็นลบ อนุภาคโปรตรอนมีประจุเป็นบวก โปรตรอนและอิเล็กตรอนกระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอ อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า เพราะ มีจำนวนประจุบวกเท่ากับประจุลบ

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
อะตอมมีศูนย์กลางซึ่งเรียกว่า นิวเคลียส ซึ่งมีขนาดเล็ก มีประจุบวกเรียกว่าโปรตอนอยู่ และมีประจุลบที่เรียกว่าอิเล็กตรอนวิ่งอยู่ภายนอก
แบบจำลองอะตอม นีลส์ โบร์ อะตอมเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงกลมโดยแต่ละวงจะมีระดับพลังงานแตกต่างกันไป

โครงสร้างอะตอม อะตอม 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
ตารางที่ 7 มวลและประจุของอนุภาคมูลฐานในอะตอม

อนุภาค มวล ประจุ
โปรตอน 1 หน่วย ประจุบวก(+1)
นิวตรอน 1 หน่วย ไม่มีประจุ (0)
อิเล็กตรอน เกือบเป็น 0 ประจุลบ (-1)

รูป แสดงโครงสร้างอะตอม

การจัดเรียงอิเล็กตรอน

การจัดแบ่งอิเล็กตรอนที่โคจรในอะตอมจะแบ่งตามกลุ่มของระดับพลังงาน (n) โดยจำนวนอิเล็กตรอนที่มากที่สุดในแต่ละระดับพลังงานมีค่าไม่เกิน 2n2

n = 1 จำนวน 2อิเล็กตรอน

n= 2 จำนวน 8 อิเล็กตรอน

n = 3 จำนวน 18 อิเล็กตรอน

n = 4 จำนวน 32 อิเล็กตรอน

จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด (Valence Electron) จะมีได้มากที่สุดไม่เกิน8 อิเล็กตรอน

เลขอะตอม (Atomic Number : Z) คือ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของแต่ละอะตอมของธาตุ ซึ่งปกติอะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวน ประจุบวกเท่ากับประจุลบเสมอ จึงทำให้จำนวนโปรตอนกับจำนวนอิเล็กตรอนของธาตุมีค่าเท่ากัน

เลขอะตอม = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน

ลขมวล (Mass Number : A) คือ ผลรวมของจำนวนนิวตรอนกับจำนวนโปรตอนที่อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ยกเว้นอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งมีจำนวนโปรตอน 1 ตัว ไม่มีนิวตรอน

เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน= เลขอะตอม + จำนวนนิวตรอน

สัญลักษณ์นิวเคลียส (Nuclear Symbol)

เมื่อ A แทน เลขมวลZ แทน เลขอะตอมX แทน สัญลักษณ์ของธาตุ

เช่น ธาตุโซเดียมเลขอะตอม = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน
11 = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอนเลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน
23= 11 + จำนวนนิวตรอนจำนวนนิวตรอน = 23 - 11 = 12
นั่นคือ ธาตุโซเดียมมีจำนวนโปรตอน, อิเล็กตรอนและนิวตรอนเท่ากับ 11, 11, 12 ตามลำดับ

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

รูป ไอโซโทปของคาร์บอน

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 ปัจจุบัน
มีธาตุทั้งหมด 118 ธาตุ เป็นธาตุที่เกิดในธรรมชาติ 83 ธาตุ และธาตุที่นักวิทยาศาสตร์ทำการสังเคราะห์ด้วยกระบวนการนิวเคลียร์ สัญลักษณ์ของธาตุจะใช้เฉพาะสำหรับธาตุหนึ่งๆ โดยตัวอักษรตัวแรกจะต้องเขียนด้วยตัวอักษรตัวใหญ่เสมอ และถ้ามีอักษรที่สองจะใช้ตัวเล็ก เช่น C Co เป็นต้น
ธาตุแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ คือ โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ
สารประกอบ (Compound) คือ สารที่ประกอบด้วยอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกันทางเคมีในอัตราส่วนที่แน่นอน เช่น น้ำประกอบด้วย ไฮโดรเจน H 2 ส่วน และออกซิเจน O 1 ส่วน เขียนแทนเป็น H2O

ตารางพีริออดิก หรือ ตารางธาตุ ( Periodic Table )

ตารางธาตุ คือ ตารางที่รวบรวมธาตุต่าง ๆ เข้าเป็นหมวดหมู่ ตามคุณสมบัติที่เหมือน ๆ กัน ไว้เป็นพวกเดียวกัน เพื่อสะดวกในการจดจำและศึกษา
ตารางธาตุ เป็นตารางที่เรียงตามเลขอะตอมจากซ้ายไปขวา และให้ธาตุที่มีสมบัติคล้ายกันอยู่ในแนวดิ่งเดียวกัน ตารางธาตุ แบ่งธาตุเป็นแนวนอน 7 แถว เรียกว่า คาบ (Period) และแนวตั้ง 18 แถว เรียกว่า หมู่ (Group) แถวตั้งหรือหมู่แบ่งออกเป็นหมู่A เรียกว่า
ธาตุเรพรีเซนเตติฟ (Representative elements) โดยธาตุหมู่ A จะมีหมู่ 1A ถึงหมู่ 8A เมื่อ

หมู่ 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)

ตารางธาตุ

ตารางธาตุ คือ ตารางที่ใช้แสดงธาตุเคมี คิดค้นขึ้นโดยนักเคมีชาวรัสเซีย ดมีตรี เมนเดเลเยฟ ในปี พ.ศ. 2412จากการสังเกตว่าเมื่อนำธาตุต่างๆมาเรียงตัวลำดับเลขอะตอม คุณสมบัติต่าง ๆ ของธาตุที่นำมาเรียงนั้นจะมีลักษณะคล้ายกันเป็นช่วง ๆ ซึ่งในปัจจุบันตารางธาตุได้เป็นส่วนหนึ่งในการเรียนการสอนวิชาเคมีด้วยประวัติตารางธาตุเริ่มต้นจาก จอห์น นิวแลนด์ส ได้พยายามเรียงธาตุตามมวลอะตอม แต่เขากลับทำให้ธาตุที่มีสมบัติต่างกันมาอยู่ในหมู่เดียวกัน นักเคมีส่วนมากจึงไม่ยอมรับตารางธาตุของนิวแลนด์ส ต่อมา ดมีตรี เมนเดเลเยฟ จึงได้พัฒนาโดยพยายามเรียงให้ธาตุที่มีสมบัติเหมือนกันอยู่ในหมู่เดียวกัน และเว้นช่องว่างไว้สำหรับธาตุที่ยังไม่ค้นพบ พร้อมกันนั้นเขายังได้ทำนายสมบัติของธาตุใหม่ไว้ด้วย โดยใช้คำว่า เอคา (Eka) นำหน้าชื่อธาตุที่อยู่ด้านบนของธาตุที่ยังว่างอยู่นั้น เช่น เอคา-อะลูมิเนียม (ต่อมาคือธาตุแกลเลียม) เอคา-ซิลิคอน (ต่อมาคือธาตุเจอร์เมเนียม) แต่นักเคมีบางคนในยุคนั้นยังไม่แน่ใจ เนื่องจากว่าเขาได้สลับที่ธาตุบางธาตุโดยเอาธาตุที่มีมวลอะตอมมากกว่ามาไว้หน้าธาตุที่มีมวลอะตอมน้อยกว่า ดมีตรีได้อธิบายว่า เขาต้องการให้ธาตุที่มีสมบัติเดียวกันอยู่ในหมู่เดียวกัน เมื่อดมีตรีสามารถทำนายสมบัติของธาตุได้อย่างแม่นยำ และตารางธาตุของเขาไม่มีข้อน่าสงสัย ตารางธาตุของดมีตรีก็ได้รับความนิยมจากนักเคมีในสมัยนั้นเป็นต้นมา

ตารางธาตุแบบมาตราฐาน