--------- สเปกตรัมของธาตุต่างๆ ---------
สเปกตรัมของธาตุต่างๆ
สเปกตรัมเป็นแสงที่ถูกแยกกระจายออกเป็นแถบสีต่าง ๆ และแสงเป็นรูปหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ฉะนั้นเพื่อความเข้าใจจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับส่วนประกอบของคลื่นและพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสียก่อนแล้วนำความรู้เรื่องดังกล่าวมาใช้ในการวิเคราะห์สเปกตรัมได้
กุสตาฟ เคอร์ชอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ประดิษฐ์เครื่องมือที่เรียกว่า สเปกโทรสโคป ( Spectroscope) ซึ่งใช้สำหรับแยกสเปกตรัมของแสงขาว และตรวจเส้นสเปกตรัมของสารที่ถูกเผาซึ่งสามารถนำมาตรวจสารต่างๆ ได้ว่าประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง
ตาราง 1.3 แสดงสเปกตรัมและสีของเปลวไฟ
สารประกอบ | สีของเปลวไฟ | สีสเปกตรัม |
เกลือ Na | เหลือง | เหลืองเข้ม |
เกลือ Ba | เขียวอมเหลือง | เขียว |
เกลือ Ca | แดงอิฐ | แดงเข้ม |
เกลือ Cu | เขียว | เขียวเข้ม |
เกลือ K | ม่วง | ม่วงเข้ม |
ถ้าเปรียบเทียบสเปกตรัมของสารต่างๆ กับสเปกตรัมของแสงอาทิตย์และแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนซ์จะพบว่าสเปกตรัมที่เห็นจากแสงอาทิตย์มีลักษณะแถบสีต่อเนื่องกันเรียกว่า สเปกตรัมแบบต่อเนื่อง เนื่องจากเป็นสเปกตรัมของแสงขาวนั่นเอง สำหรับเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากหลอดฟลูออเรสเซนซ์ นอกจากจะเห็นเป็นแถบสเปกตรัมแสงขาวแล้วยังมีส่วนที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งเส้นที่เห็นเด่นชัดคือสีเขียว ซึ่งเกิดจากธาตุที่บรรจุไว้ในหลอด
สำหรับสเปกตรัมหรือสีของเปลวไฟที่ได้จากการเผาสารประกอบต่างๆ ดังตารางข้างต้น จะได้สีที่มีลักษณะเฉพาะ เช่น ถ้าเผาสารประกอบพวกเกลือโซเดียม อาจเป็น โซเดียมคลอไรด์ (NaCI), โซเดียมซัลเฟต (Na2SO4) จะได้สีของสเปกตรัมที่เด่นชัดที่สุดคือ สีเหลือง ซึ่งสรุปได้ว่าเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากโลหะชนิดเดียวกันจะให้สีของเปลวไฟหรือสเปกตรัมเหมือนกัน ส่วนอโลหะก็จะให้สเปกตรัมแต่จะอยู่ในช่วงความถี่ที่ตาของเรามองไม่เห็น
ตาราง 1.4 แสดงสเปกตรัมของก๊าซหรือไอของสาร
ชนิดก๊าซหรือไอ | สีสเปกตรัม |
ก๊าซ ไฮโดรเจน | ม่วง |
ก๊าซนีออน | แดงส้ม |
ไอปรอท | เขียว |
สำหรับพวกก๊าซหรือไอก็อาจดูสเปกตรัมได้ โดยการนำก๊าซมาบรรจุในหลอดแก้วที่เรียกว่าหลอดสเปกตรัมโดยทำให้มีความดันต่ำ ความต่างศักย์สูงซึ่งจะใช้พลังงานไฟฟ้าแทนการเผาด้วยความร้อนก็จะให้สเปกตรัมสีต่างๆ เช่นเดียวกัน ซึ่งพบว่าก๊าซแต่ละชนิดก็จะให้สเปกตรัมที่แตกต่างกัน
ของสเปกตรัมหรือสีของเปลวไฟเกิดขึ้นได้อย่างไร
อะตอมประกอบด้วยโปรตอนอยู่ในนิวเคลียส และอิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียส อิเล็กตรอน คงไม่อยู่กับที่แน่นอน มิฉะนั้นคงจะถูกดูดติดกับนิวเคลียสในสภาวะปกติอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อยู่ในบริเวณที่มีผลรวมของพลังงานศักย์ ( พลังงานที่เกิดจากการดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอน - โปรตอน )และพลังงานจลน์ ( พลังงานเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ) ต่ำสุด คือ ระดับพลังงานพื้นฐาน(E1 = Ground state) เมื่อให้พลังงานแก่อะตอม อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งมากพอที่ทำให้มีพลังงานในสถานะถูกกระตุ้น ( E2 = Excited state) คือ สูงกว่าปกติ เมื่อเป็นเช่นนี้อะตอมจะพยายามปรับตัวเองให้เข้าอยู่ในสถานะพื้น โดยการคายพลังงานออกมาในรูปของแสงที่มีความถี่เฉพาะค่า
การแปลความหมายเส้นสเปกตรัม
นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองศึกษาเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนซึ่งพบว่าเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่ปรากฏในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้มี 4 เส้น โดยมีความยาวคลื่น 410 434 486656 นาโนเมตร ตามลำดับ นอกจากนี้ยังได้ศึกษาเส้นสเปกตรัมของธาตุอื่นๆ ก็พบว่าอิเล็กตรอนในอะตอมของแต่ละธาตุจะคายพลังงานได้บางค่าเท่านั้นแล้วมีเส้นสเปกตรัมเฉพาะตัวไม่ซ้ำกัน
การที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ธาตุไฮโดรเจนเป็นตัวอย่างในการแปลความหมายของเส้นสเปกตรัมเพราะว่าอะตอมธาตุนี้มีอิเล็กตรอนเพียง 1 อิเล็กตรอน และมีเส้นสเปกตรัมไม่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังพบว่าไม่ว่าจะทำการทดลองกี่ครั้งก็ตาม เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนก็จะลักษณะเหมือนเดิมทุกครั้ง จึงสรุปว่าอิเล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจน นอกจากจะมีสถานะพื้นแล้วยังมีสถานะกระตุ้นได้หลายระดับซึ่งมีพลังงานต่าง ๆ กัน ค่าพลังงานของเส้นสเปกตรัมสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมจากระดับพลังงานสูงมายังระดับพลังงานต่ำ
รูป การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของธาตุไฮโดรเจน
ถ้าเราเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงพลังงานของอิเล็กตรอนเหมือนการเดินขึ้นบันไดที่นักเรียนเดินขึ้นไปในระดับความสูงที่แตกต่างกัน นักเรียนจะพบว่าความแตกต่างของพลังงานจะมีค่าเท่ากันตลอด ซึ่งจากการศึกษาธาตุไฮโดรเจนนักเรียนคิดว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับที่อยู่ถัดกันไป จะมีค่าเท่ากันตลอดหรือไม่
รูป การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของธาตุไฮโดรเจน
ถ้าเราเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงพลังงานของอิเล็กตรอนเหมือนการเดินขึ้นบันไดที่นักเรียนเดินขึ้นไปในระดับความสูงที่แตกต่างกัน นักเรียนจะพบว่าความแตกต่างของพลังงานจะมีค่าเท่ากันตลอด ซึ่งจากการศึกษาธาตุไฮโดรเจนนักเรียนคิดว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับที่อยู่ถัดกันไป จะมีค่าเท่ากันตลอดหรือไม่
ตาราง 1.5 แสดงผลต่างระหว่างพลังงานของเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจน
เส้นสเปกตรัม
| ความยาวคลื่น(nm) |
พลังงาน (kJ) | ผลต่างระหว่างพลังงาน ของเส้นสเปกตรัมที่อยู่ถัดกัน (kJ) |
| 410 | |
จากข้อมูลในตาราง 1.5 แสดงว่า ความแตกต่างระหว่างพลังงานของแต่ละระดับที่อยู่ถัดกันจะไม่เท่ากัน และความแตกต่างจะมีค่าน้อยลงเมื่อระดับพลังงานสูงขึ้น จากข้อมูลนี้พอสรุปได้ว่า
1. เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานในปริมาณที่เหมาะสม อิเล็กตรอนจะขึ้นไปอยู่ในระดับ พลังงานที่สูงกว่าระดับพลังงานเดิม แต่จะไปอยู่ระดับใดย่อมขึ้นกับปริมาณพลังงานที่ได้รับ การที่อิเล็กตรอนขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานสูงขึ้นทำให้อะตอมไม่เสถียร อิเล็กตรอนจึงกลับมาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ในการเปลี่ยนตำแหน่งอิเล็กตรอนจะคายพลังงานออกมา
2. การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนระหว่างระดับพลังงานที่อยู่ติดกัน แต่อาจมีการเปลี่ยนข้ามขั้นได้ อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนไม่สามารถรับพลังงานแล้วขึ้นไปอยู่ระหว่างระดับพลังงานได้
3. ระดับพลังงานต่ำอยู่ห่างกันมากกว่าระดับพลังงานสูง ระดับพลังงานยิ่งสูงขึ้นจะอยู่ชิดกันมากขึ้น
จากความรู้เรื่องสเปกตรัม นีลส์ โบร์ พ.ศ. 2428 2505 (ค.ศ. 1885 1962 ) นักวิทยาศาสตร์ ชาวเดนมาร์ก จึงสร้างแบบจำลองอะตอมขึ้นใหม่ โดยปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด เพื่อให้เห็นลักษณะของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียส แบบจำลองเป็นระดับพลังงานที่มีค่าพลังงานเฉพาะคล้ายๆ กับวงจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ และเรียกอิเล็กตรอนชั้นที่อยู่ใกล้นิวเคลียสที่สุดและมีพลังงานต่ำที่สุดว่าชั้น K และชั้นถัด ๆ ไปเป็น L M N ตามลำดับ ดังรูป แต่ในปัจจุบันเรียกระดับพลังงานที่อยู่ใกล้นิวเคลียสที่สุดว่า ระดับพลังงาน n = 1 และเรียกระดับพลังงานที่อยู่ถัดไปเป็น n = 2 n = 3 ตามลำดับ ซึ่งตรงกับชั้น K L M .. ในแบบจำลองอะตอมของโบร์
แบบจำลองอะตอมของโบร์ใช้ได้ดีกับอะตอมขนาดเล็กที่มีอิเล็กตรอนเดียว เช่นไฮโดรเจนแต่ไม่สามารถใช้อธิบาย อะตอมที่มีหลายๆ อิเล็กตรอนได้ นักวิทยาศาสตร์จึงได้มีการศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติมและเสนอแบบจำลองอะตอมใหม่ๆ ขึ้น
PS. ~ปากดีขี้เหงาเอาแต่ใจทำอะไรไม่ดีซักอย่างจดเอาไว้ข้างๆหน้าต่างที่หลังอย่าทำแบบนี้~
11 ความคิดเห็น
สอบไปเทอมที่แล้ว
เน่าสนิท- -*
ว้าว O.o
เทอมที่เเล้วสอบไปได้80เเป๊ะ- -
เข้าใจดี ^_^
ขอบคุนมาก กำลังเรียนอยู่พอดีเลย
อิอิ
ขอบคุนมากๆๆเรยน่ะค่ะ
ดีแฮะ 555+
ขอบคุณมากค่ะ ^^
ขอบคุณมากค่ะ กำลังหาอยู่พอดี ขอบคุณจริงๆนะค่ะ
แล้วจะมาใหม่ค่ะ
ขอบคุณน้าาาา
รายชื่อผู้ถูกใจความเห็นนี้ คน
แจ้งลบความคิดเห็น
คุณต้องการจะลบความคิดเห็นนี้หรือไม่ ?