Page 2 - ทฤษฎีควอนตัมและโครงสร้างอะตอม

ห น้ า | 70 บทที่ 3  โครงสร้างอะตอมและทฤษฎีควอนตัม

ในบทนี้เราจะศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่รวมกันเป็นอะตอมและโครงสร้างพื้นฐานของอะตอม หลังจากนั้นจะ
ศึกษาถึงทฤษฎีควอนตัมของอะตอม และดูว่าทฤษฎีนี้จะอธิบายอิเล็กตรอนในเทอมของเลขควอนตัมและออร์

บิทัลอิเล็กตรอนได้อย่างไร

1. การค้นพบอิเล็กตรอน

J. J. Thomson (1856-1940) ท าการทดลองเพื่อพิสูจน์สมบัติของรังสีแคโทด (cathode ray) รังสีแคโทด

เกิดเมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้าแรงดันสูงแก่ขั้วไฟฟ้าสองขั้วไฟฟ้าที่อยู่ภายในหลอดสุญญากาศ ซึ่งเราเรียกหลอดนี้ว่า
หลอดรังสีแคโทด (cathode ray tube, CRT) ดังภาพ 3-1

รังสีแคโทดเดินทางจากขั้วไฟฟ้าลบ เรียกว่าแคโทด ไปยังขั้วไฟฟ้าบวก เรียกว่าแอโนด ทอมสันพบว่า
จริงๆ แล้วรังสีนี้คือล าของอนุภาคที่มีสมบัติดังนี้ (1) เดินทางเป็นเส้นตรง (2) ไม่ขึ้นกับองค์ประกอบของวัสดุที่

ใช้ท าขั้วไฟฟ้า และ (3) มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ประจุไฟฟ้าเป็นสมบัติพื้นฐานที่มีในอะตอม และเป็นผลท าให้มีแรง

ดึงดูดและแรงผลักซึ่งเรียกว่า แรงไฟฟ้าสถิต (electrostatic force) ระหว่างอะตอม

ภาพ 3-1 หลอดรังสีแคโทด

[Tro, Chemistry A Molecular Approach 2 edition, 2011, Pearson]

J. J. Thomson ท าการวัดอัตราส่วนประจุต่อมวล (q/m) ของอนุภาคภายในรังสีแคโทด โดยการเบน

8
รังสีแคโทดด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กดังภาพ 3-2 ค่าอัตราส่วนต่อมวลที่วัดได้คือ –1.76 x 10
คูลอมบ์ (C) ต่อกรัม แสดงว่าอนุภาครังสีแคโทดเบากว่าไฮโดรเจนซึ่งเป็นอะตอมที่เบาที่สุดที่รู้จักประมาณ

2000 เท่า เจ เจ ทอมสันสรุปว่ารังสีแคโทดเป็นอนุภาคพื้นฐานประจุลบของสสารที่พบในทุกอะตอม ต่อมารังสี

แคโทดรู้จักกันดีว่าเป็นอิเล็กตรอน (electron) ซึ่งเป็นเทอมที่เสนอโดย George Stoney ในปี 1874

การทดลองหยดน ้ามันของมิลลิแกน: ประจุของอิเล็กตรอน
ในปี 1909 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ Robert Millikan (1868-1953) ท าการทดลองที่ชื่อว่าการทดลองหยด

น้ ามันเพื่อหาประจุของอิเล็กตรอน เครื่องมือในการทดลองหยดน้ ามันของมิลลิแกนแสดงดังภาพ 3-3

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. สมศักดิ์ ศิริไชย