รังสีแคโทดและรังสีแอโนด

รังสีแคโทด มาจากขั้วแคโทดโดยตรงและมาจาก e ที่หลุดออกจากอะตอมของก๊าซภายในหลอดที่ถูกชนหลุดออกมาก ส่วนรังสีแอโนด(รังสีบวก) เกิดจากอะตอมของก๊าซที่เสีย e ออกไปกลายเป็นอนุภาคบวก

การหาประจุของมิลลิแกน

หาประจุของอิเล็กตรอนด้วยการทดลองหยดน้ำมัน (Oil drop) โดยการทำให้หยดน้ำมันมีประจุเป็นลบ ลอยอยู่นิ่งในสนามไฟฟ้า โดยอาศัยสมดุลของแรงไฟฟ้ากับแรงโน้มถ่วง

• พ่นหยดน้ำมันเป็นละอองเล็กๆ หยดน้ำมันจะตกผ่านรูลงมาตามแรงโน้มถ่วง

• ยิงรังสีเอกซ์ ไปยังบริเวณโดยรอบหยดน้ำมัน อากาศจะแตกตัวเป็นไอออนและ อิเล็กตรอน แล้วอิเล็กตรอนจะไปเกาะที่หยดน้ำมัน ทำให้หยดน้ำมันมีประจุลบ

• หยดน้ำมันที่มีประจุลบ จะถูกแรงดึงขึ้นจากสนามไฟฟ้าแผ่นบวก สังเกตหยดที่ลอยอยู่นิ่ง เพราะเกิดสมดุลระหว่างแรงไฟฟ้ากับแรงโน้มถ่วง

• คำนวณหาค่าประจุ โดยอาศัยสมดุลของแรงไฟฟ้ากับแรงโน้มถ่วง

qE = mg

  q = mg/E

  q = 1.6 x 10-19 C

• จาก e/m ของอิเล็กตรอน = 1.7 x 108 C/g

จะได้   มวลของอิเล็กตรอน = 9.11 x 10-28 g

สรุปทอมสัน

1. อะตอมของธาตุทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุเป็นลบ เรียกอนุภาคนี้ว่า อิเล็กตรอน

2. อะตอมมีลักษณะเหมือน Plum pudding เป็นทรงกลม ประกอบด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบกระจายตัวฝังอยู่ในเนื้อของอะตอมที่มีประจุเป็นบวก

รัทเทอร์ฟอร์ด

สมติฐาน จากแบบจำลองอะตอมของทอมสัน เมื่อยิงรังสีแอลฟา (α-ray) ซึ่งมีประจุบวกไปยังแผ่นทองคำบางจะไม่มีรังสีแอลฟาที่สะท้อนกลับ เพราะประจุบวกในเนื้ออะตอมกระจายตัว ทำให้มีความหนาแน่นของประจุบวกเบาบางจนไม่สามารถผลักรังสีแอลฟาให้สะท้อนกลับได้

ผลการทดลอง เมื่อยิงรังสีแอลฟาไปยังแผ่นทองคำบาง พบว่ารังสีส่วนใหญ่ยังคงทะลุผ่านไปในแนวเดิม และมีรังสีแอลฟาบางส่วนเบี่ยงเบนและสะท้อนกลับได้

สรุปจากผลการทดลอง แสดงว่า อะตอมประกอบด้วยอนุภาคบวกที่รวมตัวกันขนาดเล็กและหนาแน่นมากเป็นนิวเคลียสอยู่ตรงกลาง และมีอิเล็กตรอนโคจรรอบๆนิวเคลียส

*จากการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ทำให้ทราบสัดส่วนพื้นที่หน้าตัดของอะตอมต่อพื้นที่หน้าตัดของนิวเคลียส

ตัวอย่าง ถ้าปริมาณรังสี่ที่สะท้อนกลับต่อปริมาณรังสี่ทั้งหมดที่ยิงไปยังแผ่นทองคำบาง มีค่าเท่ากับ 10-10 รัศมีอะตอมมีขนาดเป็นกี่เท่าของรัศมีนิวเคลียส

วิธีทำ ให้   อนุภาคที่ยิงทั้งหมด = 1

อนุภาคที่สะท้อน = 10-10

 รัศมีอะตอม = R

 รัศมีนิวเคลียส = r

 อนุภาคทั้งหมด/ที่สะท้อน = พท.หน้าตัดอะตอม/นิวเคลียส

      1/10-10 = (R/r)2

R/r = 105

รัศมีอะตอมมีขนาดเป็น 105 เท่าของรัศมีนิวเคลียส

การค้นพบโปรตอน ของรัทเทอร์ฟอร์ด

รัทเทอร์ฟอร์ด ทดลองยิงรังสีแอลฟาใส่ก๊าซไนโตรเจนในหลอดก๊าซ แล้วตรวจพบประจุบวก ไฮโดรเจนนิวคลิไอ (H+) ซึ่งน่าจะหลุดออกมาจากนิวเคลียสของอะตอมไนโตรเจน เมื่อทำการทดลองกับก๊าซชนิดอื่นๆ ก็ให้ผลการทดลองเช่นเดียวกัน ซึ่งอนุภาค H+ นี้คือ โปรตอน จึงสรุปได้ว่า โปรตอนเป็นอนุภาคมูลฐานของอะตอม

แซดวิก

จากการค้นพบโปรตอน รัทเทอร์ฟอร์ดยังคงสงสัยว่า เหตุใด มวลอะตอมของธาตุ จึงมีค่ามากว่าเลขอะตอม(จำนวนโปรตอน)ประมาณ 2 เท่า จึงทำให้รัทเทอร์ฟอร์ดคิดว่าน่าจะมีอนุภาคอีกหนึ่งชนิดที่มีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน แต่เป็นกลางทางไฟฟ้า รวมอยู่กับโปรตอนในนิวเคลียส

แซดวิกทำการทดลองโดยยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นเบริลเลียม ทำให้อนุภาคชนิดหนึ่งหลุดออกมาจากแผ่นเบริลเลียม อนุภาคนี้ชนแผ่นพาราฟิน จะได้อนุภาคโปรตอนหลุดออกมา ซึ่งสามารถตรวจวัดได้ จากการทดลองทำให้แซดวิก สรุปว่า อนุภาคที่หลุดออกจากแผ่นเบริลเลียม และสามารถชนให้โปรตอนหลุดออกจากแผ่นพาราฟินได้จะต้องมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน และเมื่อตรวจสอบพบว่าอนุภาคนี้ไม่มีประจุ จึงเรียกอนุภาคนี้ว่า นิวตรอน

มวลของโปรตอนและมวลของนิวตรอนมีค่าใกล้เคียงกัน ซึ่งมีค่ามากว่ามวลของอิเล็กตรอนประมาณ 1,800 เท่า

มวลของโปรตอน + มวลของนิวตรอน >> มวลของอิเล็กตรอน มาก ๆ

มวลอะตอม จึงคิดเฉพาะมวลของโปรตอน+มวลของนิวตรอน ไม่คิดมวลอิเล็กตรอน

สัญลักษณ์นิวเคลียร์  คือสัญลักษณ์ธาตุที่มีเขียนแสดงทั้งเลขอะตอมและเลขมวล

เลขอะตอม (Atomic number) เป็นเลขที่ระบุจำนวนโปรตอน หรือ อนุภาคบวกในนิวเคลียส

เลขมวล (Mass number) เป็นเลขที่ระบุจำนวนโปรตอนกับจำนวนนิวตรอนรวมกัน

การระบุจำนวนอนุภาคจากสัญลักษณ์นิวเคลียร์

จำนวนโปรตอน ดูเลขอะตอม (เลขล่าง)

จำนวนนิวตรอน เลขมวลลบเลขอะตอม (บน - ล่าง)

จำนวนอิเล็กตรอน ให้ดูประจุด้วย ถ้าประจุ

0 จำนวนอิเล็กตรอน = จำนวนนิวตอน

m+ จำนวนอิเล็กตรอน < จำนวนโปรตอน อยู่ m ตัว

m- จำนวนอิเล็กตรอน > จำนวนโปรตอน อยู่ m ตัว

ตัวอย่าง จงระบุจำนวนอนุภาคมูลฐานของธาตุหรือไอออนต่อไปนี้

จากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ จะได้ว่า 

K มี 19 โปรตอน  20 นิวตรอน  19 อิเล็กตรอน ส่วน   K+ มี 19 โปรตอน  20 นิวตรอน  18 อิเล็กตรอน

ไอโซโทป (Isotope) 

อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีเลขอะตอมเท่ากันแต่มีเลขมวลต่างกัน หรืออะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันธาตุที่เป็นไอโซโทปกันจะมีสมบัติทางเคมีเหมือนกัน

ไอโซโทน (Isotone) 

ธาตุต่างชนิดกันที่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน

ไอโซบาร์ (Isobar)

ธาตุต่างชนิดกันที่มีเลขมวลเท่ากัน

ไอโซอิเล็กทรอนิก (Isoelectronic) สารที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน

7N3-  8O2-  9F-  10Ne  11Na+  12Mg2+  13Al3+ มี e- = 10 ตัวเท่ากัน

 16S2- 17Cl-  18Ar  19K+  20Ca2+          มี e- = 18 ตัวเท่ากัน