อะตอมและพันธะเคมี ความคิดที่ว่าสิ่งต่าง ๆ ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กมาก ในสมัยกรีกโบราณ Dimocritus เป็นนักปรัชญาชาวกรีกที่คิดว่า ถ้าเราแบ่งวัตถุออกเป็นหน่วยที่เล็กกว่าและเล็กกว่า ในที่สุดเราจะได้หน่วยย่อยเพิ่มเติมที่ไม่สามารถแบ่งออกได้อีก และหน่วยย่อยนี้เรียกว่าอะตอม มาจากภาษากรีก atomos แปลว่า แยกไม่ออก ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเพื่อหาข้อมูลเกี่ยวกับอะตอม เพื่อใช้ในการศึกษาอะตอม ดังนี้
อะตอมและพันธะเคมี วิวัฒนาการของแบบจำลองอะตอม
อะตอมและพันธะเคมี เพราะอะตอมมีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ความรู้เกี่ยวกับอะตอมได้มาจากการตีความข้อมูลการทดลอง และใช้สร้างโมเดลที่วิวัฒนาการดังนี้
ในปี 1803 เซอร์ จอห์น ดาลตัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เสนอทฤษฎีอะตอมว่าอะตอมมีขนาดเล็ก อะตอมที่แบ่งแยกไม่ได้และไม่สามารถย้อนกลับได้ของธาตุเดียวกันมีคุณสมบัติเหมือนกัน แต่ต่างจากอะตอมของธาตุอื่นๆ ดาลตันยังแนะนำว่าสารประกอบประกอบด้วยอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อกันในเศษส่วนเล็กๆ
ต่อจากนั้น มีการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับอะตอมและข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกับแนวคิดของดัลตัน เช่น อะตอมที่แยกออกได้ ทฤษฎีอะตอมใหม่เริ่มพัฒนา
ในปี 1886 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Eugen Goldstein ได้ทำการทดลองเพื่อศึกษาอะตอมและค้นพบอนุภาคที่มีประจุบวกที่เรียกว่าโปรตอน ได้ทำการทดลองเพื่อศึกษาอะตอมด้วย อะตอมทั้งหมดพบว่าประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบที่เรียกว่าอนุภาคอิเล็กตรอนจากการทดลองข้างต้น ให้ข้อมูลเพิ่มเติมแก่ทอมสัน ดังนั้นแบบจำลองของอะตอมทรงกลมที่มีอะตอมที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจึงกระจัดกระจาย
ในปี 1911 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ลอร์ด เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ( ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ) และนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ฮานส์ ไกเกอร์ (ฮันส์ ไกเกอร์) ได้ศึกษาและตรวจสอบแบบจำลองอะตอมของทอมสัน โดยการยิงอนุภาคแอลฟาลงบนแผ่นทองคำบางๆ พบว่าแบบจำลองอะตอมของทอมสันไม่สามารถอธิบายผลลัพธ์ได้ รัทเทอร์ฟอร์ดจึงเสนอแบบจำลองอะตอมใหม่ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสขนาดเล็กมากที่ศูนย์กลางและมีประจุบวก โดยมีอิเลคตรอนที่มีประจุลบวิ่งอยู่รอบๆ
เนื่องจากแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้อธิบายอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสในลักษณะที่นักวิทยาศาสตร์ทำการวิจัยต่อไป พวกเขาทำการทดลองเพื่อศึกษาสเปกตรัมขององค์ประกอบและสารประกอบ ผลลัพธ์ที่ได้ช่วย Niels Bohr นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก แบบจำลองพลังงานปรมาณูอิเล็กตรอน 1 ตัวเสนอว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในวงโคจรที่คล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แต่ละวงมีระดับพลังงานของตัวเอง ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดมีพลังงาน K ต่ำสุด และระดับพลังงานถัดไปคือ L M N หรือสัญลักษณ์ n ซึ่งแสดงถึงระดับพลังงาน 1 2 3 ตามลำดับ
นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเพิ่มเติมและพบว่าอิเล็กตรอนเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น และเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วทั่วทั้งอะตอม ดังนั้นจึงไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนได้ แต่มีโอกาสที่อิเล็กตรอนจะสามารถพบได้ในบางภูมิภาคของนิวเคลียสเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้เราสามารถจินตนาการได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส บริเวณที่มีหมอกหนาบ่งชี้ว่ามีโอกาสสูงที่จะพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่มีหมอกจางลง
อนุภาคมูลฐานของอะตอม
อนุภาคมูลฐานของอะตอม จากการศึกษาวิวัฒนาการของแบบจำลองอะตอม อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโปรตอน แต่จากข้อมูลการทดลองที่ผ่านมา ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าควรมีอนุภาคที่มีมวลใกล้เคียงกับโปรตอนและเป็นกลางทางไฟฟ้าในนิวเคลียส อนุภาคอัลฟ่าถูกยิงที่อะตอมของธาตุต่างๆ และจากผลการทดลองพบว่า นิวเคลียสมีอยู่จริงในนิวเคลียส และเรียกอนุภาคนี้ว่านิวตรอนจากการค้นพบนี้ แสดงให้เห็นว่าอะตอมประกอบด้วยอนุภาคสามประเภท ได้แก่ อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน ซึ่งเรียกว่าอนุภาคมูลฐาน
เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป
อะตอมประกอบด้วย โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ประเภทของการวิเคราะห์ธาตุจึงขึ้นอยู่กับจำนวนของโปรตอน ตัวเลขที่แสดงจำนวนโปรตอนเรียกว่าเลขอะตอมซึ่งใช้สัญลักษณ์ Z และผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเรียกว่าเลขอะตอม มวลอะตอมแสดงด้วย A ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมมีเลขโปรตอน 2 ตัว เลขอะตอม 2 ตัว และเลขนิวตรอน 2 ตัว ดังนั้นเลขมวลของมันคือ 4
อะตอมของธาตุบางชนิดสามารถมีเลขนิวตรอนได้หลายเลข สร้างเลขมวลหลายเลข ตามที่นักเคมีชาวอังกฤษชื่อ Frederick Soddy อะตอมของธาตุเดียวกันที่มีเลขมวลต่างกันเรียกว่าไอโซโทป ธาตุหนึ่งสามารถมีไอโซโทปได้มาก ไอโซโทปบางชนิดเกิดขึ้นตามธรรมชาติและบางชนิดเป็นไอโซโทปสังเคราะห์ ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนมีไอโซโทป 3 ไอโซโทปที่มีมวล 1, 2 และ 3 ไฮโดรเจนที่มีเลขมวล 2 และ 3 เรียกว่าดิวเทอเรียมและทริเทียมตามลำดับ เป็นดิวเทอเรียมธรรมชาติ 99.99% ซึ่งเป็นปริมาณที่น้อยมาก และทริเทียมเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี
สัญลักษณ์นิวเคลียร์
อะตอมและพันธะเคมี สัญลักษณ์นิวเคลียร์ใช้เพื่อแสดงถึงโครงสร้างของอะตอม จำนวนอนุภาคมูลฐานโดยละเอียดในอะตอม วิธีเขียนแบบสากลคือการเขียนเลขอะตอมที่มุมล่างซ้ายและเลขมวลที่มุมซ้ายบนของสัญลักษณ์ธาตุ สามารถเขียนเป็นสูตรทั่วไปได้ดังนี้
สัญลักษณ์นิวเคลียร์ =
X เป็นสัญลักษณ์สำหรับองค์ประกอบ
A คือเลขมวล ผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส (A = p + n)
Z คือเลขอะตอม ซึ่งเป็นตัวเลขที่แทนจำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในนิวเคลียสของธาตุ อะตอมของธาตุมีโปรตอนมากกว่าธาตุอื่นๆ องค์ประกอบเดียวกันต้องมีจำนวนโปรตอนหรือเลขอะตอมเท่ากัน
ถ้าอะตอมเป็นกลาง จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน แต่ถ้าอะตอมไม่เป็นกลาง จำนวนอิเล็กตรอนไม่เท่ากับโปรตอน เช่น ไอออนบวกจะมีโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอน ไอออนลบมีโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอน
