แบบจำลองอะตอมของนีลโบร์

-- แบบจำลองอะตอมของนีล โบร์

เนื่องจากแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้อธิบายว่าอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอยู่ในลักษณะใดนักวิทยาศาสตร์จึงหาวิธีทดลองเพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอนโดย การศึกษาสเปกตรัมของสารประกอบและธาตุ

สเปกตรัม หมายถึง แถบสีหรือเส้นสีที่ได้จากการผ่านพลังงานรังสีเข้าไปในชุดศึกษา เช่น ปริซึม  ซึ่งทำให้พลังงานรังสีแยกออกเป็นแถบหรือเป็นเส้น ที่มีความยาวคลื่นต่าง ๆ เรียงลำดับกันไป แสงที่ประสาทตาของมนุษย์สามารถรับรู้ได้เรียกว่าแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง  400 - 700 นาโนเมตร แต่ไม่สามารถแยกเป็นสีต่างๆ ได้ จึงมองเห็นเป็นสีรวมกันซึ่งเรียกว่า แสงขาว

สเปกตรัมของธาตุและการแปลความหมาย สรุปได้ว่า                                                                 1. เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานในปริมาณที่เหมาะสม อิเล็กตรอนจะขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่า ระดับพลังงานเดิม แต่จะอยู่ในระดับใดขึ้นกับปริมาณพลังงานที่ได้รับ การที่อิเล็กตรอนขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงาน ใหม่ทำให้อะตอม อิเล็กตรอนจะกลับมาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ซึ่งในการเปลี่ยนตำแหน่งนี้อิเล็กตรอนจะคายพลังงานออกมา การดูดหรือคายพลังงานจะต้องมีค่าเฉพาะตามทฤษฎีของพลังค์         2. การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไปยังระดับพลังงานที่อยู่ติดกัน อาจมีการเปลี่ยนข้ามระดับได้                                                                                                 3. ผลต่างของพลังงานระหว่างระดับพลังงานต่ำ จะมีค่ามากกว่าผลต่างของพลังงานระหว่างระดับ พลังงานที่สูงขึ้นไป

การศึกษาสเปกตรัมของสารกับสมบัติของคลื่นแม่เหล็ก

          คลื่นแม่เหล็ก ตือ คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ประกอบด้วย ความยาวคลื่น (แลมดาร์) และความถี่ของคลื่น (นิว)

          ความยาวคลื่น (Waave length) ใช้สัญลักษณ์เป็น λ (อ่านว่า แลมบ์ด้า) คือระทางที่คลื่นเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ มีหน่วยเป็นเมตร(m) หรือหน่วยย่อยของเมตร เช่น นาโนเมตร (nm) โดย 1 nm = 1 x 10 ยกกำลัง -9 m

         ความถี่ของคลื่น ใช้สัญลักษณ์เป็น v (อ่านว่า นิว) หมายถึง จำนวนรอบของคลื่นที่ผ่านจุดใดจุดหนึ่งในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที ( s-1 หรือ cycle/s) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เฮิร์ต (Hertz) มีสัญลักษณ์ Hz

มักซ์พลังค์ (Max plank)   นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ศึกษาเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และสรุปได้ว่า พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น

        

สรุปความสัมพันธ์ของความยาวคลื่น,ความถี่,ความเร็ว และพลังงานของคลื่น
           " คลื่นที่มีความยาวคลื่นมาก ความถี่จะน้อย พลังงานของคลื่นจะน้อย "
        " คลื่นที่มีความยาวคลื่นน้อยความถี่จะมาก พลังงานของคลื่นจะมาก "

สเปกตรัมมี 2 ชนิด คือ

1. สเปกตรัมแบบต่อเนื่อง (continuous spectrum) จะเป็นสเปกตรัมที่ประกอบด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นและความถี่ต่อเนื่องจนเห็นเป็นแถบ ได้แก่ สเปกตรัมของแสงขาวซึ่งจะเห็นเป็นแถบสีรุ้งเรียงต่อกัน โดยแสงสีม่วงหักเหมากที่สุด มีความยาวคลื่นสั้น แต่มีพลังงานมากที่สุด ในขณะที่แสงสีแดงจะหักเหน้อยที่สุด มีความยาวคลื่นยาวที่สุด และมีพลังงานน้อยที่สุด

2. สเปกตรัมแบบไม่ต่อเนื่องหรือแบบเส้น (Discontinuous spectrum or Line spectrum) เป็นสเปกตรัมที่ประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นบางค่าเว้นระยะเป็นเส้น ๆ บนพื้นดำ

        สเปกตรัมเกิดจากอะตอมที่ได้รับพลังงานจำนวนหนึ่ง ทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานสูงขึ้น อิเลกตรอนจะเคลื่อนที่จากสถานะพื้น ไปยังสถานะกระตุ้น ทำให้อิเล็คตรอนไม่เสถียร จึงตกกลับมาในสถานะพลังงานต่ำ และคายพลังงานออกมาในรูปของ พลังงานแสง ถ้าแสงเหล่านี้แยกออกจากกันชัดเจน จะปรากฏเป็นเส้นสเปกตรัม
 

สถานะพื้น (ground state) หมายถึงอะตอมที่อิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่อยู่รอบนิวเคลียสมีพลังงานเฉพาะตัวอยู่ในระดับพลังงานต่ำ อะตอมในสถานะพื้นจะมีความเสถียรเนื่องจากมีพลังงานต่ำ
สถานะกระตุ้น (excited state) หมายถึงอะตอมที่ได้รับพลังงานเพิ่มขึ้น ทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้อยู่ในระดับพลังงานสูงขึ้น ที่สถานะกระตุ้นอะตอมจะไม่เสถียร เนื่องจากมีพลังงานสูง

จากความรู้เรื่องการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนและการเกิดสเปกตรัม        ช่วยให้นีล โบร์นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก สร้างแบบจeลองอะตอมเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอมได้ โดยกล่าวว่า “ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงคล้ายกับ วงโคจรของ           ดาวเคราะห์ รอบดวงอาทิตย์ แต่ละวงจะมีระดับพลังงานเฉพาะตัว ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียส ที่สุดซึ่งมีพลังงานต่ำที่สุดเรียกว่าระดับ K และระดับพลังงานที่อยู่ถัดออกมาเรียกเป็น    L M N... ตามลำดับ ” ต่อมาได้มีการใช้ตัวเลขแสดงถึงระดับพลังงานของอิเล็กตรอน คือ n=1 หมายถึง ระดับพลังงานที่ 1 ซึ่งอยู่ใกล้กับนิวเคลียสที่สุด และชั้นถัดออกมาเป็น n=2 หมายถึงระดับพลังงาน ที่ 2 ต่อจากนั้น n=3 4 ... หมายถึงระดับพลังงานที่ 3 4 และสูงขึ้นไปตามลำดับ