หน่วยที่ 1 ธาตุและตารางธาตุ
- สสารโดยทั่วไปนั้นจะประกอบด้วยอนุภาคย่อยอยู่ภายในเรียกอนุภาคนั้นว่า โมเลกุล (Molecule)
- ในแต่ละโมเลกุลจะประกอบไปด้วยอนุภาคที่ย่อยกว่า เรียกว่า อะตอม (Atom) อยู่ภายในแต่ละโมเลกุลนั้น ๆ
- สารที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันล้วนเรียกว่า ธาตุ (Element)
- ธาตุที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักแล้วในปัจจุบันมีมากกว่า 114 ชนิด นักวิทยาศาสตร์ได้นำชื่อย่อของธาตุทั้งหมดมาเขียนเป็นตาราง เรียกว่า ตารางธาตุ (Periodic table)
แบบจำลองอะตอม คือ มโนภาพที่ใช้อธิบายลักษณะของอะตอม โดยใช้เหตุผลจากการทดลองมาอธิบายประกอบ อาจจริง หรือไม่จริงก็ได้ สามารถเปลี่ยนแปลงได้หากมีแบบจำลองอื่นที่ดีกว่า
1.1 แบบจำลองอะตอมของดอลตัน (Dalton's model of the atom)
ในปี ค.ศ. 1803 จอห์น ดอลตัน (John Dalton ) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอม เพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้
1. อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมขนาดเล็กมาก และไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก
2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกันทุกประการ
3. ธาตุต่างชนิดกันมารวมกันด้วยอัตราส่วนคงที่จะเกิดเป็นสารประกอบ
ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่ง แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของดอลตัน เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้
1.2 แบบจำลองอะตอมของทอมสัน (Thomson’s model of the atom)
ทอมสัน ได้มีการทดลองเกี่ยวกับอะตอมเพิ่มเติมโดยใช้“หลอดรังสีแคโทด” ซี่งเป็นหลอดสุญญากาศ ซึ่งเป็นหลอดแก้วกลวงปิดสนิท ภายในมีขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว คือขั้วแคโทดและขั้วแอโนด ผนังหลอดด้านในจะฉาบด้วยสารเรืองแสงซึ่งจะเรืองแสงขึ้นมาให้เห็นเมื่อมีรังสีมาตกกระทบ เมื่อนำหลอดแก้วสุญญากาศไปต่อกับเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า โดยต่อขั้วไฟฟ้าลบเข้ากับแคโทดและขั้วไฟฟ้าบวกเข้ากับแอโนด จะเกิดรังสีพุ่งออกมาจากขั้วแคโทด จึงเรียกรังสีนี้ว่า รังสีแคโทด
รังสีแคโทดที่เกิดขึ้น เกิดจากการที่มีอนุภาคที่เป็นประจุบที่อยู่บนอะตอม ถูกให้พลังงานด้วยความต่างศักย์จนหลุดออกมาเป็นรังสีแคโทด ต่อมาทอมสันเรียกอนุภาคนั้นว่า “อิเล็กตรอน (electron)”