ถ้าในอะตอม เป็น อิออน มันจะ....
เช่นถ้าเกิดว่า อะตอมของ ปรอทเป็น Hg3+ แสดงว่า มีการแสดงผลขั้วบวกมากกว่าขั้วลบไช่ไหมครับ แล้วอย่างนี้ ขั้วบวกมันมีเยอะกว่าขั้วลบ(e-) e-จะถูกขั้วบวกดึงเข้าไปติดกับตัวมันเลยรึเปล่าครับ
เรื่องการจัดอิเล็กตรอนนั้นพอเรียนสูงขึ้นก็จะทราบว่า โมเดลที่คิดกันแบบวงโคจรของดวงดาว (อย่างระบบสุริยะ) นั้นใช้ไม่ได้ครับ ต้องพิจารณาในกรณีของความน่าจะเป็น (โมเดลรูปเมฆหมอก) และรูปแบบการกระจายของ อิเล็คตรอนในแต่ละลำดับชั้น ก็เป็นรูปทรงสามมิติแบบต่าง ๆ อาจเป็นทรงกลมหรือรูปทรงอื่น ๆ อย่าลืมว่าอิเล็ค ตรอนก็ผลักกันได้ เพราะมันมีประจุลบเหมือนกันครับ ดังนั้นจะให้ถูกดึงมาชิดกับนิวเคลียสเลยคงเป็นไปไม่ได้ เพราะมันก็มีแรงผลักกันเองอยู่ด้วย
แล้วถ้า e- ที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุด ถูกแรงผลักจาก e- ตัวที่อยู่ใกล้เคียงผลักให้เข้าไปใกล้กับนิวเคลียสละครับ e-ตัวนั้นจะทำอย่างไรหรือครับ...
อิเล็กตรอนแต่ละตัวที่โคจรรอบนิวเคลียสไม่ได้ถูกอิทธิพลของโปรตอนดูดเข้าหาตัวนะ
1. ถ้าแบบจำลอง Bohr เขาจะตั้งสมมติฐานว่าวงโคจรของมันพิเศษจึงทำให้มันไม่เสียพลังงานจนถูกดูดเข้าหานิวเคลียส
2. ปัจจุบันเราใช้ทฤษฎีควอนตัมอธิบายว่า อิเล็กตรอนแสดงสมบัติเป็นคลื่น เมื่อโคจรรอบนิวเคลียส
แถมมีความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน มีค่าเท่ากับ h/p
3. การเกิดไอออนเกิดจากการรับจ่ายเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่านั้นนะคะ
4. หากอิเล็กตรอนแต่ละตัวในอะตอมจะไม่มี state ที่ทับกันตามหลักของ Pauli ดังนั้นจะไม่มี interaction กันเองในอะตอมเดียวกัน (อันนี้ความเห็นส่วนตัวไม่แน่ใจมากนัก)
# 2. ปัจจุบันเราใช้ทฤษฎีควอนตัมอธิบายว่า อิเล็กตรอนแสดงสมบัติเป็นคลื่น เมื่อโคจรรอบนิวเคลียส ------
ถ้าเป็นคลื่น มันจะเป็นคลื่นแบบไหนหรอครับ ถ้าเป็นคลื่นงั้นใน วิชาเคมีก็ใช้ไม่ได้สิครับ เพราะเนื่องจากคลื่นไม่ได้มีหน่วยเป็นตัว เหมือนกับมวล คลื่นมีตัวตนที่ไม่แน่นอน....
อันนี้ความเห็นจากการเดานะครับ อิเล็คตรอนที่อยู่รอบอะตอมจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมากจนเข้าใกล้ความเร็วแสง อิเล็คตรอนจะแปรสภาพจากอนุภาคกลายเป็นพลังงานซึ่งอยู่ในรูปคลื่น ตามทฤษฎีสัมพันธภาพ E = mc^2 และสามารถหาโมเมนตัมจากสูตร P = h/แลมด้า ในวิชาเคมีจะอธิบายการเคลื่อนที่ของอิเล็คตรอนเป็นฟังก์ชั่นคลื่นโดยสมการของชเรอดิงเงอร์(เขียนผิดรึเปล่าไม่รู้) ซึ่งผมเองก็ยังงงๆกับเรื่องนี้อยู่เหมือนกัน
เนื่องจากน้อง Styer มีความสนใจในเรื่องนี้ ผมก็จะได้อธิบายให้ละเอียดขึ้นครับ เพราะกว่า
นักวิทยาศาสตร์จะหาคำอธิบายมาได้ว่า ทำไมอะตอมจึงเสถียรอยู่ได้ โดยที่อิเล็คตรอน
ไม่ถูกดูดเข้าไปที่นิวเคลียส ก็ใช้เวลานานพอดู และได้ข้อสรุปว่ากฎฟิสิกส์ของนิวตัน หรือ
Newtonian Physics หรือ Classical Physics นำมาใช้อธิบายปรากฏการณ์ของอะตอมที่
มีประจุบวกที่นิวเคลียส และประจุลบคืออิเล็คตรอนกระจายอยู่โดยรอบไม่ได้ ดังนั้นขั้นแรกน้อง
Styer ต้องอย่าคิดถึงกฎของนิวตันครับ เพราะในกรณีของอะตอมเราใช้กฎนี้ไปอธิบายไม่ได้
อ้างอิงถึงศาสตราจารย์กิตติคุณเบเดอร์ (Bader) จาก McMaster University, ออนตาริโอ้ ซึ่งท่าน
ได้กล่าวไว้ว่า การปฏิวัติฟิสิกส์แผนใหม่เกิดขึ้นในช่วง ค.ศ. 1901 ถึง 1926
โดย พลังค์ (Planck), ไอน์สไตน์ (Einstein), เดอ บรอคลี (de Broglie) และ ไฮเซนเบอร์ก
(Heisenberg) นั้นมีความสำคัญในการอธิบายความเสถียรของอะตอมครับ ทฤษฎีใหม่นี้
มีชื่อว่าทฤษฎีควอนตัม หรือกลศาสตร์ควอนตัม
การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด (Rutherford) ทำให้เราทราบว่าอะตอมประกอบไปด้วย
นิวเคลียสประจุบวก และอิเล็คตรอนประจุลบ กระจายอยู่โดยรอบอะตอม โดยวงโคจร
อิเล็คตรอนนั้นกว้างกว่ารัศมีของนิวเคลียสเป็นแสนหรือล้านเท่า จากกระทู้ก่อนผมอธิบาย
แล้วว่าเมื่ออิเล็คตรอนเคลื่อนที่จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น อย่างไรก็ดีเมื่อเทียบกับแรงดึงดูด
ระหว่างประจุ (electrostatic force) ของอิเล็คตรอนและนิวเคลียสแล้ว สนามแม่เหล็กนี้
แทบไม่มีอิทธิพลใด ๆ เลย
ในความคิดเห็นที่ 1 นั้นผมลองใช้พื้นฐานของกฎคูลอมบ์มาอธิบาย ซึ่งน้อง Styer ก็แย้งว่า
ถ้าเกิดสถานการณ์ที่เป็นไปได้อีกแบบขึ้นล่ะ ? ซึ่งพี่ ๆ ท่านอื่น ก็พยายามอธิบายโดยใช้
กลศาสตร์ควอนต้ม แต่ตอนนี้น้อง Styer ยังอยู่ชั้นมัธยมปลายคงยังจะงง ๆ อยู่ ดังนั้นผม
จะพยายามอธิบายให้ละเอียดจะได้เชื่อมโยงกับสิ่งที่พี่ ๆ เขาอธิบายให้ได้นะครับ
เรากลับมาดูที่ปัญหากันใหม่ อิเล็คตรอนในอะตอมควรจะเคลื่อนที่อยู่ หรือหยุดนิ่ง ? (เราจะ
เริ่มจากกฎของคูลอมบ์นะครับ) ถ้าหยุดนิ่ง แน่นอนว่ามันต้องถูกดูดเข้าไปหานิวเคลียส เพราะ
ต้องมีแรงลัพธ์จาก F = kq1q2/R^2 ดังนั้นมันต้องเคลื่อนที่อยู่ ทำนองว่าเราอาจใช้แรงเข้า
สู่ศูนย์กลางมาอธิบายได้ แต่ถ้าเป็นแบบนั้นอิเล็คตรอนก็จะมีความเร่ง แต่จากกฎ electrodynamics
เราทราบว่าบรรดาอนุภาคที่มีความเร่งทั้งหลายควรที่จะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสง
และเสียพลังงานไปเรื่อย ๆ ซึ่งท้ายที่สุดอิเล็คตรอนก็จะถูกดูดเข้าไปหานิวเคลียส โดยที่มีการ
ปล่อยแสง หรือคายพลังงานออกมา ท้ายที่สุดขนาดของอะตอมก็จะเหลือพอ ๆ กับขนาดของ
นิวเคลียสนั่นเอง ทุกคนพยายามใช้กฎของนิวตันมาสร้างโมเดลแต่ก็ไม่ประสบผลสำเร็จสักราย
จนในที่สุดก็ต้องยอมรับว่ากฎของนิวตันใช้ไม่ได้กับอิเล็คตรอนครับ ตอนนี้เองที่นักวิทยาศาสตร์
ได้ทราบถึงข้อจำกัดของกฎนิวตันซึ่งแม้จะใช้อธิบายการเคลื่อนที่ของเทหวัตถุอย่างดวงดาว
ไปจนถึงอนุภาคที่มีขนาดเล็กเป็นไมครอนได้ แต่ไม่สามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาค
ที่มีขนาดเล็กยิ่งไปกว่านั้นได้ อย่างอิเล็คตรอนครับ
ทีนี้อิเล็ีคตรอนก็เหมือนกับแสงคืิอมีคุณสมบัติเป็นได้ทั้งอนุภาคและคลื่น ซึ่งเรียกว่า duality behavior
ซึ่งจากการทดลอง photoelectric (ที่ไอน์สไตน์อธิบายปรากฏการณ์นี้ในปีค.ศ. 1905 และทำให้ได้
รับรางวัลโนเบลต่อมาในภายหลัง) (น้อง Styer อาจไปอ่านเพิ่มเติมรายละเอียดดูในแบบเรียนครับผม
จะอธิบายในส่วนที่เกี่ยวข้องกับอิเล็คตรอนเท่านั้น) พบว่าอิเล็คตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจากผิวของ
โลหะที่ทดลองอยู่ จะถูกปล่อยออกมาที่ระดับพลังงานหนึ่ง ๆ ของแสงที่ฉายเข้าไปกระทบเท่านั้น เช่น
ถ้าให้พลังงาน 10 ไม่มีอิเล็คตรอนออกมา แต่ถ้าให้พลังงาน 9.5 หรือ 12 จึงจะมี ซึ่งเราพิจารณาได้ว่า
แสงที่ฉายเข้าไปมีคุณสมบัติเป็นอนุภาคได้ และอิเล็คตรอนอยู่ในระดับชั้นพลังงาน จะถูกเร่งให้ไปอยู่
ในอีกระดับชั้นพลังงานหนึ่งได้ (ในกรณีนี้คือหลุดออกมาจากอะตอม) ก็ต่อเมื่อได้รับพลังงานในระดับ
ที่เหมาะสมเท่านั้น จากการศึกษา line spectra เพิ่มเติม บอห์รได้เสนอความคิดนี้ขึ้นในปี ค.ศ. 1913
เรียกว่า Bohr's frequency condition ครับ
อิเล็คตรอนเลี้ยวเบน (diffract) ได้ จากคำแนะนำของ เดอ บรอคลี ในปี ค.ศ. 1923 เดวิสสัีน และเจอเมอร์
(Davisson & Germer) ได้ทำการทดลองการเลี้ยวเบนของอิเล็คตรอนผ่านเกรตติ้ง (grating) ในปี ค.ศ.
1927 และพิสูจน์ได้ว่าอิเล็คตรอนมีคุณสมบัติของคลื่นคือเลี้ยวเบนได้ครับ (อนุภาคอื่น ๆ อย่างโปรตอน
และนิวตรอน ก็มี duality behavior เช่นกันครับ) ซึ่งคุณ Omkoy ได้อธิบายส่วนนี้ไปบ้างแล้วครับ ดังนั้น
จึงตอบความคิดเห็นที่ 4 ของน้อง styer ได้ครับว่า ไม่ว่าจะเป็นเคมีหรือฟิสิกส์ก็ล้วนใช้หลักการเดียวกัน
ในการอธิบายโครงสร้างของอะตอม และอิเล็คตรอนมีคุณสมบัติเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาคครับ
สำหรับสมการของชโรดิงเจอร์ (Schrodinger) ที่มีที่มาจากปรากฏการณ์คอมฟ์ตั้นนั้น ผมคิดว่าน้อง Styer หาอ่าน
ได้ง่ายจากแบบเรียนฟิสิกส์ทั่วไปครับ จะไม่กล่าวถึงในที่นี้
ถ้าลงลึกไปกว่านี้จะกลายเป็นคณิตศาสตร์เกือบหมดครับ ต้องพูดถึงเรื่อง probability distribution, wave
function, และสมการสลับซับซ้อนอื่น ๆ ซึ่งในระดับชั้นม.ปลาย ยังไม่ต้องใช้ หรือแม้แต่ในระดับมหาวิทยาลัย
เอง ถ้าไม่ใช่ pure physics เขาก็ไม่ลงลึกถึงขั้นนั้น เว้นแต่มีความสนใจก็สามารถหาอ่านในภายหลังได้ครับ
มี textbook เกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่หลายเล่มเหมือนกัน
จากที่กล่าวมาจะเห็นว่ากฎที่ใช้ไม่ได้ในกรณีของอะตอมคือ กฎของนิวตัน ครับ ส่วนกฎของคูลอมบ์ แรงดึง
ดูดระหว่างประจุนั้นยังใช้ได้อยู่ และมีความสำคัญคือเป็นแรงที่ยึดเหนี่ยวอิเล็คตรอนไว้กับนิวเคลียส แต่จะ
ไม่เสียระดับพลังงานไปจนเข้าไปติดกับนิวเคลียส เพราะมันมีคุณสมบัติพิเศษตามที่คุณ a ได้อธิบายไว้ด้วย
และอิเล็คตรอนประพฤติตนตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม และไม่ใช่กลศาสตร์นิวตันครับ เพราะตามกลศาสตร์
ควอนต้มอิเล็คตรอนต้องมีพลังงานจลน์ (คือเคลื่อนที่) อยู่ตลอดเวลา การที่อิเล็คตรอนถูกดูดเข้าไปติดกับ
นิวเคลียสนอกจากจะผิดกฎความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กแล้ว (เพราะเราทราบตำแหน่งที่แน่นอนของ
อิเล็คตรอน) ยังผิดกฎกลศาสตร์ควอนตัมครับ ดังนั้นเหตุการณ์ที่น้อง Styer สงสัยจึงไม่เกิดขึ้นครับ
นี่เป็นข้อสรุปโดยไม่ใช้คณิตศาสตร์ครับ ^ ^
