ໂຄງສ້າງອະຕອມ: ພື້ນຖານຂອງທຸກສານ
ອະຕອມແມ່ນຫົວໜ່ວຍພື້ນຖານຂອງສານທີ່ປະກອບເປັນທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງໃນຈັກກະວານ. ການເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງອະຕອມແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນເຄມີສາດ, ຟີຊິກສາດ ແລະ ສາຂາວິທະຍາສາດອື່ນໆ, ຍ້ອນວ່າອະຕອມແມ່ນພື້ນຖານສຳລັບວິທີທີ່ທາດຕ່າງໆພົວພັນກັນ ແລະ ສ້າງສານຕ່າງໆ. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືຢ່າງລະອຽດກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມ, ວິວັດທະນາການຂອງແນວຄວາມຄິດຂອງອະຕອມຕະຫຼອດປະຫວັດສາດຂອງວິທະຍາສາດ, ແລະ ອົງປະກອບຫຼັກທີ່ປະກອບເປັນອະຕອມ.
ປະຫວັດສາດຂອງແນວຄວາມຄິດຂອງປະລໍາມະນູ
ແນວຄວາມຄິດຂອງອະຕອມໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນໃນປະເທດເກຣັກບູຮານກັບນັກປັດຊະຍາ Democritus (460–370 ກ່ອນຄ.ສ.), ຜູ້ທີ່ໄດ້ນຳສະເໜີແນວຄວາມຄິດທີ່ວ່າສານປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກນ້ອຍໆທີ່ເບິ່ງບໍ່ເຫັນທີ່ເອີ້ນວ່າ atomos, ຊຶ່ງໝາຍຄວາມວ່າ "ແຍກບໍ່ໄດ້". ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ແນວຄວາມຄິດນີ້ບໍ່ໄດ້ຮັບການສະໜັບສະໜູນຈາກຫຼັກຖານການທົດລອງ ແລະ ເປັນການຄາດເດົາທາງປັດຊະຍາຫຼາຍກວ່າ.
ແນວຄວາມຄິດຂອງອະຕອມໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນຖືກພິຈາລະນາທາງວິທະຍາສາດໃນສະຕະວັດທີ 19 ເມື່ອ John Dalton, ນັກວິທະຍາສາດຊາວອັງກິດ, ໄດ້ສະເໜີທິດສະດີປະລະມະນູ Daltonian. ທິດສະດີນີ້ລະບຸວ່າທຸກສານປະກອບດ້ວຍອະຕອມທີ່ແຍກບໍ່ອອກ, ທຸກໆອົງປະກອບມີອະຕອມປະເພດດຽວກັນ, ແລະອະຕອມຂອງອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມາດລວມເຂົ້າກັນເພື່ອສ້າງສານປະກອບ. ນີ້ແມ່ນບາດກ້າວທີ່ສຳຄັນທີ່ເຮັດໃຫ້ແນວຄວາມຄິດຂອງອະຕອມເຂົ້າສູ່ໂລກວິທະຍາສາດ.
ການຄົ້ນພົບເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູບແບບອະຕອມຂອງທອມສັນ
ໃນທ້າຍສະຕະວັດທີ 19, ນັກວິທະຍາສາດຊາວອັງກິດ J.J. Thomson ໄດ້ຄົ້ນພົບອະນຸພາກຍ່ອຍອະຕອມທີ່ປະຈຸບັນຮູ້ຈັກກັນໃນນາມເອເລັກຕຣອນຜ່ານການທົດລອງທໍ່ລັງສີແຄໂທດ. Thomson ໄດ້ພັດທະນາຮູບແບບພຸດດິ້ງໝາກພ້າວ, ໂດຍສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອະຕອມເປັນຮູບຊົງກົມທີ່ມີປະຈຸບວກທີ່ມີເອເລັກຕຣອນກະແຈກກະຈາຍຢູ່ທົ່ວ, ຄືກັບໝາກອະງຸ່ນແຫ້ງໃນເຂົ້າຈີ່.
ຮູບແບບອະຕອມຂອງ Rutherford
ໃນປີ 1911, Ernest Rutherford, ຜ່ານການທົດລອງການກະແຈກກະຈາຍອະນຸພາກອັລຟາໃສ່ແຜ່ນອະລູມີນຽມ, ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຢ່າງສຳເລັດຜົນວ່າອະຕອມມີແກນກາງທີ່ມີຂະໜາດນ້ອຍ, ໜາແໜ້ນ, ແລະ ມີປະຈຸບວກຢູ່ໃນໃຈກາງ, ເຊິ່ງຕໍ່ມາໄດ້ກາຍເປັນທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມນິວເຄຼຍສ໌. ເອເລັກຕຣອນອ້ອມຮອບແກນນີ້ດ້ວຍຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງພວກມັນ, ກົງກັນຂ້າມກັບຮູບແບບຂອງ Thomson, ເຊິ່ງຄາດຄະເນການແຈກຢາຍຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ກະແຈກກະຈາຍຢູ່ໃນວົງມົນທີ່ເປັນບວກ.
ຮູບແບບປະລໍາມະນູຂອງ Bohr
ໃນປີ 1913, Niels Bohr ໄດ້ນຳສະເໜີຮູບແບບປະລໍາມະນູທີ່ກ້າວໜ້າກວ່າທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມຮູບແບບ Bohr. Bohr ໄດ້ສະເໜີວ່າເອເລັກຕຣອນເຄື່ອນທີ່ໃນວົງໂຄຈອນສະເພາະ, ຫຼື "ເປືອກ" ອ້ອມຮອບນິວເຄຼຍສ໌ດ້ວຍພະລັງງານສະເພາະ. ເອເລັກຕຣອນສາມາດເຄື່ອນທີ່ຈາກວົງໂຄຈອນໜຶ່ງໄປຫາອີກວົງໂຄຈອນໜຶ່ງໄດ້ໂດຍການດູດຊຶມ ຫຼື ປ່ອຍພະລັງງານໃນຮູບແບບຂອງໂຟຕອນ. ຮູບແບບ Bohr ມີອິດທິພົນຫຼາຍໃນການພັດທະນາທິດສະດີ quantum, ເຖິງແມ່ນວ່າໃນທີ່ສຸດມັນພົບວ່າບໍ່ຖືກຕ້ອງທັງໝົດສຳລັບທາດທັງໝົດ.
ຮູບແບບກົນຈັກຄວອນຕຳ
ດ້ວຍການພັດທະນາຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳ, ແບບຈຳລອງປະລໍາມະນູໄດ້ກາຍເປັນສະລັບສັບຊ້ອນ ແລະ ຖືກຕ້ອງຫຼາຍຂຶ້ນ. ການປະກອບສ່ວນທີ່ສຳຄັນອັນໜຶ່ງແມ່ນເຮັດໂດຍ Erwin Schrödinger, ຜູ້ທີ່ໄດ້ນຳສະເໜີສົມຜົນ Schrödinger, ເຊິ່ງອະທິບາຍເອເລັກຕຣອນວ່າເປັນຟັງຊັນຄື້ນທີ່ຊີ້ບອກເຖິງຄວາມເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະຢູ່ໃນສະຖານທີ່ສະເພາະອ້ອມຮອບນິວເຄລຍສ, ແທນທີ່ຈະຢູ່ໃນວົງໂຄຈອນຄົງທີ່. ແບບຈຳລອງນີ້, ມັກເອີ້ນວ່າແບບຈຳລອງຄວັນເອເລັກຕຣອນ, ອະທິບາຍເຖິງພື້ນທີ່ທີ່ເອເລັກຕຣອນມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະພົບເຫັນຫຼາຍທີ່ສຸດ, ເອີ້ນວ່າວົງໂຄຈອນ.
ສ່ວນປະກອບຫຼັກຂອງອະຕອມ
ອະຕອມປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກຍ່ອຍອະຕອມສາມປະເພດຫຼັກຄື: ໂປຣຕອນ, ນິວຕຣອນ ແລະ ເອເລັກຕຣອນ.
1. ໂປຣຕອນ:
- ໂປຣຕອນມີປະຈຸບວກ ແລະ ຕັ້ງຢູ່ໃນນິວເຄຼຍສ໌ຂອງອະຕອມ. ຈຳນວນໂປຣຕອນໃນນິວເຄຼຍສ໌ຈະກຳນົດປະເພດຂອງທາດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ. ຕົວຢ່າງ, ອະຕອມທີ່ມີໂປຣຕອນໜຶ່ງແມ່ນໄຮໂດຣເຈນ, ໃນຂະນະທີ່ອະຕອມທີ່ມີໂປຣຕອນຫົກແມ່ນຄາບອນ. ຈຳນວນໂປຣຕອນດັ່ງກ່າວເອີ້ນວ່າ ເລກປະລະມານູ.
2. ນິວຕຣອນ:
- ນິວຕຣອນບໍ່ມີປະຈຸ (ເປັນກາງ) ແລະ ພົບຢູ່ໃນນິວເຄຼຍສ໌ຂອງອະຕອມ. ຈຳນວນນິວຕຣອນໃນນິວເຄຼຍສ໌ສາມາດແຕກຕ່າງກັນລະຫວ່າງໄອໂຊໂທບຕ່າງໆຂອງທາດດຽວ. ຕົວຢ່າງ, ຄາບອນ-12 ມີນິວຕຣອນ 6 ໜ່ວຍ, ໃນຂະນະທີ່ຄາບອນ-14 ມີນິວຕຣອນ 8 ໜ່ວຍ. ນິວຕຣອນປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນມວນສານອະຕອມ ແຕ່ບໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງທາດ.
3. ເອເລັກຕຣອນ:
- ເອເລັກຕຣອນມີປະຈຸລົບ ແລະ ເຄື່ອນທີ່ອ້ອມນິວເຄຼຍສ໌ໃນວົງໂຄຈອນໃນລະດັບພະລັງງານຕ່າງໆ. ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນໃນອະຕອມທີ່ເປັນກາງເທົ່າກັບຈຳນວນໂປຣຕອນ. ເອເລັກຕຣອນມີຄວາມຮັບຜິດຊອບຕໍ່ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງອະຕອມ, ຍ້ອນວ່າມັນມີສ່ວນຮ່ວມໃນການສ້າງພັນທະທາງເຄມີ ແລະ ປະຕິກິລິຍາ.
ໂຄງສ້າງອະຕອມ ແລະ ພັນທະເຄມີ
ເອເລັກຕຣອນໃນອະຕອມຖືກວາງໄວ້ໃນເປືອກພະລັງງານທີ່ແຕກຕ່າງກັນໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການ Aufbau, ກົດຂອງ Hund, ແລະຫຼັກການຍົກເວັ້ນ Pauli. ເອເລັກຕຣອນໃນເປືອກນອກສຸດ (ເອີ້ນວ່າ ເອເລັກຕຣອນວາເລນສ໌) ມີອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີ ແລະ ປະຕິກິລິຍາຂອງອະຕອມ. ເອເລັກຕຣອນວາເລນສ໌ເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຖືກໂອນ ຫຼື ແບ່ງປັນກັບອະຕອມອື່ນໆເພື່ອສ້າງພັນທະທາງເຄມີ, ເຊັ່ນ: ພັນທະໂຄວາເລນສ໌, ພັນທະໄອອອນສ໌, ແລະ ພັນທະໂລຫະ.
1. ພັນທະໂຄວາເລນ:
- ເກີດຂຶ້ນເມື່ອສອງອະຕອມມີເອເລັກຕຣອນວາເລນໜຶ່ງຄູ່ຫຼືຫຼາຍຄູ່ຮ່ວມກັນ. ສິ່ງນີ້ມັກຈະເກີດຂຶ້ນໃນໂມເລກຸນອິນຊີເຊັ່ນ: ນ້ຳ (H2O) ແລະ ມີເທນ (CH4).
2. ພັນທະໄອອອນ:
- ເກີດຂຶ້ນເມື່ອອະຕອມໜຶ່ງບໍລິຈາກເອເລັກຕຣອນວາເລນໜຶ່ງ ຫຼື ຫຼາຍເອເລັກຕຣອນຂອງມັນໃຫ້ກັບອະຕອມອື່ນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸບວກ (ແຄຕິອອນ) ແລະ ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸລົບ (ແອນອີອອນ) ດຶງດູດກັນ. ຕົວຢ່າງຄລາສສິກແມ່ນເກືອໂຕະ (NaCl), ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍໄອອອນໂຊດຽມ (Na+) ແລະ ຄລໍໄຣດ໌ (Cl-).
3. ພັນທະບັດໂລຫະ:
- ເກີດຂຶ້ນເມື່ອເອເລັກຕຣອນວາເລນລອຍຢ່າງອິດສະຫຼະລະຫວ່າງໄອອອນໂລຫະທີ່ມີປະຈຸບວກ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນ "ສຳຜັດ" ຢ່າງແຂງແຮງ ແລະ ໃຫ້ຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງໂລຫະເຊັ່ນ: ຄວາມນຳໄຟຟ້າ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການດັດແປງ.
ໄອໂຊໂທບ ແລະ ມວນສານອະຕອມ
ໄອໂຊໂທບ ແມ່ນຮູບແບບຕ່າງໆຂອງທາດດຽວກັນທີ່ມີຈຳນວນນິວຕຣອນທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນນິວເຄຼຍຂອງມັນ. ຕົວຢ່າງ, ໄອໂຊໂທບທີ່ພົບເລື້ອຍທີ່ສຸດຂອງຄາບອນແມ່ນຄາບອນ-12 (6 ໂປຣຕອນ ແລະ 6 ນິວຕຣອນ) ແລະ ຄາບອນ-14 (6 ໂປຣຕອນ ແລະ 8 ນິວຕຣອນ). ມວນອະຕອມຂອງທາດແມ່ນມວນສະເລ່ຍຂອງໄອໂຊໂທບທັງໝົດຂອງມັນ, ວັດແທກເປັນຫົວໜ່ວຍມວນອະຕອມ (amu).
ສະຫຼຸບ
ການເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມແມ່ນກຸນແຈສຳຄັນຕໍ່ການເຂົ້າໃຈສານ ແລະ ການພົວພັນຂອງມັນໃນຈັກກະວານ. ຕັ້ງແຕ່ແນວຄວາມຄິດຕົ້ນໆຂອງ Democritus ກ່ຽວກັບອະຕອມ ຈົນເຖິງຮູບແບບກົນຈັກຄວອນຕຳທີ່ທັນສະໄໝ, ການພັດທະນາທິດສະດີອະຕອມໄດ້ປ່ຽນແປງວິທີທີ່ພວກເຮົາເບິ່ງໂລກ. ອະຕອມ, ດ້ວຍສ່ວນປະກອບຂອງມັນຄື ໂປຣຕອນ, ນິວຕຣອນ, ແລະ ເອເລັກຕຣອນ, ປະກອບເປັນສານທັງໝົດ ແລະ ມີບົດບາດສຳຄັນໃນປະຕິກິລິຍາເຄມີ ແລະ ຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບຂອງສານ. ໂດຍການຂຸດຄົ້ນເລິກເຊິ່ງກວ່າເກົ່າ, ນັກວິທະຍາສາດສືບຕໍ່ຄົ້ນພົບເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບລັກສະນະພື້ນຖານຂອງຈັກກະວານ, ເປີດຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃໝ່ໆໃນດ້ານເຕັກໂນໂລຊີ ແລະ ວິທະຍາສາດ.
