ອະຕອມແມ່ນຫົວໜ່ວຍພື້ນຖານຂອງສານທີ່ປະກອບເປັນທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງໃນຈັກກະວານ. ການເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມແມ່ນກຸນແຈສຳຄັນໃນການເຂົ້າໃຈປະກົດການທາງກາຍະພາບ ແລະ ເຄມີຕ່າງໆທີ່ເປັນພື້ນຖານຂອງຊີວິດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ທັນສະໄໝ. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມ, ປະຫວັດຂອງການຄົ້ນພົບຂອງມັນ, ອົງປະກອບຫຼັກຂອງມັນ, ແລະ ວິທີທີ່ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບອະຕອມໄດ້ພັດທະນາໄປຕາມການເວລາ.
ປະຫວັດສາດຂອງການຄົ້ນພົບອະຕອມ
ແນວຄວາມຄິດຕົ້ນໆຂອງອະຕອມ
ແນວຄວາມຄິດຂອງອະຕອມໄດ້ຖືກນຳສະເໜີເປັນຄັ້ງທຳອິດໂດຍນັກປັດຊະຍາກຣີກບູຮານ Democritus ໃນປະມານສະຕະວັດທີ 5 ກ່ອນຄ.ສ. ລາວໄດ້ສະເໜີວ່າສານທັງໝົດປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກນ້ອຍໆທີ່ແຍກບໍ່ອອກ ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າ "atomos" ຊຶ່ງໝາຍຄວາມວ່າ "ບໍ່ສາມາດຕັດໄດ້" ໃນພາສາກຣີກ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ແນວຄວາມຄິດນີ້ບໍ່ໄດ້ຮັບຄວາມນິຍົມຫຼາຍໃນບັນດານັກວິທະຍາສາດໃນເວລານັ້ນ ແລະ ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເປັນການຄາດເດົາເທົ່ານັ້ນ.
ທິດສະດີປະລໍາມະນູຂອງ Dalton
ໃນຕົ້ນສະຕະວັດທີ 19, ທ່ານ John Dalton, ນັກວິທະຍາສາດຊາວອັງກິດ, ໄດ້ຟື້ນຟູແນວຄວາມຄິດກ່ຽວກັບອະຕອມຜ່ານທິດສະດີປະລໍາມະນູຂອງລາວ. Dalton ໄດ້ສະເໜີວ່າແຕ່ລະອົງປະກອບປະກອບດ້ວຍອະຕອມທີ່ຄືກັນ ແລະ ອະຕອມຂອງອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນມີມວນສານ ແລະ ຄຸນສົມບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ທິດສະດີນີ້ແມ່ນອີງໃສ່ກົດໝາຍວ່າດ້ວຍສັດສ່ວນທີ່ແນ່ນອນ ແລະ ກົດໝາຍວ່າດ້ວຍສັດສ່ວນຫຼາຍ, ເຊິ່ງອະທິບາຍວິທີທີ່ອະຕອມລວມກັນເພື່ອປະກອບເປັນສານປະກອບທາງເຄມີ.
ການຄົ້ນພົບເອເລັກຕຣອນ
ໃນທ້າຍສະຕະວັດທີ 19, J.J. Thomson ໄດ້ຄົ້ນພົບເອເລັກຕຣອນຜ່ານການທົດລອງຂອງລາວກັບທໍ່ຮັງແຄໂທດ. Thomson ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເອເລັກຕຣອນແມ່ນອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸລົບທີ່ນ້ອຍກວ່າອະຕອມຫຼາຍ. ການຄົ້ນພົບນີ້ໄດ້ເຮັດໃຫ້ເກີດຮູບແບບ "ພຸດດິ້ງພລຳ" ຂອງອະຕອມ, ເຊິ່ງອະຕອມຖືກເບິ່ງວ່າເປັນຊົງກົມທີ່ມີປະຈຸບວກທີ່ມີເອເລັກຕຣອນກະແຈກກະຈາຍຢູ່ທົ່ວພວກມັນຄືກັບໝາກອະງຸ່ນແຫ້ງໃນພຸດດິ້ງ.
ຮູບແບບອະຕອມຂອງ Rutherford
ໃນປີ 1911, Ernest Rutherford, ຜ່ານການທົດລອງການກະແຈກກະຈາຍຂອງອະນຸພາກອັລຟາ, ໄດ້ຄົ້ນພົບວ່າອະຕອມມີນິວເຄຼຍສ໌ຂະໜາດນ້ອຍ, ໜາແໜ້ນ, ມີປະຈຸບວກຢູ່ໃນໃຈກາງຂອງມັນ, ເຊິ່ງຕໍ່ມາເອີ້ນວ່ານິວເຄຼຍສ໌ອະຕອມ. ມວນສ່ວນໃຫຍ່ຂອງອະຕອມແມ່ນເຂັ້ມຂຸ້ນຢູ່ໃນນິວເຄຼຍສ໌, ໃນຂະນະທີ່ເອເລັກຕຣອນອ້ອມຮອບນິວເຄຼຍສ໌ໃນພື້ນທີ່ທີ່ຂ້ອນຂ້າງໃຫຍ່.
ຮູບແບບປະລໍາມະນູຂອງ Bohr
ໃນປີ 1913, Niels Bohr ໄດ້ພັດທະນາຮູບແບບລະອຽດຂອງອະຕອມໂດຍອີງໃສ່ທິດສະດີ quantum. Bohr ໄດ້ສະເໜີວ່າເອເລັກຕຣອນເຄື່ອນທີ່ໃນວົງໂຄຈອນສະເພາະທີ່ເອີ້ນວ່າເປືອກເອເລັກຕຣອນ, ແລະເອເລັກຕຣອນສາມາດມີຢູ່ໄດ້ໃນລະດັບພະລັງງານສະເພາະເທົ່ານັ້ນ. ຮູບແບບນີ້ໄດ້ອະທິບາຍສະເປກຕຣຳຂອງເສັ້ນໄຮໂດຣເຈນ ແລະ ນຳສະເໜີແນວຄວາມຄິດຂອງລະດັບພະລັງງານທີ່ບໍ່ຕໍ່ເນື່ອງ.
ໂຄງສ້າງອະຕອມທີ່ທັນສະໄໝ
ຄວາມເຂົ້າໃຈໃນສະໄໝໃໝ່ກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມແມ່ນອີງໃສ່ກົນຈັກຄວອນຕຳ, ເຊິ່ງສະໜອງຮູບພາບທີ່ລະອຽດກວ່າກ່ຽວກັບພຶດຕິກຳຂອງອະນຸພາກຍ່ອຍອະຕອມ ເຊັ່ນ ເອເລັກຕຣອນ, ໂປຣຕອນ, ແລະ ນິວຕຣອນ.
ສ່ວນປະກອບຫຼັກຂອງອະຕອມ
1. ໂປຣຕອນ: ໂປຣຕອນແມ່ນອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸບວກທີ່ພົບໃນນິວເຄຼຍສ໌ຂອງອະຕອມ. ໂປຣຕອນມີມວນປະມານ 1 ໜ່ວຍມວນອະຕອມ (u) ແລະ ກຳນົດເອກະລັກຂອງທາດ. ຈຳນວນໂປຣຕອນໃນນິວເຄຼຍສ໌ເອີ້ນວ່າ ເລກປະລະມານູ.
2. ນິວຕຣອນ: ນິວຕຣອນແມ່ນອະນຸພາກທີ່ເປັນກາງທີ່ພົບໃນນິວເຄລຍສ໌ຂອງອະຕອມ. ນິວຕຣອນມີມວນເກືອບເທົ່າກັບໂປຣຕອນ ແລະ ມີບົດບາດສຳຄັນຕໍ່ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງນິວເຄລຍສ໌. ຈຳນວນນິວຕຣອນສາມາດແຕກຕ່າງກັນໄປໃນໄອໂຊໂທບຕ່າງໆຂອງທາດດຽວກັນ.
3. ເອເລັກຕຣອນ: ເອເລັກຕຣອນແມ່ນອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸລົບທີ່ໂຄຈອນຮອບນິວເຄຼຍສ໌ຂອງອະຕອມ. ເອເລັກຕຣອນມີມວນນ້ອຍຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບໂປຣຕອນ ແລະ ນິວຕຣອນ. ການແຈກຢາຍຂອງເອເລັກຕຣອນອ້ອມຮອບນິວເຄຼຍສ໌ກຳນົດຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງອະຕອມ.
ຮູບແບບກົນຈັກຄວອນຕຳ
ຮູບແບບກົນຈັກຄວອນຕຳຂອງອະຕອມໄດ້ປ່ຽນແທນຮູບແບບອະຕອມແບບຄລາສສິກໂດຍການອະທິບາຍພຶດຕິກຳຂອງເອເລັກຕຣອນໃນອະຕອມໂດຍໃຊ້ຫຼັກການຄວອນຕຳ. ໃນຮູບແບບນີ້, ຕຳແໜ່ງ ແລະ ໂມເມນຕຳຂອງເອເລັກຕຣອນບໍ່ສາມາດກຳນົດໄດ້ຢ່າງແນ່ນອນພ້ອມໆກັນ (ຫຼັກການຄວາມບໍ່ແນ່ນອນຂອງ Heisenberg). ເອເລັກຕຣອນຖືກອະທິບາຍໂດຍຟັງຊັນຄື້ນ (ອໍບິທານ), ເຊິ່ງໃຫ້ຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນການຊອກຫາເອເລັກຕຣອນຢູ່ສະຖານທີ່ຕ່າງໆອ້ອມຮອບນິວເຄລຍສ.
ວົງໂຄຈອນ ແລະ ລະດັບພະລັງງານ
ເອເລັກຕຣອນໃນອະຕອມຢູ່ໃນວົງໂຄຈອນທີ່ມີຮູບຮ່າງ ແລະ ພະລັງງານທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ວົງໂຄຈອນເຫຼົ່ານີ້ຖືກຈັດເປັນກຸ່ມເປັນຊັ້ນເອເລັກຕຣອນໂດຍອີງໃສ່ລະດັບພະລັງງານຂອງມັນ. ຊັ້ນເອເລັກຕຣອນມີລັກສະນະໂດຍຈຳນວນຄວອນຕຳຫຼັກ (n), ແລະ ແຕ່ລະຊັ້ນປະກອບດ້ວຍຊັ້ນຍ່ອຍ (s, p, d, f) ທີ່ມີຈຳນວນຄວອນຕຳອາຊິມຸດທອນ (l) ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
1. ວົງໂຄຈອນ S: ພວກມັນມີຮູບຮ່າງຄ້າຍຄືລູກບານ ແລະ ມີວົງໂຄຈອນ s ພຽງອັນດຽວໃນແຕ່ລະເປືອກ. ວົງໂຄຈອນ s ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງສອງອັນ.
2. ວົງໂຄຈອນ p: ມັນມີຮູບຮ່າງຄືກັບດັມເບວ ແລະ ມີສາມວົງໂຄຈອນ p ຢູ່ໃນແຕ່ລະຊັ້ນຍ່ອຍ p. ແຕ່ລະວົງໂຄຈອນ p ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງສອງອັນ, ດັ່ງນັ້ນຊັ້ນຍ່ອຍ p ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງຫົກອັນ.
3. ວົງໂຄຈອນ d: ຮູບຮ່າງຂອງມັນມີຄວາມສັບສົນຫຼາຍກວ່າ ແລະ ມີວົງໂຄຈອນ d ຫ້າວົງຢູ່ໃນແຕ່ລະຊັ້ນຍ່ອຍ d. ແຕ່ລະວົງໂຄຈອນ d ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງສອງອັນ, ດັ່ງນັ້ນຊັ້ນຍ່ອຍ d ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງສິບອັນ.
4. ວົງໂຄຈອນ f: ຮູບຮ່າງມີຄວາມສັບສົນຫຼາຍກວ່າ ແລະ ມີວົງໂຄຈອນ f ເຈັດວົງຢູ່ໃນແຕ່ລະຊັ້ນຍ່ອຍ f. ແຕ່ລະວົງໂຄຈອນ f ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງສອງອັນ, ດັ່ງນັ້ນຊັ້ນຍ່ອຍ f ສາມາດບັນຈຸເອເລັກຕຣອນໄດ້ເຖິງສິບສີ່ອັນ.
ການຕັ້ງຄ່າເອເລັກຕຣອນ
ການຕັ້ງຄ່າຂອງເອເລັກຕຣອນອະທິບາຍເຖິງການແຈກຢາຍຂອງເອເລັກຕຣອນໃນວົງໂຄຈອນຂອງອະຕອມ. ຫຼັກການ Aufbau, ຫຼັກການຍົກເວັ້ນ Pauli, ແລະກົດລະບຽບຂອງ Hund ແມ່ນກົດລະບຽບຫຼັກທີ່ກຳນົດການຕັ້ງຄ່າຂອງເອເລັກຕຣອນໃນອະຕອມ.
1. ຫຼັກການ Aufbau: ເອເລັກຕຣອນຈະຕື່ມອໍບິຕານດ້ວຍພະລັງງານຕໍ່າສຸດກ່ອນທີ່ຈະຕື່ມອໍບິຕານດ້ວຍພະລັງງານທີ່ສູງກວ່າ.
2. ຫຼັກການຍົກເວັ້ນ Pauli: ແຕ່ລະວົງໂຄຈອນສາມາດຮອງຮັບເອເລັກຕຣອນໄດ້ສູງສຸດສອງອັນທີ່ມີການໝຸນກົງກັນຂ້າມ.
3. ກົດຂອງຮັນ: ເອເລັກຕຣອນຈະຢູ່ໃນວົງໂຄຈອນທີ່ຫວ່າງເປົ່າໃນຊັ້ນຍ່ອຍດຽວກັນກ່ອນທີ່ຈະຈັບຄູ່ໃນວົງໂຄຈອນດຽວກັນເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນແຮງກົດດັນຂອງເອເລັກຕຣອນ.
ຕົວຢ່າງຂອງການຕັ້ງຄ່າເອເລັກຕຣອນແມ່ນສໍາລັບອະຕອມອົກຊີເຈນ (O), ເຊິ່ງມີເລກປະລໍາມະນູ 8:
\[ 1s^2 2s^2 2p^4 \]
ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສອງເອເລັກຕຣອນເຕັມອໍບິຕັນ 1s, ສອງເອເລັກຕຣອນເຕັມອໍບິຕັນ 2s, ແລະສີ່ເອເລັກຕຣອນເຕັມອໍບິຕັນ 2p.
ການນຳໃຊ້ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມ
ການເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມມີການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງໃນຫຼາຍໆຂົງເຂດ, ລວມທັງເຄມີສາດ, ຟີຊິກສາດ, ການແພດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ.
Kimia
ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມ ແລະ ການຕັ້ງຄ່າເອເລັກຕຣອນແມ່ນສິ່ງຈຳເປັນສຳລັບການອະທິບາຍຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງທາດ ແລະ ສານປະກອບ. ການພົວພັນລະຫວ່າງເອເລັກຕຣອນວາເລນ (ເອເລັກຕຣອນໃນເປືອກນອກສຸດ) ຂອງອະຕອມທີ່ແຕກຕ່າງກັນກຳນົດປະເພດຂອງພັນທະທາງເຄມີທີ່ເກີດຂຶ້ນ (ໂຄວາເລນ, ໄອອອນ, ຫຼື ໂລຫະ) ແລະ ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງສານປະກອບ.
ຟີຊິກາ
ໃນຟີຊິກສາດ, ໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມແມ່ນພື້ນຖານໃຫ້ແກ່ການເຂົ້າໃຈປະກົດການຕ່າງໆເຊັ່ນ: ສະເປກຕຣຳຂອງອະຕອມ, ຜົນກະທົບຂອງຊີແມນ, ແລະ ແມ່ເຫຼັກ. ທິດສະດີຄວອນຕຳ, ເຊິ່ງອະທິບາຍໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມ, ຍັງເປັນພື້ນຖານຂອງການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີເຊັ່ນ: ເລເຊີ ແລະ ເຄິ່ງຕົວນຳ.
ການແພດ
ການເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມ ແລະ ການພົວພັນລະຫວ່າງອະຕອມແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການແພດ, ໂດຍສະເພາະໃນການພັດທະນາຢາ ແລະ ການປິ່ນປົວ. ຕົວຢ່າງ, ເຕັກນິກການຖ່າຍພາບທາງການແພດເຊັ່ນ MRI (Magnetic Resonance Imaging) ແມ່ນອີງໃສ່ຫຼັກການຂອງການສະທ້ອນແມ່ເຫຼັກຂອງນິວເຄຼຍຂອງອະຕອມ.
ເຕັກໂນໂລຊີ
ເຕັກໂນໂລຊີນາໂນ, ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການຈັດການຂອງອະຕອມ ແລະ ໂມເລກຸນ, ຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດພັດທະນາວັດສະດຸໃໝ່ທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ດີຂຶ້ນ, ເຊັ່ນ: ຄວາມແຂງແຮງ, ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ ແລະ ຄວາມນຳໄຟຟ້າ. ການເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງຂອງອະຕອມຍັງເປັນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີການເກັບຮັກສາພະລັງງານເຊັ່ນ: ແບັດເຕີຣີລິທຽມໄອອອນ ແລະ ເຊວເຊື້ອໄຟ.
ສະຫຼຸບ
ໂຄງສ້າງອະຕອມແມ່ນພື້ນຖານຕໍ່ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບໂລກວັດຖຸ. ຕັ້ງແຕ່ແນວຄວາມຄິດຕົ້ນໆຂອງ Democritus ກ່ຽວກັບອະຕອມຈົນເຖິງຮູບແບບ quantum ທີ່ທັນສະໄໝ, ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບອະຕອມໄດ້ພັດທະນາຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ອະຕອມປະກອບດ້ວຍໂປຣຕອນ, ນິວຕຣອນ, ແລະເອເລັກຕຣອນ, ຈັດລຽງຢູ່ໃນນິວເຄຼຍສ໌ ແລະວົງໂຄຈອນອ້ອມຮອບນິວເຄຼຍສ໌. ດ້ວຍຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງອະຕອມ, ພວກເຮົາສາມາດອະທິບາຍຄຸນສົມບັດທາງເຄມີ ແລະທາງກາຍະພາບຂອງສານ, ແລະພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີໃໝ່ໆທີ່ປ່ຽນແປງຊີວິດຂອງພວກເຮົາ. ຄວາມເຂົ້າໃຈນີ້ສືບຕໍ່ຂະຫຍາຍຕົວຍ້ອນວ່າວິທະຍາສາດ ແລະເຕັກໂນໂລຢີກ້າວໜ້າ, ປູທາງໃຫ້ແກ່ການຄົ້ນພົບທີ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນ.
