ความลับอะตอม

ความลับของอะตอม

ส่วนประกอบของอะตอม

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

          ในปัจจุบันอะตอมมีความสำคัญด้านต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นทางตรงหรือทางอ้อม เช่น การรวมตัวและการแตกสลายของอะตอมจะให้พลังงานจำนวนมากในรูปแสง เสียง และความร้อน เรานำพลังงานของความร้อนที่ได้จากอะตอมนี้ไปต้มน้ำ ได้ไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำและเครื่องจักรไอน้ำ และใช้เครื่องจักรไอน้ำหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยไฟฟ้าที่ได้จะนำไปจ่ายสู่บุคลในพื้นที่ เพื่อใช้เป็นประโยชน์ในด้านต่างๆต่อไป นอกจากจะใช้ความร้อนจากพลังงานนิวเคลียร์มาต้มน้ำ และหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้วยังใช้รังสีที่เกิดจากการแตกสลายของอะตอมมา รักษาโรคบางอย่าง เก็บถนอมอาหาร ผลิตสารไอโซโทป (radioactive isotopes) ขับ เคลื่อนเรือดำน้ำ และทำลูกระเบิดได้ เป็นต้น จะเห็นได้ว่า อะตอม มีบทบาทสำคัญเกี่ยวข้องกับการดำเนินชีวิตประจำวันเป็นอย่างมาก ซึ่งผู้คนส่วนใหญ่ได้มองข้ามไป

ประวัติของอะตอม

         คนที่คิดค้นพบอะตอมเป็นคนแรกคือ ดิโมคริตุส ซึ่งเขาได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับอะตอมว่ามีรูปร่างแตกต่างกัน ลักษณะเหมือนก้อนหิน รูปร่างเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของอะตอมและได้เสนอว่าอะตอมเป็นสิ่งที่เล็กที่สุดไม่สามารถแบ่งแยกออกจากกันได้ แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอะตอมไม่ใช่สิ่งที่เล็กที่สุดจึงได้มีการทดลองว่าอะตอมยังมีสสารอื่นๆ ภายในอะตอม เช่น โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาตร์ก็ยังใช่คำเดิมที่ ดิโมคริตุส ได้บัญญัติเอาไว้

ความหมายของอะตอม

          อะตอม คือ สิ่งที่เล็กที่สุดในสสารที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก ประกอบด้วยส่วนของนิวเครียสที่มีความหน่าแน่นมากอยู่ตรงกลางซึ่งภายในอะตอมจะมีโปรตอน นิวตรอนและมีอิเล็กตรอนอยู่รอบๆ ซึ่งโปรตอนจะมีอนุภาคเป็นบวกทางไฟฟ้า นิวตรอนจะมีอนุภาคเป็นกลางทางไฟฟ้า และอิเล็กตรอนจะมีอนุภาคเป็นลบทางไฟฟ้า

โครงสร้างของอะตอม

         

          ภายในอะตอมโปรตอนกับนิวตรอนที่ยึดเหนี่ยวภายในอะตอมสิ่งที่อยู่ภายในอะตอม เรียกว่า  นิวเคลียส ที่มีขนาดเล็กและอะตอมก็มีพลังงานภายในตัว อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีโปรตอนเท่ากันเรียกตัวเลขนี้ว่าค่าไอโซโทปของธาตุ หมายเลขของอะตอมในธาตุชนิดหนี่งแต่อาจมีจำนวนอะตอมที่ต่างกันก็ได้ จำนวนโดยรวมของโปรตอนกับนิวตรอนเป็นตัวระบุนิวโดล์ นิวตรอนและโปรตอนต่างกันเป็นเพอร์มิออนแต่เป็นคนละชนิด ดังนั้นโปรตอนทุกตัวในนิวเคลียสจะต้องอยู่ในสถานะที่แตกต่างกันระดับพลังงานต่าง ๆ ของตัวเอง กฎเดียวกันนี้ยังใช้กับนิวตรอนทั้งหมดด้วย แต่ไม่ได้ให้โปรตอนและนิวตรอนอยู่ในสถานะเดียวกัน

โครงสร้างของอะตอม

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

 แบบจำลองอะตอม

          แบบจำลองอะตอมเป็นภาพของความคิดที่แสดงให้เห็นรายละเอียดของโครงสร้างอะตอมที่สอดคล้องกับผลการทดลองและใช้่อธิบายปรากฎการณ์ของอะตอมได้

• แบบจำลองอะตอมของดอลตัน อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมไม่สามารถแบ่งแยกออกจากกันได้

 

 แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

• แบบจำลองอะตอมทอมสัน  อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนกระจัดกระจายอยู่สม่ำเสมอ

                                                         แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

•  แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด  อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนและนิวตรอนอยู่ตรงกลาง และมีอิเล็กตรอนวิ่งอยู่รอบนอก

                                                    แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

• แบบจำลองอะตอมของนีสโบว์ อะตอมสามารถแบ่งเป็นชั้นพลังงานโดยที่แต่ละชั้นมีค่าระดับพลัังงานต่างกันอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะเรียกระดับพลังงาน  n =  1   ระดับพลังงานถัดไปเรียกระดับพลังงาน  n =2, n = 3,... ตามลำดับ   หรือเรียกเป็นชั้น   K , L , M , N  ,O ,  P , Q ....

  แบบจำลองอะตอมของนีสโบว

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต) 

• แบบจำลองของอะตอมกลุ่มหมอก บริเวณที่มีความหนาแน่นของกลุ่มหมอกมากจะมีอิเล็กตรอนกระจัดกระจายอยู่มาก บริเวณที่มีความหนาแน่นของกลุ่มหมอกน้อยจะมีอิเล็กตรอนกระจัดกระจายอยู่น้อย 

                                                      แบบจำลองอะตอมของกลุ่มหมอก

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

อนุภาคมูลฐานของอะตอม
           -อิเล็กตรอน(Electron) สัญลักษณ์e- มีแระจุลบและมีมวลน้อยมาก

           -โปรตอน สัญลักษณ์ p+ มีประจุเป็นบวก และมีมวลมากกว่า อิเล็กตรอน (เกือบ 2,000 เท่า)
           -นิวตรอน สัญลักษณ์ n มีประจุเป็นศูนย์ และมีมวลมากพอๆกับโปรตอน
หมายเหตุ อนุภาคนิวตรอน ค้นพบโดย เจมส์ แซควิก (James Chadwick) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ(พ.ศ.2475)

 

 เตาปฏิกรณ์นิวเคลียส

(แหล่งที่มา ภาพประกอบจากอินเตอร์เน็ต)

ประโยชน์ของอะตอม

          การรวมตัวและการแตกสลายของอะตอมจะให้พลังงานจำนวนมากในรูปแสง เสียง และความร้อน เรานำพลังงานของความร้อนที่ได้จากอะตอมนี้ไปต้มน้ำ ได้ไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำและเครื่องจักรไอน้ำ และใช้เครื่องจักรไอน้ำหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง
          ณ ที่นี้จะพูดถึงเฉพาะเรื่องเตารวบรวมและควบคุมพลังงานความร้อน ซึ่งเกิดจากการแตกสลายของอะตอม
          เตาที่เผาเชื้อเพลิงปรมาณูยูเรเนียมนี้เรียกว่า เตาปฏิกรณ์ปรมาณูโครงสร้างของเตาปฏิกรณ์ปรมาณู เป็นดังนี้คือ ภายนอกเป็นกำแพงคอนกรีตหนา (๑) เพื่อป้องกันการแผ่กัมมันตภาพรังสีออกมาเป็นอันตรายต่อคน ชั้นในบรรจุแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียม(๒) หุ้มด้วยถ่านเกราไฟต์ (๓) เรียงอยู่เป็นชั้นๆ       ตัวควบคุมทำด้วยแท่งเหล็กชุบโบรอน (๔) เสียบอยู่เป็นระยะๆ ในเตานี้ เพื่อให้ดูดกลืนนิวตรอนที่เกิดมาจากปฏิกิริยาลูกโซ่บ้าง มิฉะนั้น ถ้ามีนิวตรอนมาก จะได้พลังงานมากจนควบคุมไม่อยู่
          แท่งเหล็กโบรอนนี้ปรับระยะที่แหย่เข้าไปในเตาได้ ถ้าแหย่ลึก มันจะดูดนิวตรอนมากไปตามระยะที่แหย่
          ความร้อนที่ได้จากเตาปฏิมากรณ์ปรมาณูนี้ นำมาใช้ต้มน้ำได้ ตามรูปข้างบน คือ ใช้เครื่องเป่าก๊าซเข้าไปในเตา เมื่อได้ก็าซร้อนออกมาตามท่อไปเข้าเครื่องต้มน้ำจนกลายเป็นไอน้ำออกไปหมุน กังหัน กังหันหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวแล้ว จะได้พลังงานไฟฟ้าออกมา
          นอกจากจะใช้ความร้อนจากพลังงานนิวเคลียร์มาต้มน้ำ และหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้วยังใช้รังสีที่เกิดจากการแตกสลายของอะตอมมา รักษาโรคบางอย่าง เก็บถนอมอาหาร ผลิตสารไอโซโทป (radioactive isotopes) ขับเคลื่อนเรือดำน้ำ และทำลูกระเบิดได้

วรุตม์  แม้นมณี

 กิตติยา   สายรัตน์