อนุภาคมูลฐานของอะตอม

ในการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดสรุปว่าอะตอมมีโปรตอนและอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบ ดังนั้น การคิดมวลอะตอมควรคิดจากมวลโปรตอนรวมกับมวลของอิเล็กตรอน แต่มวลของอิเล็กตรอนน้อยมาก การคิดมวลอะตอมจึงคิดจากมวลโปรตอน พบว่ามวลโปรตอน 1 โปรตอนเท่ากับ 1.673 x 10^–24 กรัม หรือคิดเป็น 1 หน่วยมวลอะตอม (1 amu = 1 atomic mass unit) ดังนั้นมวลอะตอมควรมีค่าเท่ากับหรือใกล้เคียงกับจำนวนโปรตอน แต่จากการทดลองกลับพบว่ามวลอะตอมจริง ๆ มีค่าเป็น 2 เท่าหรือมากกว่า 2 เท่าของจำนวนโปรตอน ในปี พ.ศ. 2463 (หรือค.ศ.1920) รัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอความเห็นว่าน่าจะมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับมวลโปรตอน

ต่อมาในปี พ.ศ. 2475 (ค.ศ. 1932) เจมส์ แชดวิก (James Chadwick) ได้ค้นพบอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง ไม่มีประจุไฟฟ้า และตั้งชื่อว่า “นิวตรอน” (neutron) นิวตรอนมีมวลมากกว่าโปรตอนเล็กน้อย โดยมีมวลเท่ากับ 1.675 x 10^–24 กรัม และรัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอว่านิวตรอนเป็นอนุภาคที่อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พบว่าโปรตอนและนิวตรอนอัดกันแน่นอยู่ในนิวเคลียสยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงนิวเคลียร์ (nuclear force) และอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสเรียกว่า “นิวคลีออน” (nucleon)

อนุภาคในอะตอม
ในปัจจุบันพบว่าในอะตอมประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ มากกว่า 30 ชนิด และแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้
1. อนุภาคที่ไม่เสถียร (unstable particles) เป็นอนุภาคที่ไม่อยู่ตัว สลายตัวได้ง่าย อนุภาคเหล่านี้เกิดจากการยิงนิวเคลียสของอะตอมด้วยอนุภาคชนิดต่าง ๆ ตัวอย่างอนุภาคที่ไม่เสถียรได้แก่ positron , antiproton , neutrino เป็นต้น

2. อนุภาคที่เสถียร (stable particles) เป็นอนุภาคที่อยู่ตัว ไม่สลายตัว มี 3 ชนิดคือ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน เรียกอนุภาคทั้งสามว่า “อนุภาคมูลฐานของอะตอม”
 

เลขอะตอม เลขมวล และสัญลักษณ์นิวเคลียร์
1. เลขอะตอม (Atomic number)

คือตัวเลขที่แสดงจำนวนโปรตอนของธาตุ ใช้สัญลักษณ์ Z นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่หาเลขอะตอมได้คือ เฮนรี โมสลีย์ เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เลขอะตอมเป็นค่าเฉพาะสำหรับธาตุหนึ่ง ๆ ธาตุแต่ละชนิดมีเลขอะตอมไม่ซ้ำกัน ดังนั้นเลขอะตอมจึงบอกชนิดของธาตุได้

2. เลขมวล (Mass number)

คือตัวเลขที่แสดงผลรวมของจำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอน มีสัญลักษณ์ A เลขมวลจะมีค่าใกล้เคียงกับมวลอะตอม (Atomic mass) แต่เลขมวลเป็นเลขจำนวนเต็มเสมอ ส่วนมวลอะตอมอาจเป็นจำนวนเต็มหรือทศนิยมก็ได้ และเลขมวลไม่เป็นค่าเฉพาะสำหรับธาตุ ธาตุต่างชนิดกันอาจมีเลขมวลเท่ากันได้
 

เลขมวล = จำนวนโปรตอน  +  จำนวนนิวตรอน

3. สัญลักษณ์นิวเคลียร์ (nuclear symbol)

เป็นสัญลักษณ์ที่แสดงให้ทราบว่าอะตอมของธาตุ 1 อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานอย่างละกี่อนุภาค โดยเขียนสัญลักษณ์ของธาตุซึ่งแสดงเลขมวลที่มุมบนด้านซ้าย และเขียนเลขอะตอมที่มุมล่างด้านซ้าย เช่น

                                               
p = 12                          p = 6                       p = 8

e^– = 12                         e^– = 6                     e^– = 10

n = 12                          n = 6                       n = 8

จากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ทำให้ทราบจำนวนอนุภาคมูลฐานของอะตอม โดยจำนวนโปรตอนดูจากเลขอะตอม อะตอมอยู่ในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจึงมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน ส่วนจำนวนนิวตรอน = เลขมวล – เลขอะตอม

ไอโซโทป ไอโซโทน และไอโซบาร์

ไอโซโทป (Isotope) 

หมายถึงอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน  แต่มีเลขมวลต่างกัน  หรืออะตอมของธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากัน  แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน

อะตอมที่มีเลขมวลหรือจำนวนโปรตอนแต่ละจำนวนเรียกว่า  1  ไอโซโทป  ตัวอย่างไอโซโทป  เช่น  ไฮโดรเจนมี  3  ไอโซโทปคือ     ,   ,  

            p   =  1                      p   =  1                 p   =  1

            e^– =  1                      e^–  =  1                 e^–  =  1

            n   =  0                      n   =  1                 n   = 2

            protium (H)                deuterium (D)         tritium (T)

ไอโซโทน (Isotone)

หมายถึงอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน  มีเลขอะตอมและเลขมวลต่างกัน  แต่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน 

            p   =  6                      p   =  7

            e^– =  6                      e^–  =  7

            n   =  7 *                   n   =  7 *

ไอโซบาร์ (Isobar)

หมายถึงอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน  แต่มีเลขมวลเท่ากัน

            p   =  6                      p   =  7

            e^– =  6                      e^–  =  7

            n   =  8                      n   =  7

ตารางที่ 1 สรุปความหมายของไอโซโทป ไอโซโทน ไอโซบาร์

ที่มา https://www.promma.ac.th/main/chemistry/jutamas/lesson/particle.htm