ภายในอะตอมมีอะไรบ้าง

เล็กยิ่งกว่าเล็ก

อะตอมมีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ อะตอมหลายล้านอะตอมเรียงต่อกันเป็นแนวยังยาวแค่พอเท่าจุดท้ายประโยคนี้เท่านั้น

คำว่า atom มาจากคำภาษากรีก atomos ซึ่งแปลว่า “ตัดแบ่งไม่ได้” เป็นเวลานานที่ผู้คนคิดว่าอะตอมเป็นสิ่งที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ จากนั้นตั้งแต่ปี 1897 นักวิทยาศาสตร์ก็ค้นพบว่าอะตอมประกอบขึ้นจากส่วนที่เล็กกว่านั้นอีก

นิวเคลียส: โปรตอนและนิวตรอน

ที่ศูนย์กลางของทุกอะตอมคือนิวเคลียส ภายในมีอนุภาคสองชนิด ได้แก่โปรตอนซึ่งมีประจุบวก และนิวตรอนซึ่งไม่มีประจุเลย

นิวเคลียสเล็กมากเมื่อเทียบกับทั้งอะตอม หากอะตอมมีขนาดใหญ่เท่าสนามกีฬา นิวเคลียสของมันก็จะมีขนาดประมาณเม็ดถั่วที่อยู่ตรงกลาง แต่นิวเคลียสมีมวลมากกว่า 99.9% ของมวลอะตอม เพราะโปรตอนและนิวตรอนหนักกว่าอิเล็กตรอนมาก

ประจุชนิดเดียวกันผลักกัน โปรตอนในนิวเคลียสจึงผลักกันเอง แต่แรงที่แข็งแกร่งมากซึ่งทำงานเฉพาะในระยะทางสั้นมากยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกัน

อิเล็กตรอน: อยู่ด้านนอก

อิเล็กตรอนเบากว่าโปรตอนมาก ต้องใช้อิเล็กตรอนประมาณ 1,836 ตัวจึงจะมีมวลเท่ากับโปรตอน 1 ตัว อิเล็กตรอนแต่ละตัวมีประจุลบ

ประจุตรงข้ามดึงดูดกัน นิวเคลียสที่เป็นบวกจึงดึงอิเล็กตรอนที่เป็นลบ แรงดึงนี้ทำให้อิเล็กตรอนอยู่ใกล้นิวเคลียส

อิเล็กตรอนจัดเรียงเป็นชั้น ๆ ที่เรียกว่าระดับพลังงาน (เชลล์) ชั้นแรกจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว และชั้นที่สองจุได้สูงสุด 8 ตัว แผนภาพมักวาดอิเล็กตรอนเป็นจุดบนวงกลม แต่อิเล็กตรอนจริงไม่ได้เคลื่อนที่ตามเส้นทางเรียบร้อยเหมือนดาวเคราะห์ มันกระจายตัวเป็นกลุ่มเมฆพร่ามัว และแต่ละชั้นก็คือระดับพลังงานนั่นเอง

ประจุและมวลโดยสรุป

โปรตอนมีประจุ +1 และมีมวลประมาณ 1 หน่วยมวลอะตอม (u) ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กมากที่สร้างขึ้นเพื่อใช้ชั่งอะตอม

นิวตรอนไม่มีประจุ (0) และมีมวลประมาณ 1 u เกือบเท่าโปรตอนทุกประการ

อิเล็กตรอนมีประจุ −1 และมีมวลเพียงประมาณ 0.0005 u ซึ่งน้อยมากจนมักถือว่าเป็นศูนย์

ทำไมอะตอมจึงไม่มีประจุสุทธิ

ในอะตอม จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน ประจุบวกและประจุลบหักล้างกัน อะตอมโดยรวมจึงเป็นกลาง

อะตอมคาร์บอนเป็นตัวอย่างที่ดี มีโปรตอน 6 ตัวและอิเล็กตรอน 6 ตัว ประจุจึงสมดุลกัน อะตอมคาร์บอนส่วนใหญ่ยังมีนิวตรอน 6 ตัวด้วย อิเล็กตรอน 6 ตัวอยู่ใน 2 ชั้น คือ 2 ตัวในชั้นแรกและ 4 ตัวในชั้นที่สอง

ปฏิกิริยาเคมีทั่วไปไม่เคยเปลี่ยนนิวเคลียส อะตอมเพียงรับ ให้ หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน อะตอมที่รับหรือให้อิเล็กตรอนจะกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุเรียกว่าไอออน อะตอมโซเดียมที่ให้อิเล็กตรอน 1 ตัวจะกลายเป็น Na⁺ และอะตอมคลอรีนที่รับอิเล็กตรอน 1 ตัวจะกลายเป็น Cl⁻