อนุภาคและไอโซโทป
ใช้เลขอะตอมระบุธาตุ ใช้เลขมวลนับนิวคลีออน และใช้ประจุช่วยหาอิเล็กตรอน จำไว้ว่าไอโซโทปต่างกันที่จำนวนนิวตรอน ส่วนไอออนต่างกันที่จำนวนอิเล็กตรอน
พื้นฐานที่ใช้: สัญลักษณ์ธาตุระบุชนิดธาตุได้ และจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ของธาตุ
เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข
1. นับโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนจาก A, Z และประจุ
- สัญลักษณ์นิวไคลด์เขียนเลขมวล A ไว้ซ้ายบน เลขอะตอม Z ไว้ซ้ายล่าง และประจุสุทธิ q ไว้ขวาบนของสัญลักษณ์ธาตุ
- ความสัมพันธ์ในการคำนวณจำนวนอนุภาค:
- โปรตอน (p): (ระบุเอกลักษณ์ของธาตุและไม่เปลี่ยนเมื่อเกิดไอออน)
- นิวตรอน (n):
- อิเล็กตรอน (e): (โดยประจุสุทธิเชิงหน่วย ต้องใส่เครื่องหมายบวกหรือลบตามจริง)
- ข้อควรระวังเกี่ยวกับตัวเลข:
- เลขมวล () เป็นจำนวนเต็มของนิวเคลียสหนึ่งนิวเคลียส ไม่ใช่มวลอะตอมเฉลี่ยทศนิยมในตารางธาตุ
- การกลายเป็นไอออนเปลี่ยนแปลงเฉพาะจำนวนอิเล็กตรอน ส่วนเลขอะตอมและจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสคงที่เสมอ

- จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
- ภาพรวม: การอ่านสัญลักษณ์นิวไคลด์ และการคำนวณจำนวนอนุภาคมูลฐาน
- ส่วนประกอบและสัญลักษณ์:
- ตำแหน่งตัวเลข: (เลขมวล), (เลขอะตอม), (ประจุสุทธิ)
- การนับอนุภาค: โปรตอน , นิวตรอน , อิเล็กตรอน
- สมการกำกับ: นิวเคลียส และประจุเชิงหน่วย
- ข้อจำกัดของภาพจำลอง: วงกลมและตัวเลขเป็นแบบจำลองช่วยนับอนุภาค ไม่ได้แสดงขนาดอะตอม รัศมี หรือการกระจายตัวของอนุภาคตามสัดส่วนจริง
2. ไอโซโทปคงเลขอะตอม แต่เปลี่ยนเลขมวล
- ไอโซโทป (Isotopes) คืออะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน
- ลักษณะเฉพาะของไอโซโทป:
- เลขอะตอม เท่ากัน แต่เลขมวล ต่างกัน
- สมบัติทางเคมี: คล้ายคลึงกันมากในอะตอมที่เป็นกลาง เนื่องจากมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนกัน
- สมบัติทางกายภาพและนิวเคลียร์: แตกต่างกันเนื่องจากมีมวลและโครงสร้างนิวเคลียสไม่เท่ากัน
- การตรวจวัดด้วย Mass Spectrometry:
- ให้สัญญาณพีคที่สัมพันธ์กับอัตราส่วนมวลต่อประจุ () และความชุกสัมพัทธ์ของแต่ละไอโซโทป ซึ่งเป็นข้อมูลหลักฐานเชิงประจักษ์จากการวัด
3. มวลอะตอมในตารางเป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก
- ธาตุที่พบในธรรมชาติตามปกติเป็นของผสมของไอโซโทปหลายชนิด มวลอะตอมในตารางธาตุจึงเป็นมวลอะตอมสัมพัทธ์เฉลี่ย
- สูตรการคำนวณมวลอะตอมเฉลี่ย:
- : สัดส่วนตามความชุกเป็นเศษส่วน ( โดย )
- : มวลของไอโซโทปแต่ละชนิด
- ข้อพึงระวังในการคำนวณ:
- หากโจทย์ให้ความชุกเป็นร้อยละ ต้องหารด้วย 100 ก่อนนำมาเป็นค่า
- ค่ามวลอะตอมเฉลี่ยที่ได้ต้องมีค่าอยู่ระหว่างมวลของไอโซโทปที่เบาที่สุดกับหนักที่สุดเสมอ และอาจไม่ตรงกับมวลของอะตอมจริงตัวใดตัวหนึ่ง
ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?
หาองค์ประกอบของอะตอมหรือไอออน
สังเกตจากโจทย์: กำหนดสัญลักษณ์นิวไคลด์พร้อม A, Z หรือประจุ
เลือกวิธีคิด: คำนวณ p จาก Z, n จาก A−Z แล้วใช้ q=p−e เพื่อหา e; ตรวจว่าเลขอนุภาคเป็นจำนวนเต็มไม่ติดลบ
เปรียบเทียบอะตอมกับไอออน
สังเกตจากโจทย์: ให้ธาตุเดียวกันแต่ประจุต่างกัน
เลือกวิธีคิด: ตรึง Z และจำนวนโปรตอน; เพิ่มอิเล็กตรอนเมื่อประจุลบและลดอิเล็กตรอนเมื่อประจุบวก
หามวลอะตอมเฉลี่ยหรือสัดส่วนไอโซโทป
สังเกตจากโจทย์: โจทย์ให้มวลไอโซโทปกับร้อยละความชุก
เลือกวิธีคิด: แปลงร้อยละเป็นเศษส่วน คูณมวลแต่ละไอโซโทป แล้วบวกโดยคงหน่วย u
ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด
ตัวอย่าง 1 · องค์ประกอบของคลอรีน-37 ประจุลบ
สำหรับ ³⁷₁₇Cl⁻ จงหาโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
- เลขอะตอม Z = 17 จึงมีโปรตอน 17 ตัว และจำนวนนี้คงเดิมไม่ว่าอะตอมจะเป็นกลางหรือเป็นไอออน
- เลขมวล A = 37 จึงมีนิวตรอน A − Z = 37 − 17 = 20 ตัว
- ประจุ q = −1 และ q = p − e ดังนั้น e = 17 − (−1) = 18 ตัว
คำตอบ: โปรตอน 17, นิวตรอน 20, อิเล็กตรอน 18
ตรวจเหตุผล: ประจุสุทธิจากอนุภาคคือ 17(+) − 18(−) = −1; มวลนิวเคลียสเชิงเลขคือ 17 + 20 = 37
ตัวอย่าง 2 · ค่าเฉลี่ยมวลของโบรอน
ตัวอย่างสมมติประกอบด้วย ¹⁰B มวล 10.0129 u ร้อยละ 19.9 และ ¹¹B มวล 11.0093 u ร้อยละ 80.1 จงหามวลเฉลี่ย
- แปลงความชุกเป็นสัดส่วน: 0.199 และ 0.801 ซึ่งรวมกันได้ 1.000
- คำนวณค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก: (0.199 × 10.0129 u) + (0.801 × 11.0093 u) = 10.8110 u โดยประมาณ
- ปัดตามข้อมูลที่ให้ได้ประมาณ 10.81 u; ค่านี้เป็นค่าเฉลี่ยของตัวอย่าง ไม่ได้หมายความว่าไอโซโทปเดี่ยวมีมวล 10.81 u
คำตอบ: มวลอะตอมเฉลี่ย ≈ 10.81 u
ตรวจเหตุผล: ค่าเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 10.0129 u กับ 11.0093 u และอยู่ใกล้ไอโซโทปที่มีสัดส่วน 80.1% มากกว่า