การแปลความหมายเส้นสเปกตรัม

          นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองศึกษาเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนซึ่งพบว่าเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่ปรากฏในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้มี   4  เส้น      โดยมีความยาวคลื่น   410  434  486656 นาโนเมตร   ตามลำดับ      นอกจากนี้ยังได้ศึกษาเส้นสเปกตรัมของธาตุอื่นๆ   ก็พบว่าอิเล็กตรอนในอะตอมของแต่ละธาตุจะคายพลังงานได้บางค่าเท่านั้นแล้วมีเส้นสเปกตรัมเฉพาะตัวไม่ซ้ำกัน

              การที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ธาตุไฮโดรเจนเป็นตัวอย่างในการแปลความหมายของเส้นสเปกตรัมเพราะว่าอะตอมธาตุนี้มีอิเล็กตรอนเพียง 1  อิเล็กตรอน     และมีเส้นสเปกตรัมไม่ซับซ้อน       นอกจากนี้ยังพบว่าไม่ว่าจะทำการทดลองกี่ครั้งก็ตาม      เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนก็จะลักษณะเหมือนเดิมทุกครั้ง     จึงสรุปว่าอิเล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจน         นอกจากจะมีสถานะพื้นแล้วยังมีสถานะกระตุ้นได้หลายระดับซึ่งมีพลังงานต่าง ๆ   กัน        ค่าพลังงานของเส้นสเปกตรัมสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมจากระดับพลังงานสูงมายังระดับพลังงานต่ำ  

    ถ้าเราเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงพลังงานของอิเล็กตรอนเหมือนการเดินขึ้นบันไดที่นักเรียนเดินขึ้นไปในระดับความสูงที่แตกต่างกัน        นักเรียนจะพบว่าความแตกต่างของพลังงานจะมีค่าเท่ากันตลอด        ซึ่งจากการศึกษาธาตุไฮโดรเจนนักเรียนคิดว่าความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับที่อยู่ถัดกันไป      จะมีค่าเท่ากันตลอดหรือไม่
 

ตาราง   1.5   แสดงผลต่างระหว่างพลังงานของเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจน

             จากข้อมูลในตาราง 1.5  แสดงว่า   ความแตกต่างระหว่างพลังงานของแต่ละระดับที่อยู่ถัดกันจะไม่เท่ากัน      และความแตกต่างจะมีค่าน้อยลงเมื่อระดับพลังงานสูงขึ้น   จากข้อมูลนี้พอสรุปได้ว่า

1.      เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานในปริมาณที่เหมาะสม        อิเล็กตรอนจะขึ้นไปอยู่ในระดับ   พลังงานที่สูงกว่าระดับพลังงานเดิม     แต่จะไปอยู่ระดับใดย่อมขึ้นกับปริมาณพลังงานที่ได้รับ        การที่อิเล็กตรอนขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานสูงขึ้นทำให้อะตอมไม่เสถียร          อิเล็กตรอนจึงกลับมาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่า       ในการเปลี่ยนตำแหน่งอิเล็กตรอนจะคายพลังงานออกมา

2.      การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน   ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนระหว่างระดับพลังงานที่อยู่ติดกัน      แต่อาจมีการเปลี่ยนข้ามขั้นได้    อย่างไรก็ตามอิเล็กตรอนไม่สามารถรับพลังงานแล้วขึ้นไปอยู่ระหว่างระดับพลังงานได้

3.      ระดับพลังงานต่ำอยู่ห่างกันมากกว่าระดับพลังงานสูง      ระดับพลังงานยิ่งสูงขึ้นจะอยู่ชิดกันมากขึ้น

                จากความรู้เรื่องสเปกตรัม   นีลส์   โบร์   พ . ศ .  2428 – 2505  ( ค . ศ .  1885 – 1962 )  นักวิทยาศาสตร์ ชาวเดนมาร์ก     จึงสร้างแบบจำลองอะตอมขึ้นใหม่     โดยปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด      เพื่อให้เห็นลักษณะของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียส      แบบจำลองเป็นระดับพลังงานที่มีค่าพลังงานเฉพาะคล้ายๆ   กับวงจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์   และเรียกอิเล็กตรอนชั้นที่อยู่ใกล้นิวเคลียสที่สุดและมีพลังงานต่ำที่สุดว่าชั้น   K และชั้นถัด ๆ   ไปเป็น L  M  N ……  ตามลำดับ    ดังรูป     แต่ในปัจจุบันเรียกระดับพลังงานที่อยู่ใกล้นิวเคลียสที่สุดว่า   ระดับพลังงาน   n  =  1  และเรียกระดับพลังงานที่อยู่ถัดไปเป็น n  = 2  n  =  3  ตามลำดับ   ซึ่งตรงกับชั้น   K  L  M  ….. ในแบบจำลองอะตอมของโบร์

แบบจำลองอะตอมของโบร์ใช้ได้ดีกับอะตอมขนาดเล็กที่มีอิเล็กตรอนเดียว   เช่นไฮโดรเจนแต่ไม่สามารถใช้อธิบาย อะตอมที่มีหลายๆ         อิเล็กตรอนได้   นักวิทยาศาสตร์จึงได้มีการศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติมและเสนอแบบจำลองอะตอมใหม่ๆ   ขึ้น