แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

แบบจำลองขนมปังลูกเกด () หรือ แบบจำลองอะตอมของ เจ. เจ. ทอมสัน  ผู้ค้นพบอิเล็กตรอนเมื่อปี ค.ศ. 1897 เป็นแบบจำลองที่เสนอขึ้นในปี ค.ศ. 1904 ก่อนการค้นพบนิวเคลียสของอะตอม แนวคิดของแบบจำลองนี้คือ อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอน (ซึ่งเวลานั้นทอมสันยังเรียกว่า "คอร์พัสเคิล" ส่วน จี. เจ. สโตนีย์ เสนอให้เรียกอะตอมของไฟฟ้าว่า "อิเล็กตรอน" เมื่อปี 1894) ล้อมรอบด้วยทะเลของประจุลบเพื่อรักษาสมดุลกับประจุบวกของอิเล็กตรอน เปรียบเทียบประจุลบเหมือนเป็น "ลูกเกด" ที่ถูกล้อมรอบด้วยประจุบวก "ขนมปัง"  โดยที่อิเล็กตรอนนั้นอยู่กระจายทั่วไปในอะตอม แต่ด้วยโครงสร้างต่างๆ กันมากมาย แบบหนึ่งคือมีวงแหวนของอิเล็กตรอนด้วย บางครั้งก็กล่าวกันว่าอะตอมเป็น "กลุ่มเมฆ" ของประจุบวกแทนที่จะเป็นทะเล ด้วยแบบจำลองนี้ ทอมสันได้ละทิ้งสมมุติฐานดั้งเดิมของตนเกี่ยวกับ "เนบิวลาอะตอม" ที่ว่าอะตอมประกอบด้วยวงวนซึ่งจับต้องไม่ได้ 

เมื่อเปรียบกับทฤษฎีอะตอมในปัจจุบัน อย่างน้อยก็มีส่วนหนึ่งของอะตอมที่ประกอบด้วยคอร์พัสเคิลหรืออนุภาคประจุลบของทอมสัน แต่ส่วนประจุบวกนั้นคำอธิบายในแบบจำลองของทอมสันยังไม่ถูกต้อง

แบบจำลองของทอมสันถูกพิสูจน์ค้านด้วยการทดลองฟอยล์ทองคำของไกเกอร์-มาร์สเดนเมื่อปี ค.ศ. 1909  ซึ่งต่อมาได้รับการตีความจาก เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ในปี ค.ศ. 1911
 ว่ามีนิวเคลียสของอะตอมขนาดเล็กมากๆ บรรจุประจุบวกไว้อย่างหนาแน่น (ในกรณีของทองคำ มีประจุบวกมากพอจะรักษาสมดุลกับอิเล็กตรอน 100 ตัว) ซึ่งเป็นที่มาของแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด แม้ว่าทองคำจะมีเลขอะตอมเป็น 79 แต่ทันทีหลังจากที่บทความของรัทเทอร์ฟอร์ดเผยแพร่ออกมาในปี 1911 อันโตเนียส แวน เดน โบรก ก็เสนอแนวคิดทันทีว่าเลขอะตอมนั้น "เท่ากับ" จำนวนประจุนิวเคลียส ต่อมา เฮนรี มอสลีย์ทำการทดลองในปี 1913 ว่าประจุในนิวเคลียสนั้นมีค่าใกล้เคียงกับเลขอะตอมมาก (มอสลีย์พบว่ามันต่างกันแค่หน่วยเดียว)  ปีเดียวกันนั้นมีการนำเสนอแบบจำลองของบอร์ ซึ่งเสนอว่านิวเคลียสนั้นบรรจุประจุบวกเป็นจำนวนเท่ากับเลขอะตอม ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนจำนวนเท่ากันอยู่ในออร์บิทัล

แบบจำลองอะตอมตามทัศนะของทอมสัน

เซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (J.J Thomson) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้สนใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด  จึงทำการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของแก๊สขึ้นในปี พ.ศ. 2440 (ค.ศ. 1897)ทอมสันศึกษาแนวคิดที่ว่า ก๊าซสามารถนำไฟฟ้าได้ ถ้ามีสภาพเหมาะสม ซึ่งได้แก่ การจัดสภาพให้มีความต่างศักย์สูงมากๆ และความดันต่ำ โดยใช้หลอดแก้วสุญญากาศ ซึ่งประกอบด้วยวงจรไฟฟ้ากระแสตรงที่มีความต่างศักย์  10,000  โวลต์ ขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วบวก เรียกว่า แอโนด และขั้วลบ เรียกว่า  แคโทด  เมื่อผ่านไฟฟ้าเข้าไปในหลอดพบว่า เกิดลำแสงพุ่งจากแคโทด ไปยังแอโนด เรียกลำแสงนี้ว่า  รังสีแคโทด

ในปี  1895 หลังจากทอมสันได้ค้นพบอิเลคตรอน(จากการหาค่าประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีแคโทด) และเชื่อว่าอะตอมแบ่งแยกได้ โดยมีอิเลคตรอน เป็นส่วนประกอบหนึ่งของอะตอม  ทอมสันจึงสร้างแบบจำลองอะตอม ซึ่งแบบจำลองอะตอมของทอมสันจะมีลักษณะดังนี้

1. อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม

2. เนื้ออะตอมส่วนใหญ่จะเป็นประจุไฟฟ้าบวกและมีประจุลบกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ

3. ภาวะปกติอะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า(มีประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับประจุไฟฟ้าลบ)

4. ภาวะปกติอิเลคตรอนจะอยู่นิ่งในอะตอม

อย่างไรก็ตามแบบจำลองอะตอมของทอมสัน มีข้อบกพร่องอยู่หลาย ประการ เช่น

1.ไม่สามารถอธิบายได้ว่าประจุไฟฟ้าบวกยึดกันอยู่ได้อย่างไรทั้งๆที่มีแรงผลักทางคูลอบ์มซึ่งกันและกัน

2.ไม่สามารถอธิบายการเกิดสเปกตรัมได้

3.ธาตุนีออน(Neon)ซึ่งมีอิเลคตรอน 10 ตัว ธาตุโซเดียม(Na)มีอิเลคตรอน 11 ตัวการจัดเรียงตัวของอะตอมก็น่าจะคล้ายๆกันแต่ทำไมอิเลคตรอนตัวที่ 11 ของโซเดียมจึงหลุดจากอะตอมได้ง่ายกว่าอิเลคตรอนตัวที่ 10 ของธาตุนีออน

4.อธิบายไม่ได้ว่าทำไมโซเดียมจึงทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆได้ดีกว่านีออนทั้งๆที่การจัดเรียงตัวของอะตอมคล้ายๆกัน

อ้างอิง

พื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม
ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์
ฟิสิกส์อะตอม