
Thai: 
 
 
 
 
สวัสดี นี่ครูพอล แอนเดอเสน กับวิดีโอในวิชาเคมีพื้นฐานหมายเลขที่  .....  007
เป็นเรื่องของแบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นแบบจำลองอะตอม
ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน
ก่อนที่เราจะหันมาใช้แบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัมอันนี้
เราเคยใช้แบบจำลองที่เราเรียกว่าแบบจำลองชั้นพลังงาน
ตัวอย่างเช่นอะตอมของนีออน ที่มีอิเลคตรอน 2 ตัว
อยู่ในชั้นพลังงานแรก แล้วก็จะมีอิเลคตรอนอีก 8 ตัวในชั้นถัดไป
ซึ่งเราก็รู้ได้จาก
ข้อมูลสเปกตรัม ต่อมาภายหลัง เราก็ได้ค้นพบเพิ่มเติมว่า มีความไม่แน่นอน
เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนเหล่านั้น เป็นลักษณะที่เพิ่มเติมเข้ามาในความรู้เรื่องอิเลคตรอน
ทำให้แบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัม ถูกนำมาใช้อธิบายแทน
ซึ่งอันที่จริง ทั้งแบบจำลองชั้นพลังงาน
และแบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัม ต่างก็มีความสามารถในการทำนายลักษณะต่างๆ
ของอะตอมได้ไม่แพ้กัน เพียงแต่มีความแตกต่างกัน
ในเรื่องของแนวคิดทฤษฎีเบื้องหลังในการมองว่าอะตอมมีลักษณะรูปร่างอย่างไรเท่านั้น
นั่นคือ ในขณะที่แบบจำลองชั้นพลังงาน มีพื้นฐานมาจาก
กฎของคูลอมบ์ ที่เน้นไปในเรื่องปฏิกริยาระหว่างโปรตอนกับอิเลคตรอน

English: 
 
 
 
 
Hi. It's Paul Andersen and this
is chemistry essentials video double O 7.
And it's on the quantum mechanical model.
In other word it's going to be our current
model of what an atom looks like. Before we
had this quantum mechanical model, we had
what was called a shell diagram. And so when
you would look at neon, neon had 2 electrons
in the first shell. And then it would have
8 electrons in the next shell. And we figured
that out by looking at spectral data. And
so what we've discovered since then is uncertainty
in those electrons. And a little bit more
of the characteristics of electrons. And so
this has kind of been replaced with the quantum
mechanical model. Now the shell model works
great at making predictions. And so does the
quantum mechanical model. They're just different
theoretical concepts of what an atom looks
like. And so our shell model really is based
on Coulomb's Law, which talks about the interactions
between protons and electrons. But there's

Thai: 
เราก็ได้ค้นพบลักษณะบางประการเกี่ยวกับอิเลคตรอนเพิ่มเติมเข้ามา
เรื่องนึงก็คือหลักความไม่แน่นอน
นั่นคือ เมื่อเรากำลังตรวจจับอิเลคตรอนนั้น การที่แสงที่เราใช้ในการตรวจจับ
เข้าไปกระทบกับอิเลคตรอนแล้วสะท้อน
กลับมาที่เครื่องตรวจ ได้ไปมีผลในการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของอิเลคตรอนไม่มากก็น้อย
จึงเป็นไปไม่ได้เลยที่เราจะรู้
ตำแหน่งและโมเมนตัมของอิเลคตรอนได้ในเวลาเดียวกัน
อันเป็นที่มาของหลักความไม่แน่นอน ..หมายความว่า
เราจะรู้ตำแหน่งของอิเลคตรอนได้ ในลักษณะของพื้นที่ความเป็นไปได้
(clouds of probability) เท่านั้น และเนื่องจากการที่อิเลคตรอนไม่มีวงโคจรที่แน่นอน
จึงได้มีการบัญญัติคำใหม่คือ ออร์บิตอล (orbital)
ซึ่งหมายถึงตำแน่งที่มีโอกาสในการพบอิเลคตรอนได้ในช่วงเวลานึง ขึ้นมา
เรื่องสำคัญอีกอันนึงก็คือ อิเลคตรอนนั้นมีทิศทางการโคจร (spin) ด้วย
นั่นคือทิศทางในการหมุนนั้น
ถ้าไม่หมุนไปตามเข็มนาฬิกา ก็จะหมุนทวนเข็ม
ผลสำคัญจากลักษณะอันนี้ก็คือ
จะมีอิเลคตรอนอยู่ในออร์บิตอลได้เพียงสองตัวเท่านั้น
ก็เป็นอันว่า แนวความคิดในเรื่องแบบจำลองแบบชั้นพลังงาน
จึงมีอันต้องยกเลิกไป หรือไม่ก็ต้องมีการปรับปรุงเพื่อให้สอดคล้องกับข้อมูลใหม่ที่ได้มา
จึงเป็นที่มาของแบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัม
มีการนำสมการเชิงซ้อนและคอมพิวเตอร์เข้ามาใช้ในการพัฒนาซอฟต์แวร์ที่จะมาช่วย
ทำนายลักษณะของอะตอม
กฎของคูลอมบ์นั้น ใช้ในการทำนายตำแหน่งของอิเลคตรอน

English: 
a couple of things about electrons that we
discovered. One was the uncertainty principle.
In other words when you're looking at an electron,
the act of light bouncing off of that and
coming back to you changes the momentum of
the electron. So you can never know both the
location and the momentum of an electron.
There's uncertainty there. And so they live
in these clouds of probability. And so since
they don't follow specific orbits, we came
up with this new term which is an orbital
which is where they're going to spend their
time. Another important thing about electrons
is they have spin. So they're going to either
have a clockwise magnetic spin or a counter-clockwise
magnetic spin. And as a result of that, you
can only have two in every orbital. And so
we really had to throw out this idea of the
shell, or at least modify it so it fit with
the data. And so now we have this quantum
mechanical model. And we can use complex equations
and computers to develop software that predicts
how atoms are really going to interact. So
Coulomb's Law remember predicted where electrons

Thai: 
ภายในอะตอมก็จะมีประจุบวก ส่วนภายนอกก็จะมีประจุลบ
ของอิเลคตรอน
ยิ่งมีขนาดประจุมากเท่าไร แรงที่ดึงดูดระหว่างกันก็จะมีมากขึ้นเท่านั้น
แต่ถ้าระยะห่างระหว่างกันเพิ่มขึ้น นั่นคือรัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้น
แรงอันนั้นก็จะลดลง
แต่แบบจำลองชั้นพลังงานก็ยังมีปัญหาอยู่สองอย่าง ข้อแรกคือ
อิเลคตอนนั้น จริงๆแล้วก็ไม่ได้เข้าไปอยู่ในวงโคจรที่ว่า
ซึ่งก็ได้พิสูจน์แล้วด้วยหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก
ส่วนอีกข้อนึงก็มาจากทิศทางการโคจร (spin) ที่บอกเราว่า
อิเลคตรอนในวงโคจรอันนึงนั้น จะมีได้เพียงแค่สองตัว
ความคิดที่ว่ามีอิเลคตรอนได้ 8 ตัวในวงโคจรจึงไม่เป็นที่ยอมรับอีกต่อไป
แนวคิดที่นำมาใช้แทนคือ ออร์บิตอล
ซึ่งถ้าเราเริ่มจากด้านในสุด เราก็จะเรียกอันแรกว่า
s ออร์บิตอล จากนั้นก็จะมีอันที่เราเห็นนี่ เรียกว่าขั้ว หรือ โพลาร์ (polar)
ซึ่งเราจะเรียกว่า p ออร์บิตอล ซึ่งอันที่จริงไม่ได้ย่อมาจาก polar
แต่จะเอาไปจำก็ได้
จากนั้น เราก็มี d ออร์บิตอล แล้วก็มี f ออร์บิตอล ซึ่งครูก็ไม่รู้ว่าครูมีรูปหรือเปล่า
โดยสรุปแล้ว ทั้งหมดนี้ก็คือตำแหน่งหรือพื้นที่ของความเป็นไปได้ที่จะมีโอกาสพบอิเลคตรอนนั่นเอง
แล้วเราก็มีแนวคิดเรื่องเลขควอนตัม ซึ่งสามตัวแรกจะบอกเราว่า

English: 
are going to be. You have these positive charges
on the inside. And you have these negative
charges of the electrons. And so the larger
these charges get, the larger the force holding
them together is going to be. But as they
move away, as the radius increases we're going
to decrease that force. But there's two problems
with that general shell model. Number one,
they don't flow in these specific orbits.
And that's because of Heisenberg's uncertainty
principle. And then the other one is that
spin means we can only have two electrons
in every orbital. And so this idea of 8 in
one shell is just not going to work. And so
there are these orbitals. And if we start
on the inside. The first one is going to be
called the s orbital. And then we move to
these things, which are polar. And so we call
those the p orbitals. They don't come from
polar but that's how I remember it. Then we
move into the d orbitals. And then we move
into the f orbitals. I don't know if I have
those. But essentially they're all of these
clouds of probability where electrons sit.
And so we have what are called quantum numbers.
And the first three are going to determine

Thai: 
ออร์บิตอลเหล่านั้น จะมีรูปร่างหน้าตาเป็นอย่างไร
ตัวแรกก็คือ n ซึ่งจะบอกขนาดของออร์บิตอล
ถ้า n มีค่ามาก ก็หมายความว่าพื้นที่ที่อิเลคตรอนอาจจะมีอยู่
ก็จะมีค่ามากไปด้วย
ถัดไปก็จะเป็น l ซึ่งจะหมายถึงรูปร่างของออร์บิตอลนั้น
ซึ่งอาจจะมีค่าเป็น s, a p, a d, or หรือ f
จากนั้น ก็จะเป็นเรื่องการจัดวาง (orientation) หรือ
m สับ l ซึ่งออร์บิตอล s จะมีการจัดวางอยู่อันเดียวเท่านั้น
ส่วน p สามารถมีได้ถึงสามแนว
จากนั้น ก็จะมีลำดับเป็น 1, 3, 5, 7 ไปเรื่อยๆ
การที่เราเพิ่มออร์บิตอลเข้าไปนั้น หมายความว่า
ตอนที่เราเพิ่มอิเลคตรอนเข้าไป เราก็จะเพิ่มอิเลคตรอนเข้าไปในออร์บิตอลของ
กลุ่มย่อย f มากกว่าที่เพิ่มเข้าไปในกลุ่ม p
จากนั้นจึงจะเป็นเรื่องของการเติมอิเลคตรอนในอีกทิศทาง (spin)
อย่างที่ได้พูดไปแล้ว เนื่องจากมีเรื่องของ spin เข้ามาเกี่ยวข้อง
ว่าจะเป็นทวนเข็มหรือตามเข็มนาฬิกาอย่างใดอย่างนึง เราจึง
มีอิเลคตรอนในวงโคจรได้เพียง 2 ตัวเท่านั้น
สิ่งนึงที่จะมาช่วยเราก็คือ ได้มีการนำเอาสมการชโรดิงเจอร์ (Schrodinger's equation)
เข้ามาช่วยทำนายตำแหน่งที่จะมีโอกาสพบอิเลคตรอน
ทำให้เราสามารถทำนายได้ทั้งรูปร่างลักษณะที่อะตอมควรจะเป็น
และผลจากลักษณะต่างๆ นั้น ในเชิงปฏิกริยาด้วย

English: 
what that orbital looks like. So the first
one is going to be n. And that's going to
be the size of the orbital. As n gets larger
than that area which those electrons are going
to be is going to get larger. We next have
l with is going to be that shape of that orbital.
It could be an s, a p, a d, or an f. Then
we move into the orientation, which is going
to be m sub l. And so s can only have one
orientation. p can have three orientations.
And so it just goes 1, 3, 5, 7. And so when
we're adding in an orbital diagram, as we're
adding electrons to it we're going to put
a lot more electrons in the orbitals of the
f subgroup then we are of for example the
p. And then there's going to be the spin.
And since those electrons have spin, it's
counter clockwise or clockwise, we can only
put 2 in every orbital. And so what we can
do is we can develop, Schrodinger's equation
is an example of that, that's going to predict
where these electrons are found. And by doing
that we can predict not only what an atom
looks like but how atoms are going to interact.

English: 
And it's so complex that lots of times we
need computers to do the math. And so did
you learn how the quantum mechanical model
can refine the classical shell model? Well
I would point you to these two things. Uncertainty
of the electrons and the spin. And it's not
like we throw out the shell model. It's just
that we're getting better and better models
of what an atom looks like based on the data
that we're getting. We'll talk about that
in the next video. But I hope that was helpful.

Thai: 
สมการนี้ค่อนข้างซับซ้อน จนบางครั้งต้องใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในการคำนวณ
หวังว่านักเรียนคงได้เรียนรู้แล้ว ว่าแบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัมนั้น ได้เข้ามาช่วย
อธิบายลักษณะของอะตอมเพิ่มเติมขึ้นมาจากแบบจำลองชั้นพลังงานได้อย่างไร?
ครูจะเน้นอยู่สองเรื่องที่เข้ามามีบทบาทนี้ คือความไม่แน่นอนของอิเลคตรอน
และทิศทางการโคจรของอิเลคตรอน (spin)
และไม่ใช่ว่าเราจะเลิกใช้แบบจำลองชั้นพลังงานไปโดยสิ้นเชิง
เพียงแต่ว่าเรามีอีกแบบจำลองนึงที่ดีกว่า ในการที่
จะช่วยอธิบายรูปร่างลักษณะของอะตอมที่ควรจะเป็น และสอดคล้องกับข้อมูลที่ตรวจวัดได้ ซึ่งเราจะได้อธิบายในวิดีโอถัดไป
ครูหวังว่าพวกเราคงจะได้เรียนรู้ไปบ้าง
