สอนวิทย์มัธยม 1: โมเลกุล อะตอม และธาตุ (แต่เราตื่นเต้นเรื่องระเบิดนิวเคลียร์มากกว่า)

วันนี้ผมคุยกับเด็กๆเรื่องอะตอมครับ เมื่อวันพุธเด็กๆสังเกตปรากฎการณ์ไฟฟ้าต่างๆกัน รู้จักประจุไฟฟ้า วันนี้เราเลยคุยกันต่อว่าประจุไฟฟ้ามันอยู่ที่ไหนกัน

ผมเล่าให้เด็กๆฟังว่าของทั้งหลายที่อยู่รอบตัวเรามันมีส่วนประกอบเล็กๆอยู่เรียกว่าโมเลกุล (เช่นน้ำมีโมเลกุลที่เรียกว่า H2O )โมเลกุลเองก็มีส่วนประกอบที่เรียกว่าอะตอม (เช่น H2O ประกอบด้วย H ไฮโดรเจนสองตัว และ O ออกซิเจนหนึ่งตัว)

อะตอมมีหลายชนิด แต่ละชนิดจะมีส่วนประกอบที่เรียกว่าโปรตอน นิวตรอน และอิเล็คตรอนเป็นจำนวนต่างกัน โปรตอนจะมีประจุไฟฟ้าบวก นิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า อิเล็คตรอนจะมีประจุไฟฟ้าลบ มวลของโปรตอนและนิวตรอนมีขนาดใกล้ๆกันโดยนิวตรอนหนักกว่านิดนึง และอิเล็คตรอนจะเบากว่าโปรตอนประมาณ 2,000 เท่า (ลิงก์อ่านเพิ่มภาษาอังกฤษ: atom)โดยปกติสิ่งของต่างๆจะเป็นกลางทางไฟฟ้า คือไม่มีประจุบวกหรือลบเกิน อะตอมของธาตุต่างๆจึงมีจำนวนอิเล็คตรอนเท่ากับโปรตอน ทำให้ประจุบวกมีจำนวนเท่ากับประจุลบ และหักล้างกันไปเป็นศูนย์

เราแยกชนิดอะตอมตามจำนวนโปรตอนของมัน อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันจะเรียกว่าเป็นธาตุชนิดเดียวกัน (ลิงก์อ่านเพิ่มภาษาอังกฤษ: element)

โปรตอนและนิวตรอนจะรวมกันอยู่เป็นก้อนเล็กๆตรงกลางอะตอม เรียกบริเวณนั้นว่านิวเคลียส อิเล็คตรอนจะอยู่วิ่งไปมาอยู่รอบๆนิวเคลียสแต่อยู่ตรงไหนเป๊ะๆก็ไม่รู้ ขนาดของบริเวณที่อิเล็คตรอนวิ่งไปวิ่งมาเรียกว่าเป็นขนาดอะตอม มีขนาดประมาณ 1 อังสตรอม (1 Å) หรือ 1/10 ของนาโนเมตร นิวเคลียสจะเล็กไปกว่านั้นประมาณแสนถึงหมื่นเท่า

โปรตอนที่อยู่ใกล้ๆกันในนิวเคลียสมีประจุบวกเหมือนๆกัน จึงผลักกัน แต่ในระยะสั้นๆแบบในนิวเคลียส จะมีแรงอีกแบบหนึ่งที่ทำให้โปรตอนและนิวตรอนดูดกันอยู่เรียกว่าแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม หรือ strong nuclear force (ถึงตอนนี้ผมเล่าให้เด็กฟังว่าแรงพื้นฐานมีสี่อย่างคือแรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์เข้ม และแรงนิวเคลียร์อ่อน ผมเล่าให้ฟังว่าเมื่อก่อนคนนึกว่าแรงแม่เหล็กกับแรงไฟฟ้าเป็นแรงคนละแบบแต่เราพบว่าทั้งสองอย่างเป็นแรงแบบเดียวกัน ขึ้นกับการเคลื่อนที่ของคนวัดแรงเทียบกับตำแหน่งของประจุไฟฟ้า)

นิวเคลียสของธาตุชนิดเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่จำนวนนิวตรอนต่างกันได้บ้าง เราเรียกอะตอมที่มีโปรตอนเท่ากันแต่นิวตรอนไม่เท่ากันว่าไอโซโทป

จำนวนโปรตอนเรียกว่า Atomic Number จำนวนโปรตอนและนิวตรอนรวมกันเรียกว่า Mass Number ครับ

ผมเอาตารางธาตุมาให้เด็กๆดู ให้เห็นว่าธาตุเบาที่สุดแต่มีมากที่สุดในจักรวาลคือไฮโดรเจน ต่อไปก็คือฮีเลียมที่มีมากเป็นอันดับสอง บอกเด็กๆว่าธาตุในคอลัมน์เดียวกันจะมีคุณสมบัติไปในทางเดียวกัน แล้วให้เด็กดูการใส่โลหะในคอลัมน์หนึ่ง (Li, Na, K, Rb, Cs ) ไปในน้ำ ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจน และมีความร้อนทำให้ติดไฟและระเบิด:

ตารางธาตุครับ
ตารางธาตุครับ

เราคุยกันเรื่องที่ว่าสำหรับธาตุหนักๆที่อะตอมมันมีโปรตอนมากๆ จำนวนนิวตรอนก็ยิ่งต้องมากกว่า เพื่อให้ไปช่วยดูดให้โปรตอนไม่กระเด็นออกจากกัน แต่บางทีโปรตอนก็กระเด็นออกจากกันทำให้นิวเคลียสแตกเป็นสองนิวเคลียส กลายเป็นธาตุแบบอื่นไป บางทีนิวเคลียสก็แตกง่ายขึ้นถ้ามีอะไรวิ่งไปชน (เช่นนิวตรอนวิ่งเข้าไปชน) การเปลี่ยนชนิดธาตุแบบนี้สามารถปล่อยพลังงานออกมา คนเอามาใช้ทำระเบิด ธาตุเบาๆเช่นไฮโดรเจนก็เอามารวมกันเป็นธาตุหนักขึ้นแล้วปล่อยพลังงานได้ครับ คนก็เอามาทำระเบิดที่แรงขึ้นไปอีกเหมือนกัน

เราคุยกันเรื่องระเบิดนิวเคลียร์ว่าลูกมันใหญ่แค่ไหน แรงระเบิดใหญ่แค่ไหน เช่นระเบิดที่ไปลงในญี่ปุ่นในสงครามโลกครั้งที่สองที่เรียกว่า Little Boy และ Fatman มีขนาดยาวไม่กี่เมตร แรงระเบิดเทียบได้กับระเบิด TNT เป็นหมื่นตัน  ระเบิดนิวเคลียร์ขนาดใหญ่ที่สุดที่ทดลองชื่อ Tsar Bomba มีแรงระเบิดประมาณ TNT 50 ล้านตัน

ระเบิด Little Boy และ Fat Man ที่ไปลงที่ฮิโรชิมาและนางาซากิครับ
ระเบิด Little Boy และ Fat Man ที่ไปลงที่ฮิโรชิมาและนางาซากิครับ

ระเบิด Tsar Bomba ครับ:

มีเว็บประมาณความเสียหายจากระเบิดนิวเคลียร์ด้วยครับ นี่คือตัวอย่างถ้า Tsar Bomba ระเบิดเหนือกรุงเทพครับ:

ความเสียหายจากระเบิดนิวเคลียร์ใหญ่ที่สุดที่เคยทดสอบชื่อ Tsar Bomba เหนือกรุงเทพ
ความเสียหายจากระเบิดนิวเคลียร์ใหญ่ที่สุดที่เคยทดสอบชื่อ Tsar Bomba เหนือกรุงเทพ

 

 

2 thoughts on “สอนวิทย์มัธยม 1: โมเลกุล อะตอม และธาตุ (แต่เราตื่นเต้นเรื่องระเบิดนิวเคลียร์มากกว่า)”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *