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:
https://www.youtube.com/watch?v=HvVUtpdK7xw
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 Tsar Bomba ครับ:
https://www.youtube.com/watch?v=RNYe_UaWZ3U
มีเว็บประมาณความเสียหายจากระเบิดนิวเคลียร์ด้วยครับ นี่คือตัวอย่างถ้า Tsar Bomba ระเบิดเหนือกรุงเทพครับ:
Have you seen this optical illusion? Think you and the kids would like it: Squares or circles?
Yep, I plan this as one of the illusions to show to kids 😀
Thank you.