1 Properties of the periodic table - SRI AYUDHYAChemistry I 5 Properties of the periodic table ตารางท 6 สมบ ต บางประการของสารประกอบออกไซด

Chemistry I

1 Properties of the periodic table

เรอง สมบตของสารประกอบของธาตตามคาบ ในหวขอนจะไดศกษารายละเอยดเกยวกบสมบตของสารประกอบของธาตทอยในคาบเดยวกนโดยเฉพาะสารประกอบคลอไรด ออกไซด และซลไฟด ธาตในคาบเดยวกนทจะศกษาเกยวกบสมบตของสารประกอบ ไดแก ธาตคาบท 2 และ 3 ธาตในคาบท 2 ม 8 ธาต เรยงตามเลขอะตอมจากนอยไปหามากคอ Li, Be, B, C, N, O, F และ Ne ธาตในคาบท 3 ม 8 ธาต เรยงลาดบตามเลขอะตอมจากนอยไปหามากคอ Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl และ Ar ธาตเหลานมสมบตตางๆ พอจะสรปเปรยบเทยบไดดงน

ตารางท 1 สมบตบางประการของธาตในคาบท 2

สมบต \ ธาต Li Be B C

แกรไฟตN O F Ne

เลขอะตอม การจดเรยงอเลกตรอน มวลอะตอม IE1 (kJ/mol) อเลกโทรเนกาตวต รศมอะตอม (pm)* ความหนาแนน(g/cm3) ปรมาตรตอโมล (cm3) จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด(0C) ความรอนแฝงของการหลอมเหลว (kJ/mol) ความรอนแฝงของการเกดไอ (kJ/mol) การนาไฟฟา(ohm-1cm-4) การนาความรอนท 25 0C (J/cm.S.K)

3 2,1 6.9 526 1.0 123 0.53 13.1 180 1330 3.0

135

8

0.71

42,2 9.0 906 1.5 89

1.85 4.9

1280 2480 11.7

295

51 1.6

52,3 10.8 807 2.0 80

2.34 4.6

2030 3930 22.2

539

-

0.01

62,4 12.0 1093 2.5 77

2.26 5.3

3500 - -

717

0.14 0.24

72,5 14.0 1407 3.0 74 0.8 17.3 -210 -200 0.36

2.8

- -

8 2,6 16.0 1320 3.5 74

1.15 14.0 -218 -180 0.22

3.4

-

0.00025

9 2,7 19.0 1687 4.0 72 1.5 17.1 -220 -190 0.26

3.3

-

0.00025

102,8 20.2 2087

- 160 1.2 16.7 -249 -245 0.33

1.8

-

0.00042

ชนดของธาต โลหะ โลหะ กงโลหะ กงโลหะ อโลหะ อโลหะ อโลหะ อโลหะชนดโครงสราง โลหะโมเลกลใหญ โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลอะตอมค อะตอมชนดของพนธะ พนธะโลหะ พนธะโคเวเลนต - * หมายถง รศมโคเวเลนต ยกเวน Ne หมายถงรศมวนเดอรวาลส ** ความหนาแนนของ N, O, F และ Ne พจารณาจากสถานะของเหลว

Chemistry I


ตารางท 2 สมบตบางประการของธาตในคาบท 3 สมบต \ ธาต Na Mg Al Si P

(ขาว) S

รอมบก Cl Ar

เลขอะตอม การจดเรยงอเลกตรอน มวลอะตอม IE1 (kJ/mol) อเลกโทรเนกาตวต รศมอะตอม (pm)* ความหนาแนน(g/cm3) ปรมาตรตอโมล (cm3) จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด(0C) ความรอนแฝงของการหลอมเหลว (kJ/mol) ความรอนแฝงของการเกดไอ (kJ/mol) การนาไฟฟา(ohm-1cm-4) การนาความรอนท 25 0C (J/cm.S.K)

11 2,8,1 23.0 502 0.9 157 0.97 23.7 98 890 2.60

89.0

10

1.34

122,8,2 24.3 744 1.2 136 1.74 14.6 649 1120 8.95

128.7

16 1.6

132,8,3 27.0 504 1.5 125 2.7 10.0 660 2450 10.75

293.7

38 2.1

142,8,4 28.1 793 1.8 117 2.33 12.1 1410 2680 46.4

376.7

4

0.84

152,8,5 31.0 1018 2.1 110 2.35 16.9 44 280 0.63

12.4

10-16

-

16 2,8,6 32.1 1006 2.5 104 2.07 15.6 113 445 1.41

9.6

10-22

0.00029

17 2,8,7 35.5 1257 3.0 99

1.56 22.8 -101 -34 3.20

10.2

-

0.00008

182,8,8 39.9 1527

- 192 1.40 28.5 -189 -186 -1.18

6.5

-

0.00017

ชนดของธาต โลหะ กงโลหะ อโลหะ ชนดโครงสราง โลหะโมเลกลใหญ โมเลกลใหญ โมเลกลค อะตอมชนดของพนธะ พนธะโลหะ พนธะโคเวเลนต - * หมายถง รศมโคเวเลนต ยกเวน Ar หมายถงรศมวนเดอรวาลส ** ความหนาแนนของ Cl และ Ar พจารณาจากสถานะของเหลว

Chemistry I


จากสตรของสารประกอบของธาตในคาบท 2 และ 3 ตอไปจะศกษาสมบตบางประการ เชน จดหลอมเหลว จดเดอด ความเปนกรดเบสของออกไซดของสารประกอบดงกลาว

ตารางท 3 สมบตบางประการของสารประกอบคลอไรดของธาตในคาบท 2 สมบต \ สตร LiCl BeCl2 BCl3 CCl4 NCl3 Cl2O ClF

สถานะ ของแขง ของแขง กาซ ของเหลว ของเหลว กาซ กาซโครงสรางโมเลกล โมเลกลใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)

610 1350

405520

-10712

-2377

-2771

-20 4

-154-101

การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย

ละลาย กลาง

ละลายกลาง

ละลายกรด

ไมละลาย-

ไมละลาย -

ละลาย กรด


การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว

นา นาเลกนอย

ไมนา ไมนา ไมนา ไมนา ไมนา

ตารางท 4 สมบตบางประการของสารประกอบคลอไรดของธาตในคาบท 3 สมบต \ สตร NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl3 SCl2 Cl2

สถานะ ของแขง ของแขง ของเหลว ของเหลว ของเหลว ของเหลว กาซโครงสรางโมเลกล โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)

810 1465

7121418

193180

-6857

-9174

-80 54

-101-35

การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย pH ของสารละลาย

ละลาย กลาง

7.0

ละลายกลาง

7.0



3.0


2.0


2.0


2.0


นา นา

นาเลกนอย ไมนา ไมนา ไมนา ไมนา

Chemistry I


จะเหนไดวาคลอไรดของธาตในคาบท 2 และคาบท 3 มแนวโนมการเปลยนแปลงสมบตตางๆ คลายกน เชน 1. คลอไรดของโลหะจะเปนของแขงทโมเลกลขนาดใหญ เปนสารประกอบไอออนก จงมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก ทาใหจดหลอมเหลวและจดเดอดสง และเมอหลอมเหลวจะนาไฟฟาไดเพราะไอออนสามารถเคลอนทได คลอไรดของอโลหะเปนโมเลกลเลกๆ ซงยดเหนยวกนดวยแรงวนเดอรวาลสทาใหจดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางตา จะเหนไดวาจดหลอมเหลวและจดเดอดของคอลไรดมแนวโนมลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน 2. การละลายนาของสารประกอบคลอไรด ถาเปนคลอไรดของโลหะ เมอละลายนาจะแตกตวเปนไอออนโดยมโมเลกลของนามาลอมรอบสวนใหญสารละลายจะแสดงสมบตเปนกลางหรอเปนกรดเลกนอย เชน

NaCl (s) OH2 Na+ (aq) + Cl- (aq)

MgCl2 (s) OH2 Mg2+ (aq) + 2Cl- (aq) ในขณะทคลอไรดของอโลหะ เมอละลายนาจะเกดปฏกรยากบนา ทาใหสารละลายแสดงสมบตเปนกรด เชน

PCl3 (l) + 3H2O (l) H3PO3 (aq) + 3H+ (aq) + 3Cl- (aq)

SiCl4 (l) + 2H2O (l) SiO2 (s) + 4H+ (aq) + 4Cl- (aq)

2S2Cl2 (l) + 2H2O (l) 3S (s) + SO2 (aq) + 4H+ (aq) + 4Cl- (aq)

ตารางท 5 สมบตบางประการของสารประกอบออกไซดของธาตในคาบท 2

สมบต \ สตร Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5 OF2

สถานะปกต ของแขง ของแขง ของแขง กาซ ของแขง กาซโครงสรางโมเลกล โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)

1700 1200

25303900

4601860

-57-78.5

30 47

-224-144.8

การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย สมบตกรด-เบสของออกไซด

ละลาย เบส

เบส


แอมโฟเทอรก

ละลายเลกนอยกรด

กรด


กรด


กรด


กรด


นา นา

นาเลกนอย ไมนา ไมนา ไมนา

Chemistry I


ตารางท 6 สมบตบางประการของสารประกอบออกไซดของธาตในคาบท 3 สมบต \ สตร Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO2 Cl2Oสถานะปกต ของแขง ของแขง ของแขง ของแขง ของแขง กาซ กาซ

โครงสรางโมเลกล โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)

1275 -*

28563600

20722980

17032230

580-585 300*

-72.7 -10

-203.8*

การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย สมบตกรด-เบสของออกไซด

ละลาย เบส

เบส

ละลายเบส

เบส


แอมโฟ เทอรก


กรด


กรด


กรด


กรด


นา นา

นา นาไดเลกนอย

ไมนา ไมนา ไมนา

* ระเหด จากสมบตตางๆ ของออกไซดในตารางจะเหนวามแนวโนมการเปลยนแปลงคลายกนทงคาบท 2 และคาบท 3 1. จดหลอมเหลวและจดเดอด จดหลอมเหลวและจดเดอดของออกไซดของธาตทางซายของคาบท 2 และ 3 ซงเปนโลหะมคาสงเนองจากเปนสารประกอบไอออนก มโครงสรางของโมเลกลใหญมาก แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก ในขณะทออกไซดของธาตทางขวาของคาบ ซงเปนอโลหะ จะมจดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางตา เพราะเปนสารโคเวเลนต เปนโมเลกลเดยวขนาดเลกมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอย ดงนน Li2O, Na2O , MgO และ Al2O3 จงมจดหลอมเหลวสง CO2 NO2 OF2 SO3 และ Cl2O7 จงมจดหลอมเหลวตา สาหรบ B2O3 และ SiO2 แมวาจะเปนสารประกอบโคเวเลนต แตเนองจากเปนสารประกอบประเภทโครงผลกรางตาขาย จงทาใหจดหลอมเหลวและจดเดอดสง 2. การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว ออกไซดของโลหะและกงโลหะ เชน Li2O , BeO , B2O3 Al2O3 MgO มสมบตของสารประกอบไอออนก เมอทาใหหลอมเหลวจงสามารถนาไฟฟาได ในขณะทออกไซดของอโลหะเปนสารประกอบโคเวเลนต ถงแมวาจะทาใหหลอมเหลวกไมสามารถนาไฟฟาได

Chemistry I


3. การละลายนาและสมบตกรด-เบสของออกไซด เนองจากโครงสรางออกไซดของธาตในคาบเดยวกนมแนวโนมเปลยนจากไอออนกเปนโคเวเลนต เมอเลขอะตอมเพมขน ซงจะเปนเหตผลหนงในการใชอธบายเกยวกบการทาปฏกรยากบนาของออกไซด พวกไอออนกออกไซดจะม O2- อยในโครงผลกซงทาใหออกไซดเหลานทาปฏกรยากบนาอยางรนแรง ไดสารละลายเบส เชน ออกไซดของหม IA

Li2O (s) + H2O (l) 2Li+ (aq) + 2OH- (aq)

Na2O (s) + H2O (l) 2Na+ (aq) + 2OH- (aq) นอกจากจะทาปฏกรยากบนาอยางรนแรงแลวยงทาปฏกรยากบกรดไดอยางรนแรงดวย เชน

Na2O (s) + 2H+ (aq) 2Na+ (aq) + H2O (l) สาหรบออกไซดของหม IIA ถงแมวาจะม O2- แบบหม IA แตเนองจาก O2- ยดเหนยวกบแคทไอออนหม IIA แนนเกนไป ดงนนจงทาปฏกรยากบนาหรอกรดอยางชาๆ ไมรนแรงเหมอนหม IA ทาใหการละลายของออกไซดหม IIA เกดขนเพยงเลกนอย เชน

MgO (s) + H2O (l) Mg2+ (aq) + 2OH- (aq)

MgO (s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2O (l) สาหรบ BeO ไมละลายนาแตทาปฏกรยาทงกรดแลเบส จงเรยกวา แอมโฟเทอรกออกไซด (amphoteric oxide)

BeO (s) + 2H+ (aq) Be2+ (aq) + H2O (l)

BeO (s) + 2OH- (aq) + H2O (l) Be(OH)42- (aq)

สาหรบออกไซดทเหลอในคาบท 2 และคาบท 3 จะมสมบตเปนกรดคอ ละลายนาแลวไดสารละลายแสดงสมบตเปนกรด หรอสามารถทาปฏกรยากบเบสได ยกเวน CO, OF2 , N2O , NO และ ClO2 จดวาเปน nutral oxide เนองจากไมละลายนา ไมทาปฏกรยากบกรดหรอเบส

B2O3 (s) + 3H2O (l) 2H3BO3 (aq)

CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq)

CO2 (g) + OH- (aq) HCO3- (aq)

หรอ CO2 (g) + 2OH- (aq) CO32- + H2O (l)

2NO2 (g) + H2O (l) HNO3 (aq) + HNO3 (aq) SiO2 ไมทาปฏกรยากบนาแตทาปฏกรยากบเบส ออกไซดทเหลอทาปฏกรยากบนา

SiO2 (s) + 2OH- (aq) SiO32- (aq) + H2O (l)

P4O10 (s) + 6H2O (l) 4H3PO4 (aq)

โดยสรป ออกไซดของโลหะ แสดงสมบตเปนเบส ออกไซดของกงโลหะแสดงสมบตเปนทงกรดและเบส (แอมโฟเทอรก) และออกไซดของอโลหะแสดงสมบตเปนกรด สรปแนวโนมไดดงน

Chemistry I


ตารางท 7 แนวโนมในการเปนกรด-เบสของออกไซดในคาบท 2 และ 3 มาก ความเปนกรดเพมขน มากทสด

คาบท 2 Li2O เบส

BeOเบส-กรด

B2O3

กรด CO2

กรด N2O5 กรด

O2 -

OF2

กรด คาบท 3 Na2O

เบส MgOเบส

Al2O3

เบส SiO2

กรด P4O10 กรด

SO2 กรด

Cl2Oกรด

นอย เลขอะตอม

8 Prop

เข d - orbเรยกวา orbital ในหมเดแถวในแ

perties of t

ธาตแทรนซ

ขต s และ เขต

โดยทวไปธาital ไมเตม จดวธาตอนเนอรแทกอนโลมวาเปน

ธาตแทรนซยวกน โดยแบง

แนวดง

the periodic

******ซชน หมายถง ก

รปท

p คอ ธาตกลมาตแทรนซชนจะวาเปนกลมธาตทรนซชน (inneนธาตแทรนซชนซชนจดเปนหม เปน 8 หม คอห

c table

เร**************กลมธาตซงอยระ

ท 1 แสดงตาแห

ม A เรยกวา ธาะมการจดเรยงอแทรนซชนหลก

er transition eน และคาบแบบเดหมท IB ถง VIIIB

Chemistry

รอง ธาตแทรน**************ะหวางหม IIA แ

นงของกลมธาต

าตเรพพรเซนเตอเลกตรอนใน ก (main transielement) สาห

ดยวกบโลหะแลB สาหรบหม V

y I

นซชน **************และหม IIIA หรอ

ตแทรนซชนในต

ตทฟ เขต d และd หรอใน f ition elementหรบ Zn , Cd

ละอโลหะทวๆ VIIIB ม 3 แถวใ

*********** อธาตทอยในเขต

ตารางธาต

ะ เขต f คอกลม- orbital ไม

t) พวกทมอเลกและ Hg แมว

ไป ธาตแทรนซในแนวดง ทาให

ต d และเขต f

ม B เรยกวา ธามเตม พวกทมอกตรอนใน f - oาจะมอเลกตรอ

ซชนทมสมบตคหธาตแทรนซชน

ตแทรนซชน อเลกตรอนใน rbital ไมเตม

อนเตมใน d -

ลายกนจะอยนมทงหมด 10

9 Prop

29 ) ธาต อะตอม 57 - 79 - 71) ธา เหลานม ชน สงเคราะ ทด (Ag 3400 0C

perties of t

ธาตแทรนซ1. อนกรมแ

ตเหลานอเลกตร2. อนกรมแ

39 - 47 ) ธาต3. อนกรมแ

) ธาตเหลานอ4. อนกรมแ

าตเหลานมอเลก5. อนกรมแ

อเลกตรอนใน 5สาหรบอนก

ธาตแทรนซะหขน (man m

บางธาตเปนมการนาความ

C )

the periodic

ซชนแบงออกเปนแทรนซชนท 1 (รอนใน 3d - orแทรนซชนท 2 เหลานอเลกตรอแทรนซชนท 3 เลกตรอนใน 5dแลนทาไนด (lanกตรอนใน 4f - oแอคตไนด (acti5f - orbital ไมกรมแลนทาไนด

ซชนทงหมดรวมmade elementนกมมนตรงส เชมรอนและไฟฟา

c table

รปท 2 ตารานคาบ โดยทแต(first transitiorbital ไมครบ(second tran

อนใน 4d - orb(third transitiod - orbital ไมnthanide serieorbital ไมครบinide series) คมครบ และแอคตไนด

กนมจานวนมากt) เชน ธาตเลขอชน Es, Am, Puดทสด) เปนขอ

Chemistry

างธาตแสดงเฉพตละคาบมชอเรยn series) คอ ธ

nsition seriesbital ไมครบ on series) คอ

มครบ es) คอธาตอนเ คอ ธาตอนเนอ

จดอยในสวนล

กกวาครงหนงขอะตอมตงแต 9u ธาตแทรนซชองแขงทมจดหล

y I

พาะธาตแทรนซชยกตางๆ กนดงนธาตแทรนซชนแ

s) คอ ธาตแทร

อ ธาตแทรนซชน

นอรแทรนซชน

รแทรนซชนตงแ

ลางของตารางธ

ของธาตทงหมด 93 - 103 ชนทงหมดจดวาอมเหลวสง

ชน น แถวแรกตงแต S

รนซชนแถวท 2

นในแถวท 3 ตง

ตงแตธาต Ce ถ

แต Th ถง Lr (

ธาต แยกออกจ

บางธาตไ

เปนโลหะ เปนต (W เปนธา

Sc ถง Cu (เลข

2 ตงแตธาต Y

งแต La ถง Au

ถง Lu (เลขอะต

(เลขอะตอม 90

จากกลมธาตหล

ไมมอยในธรรมช

ตวนาไฟฟาและาตทมจดหลอม

ขอะตอม 21 -

ถง Ag (เลข

u (เลขอะตอม

ตอมตงแต 58

0 - 103) ธาต

กของแทรนซ

ชาตแตมนษย

ะนาความรอนเหลวสงสดถง

10 Prop

สมบตข ธาตแทร เดยว แมเหลกแมเหลก นอกสดไ เหมอนก กน

perties of t

ของธาตแทรนการทธาตแท

รนซชนเปนดงน 1. มเลขออ

2. ธาตแทรกไดเมอนาไปวางกได

3. สารประก4. ธาตแทร5. มเวเลนต

ไมครบ 18 (ยกเ6. รศมอะ

กบธาตในคาบเด7. มจดหลอ8. ความหน9. คา IE1 ,

10. อเลกโท11. เปนโลห

the periodic

นซชน ทรนซชนมสมบกซเดชนมากกว

รนซชนเปนโลหงไวในสนามแมเ

กอบสวนใหญ มนซชนมแนวโนมตอเลกตรอนเทาเวน Cu และ Zะตอมมแนวโนมดยวกนทวๆ ไป)อมเหลวและจดนาแนนเพมขน เ, IE2 , และ IE3

ทรเนกาตวตมแนหะทนาความรอ

รปท 3 ก

c table

บตแตกตางจากโ

วา 1 คา ยกเวน

ะ จงดงดดกบแเหลกนานๆ นอ

มส (ยกเวนหม มทจะเกดสารปากบ 2 (ยกเวนn) ลดลงจากซายไป) เดอดคอนขางสเมอเลขอะตอมเ

3 มแนวโนมเพ

นวโนมเพมขน เอนและนาไฟฟาไ

กราฟแสดง IE1

Chemistry

โลหะทวๆ ไป ท

นหม IIIB เชน

แมเหลก และมอกจากนยงมสาร

IIIB) ซงเปนสขประกอบเชงซอนน Cr, และ Cu

ปขวาของคาบ

สง เพราะมพนธเพมขน เนองจามขนเมอเลขอะ

เมอเลขอะตอมไดดเหมอนกบโ

, IE2 , และ IE3

y I

ทาใหตองแยกออ

Sc เปน +3 คา

บางธาต เชน Fรประกอบของธ

ของไอออนเชงซนได มเวเลนตอเลก

(หรอเมอเลขอ

ะโลหะ ากมวลเพมขนขะตอมเพมขน แต

เพมขน โลหะทวๆ ไป ท

3 ของธาตแทรน

อกเปนกลมๆ ต

าเดยว และหม

Fe, Co, และ าตแทรนซชนอ

อนของธาตแทร

กตรอนเทากบ 1

อะตอมเพมขน

ณะทขนาดเลกลตคาตางกนไมม

ทงนเพราะมพนธ

นซชนคาบท 4

ตางหาก ลกษณ

IIB (Zn, Cd)

Ni สามารถแสอกหลายชนดทส

รนซชน

1) และอเลกตร

รศมอะตอมจะ

ลง มากนก เพราะข

ธะโลหะ

ะทสาคญของ

เปน +2 คา

สดงสมบตเปนสามารถดดกบ

รอนถดจากวง

ะเลกลง) ซง

นาดใกลเคยง

Chemistry I


ตารางท 8 ตวอยางสารประกอบของธาตกลม A เปรยบเทยบกบกลม B กลม A กลม B

หม ตวอยางสตรสารประกอบ หม ตวอยางสตรสารประกอบ IA IIA IVA VA VIA VIIA

NaCl, KCl CaCl2 BaCl2 CCl4 CO2 SO4

2- , POCl3 SO4

2- S2O72-

ClO4- , Cl2O7

IBIIB IVB VB VIB VIIB

CuCl , AgClZnCl2 , CdCl2 TiCl4 , TiO2 VO4

3- , VOCl3 CrO4

2- , Cr2O72-

MnO4- , Mn2O7

การจดอเลกตรอนของธาตแทรนซชน โดยทวๆ ไป การจดอเลกตรอนลงใน orbital ตางๆ ของธาตจะตองจดในระดบพลงงานทตากวาจนเตมกอนแลวจงจะจดใหอยในระดบทสงขน สาหรบธาตแทรนซชนมการจดอเลกตรอน ใน d-orbital ดวย ซงระดบพลงงานของ 3d-orbital สงกวา 4s-orbital ดงนนอเลกตรอนจงตองจดลงใน 4s-orbital กอนจนเตมแลวจงจดลงใน 3d-orbital เปนผลให อเลกตรอนใน d-orbital ไมครบ ซงกเรยกธาตทมลกษณะนวาธาตแทรนซชน อยางไรกตามธาตแทรนซชนกลายเปนไอออนจะเสยอเลกตรอน ใน 4s-orbital กอนและในบางกรณกเสยอเลกตรอนใน 3d-orbital ดวย ทาใหอเลกตรอนธาตแทรนซชนสามารถเกดเปนไอออนไดหลายชนดและมเลขออกซเดชนไดหลายคา ตวอยางเชน การจดอเลกตรอนของธาต Mn เปนดงน 25 Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 หรอเขยนเปน block diagram คอ

เนองจากโครงสรางของอเลกตรอน ในชวงแรกคอ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เหมอนกบธาต Ar ดงนนเพอใหสะดวกแกการเขยนโครงสรางอเลกตรอน จะแสดงเฉพาะในระดบ 3d และ 4s เทานน ในสวนทตากวานจะใชเปนโครงสราง Ar แทน [Ar] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เพราะฉะนน 25Mn จงมการจดอเลกตรอนเปน [Ar] 4s2 3d5 หรอแบบ block diagram คอ

เมอ Mn เกดเปนไอออน จะเสยอเลกตรอนใน 4s กลายเปน Mn2+ และสามารถเสยอเลกตรอนใน 3d ไดดวยกลายเปน Mn3+ ซงมการจดเรยงอเลกตรอนเปรยบเทยบกนไดดงน

1s 2s 2p 3p3s 3d 4s

4s3d

25 Mn [Ar]

Chemistry I


สาหรบการจดเรยงอเลกตรอนของอะตอมและไอออนของธาตแทรนซชนในคาบท 4 สรป ไดดงน

ตารางท 9โครงสรางอเลกตรอนของธาตแทรนซชนในคาบท 4 ขนาดของอะตอมและขนาดไอออน เลขอะตอม ธาต โครงสรางอเลกตรอน รศมอะตอม

(pm) ไอออน โครงสรางของไอออน รศมไอออน

(pm) 21 22 23 24 25

26

27

28

29

30

Sc Ti V Cr Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

[Ar] 3d1 4s2 [Ar] 3d2 4s2 [Ar] 3d3 4s2 [Ar] 3d5 4s1 [Ar] 3d5 4s2 [Ar] 3d6 4s2 [Ar] 3d7 4s2 [Ar] 3d8 4s2 [Ar] 3d10 4s1 [Ar] 3d10 4s2

160150 140 130 140

130

130

130

130

130

Sc3+

Ti2+ V2+ Cr2+ Mn2+ Mn3+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Co3+ Ni2+ Ni3+ Cu+ Cu2+ Zn2+

[Ar][Ar] 3d2

[Ar] 3d3 [Ar] 3d4 [Ar] 3d5 [Ar] 3d4 [Ar] 3d6 [Ar] 3d5 [Ar] 3d7 [Ar] 3d6 [Ar] 3d8 [Ar] 3d7 [Ar] 3d10 [Ar] 3d9 [Ar] 3d10

8190 88 84 80 66 76 64 74 63 72 62 96 70 74

จะเหนไดวาเมอเลขอะตอมเพมขน ขนาดอะตอม หรอรศมอะตอมจะเลกลงเลกนอย แตคอนขางใกลเคยงกน ทงนเพราะการเพมอเลกตรอน เปนการเพมในระดบพลงงานวงใน ไมใชวงนอกสด และเมอเปนไอออน (M2+) จะเหนวาขนาดของไอออนใกลเคยงกนมาก เนองจากเปนการเสยอเลกตรอนวงนอกคอ 4s-orbital แตอยางไรกตามขนาดของไอออนกยงคงมแนวโนมลดลงเลกนอยเมอเลขอะตอมเพมขน

4s3d Mn [Ar]

[Ar] Mn2+[Ar] Mn3+

Chemistry I


เลขออกซเดชนของธาตแทรนซชน ดงทไดกลาวแลววาลกษณะทเดนชดประการหนงของธาตแทรนซชน คอ มเลขออกซเดชนหลายตาทงน เนองจากโครงสรางของอเลกตรอนของธาตแทรนซชน มทงทอยใน 3d และ 4s- orbital ซงพลงงานใกลเคยงกน เมอเกดปฏกรยาจะสามารถเสยอเลกตรอนไดทงใน 3d และ 4s-orbital จานวนตางๆ กน ซงทาใหมเลขออกซเดชนไดหลายคา (ยกเวน Sc และ Zn มเลขออกซเดชนคาเดยวคอ +3 และ +2 ตามลาดบ) ขอมลโดยสรปทวๆ ไปเกยวกบเลขออกซเดชนของธาตแทรนซชนคาบท 4 เปนดงน 1. เลขออกซเดชนสามญของธาตคอ +2 และ +3 โดยท +3 เปนเลขออกซเดชนสามญของธาตซายของคาบ และ +2 เปนของธาตทางขวา 2. เลขออกซเดชนสงสดคอ +7 ซงเปนของ Mn เนองจาก Mn มอเลกตรอนวงนอกเปน 3d5 4s2 ม 7 อเลกตรอน ในขณะทหมอนๆ เลขออกซเดชนสงสดคอเลขประจาหม เชน Sc อยหม IIIB เลขออกซเดชนสงสดคอ +3 Ti อยหม IVB เลขออกซเดชนสงสดคอ +4 V อยหม VB เลขออกซเดชนสงสดคอ +5 Cr อยหม VIB เลขออกซเดชนสงสดคอ +6 Mn อยหม VIIB เลขออกซเดชนสงสดคอ +7 แตหลงจากหม VIIB ไปแลวคอหม VIIIB IB และ IIB จะไมเปนไปตามหลกเกณฑน เนองจากเมอประจในนวเคลยสเพมมากขนจะสงผลกระทยถงอเลกตรอนใน 3d-orbital ทาใหเลขออกซเดชนสวนใหญเกยวของกบ 4s-orbital ซงม 2e- ดงนนจงมกจะพบเลขออกซเดชน +2 3. เลขออกซเดชนทเสถยรของธาตทางซายของคาบ มกจะเปนเลขออกซเดชนทมคาสง และเลขออกซเดชนทเสถยรของธาตทางขวาของคาบ มกจะเปนเลขออกซเดชนทมคาตา 4. เลขออกซเดชนสงสดของธาตแทรนซชน มกจะพบในสารประกอบของออกซเจน และฟลออรน เชน เลขออกซเดชนสงสดของ Mn คอ +7 ใน MnO4

- ตวอยางเลขออกซเดชนของธาตแทรนซชนและตวอยางของสารประกอบทมเลขออกซเดชนตางๆ พจารณาไดจากตารางตอไปน

ตารางท 10 เลขออกซเดชนทพบทวๆ ไปของธาตแทรนซชนในคาบท 4 ธาต เลขอะตอม หม เลขออกซเดชน ตวอยาง ความเสถยรภาพของเลขออกซเดชนSc 21 IIIB +2

+3 -Sc2O3

ไมปรากฏวามเสถยรทสด

Ti 22 IVB +2+3 +4

TiCl2TiCl3 TiCl4

ไมเสถยรเมออยในนา เตรยมโดยรดวซ Ti4+ ดวย Zn เสถยรทสด

V 23 VB +2+3 +4 +5

VCl2V2O3 VCl4 V2O5

ถกออกซไดสไดงาย เสถยร เสถยรทสด เปนตวออกซไดสแรงปานกลาง

Cr 24 VIB +2+3 +6

CrCl2CrCl3 Cr2O7

2-

ถกออกซไดสไดงาย เสถยรทสด เปนตวออกซไดสทด

14 Prop

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn เขยนเปร

หมายเห

perties of t

25

26

27

28

29

30

จะเหนไดวารยบเทยบกนจะ

หต ตวเลขทเปน

the periodic

VIIB

VIIIB

VIIIB

VIIIB

IB

IIB

าธาตแทรนซชนะไดดงน

รปนตวดา คอ เลข

c table

+2+3 +4 +6 +7 +2+3 +6 +2+3 +2+2 +1+2 +2

น (ยกเวน Sc ,Z

ปท 4 เลขออกซออกซเดชนทพ

Chemistry

MnOMnCl3 MnO2 MnO4

2- MnO4

- FeCl2FeCl3 - CoCl2CoCl3 NiCl2NiCl3 Cu2OCuO ZnCl2

Zn ) มเลขออก

ซเดชนของธาตบมาก

y I

เสถยรทเสถยรใเสถยร เสถยรใเปนตวเสถยรเสถยรทหายากเสถยรโเสถยรใเสถยรทหายากไมคอยเสถยรมเสถยร

กซเดชนไดหลาย

แทรนซชนในคา

ทสดในรปสารเชงซอ, ตวออกซไดสในสารละลายเบวออกซไดสทแรงแตถกออกซไดสทสด ก โดยเฉพาะในนาในรปไอออนเชงทสดก ยเสถยรในสารลมากในนา

ยคา ซงถานาเล

าบท 4

อน ทด บส ง สงาย

า งซอน

ะลาย

ลขออกซเดชนทเปนไปได มา

15 Prop

ของธาต

บางอยาเมอธาตน ตารางท

----------สารประ ธาตหม คลอรน โดยเฉพาอเลกตรอสารประCoBr2.6

perties of t

สาหรบธาตอโลหะ

การทธาตแทงของสารประกนนมเลขออกซเ

11 สมบตกรด ออก

VVVVC

CrC

-------------------ะกอบของธาตแ

ธาตแทรนซIA และ IIAและกามะถนตา

สารประกอาะกรณทมเลขออนของไอออนลกอบโคเวเลนต

6H2O ละลายไดใ

the periodic

แทรนซชนในคา

รปททรนซชนมเลขออบ เชน ความเดชนสงขน ดงต

- เบสของออกไกไซดVO

2O3 VO2

2O5 CrO r2O3 rO3 -------------------แทรนซชน ซชนสวนมากสามA เชน สามารามลาดบ บธาตแทรนซชนออกซเดชนสงๆ ลบไดมาก

จงทาใหสารปใน C2H5OH แล

c table

าบอนๆ กเชน

ท 5 เลขออกซเดออกซเดชนหลาเปนกรด-เบสขอ

ตวอยางออกไซด

ไซดของธาตแทเลขออกซเ

+2+3+4+5+2+3+6

-------------------

มารถทาปฏกรยถเกดเปนสารป

นมกจะมลกษณเนองจากเม

มแนวโนประกอบของธาละ FeCl3 สาม

Chemistry

เดยวกน มเลข

ดชนของธาตแทายคา นอกจากจองออกไซด จาดของธาต V แล

ทรนซชนทมเลขเดชน

------------------

ยาโดยตรงกบอโระกอบออกไซด

ณะโคเวเลนตแฝมอเปนไอออนจนมทจะรวมกนาตแทรนซชนหลมารถละลายไดท

y I

ขออกซเดชนไดห

ทรนซชนคาบท จะทาใหเกดสารกการศกษาพบวละ Cr ตอไปน

ออกซเดชนตางสมบตกรด-เบสออกไซดเบสออกไซดเบส ออกไซดแอมโฟออกไซด ออกไซดเบสออกไซดแอมโฟออกไซดกรด

-------------------

โลหะได เมอไดด คลอไรด แล

งอยมากกวาสาะมขนาดเลก ระหวางไอออนลายชนดสามารถทงใน C2H5OH

หลายคา ในทา

4 และ 5 รประกอบไดหลวาความเปนกรด

ๆ กน สออกไซด

ฟเทอรก

ฟเทอรก

-------------------

ดรบความรอน ละซลไฟด เมอท

รประกอบของโทมประจบวก

บวกและไอออนถละลายในตวทและ C2H5OC2

านองเดยวกบเล

ลายชนดแลวยงมดของออกไซดจ

--

แตปฏกรยาไมรทาปฏกรยากบธ

โลหะหม IA กมากจงดงกลมหนลบไดดกลายเปทาละลายอนทร

2H5 เปนตน

ลขออกซเดชน

มผลตอสมบตจะเพมมากขน

รนแรงเทากบธาตออกซเจน

และ IIA หมอกเวเลนตปนสมบตของยได เชน

Chemistry I


สาหรบสารประกอบหรอไอออนของธาตแทรนซชนคาบท 4 มกจะมสตางๆ กนซงขนอยกบชนดของธาต เลขออกซเดชน ชนดของไอออนลบทมาเกดพนธะดวย และโครงสรางของสารทเกดขน การทมสเนองจากอเลกตรอนใน 3d-orbital ซงอยในสถานะพน (ground state) ไดรบพลงงานแสงในชวงแสงขาว (visible light) ทาใหเปลยนจากระดบพลงงานตาขนไปสระดบพลงงานสงกวา (exited state) และใหสตางๆ ตามความถของแสงทถกดดกลนเขาไป

ตารางท 12 สของสารประกอบและไอออนของธาตแทรนซชนคาบท 4 บางธาต

ธาต ไอออน เลขออกซเดชนของโลหะ ส ตวอยาง Sc Ti V

Cr

Mn

Fe

Co Ni Cu Zn

Sc3+ Ti2+ Ti3+ V2+ V3+

VO2+ VO2

+ Cr2+ Cr3+

CrO42-

Cr2O72-

Mn2+ Mn3+ MnO2 MnO3

- MnO4

2- MnO4

- Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+

+3+2 +3 +2 +3 +4 +5 +2 +3 +6 +6 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +2 +3 +2 +2 +2 +2

ไมมสนาตาล มวงออน

มวง เขยว นาเงน เหลอง นาเงน เขยว เหลอง สม

ชมพออน เขยว ดา

นาเงน เขยว มวง

เขยวออน เหลอง* ชมพ เขยว นาเงน ไมมส

ScCl2 TiCl2 TiCl3 VCl2 VCl3 VOCl2 VO2Cl CrCl2 CrCl3 Na2CrO4 K2Cr2O7 Mn(OH)2 Mn(OH)3 MnO2 KMnO3 K2MnO4 KMnO4 FeCl2 FeCl3 CoCl2 NiCl2 CuCl2 ZnCl2

* สารละลายของ Fe3+ ปกตในนาจะเปน [Fe(H2O)6]

3+ ซงเปนสมวงออน แตเสถยรเฉพาะในสารละลายทเปนกรดมาก การทเหนเปนสเหลองเพราะถกไฮโดรไลสกลายเปน [Fe(H2O)5OH]2+ การทไอออนของธาตแทรนซชนมสตางๆ กน ทาใหสามารถนามาศกษากลไกของการเกดปฏกรยาหรอขนตอนการเปลยนแปลงในปฏกรยา ทาใหทราบวาปฏกรยากาลงดาเนนไปอยางไร ถงขนตอนใด ทงนพจารณาจากสของสารละลายดงตวอยางตอไปน

17 Prop

1. กรณธ สารละลและสมว

2. กรณธ สารละลไดสารละในตอนแ

perties of t

ธาต V เมอนา NH

ายสเหลอง เมอวงตามลาดบ จา

VO V2+ สมวง ดงนน เมอส

ธาต Mn เมอนา Mn

ายสเขยวมาเตมะลายไมมส พรแรก และคอยๆ

ถาทราบสข

Mn

Mn

Mn

Mnเขยนเปนแผ

the periodic

H4VO3 จานวนอเตม Zn หรอ ากสทเปลยนไปท

3- (aq) + 2H+

V3+ สเขยว สงเกตจากสของ

nO2 (สดา) ไปเม H2SO4 จานวรอมกบเกดตะกอเขมขนในตอนห

องไอออน จะท

nO42-(aq)

nO4- (aq)

n2+ (aq)

n3+ (aq) ผนภาพใหมไดด

MnO2 สดา

NaOH

c table

นหนงละลายในZn(Hg) ลงในสทาใหทราบวาข+ (aq) V

VO2+

สนาเงนงสารละลาย จะ

ผารวมกบ NaOวนหนง จะเปลยอนขนขาว นาสหลง

ทาใหทราบการด

สเขยว

สมวงแดง

ไมมสหรอชมพ

สนาตาลแดง ดงน

สเข

ตะกอนส

H (s)

Chemistry

สารละลาย Nสารละลายสเหลนตอนของการเ

VO2+ (aq) + H

สเหลอง Zn (aq)

น ะทาใหทราบวา

OH(s) จะหลอมยนเปนสมวงแดสารละลายไมมส

ดาเนนไปของปฏ

พออนมาก

ขยว

สนาตาล

H2SO

N

y I

aOH แลวเตมลองน สจะเปลยเปลยนแปลงเปน

H2O (l)

ปฏกรยากาลงด

มเหลวรวมกน ง เมอเตมสารลสไปเตมสารละล

ฏกรยา

สม

ไม

O4

NaOH (aq)

มกรด H2SO4 ยนเปนสนาเงน นดงน

ดาเนนไปตามขน

แลวเตมนาลงไปละลาย Na2S ลงลาย NaOH จะ

มวงแดง

มมส + ตะกอ

Na2S (aq)

ลงไปใหมากเกและเปลยนตอไ

นตอนใด

ปจะไดสารละลงในสารละลายสะไดตะกอนเบา

นขา

กนพอ จะไดไปเปนสเขยว

ายสเขยว นาสมวงแดง จะสนาตาลออน

Chemistry I


เขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนไดดงน

2MnO2 + O2 + 4OH- MnO42- + 2H2O

สดา สเขยว

4MnO42- + 4H+ + O2 4MnO4

- + 2H2O สเขยว สมวง

2MnO4- + 5S2- + 16H+ 2Mn2+ + 8H2O + 5S

สมวงแดง ไมมส ตะกอนขาว

4Mn2+ + O2 + 2H2O 4Mn3+ + 4OH- 4Mn(OH)3 ไมมส ตะกอนสนาตาลแดง 3. กรณของธาต Cr เมอนาสารละลาย K2Cr2O7 สสม เตมกรด H2SO4 และสารละลาย H2O2 ลงไป จะไดเปนสารละลายสเขยวพรอมกบมฟองกาซเกดขน และเมอเตมสารละลาย Na2S ลงในสารละลายสเขยวจะกลายเปนสฟาพรอมทงมตะกอนขนขาว

K2Cr2O7 (aq) 22 OH42SOH

สเขยว + ฟองกาซ Na2S (aq) สฟา + ตะกอนขาว จากแผนภาพเขยนเปนสมการไดดงน

Cr2O72- + 3H2O2 + 8H+ 2Cr3+ + 3O2 + 7H2O

สสม สเขยว

2Cr3+ + S2- 2Cr2+ + S สเขยว สฟา ตะกอนขาว จากตวอยางของ V, Mn, Cr จะเหนไดวา สามารถนาสของสารประกอบแทรนซชนมาใชศกษาขนตอนของการเกดปฏกรยาได

Chemistry I


เรอง สารประกอบเชงซอนของธาตแทรนซชน สารประกอบเชงซอน เปนสารประกอบทมไอออนเชงซอน สารหลายชนดของธาตแทรนวชนทรจกกนดเชน KMnO4 K2Cr2O7 และ K4Fe(CN)6 กเปนสารประกอบเชงซอน โดยทวๆ ไปสารประกอบชนดหนงๆ จะประกอบดวยไอออน 2 ชนดคอ ไอออนบวกและลบ ไอออนทประกอบดวยธาตตงแต 2 ธาตขนไปเรยกวา ไอออนเชงซอน ซงอาจจะเปนไอออนบวกหรอลบกได เชน [Fe(CN)6

3- และ [Cu(NH3)4]2+ ไอออนเชงซอนเหลานจะมธาตแทรนซชนเปนอะตอมกลางและม

ไอออน อะตอมหรอโมเลกลอนๆ มาลอมรอบ โดยเรยกไอออน หรออะตอม หรอโมเลกลทมาลอมรอบธาตแทรนซชนนวา ลแกนด (ligand) สวนมากลแกนดมกจะยดเหนยวกบธาตแทรนซชนดวยพนธะโคเวเลนต หรอพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ตวอยางของไอออนเชงซอนคอ [Fe(CN)6

3- ม Fe เปนอะตอมกลางและม CN- เปนลแกนด โดย CN- จะยดเหนยวกบ Fe ดวยพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตดงน

ในกรณของ MnO4

- กเชนเดยวกน จดวาเปนไอออนเชงซอนทม Mn เปนอะตอมกลางและม O เปนลแกนดอยรอบๆ Mn ดงน

โดยทวๆ ไปสารประกอบเชงซอนหรอไอออนเชงซอนมกจะมสตรโครงสรางและรปทรงเรขาณตหลายแบบ ตามเลขออกซเดชน ซงมหลายคา และมกจะมสมบตอนๆ เชน มสตางๆ กน ถกดดโดยแมเหลกได เปนตน จานวนอะตอมทมาใชพนธะรวมกบธาตแทรนซชนในไอออนเชงซอนเรยกวา เลขโคออรดเนชน (coordination number) ซงอาจจะมเลขโคออรดเนชนตงแต 2 ถง 8 (ถาม 6 อะตอม มาสรางพนธะกบธาตแทรนซชน ธาตแทรนซชนนนจะมเลขโคออรดเนชน = 6 ถาม 4 อะตอม มาสรางพนธะกบธาตแทรนซชน ธาตแทรนซชนนนจะมเลขโคออรดเนชน = 4) เชน MnO4

- ม Mn เปนอะตอมกลาง และมธาต O 4 อะตอมมาสรางพนธะกบ Mn ดงนน Mn มเลขโคออรดเนชน = 4 [COCl6]

3- ม Co เปนอะตอมกลาง และม Cl 6 อะตอมมาสรางพนธะกบ Co

ดงนน Co จงมเลขโคออรดเนชน = 6

Fe

CN

CN

CN

CN

CN

CN

3-

Mn

O

OO

O

-

CoCl

Cl

Cl

ClCl

Cl 3-

Chemistry I


โดยทวๆ ไป เลขโคออรดเนชนของธาตกคอ จานวนลแกนดมาสรางพนธะกบอะตอมของธาตนนนนเอง เชน Cu2+ มเลขโคออรดเนชน = 4 ในไอออนเชงซอน [Cu(H2O)4]

2+ [Cu(NH3)4] 2+ และ [CuCl4]

2+ , Fe2+ มเลขโคออรดเนชน = 6 ใน [FeF6]

3- [Fe(CN)6] 3- และ [Fe(H2O)6]

3+ เปนตน ตารางท 13 ตวอยางลแกนดสามญบางตวในสารประกอบเชงซอน

H2O water NH3 ammonia CN- cyanide ion OH- hydroxide ion F- fluoride ion

Br- bromide ion I- iodide ion NO2

- nitrite ion SCN- thiocyanate ion S2O3

2- thiosulfate ion เลขโคออรดเนชนของสารประกอบเชงซอนทพบกนมากไดแก 2, 4 และ 6 การทจะมเลขโคออรดเนชนเปนเทาใดขนอยกบชนดของธาตแทรนซชน และเลขออกซเดชนของโลหะแทรนซชนนน นอกจากนยงขนอยกบชนดของลแกนดดวย โดยทวๆ ไปสารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 2, 4 หรอ 6 จะมรปโมเลกลตามรปทรงเรขาคณตดงน สารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 6 จะเปนทรงเหลยมแปดหนา สารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 4 จะเปนทรงเหลยมสหนา และบางสวนเปน square planar สารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 2 จะเปนเสนตรง

ตารางท 14 แสดงรปทรงเลขาคณตของสารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 2, 4 และ 6 เลขโคออรดเนชน รปราง ตวอยาง

2

[AgCl2] -

4

[NiCl4]2- , [MnO4]

- , [Zn(NH3)4]2+

4

[Ni(NH3)4]

2+ , [PtCl4]2-

6

[Co(H2O)6]

2+ , [Cr(NH3)6]3+

H3N : Ag+ : NH3

Fe3+

Cl-

Cl-Cl-

Cl-

Cu2+

NH3H3N

NH3H3N

Fe3+

CN-

CN-

CN-

CN-CN-

CN-

Chemistry I


สารประกอบของธาตแทรนซชน นอกจากจะมสแตกตางกนเพราะเกดจากธาตตางชนดกนแลว สารประกอบชนดเดยวกนทมสตรเหมอนกนแตสตรโครงสรางตางกน กจะมสตางกนดวย ตวอยางของสารประกอบเชงซอนทมสตางกน เพราะมการจดโครงสรางของโมเลกลตางกน 1. กรณของสารประกอบ Cr ซงมสตรโมเลกลเปน Cr(H2O)6Cl3 ถาโรงสรางของโมเลกล ตางกน สจะตางกนดงน [Cr(H2O)6]Cl3 สมวง [Cr(H2O)5Cl Cl2.H2O สเขยวออน [Cr(H2O)4Cl Cl.2H2O สเขยวเขม [Cr(H2O)3Cl3] .3H2O สนาตาล 2. กรณของสารประกอบ Co ซงมสตรโมเลกลเปน Co(NH3)6Cl3 ถาโครงสรางโมเลกลตางกน สจะตางกนดงน [Co(NH3)6]Cl3 สเหลอง [Co(NH3)5Cl]Cl2 สมวง [Co(NH3)4Cl2]Cl สเขยว ตวอยางของไอออนเชงซอนทมสตางกน เพราะมลแกนดตางชนดกน 1. กรณไอออนเชงซอนของ Co3+ มสตางกนตามชนดของลแกนดดงน [Co(H2O)6]

3+ สชมพ [Co(NH3)6]

3+ สเหลอง [Co(NO2)6]

3- สเหลอง [Co(H2NCH2CH2NH2)3]

3+ สเหลองสม [Co(C2O4)3]

3- สเขยว [Co(CN)6]

3- สเหลองออน [Co(EDTA)]- สมวง [Co(H2NCH2CH2NH2)(C2O4)2]

- สมวงแดง 2. กรณของไอออนเชงซอนของ Cu2+ มสตางกนเนองจากลแกนดตางกนดงน [Cu(H2O)6]

2+ สนาเงน [Cu(NH3)4]

2+ สนาเงนเขม [Cu(H2NCH2CH2NH2)]

2+ สมวง [CuCl4]

2- สเหลอง

ตารางท 15 ตวอยางของสารประกอบและไอออนเชงซอนของธาตแทรนซชนในคาบท 4 ธาต ไอออนเชงซอน สารประกอบเชงซอน Ti [Ti(H2O)6]

3+ [Ti(CN)6]

3+ [CoCl6]

3-

[Ti(H2O)6]Cl3K3[Ti(CN)6] Na3[CoCl6]

V [V(H2O)6]3+

[V(H2O)6]2+

[VCl6]3-

[V(H2O)6]Cl3[V(H2O)6]Cl2 Na3[VCl6]

Cr [Cr(H2O)4Cl2]+

[Cr(NH3)5SO4]+

[Cr(NH3)4Cl2]2+

[Cr(H2O)6]Cl3[Cr(H2O)4Cl Cl.2H2O [Cr(H2O)3Cl3] .3H2O

Chemistry I


ธาต ไอออนเชงซอน สารประกอบเชงซอน Mn [Mn(CN)6]

3-

[MnF6]3-

[MnO4]-

Na3[Mn(CN)6]Na3[MnF6] K[MnO4]

Fe [Fe(CN)6] 4-

[Fe(C2O4)3] 3-

[Fe(H2O)5(SCN)] 2+

Kfe[Fe(CN)6]Na3[Fe(C2O4)3] [Fe(H2O)5(SCN)]Cl2

Co [Co(NH3)6]3+

[Co(C2O4)3] 3-

[Co(NO2)6]3-

[Co(NH3)6]Cl3K3[Co(C2O4)3] K3[Co(NO2)6]

Ni [Ni(CN)4]2-

[Ni(NH3)4] 2+

[Ni(H2O)6]3+

Na2[Ni(CN)4] [Ni(NH3)4]Cl2 [Ni(H2O)6]Cl3

Cu [Cu(H2O)4]2+

[Cu(NH3)4]2+

[Cu(CN)4]2-

[Cu(H2O)4]SO4

[Cu(NH3)4]SO4 K2[Cu(CN)4]

Zn [Zn(NH3)4]2+

[Zn(OH)4]2-

[ZnCl4]2-

[Zn(NH3)4]Cl2Na2[Zn(OH)4] Na2[ZnCl4]

การเรยกชอสารประกอบและไอออนเชงซอน ตามขอตกลงระหวางนกเคมนานาชาตใหใชระบบ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ในการเรยกชอสารประกอบเชงซอนดงน 1. เรยกชอไอออนบวกกอนไอออนลบ ซงเปนหลกเกณฑเดยวกบการเรยกชอสารประกอบไอออนกทวไป เชน [Co(NH3)6] Cl3 ใหเรยกชอสวน [Co(NH3)6]

3+ กอน แลวจงตามดวยชอของ Cl, K3[Co(C2O4)3] ใหเรยกชอสวน K+ กอนแลวจงตามดวยชอของ [Co(C2O4)3

3- 2. ในการเรยกชอไอออนเชงซอน ใหเรยกชอลแกนดกอนแลวตามดวยชอของไอออนของธาตแทรนซชน เชน [Ni(NH3)4]

2+ ใหเรยกชอ NH3 กอน แลวจงเรยกชอของ Ni2+ [Fe(CN)6

3- ใหเรยกชอ CN- กอน แลวจงเรยกชอของ Fe3+

Chemistry I


3. การเรยกชอไอออนลบทเปนลแกนด จะลงทายดวย “O” โดยมหลกเกณฑดงน ก. ไอออนลบทลงทายดวย -ide เมอเปนสารประกอบเชงซอนใหเปลยนจาก -ide เปน -o ตวอยางเชน

ไอออนลบ ชอทวไป ชอเมอเปนลแกนดCl- Br- I-

CN- O2-

คลอไรดโบรไมด ไอโอไดด ไซยาไนด ออกไซด

คลอโรโบรโม ไอโอโด ไซยาโน ออกโซ

ข. ไอออนลบทลงทายดวย -ite หรอ -ate ใหเปลยนเปน -ito หรอ -ato ตามลาดบ ตวอยางเชน ไอออนลบ ชอทวไป ชอเมอเปนลแกนด

CO32-

S2O32-

SCN-

C2O42-

NO2-

carbonatethiosulfate thiocyanate thiocyanate oxalate nitrite nitrite

carbonatothiosulfato thiocyanato เมอเกดพนธะท S isothiocyanato เมอเกดพนธะท N oxalato nitrito เมอเกดพนธะท O nitro เมอเกดพนธะท N

4.สาหรบลแกนดทไมมประจหรอเปนกลาง (neutral ligand) ใหเรยกชอเหมอนกบโมเลกลทเปนกลาง เชน NH2CH2CH2NH2 เมอเปนโมเลกลเรยกวา ethylenediamine เมอเปนลแกนดกยงคงเรยกวา ethylenediamine ยกเวนลแกนดทเปนกลางบางชนดใหเรยกชอเฉพาะตว เชน H2O เรยก aquo NH3 เรยก ammine CO เรยก carbonyl 5.ถาสารประกอบเชงซอนนนมลแกนดชนดเดยวกนมากกวาหนงใหบอกจานวนทซากนไวหนาชอของลแกนด โดยระบจานวนดวยภาษากรกดงน

จานวนลแกนดทซากน เรยก2 3 4 5 6

ditri

tetra penta hexa

เชน (CN)6 เรยก hexacyano (C2O4)3 เรยก trioxalato

Chemistry I


ในกรณทเปนพวก polydentate ligand (ลแกนดทสามารถเกดพนธะกบไอออนไดตงแต 2 ตาแหนงขนไปใน 1 ลแกนด) ใหใชดงน

จานวนลแกนดทซากน เรยก2 3 4

bistris

tetrakis สาหรบ ethylenediamine ถาม 2 โมเลกล เนองจากมคาวา di อยแลวจงใช bis แทน di โดยเขยน bis ไวขางหนาและ ethylenediamine อยในวงเลบดงน bis(ethylenediamine) 6. ถาไอออนเชงซอนมประจเปนลบ ใหเรยกชอลแกนดกอนแลวตามดวยชอโลหะ พรอมกนเปลยนคาลงทายของโลหะใหเปน -ate และใสเลขออกซเดชนไวในวงเลบตอจากชอของโลหะดวยเลขโรมน

โลหะ ชอโลหะ ชอโลหะในไอออนเชงซอนทมประจลบ Al Cr Mn Ni Co Zn Mo W

Aluminium chromium manganese nickel cobalt zinc molybdenum tungsten

alminatechromate manganate nickelate cobaltate zinccate molybdate tungatate

โลหะบางตวมชอเรยกเปนภาษาละตน ใหใชภาษาละตนและลงทายดวย -ate ดงตวอยาง

ธาต ชอโลหะ ชอโลหะในไอออนเชงซอน ภาษาองกฤษ ภาษาละตน ทมประจเปนลบ

Fe Cu Pb Ag Au Sn

iron copper lead silver gold tin

ferrumcuprum

plumbum argentum

aurum stannum

ferratecuprate

plumbate argentate

aurate stannate

เชน [Fe(CN)6]3- เรยกวา hexa cyano ferrate (III) ion

[Co(C2O4)3]3- เรยกวา tris oxalato cobalttate (II) ion

[Cr(NO2)6]3- เรยกวา hexa nitro chromate(III) ion

Chemistry I


สาหรบไอออนเชงซอนทมประจบวกและสารประกอบเชงซอนทเปนกลาง ใหอานชอของโลหะตามชอโลหะเดม โดยไมตองเปลยนคาลงทาย เชน [Cu(NH3)4]

2+ เรยกวา tetra amminne copper (II) ion [Co(H2O)6

3+ เรยกวา hexa aquo cobalt (III) ion [Cr(H2O)6]

3+ เรยกวา hexa aquo chromium (III) ion 7.ในกรณทสารประกอบเชงซอนนนมลแกนดหลายชนด ใหเรยกชอลแกนดทมประจลบกอน ตามดวยลแกนดทเปนกลาง และลแกนดทมประจบวกไวทายสด

ตารางท 16 ตวอยางการเรยกชอสารประกอบเชงซอนตามระบบ IUPAC สารเชงซอน ชอ

[Ag(NH3)2]+

[Co(NH3)6]3+

[Zn(NH3)4]2+

[Co(NH3)4]Cl2]+

[CoCl3]3-

[Ni(CN)4]2-

[Ag(CN)2]-

[Fe(CN)6]4-

Na3[Cr(NO2)6] [Co(NH2CH2CH2NH2)3Cl3 [Cr(NH3)3Cl3] [Cr(NH3)5SO4]Br [Pt(NH3)4Cl2]Cl2 [Cr(CO)6] [Co(NH3)5CO3]2[CuCl4] [Cr(H2O)4Cl2]ClO4 Na[Ni(CN)4] [Ag(NH3)2]4[Fe(CN)6]

diaminesilver (I) ionhexaamminecobalt (III) ion tetraaminezinc (II) ion dichlorotetraamminecobalt (II) ion hexachlorocobalate (III) ion tetracyanonikelate (II) ion dicyanoagentate(I) ion hexacyanoferrate (II) ion sodium hexanitrochromate (III) tris(ethylene diamine)cobalt (III) chloride trichlorotriamminechromium (III) sulfatopentaaminechromium (III) bromide dichlorotetraamineplatinum (IV) chloride hexacarbonylchromium (O) carbonnatopentaaminecobalt (III)tetrachlorocuprate(II) dichlorotetraaquochromium (III) perchlorate sodium tetracyanonickelater (II) diaminesilver (I) hexacyanoferrate (II)

สมบตในการเปนตวเรงปฏกรยาของธาตแทรนซชน โลหะและสารประกอบของโลหะแทรนซชนหลายชนดเปนตวเรงปฏกรยาทสาคญในอตสาหกรรมหลายประเภท และในระบบของสงมชวต โลหะบงชนดเชน Cu, Fe, Mn, Co, Ni และ Cr เปนตวเรงปฏกรยาในระบบของอนไซมในสงมชวต เอนไซมทสาคญอยางหนงคอ ไซโตโครมออกซเดส (cytochrome oxydase) ม Cu เปนสวนประกอบดวย เอนไซมชนดนเกยวของกบกระบวนการสรางพลงงานทไดจากปฏกรยาออกซเดชนของอาหาร สาหรบในอตสาหกรรม ไดใชธาต และสารประกอบของธาตแทรนซชน เปนตวเรงปฏกรยาจานวนมาก ดงตวอยางตอไปน

Chemistry I


ตารางท 17 ตวอยางของโลหะและสารประกอบของโลหะแทรนซชนทเปนตวเรงปฏกรยา ธาต สารทใชเปนตวเรง ปฏกรยาทตองใชตวเรงปฏกรยา Ti TiCl3/Al2(C2H5)6 nC2H4 (-C-C-)n

ethene tionpolymeriza polyethene V V2O5 หรอ VO3

- 2SO2 + O2 2SO3 Fe Fe หรอ Fe2O3 N2 + 3H2 2NH3

haber process Ni Ni RCH=CH2 + H2 RCH2CH3

ปฏกรยาไฮโดรจเนชนในนามนพช เพอทาใหแขงสาหรบทามาการน (magarine)

Cu Cu หรอ CuO CH3CH2OH + ฝ O2CH3CHO+H2O การเตรยม acetaldehyde โดยการออกซเดชน เอานอล

Pt Pt 2SO2 + O2 2SO3 contact process นกเคมเชอกนวา ความสามารถในการเปนตวเรงปฏกรยาของโลหะแทรนซชนขนอยกบการทธาตแทรนซชนสามารถมเลขออกซเดชนไดหลายคา ตวอยางเชน ใน contact process ซงเปนการเตรยมกาซ SO3 เมอใช V2O5 หรอ V5+ เปนตวเรงปฏกรยาจะชวยใหการออกซไดส SO2 ใหเปน SO3 ไดเรวขน

SO2 + 1/2O2 52OV SO3 การเปลยนแปลงทเกดขน สามารถเขยนเปนขนตอนตางๆ ไดดงน

2V5+ + O2- + SO2 2V4+ + SO3

2V4+ + 1/2 2V5+ + O2-

2V5+ + SO2 + 1/2O2 2V5+ + SO3

โลหะหรอสารประกอบของโลหะแทรนซชนสามารถทาหนาทเปนตวเรงปฏกรยาได เนองจากสามารถเปลยนแปลงกลไกของการเกดปฏกรยา ทาใหมพลงงานกระตนตาลง ปฏกรยาจงเกดเรว

Chemistry I


เรอง ธาตกมมนตรงส ********************************************************

กมมนตรงส (radioactivity) หมายถง ปรากฏการณทธาตสามารถแผรงสไดเองอยางตอเนอง ปรากฏการณนเปนการเปลยนแปลงทเกดขนภายในนวเคลยสของไอโซโทปทไมเสถยร ธาตกมมนตรงส หมายถง ธาตทมสมบตในการแผรงส สามารถแผรงสและกลายเปนอะตอมของธาตอนได ในป พ.ศ. 2439 อองตวน อองร แบกเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดพบวาแผนฟลมถายรปทมกระดาษดาหอหมอย และเกบรวมกนไวกบสารประกอบของยเรเนยม มลกษณะเหมอนถกแสง จงทาการทดสอบกบสารประกอบของยเรเนยมชนดอนๆ กพบวาใหผลการทดลองเชนเดยวกน แบคเกอเรลจงสรปเปนเบองตนวา มการแผรงสออกมาจากธาตยเรเนยม ตอมาปแอร กร (Pierre Curie) และมาร กร (marie Curie) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส กไดพบวาธาตอน ๆ เชน พลอโลเนยม (Po) เรเดยม (Ra) และทอเรยม (Th) กสามารถแผรงสไดเชนเดยวกน และลอรด เออรเนสต รทเทอรฟอรด (Lord Ernest Rutherford) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ กไดคนพบเพมเตมอก และไดแสดงใหเหนวา

รงสทแผออกมาจากสารกมมนตรงสอาจเปน รงสแอลฟา( - ray ) รงสเบตา(-ray) หรอรงสแกรมมา(-ray) รงสดงกลาวมสมบตตางกน ดงน

รงสแอลฟา มสญลกษณนวเคลยรเปน He42 บางครงอาจเรยกวา อนภาคแอลฟา และใชสญลกษณเปน

He42 รงสแอลฟาเปนนวเคลยสของธาตฮเลยม ซงประกอบดวย 2 โปรตอน และ 2 นวตรอนจงมประจไฟฟาเปน +2 มมวล 4.00276 amu รงสแอลฟาอานาจทะลทะลวงตา ไมสามารถทะลผานแผนกระดาษ หรอโลหะบางๆ ได และเนองจากมประจบวก เมออยในสนามไฟฟาจงเบยงเบนไปทางขวลบ เมอวงผานอากาศอาจจะทาใหอากาศแตกตวเปนไอออนได

รงสบตา บางครงเรยกวาอนภาคบตา ใชสญลกษณเปน หรอ e01

มสมบตเหมอนอเลกตรอน คอ มประจไฟฟา -1 มมวลเทากบ 0.000540 amu เทากบมวลของอเลกตรอน มอานาจในการทะลทะลวงสงกวารงสแอลฟาประมาณ 100 เทา มความเรวในการเคลอนทใกลเคยงกบแสง เนองจากมประจลบจงเบยงเบนไปทางขวบวก เมออยในสนามไฟฟา

รงสแกมมา ใชสญลกษณ รงสแกมมาเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสนมาก คอประมาณ 0.001-1.5 pm ไมมมวลและไมมประจ มอานาจทะลทะลวงสงสด สามารถทะลผานสงกดขวางไดเปนอยางด ดงนนวตถทจะกนรงสแกรมมาได จะตองมความหนาแนนและความหนามากพอทจะกนรงสได เนองจากไมมประจไฟฟา จงไมเบยงเบนในสนามไฟฟา นอกจากรงส 3 ชนดดงกลาวแลว ยงอาจจะพบอนภาคอน ๆ แผรงสออกมาจากนวเคลยสไดเชน โพสตรอน นวตรอน และโปรตอน ซงมประจและมวลเปรยบเทยบกบรงสทง 3 ชนดดงในตารางตอไปน

ตารางท 18 แสดงประจและมวลของอนภาคชนดตางๆ ทเกดจากการแผรงส อนภาค สญลกษณ ชนดของประจ มวล(amu)*

แอลฟา บตา แกรมมา โพซตรอน นวตรอน โปรตอน

, He42

, e01

, e0

1

n10 , n

H11 , P

+2-1 0 +1 0 +1

4.00276 0.000540

0 0.000540 1.0087 1.0073

* 1 amu = 1 atomic mass unit = 1.66 x 10-24 g.

Chemistry I


ธาตกมมนตรงสในธรรมชาต

ธาตตางๆ ทพบในธรรมชาตนน ธาตทมเลขอะตอมสงกวา 83 ลวนแตแผรงสไดทงสน ตวอยางเชน U23892 ,

U23592 , Th232

90 , Ra22688 และ Rn222

86 ซงอาจเขยนใหมเปน U-238, U-235, Th-232, Rn-222 และ Ra-226 นอกจาก ธาตกมมนตรงสในธรรมชาตแลว นกวทยาศาสตรยงสามารถสงเคราะหธาตกมมนตรงสขนมาได ซงสามารถนาไปใชประโยชนในดานตางๆ ไดมากมาย วธการสงเคราะหธาตกมมนตรงส วธการสงเคราะหวธหนง คอ การยงนวเคลยสของไอโซโทปทเสถยรดวยอนภาคทเหมาะสมและมความเรวสง รทเทอรฟอรด เปนนกวทยาศาสตรคนแรกทคนพบวธการดงกลาว โดยยงอนภาคแอลฟาทมความเรวสงซงไดจาก

ธาตกมมนตรงสในธรรมชาต คอ Po21484 เขาไปทนวเคลยสนวเคลยสของ N14

7 ผลทไดคอ อนภาคโปรตอน และ O178 ซง

เขยนสมการแสดงไดดงน

Po21484 He4

2 + Pb21082

He42 + N14

7 O178 + H1

1 ในบางกรณไอโซโทปทสงเคราะหขน อาจจะสลายตวตอไปไดอก ตวอยางเชน การยงนวเคลยสของ Mg-24 ดวยอนภาคแอลฟา จะได Al-28 ซงไมเสถยร จะสลายตวตอไปเปน Si-28 ซงเปนไอโซโทปทเสถยรดงน

He42 + Mg24

12 Al2813 + e0

1

Al2813 Si28

14 + e01

อกตวอยางหนงคอการยงอนภาคแอลฟาไปทนวเคลยสของ B-10 จะได N-13 ซงสลายตวตอไปจนเปน 13C

He42 + B10

5 N137 + n1

0

N137 C13

6 + e01

ธาตกมมนตรงสสงเคราะหนามาใชประโยชนได เชน Ra22688 ใชรกษาโรคมะเรง Co60

27 ใชปรบปรงพนธพช

และ I13153 ใชในการศกษาความผดปกตของตอมไธรอยด เปนตน

การสลายตวของธาตกมมนตรงส การทธาตกมมนตรงสออกมากเพราะวา นวเคลยสของธาตไมเสถยร เนองจากมพลงงานสวนเกนอยภายในจงจาเปนตองถายเทพลงงานสวนเกนออกไปเพอใหนวเคลยสเสถยรในทสด พลงงานสวนทเกน ทปลอยออกมาจะอยในรปของอนภาคหรอรงสตางๆเชน แอลฟา บตา แกมมา จากการศกษาไอโซโทปของธาตตางๆ จานวนมากพบวา ไอโซโทปทนวเคลยสมอตราสวนระหวางจานวนนวตรอนตอโปรตอนไมเหมาะสม คอ มนวตรอนมากกวาหรอนอยกวาโปรตอน มกจะไมเสถยร ทาใหมการเปลยนแปลงภายในนวเคลยสเปนนวเคลยสใหมทเสถยรกวา โดยการแผรงสออกมาดงทกลาวแลว นอกจากนยงพบวาจานวนโปรตอนและนวตรอนทเปนจานวนคหรอคในนวเคลยสนน มความสมพนธกบเสถยรภาพของนวเคลยสดวย กลาวคอ ธาตทมจานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขคจะเสถยรกวาธาตทมจานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขค

Chemistry I


การแผรงสแอลฟา เกดขนในกรณทไอโซโทปนนมเลขอะตอมมากกวา 82 และนวเคลยสมจานวนโปรตอนและนวตรอนไมเหมาะสม ทาใหเกดแรงผลกกนในนวเคลยสมากกวาแรงยดกน นวเคลยสจงพยายามลดจานวนอนภาคลงใหมากทสด เพอใหไดนวเคลยสทเสถยร ดงนนหลงจากการแผรงสแอลฟา นวเคลยสทเกดขนใหมจะมเลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดงตวอยางตอไปน

Pb20482 Hg200

80 + He42

U23892 U234

90 + He42

Ra22688 Rn222

86 + He42

การแผรงสบตา การแผรงสบตาเกดขนในกรณทนงเคลยสมจานวนนวตรอนมากกวาโปรตอน จงพยายามลดอตราสวนระหวางนวตรอนตอโปรตอน โดยนวตรอนจะเปลยนไปเปนโปรตอนและอเลกตรอน ทาใหเลขอะตอมเพมขน 1 แตเลขมวลคงเดม ดงตวอยางเชน

Pb21082 Bi210

83 + e01

P3215 S32

16 + e01

การแผรงสแกมมา การแผรงสแกมมา มกจะเกดขน ในกรณทไอโซโทปมการสลายตวใหรงสแอลฟาหรอบตาแลว ยงไดนวเคลยสใหมไมเสถยร ยงอยในสภาวะกระตน มพลงงานเกนกวาปกต เมอกลบสสภาวะปกตจงปลอยพลงงานสวนเกนออกมาในรปของรงสแกมมา ดงนนการแผรงสแกมมาจงไมทาใหเลขมวลและเลขอะตอมเปลยนแปลง ดงตวอยางเชน

Ra22688 Rn222

86 * + He42

Rn22286 +

Cs13755 Ba137

56 * + e01

Ba13756 +

(* หมายถง อะตอมทไมเสถยร) นอกจากนยงมการแผรงสใหโพซตรอน ซงเกดขนเมอนวเคลยสมโปรตอนมากกวานวตรอน ทาใหไดนวเคลยสใหมทมโปรตอนลดลง 1 แตเลขมวลคงเดม ดงในตวอยางตอไปน

N127 C12

6 + e01

Na2211 Ne22

10 + e01

การแผรงสทกลาวมาแลว สรปการเปลยนแปลงในนวเคลยสไดดงน

30 Prop

สมการน อะตอมขตวอยาง

เครองมอ ฟลมไปลการเรองจงตองใชบอกรบร

perties of t

ชนด

แอลฟา ()

บตา ()

แกมมา ()

โพซตรอน (

นวเคลยร ปฏกรยานวสมการนวเ

ของสารทกตวในตอไปน

2392

218

2211

B94

อตรวจการแผรวธตรวจการ

ลาง ถาปรากฏงแสงเกดขนแสดชเครองมอตรวจรงส และมเตอร

the periodic

การแผรงเลข

)

วเคลยร คอ ปฏคลยร คอ นปฏกรยา ก

U82 2

Bi03 2

Na 21

Be + He42

รงส รแผรงสทาไดงาฏวาเปนสดาแสดดงวามการแผรงจสอบโดยเฉพาะทมหนาปดบอก

c table

ตารางท 19 สงส ขมวล ปร4 0 0 0

+

+

ฏกรยาทมการสลสมการทแสดงปกลาวคอ ผล

Th3490 + H4

2

Po21084 + 0

Ne20 + e0

1

C126 +

ายๆ โดยนาฟดงวามการแผรงงสเกดขน อยาะเรยกวา “ไกเกกปรมาณรงสได

รปท 1 แสดง

Chemistry

สรปการแผรงสข

ระจ+2-1 0 +1

ลายตวในนวเคลปฏกรยานวเคลลรวมของเลขมว

He

e01

e

+ n10

ฟลมถายรปมาหงส หรออาจจะงไรกตามการตรกอรมลเลอรเคา

งเครองไกเกอรม

y I

ของธาตกมมนตการเปลยนแ

เลขมวลลดลง 4ไมเปลยน ไมเปลยน ไมเปลยน

ลยสใหรงสแอลยร ซงการดลวลและเลขอะตอ

หมสารทคดวามสะทาไดโดยนาสารวจอยางงายๆ านเตอร” (Geig

มลลอรเคานเตอ

รงส แปลงในนวเคลย

เลขอลดลเพมขไมเปลดล

ฟา บตา หรอแลสมการนนตองอมของสารตงตน

สารกมมนตรงสรทจะทดสอบไปดงกลาวไมสาม

ger-Muller co

อร

ยส อะตอม ลง 2 ขน 1 ปลยน ลง 1

แกมมาดงทกลาวงพจารณาทงเลขนจะตองเทากบ

สปนอย เกบในปวางใกลสารเรมารถบอกปรมา

ounter) ซงประ

วมาแลว ขมวลและเลขบผลตภณฑดง

ทมด เมอนารองแสง ถามาณของรงสได กอบดวยกระ

31 Prop

ผานเขาทAr+ กอใจะมากหครงชวต ของปรม ความดนชวต เป 14 อย 0C-14 เพ

ของรงสก

perties of t

ลกษณะของทางชองดานหนใหเกดความตางหรอนอยกขนอยตของธาต (hal

ครงชวต (hมาณเดม ใชสญล

นวเคลยสขอน อตราการสลาปนสมบตเฉพาะต

ตวอยางเชน0.5 กรม และเมพยงครงหนงของ

ครงชวต อกบเวลา

the periodic

งไกเกอรประกอนาของกระบอก งศกยระหวาง Aยกบชนดของรงf life)

half life) ของลกษณเปน t1/2 องธาตกมมนตรายตว เปนสดสตวของแตละไอโน C-14 มครงมอเวลาผานไปองปรมาณเดม

ธาตกมมนตร

Po21484

Na2511

Kr9436

O158

La14057

I13153

Ba14056

Co6027

C146

U23892

อาจจะหาไดจาก

ร

c table

อบดวยกระบอกกระทบกบอะ

Ar+ กบ e- ในหส และความเขม

สารกมมนตรงส

รงสทไมเสถยร สวนโดยตรงกบจโซโทป ชวต 5730 ป อก 5730 ป จะ

ตารางท 20 ครรงส

1.6

14

4กการทดลองโดย

รปท 4 การหาค

Chemistry

กซงบรรจกาซอาะตอมของอารกอหลอด ซงจะแปมขนของรงสทจ

ส หมายถง ระ

จะสลายตจานวนอนภาคใ

หมายความวาะเหลออย 0.25

รงชวตของธาตกครงชวต

x 10-4 วนาท1 วนาท

1.4 วนาท 118 วนาท40 ชวโมง

8.1 วน 12.5 วน

5.3 ป 5730 ป

4.5 x 109 ปยการตรวจวดรง

ครงชวตจากกรา

y I

ารกอนไว เมอนอน ทาใหอเลกลงคาความตางจะทาให Ar กล

ยะเวลาทสารก

ตวและแผรงสไดในธาตกมมนตร

า ถาม C-14 1กรม เปนดงนไ

กมมนตรงสบางรง

ท

งสในชวงเวลาท

าฟแสดงการสล

นาไปวางไวในบกตรอนของอารกศกยออกมาเปนายเปน Ar+ ได

มมนตรงสสลาย

ดเองตลอดเวลาโงสนน ปรมาณ

กรม เมอเวลาผไปเรอยๆ กลาวไ

ชนด งสทแผออก

เหมาะสม แลว

ายตว

บรเวณทมการแผกอนหลดออกไปนตวเลขบนหนาดมากหรอนอย

ยตวไปจนเหลอ

โดยไมขนอยกบณการสลายตวจะ

ผานไป 5730 ปไดวาทกๆ 573

วเขยนกราฟระ

ผรงส รงสจะป กลายเปน าปด คาทไดน

เพยงครงหนง

บอณหภมหรอะบอกเปนครง

ป จะเหลอ C-0 ป จะเหลอ

หวางปรมาณ

Chemistry I


ชวงเวลาทปรมาณรงสเปลยนจาก 50% เหลอครงหนงคอ 25 % คอ 2 -1 = 1 หนวย-เวลา ดงนนครงชวตจากกราฟคอ 1 หนวยเวลา หรออาจจะหาครงชวตไดจากความสมพนธ

0N

Nln = - t

และ t1/2 = 693.0

0N

Nln = 2/1t

t693.0

= คาคงทของการสลายตว N, N0 = จานวนอะตอมของธาตเมอเวลา t และเวลา 0 (เวลาเรมตน) ประโยชนของครงชวต ครงชวตสามารถใชหาอายของวตถโบราณทมธาตคารบอนเปนองคประกอบ เรยกวาวธ Radiocarbon Dating ซงคาวา dating หมายถง การหาอายจงมกใชหาอายของวตถโบราณทมคณคาทางประวตศาสตร หลกการสาคญของการหาอายวตถโบราณโดยวธ Radiocarbon Dating เปนหลกการทอาศยความรเกยวกบกมนตภาพรงสทเกดขนเองในอากาศ ตวการทสาคญคอ รงสคอสมก ซงอยในบรรยากาศเหนอพนโลก มความเขมสงจนทาใหนวเคลยสขององคประกอบของอากาศแตกตวออก ใหอนภาคนวตรอน แลวอนภาคนวตรอนชนกบไนโตรเจนในอากาศ ทาให

เกดไอโซโทปของ C-14 ดงน N147 + n1

0 C146 + H1

1 C-14 เปนไอโซโทปกมมนตรงส ใหรงสบตามครงชวต 5730 ปในบรรยากาศ คารบอนทาปฏกรยากบออกซเจน ไดเปน CO2 ซงทาใหมทง 12CO2 และ 14CO2 ปนกน เมอพชนาไปใชในการสงเคราะหแสง C-14 จะอยในพชและเมอสตวกนพชเปนอาหาร C-14 กจะเขาไปอยในรางกาย ในขณะทพชและสตวมชวต 14CO2 จะเขาไปและขบออกมาอยตลอดเวลา ทาใหม C-14 ดวยสดสวนคงทแนนอน แตเมอสงมชวตตายลงการรบ C-14 กจะหยดลง ปรมาณ C-14 กจะลดลงเพราะเกดการสลายตวตวตลอดเวลา ดงนนถาทราบอตราการสลายตวของ C-14 ในขณะทยงมชวตอยและทราบอตราการสลายตวขณะนน กสามารถคานวณอายได ตวอยางท 1 จากการวดปรมาณรงสของกระดกสตวทตายแลวชนดหนงได 2.80 ครง/นาท/กรมของคารบอน ถาอตราเฉลยของปรมาณรงสทเกดจาก C-14 เมอมชวตอยเทากบ 15.3 ครง/นาท/กรมของคารบอน กระดดสตวนนมอายกป (กาหนดครงชวตของ C-14 เทากบ 5730 ป)

วธทา จาก t1/2 = 693.0

5730 = 693.0

= 1.21 x 10-4 ตอป

จาก 0N

Nln = - t

8.23.15ln = - 1.21 x 10-4 t

t = 1.40 x 104 ป กระดกสตวดงกลาวมอาย 1.40 x 104 ป

Chemistry I


ตวอยางท 2 จากการศกษาอายของวตถโบราณชนดหนงพบวาอตราสวนของ 14C : 12C ของวตถนนมคาเปน 0.617 เทาของอตราสวนของ 14C : 12C ในพชทมชวต จงคานวณอายของวตถโบราณนน

วธทา จาก 0N

Nln = - t

0N

N = 0.617

และ = 2/1t

693.0 = 5730

693.0

เพราะฉะนน ln0.617 = 5730

t693.0

t = 3992 ป นนคอ วตถโบราณมอาย 3992 ป ปฏกรยานวเคลยร ปฏกรยานวเคลยร เปนปฏกรยาทเกดขนทนวเคลยสของธาต แลวทาใหเกดธาตใหมขนและใหพลงงานจานวนมหาศาล ซงตางจากปฏกรยาเคม เพราะปฏกรยาเคมเกดขนทอเลกตรอนรอบๆ นวเคลยส ไมทาใหเกดธาตใหม แตไดสารใหมทแตกตางจากสารเดม รวมทงมพลงงานเกยวของไมมาก ปฏกรยานวเคลยรอาจเกดจากการแตกตวของนวเคลยสของอะตอมขนาดใหญเรยกวาปฏกรยาฟชชน หรอจากการรวมตวของนวเคลยสของอะตอมขนาดเลกเรยกวา ปฏกรยาฟวชนกได 1. ปฏกรยาฟชชน (Fission reaction) ฟชชนเปนกระบวนการทนวเคลยสของธาตหนกบางชนด แตกตวออกเปนไอโซโทปของธาตทเบากวา ในป พ.ศ. 2482 นกวทยาศาสตรพบวาเมอใชนวตรอนยงไปทนวเคลยสของ U-235 จะทาใหเกดการแตกตวไดธาตใหมคอ Ba-139, กบ Kr-97 หรอ Ba-142 กบ Kr-91 การใชนวตรอนยงไปทนวเคลยสจดวาเปนปฏกรยาฟชชนทสาคญ ปฏกรยาฟชชน สามารถเกดไดกบนวเคลยสของธาตหนกเชน U-233 , U-235, U-238, และ Pu-239 เปนตน เมอเกดปฏกรยาฟชชน จะมความรอนคายออกมาจานวนมหาศาล นอกจากจะไดไอโซโทปหลายชนด ซงจดวาเปนวธผลตไอโซโทปกมมนตรงสทสาคญแลว ยงไดนวตรอนจานวนหนงดวย ซงนวตรอนทเกดขนใหมนจะชนกบนวเคลยสอนๆ เกดฟชชนแบบตอเนองเปนปฏกรยาลกโซ พจารณาตวอยางของปฏกรยาฟชชนตอไปน

U23592 + n1

0 Kr9036 + Ba144

56 + 2( n10 )

นวตรอนทเกดขนจะทาใหเกดปฏกรยาลกโซจนกระทงไดนวเคลยสทเสถยร คอ Zr-90 และ Nd-144 ดงน

Kr9036 Rb90

37 Sr9038 Y90

39 Zr9040

Ba14456 La144

57 Ce14458 Pr144

59 Nd14460

ปฏกรยาฟชชนทเกดขนภายใตสภาวะทเหมาะสม จะทาใหเกดพลงงานอยางมหาศาล ซงใชหลกการของฟชชนมาทาระเบดปรมาณ ในสงครามโลกครงท 2 ปจจบนนกวทยาศาสตรสามารถควบคมปฏกรยาลกโซในฟชชนได นามาใชประโยชนทางสนต เชน ใชสรางเตาปฏกรณปรมาณ เพอผลตไอโซโทปกมมนตรงส เพอใชในทางการแพทย การเกษตร และอตสาหกรรม ในขณะทพลงงานทไดกสามารถนาไปใชผลตกระแสไฟฟาได

Chemistry I


2.ปฏกรยาฟวชน (Fusion reaction) ปฏกรยาฟวชน เปนปฏกรยาทเกดการรวมตวของไอโซโทปทมมวลอะตอมตา ทาใหเกดไอโซโทปใหมทมมวลมากขนกวาเดม และใหพลงงานจานวนมหาศาล และโดยทวๆ ไปจะใหพลงงานมากกวาปฏกรยาฟชชน ตวอยางปฏกรยาไดแก

H21 + H3

1 He42 + n1

0 + พลงงาน

He32 + H2

1 He42 + H1

1 + พลงงาน

Li63 + H2

1 He42 + พลงงาน

Li63 + H2

1 Li73 + H1

1 + พลงงาน ปฏกรยาฟวชนจะเกดขนไดทอณหภมสงมากเทานน เพอเอาชนะแรงผลกระหวางนวเคลยสทจะมารวมกน ประมาณวาตองมอณหภมสงประมาณ 2 x 108 0C ความรอนดงกลาวนอาจไดจากปฏกรยาฟชชน ซงเปรยบเสมอนเปนชนวนใหเกดปฏกรยาฟวชน พลงงานในปฏกรยาฟวชน ถาปลอยออกมาอยางรวดเรว จะเกดการระเบดอยางรนแรง แตถาควบคมใหปลอยออกมาชาๆ จะเปนประโยชนตอมนษยอยางมากมาย และมขอไดเปรยบกวาปฏกรยาฟชชน เพราะสารตงตนคอไอโซโทปของไฮโดรเจนนนหาไดงาย นอกจากนผลตภณฑทเกดจากฟวชนยงเปนธาตกมมนตรงสทมอายและอนตรายนอยกวา ซงจดเปนขอไดเปรยบในแงของสงแวดลอม

***************************************************************************

Documents

1 Properties of the periodic table - SRI AYUDHYAChemistry I 5 Properties of the periodic table ตารางท 6 สมบ ต บางประการของสารประกอบออกไซด