แนวโนมตามตารางธาต

อาจารย ดร.นรวรรณ ธรรมขนธวชา คอ 221

คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยแมโจ

2

เดอเบอไรเนอร

นวแลนดส

เมนเดเลเอฟ

มวลอะตอม

ววฒนาการของตารางธาต

โมสลย เลขอะตอม

ประโยชนของตารางธาต

- ใชศกษาเกยวกบโครงสรางอะตอม

- สามารถระบสมบตทคลายคลงหรอ

สมบตทแตกตางของสารประกอบของ

ธาตตางๆได

- ท านายสมบตของธาตอนทไมทราบ

3

H (1S1)

หม 1A ?

ไฮโดรเจนควรอยทไหนในตารางธาต ?

H H+ + e-

หม 7A ?H + e- H-

ไฮโดรเจนควรจดแยกเปนประเภทของมนเอง

H+ เปนกรด สวน H- เปนเบส

4

‘d’ BLOCK

(n-1)d1-10 ns1 or 2

Group 3-7A

Group 8A

Group 1, 2A Representative elements

5Synthetic

โลหะแอลคาไล โลหะแอลคาไลนเอรท

แทรนซชน

แฮโลเจนกาซเฉอย หรอ กาซมตระกล

แลนทาไนด แอกทไนด

6

ธาตทสงเคราะหขน

ปจจบนนกวทยาศาสตรไดสรางธาตทหนกขนโดยการระดมยงธาตทหนกกวา Pb ดวยไอออนของธาตทเบากวา Cr เพอใหไดธาตทเรยกวา ธาตหนกยงยวด (super heavy elements) เชน ธาตล าดบท 112 หรอ 114 ซงคาดวาจะเปนธาตทมครงชวตยาวเปนหลายรอยลานป

Ds = darmstadtium

209Bi + 58Fe → 266Mt + 1n

Mt = meitnerium

7

1.แนวโนมขนาดอะตอมตามตารางธาต

คาบเดยวกน ขนาดเลกลงจากซายไปขวา

เนองจากในคาบเดยวกนเมอเลขอะตอมเพมขน สวนอเลกตรอนจะเพมขนในระดบพลงงานเดยวกน ดงนน

“โปรตอนในนวเคลยสเพมขน แตระดบพลงงานเทาเดม”

ประจทเพมขนจะดงอเลกตรอนใหเขาใกลนวเคลยสขน อะตอมจงเลกลง

+ 2+ 4+3+ 5+e-e-

e-e-

e-e-

e-e-

e- e-e- e-

e- e-

e-e-

e-

6+e- e-

e-e-

e-

e-7+

e- e-

e-

e-

e-

Li Be B C N O F

8

• หมเดยวกน ขนาดใหญขนจากบนลงลาง

ทงทประจในนวเคลยสเพมขนจากบนลงลาง

นาจะดงอเลกตรอนไดแรงขน

แตชนของอเลกตรอนกเพมขนเชนกน

ท าใหระยะหางระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอน

ชนนอกสดเพมมากขน อกทงอเลกตรอนชนใน

ยงเปนตวกนการดงดดจากนวเคลยสอกดวย

ดงนน ขนาดอะตอมจงเพมขนจากบนลงลาง

+ e-e-e-

e-

e-e-e- e- e-

e-

+ e-e-e-

e-

e-e-e- e- e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

9

10

ขนาดไอออนเทยบกบขนาดอะตอม

Anion

Cation

Atom

Atom

11

แคทไอออน มขนาด เลกกวา ขนาดอะตอมของมนเสมอ

แอนไอออน มขนาด ใหญกวา ขนาดอะตอมของมนเสมอ

12

รศมของไอออน

13

ไอออนใดมขนาดใหญกวาในแตละคตอไปน

N3-, F- N3-

Mg2+, Ca2+ Ca2+

Fe2+, Fe3+ Fe2+

O2-, Cl- Cl-

14

2. พลงงานไอออไนเซชน พลงงานนอยทสดทตองการใชในการแยกอเลกตรอนออกจากอะตอมอสระในสภาวะพนของอะตอมนน

แนวโนมพลงงานไอออไนเซชน

คาบเดยวกน เพมขนจากซายไปขวา

หมเดยวกน ลดลงจากบนลงลาง

IE1 + X (g) X+(g) + e-

IE2 + X+(g) X2+

(g) + e-

IE3 + X2+ (g) X3+

(g) + e-

IE1 first ionization energy

IE2 second ionization energy

IE3 third ionization energy

IE1 < IE2 < IE3

15

แนวโนมพลงงานไอออไนซขนท 1First Ionization Energy เพมขน

First

Ioniza

tion E

nerg

y เพม

ขน

16

3. สมพรรคภาพอเลกตรอน (Electron affinity, EA)

คอพลงงานทปลดปลอยออกมาจากการรบอเลกตรอนเขาไป 1 อเลกตรอน ของอะตอมธาตแลวเกดเปนแอนไอออน ณ สถานะแกส

X(g) + e- X-(g) + EA

แนวโนมสมพรรคภาพอเลกตรอน

คาบเดยวกน เพมขนจากซายไปขวา

หมเดยวกน ลดลงจากบนลงลาง

F (g) + e- X-(g)

O (g) + e- O-(g)

17

18

ท าไมโลหะหม 2A จงรบอเลกตรอนไดยากกวาโลหะหม 1A

ธาตใดมคา electron affinity สงกวา

โลหะหม 2A มอเลกตรอนอยเตม subshell s แลว อเลกตรอนทเขามาใหมจะอยหางจากนวเคลยสและถก shield มากกวา ในกรณของโลหะหม 1A ทยงมทวางใน subshell s

Li, Na Li

O, F F

19

•สงเกต

คาสมพรรคภาพอเลกตรอนของโลหะหม IIA มคาเปนบวก

เพราะ โลหะหม IIA มการจดเรยงอเลกตรอนชนนอกสดเปน

ns2 การทจะรบอเลกตรอนเพมเขาไป อเลกตรอนตวใหมจะไป

อยท np-ออรบทล ซงไกลจากนวเคลยสและยงมอเลกตรอนใน

ns2 กนแรงดงดดจากนวเคลยสไว ดงนน อเลกตรอนทเพมเขา

ไปจงไมเสถยรนก

20

4. อเลกโตรเนกาตวต (Electronegativity, EN)

ความสามารถในการดงดดอเลกตรอนเขามาหาอะตอมนน

แนวโนมคาอเลกโตรเนกาตวต

คาบเดยวกน เพมขนจากซายไปขวา

หมเดยวกน ลดลงจากบนลงลาง

ธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง

ธาตทมความสามารถในการดงดดอเลกตรอนคทใชในการ

สรางพนธะไดมาก

21

22

สรป IE, EA และ EN เพมขน

ทง IE, EA และ EN ตางกเกยวของกบการดงดดอเลกตรอนของธาต

ธาตทดงดดอเลกตรอนไดดมากจะมคาทง 3 สง

23

แนวโนมของสมบตทางกายภาพ

แรงยดเหนยวระหวางธาต แบงได 3 แบบ คอ พนธะโลหะ แรงแวนเดอรวาลสหรอแรงลอนดอน และ พนธะโคเวเลนต

• ธาตกลม s กลม d กลม f และกลม p บางสวนยดกนดวย พนธะโลหะ

• ธาตบรเวณทางขวา เชน N, O, Cl กอ พนธะโคเวเลนต

• ธาตหม 8A ยดกนดวย แรงแวนเดอรวาลส

24

มากขนาดอะตอมเลก

นอยขนาดอะตอมใหญ

พนธะโลหะ

นอย

มากแรงแวนเดอรวาลส

มาก

นอยขนาดใหญ แรงลดลง

พนธะโควาเลนต (โครงรางตาขาย)

25

พนธะโควาเลนตแบบโครงรางตาขาย - ขนาดอะตอมใหญขน ความแขงแรงลดลง ไมสามารถบอกไดวาโมเลกลหนงประกอบดวยกอะตอม เปนโครงรางแบบตาขาย แรงยดเหนยวแบบนจงแขงแรงมาก

พนธะโลหะ- เปนแรงดงดดระหวาง ไอออนบวกของโลหะกบทะเล e-- ความแขงแรงขนกบปรมาณ e- ในโครงผลก ขนาดของประจบวกและขนาดของอะตอม

- แขงแรงมากขนเมออะตอมมขนาดเลกลงแรงแวนเดอรวาลส

- เปนแรงทออนมาก พบในอะตอมและโมเลกลทกชนด

26

1. ความหนาแนน

• ขนกบ ขนาด มวลของอะตอม โครงสรางผลกและแรงยดเหนยวระหวางกน• ขนาดเลก มวลมาก และพนธะโลหะแขงแรง ความหนาแนนสง

Be > Li, Ti > Ca• โมเลกลอะตอมเดยว ความหนาแนนต า• กลมทมโครงรางตาขาย ความหนาแนนปานกลาง• ธาตแทรนซชน มความหนาแนนสงสด

27

กลมโลหะ

- ในคาบเดยวกนธาตทางขวาซงมขนาดเลก แตมวลมากกวาและพนธะโลหะแขงแรงกวา จะมความหนาแนนสงกวาธาตทางซาย

- ธาตหม 1A มความหนาแนนต าทสด (มขนาดอะตอมใหญ)

28

- ในหมเดยวกน ธาตหนกจะมความหนาแนนสงกวาธาตเบา เนองจากมอตราการเพมมวลเรวกวาการเพมปรมาตร

ตวอยางเชน K (เลขมวล 39) และ Rb (เลขมวล 85) มรศมอะตอมเปน 203 และ 216 pm ดงนน Rb จงควรมความหนาแนนมากกวา

โลหะทรานสชน

มขนาดเลกและมวลมาก พนธะโลหะแขงแรงความหนาแนนสงทสด

29

2. การหลอมเหลวและกลายเปนไอ

เปนการใชพลงงานความรอนแยกโมเลกลทจดตวเปนระเบยบในผลกใหหางกน เคลอนทไปมาไดบางจนถงแยกจากกนโดยเดดขาดในสภาวะแกส

สง

ต า

ต า

สง

หม IA หม IVA หม VA หม VIII

30

โครงสรางโมเลกลแบบเดยว ใชความรอนท าลายแรงแวนเดอรวาลส ซงเปนแรงขนาดออน จดหลอมเหลวและจดเดอดจงต า แตจะสงขนเมอโมเลกลมขนาดใหญขน

พนธะโลหะและโครงรางตาขาย ใชความรอนท าลายพนธะโลหะ หรอพนธะโคเวเลนซตามล าดบ จงตองใชพลงงานมากกวา

****โลหะทรานสชน มจดเดอดและจดหลอมเหลวสงทสด (เชอมกนดวยพนธะโลหะ) มความหนาแนนสงเนองจากมมวลมาก รองลงมาคอกลมโครงรางตาขาย

31

3. การน าไฟฟาและความรอน

โลหะ น าไฟฟาไดดในทกทศทาง และน าไฟฟาไดนอยลงเมออณหภมเพมขน (โลหะเบา มความหนาแนนนอย เชน Li , Na , K และโลหะหนกมความหนาแนนมาก เชน Fe , Cu , Zn)

อโลหะ ไมน าไฟฟา หรอน าไฟฟาไดนอยมาก

กงโลหะ น าไฟฟาไดบางทอณหภมปกต และน าไฟฟาไดมากขนเมออณหภมเพมขน

32

แนวโนมของสมบตทางเคม

เลขออกซเดชน : สารประกอบมกจะแสดงเลขออกซเดชนทมคาเทากบเลขหมนน• ธาตกลม s หม IA และ IIA มเลขออกซเดชนเปน +1 และ +2 ตามล าดบ• ธาตกลมอน ๆ สวนใหญจะมเลขออกซเดชนไดมากกวาหนงคา

33

แนวโนมของสมบตทางเคม

ศกยไฟฟามาตรฐาน (E0)แนวโนมของศกยไฟฟามาตรฐานเปนดงรป

ลบมากใหอเลกตรอน

บวกนอย

บวกมากรบอเลกตรอน

Li+ + e- Li

Cs+ + e- Cs I2 + 2e- 2I-

F2 + 2e- 2F-

ตวออกซไดซ

ตวรดวซ

Li F

Cs I

เปนบวกมากขน

34

- โลหะทางดานซายของตารางธาตเปนตวรดวซทดมาก เสยอเลกตรอนไดงาย และโลหะหนกเปนตวรดวซทดขน

- อโลหะเปนตวออกซไดซทดมากรบอเลกตรอนไดด สอดคลองกบคา IE, EN

35

แนวโนมของสมบตทางเคม

การเขาท าปฏกรยา• โลหะหม 1A : พนธะโลหะไมแขงแรง พลงงานไอออไนเซชนต า ทสด ไวตอการเกดปฏกรยาทสด

• ในหมเดยวกน โลหะหนกจะวองไวกวา (ขนาดอะตอมใหญ เสย e- ไดงาย) • อโลหะทวองไวทสด คอ ฟลออรน เนองจากมคาอเลกโตรเนกาตวตสงทสด พนธะ

F-F ออน (รบ e- ไดงาย)

36

หมIA 6Li + N2 2Li3N อณหภมหองIIA 3Be + N2 Be3N2 เผาจนรอนแดงIIIA 2Al + N2 2AlN เมอใหความรอนIVA Sn + N2 /

Li F

โลหะ อโลหะ

Cs I วองไวมากวองไวมาก

วองไวมาก

37

•อโลหะสามารถท าปฏกรยากบอโลหะดวยกนเกดเปนสารประกอบโคเวเลนตได•ปฏกรยามกเกดเมอใหความรอนจ านวนหนงเพอท าลายพนธะโคเวเลนตทมอยเดม

2H2(g) เผาไหม 2H2O(l)N2(g) + 3H2(g) อณหภม, ความดนสง 2NH3(g)

38

แนวโนมความเปนกรด-เบสของสารประกอบ

ออกไซดและไฮดรอกไซดออกไซด ไดแก สารประกอบ ระหวางธาตหนงๆ กบออกซเจน โดยทออกซเจนมเลขออกซเดชนเปน -2 เชน Na2O, B2O3 , P2O5

ไฮดรอกไซด ไดแก สารประกอบทมหม –OH โดยเฉพาะกรณทธาตกอพนธะดวยเปนโลหะ สตรทวไปเปน M(OH)n หม –OH มประจเปน -1

39

• พนธะระหวาง M ใด ๆ กบ O ในสารประกอบออกไซดและไฮดรอกไซดเปนพนธะไอออนกหรอโคเวเลนตกไดขนกบ ความแตกตางของคาอเลกโตรเนกาตวตของธาต ทงสอง

• ออกไซดและไฮดรอกไซดของธาตทางซายมอมฤทธเปนเบส เมอเลอนมาทางขวา ความเปนเบสจะลดลง จนเปนกรดในทสด

• ในหมเดยวกน ออกไซดและไฮดรอกไซดของธาตหนกจะเปนเบสมากขนตามแนวดง (ให e- ไดงาย)

40

IA VIIA

IA VIIAเปนกรดมากขน

เปนโคเวเลนตมากขน

เปนเบสมากขน

เปนไอออนกมากขน

กรดเบส

แอมโฟเทอรก

โคเวเลนตไอออนก ก ากง

แนวโนมของออกไซดเกยวกบพนธะ

แนวโนมของออกไซดเกยวกบความเปนกรด-เบส

41

• กรณทธาตหนงมเลขออกซเดชนไดหลายคา ความเปนกรดจะแรงขนตามล าดบของเลขออกซเดชนจากต าไปสง (รบ e- ไดงาย)

+1 +3 +5 +7

HOCl < HClO2 < HClO3 < HClO4

+4 +6

H2SO3 < H2SO4

กรดออน กรดแก

42

ไฮไดรดหมายถง สารประกอบระหวางธาตหนง กบไฮโดรเจน แบงได 3 ชนด ตามลกษณะของพนธะ

1. ไฮไดรดไอออนก มพนธะระหวาง M+ กบ H- (ไอออนไฮไดรด) ไดแก ไฮไดรดของธาตกลม sเกอบทงหมด

2. ไฮไดรดเมตาลก มอะตอมของไฮโดรเจนแทรกอยในผลก บางทเรยกวา interstitial hydride ไดแก ไฮไดรดของธาตแทรนซชน รวมทงกลมแลนทาไนดและแอกทไนด

3. ไฮไดรดโคเวเลนต มพนธะโคเวเลนตระหวางธาต M กบไฮโดรเจน ซงสวนมากมเลขออกซเดชนเปน +1 ไดแก ไฮไดรดของธาตกลม p เกอบทงหมด

43

สารประกอบไฮไดรดไอออนก• มสมบตเปนเบส เนองจาก H- สามารถใหใชคอเลกตรอนรวมกนได• ความเปนเบสของไฮไดรดจะลดลงจากซายไปขวา แตเพมขนจากบนลงลาง

สารประกอบไฮไดรดโคเวเลนต• ธาตหนกยงเปนกรดแรงขน ตามปจจย 3 ประการคอ• อเลกโตรเนกาตวต• ความแขงแรงของพนธะ M-H ซงเปลยนตามขนาดของ M• พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลของไฮไดรด

44

• ธาตในคาบเดยวกนอเลกโตรเนกาตวตมความส าคญมาก เพราะขนาดของธาตใกลเคยง

กน ความเปนกรดเรยงตามแนวโนมของอเลกโตรเนกาตวต

• ธาตในหมเดยวกนขนาดของ M และพนธะไฮโดรเจนมความส าคญ เชน HF

นาจะเปนกรดทแรง แตพนธะไฮโดรเจนทเปนระเบยบและความแขงแรงของ H-F ท าใหเปนเพยงกรดออน เมอเทยบกบ HBr และ HI ทพนธะไมแขงแรงและไมมพนธะไฮโดรเจน

H

F