(Atomic structure and periodic)docshare04.docshare.tips/files/18816/188166636.pdf · สันสรุปเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมว่าอะตอม

เอกสารประกอบการสอนรายวชาเคมประยกต (02-411-105) วทยาลยเทคโนโลยภาคตะวนออก ภาคฤดรอน ปการศกษา 2554 ผสอน อ.วรวทย จนทรสวรรณ e-mail : [email protected] คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร 02-9132424 ตอ 195

หนวยท 1 โครงสรางอะตอมและตารางธาต (Atomic structure and periodic)

1. โครงสรางอะตอม 1.1 ทฤษฎอะตอม

กอนครสตศกราช 384-322 ป อรสโตเตล (Alistotle) ไดกลาวไววา “สารทกชนดมความตอเนองกน แบงแยกไปไดเรอยๆ ทกสารประกอบดวยอนภาคขนดเดยวกน ลกษณะ 4 ประการทตางกนเปนคๆ คอ แหง เปยก รอน เยน เชน ไฟ (รอน-แหง) นา (เยน-เปยก)” ทาใหเรมมการศกษาองคประกอบของสารมากขน ตนศตวรรษท 19 ดาลตน (John Dalton) ไดกลาวไววา “อะตอม มขนาดเลกมาก ไมสามารถแบงแยกตอไปได อะตอมของธาตชนดเดยวกนเหมอนกนและแตกตางจากอะตอมของธาตอน และสารเกดจากการรวมตวกนทางเคมของอะตอมทมคาคงตว” นอกจากนยงมการศกษา คนควาเกยวกบโครงสรางของอะตอมเกดขนอกมากมายจนปจจบน

การคนพบอเลกตรอน

เมอป ค.ศ.1833 ไมเคล ฟาราเดย (Michael Faraday) ไดทาการศกษาเกยวกบแยกสลายไฟฟา (electrolysis) โดยผานเขากระแสไฟฟาเขาไปในสารละลายชใหเหนวาสารละลายตางๆ ประกอบดวยอะตอม เมอไดรบกระแสไฟฟาอะตอมบางสวนหลดออกมาซงเปนอนภาคไฟฟา ดงนนโครงสรางภายในของอะตอมจะตองเกยวของกบอนภาคไฟฟา ซงตอมา ทอมสน (J.J. Thomson) ไดใชหลอดรงสแคโทด (cathode ray tube) ซงเปนหลอดแกวภายในบรรจแกสความดนตา ขวอเลกโทรดททาดวยโลหะเมอผานกระแสไฟฟาทมศกยสงๆ จะสงเกตวามการไหลของกระแสไฟฟาเกดขนโดยมทศทางการไหลจากขวแคโทด (ขวลบ) และทะลผานขวของแอโนด(ขวบวก) ไปกระทบกนฉากทเคลอบดวยสารเรองแสงทาใหเหนเปนแสงสวางเกดขน เรยกรงสทเกดขนนวา รงสแคโทด (cathode ray) ดงรปท 1.1

รปท 1.1 รงสแคโทด

นอกจากนทอมสน ยงพบวารงสแคโทดสามารถเบยงเบนในสนามไฟฟาและในสนามแมเหลก โดยลารงสนจะเบนเขาหาขวไฟฟาบวก ทอมสนจงสรปวาลารงสแคโทด เปนอนภาคประจลบ เรยกอนภาคนวา อเลกตรอน และสามารถคานวณหาอตราของประจตอมวล (e/m) ของอเลกตรอนไดเทากบ 1.78x108 คลอมบตอกรม โดยอาศยการวดความโคงของลารงสแคโทด ตอมาในป ค.ศ.1908 มลลแกน (R. A. Millikan) ไดทาการทดลองหาประจของ

หนวยท 1 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 2

สงวนลขสทธ © เอกสารประกอบการสอน อ.วรวทย จนทรสวรรณ

อเลกตรอนโดยใชหยดนามน (oil drop experiment) สามารถหาคาประจของอเลกตรอนไดเทากบ 1.60x10-19 คลอมบและสามารถคานวณหามวลของอเลกตรอนไดเทากบ 9.11x10-31 กโลกรม ดงรปท 1.2

รปท 1.2 การทดลองหยดนามนของมลลแกน

การคนพบโปรตอน การคนพบอเลกตรอนซงเปนอนภาคทเปนลบ ประกอบกบสารในสถานะแกสจะมสมบตท เปนกลางทาง

ไฟฟา แสดงใหเหนวาจะมอนภาคทเปนบวกรวมอยในอะตอมดวยซงกเปนความจรง เพราะนอกจากจะพบรงสแคโทดในหลอดแคโทดแลว ยงพบวามจดสวางทางดานหลงของขวแคโทดอกดวย เรยกรงสขวบวกนวา รงสแคแนล (canal ray) โดยเรยกอนภาคทเปนบวกวา โปรตอน (proton) จากการคนพบอเลกตรอนและโปรตอน ทาใหทอมสนสรปเกยวกบโครงสรางอะตอมวาอะตอม ประกอบดวยอภาคทเปนลบ เรยกวาอเลกตรอนและอนภาคทเปนบวกเรยกวาโปรตอนกระจดกระจายอยางสมาเสมอ

นวเคลยส รทเทอรฟอรด (E.R. Rutherford) ไดทาการทดลองโดยยงอนภาคแอลฟา (อนภาคบวก) เขาไปในแผน

ทองคาทบาง ดงรปท 1.3 พบวาอนภาคอลฟาสามารถทะลผานแผนทองคาไดเปนสวนใหญ บางแผนเกดการหกเห สวนนอยเกดการสะทอนกลบ ทาใหอธบายไดวาบรเวณใจกลางเปนทรวมของอนภาคประจบวก (โปรตอน) เรยกวานวเคลยส (nucleus) มความหนาแนนมากทาใหมขนาดเลกเกอบเทากบมวลของอะตอมทาใหอนภาคแอลฟาหกเหหรอสะทอนกลบ สวนบรเวณรอบๆ ทเบาบาง เปนอนภาคประจลบหรออเลกตรอน ซงอนภาคแอลฟาทะลผานไดโดยในอะตอมอนภาคประจบวกและอนภาคประจลบจะเทากน

รปท 1.3 การทดลองของรดเทอรฟอรด



การคนพบนวตรอน หลงจากการคนพบโปรตอนและอเลกตรอนและนวเคลยสแลวยงพบวาประมาณครงหนงของมวล

นวเคลยสเปนโปรตอนเนองจากอเลกตรอนมมวลนอยมาก ดงนนภายในนวเคลยสจะตองมอนภาคอนอกทมประจเปนศนย และมมวลเกอบเทากบมวลของโปรตอน ในป ค.ศ. 1932 แชดวก (J. Chadwick) ไดทาการทดลองยง (bombard) ธาตเบรลเลยม (Beryllium, Be) ดวยอนภาคแอลฟาพบวา มอนภาคทมพลงงานสงแตไมมประจถกปลดปลอยออกมาเรยกอนภาคนวานวตรอน (neutron)

จากการคนพบอเลกตรอน โปรตอนและนวตรอน จงไดขอสรปวาอะตอมประกอบดวย อนภาคมลฐาน 3 อยาง คอ อเลกตรอน (e) โปรตอน (p) และนวตรอน (n) สมบตดงตารางท 1.1 โดยบรเวณใจกลางเปนนวเคลยสทมความหนาแนนสง เนองจากภายในมโปรตอนและนวตรอนมมวลเกอบเทามวลของอะตอม สวนรอบๆ นวเคลยส จะมอเลกตรอนวงวนอยรอบๆ โดยนวเคลยสมขนาดเสนผาศนยกลาง ประมาณ 10 -13 เซนตเมตร ขณะทอะตอมมเสนผาศนยกลางมขนาด 10-8 เซนตเมตร

ตารางท 1.1 สมบตของอนภาคโปรตอน นวตรอนและอเลกตรอน

อนภาค สญลกษณ ประจ มวล (กรม) มวลสมพทธ อเลกตรอน โปรตอน นวตรอน

-1 +1 0

9.109382x10-28 1.672622x10-24 1.674927x10-24

0.0005485799 1.007276 1.008665

1.2 เลขอะตอม เลขมวลและไอโซโทป

จากการศกษาเกยวกบโครงสรางของอะตอม โดยมขอมลตางๆ จากการทดลองมาสนบสนน สรปไดวา อะตอมของธาตตางๆ จะประกอบดวยอเลกตรอน โปรตอนและนวตรอน (ยกเวนอะตอมของธาตไฮโดรเจน ทไมมนวตรอน) ซงมจานวนแตกตางกนไป เลขทแสดงจานวนโปรตอนในนวเคลยสของอะตอม เรยกวาเลขอะตอม (atomic number, Z) เลขอะตอมจะเปนคาเฉพาะของธาต ธาตชนดเดยวกนจะมเลขอะตอมเทากนเสมอ ซงทสภาวะปกตจะมจานวนโปรตอนและอเลกตรอนเทากน สวนเลขทแสดงจานวนผลบวกของโปรตอนและจานวนนวตรอน เราเรยกวา เลขมวล (mass number, A) ซงในนวเคลยสของอะตอม เลขมวลจะมคาใกลเคยงกบเลขของอะตอม โดยผลตางของเลขมวลกบเลขของอะตอมจะเทากบจานวนนวตรอนโดยสามารถเขยนสญลกษณนวเคลยรไดคอ

เมอ X หมายถงสญลกษณของธาต Z หมายถงเลขอะตอม A หมายถงเลขมวล เลขอะตอม คอจานวนโปรตอนในนวเคลยสของแตละอะตอมของธาต ในอะตอมทเปนกลางจะมจานวน

โปรตอนเทากบจานวนอเลกตรอน ดงนนเลขเชงอะตอมจงบอกจานวนของอเลกตรอนของธาตไดดวย เนองจากอะตอมของธาตชนดเดยวกนมคาเลขเชงอะตอมเทากนเสมอ เลขเชงอะตอมจงปนเอกลกษณของธาตชนดเดยวกน เชนเลขเชงอะตอมของฟอสฟอรสเทากบ 15 นนคอทกๆ อะตอมทเปนกลางของฟอสฟอรสจะม 15 โปรตอน และม 15 อเลกตรอน และกลาวไดวาอะตอมใดๆ ในจกรวาลถาม 15 โปรตอนแลว จะเรยกวา “ฟอสฟอรส” ทงสน



เลขมวล คอผลรวมของนวตรอนและโปรตอนทมในนวเคลยสของอะตอมของธาต นวเคลยสในอะตอมอนๆ ทงหมดจะมทงโปรตอนและนวตรอนอย โดยทวไปแลวเลขมวลหาไดดงน

เลขมวล = จานนวนโปรตอน + จานวนนวตรอน = เลขอะตอม + จานวนนวตรอน จานวนนวตรอนในอะตอม = เลขมวล – เลขอะตอม

เชน ธาตโซเดยม มจานวนโปรตอน (Z) = 11

มจานวนนวตรอน = A – Z = 23 - 11 = 12 มจานวนอเลกตรอน = 11 (เทากบจานวนโปรตอน)

ไอโซโทป (isotope) หมายถง อะตอมของธาตชนดเดยวกนทมเลขอะตอม (Z) เทากน แตเลขมวล (A) ไม

เทากน ตวอยางเชน อะตอมของไฮโดรเจนมเลขมวลสามชนดโดยแตกตางกนทจานวนนวตรอน ไดแก ไฮโดรเจน (Hydrogen) ม 1 โปรตอนและไมมนวตรอน มสญลกษณ H1

1 ดวทเรยม (Deuterium) ม 1 โปรตอนและม 1 นวตรอน มสญลกษณ H2

1 ทรเทยม (Tritium) ม 1 โปรตอนและม 2 นวตรอน มสญลกษณ H3

1 สมบตทางเคมของธาตถกกาหนดโดยจานวนโปรตอนและอเลกตรอนในอะตอม นวตรอนไมมสวนเกยวของในการเปลยนแปลงทางเคมตามปกต ดงนนไอโซโทปของธาตเดยวกนจงมสมบตทางเคมเหมอนกนเกดสารประกอบประเภทเดยวกนและมความไวตอปฏกรยาเคมทานอง

ไอโซโทน (isotone) หมายถง อะตอมของธาตตางชนดกนทมจานวนนวตรอนเทากน แตจานวนโปรตอน เลขอะตอมและเลขมวลไมเทากน เชน 39

19K กบ 4020Ca มนวตรอนเทากนคอ 20

ไอโซบาร (isobar) หมายถง อะตอมของธาตตางชนดกนทมเลขมวลเทากนแตเลขอะตอมตางกน เชน 146C

กบ 147N

1.3 แบบจ าลองอะตอม

เนองจากอะตอมมขนาดเลกมาก การศกษาเกยวกบอะตอมจงเปนการสนนฐาน โดยอาศยขอมลจากการทดลอง มาสรางแบบจาลองของอะตอมขน ดงนนแบบจาลองของอะตอม จงมการเปลยนแปลงมาเรอยๆ จนถงปจจบน เรมตงแต ดาลตล (John Dalton) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ ไดเสนอทฤษฎอะตอมขน โดยอาศยขอมลจากการทดลอง ซงสรปไดดงน สารแตละชนดประกอบดวยอนภาคเลก ๆ ซงไมสามารถแบงแยกไดอก เรยกวาอะตอม อะตอมจะทาใหสญหาย หรอ ทาใหเกดขนใหมไมได อะตอมของธาตชนดเดยวกนจะมสมบตเหมอนกน และสมบตแตกตางจากอะตอมของธาตอน ดงนนแบบจาลองอะตอมตามทฤษฎของดอลตลคอ อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม มขนาดเลกมาก และไมสามารถแบงแยกไดอก



แบบจ าลองอะตอมของทอมสน ทอมสน (Sir Joseph John Thomson) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ

ไดสนใจปรากฎการณทเกดขนในหลอดรงสแคโทด จงไดใชหลอดรงสแคโทดศกษารงสแคโทด จากผลการทดลองทาใหทอมสนไดขอมลเกยวกบอะตอมขน เขาได เสนอแบบจาลองของอะตอมวา อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยโปรตอน ซงมประจบวก และอเลกตรอนซงมประจลบกระจายอยทวไปอยางสมาเสมอ และในอะตอมทเปนกลางทางไฟฟา จะมจานวนโปรตอนเทากบจานวนอเลกตรอนเสมอ

แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

ในป ค.ศ. 1920 รทเทอรฟอรดไดใชอนภาคแอลฟายงไปยงแผนโลหะทองคาบางๆ และใชฉากเรองแสง ซงฉาบไวดวยซงคซลไฟด เปนฉากรบอนภาคแอลฟา เพอตรวจสอบวาอนภาคแอลฟาวงไปทางทศใดบาง จากการทดลองพบวาอนภาคแอลฟาสวนใหญเดนทางเปนเสนตรงผานทะลแผนทองคาได มบางอนภาคทเบนออกจากเสนทางเดม และบางอนภาคซงนอยมากจะสะทอนกลบจากเสนทางเดม เมอกระทบกบแผนทองคา ทราบไดเพราะอนภาคแอลฟากระทบฉาก กจะเหนแสงเรองขน จากการทดลองของรทเทอรฟอรดไมสามารถใชแบบจาลองอะตอมของทอมสนอธบายได เพราะตามแบบจาลองอะตอมของทอมสนในอะตอมของแผนทองคาจะมโปรตอน และอเลกตรอนกระจายอยทงอะตอม

ดงนนถาแบบจาลองอะตอมของทอมสนถกตอง เมอยงอนภาคแอลฟาซงมประจบวกเขาไปในอะตอมของแผนทองคา อนภาคแอลฟาจะผลกกบโปรตอนซงมประจบวกเหมอนกน และควรจะเบนจากเสนตรงเพยงเลกนอย เพออธบายผลการทดลองรทเทอรฟอรดจงไดเสนอแบบจาลองอะตอมขนมาใหม ดงนคอ อะตอมประกอบดวยโปรตอนซงรวมกนเปนนวเคลยสอยตรงกลาง นวเคลยสมขนาดเลกมาก แตมมวลมาก และมประจบวก สวนอเลกตรอนซงมประจลบ และมมวลนอยวงอยรอบๆ นวเคลยสเปนบรเวณกวาง

รปท 1.5 แบบจาลองของรทเทอรฟอรด

แบบจ าลองอะตอมของโบร จากการทดลองของรทเทอรฟอรดและการคนพบนวตรอนของแซควก ทาใหทราบวาโปรตอนและ

นวตรอนรวมกนอยในนวเคลยสของอะตอม แตยงไมทราบวาการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอมเปนอยางไรในการศกษาโครงสรางของอะตอม เพอตองการทราบวาอเลกตรอนทอยรอบนวเคลยสนนอยในล กษณะใด นกวทยาศาสตรไดศกษาเปลวไฟจากการเผาสารตางๆ และศกษาสเปกตรมโดยเครองมอทเรยกวา สเปกโตรสโคป จากผลการทดลองทไดจากการเผาสาร นกวทยาศาสตรไดพยายามนาแบบจาลองเกาๆ มาอธบาย แตไมสามารถอธบายผลการทดลองได จงสรางสมมตฐานเกยวกบแบบจาลองอะตอมขนมาใหม เพอใหอะตอมมโครงสรางทสามารถถายเทพลงงานโดยอะตอมประกอบดวยโปรตอน และนวตรอนรวมกนเปนนวเคลยส และมอเลกตรอนวง

รปท 1.4 แบบจาลองอะตอมของทอมสน



อยรอบๆ นวเคลยส อเลกตรอนทวงรอบนวเคลยสมระดบพลงงานไดมากกวา 1 คา อเลกตรอนทวงรอบนวเคลยสจะเคลอนทอยในระดบพลงงานใด ขนอยกบคาพลงงานของอเลกตรอนตวนนๆ

จากความรเรองสเปกตรม ทาใหนลสโบรนกวทยาศาสตรชาวเดนมารก ไดเสนอแบบจาลองอะตอมขนใหม โดยขยายแบบจาลองของรทเทอรฟอรดดงน อะตอมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนรวมกนเปนนวเคลยส และมอเลกตรอนวงอยในวงโคจรทเปนวงกลมมรศม r รอบนวเคลยสเปนชนๆ หรอเปนระดบพลงงานทมคาพลงงานเฉพาะคาหนง คลายๆ กบวงโคจรของดาวเคราะหรอบดวงอาทตย เขาเรยกวงโคจรของอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสมากทสด และมพลงงานตาทสดวา ชน K และเรยกวงโคจรทถดออกมา ซงมระดบพลงงานสงขนวา ชน L, M, N, O … ตามลาดบ แตในปจจบนเรยกชน K, L, M, … วาระดบพลงงาน n = 1, n = 2, n = 3 ตามลาดบ

รปท 1.6 แบบจาลองของโบร

1.4 การจดอเลกตรอนในระดบพลงงาน อเลกตรอนในอะตอมทอย ณ ระดบพลงงาน (energy levels หรอ shell) จะมพลงงานจานวน

หนง สาหรบอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสมากทสดจะมพลงงานนอยกวาพวกทอยไกลออกไป ยงอยไกลมากยงมพลงงานมากขน โดยกาหนดระดบพลงงานหลกใหเปน n ซง n เปนจานวนเตมคอ 1, 2, … หรอตวอกษรเรยงกนดงน คอ K, L, M, N, O, P, Q ตามลาดบ เมอ n = 1 จะเปนระดบพลงงานตาสด หมายความวา จะตองใชพลงงานมากทสดทจะดงเอาอเลกตรอนนนออกจากอะตอมได จานวนอเลกตรอนท จะมไดในแตละระดบพลงงานหลกตองเทากบหรอไมเกน 2n2 และจานวนอเลกตรอนในระดบนอกสดจะตองไมเกน 8 เชน

ระดบพลงงานทใกลนวเคลยสมากทสด n = 1 (shell K) ปรมาณอเลกตรอนทควรมอย = 2(1)2 = 2 ระดบพลงงานทสอง (n = 2) ปรมาณอเลกตรอนสงสดทควรมได = 2(2)2 = 8 ระดบพลงงานทสาม (n = 3) ปรมาณอเลกตรอนสงสดทควรมได = 2(3)2 = 18 ระดบพลงงานทส (n = 4) ปรมาณอเลกตรอนสงสดทควรมได = 2(4)2 = 32 ระดบพลงงานทหา (n = 5) ปรมาณอเลกตรอนสงสดทควรมได = 2(5)2 = 50 ระดบพลงงานทหก (n = 6) ปรมาณอเลกตรอนสงสดทควรมได = 2(6)2 = 72 ระดบพลงงานทเจด (n = 7) ปรมาณอเลกตรอนสงสดทควรมได = 2(7)2 = 98

เชนการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลกของธาตตางๆ เชน



จากการศกษาสเปกตรมของธาตตางๆ พบวาในระดบพลงงานหลก (n) ยงประกอบดวยระดบพลงงานยอยหรอเรยกวา ซบเซลล (sub-levels หรอ sub-shells) โดยกาหนดเปนสญลกษณคอ s p d และ f ซงในแตละระดบพลงงานยอยจะมอเลกตรอนไดไมเทากนและมพลงงานไมเทากน กลาวคอ ระดบพลงงานยอย s มพลงงานตากวา p ตากวา d ตากวา f ตามลาดบ ในระดบพลงงานยอยยงประกอบดวยออรบทล (orbital) ซงในแตละออรบทลมอเลกตรอนไดไมเกน 2 อเลกตรอน ดงน

ระดบพลงงานยอย s มอเลกตรอนไดไมเกน 2 อเลกตรอน ม 1 ออรบทล ระดบพลงงานยอย p มอเลกตรอนไดไมเกน 6 อเลกตรอน ม 3 ออรบทล ระดบพลงงานยอย d มอเลกตรอนไดไมเกน 10 อเลกตรอน ม 5 ออรบทล ระดบพลงงานยอย f มอเลกตรอนไดไมเกน 14 อเลกตรอน ม 7 ออรบทล

ภายในระดบพลงงานหลกอนเดยวกนจะประกอบดวยพลงงานยอยเรยงลาดบจากพลงงานตาไปสง คอ จาก s ไป p d และ f เชน 3p สงกวา 3s ซงเมอนามาเรยงลาดบกนแลว พบวามเฉพาะ 2 ระดบพลงงานแรกคอ n = 1 และ n = 2 เทานน ทมพลงงานเรยงลาดบกน แตพอขนระดบพลงงาน n = 3 เรมมการซอนเกยกนของระดบพลงงานยอย ดงรป

รปท 1.7 แสดงระดบพลงงานในอะตอม

จากการศกษาพบวากรณของอะตอมทมหลายอเลกตรอนนนระดบพลงงานของ 3d จะใกลกบ 4s มาก และพบวา ถาบรรจอเลกตรอนใน 4s กอน 3d พลงงานรวมของอะตอมจะตา และอะตอมจะเสถยรกวา ดงนนในการจดเรยงอเลกตรอนในออรบทลแบบทเสถยรทสดคอการจดตามระดบพลงงานทตาทสดกอนทงในระดบพลงงานหลกและ



ยอย ซงวธการจดอเลกตรอนสามารถพจารณาตามลกศรในรปท 1.8 โดยเรยงลาดบไดเปน 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

รปท 1.8 แสดงลาดบการบรรจอเลกตรอนในออรบทล

ในการจดอเลกตรอนอาจเขยนเปนแผนภาพออรบทลซงแสดงสปนของอเลกตรอนดวย ดงตวอยาง C ม z = 6 มโครงแบบอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p2 ซงการจดแสดงสปนของอเลกตรอนแสดงในตารางท 1.2 ในการบรรจอเลกตรอนหรอการจดเรยงอเลกตรอนลงในออรบทลจะตองยดหลกในการบรรจอเลกตรอนของอะตอมหนงๆ ลงในออรบทลทเหมาะสมตามหลกดงตอไปน

1) หลกของเพาล (Pauli exclusion principle) กลาววา “ไมมอเลกตรอนคหนงคใดในอะตอมทมเลขควอนตมทงสเหมอนกนทกประการ” นนคออเลกตรอนคหนงในออรบทลจะมคา n, ℓ, mℓ เหมอนกนได แตตางกนทสปน

2) หลกของเอาฟบาว (Aufbau principle) มวธการดงน

1) สญลกษณวงกลม O, หรอ _ แทน ออรบทล ลกศร แทน อเลกตรอน 1 ตว ทสปน ขน-ลง เรยกวา อเลกตรอนค (paired electron)

เรยกวาอเลกตรอนเดยว (single electron) 2) บรรจอเลกตรอนเขาไปในออรบทลทมระดบพลงงานตาจนครบจานวนกอน ดงรปท 1.7

3) กฎของฮนด (Hund's rule) กลาววา “การบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานเทากน (degenerate orbital) จะบรรจในลกษณะททาใหมอเลกตรอนเดยวมากทสดเทาทจะมากได” ออรบทลทมระดบพลงงานมากกวา 1 เชน ออรบทล p และ d เปนตน

7N = 1s2 2s2 2p6 1s 2s 2p



4) การบรรจเตม (filled configuration) เปนการบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานเทากน แบบเตม ครบ 2 ตว สวนการบรรจครง (half- filled configuration) เปนการบรรจอเลกตรอนลงในออรบทลแบบครงหรอเพยง 1 ตว เทานน ซงการบรรจทงสองแบบ (ของเวเลนซอเลกตรอน) จะทาใหมความเสถยรมากกวา

รปท 1.9 ระดบพลงงานของอะตอมทมหลายอเลกตรอน

ตวอยางการบรรจครง เชน

7N = 1s2 2s2 2p6

1s 2s 2p ตวอยางการบรรจเตม เชน

10Ne = 1s2 2s2 2p6 1s 2s 2p



ตารางท 1.2 โครงแบบอเลกตรอน (แบบสญลกษณ) ของธาตเลขอะตอม 1 ถง 36 สญลกษณ เลขอะตอม โครงแบบอเลกตรอน

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p H 1

He 2

Li 3

Be 4

B 5

C 6

N 7

O 8

F 9

Ne 10

Na 11

Mg 12

Al 13

Si 14

P 15

S 16

Cl 17

Ar 18

K 19

Ca 20

Sc 21

Ti 22

V 23

Cr 24

Mn 25

Fe 26

Co 27

Ni 28

Cu 29

Zn 30

Ga 31

Ge 32

As 33

Se 34

Br 35

Kr 36



1.2 ตารางธาต (ระบบพรออดก) 1.2.1 ววฒนาการการสรางตารางธาต

ในปลายศตวรรษท 18 องตวน ลาววซเยร (Antoine Lavoisier) รวบรวมธาตตางๆ ทไดมการคนพบและพสจนทราบเอกลกษณแลวได 23 ธาต และเมอสนป ค.ศ.1870 ไดพบธาตรวม 65 ธาต จนกระทงถงป ค.ศ.1925 พบเพมเตมอก 23 ธาต ซงปจจบนมธาตทพบรวมมากกวา 118 ธาต และยงมการวจยตอเนองเพอคนพบหรอสรางธาตใหมๆ ขนมา ดงนนการจดเรยงอเลกตรอนและสมบตของธาตบางประการมสมพนธกบตารางธาต ทงนเพราะในปจจบนเปนททราบกนแลววาสมบตทางเคมและกายภาพหลายประการเชนเลขอออกซเดชน ขนาดอะตอมและไอออน พลงงานไอออนไนเซชน สมพรรคภาพอเลกตรอน อเลกโตรเนกาตวต การนาไฟฟาจะเปลยนไปตามเลขอะตอม โดยแนวโนมของการเปลยนแปลงนจะมลกษณะซากนเปนชวงๆ ขนกบการจดเรยงอเลกตรอนของธาต เชน ธาตกลมหนงมการจดเรยงอเลกตรอนแบบแกสเฉอยคอเวเลนซอเลกตรอนเพยงหนงอเลกตรอนและอยใน s-ออรบทล ไดแก ธาต Li Na K Rb Cs และ Fr กจดธาตกลมนมสมบตคลายกนเชน อะตอมมขนาดใหญกลายเปนไอออนงาย ผลกคอนขางออน จดหลอมเหลวตาเปนตน กล าวไดวาสมบตเหลานเปนฟงกชนพรออดก ของเลขอะตอมและบรรดาธาตทจดเปนหมวดหมแลวรวมกน เรยกวาตารางธาต (periodic table) กอนทนกวทยาศาสตรจะคนพบวามความสมพนธดงกลาวจนสามารถสรางเปนตารางธาตทใชในปจจบน ยคเรมแรก

ในยคเรมแรกนกวทยาศาสตรเรมสงเกตความคลายคลงกนทางสมบตเคมและสมบตกายภาพของธาตเปนกลมๆ และนามาจดเปนตารางงายๆ กอนทตอมาจงไดรจกเทอมตางๆ ผทนาจะถอไดวาเปนคนแรกทพยายามจดกลมของธาตทมสมบตคลายคลงกนไวดวยกนในรปของการจดเปนตาราง ไดแก โยฮน เดอเบไรเนอร (Johann Dobereiner) นกเคมชาวองกฤษ ซงในป ค.ศ.1817 เดอเบไรเนอร ไดจดธาตเปนหมๆ ละ 3 ธาตตามสมบตทคลายคลงกนเรยกวาหลกไตรภาคธาต (triads) โดยเรยงลาดบธาตทงสามดวยนาหนกอะตอมจากนอยไปมาก พบความสมพนธของนาหนกอะตอม คอนาหนกอะตอมของธาตทสองจะเปนครงหนงของผลรวมนาหนกอะตอมของธาตทหนงและสาม เชน คลอรน โบรมน และ ไอโอดน จงไดเรยกการจดเรยงธาตสามธาตนวา “L w of tri ds” ดงรปท 1.10

ลเทยม, Li 7 แคลเซยม, Ca 40 คลอรน, Cl 35 โซเดยม, Na 23 สทรอนเซยม, Sr 88 โบรมน, Br 80 โพแทสเซยม, K 39 แบเรยม, Ba 137 ไอโอดน, l 129

รปท 1.10 ไตรภาคธาตของเดอเบไรเนอร

โดยธาตตวกลาง (Na Sr และ Br) จะมนาหนกอะตอมเปนคาเฉลยของนาหนกอะตอมของอก 2 ธาตทเหลอดงสมการ

นาหนกอะตอมของโบรมน = ½ (นาหนกอะตอมของคลอรน + นาหนกอะตอมของไอโอดน) = ½ (35.5 + 127) = 81.25



ปจจบนนาหนกอะตอมหรอมวลอะตอมของโบรมนเทากบ 79.90 และเมอนาหลกไตรภาคธาตนมาใชกบกลมธาตอน เชน Cu (63.6), Ag (108), Au (197) หรอ Zn (65.4), Cd (112.4), Hg (200.6) หรอ Ni (58.7), Pd (106.4), Pt (195.1) ซงธาตแตละกลมนมสมบตคลายกนจะพบวา นาหนกอะตอมของธาตตวกลางของแตละกลม (เชน Ag, Cd และ Pd ตามลาดบ) มไดมคาเปนคาเฉลยของนาหนกอะตอมของธาตทเหลอในแตละกลม หลกของไตรภาคธาตของเดอเบไรเนอรจงไมเปนทยอมรบในเวลาตอมา

ในป ค.ศ.1864 นวแลนดส (John Alexander Reina Newlands) นกเคมชาวองกฤษไดเสนอกฎ “l w of oct ves” มใจความวา “ถานาธาตมาเรยงลาดบกนตามนาหนกอะตอมจะพบวาธาตตวท 8 มสมบตคลายธาตตวท 1 (โดยเรมจากธาตใดกไดและไมรวมไฮโดรเจนกบแกสมตระกลซงขณะนยงไมพบ) นนคอโซเดยมคลายลเทยม โพแทสเซยมคลายโซเดยม, แมกนเซยมคลายเบรลเลยมและแคลเซยมคลายแมกนเซยม” กฎนไดรบการวพากษวจารณกนมากวาไมเปนวทยาศาสตรเพราะไมสามารถหาเหตผลมาอธบายไดวาเหตใดนาหนกอะตอมจงมาเกยวของกบกบความคลายคลงของธาตดงกลาว นอกจากนยงปรากฏวากฎนใชไดกบธาตทมนาหนกอะตอมไมเกนนาหนกอะตอมของแคลเซยมเทานน แสดงดงรปท 1.11

H 1 F 8 Cl 15 Co/Ni 22 Br 29 Pd 36 I 42 Pt/Ir 50

Li 2 Na 9 K 16 Cu 23 Rb 30 Ag 37 Cs 44 Tl 53

Gl 3 Mg 10 Ca 17 Zn 25 Sr 31 Cd 34 Ba/V 45 Pb 54

Bo 4 Al 11 Cr 18 Y 24 Ce/La 33 U 40 Ta 46 Th 56

C 5 Si 12 Ti 19 In 26 Zr 32 Sn 39 W 47 Hg 52

N 6 P 13 Mn 20 As 27 Di/Mo 34 Sb 41 Nb 48 Bi 55

O 7 S 14 Fe 21 Se 28 Ro/Ru 35 Te 43 Au 49 Os 51

รปท 1.11 ตารางธาตของนวแลนดส

ยคเมนเดเลเยฟ ในป ค.ศ.1869-1870 จเลยส โลเธอร ไมเออร (Julius Lother Meyer) นกวทยาศาสตรชาวเยอรมน และด

มทร อวาโนวช เมนเดเลเยฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev) นกวทยาศาสตรชาวรสเซยพบวา ถาเรยงธาตตามนาหนกของอะตอมจากนอยไปหามาก แลวแบงแถวใหเหมาะสม ธาตทมคณสมบตทางเคมและทางกายภาพคลายกนจะปรากฏอยตรงกนเปนชวงๆ ตามการเปลยนคาของนาหนกอะตอมคอ สมบตของธาตตางๆ เชน จดหลอมเหลว, จดเดอด, ความวองไวในการเขาทาปฏกรยาจะมคาเพมขนแลวลดลงแลวเพมขนอกซาๆ กนเปนชวงๆ เมอนาหนกอะตอมของธาตเพมขน เรยกวาสมบตของธาตๆ เปนฟงกชนพรออดกของนาหนกอะตอมเหลานนหรอรจกกนวา กฎพรออดก (periodic Law) เมนเดเลเยฟและไมเออรเรยงธาตตามนาหนกอะตอมและแบงเปนพวกตามสมบตทคลายกนเปนตารางธาต ดงตารางท 1.3



ตารางท 1.3 ตารางธาตของเมนเดเลเยฟ ฉบบแรก ค.ศ 1869 Ti = 50 Zr = 90 ? = 180 V = 51 Nb = 94 Ta = 182 Cr = 52 Mo = 96 W = 186 Mn = 55 Rh = 104.4 Pt = 197.4 Fe = 56 Ru 104.4 Ir = 198 Ni = Co = 59 Pd = 106.6 Os = 199 H = 1 Cu = 63.4 Ag = 108 Hg = 200 Be = 9.4 Mg = 24 Zn = 65.2 Cd = 112 B = 11 Al = 27.4 ? = 68 Ur =116 Au = 197? C = 12 Si = 28 ?= 70 Sn = 118 N = 14 P= 31 As = 75 Sb = 122 Bi = 210 O = 16 S = 32 Se = 79.4 Te = 128? F = 19 Cl = 35.5 Br = 80 J = 127 Li = 7 Na = 23 K = 39 Rb = 85.4 Cs = 133 Tl = 204 Ca = 40 Sr = 87.6 Ba = 137 Pb = 207 ? = 45 Ce = 92 ?Er = 56 La = 94 ?Yt = 60 Di = 95 ?In = 75.6 Th = 118?

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

ดมทร อวาโนวช เมนเดเลเยฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev, ค.ศ.1834-1907) เมนเดเลเยฟเกดไซบเรย ในป 1859 เมนเดเลเยฟศกษาตอดานวทยาศาสตรและนวตกรรมทางเทคโนโลยในกรงปารสและไดพบกบนกวทยาศาสตรทมชอเสยงหลายคนทมอทธพลตอแนวคดในงานของเขา ในป ค.ศ.1869 เมนเดเลเยฟเสนอการจดตารางธาตทยดถอเปนตนแบบฉบบจนถงปจจบน ซงไดจดเรยงธาตทคนพบในสมยนน 63 ธาตตามมวลอะตอมเปน 8 หม โดยจดใหธาตทมสมบตคลายคลงกนอยในหมเดยวกน เรยงมวลอะตอมจากนอยไปมาก งานวจยของเมนเดเลเยฟมอกมากมาย ผลงานสรางชอเสยงมากทสดเรองหนงไดแก อนทรยเคม ตพมพในป 1861 ไดรบรางวลโดมดอฟ ทาใหเมนเดเลเยฟเปนนกเคมทชอเสยงขณะทมอายเพยง 27 ป



ขอสงเกตแรก คอตารางธาตทเสนอขนมาในระยะ ค.ศ.1864-1869 เมนเดเลเยฟและไมเออรไดคดสรางตารางธาตขนโดยใชหลกเกณฑเดยวกนในระยะเวลาเดยวกน จนยากทจะชชดลงไปไดวาผใดสมควรไดรบการยกยองวาบคคลแรกทวางหลกการของตารางปจจบน อยางไรกตามเนองจากเมนเดเลเยฟ ไดเผยแพรความคดของเขาในป ค.ศ.1869 กอนท ไมเออรจะพมพผลงานของเขาออกมา 1 ป

ขอสงเกตท 2 คอ ในการจดตารางธาต เมนเดเลเยฟมไดยดการเรยงตามนาหนกอะตอมเปนหลกแตเพยงอยางเดยวเทานน แตไดนาความคลายคลงของสมบตทางเคมและทางกายภาพมาประกอบพจารณา เนองจากสมยนนยงไมมความเขาใจในเรองโครงสรางของอะตอมและไอโซโทป เมนเดเลเยฟจงไมสามารถอธบายไดวาเหตใดตองเรยงแบบนน ซงเปนเหตใหเกดความสบสน เพราะไมมเกณฑทแนนอนในการจดเรยงธาตในตารางธาต

ขอสงเกตท 3 เมนเดเลเยฟไดตระหนกวายงมธาตเปนจานวนมากทยงไมมการคนพบจงเวนทวางทงไวในตารางธาต แตโดยทตาแหนงในตารางธาตมความสมพนธกบสมบตทงทางกายภาพและทางเคมของธาต จงทาใหเมนเดเลเยฟสามารถทานายธาตเหลานนไดลวงหนา

เมนเดเลเยฟไดทานายและกาหนดตาแหนงทอยของธาตทยงไมไดคนพบไวเปนชองวางทเวนไวในตารางธาตอยางแนนอน ดงตารางท 1.4 พรอมทงทานายสมบตของธาตเหลานนไวดวย เชน เรยกธาตทยงไมไดคนพบทมนาหนกอะตอม 44, 68 และ 72 วา Eka-boron, Eka-aluminium และ Eka-silicon ตามลาดบ (Eka แปลวาอยขางลางหรออยขางใต) จะเหนวา Eka-boron จะอยขางลางของธาตโบรอนในตารางธาต เปนตน ซงตอมานกวทยาศาสตรรนหลงไดคนพบธาตทงสามน และไดตงชอธาตเหลานใหมวา สแคนเดยม (Sc), แกลเลยม (Ga) และ เจอรเมเนยม (Ge) จากการทเมนเดเลเยฟทานายสมบตของธาต Eka-silicon ไวปรากฏวาถกตองใกลเคยงมากกบธาตเจอรเมเนยมทไดคนพบภายหลงดงน

ตารางท 1.4 สมบตของธาต ekasilicon ซงเมนเดเลเยฟไดทานายไวเทยบกบธาตเจอรเมเนยม

สมบต

Eka-silicon ทานายโดยเมนเดเลเยฟ (เมอ ค.ศ.1871)

เจอรเมเนยม พบจรง (ค.ศ.1886)

มวลอะตอม (amu) 73 72.3 ความหนาแนน (g/cm3) 5.5 5.47 ความจความรอนจาเพาะ J/(g-1 C-1) 0.31 0.32 จดหลอมเหลว (C) สงมาก 960 สตรโมเลกลของสารประกอบออกไซดของธาตน MO2 GeO2 สตรโมเลกลของสารประกอบคลอไรดของธาตน MCl2 GeCl2 ความหนาแนนของสารประกอบออกไซดของธาตน (g/cm3) 4.7 4.70 จดเดอดของสารประกอบคลอไรด (C) 100 86



นอกจากนจะเหนไดวาเมนเดเลเยฟจดตารางธาตโดยคานงถงสมบตทคลายกนเปนหลกประกอบดวย แมวาจะขดกบหลกเกณฑการเรยงธาตตามคานาหนกอะตอมบางกตาม เชน ไอโอดน ถงแมจะมนาหนกอะตอมนอยกวาเทลลเรยม แตเมนเดเลเยฟไดจดตาแหนงทอยจรงในตารางธาตไวหลงเทลลเรยม เปนตน

ระบบการจดเรยงธาตในตารางธาตของเมนเดเลเยฟ ตาแหนงของธาตจะปรากฏอยในกลมทมสมบตทางเคมและกายภาพทแตกตางไป จงยกเวนไมเรยงตามนาหนกอะตอมบางเปนธาต นกวทยาศาสตรรนตอมาจงเกดแนวคดวาตาแหนงของธาตในตารางธาตไมนาขนอยกบนาหนกอะตอม แตนาขนอยกบสมบตอนทมความสมพนธกบนาหนกอะตอม ค.ศ.1913 เฮนร จ.เจ.มอสเลย (Henry G. J. Moseley) คนพบการจดเรยงธาตตามลาดบของคาเลขอะตอมจะทาใหธาตทองคา (Au) มากอนธาตปรอท (Hg) และธาตเทลลเรยม (Tl) มากอนไอโอดน (I) เชนเดยวกบทธาตโคบอลต (Co) มากอนธาตนกเกล (Ni)

ในปจจบนนกเคมไดศกษาหาความสาคญระหวางสมบตของธาตทงทางเคมและกายภาพและ พบวาสมบตตางๆของธาตจะสมพนธกบการจดเรยงตวของอเลกตรอนในอะตอมของธาตนนๆ ดงนนในปจจบนนกฎพรออดกจงกลาววา สมบตของธาตตางๆ ของเลขอะตอม โดยขนอยกบการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอมของธาตเหลานน กฎรออดกใหมนชวยใหสามารถจดธาตตางๆ เรยงตามเลขอะตอมทาใหไดตารางธาตทสมบรณขน

1.2.2 ตารางธาตปจจบน

ปจจบนเปนททราบกนแลววา สมบตทางเคมและทางกายภาพของธาตตางๆ เปลยนไปตามเลขเชงอะตอม ซงการเปลยนแปลนขนอยกบการจดอเลกตรอนของธาต และสมบตของธาตจะเปนพรออดกตามฟงกชนของเลขเชงอะตอมและไดจดธาตทมสมบตคลายคลงกนไวดวยกน ตามแบบของเมนเดเลเยฟและโมสเลย ธาต ถกจดเปนหมวดหมรวมกนเปนตารางธาตสมยใหมดงแสดงในตารางพรออดกของธาต การจดตารางธาตจะแบงออกเปนแถวตง (vertical column) 18 แถว ซงเรยกวา (groups) และแบงเปนแถวนอน (horizontal row) 7 แถว เรยก คาบ (periods) ธาตทอยใน 2 หมทางซายมอและธาตทอยใน 6 หม ทางขวามอของตารางธาตจะเปนหมหลก (main groups) สวนธาตทอยใน 10 หม ตรงกลางตารางจะเปนหมโลหะแทรนซชน (transition metal groups) และธาตพวกทอยตอนลาง 2 แถวของตารางธาต เปนพวกโลหะแทรนซชนแทรกหรอเรยกวา อนเนอรแทรนซชน แถวนอน 7 คาบ มกใชเลขอารบกแสดงคาบ ตงแตคาบท 1 ถง คาบท 7 มดงนคอ คาบท 1 ม H และ He เทานน

คาบท 2 มตงแตธาตท 3 คอ Li ถงธาตท 10 คอ Ne คาบท 3 มตงแตธาตท 11 คอ Na ถงธาตท 18 คอ Ar

(คาบท 2 และท 3 นมเฉพาะธาตในหม A เทานนไมมธาตในหม B) คาบท 4 มตงแตธาตท 19 คอ K ถงธาตท 36 คอ Kr โดยเรมตนมธาตในหม B อยดวย คาบท 5 มตงแตธาตท 37คอ Rb ถงธาตท 54 คอ Xe คาบท 6 มตงแตธาตท 55 คอ Cs ถงธาตท 86 คอ Rn คาบท 7 มตงแตธาตท 87 คอ Fr ถงธาตท 109 คอ Mt

ในคาบท 6 ตอจากธาตแลนทานม (La) ซงมเลขเชงอะตอมเทากบ 57 มธาต 14 ตวคอธาตซเรยม (Ce) เลขเชงอะตอมเทากบ 58 ถงธาตลทเลยม (Lu) เลขเชงอะตอมเทากบ 71 เรยกวาอนกรมแลนทาไนด ( lanthanide



series) และในคาบท 7 ตอจากธาตแอกทนม (Ac) ซงมเลขเชงอะตอมเทากบ 89 มธาต 14 ตว คอธาตทอเรยม (Th) เลขเชงอะตอมเทากบ 90 ถงธาตลอวเรนเซยม (Lr) เลขเชงอะตอมเทากบ 103 เรยกวาอนกรมแอกทไนด (actinide series) ถกดงมาเขยนตอนลางของตารางเปนสองแถวของพวกโลหะแทรนซซนแทรก หมของธาตในแนวตงทง 18 หม นยมเขยนเลขโรมนและตวอกษร A หรอ B กากบ ถาเปนธาตในหมทมอกษร A ทงหมดตงแต IA-VIIA (1A -7A) จะเปนธาตทเปนหมหลกเรยกวาธาตรพรเซนเททฟ ธาตเหลานแตละหมมสมบตเปลยนแปลงอยางสมาเสมอจากขางลางขนขางบนหรอจากขางบนลงลาง ปฏกรยาของธาตใดธาตหนงในแตละหมสามารถใชเปนตวแทนธาตอนในหมเดยวกนได แตถาเปนธาตในหมทมอกษร B ตงแต IB-VIIB (1B-7B) เปนธาตแทรนซซน ในการกาหนดเลขประจาหมนนอาจใชระบบอเมรกน ใชเลข 1–8 แทนเลขโรมนธาตรพรเซนเททฟทอยในหมเดยวกนในตารางธาตบางหมมชอเรยกเฉพาะดงน

ธาตในหม IA เรยกโลหะแอลคาไล (alkaline metal) มสมบตเปนเบสแกประกอบดวย Li Na K Rb Cs และ Fr

ธาตในหม IIA เรยกโลหะแอลคาไลนเอรท (alkaline earth metal) มสมบตเปนเบส ประกอบดวย Be Mg Ca Sr Ba และ Ra

ธาตในหม VIA เรยกซาลโคเจน (charcogen) มสมบตเปนอโลหะ ประกอบดวย O S Se Te และ Po ธาตในหม VIIA เรยกแฮโลเจน (halogen) มสมบตเปนอโลหะมากทสด ประกอบดวย F Cl Br I และ At ธาตในหม VIIIA เรยกแกสเฉอยหรอแกสมสกล (inert gas หรอ noble gas) เดมเรยกธาตในหมนวาแกส

เฉอยเพราะไมทาปฏกรยากบธาตใดๆ แตในปจจบนทราบกนแลววาธาตในหมนบางชนดเกดปฏกรยาได ธาตในหมนประกอบดวย He Ne Ar Kr Xe และ Rn

ธาตสวนใหญจะมสมบตเปนโลหะและมอย 7 ธาตทอยตรงเสนซกแซก จะมสมบตเปนไดทงโลหะและอโลหะเรยกวากงโลหะ (metalloid) ไดแก B Si Ge As Sb และ Te สวนธาตทอยถดจากธาตกงโลหะนจะมสมบตเปนอโลหะยกเวนธาตในหม VIIIA ทเปนแกสเฉอย

ธาตทอยตรงกลางตารางธาตคอธาตแทรนซชน ซงจะมสมบตคลายกนในคาบเดยวกนมากกวาในหมเดยวกน

ธาตพวกแลนทาไนดและแอกทไนดทอยตอนลางของตารางธาต สวนมากจะเปนธาตทเตรยมไดจากหองปฏบตการไมพบในธรรมชาตเรยกวาธาตสงเคราะห (synthetic elements) หรอธาตทมนษยเตรยมขนและทกธาตมนวเคลยสทไมเสถยรคอเปนธาตกมมนตรงสและมครงชวตทแตกตางกน สวนมากมครงชวตทสนธาตทพบในธรรมชาตและมเลขเชงอะตอมมากทสดคอยเรเนยม (U) มเลขเชงอะตอม 92

ธาตทมการยอมรบเปนทางการแลวในปจจบนมทงหมด 109 ธาต ธาตท 109 ชอเมนเออเรยม (Mt) กอนจะมการเรยกชอเปนทางการของธาตทพบหลงธาตท 105 จะใชชอเรยงลาดบตวเลขของเลขเชงอะตอมตามภาษาลาตน แลวตอทายวา -ium โดยตวเลขภาษาลาตน

0 = นล (nil) 5 = เพนตะ (penta) 1 = อน (un) 6 = เฮกซะ (hexa) 2 = ไบ (bi) 7 = เฮปตะ (hepta) 3 = ไตร (tri) 8 = ออกตะ (octa) 4 = ควอตะ (quata) 9 = เอนนา (enna)



ตวอยางท 108 กอนการตงชอเปนทางการมชอวาอนนลออกเทยม (Uniloctium) ใชสญลกษณ (Uno) และตอทายวา ium ธาตทมการยอมรบเปนทางการแลวสวนใหญจะมการตงชอเฉพาะขนมาเชน ตงตามชอผคนพบหรอตงตามสถานททคนพบ ทงนเพอเปนเกรยตแกนกวทยาศาสตรทคนพบนนๆ เปนตน

รปท 1.12 ตารางธาตปจจบน

1.2.3 สมบตของธาต

ในปจจบนมากกวา 100 ธาตและนามาจดเรยงลาดบตามเลขอะตอมมลกษณะเปนตารางทเรยกวาตารางพรออดกหรอตารางธาตทาใหมองเหนแนวโนมของสมบตดานตางๆ ของธาตทมการเปลยนแปลงอยางตอเนองหรอกลาวไดวาสมบตพรออดก (periodic properties) ของธาตสามารถบงบอกไดถงตาแหนงของธาตในตารางพรออดกได

ขนาดของอะตอมและไอออน

ธาตในหมเดยวกนขนาดจะใหญขนจากบนลงลางเนองจากธาตทอยดนลางมระดบพลงงานมากกวาธาตทอยขางบน สวนในคาบเดยวกนขนาดจะเลกลงจากซายไปขวาถงแมในคาบเดยวกนจะมระดบพลงงานเทากนกตาม แตธาตทางขวามอมเลขอะตอมมากกวาทาใหนวเคลยสมแรงดงดดอเลกตรอนมากกวาจงทาใหรศมมวงโคจรของอเลกตรอนลดลงดงรปท 1.13 (ข) เปรยบเทยบรศมของอะตอมและไอออนของอะตอม พบวาไอออนบวกจะมขนาดอะตอมเลกกวาอะตอม สวนไอออนลบจะมขนาดใหญกวา ดงรปท 1.13 (ก)

รปท 1.13 (ก) รศมอะตอมของธาตและไอออนของอะตอม



รปท 1.13 (ข) แนวโนมรศมอะตอมของธาตในตารางธาตรพรเซนเททฟ

พลงงานการแตกตวของไอออน (ionization energy)

พลงงานการแตกตวเปนไอออน (IE) คอพลงงานทใชในการดงอเลกตรอนออกจากอะตอมหรอไอออนของธาตในสภาวะแกสใหกลายเปนไอออนบวก การวดคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนใชรงสแคโทดพงผานเขาไปในอะตอมของธาตในสถานะทเปนแกสทความดนตาแลวเพมความตางศกยขนเรอยๆ เมอรงสปะทะกบอะตอมของแกสอเลกตรอนจะเปลยนไปอยในระดบพลงงานสงและหลดกระเดนออกไปความตางศกยทวดไดจะเปนคาการแตกตวเปนไอออนของอะตอม เนองจากธาตมอเลกตรอนมากกวา 1 ตว ดงนนจงมพลงงานการแตกตวเปนไอออนมากกวา 1 คา พลงงานทใชในการดงอเลกตรอนตวแรกเรยกวาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 1 และดงอเลกตรอนตวท 2, 3 เรยกวาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 2 และ 3 ตามลาดบ เขยนแทนไดดวย IE1, IE2 และ IE3 ตามลาดบ มหนวยเปนอเลกตรอนโวลต (eV) หรอกโลจลตอโมล (kJ/mol) โดยท 1eV = 96.5 kJ/mol ตวอยางสมการแสดงพลงงานทใชในการดงอเลกตรอนตวท 1, 2 และ 3 ของ Be เชน

Be(g) Be+(g) + e- IE1 = 906 kJ/mol

Be+(g) Be2+(g) + e- IE2 = 1763 kJ/mol

Be2+(g) Be3+(g) + e- IE3 = 14855 kJ/mol อกตวอยางหนงเชนในการดงอเลกตรอน 1 ตวออกจากอะตอมของโซเดยม (Na) จะไมตองใชพลงงานมากเนองจากเปนการดงอเลกตรอนออกจากออรบทลทมอเลกตรอนครงออรบทล (1s2 2s2 2p6 3s1) แตหากมการดงอเลกตรอนตวท 2 จะตองใชพลงงานมากถง 10 เทาของพลงงานในการดงอเลกตรอนตวแรก ดงนนโซเดยมจงเกดปฏกรยาเคมกบธาตอนๆ ไดในรปสารประกอบทประกอบดวย Na+ โดยไมอยในรปสารประกอบทประกอบดวย Na2+ หรอ Na3+ พลงงานทใชในการดงอเลกตรอนของธาตแตละชนด จงขนกบการจดเรยงตวของอเลกตรอนในออรบทล



ในหมเดยวกนพลงงานการแตกตวไอออนจะลดลงจากบนลงลาง เนองจากธาตทอยขางลางมจานวนลาดบพลงงานมากกวา ทาใหอเลกตรอนทมระดบพลงงานสงซงอยวงนอกสดอยหางจากนวเคลยสทาใหแรงดงดดอเลกตรอนมคานอย จงทาใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอมไดงาย สวนในคาบเดยวกนพลงงานการแตกตวเปนไอออนจะเพมขนจากซายไปขวา เนองจากธาตทางขวามเลขอะตอมมากกกวา ทาใหนวเคลยสมแรงดงดดอเลกตรอนไดมากกวา ทาใหอเลกตรอนหลดจากอะตอมไดยาก โดยคาพลงการแตกตวเปนไอออนของธาตไดแสดงไวในตารางท 1.5 แนวโนมของพลงงานการแตกตวของไอออนจะเพมขนตามลาดบจากซายไปขวา แตธาตใดทมการประจอเลกตรอนแบบครงจะมพลงงานการแตกตวเปนไอออนสงกวาปกตเลกนอย เชนเบอรลเรยม (Be) และไนโตรเจน (N) จากนนธาตทางดานขวามอสดจะมคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนสงทสดเนองจากมการบรรจอเลกตรอนแบบเตม ไดแกฮเลยม (He) นออน (Ne) อารกอน (Ar) เปนตน ดงรปท 1.14

ตารางท 1.5 คาพลงงานไอออไนเซชนลาดบตางๆ ของธาตคาบท 3 (kJ/mol)

รปท 1.14 พลงงานไอออไนเซชนลาดบทหนง (IE1) ของธาตรพรเซนเททฟ



โลหะเปนธาตทมคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนตา เพราะเปนธาตทเสยอเลกตรอนไดงาย สวนอโลหะเปนธาตทมคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนสง เปนธาตทไมชอบใหอเลกตรอนอะตอมของธาตเดยวกน คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนจะเพมขนตามลาดบ คอ IE3>IE2>IE1 ทงนเพราะเมออเลกตรอนหลดไป แรงดงดดระหวางนวเคลยสและอเลกตรอนทเหลอจะเพมขน ทาใหตองใชพลงงานในการดงอเลกตรอนมากขน การดงอเลกตรอนจากอะตอมของธาตทมออรบทลทเตม (full filled) หรอมออรบทลทมอเลกตรอนครงออรบทล (half filled) เชน ns2 np6 หรอ np3 ทาไดยาก จะตองใชพลงงานในการดงอเลกตรอนทสงมาก เชนการดงอเลกตรอนจากอะตอมของ Be (1s2 2s2) และ N (1s2 2p2 2s2) จะตองใชพลงงานทสงมาก เปนตน อะตอมของแกสเฉอยมคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนทสงมาก ดงแสดงในรปท 1.14 เนองจากโครงสรางอเลกตรอนของแกสเฉอยนนมออรบทลทเตมคอเปน ns2 np6 นอกจากนนอะตอมของธาตทอเลกตรอนวงนอกถกดงออกไปจนเหลอโครงสรางอเลกตรอนเหมอนอะตอมของแกสเฉอยกจะตองใชพลงงานทสงมากในการดงอเลกตรอนตวตอไป เชน ธาตโซเดยม มโครงสรางอเลกตรอนดงน 11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1 เมออเลกตรอนวงนอกถกดงออกไปจะกลายเปนโครงสรางอเลกตรอนแบบอะตอมของนออน 10Ne = 1s2 2s2 2p6 ซงตองใชพลงงานสงมากในการดงอเลกตรอนจากเซลลยอย p ทเตม สมพรรคภาพอเลกตรอน (electron affinity)

สมพรรคภาพอเลกตรอน (EA) พลงงานทคายออกมาเมอเพมอเลกตรอนหนงตวเขาไปในอะตอมของธาต ซงอยในสถานะเปนแกส มหนวยเปนอเลกตรอนโวลต (eV) หรอกโลจลตอโมล (kJ/mol) เขยนเปนสมการไดดงน

Cl (g) + e- Cl- (g) + 348 Jkmol-1 ในหมเดยวกนคาสมพรรคภาพอเลกตรอนจะลดลง จากบนลงลางเนองจากธาตทางดานบนมระดบชนพลงงานนอย ทาใหนวเคลยสมแรงดงดดอเลกตรอนไดด สภาพรบอเลกตรอนไดงายกวา ในสวนคาบเดยวกนคาสมพรรคภาพอเลกตรอนจะเพมขนจากซายไปขวา เนองจากธาตทางขวา (หมท 7) มเลขอเลกตรอนมากกวา ทาใหนวเคลยสสามารถดงดดอเลกตรอนไดด หากมการบรรจอเลกตรอนแบบเตมจะทาใหอะตอมมความเสถยรมาก สวนธาตหม 8 มการบรรจอเลกตรอนแบบเตมแลวจงไมสามารถทจะรบอเลกตรอนเพมไดอก นอกจากนสมพรรคภาพอเลกตรอนของอโลหะมคามากกวาโลหะ สรปไดวาอโลหะมแนวโนมทจะรบอเลกตรอนไดดกวาและแนวโนมทจะเสยอเลกตรอนนอยกวาโลหะแนวโนมสมพรรคภาพอเลกตรอนแสดงรปท 1.15

รปท 1.15 สมพรรคภาพอเลกตรอนของธาต



การจดเรยงตวของอเลกตรอนในอะตอมของธาตจะมผลตอคาสมพรรคภาพอเลกตรอนดวย พจารณาธาตแฮโลเจนในหมท VIA ดงตารางท 1.6 ซงทกธาตมการเรยงตวของอเลกตรอนแบบ s2p5 ซงขาดอเลกตรอนเพยงตวเดยวจะครบ 8 ตว ดงนนเมอรบอเลกตรอนเพมขนอก 1 ตวอะตอมจะเสถยร และมการจดเรยงตวของอเลกตรอนเหมอนมแกส คอ s2p6 ดงนนการรบอเลกตรอนอก 1 ตวนจงเปนไปไดงายและจะมคาสมพรรคภาพอเลกตรอนสงทกธาต ดงตวอยางเชน อะตอมของฟลออรน (F) เมอมการรบอเลกตรอนแลว การจดเรยงตวของอเลกตรอนหลงการรบอเลกตรอนจะเสถยรเหมอนแกสนออน (Ne) ซงเปนแกสเฉอย แตจากตารางจะเหนวา ฟลออรน มคาสมพรรคภาพอเลกตรอนตากวาธาตคอรน (CI) ทงนเนองจากรศมอะตอมของธาตฟลออรน (F) มขนาดเลกมากกวาธาตอน แรงผลกระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยสบางสวน ทาใหคาสมพรรคภาพอเลกตรอนตากวาทควรจะเปน

F(g) + e- F-(g) EA = -328 kJ/mol

F(1s2 2s2 2p5) + e- F-(1s2 2s2 2p6) Electron Affinities and Electron Configurations for the First 10 Elements in the Periodic Table

Element Electron Affinity (kJ/mol) Electron Configuration H 72.8 1s1 He <0 1s2 Li 59.8 [He] 2s1 Be <0 [He] 2s2 B 27 [He] 2s2 2p1 C 122.3 [He] 2s2 2p2 N <0 [He] 2s2 2p3 O 141.1 [He] 2s2 2p4 F 328.0 [He] 2s2 2p5

Ne <0 [He] 2s2 2p6 ตารางท 1.6 สมพรรคภาพอเลกตรอนและรศมอะตอมของธาตแฮโลเจน

ธาตแฮโลเจน สมพรรคภาพอเลกตรอน รศมของอะตอม (pm) F -328 72 CI -349 99 Br -325 114 I -295 133

สภาพไฟฟาลบ (electronegativity)

คาสภาพไฟฟาลบหรออเลกโทรเนกาตวต (EN) เปนความสามารถของอะตอมของธาตในการดงอเลกตรอนเขาสตวเองในการสรางพนธะโคเวเลนต (covalent bond) นกวทยาศาสตรหลายทานไดคดตารางเปรยบเทยบคาสภาพไฟฟาลบ แตทนยมใชมากทสดคอตารางของไลนส คารล พอลง (Linus Carl Pauling) นก



เคมรางวลโนเบลในป 1954 ซงไดคานวณคาสภาพไฟฟาลบของธาตตางๆ จากพลงงานพนธะ พอลงไดกาหนดมาตราสวนเพอแสดงแนวโนมในการรบอเลกตรอนของธาตโดยกาหนดใหธาตทมแนวโนมในการรบอเลกตรอนสงทสดคอฟลออรน (F) ซงมคาเทากบ 4.0 คาสภาพไฟฟาลบของอะตอมในตารางธาตในคาบเดยวกนจะมแนวโนมลดลงจากขวามอไปซายมอเชน ออกซเจน คลอรน ไนโตรเจน จะมคาไฟฟาลบเปน 3.5, 3.0 และ 3.0 ตามลาดบ สวนธาตในหมเดยวกน แนวโนมของคาไฟฟาลบของธาตจะลดลงจากบนลงลาง สาหรบธาตโลหะจะมไฟฟาลบตากวาธาตอโลหะเพราะวามแนวโนมชอบทจะใหอเลกตรอนมากกวาทจะไดรบอเลกตรอนดงรป 1.16 และ 1.17

รปท 1.16 คาสภาพไฟฟาลบของธาตตางๆ ในตารางธาต

รปท 1.17 แสดงแนวโนมของสภาพไฟฟาลบ



โลหะ อโลหะ กงโลหะ (metal, non-metal and semi-metal) ตารางธาตปจจบนประมาณ 109 ธาต สามารถแบงออกเปนธาตโลหะ ธาตอโลหะและธาตกงโลหะได

โดยมธาตโลหะ ประกอบดวยธาตหม IA, 2A (ทกตว), 3A, 4A และ 5A (บางธาต), ธาตแทรนซชน, ธาตพวกแลนทาไนดและธาตพวกแอกตไนด ซงจะอยทางดานซายของเสนขนบนไดในตารางธาต สาหรบธาตอโลหะจะอยทางขวาของเสนคนในตารางธาต สวนธาตกงโลหะจะอยตดเสนคนซงอยระหวางโลหะกบอโลหะ ไดแก โบรอน (B) ซลกอน (Si) เยอรมาเนยม (Ge) อารเซนก (As) แอนตโมน (Sb) เทลลเลยม (Te) โพโลเนยม (Po) และแอนทาทน (Ap)

สมบตทางกายภาพของโละทสาคญ ไดแก โลหะจะนาความรอนและไฟฟาคอนขางด การนาไฟฟาและความรอนของโลหะจะลดลงเมออณหภมสงขน สามารถตหรอรดใหเปนแผนแบนบางหรอทาเปนเสนได สวนมากอยในสถานะของแขง ยกเวนปรอททอยในสถานะของเหลว รอยตดหรอขดใหผวมนวาว สวนมากจะมสขาวหรอเทายกเวนทองแดงและทอง สาหรบสมบตทางกายภาพของธาตอโลหะจะตรงขามกบธาตโลหะคอ จะไมนาไฟฟา ไมนาความรอน (ยกเวนแกรไฟต) โดยการนาไฟฟาและการนาความรอนจะเพมขนเมออณหภมเพมขน เนอเปราะแตกหกงาย ไมสามารถตใหเปนแผนบางหรอทาเปนเสนได มกมสถานะเปนของเหลวหรอแกส นอกจากนธาตโลหะและธาตอโลหะมแนวโนมใหและรบอเลกตรอนตามลาดบ สวนธาตกงโลหะจะมคณสมบตอยระหวางพวกธาตโลหะกบธาตอโลหะดงรปท 1.18

รปท 1.18 ธาตโลหะ อโลหะและกงโลหะในตารางธาต

รปท 1.19 แนวโนมการใหและรบอเลกตรอนของธาตโลหะและอโลหะ



สรป ธาตทอยในหม (group) เดยวกน จะมเวเลนซอเลกตรอนเทากนมสมบตคลายกนจากบนลงลาง จะมระดบพลงงานเพมขนจากบนลงลาง คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนจะลดลงจากบนลงลาง คาสมพรรคภาพอเลกตรอนจะลดลงจากบนลงลาง และขนาดของอะตอมจะเพมขนจากบนลงลาง

สวนธาตทอยในคาบ (period) เดยวกนจะมเวเลนซอเลกตรอนเพมขนจากซายไปขวา มระดบพลงงานเทากน คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนจะเพมขนจากซายไปขวา คาสมพรรคภาพอเลกตรอนจะเพมจากซายไปขวา และขนาดของอะตอมจะลดลงจากซายไปขวา สามารถสรปความสมพนธพรออดกไดดงรปท 1.20

รปท 1.20 สมบตพรออดกของธาต

เลขออกซเดชน (Oxidation number)

ปฏกรยาทเกดจากการถายเทอเลกตรอนจากสารตวหนงไปใหแกสารอกตวหนงทาใหมการเปลยนแปลงจานวนประจของธาตหรอหมของธาต จงมการตกลงกนใหใชตวเลขทระบใหทราบจานวนของประจของธาตหรอหมของธาต (ซงอาจอย ในรปของสารประกอบหรอของไอออน) และเมอมปฏกรยาเกดขนกจะดตวเลขการเปลยนแปลงประจนนและถาไมมการเปลยนแปลงปฏกรยานนกไมใชปฏกรยารดอกซ แตถาเกดการเปลยนแปลงกตองดตอไปวาเปลยนไปในทางเพมหรอลดประจ ซงกจะทาใหทราบวาตวใดถกออกซไดสและตวใดถกรดวซ ตวเลขนนเรยกวา เลขออกซเดชน ซงสวนใหญเปนเลขจานวนเตมรวมทงศนยและอาจมเครองหมายเปนบวกหรอลบกได ในการกาหนดตวเลขออกซเดชนมเกณฑดงนคอ

1) อะตอมของธาตตางๆ ในสภาวะอสระ กาหนดใหคาเลขออกซเดชนเทากบศนย (0) ไมวาธาตนนจะอยในรปทเปนอะตอมเดยวหรอหลายอะตอม เชน Zn, Ag, Hg, Cl2, H2, P4 และ S8 ตางกมเลขออกซเดชนเทากบ 0

2) ไอออนทมอะตอมเดยว มคาเลขออกซเดชนเทากบประจของไอออนนน เชน Al3+ มคาเลขออกซเดชนเทากบ +3, S2- มคาเลขออกซเดชนเทากบ -2 และ Cl- มคาออกซเดชนเทากบ -1

3) เลขออกซเดชนของโลหะอลคาไล (หม IA) และโลหะอลคาไลนเอรท (หม IIA) ในสารประกอบตางๆ มคาเทากบ +1 และ +2 (เทานน) ตามลาดบ

4) เลขออกซเดชนของออกซเจนในสารประกอบทวไป มคาเทากบ -2



ยกเวน (4.1) ในกรณของสารประกอบเปอรออกไซดซงออกซเจนมคาเลขออกซเดชนเทากบ -1 เชน H2O2 และ Na2O2

(4.2) ออกซเจนอาจมคาเลขออกซเดชนเทากบ -½ เชน ในสารประกอบประเภทซปเปอรออกไซด เชน KO2

(4.3) ออกซเจนอาจมคาเลขออกซเดชนเทากบ +2 เชน ใน OF2 5) เลขออกซเดชนของไฮโดรเจนในสารประกอบสวนมากมคาเทากบ +1 ยกเวน ในสารประกอบพวกไฮโดรไอออนก ซงไฮโดรเจนมคาเลขออกซเดชนเทากบ -1 เชน LiAlH4 และ

NaBH4 6) ผลรวมทางพชคณตของเลขออกซเดชนของอะตอมทงหมดในสตรเคมใดๆ จะมคาเทากบประจสาหรบ

กลมของอะตอมทเขยนแสดงในสตรนนๆ เชน ผลรวมของเลขออกซเดชนของ NaCl เทากบ 0 แตผลรวมของเลขออกซเดชนของทง 5 อะตอม ใน MnO4

- มคาเทากบ -1

1.2.4 ธาตรพรเซนเททฟ (representative elements) ธาตรพรเซนเททฟซงประกอบดวยธาตในหมท IA–VIIA และธาตทรานซชน ซงประกอบดวยธาตหม IB–

VIIB และหม VIII และธาตกลมแลนทาไนดและแอกตไนด ในเรองนจะพจารณาสมบตบางประการของธาตรพรเซนเททฟ แตเนองจากธาตกลมนมเปนจานวนมาก ประกอบกบสมบตของธาตเหลานแตกตางกนมากมาย เชน โลหะ อโลหะ กงโลหะ ดงนน การทจะศกษาสมบตของธาตแตละธาตและแตละสารประกอบโดยละเอยดยอมมปญหา และอาจไมไดผลประโยชนเทาทควร เพราะจะตองใชความจามาก ดงนน จะกลาวถงแนวโนมของสมบตของธาตทคลายคลงกนและทแตกตางกน ปฏกรยาทสาคญ สารประกอบทสาคญในอตสาหกรรม และวธการเตรยมสารประกอบเหลานในอตสาหกรรมเทานน สมบตของโลหะ สมบตทางกายภาพทวไปของโลหะเปนสงทมกคนดอยแลว เชน โลหะเปนแวววาว นาไฟฟาและความรอนไดด สามารถดงเปนเสนได (ductility) ตเปนแผนบางๆได (malleability) นอกจากนแลวโลหะทวไปยงมจดหลอมเหลวและความหนาแนนสง มคาพลงงานไอออไนเซชนตา

สมบตเคมบางประการของโลหะทวไปเชน โลหะเกดออกไซดทมสมบตเปนเบส ซงทาปฏกรยากบกรดไดเกลอ หรอสารละลายในนาไดสารละลายทมสมบตเปนเบสเชน โซเดยมออกไซดหรอแคลเซยมออกไซดทาปฏกรยากบนาไดโซเดยมไฮดรอกไซดและแคลเซยมไฮดรอกไซด ตามลาดบ

Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(aq)

CaO(s) + H2O (l) Ca(OH)2(aq) ตวอยางออกไซดของโลหะทาปฏกรยากบกรดไดเกลอ คอ

CaO(s) + 2HCI(aq) CaCI2(aq) + H2O(l) ออกไซดของโลหะบางชนดไมละลายนา จงไมสามารถทาปฏกรยากบนา แตกยงคงแสดงสมบตเปนเบสอย เพราะทาปฏกรยากบกรดได เชน Fe2O3 ทาปฏกรยากบ H2SO4 ดงน



Fe2O3(s) + 3H2SO4 (aq) 2Fe2(SO4)3(aq) + 3H2O ปฏกรยานมประโยชนในการใชขจดสนมจากเหลกหรอเหลกกลากอนทจะฉาบดวยสงกะสหรอดบก

กระบวนการขจดสนมดวยกรดเรยกวา pickling ลกษณะเฉพาะตวประการหนงของโลหะคอ เมอเกดเปนสารประกอบ โลหะมกมเลขออกซเดชนเปนบวก เชน Na2O และ CaO ซง Na และ Ca มเลขออกซเดชนเทากบ +1 และ +2 ตามลาดบ แตกมขอยกเวน เชน Ni (เปนโลหะแทรนสชน) ใน Ni(CO)4 มเลขออกซเดชนเทากบศนย เพราะ CO เปนโมเลกลทเปนกลาง และในบางกรณอาจมเลขออกซเดชนเปนลบกได เชน NaCo(CO)4 ซง Co (เปนโลหะแทรนสชนเชนกน) มเลขออกซเดชนเทากบ -1 สมบตทวไปอนๆ ของโลหะไดแก การรวมตวกบอโลหะไดสารอออนนก เชน NaCI , CaCI2 โลหะทวไปมพลงงานอออนไนเซชน (IE) อเลกตรอนอฟฟนต (EA) และอเลกโตรเนกะตวต (EN) ตาเมอเปรยบเทยบกบอโลหะและกงโลหะ สมบตของอโลหะและกงโลหะ

อโลหะไมมลกษณะแวววาว เปนตวนาไฟฟาและความรอนทเลวมากจนอาจจดไดวาเปนฉนวน (Insulator) ได อโลหะเปนจานวนมาก เชน N2, O2, CI2 และธาตแกสเฉอยมสถานะเปนแกสทอณหภมหอง สวนทเปนของแขง เชน I2 มลกษณะเปราะและมจดหลอมเหลวตา อโลหะเกดสารประกอบออกไซดทมสมบตเปนกรดเชน CO2 และ SO3 ออกไซดเหลานละลายนาไดสารละลายกรด

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

SO2 (g) + H2O (l) H2SO4 (aq) หรอทาปฏกรยากบเบสได เกลอ

2LiOH(aq) + CO2 (g) Li2(CO)3(aq) + H2O(l) อโลหะรบวาเลนซอเลกตรอนจากโลหะเกดสารประกอบอออนก เชน NaCl นอกจากนแลวอโลหะยงรวมตวกนเองโดยใชอเลกตรอนรวมกน เกดเปนโมเลกลโควาเลนต เชน Cl-Cl หรอรวมตวกบอโลหะอน เชน Cl-F, O=C=O การเกดเปนโมเลกลโควาเลนตในลกษณะน ทาใหวาเลนซอเลกตรอนของอโลหะอยประจาท (localize) จงไมมอเลกตรอนเหลอทจะเคลอนทไปไดอยางอสระ อโลหะจงเปนตวนาไฟฟาและความรอนทไมด ลกษณะเฉพาะตวของอโลหะคอ มคาพลงงานอออไนเซซน ( IE) อเลกโทรเนกาตวต (EN) และอเลกตรอนอฟฟนต (EA) สง จากคาอเลกโตรเนกตวตทสงนเอง อโลหะเมอเกดสารประกอบกบโลหะจงมเลขออกซเดชนเปนลบ เชน NaCl, MgO ซง Cl และ O มเลขออกซเดชนเทากบ –1 และ –2 ตามลาดบ อยางไรกตามอโลหะทวไปสามารถมเลขออกซเดชน (ทงบวกและลบ) ไดหลายคาโดยเฉพาะอยางย งในกรณทสามารถเกดสารประกอบไดหลายชนดเชน HCl, HClO, HClO2 ซง Cl มเลขออกซเดชนเทากบ –1 , +1, +3 ตามลาดบ

สมบตทางกายภาพทวไปของกงโลหะอยระหวางโลหะและอโลหะ เชน อเลกโตรเนกะตวต พลงงานไอออไนเซชนมคาปานกลาง กงโลหะเปนเซมคอนดกเตอร (semiconductor) กลาวคอ สามารถนาไฟฟาไดนอยแตกยงดกวาอโลหะมาก กงโลหะจงมประโยชนมากในทางปฏบต เชน ใชทา diode และ transistor ในอตสาหกรรมอเลกโทรนกส



เลขออกซเดชนของกงโลหะอาจมคาเปนบวกหรอลบกได กงโลหะโดยทวไปเกดสารประกอบกบอโลหะ เชน SiO2 , SbCl3 และอาจเกดสารประกอบกบโลหะไดในบางกรณ ออกไซดของกงโลหะมสมบตเปนไดทงกรดและเบส (amphoteric) แตทแสดงสมบตเปนกรดมมากกวา และพฤตกรรมทางเคมทวไปของกงโลหะโนมเอยงไปทางอโลหะมากกวา 1.2.5 ธาตแทรนสชน

โลหะแทรนสชนบรรจไวตรงกลางของตารางธาต โลหะแทรนสชนทรจกกนด คอ เหลก ทองแดง สงกะส โครเมยม นกเกล และทองคา โลหะแทรนสชน มทงหมด 8 หม แตหม 8 มทงหมด 3 หมยอย จงมธาตตางๆ รวม 10 หม และมทงหมด 4 คาบ ดงรปท 1.21

รปท 1.21 ธาตแทรนสชน

สมบตทางกายภาพ โลหะแทรนสชนมสมบตแขง หนก เปนตวนาความรอนและไฟฟาทด เปนประกายวาว จดเดอดและจดหลอมเหลวสง ซงถอไดวาเปนแบบฉบบของโลหะ (ดเรองสมบตของโลหะ) เหลก นกเกล และโคบอลต เปนโลหะทเปนแมเหลก โลหะแทรนสชนใชผสมกบโลหะอนไดโลหะผสม (โลหะอลลอยด)

สมบตทางเคม โลหะแทรนสชนวองไวตอการเกดปฏกรยานอยกวาโลหะหม 1A และโลหะหม 2A โลหะแทรนสชนมเลขออกซเดชนไดหลายคา เชน Fe มเลขออกซเดชน = +3 และ +2 และ Cu มเลขออกซเดชน = +2 และ +1 เปนตน โลหะแทรนสชนหลายชนดเปนตวเรงปฏกรยาทด เชน ในอตสาหกรรมการผลตแอมโมเนย ใชเหลกเปนตวเรงปฏกรยา การผลดกรดซลฟรก ใช วาเนเดยม (v) ออกไซดเปนตวเรงปฏกรยา สารประกอบและไอออนของโลหะแทรนสชนมกมส เชน CuCl2 มสเขยวเขม FeCl3 มสสม CuSO4 มสฟา MnSO4 มสชมพ เปนตน 1.2.6 ธาตกมมนตรงส

ธาตกมมนตรงส หมายถง ธาตทแผรงสได เนองจากนวเคลยสของอะตอมไมเสถยร เปนธาตทมเลขอะตอมสงกวา 82

กมมนตภาพรงส หมายถง ปรากฏการณทธาตแผรงสไดเองอยางตอเนอง รงสทไดจากการสลายตว ม 3 ชนด คอ รงสแอลฟา รงสเบตา และรงสแกมมา

ในนวเคลยสของธาตประกอบดวยโปรตอนซงมประจบวกและนวตรอนซงเปนกลางทางไฟฟา สดสวนของจานวนโปรตอนตอจานวนนวตรอนไมเหมาะสมจนทาใหธาตนนไมเสถยร ธาตนนจงปลอยรงสออกมาเพอปรบตวเองใหเสถยร ซงเปนกระบวนการทเกดขนเองตามธรรมชาต เชน

(ธาตยเรเนยม) (ธาตทอเลยม) (อนภาคแอลฟา)



จะเหนไดวาการแผรงสจะทาใหเกดธาตใหมได หรออาจเปนธาตเดมแตจานวนโปรตอนหรอนวตรอนอาจไมเทากบธาตเดม และธาตกมมนตรงสแตละธาต มระยะเวลาในการสลายตวแตกตางกนและแผรงสไดแตกตางกน โดย มวลจานวนหนงของธาต จะลดลงเหลอครงหนงของมนทมอยเดม เมอเวลาผานไป เรยกวา ครงชวตของธาต ครงชวตเปนสมบตเฉพาะตวของแตละไอโซโทปและสามารถใชเปรยบเทยบอตราการสลายตวของธาตกมมนตรงสแตละชนดได

การเกดปฏกรยาของธาตกมมนตรงส เรยกวาปฏกรยานวเคลยร ซงม 2 ประเภทคอ 1. ปฏกรยาฟวชน (fusion reaction) คอ ปฏกรยานวเคลยรทนวเคลยสของธาตเบาหลอม

รวมกนเขาเปนนวเคลยสทหนกกวาและมการคายความรอนออกมาจานวนมหาศาลและมากกวาปฏกรยาฟชชนเสยอก ปฏกรยาฟวชนทรจกกนด คอปฏกรยาระเบดไฮโดรเจน (hydrogen bomb)

2. ปฏกรยาฟชชน (fission reaction) คอปฏกรยานวเคลยรทเกดขน เนองจากการยงอนภาคนวตรอนเขาไปยงนวเคลยสของธาตหนก แลวทาใหนวเคลยรแตกออกเปนนวเคลยรทเลกลงสองสวนกบใหอนภาคนวตรอน 2-3 อนภาคและคายพลงงานมหาศาลออกมา ถาไมสามารถควบคมปฏกรยาไดอาจเกดการระเบดอยางรนแรงทเรยกวาลกระเบดปรมาณ (atomic bomb) เพอควบคมปฏกรยาลกโซไมใหเกดรนแรง นกวทยาศาสตรจงไดสรางเตาปฏกรณปรมาณ ซงสามารถนาไปใชผลตกระแสไฟฟาได 1.2.7 การจดต าแหนงไฮโดรเจนในตารางธาต

การจดธาตใหอยในหมใดของตารางธาตจะใชสมบตทคลายกนเปนเกณฑ ในตารางธาตปจจบนไดจดใหธาตไฮโดรเจนอยในคาบท 1 ระหวางหม 1 กบหม 7 เพราะเหตใดจงเปนเชนนน ใหศกษาสมบตบางประการของธาตไฮโดรเจนเปรยบเทยบกบสมบตธาตหม 1 และหม 7

ตารางท 1.7 สมบตของประการของธาตไฮโดรเจนกบธาตหม 1 กบหม 7

สมบต ธาตหม 1 ธาตไฮโดรเจน ธาตหม 7 จานวนเวเลนตอเลกตรอน 1 1 7 เลขออกซเดซนในสารประกอบ +1 +1 และ -1 +1 +3 +5 +7 – 1 คา IE 382-526 1318 1015 – 1687 อเลกโทรเนกาทวต 1.0-0.7 2.1 1015 – 1687 สถานะ ของแขง แกส แกส /ของเหลว/ของแขง การนาไฟฟา นา ไมนา ไมนา

เมอพจารณาขอมลในตาราง 1.7 พบวาไฮโดรเจนมเวเลนซอเลกตรอน 1 และมเลขออกซเดชน +1 ไฮโดรเจนจงควรอยในหม 1 คาบท 1 แตไฮโดรเจนมสมบตคลายธาตหม 7 หลายประการคอ มเลขออกซเดชนไดมากกวาหนงคา มพลงงานไอออไนเซชนลาดบท 1 และอเลกโทรเนกาตวตสง มสถานะเปนแกส ไมนาไฟฟา เมอเกดเปนสารประกอบตองการเพยง 1 อเลกตรอนกจะมการจดอเลกตรอนเชนเดยวกบฮเลยมซงเปนธาตในหม 7 คาบท 1 อยระหวางหม 1 กบ 7 ดงปรากฏในตารางธาต



1.2.8 การกระจายของธาตตางๆ บนพนโลกและในระบบสงมชวต เปลอกโลกทปกคลมบนพนผวโลก มความลกประมาณ 40 กโลเมตร (ประมาณ 25 ไมล) นกวทยาศาสตรยงไมสามารถศกษาสวนทเปนแกนภายในโลกได เหมอนกบการศกษาเปลอกโลก แตมความเชอวาแกนกลางของโลกมสภาพเปนของแขงทมองคประกอบของธาตเหลก (Fe) เปนสวนใหญ สวนทลอมรอบแกนกลางเปนชนทเรยกวา แมนทล ประกอบดวยของเหลวรอน มเหลก (Fe) คารบอน (C) ซลกอน (Si) และซลเฟอร (S) ธาตทพบในธรรมชาต 83 ชนด มอย 12 ธาต ทเปนองคประกอบของเปลอกโลกถง 99.7% โดยนาหนกมสดสวนลดหลนลงไปตามความสมบรณในธรรมชาต ไดแก ออกซเจน (O) ซลกอน (Si) อลมเนยม (Al) เหลก (Fe) แคลเซยม (Ca) แมกนเซยม (Mg) โซเดยม (Na) โพแทสเซยม (K) ไททาเนยม (Ti) ไฮโดรเจน (H) ฟอสฟอรส (P) และแมงกานส (Mn)

สวนรางกายของเราประกอบดวยธาตหลายชนด ธาตเหลานอาจอยในรปของไอออนหรอเปนสวนหนงของขวโมเลกล โดยเฉลยในรางกายคนทมสขภาพแขงแรงจะมธาตตาง ๆ ประกอบอย โดยมธาตไฮโดรเจน, ออกซเจน,คารบอน, ไนโตรเจน และแคลเซยม เปนธาตทมอยในปรมาณมากทสดคดเปนรอยละ 98 ของนาหนกรางกาย โดยมธาตไฮโดรเจน ออกซเจน คารบอน และไนโตรเจน รอยละ 63 25 10 และ 1.4 ตามลาดบธาตเหลานเปนสวนประกอบของสารอนทรย เชน คารโบไฮเดรต โปรตน และไขมน แคลเซยมมรอยละ 1.5 ในรางกายนน เปนธาตองคประกอบสาคญของกระดกและฟน รวมทงเกยวของกบการทางานของระบบประสาท การหดตวของกลามเนอ และการแขงตวของเลอด ธาตอนๆ เชน ไอโอดน ซลเนยม ทองแดง และฟลออรน เปนธาตทสาคญตอรางกาย แมวาจะอยในปรมาณทตากวา 10 ppm (parts per million) คอ 10 สวนในลานสวน

Documents

(Atomic structure and periodic)docshare04.docshare.tips/files/18816/188166636.pdf · สันสรุปเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมว่าอะตอม