12
ใช ชสสหร รบ สร ศก ษสสวนบ คคล ตสมท ทผชผเ ขทยน นผชผเยแพรสเทส นร 4-1 บทที4: แนวโน้มสมบัติธาตุตามตารางธาตุ บทที4: แนวโน้มสมบัติธาตุตามตารางธาตุ 4.1: ความเป็นมาของตารางธาตุ ช่วงแรกๆ ที่นักเคมียังไม่มีความรู้เรื่องอนุภาคมูลฐาน สมบัติที่นักเคมีใช้ในการลำาดับธาตุก็ คือ มวลอะตอม นักเคมีหลายคนพยายามมองหาความสัมพันธ์เพื่อจัดหมวดหมู่ธาตุให้เป็นระบบ ระเบียบ หลายครั้งก็ล้มเหลว จนกระทั่งในปี 1864 นักเคมี จอห์น นิวแลนดส์ (John Newlands: 1838 – 1898) พบว่า หากเราเรียงธาตุตามมวลอะตอมแล้ว จะเห็นว่า สมบัติของธาตุจะกลับมาำ้าเดิมทุกๆ 8 ธาตุ เช่น Li กับ Na, Ne กับ Ar เป็นต้น แต่คำากล่าวนี้จะ ไม่เป็นจริงสำาหรับธาตุที่มีมวลอะตอมมากกว่า Ca ไป จึงไม่เป็นที่ยอมรับนัก ต่อมา นักเคมีชาวรัสเซีย ดมิทรี เมนเดเลเอฟ (Dmitri Mendeleev: 1836 – 1907) ได้นำา ธาตุมาเรียงกันเป็นตารางตามมวลอะตอม โดยจัดธาตุที่มีสมบัติคล้ายกันอยู่ในแถวแนวตั้ง เดียวกัน (แม้บางครั้งต้องสลับลำาดับมวลอะตอมเช่น K และ Ar) เกิดเป็นต้นแบบของตารางธาตุใน ปัจจุบันขึ้น นอกจากตารางธาตุของเมนเดเลเอฟจะจัดระบบธาตุได้อย่างเป็นหมวดหมู่แล้ว ยัง สามารถ ทำานายสมบัติของธาตุที่ยังไม่ค้นพบได้อย่างแม่นยำา เช่นการทำานายสมบัติของธาตุ เอก -อลูมิเนียม (Eka-Aluminum: ค้นพบในภายหลัง ตั้งชื่อว่าแกลเลียม: Ga) สมบัติ Eka-Aluminium (ทำานาย) Gallium มวลอะตอม 68 amu 69.9 amu จุดหลอมเหลว ตำ่า 29.78 °C ความหนาแน่น 5.9 g/cm 3 5.94 g/cm 3 ออกไซด์ Ea 2 O 3 Ga 2 O 3 ต่อมาจึงทราบการเรียงแบบนีที่จริงคือการเรียงลำาดับตามเลขอะตอมนั่นเอง ส่วนการำ้ากัน ของสมบัติต่างๆ ตามที่นิวแลนดส์สังเกตเห็น ก็เป็นผลของการจัดเรียงอิเล็กตรอน ในบทนี้ เราจะมาเรียนรู้วิธีการใช้ตารางธาตุเพื่อทำานายสมบัติต่างๆ ของธาตุกัน ภาพจำาลองโมเลกุลในเอกสารนี้สร้างขึ้นโดยอาศัยชุดซอฟต์แวร์ Marvin 5.5.0 และ JChem 5.5.0 พัฒนาโดย Chemaxon (http://www.chemaxon.com) ปี 2011

Periodic Trends of Elements (Thai)

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Introductory chapter to the periodic table of elements for Thai secondary school students.

Citation preview

  • 4-1 4:

    4: 4.1:

    1864 (John Newlands: 1838 1898) 8 Li Na, Ne Ar Ca

    (Dmitri Mendeleev: 1836 1907) ( K Ar)

    - (Eka-Aluminum: : Ga)

    Eka-Aluminium () Gallium 68 amu 69.9 amu

    29.78 C

    5.9 g/cm3 5.94 g/cm3

    Ea2O3 Ga2O3

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4.2: 4-2

    4.2:

    (periodic table of elements)

    1. (period) 7 *** n

    2. (group) 18 *** (: valence electron)

    4.3:

    CAS (Chemistry Abstracts Service) IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

    4.1:

  • 4-3 4.3:

    IUPAC 1 (H, Li, Na, ) 18 (He, Ne, Ar, )

    CAS n 2 A B

    A: 2 (Li, Be, B, C, N, O, F, Ne) I VIII

    B: Cu I Zn II Sc, Ti, V, Cr, Mn III VII 3 VIII

    4.1:

    ( )

    1. K (Z=19) _______________________________________________

    2. Sb (Z=51) _______________________________________________

    3. Cl (Z=17) _______________________________________________

    4. Se (Z=34) _______________________________________________

    4.4:

    (reactive) (inert / noble)

    (representative element) A (

    ) (alkali metal) IA (alkaline earth metal) IIA (halogen) VIIA (inert gas / noble gas) VIIIA (transition metal) B () (lantanide series) 57 71 (La Lu) (actinide series) 89 103 (Ac Lr)

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4.5: 4-4

    4.5:

    ( 8 )

    (cation)

    (anion)

    4.5.1:

    8 (1 3 )

    Na 1 [Ne]3s1 1 3s [Ne] Na+

    Ca 2 [Ar]4s2 2 4s [Ar] Ca2+

    Al 3 [Ne]3s23p1 3 3s 3p [Ne] Al3+

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4-5 4.5:

    4.5.2:

    8 (5 7 )

    F 7 [He]2s22p5 1 2p [He]2s22p6 = [Ne] F

    S 6 [Ne]3s23p4 2 3p [Ne]3s23p6 = [Ar] S2

    N 5 [He]2s22p3 3 2p [He]2s22p6 = [Ne] N3

    Fe Fe2+ Fe3+

    s d ( d )

    Mn Mn2+[Ar]4s23d5 [Ar]3d5

    Mn2+ Mn3+[Ar]3d5 [Ar]3d4

    4.2:

    1.

    H _______________________________________________

    N3 _______________________________________________

    Sn2+ _______________________________________________

    Tl+ _______________________________________________

    Tl3+ _______________________________________________

    Fe2+ _______________________________________________

    Fe3+ _______________________________________________

    Ag+ _______________________________________________

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4.5: 4-6

    2. 3+

    [Ar]3d3 _______________________________________________

    [Ar] _______________________________________________

    [Kr]4d6 _______________________________________________

    [Xe]4f145d6 _______________________________________________

    4.6: (effective nuclear charge)

    ( He2 ) ...

    3.9410-18 J 8.7210-18 J

    2 2

    2 2

    (shielding effect)

    Z eff = Z (4.1)

    : Zeff Z (sheilding constant)

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4-7 4.7:

    4.7:

    4.7.1:

    (atomic radius)

    (diatomic molecule)

    ()

    1. ...

    Li3 F9 n 2 9 3 F

    2. n n ...

    Li3 Cs55 Cs 6 Li 2 Li

    4.3:

    1.

    Na, Cs _______________________________________________

    Be, Ba _______________________________________________

    Ne, Xe _______________________________________________

    Na, Al, Mg, P, Cl, S _________________________________________

    N, P, Si _______________________________________________

    C, Li, Be _______________________________________________

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4.7: 4-8

    4.7.2:

    1. Li+ Li

    2. F F

    3. Al3+, Mg2+, Na+

    4.4:

    1.

    Cl, Cl _______________________________________________

    Na, Na+ _______________________________________________

    O2, S2 _______________________________________________

    Au+, Au3+ _______________________________________________

    Mg2+, Al3+ _______________________________________________

    N3, Na+, F, Mg2+, O2 ___________________________________

    4.7.3: (ionization energy: IE)

    1

    X g energy Xg e : energy IE1

    Xg Xg e H = IE1

    Xg X2g e H = IE2

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4-9 4.7:

    X2g X3g e H = IE3

    IE1 < IE2 < IE3 < IE4 < (4.2)

    IE IE1

    IE

    IE (kJ/mol)IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 IE6 IE7 IE8 IE9

    H 1312.0He 2372.3 5250.5Li 520.2 7298.1 11815.0Be 899.5 1757.1 14848.7 21006.6B 800.6 2427.1 3659.7 25025.8 32826.7C 1086.5 2352.6 4620.5 6222.7 37831 47277.0N 1402.3 2856 4578.1 7475.0 9444.9 53266.6 64360O 1313.9 3388.3 5300.5 7469.2 10989.5 13326.5 71330 84078.0F 1681.0 3374.2 6050.4 8407.7 11022.7 15164.1 17868 92038.1 106434

    Ne 2080.7 3952.3 6122 9371 12177 15238 19999.0 23069.5 115380Na 495.8 4562 6910.3 9543 13354 16613 20117 25496 28932Mg 737.7 1450.7 7732.7 10542.5 13630 18020 21711 25661 31653Cl 1251.2 2298 3822 5158.6 6542 9362 11018 33604 38600K 418.8 3052 4420 5877 7975 9590 11343 14944 16963.7Rb 403.0 2633 3860 5080 6850 8140 9570 13120 14500

    1. IE IE IE

    2. IE1

    3. IE1 ()

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4.7: 4-10

    4.1:

    IIA IE1 IIIA VA IE1 VIA

    4.5:

    1. 1 1s22s22p6 2 1s22s22p63s1

    IE1 496 kJ/mol ___________________________ IE1 2080 kJ/mol___________________________

    2. IE

    Na, Cl, Al, S, Cs _______________________________________________

    F, K P, S, Ca, Ne _______________________________________________

    3. ***

    (2.179871018J )Z2

    n2 IE2 He

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4-11 4.7:

    4.7.4: (electron affinity: EA)

    IE

    1

    X g e Xg energy : energy EA

    X g e Xg H = EA

    EA X X EA

    1. EA ( IIA VA)

    2. EA EA 1 F O

    4.2:

    1. EA IIA VA

    2. EA F Cl EA O S

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

  • 4.7: 4-12

    4.6:

    1. EA

    Li, Na, K _______________________________________________

    F, Cl, Br, I _______________________________________________

    O, Si, P, Ca, Ba _______________________________________________

    He, K, Co, S, Cl _______________________________________________

    4.7.5: (electronegativity: EN)

    EN () EN

    EN EN

    EN IE

    1. EN IE IIA VA

    2.

    4.7.6:

    ...

    1. 2.

    IE, EA EN

    Marvin 5.5.0 JChem 5.5.0 Chemaxon (http://www.chemaxon.com) 2011

    4: 4.1: 4.2: 4.3: 4.4: 4.5: 4.5.1: 4.5.2:

    4.6: (effective nuclear charge)4.7: 4.7.1: 4.7.2: 4.7.3: (ionization energy: IE)4.7.4: (electron affinity: EA)4.7.5: (electronegativity: EN)4.7.6: