บทที่ 3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ

เนื้อหาที่จะตองเรียนในบทที่ 3 สมบัติของธาตแุละสารประกอบ

บทที่ 3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ 3.1 สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ 3.2 ปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู 3.3 ตําแหนงของไฮโดรเจนในตารางธาต ุ3.4 ธาตุแทรนซิชัน

3.4.1 สมบัติของธาตุแทรนซิชัน 3.4.2 สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน 3.4.3 สารประกอบเชิงซอนของธาตุแทรนซิชัน

3.5 ธาตุกึง่โลหะ 3.6 ธาตุกัมมันตรังสี

3.6.1 การเกดิกัมมันตรังสี 3.6.2 การสลายตัวของธาตกุัมมันตรังสี 3.6.3 ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี 3.6.4 ปฏิกิริยานิวเคลียร 3.6.5 การตรวจสอบสารกัมมันตรังสีและเทคโนโลยีท่ีเกีย่วของกบัการใชสารกัมมันตรังสี

3.7 การทํานายตาํแหนงและสมบัติของธาตุในตารางธาต ุ3.8 ธาตุและสารประกอบในส่ิงมีชีวิตและส่ิงแวดลอม

3.8.1 ธาตุอะลูมิเนียม 3.8.2 ธาตุแคลเซียม 3.8.3 ธาตุทองแดง 3.8.4 ธาตุเหล็ก 3.8.5 ธาตุไอโอดีน 3.8.6 ธาตุไนโตรเจน 3.8.7 ธาตุออกซิเจน 3.8.8 ธาตุเรเดียม 3.8.9 ธาตุฟอสฟอรัส 3.8.10 ธาตุซิลิคอน

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 1

จากการศึกษาการจัดเรียงธาตุตามตารางธาตุ พบวามีการจัดเรียงตามเลขอะตอม (atomic number) หรือจํานวนโปรตอน ซ่ึงแตละธาตุจะมีจํานวนโปรตอนเปนคาเฉพาะของธาตุนั้น

เม่ือเลขอะตอมเพ่ิมขึ้นทีละ 1 สมบัติของธาตุจะแปรเปล่ียนอยางตอเนื่อง และจะไดธาตุท่ีมีสมบัติตรงกนัในชองแนวดิ่งเดียวกัน เรียกวา หมู (group)

จากการจัดเรยีงธาตุตามเลขอะตอมนีใ้นแนวนอน (คาบ ; period) ธาตุท่ีอยูทางซายของตารางธาตุจะมีสมบัติเปนโลหะ (metal) และทางขวาเปนอโลหะ (non metal)

IA VIIIA 1H IIA IIIA IVA VA VIA VII

A

2He

3Li 4Be VIIIB

5B 6C 7N 8O 9F 10Ne

11Na 12Mg IIIB IVB VB VIB VIIB IIB IB 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar

19K 20Ca 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 31Ga 32Ge 33As 34Se 35Br 36Kr

37Rb 38Sr 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd 49In 50Sn 51Sb 52Te 53I 54Xe

55Cs 56Ba 57*La 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn

87Fr 88Ra 89**Ac 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Ds 111Rg 112Uub 113Uut 114Uuq 115Uup 116Uuh

จากการศึกษาสมบัติตาง ๆ ของธาตใุนตารางธาตุ เชน ขนาดอะตอม พลังงานไอออไนเซชัน และคาอิเล็กโทรเนกาตวิิตี จะพบวา สมบัติเหลานี้มีแนวโนมเปล่ียนแปลงจากซายไปขวาในแตละคาบ หรือจากบนลนลางในแตละหมู

ธาตุในคาบท่ี 2 และคาบท่ี 3 นี้ ภายในคาบเดียวกนัมีท้ัง โลหะ กึง่โลหะ และอโลหะ นอกจากนี้แตละธาตุมีเวเลนซอิเล็กตรอนไมเทากัน ดังนั้นการเกดิสารประกอบของธาตุในคาบเดียวกนั ตางกัน และมีสมบัติตางกันดวย

สมบัติตาง ๆ ของธาตุในตารางธาตุ สามารถศึกษาจากสารประกอบคลอไรดและสารประกอบออกไซด สารประกอบคลอไรด หมายถึง สารประกอบธาตุคูระหวางธาตุคลอรีน (Cl) กับธาตุอ่ืน ๆ

เชน NaCl , CaCl2 , HCl และ CCl4 เปนตน สารประกอบออกไซด หมายถึง สารประกอบท่ีเกิดจากธาตอุอกซิเจนรวมตวักับธาตุอ่ืน ๆ

เชน Na2O , P2O3 , NO2

บทที่ 3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ

3.1 สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ


สามารถศึกษาไดจากจุดเดือด-จุดหลอมเหลว และความเปนกรด-เบสของสารประกอบคลอไรด และสารประกอบออกไซดของธาตใุนคาบท่ี 2 และ คาบท่ี 3 จากตารางตอไปนี ้

ตารางที่ 1 แสดงสมบตัิสารประกอบคลอไรดของธาตุในคาบที่ 2

สารประกอบคลอไรดของธาตุคาบที่ 2 Li Cl โลหะ

Be Cl2 โลหะ

B Cl3 กึ่งโลหะ

C Cl4 อโลหะ

N Cl3 อโลหะ

Cl2 O อโลหะ

Cl F อโลหะ

จุดหลอมเหลว (°C) 605 405 -107.3 -23 -40 -20 -154 จุดเดือด (°C) 1350-1360 520 12.5 76.8 71 3.8 -101

ความเปนกรด-เบสของสารละลาย กลาง กรด กรด ไมละลายน้ํา ไมละลายน้ํา กรด กรด ตารางที่ 2 แสดงสมบัติสารประกอบคลอไรดของธาตใุนคาบที่ 3

สารประกอบคลอไรดของธาตุคาบที่ 3 Na Cl โลหะ

Mg Cl2 โลหะ

Al Cl3 โลหะ

Si Cl4 กึ่งโลหะ

P Cl3 อโลหะ

S Cl2 อโลหะ

***Cl 2 อโลหะ

จุดหลอมเหลว (°C) 801 714 190* -70 -112 -78 -154 จุดเดือด (°C) 1465 1412 182.7** 57.57 75.5 59

(สลายตัว) -34.6

ความเปนกรด-เบสของสารละลาย กลาง กลาง กรด กรด กรด กรด กรด

หมายเหต ุ * ใชความดนัทําใหหลอมเหลว ** ระเหิดกอนหลอมเหลวท่ีความดนั 1 บรรยากาศ

*** ปรากฏอยูในรูปโมเลกุลของธาต ุ สมบัติสารประกอบคลอไรดของธาตุคาบที่ 2 และ 3 (จากตารางที่ 1 และตารางที่ 2) สามารถสรุปไดดงันี ้

1) คลอไรดของโลหะ มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง เพราะเปนสารประกอบไอออนิก (โลหะกับอโลหะ) ยกเวน BeCl2 เปนสารประกอบโคเวเลนต

2) คลอไรดของอโลหะ มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวตํ่า เพราะเปนสารประกอบโคเวเลนต (อโลหะกับอโลหะ) 3) สารประกอบคลอไรดท่ีละลายน้ําได พบวา คลอไรดของโลหะ สมบัติเปนกลาง

(ยกเวน BeCl2 และ AlCl3 เปนกรด)

คลอไรดของอโลหะ สมบัติเปนกรด


ตารางที่ 3 แสดงสมบัติสารประกอบออกไซดของธาตใุนคาบที่ 2

สารประกอบออกไซดของธาตุคาบที่ 2 Li2 O โลหะ

Be O โลหะ

B2 O3 กึ่งโลหะ

C O2 อโลหะ

N2 O5 อโลหะ

O2***

อโลหะ O F2

อโลหะ

จุดหลอมเหลว (°C) >1700 2530 460 -56.6* 30 -218.4 -224 จุดเดือด (°C) 1200

ที่ 600 atm

ประมาณ 3900

ประมาณ 1860

-78.5** 47 สลายตัว

-183 -145

ความเปนกรด-เบสของสารละลาย เบส ไมละลายน้ํา ละลายน้ําเล็กนอย

กรด กรด ละลายน้ําเล็กนอย

กรด

ตารางที่ 4 แสดงสมบัติสารประกอบออกไซดของธาตใุนคาบที่ 3 สารประกอบคลอไรดของธาตุคาบที่ 3 Na2 O

โลหะ Mg O

โลหะ Al2 O3 โลหะ

Si O2 กึ่งโลหะ

P2O5 อโลหะ

S O2 อโลหะ

Cl 2O อโลหะ

จุดหลอมเหลว (°C) 1275 (ระเหิด)

2852 2072 1723 580-585* -72.7 -20

จุดเดือด (°C) ไมมีขอมูล 3600 2980 2230 300**(ระเหิด) -10 3.8 ความเปนกรด-เบสของสารละลาย เบส เบส ไมละลายน้ํา ไมละลายน้ํา กรด กรด กรด

หมายเหต ุ * ใชความดนัทําใหหลอมเหลว ** ระเหิดกอนหลอมเหลวท่ีความดนั 1 บรรยากาศ

*** ปรากฏอยูในรูปโมเลกุลของธาต ุ สมบัติสารประกอบออกไซดของธาตุคาบที่ 2 และ 3 (จากตารางที่ 3 และตารางที่ 4) สามารถสรุปไดดงันี ้

1) ออกไซดของโลหะมีจุดเดือดและจดุหลอมเหลวสูง เพราะเปนสารประกอบไอออนิก 2) ออกไซดของอโลหะมีจดุเดือดและจุดหลอมเหลวต่ํา เพราะเปนสารประกอบโคเวเลนต (ยกเวน SiO2

ซ่ึงมีจุดเดือดและจุดเหลวสูง เพราะเปนโครงผลึกรางตาขาย) 3) สารประกอบออกไซดท่ีละลายน้ําได พบวา ออกไซดของโลหะ สมบัติเปนเบส

ออกไซดของอโลหะ สมบัติเปนกรด

เม่ือพิจารณาจุดเดือด-จุดหลอมเหลว และความเปนกรด-เบสของสารประกอบคลอไรดและออกไซด ของธาตุคาบที่ 2 และคาบที่ 3 สรุปไดวา 1) จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของสารทั้ง 2 กลุม มีแนวโนมคลายกัน คือ

จุดเดือด-จุดหลอมเหลวสูง คลอไรดของโลหะ จุดเดือด-จุดหลอมเหลวตํ่า คลอไรดของอโลหะ ออกไซดของโลหะ ออกไซดของอโลหะ

2) ความเปนกรด-เบสของสารละลาย คลอไรดของโลหะ กลาง (ยกเวน BeCl2 และAlCl3 เปนกรด) คลอไรดของอโลหะ กรด

ออกไซดของโลหะ เบส ออกไซดของอโลหะ กรด


สรุปสมบัติของสารประกอบคลอไรดและออกไซดของธาตุคาบที่ 2 และคาบที่ 3

สมบัติ สารประกอบคลอไรด สารประกอบออกไซด 1) จุดเดือด-จุดหลอมเหลว

ลดลงจากซาย (โลหะ) ไปขวา (อโลหะ) คลอไรดของโลหะจุดเดือด-จุดหลอมเหลวสูงมาก เพราะเปนสารประกอบไอออนิก คลอไรดของอโลหะ จุดเดือด-จุดหลอมเหลวต่ํา เพราะเปนสารประกอบโคเวเลนต

ลดลงจากซาย (โลหะ) ไปขวา (อโลหะ) ออกไซดของโลหะจุดเดือด-จุดหลอมเหลวสูงมาก เพราะเปนสารประกอบไอออนิก ออกไซดของอโลหะ จุดเดือด-จุดหลอมเหลวต่ํา เพราะเปนสารประกอบโคเวเลนต

2) ความเปนกรด-เบส

คลอไรดของโลหะ เปนกลาง (ยกเวน BeCl2 และAlCl3 เปนกรด)

คลอไรดของอโลหะ เปนกรด

ออกไซดของโลหะ เปนเบส

ออกไซดของอโลหะ เปนกรด

สมบัติบางประการของธาตุตามหมู IA และ IIA 1) ธาตุหมู IA

เปนโลหะท่ีมีความวองไวตอการเกิดปฏิกิริยา มักพบในรูปสารประกอบไอออนิก ไมพบเปนธาตุอิสระในธรรมชาติเลย เรียกวา โลหะแอลคาไล (alkali metal)

เม่ือทําปฏิกิริยากับน้ําไดสารละลายท่ีมีสมบัติเปนเบส (alkali) ธาตุหมู IA ไดแก Na ,K เปนธาตุท่ีมีมากท่ีสุดในหมู IA ซึ่ง Na ในรูปสารประกอบตาง ๆ เชน NaCl , NaNO3 ใน

แรเฟลดสปาร ในเกลือสนิเธาร ในน้ําทะเล สวน K มีในหินท่ัวไป เชน เฟลดสปาร ไมคา เปนตน สาํหรับ Li , Rb , Cs เปนธาตุท่ีคอนขางหายาก

2) ธาตุหมู IIA วองไวตอการเกิดปฏิกิริยา แตไวนอยกวาธาตุหมู IA จึงไมคอยพบธาตุอิสระในธรรมชาติ มักพบอยูในรูป

สารประกอบไอออนิกเชนเดียวกับโลหะหมู IA เรียกวา โลหะแอลคาไลนเอิรท (alkaline earth metal) เพราะสารประกอบของโลหะพวกนี้พบบนพื้นโลก (earth) เม่ือทําปฏิกิริยากับน้ําไดสารละลายท่ีมีสมบัติเปนเบส หรือดาง ทําปฏิกิริยารุนแรงในอากาศ น้าํ หรือสิ่งแวดลอมท่ัว ๆ ไป เนื่องจากเปนฝายใหอิเล็กตรอนไดดี (ตัวรีดิวซ) จึงตอง

เก็บธาตุนี้ไวในของเหลวท่ีไมมีตัวรับอิเล็กตรอน (ตัวออกซิไดซ) เชน น้ํามัน เปนตน โลหะ Ca มีมากท่ีสุดในหมู IIA (มีมากอันดับ 3 ในโลก ประมาณ 3.4%) สารประกอบแคลเซียมท่ีพบมากสุด คือ

CaCO3 อยูในสภาพหินปูน หินออน เปลือกหอย แคลไซต เปนตน สวนธาตุ Mg มีอยูมากรองลงมา สวนใหญจะเปนสารประกอบอยูในน้ําทะเล ซึ่งมี Mg2+ มากเปนอันดับสองรองจาก Na+ สวน Be มีสมบัติหลายอยางตางจากพวก เชน มีคา IE1 สูง เกิดสารประกอบโคเวเลนต Be ไมทําปฏิกิริยากับน้ํา ไมละลายในแอมโมเนียเหลว เปนตน สําหรับ Sr , Ba พบนอยมาก สวน Ra และ Fr เปนธาตุกัมมันตรังสีซึ่งหายาก

3.2 ปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู

3.2.1 ปฏิกิริยาของธาตุหมู IA และ IIA


ปฏิกิริยาของธาตุหมู IA และ IIA กับน้ํา

1) โลหะหมู IA เชน Na ทําปฏิกิริยากับน้ําไดอยางรวดเร็วและรุนแรง บางทีอาจระเบิด คายพลังงานออกมาอยางมาก ไดผลิตภัณฑเปนสารละลาย NaOH ซึ่งเปนเบส และแกสไฮโดรเจน (H2)

2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g)

เม่ือทดลองใสช้ินโลหะ Na ลงในน้ํา Na จะลอยอยูบนผิวน้ํา เพราะ Na มีความหนาแนนนอยกวาน้ํา จะสังเกตเห็นช้ิน Na วิ่งไปบนผิวน้ําอยางรวดเร็ว พรอมมีประกายไฟเกิดข้ึน เนื่องจากเปนปฏิกิริยาท่ีเกิดกับน้ํา

ไดอยางรวดเร็วไดแกส H2 และคายพลังงานความรอนออกมาอยางมาก แกส H2ท่ีเกิดข้ึนจะผลักดันช้ินโลหะ Na วิ่งไปบนผิวน้ํา และมีควันสีขาวเกิดข้ึนซึ่งเกิดจากแกส H2 ปนกับไอน้ํา

2) โลหะหมู IIA เชน Mg ทําปฏิกิริยากับน้ําธรรมดาไดชามาก แตถาใชน้ํารอนจะเกิดปฏิกิริยาไดเร็วข้ึน ดังสมการ Mg (s) + 2H2O (l) Mg(OH)2 (aq) + H2 (g)

3) จากสมการในขอ 1) และ 2) จะเห็นไดวา แกส H2 1 โมลเทากัน แตตองใชโลหะหมู IA (Na) 2 โมล ในขณะท่ีใชโลหะหมู IIA (Mg) เพียง 1 โมล

การละลายน้ําของสารประกอบของธาตุหมู IA , IIA 1) สารประกอบของธาตุหมู IA , IIA ทุกชนิดเปนสารประกอบไอออนิก (ยกเวน Be หมู IIA เกิดสารประกอบโคเวเลนต)

ถาเปนสารละลายน้ํา จะสามารถนําไฟฟาได (สมบัติเฉพาะตัวของสารประกอบไอออนิก คือนําไฟฟาไดเม่ือหลอมเหลว)

2) สารประกอบของหมู IA ทุกชนิดละลายน้ําได แตมีสภาพการละลายได (solubility) ไมเทากัน 3) สารประกอบของหมู IIA เม่ือรวมกับไอออนท่ีมีประจุ -1 ละลายน้ําได แตเม่ือรวมกับไอออนท่ีมีประจุ -2 หรือ -3 เชน

CO32- , SO4

2-, PO43- ฯลฯ จะไมละลายน้ํา ยกเวน MgSO4 จะละลายน้ําได

4) เม่ือผสมสารละลายของธาตุหมู IA กับ IIA จะเกิดปฏิกิริยาไดตะกอน ดังตาราง

สาร ละลาย

การเปล่ียนแปลงเม่ือเติมสารละลาย Na Cl

หมู IA Na2 CO3 หมู IA

Na2 HPO4 หมู IA

K NO3 หมู IA

Na3PO4 หมู IA

Na2 SO4 หมู IA

Mg Cl2

หมู IIA

Ca Cl2 หมู IIA

Sr Cl2 หมู IIA

Ba Cl2 หมู IIA

เม่ือเปรียบเทียบการละลายในน้ําของสารประกอบของธาตุหมู IA และหมู IIA พบวา สารประกอบของธาตุหมู IA ละลายได (ไมเกิดตะกอน) สําหรับสารประกอบของธาตุหมู IIA นั้น สารประกอบท่ีละลายน้าํไดดีคือ สารประกอบไนเตรต และสารประกอบคลอไรด

หมายถึง ผลิตภัณฑที่เกิดขึน้ละลายน้ํา (ไมเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือไมเกิดตะกอน)

หมายถึง ผลิตภัณฑที่เกิดขึ้นไมละลายน้ํา (เกิดการเปลี่ยนแปลงหรือเกิดตะกอน)


สมบัติของธาตุหมู VIIA (แฮโลเจน)

1) เปนธาตุโมเลกุลอะตอมคูทุกธาตุ 2) เปนธาตุหมู VIIA ในตารางธาตุ ไดแก F , Cl , Br , I , At (แอสทาทีน) เรียกวา ธาตุแฮโลเจน 3) เปน อโลหะทุกธาตุ (ยกเวน At เปนกึ่งโลหะ) เปนธาตุท่ีมีพิษทุกธาตุ และมีกลิ่นแรง 4) โมเลกุลของธาตุแฮโลเจนประกอบดวย 2 อะตอม ไดแก F2 , Cl2 , Br2 , I2 5) ทําปฏิกิริยากับโลหะ ไดเกลือ เชน NaCl , LiF 6) ธาตุแฮโลเจนไอออน มีประจ ุ-1 (F- , Cl- , Br- , I-)

นักเรียนไดศึกษาปฏิกิริยาของโลหะหมู IA และ IIA มาแลว ตอไปจะไดศึกษาปฏิกิริยาของอโลหะจากธาตุหมู VIIA ทดสอบความสามารถในการทําปฏิกิริยาของธาตุหมู VIIA ไดแก F, Cl, B , I ดวยกันเอง โดยศึกษาจากปฏิกิริยาดังตอไปนี้

1) ทดสอบสีของสารละลายคลอรีน (Cl2) โบรมีน (Br2) ไอโอดีน (I2) ในคารบอนเตตระคลอไรด (CCl4) ซึ่งเปนอโลหะเหมือนกัน จะไดผลดังนี้ สารละลาย Cl2 ใน CCl4 ไมมีสี สารละลาย Br2 ใน CCl4 มีสีสม สารละลาย I2 ใน CCl4 มีสีชมพูแกมมวง

2) เม่ือเติมสารละลาย Cl2 , Br2 , I2 ใน CCl4 ลงในสารละลาย KCl , KBr , KI (สารประกอบไอออนิก) จะเกิดการเปลี่ยนแปลงดังแสดงในตาราง

สารละลาย ผลการเปล่ียนแปลงที่เกิดในช้ัน CCl4 Cl2 ใน CCl4 (ใสไมมีสี) Br2 ใน CCl4 (สีสม) I2 ใน CCl4 (ชมพูแกมมวง)

K Cl ไมมีสี สีสม สีชมพูแกมมวง K Br สีสม สีสม สีชมพูแกมมวง K I สีชมพูแกมมวง สีชมพูแกมมวง สีชมพูแกมมวง

จากตารางพบวา คลอรีน ไมสามารถทําปฏิกิริยากับ KCl เนื่องจากไมเกิดการเปลี่ยนสี

คลอรีน สามารถทําปฏิกิริยากับ KBr ได เนื่องจากปรากฏเปนสสีม แสดงวามี Br2 เกิดข้ึน ดังปฏิกิริยา 2Br- + Cl2 2Cl- + Br2

คลอรีน สามารถทําปฏิกิริยากับ KI ได เนื่องจากปรากฏเปนสีชมพูแกมมวง แสดงวามี I2 เกิดข้ึน ดังปฏิกิริยา 2I- + Cl2 2Cl- + I2

โบรมีน ไมทําปฏิกิริยากับ KCl และ KBr เนื่องจากไมเกิดการเปลี่ยนส ี โบรมีน สามารถทําปฏิกิริยากับ KI ได เนื่องจากปรากฏสีชมพูแกมมวง แสดงวามี I2 เกิดข้ึน ดังปฏิกิริยา

2I- + Br2 2Br -+ I2

ไอโอดีน ไมทําปฏิกิริยากับ KCl , KBr และ KI

จากขอมูลดังกลาว สามารถสรุปไดวา 1) คลอรีน มีความสามารถในการทําปฏิกิริยาไดดีกวา โบรมีน และ โบรมีน มีความสามารถในการทําปฏิกิริยาไดดีกวา

ไอโอดีน หรือ ความสามารถในการทําปฏิกิริยา Cl > Br > I 2) หรืออาจกลาวไดวา ความสามารถในการทําปฏิกิริยาของธาตุหมู 7A ลดลงจากบนลงลาง

3.2.2 ปฏิกิริยาของธาตุหมู VIIA (แฮโลเจน)


การจัดธาตุใหอยูในหมูตาง ๆ ในตารางธาตุจะใชสมบัติท่ีคลายกันเปนเกณฑ สําหรับตารางธาตุปจจุบันไดจัดไฮโดรเจนไว

ในคาบท่ี 1 ระหวางหมู IA กับ VIIA เนื่องจากเหตุผลตอไปนี้ 1) H มีเวเลนซอิเล็กตรอน 1 และมีเลขออกซิเดชัน -1 H จึงควรอยูในคาบท่ี 1 หมูท่ี IA 2) มีสมบัติคลายธาตุหมู VIIA คือ มีเลขออกซิเดชันไดหลายคา มีคาพลังงานไอออไนเซชันสูง คาอิเล็กโทรเนกาทิวิต้ีสูง

มีสถานะเปนแกส ไมนําไฟฟา เม่ือเกิดสารประกอบตองการอิเล็กตรอนเพียง 1 อิเล็กตรอนก็จะมีการจัดอิเล็กตรอนเสถียรเหมือนฮีเลียม จึงควรอยูในคาบ 1 หมู VIIA

3) การท่ี H มีสมบัติคลายท้ังหมู IA และหมู VIIA รวมท้ังมีเลขอะตอมนอยท่ีสุด จึงจัดธาตุ H ไวในคาบท่ี 1 และระหวางหมู IA กับหมู VIIA ตารางแสดงสมบัติบางประการของธาตุไฮโดรเจนกับธาตุหมู IA กับ VIIA

สมบัติ ธาตุหมู IA ธาตุ H ธาตุหมู VIIA 1) จํานวนเวเลนซอิเล็กตรอน 1 1 7 2) เลขออกซิเดชัน +1 +1 และ -1 +1 +3 +5 +7 -1 3) คา IE1 (kJ/mol) 328-526 1318 1015-1687 4) คา EN 1.0 – 0.7 2.1 4.0 – 2.2 5) สถานะ ของแข็ง แกส แกส ของเหลว ของแขง็

6) การนําไฟฟา นําไฟฟา ไมนําไฟฟา ไมนําไฟฟา

แตเนื่องจากไฮโดรเจนมีสมบัติคลายท้ังหมู IA และหมู VIIA จึงจัดแยก H ออกจากหมูธาตุท้ัง 2 และจัดไวใหอยูระหวางธาตุหมู IA กับ VIIA

นักเรียนไดศึกษาสมบัติบางประการของธาตุหมู A มาแลว ตอไปจะไดศึกษาธาตุอีกกลุมหนึ่งซึ่งอยูระหวางธาตุหมู IIA กับ

IIA ท่ีเรียกวา ธาตุแทรนซิชัน ประกอบดวยหมู IB ถึงหมู VIIIB รวมท้ังกลุมแลนทิไนด กับกลุมแอกทิไนดดวย

VIIIB

IIIB IVB VB VIB VIIB IIB IB

21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn

39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd

57*La 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg

89**Ac 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Ds 111Rg 112Uub

*กลุมแลน

ทาไนด 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu

**กลุมแอก ทิไนต

90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr

ธาตุแทรนซิชันเหลานี้มีอยูในธรรมชาติ และไดจากการสังเคราะห บางธาตุเปนธาตุกัมมันตรังสี กอนจะเขาถึงรายละเอียดของธาตุแทรนซิชัน นักเรียนควรทบทวนเร่ือง การหาเลขออกซิเดชัน ดังนี ้

3.3 ตําแหนงของไฮโดรเจนในตารางธาตุ

3.4 ธาตุแทรนซิชัน

ธาตุแทรนซิชัน


จงหาเลขออกซิเดชันของธาตุที่ขีดเสนใตตอไปนี้ 1) CrO 4) Mn O4

2-

2) Cr O42- 5) Mn O4

-

3) Cr2O72- 6) Cr O3

แบบฝกหัดทบทวนความรู 1. จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนของไอออนตอไปนี้ (ทบทวน)

1) Cu+ ………………………………………. 4) S2- …….………………………………… 2) Fe2+ ……………………………………….. 5) Cl- ……………………………………….. 3) Zn2+ ……………………………………….. 6) K ………………………………………..

2. เพราะเหตุใดธาตุแทรนซิชันจึงเกิดสารประกอบท่ีมีธาตุองคประกอบเหมือนกันไดหลายชนิด

…………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….

3. จงหาเลขออกซิเดชันของธาตุท่ีขีดเสนใตตอไปนี้ 1) KMnO4

2) SO4

2-

3) K2Cr2O7

4) H2SO4

เลขออกซิเดชัน คือ คาประจุของแตละอะตอม โดยมีหลักการในการกําหนดเลขออกซิเดชันดังนี้ 1) เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระมีคาเปน O เชน Na , Cr , O2 , P4 เปนตน 2) ธาตุหมู IA มีเลขออกซิเดชัน +1 ธาตุหมู IIA มีเลขออกซิเดชัน +2 3) H มีเลขออกซิเดชัน +1 (ยกเวนเม่ือเปนสารประกอบโลหะไฮไดรด เชน NaH ; H = -1) 4) O มีเลขออกซิเดชัน -2 (ยกเวนในสารประกอบเปอรออกไซด และซูเปอรออกไซด ) 5) เลขออกซิเดชันของไอออนอะตอมเด่ียว มีคาเทากับประจุของไอออนนั้น เชน

Na+ มีเลขออกซิเดชัน +1 Cr3+ มีเลขออกซิเดชัน +3 HNO3 มีเลขออกซิเดชัน 0 O2- มีเลขออกซิเดชัน -2 SO4

2- มีเลขออกซิเดชัน -2 KMnO4 มีเลขออกซิเดชัน 0


สมบัติทั่วไปของธาตุแทรนซิชัน 1) เวเลนซอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชันในคาบท่ี 4 เทากับ 2 ทุกธาตุ ยกเวน Cr และ Cu มีเวเลนซอิเล็กตรอนเทากับ 1

ตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักและพลังงานยอยของธาตุแทรนซิชัน

ธาตุ เลขอะตอม การจัดอิเล็กตรอน ในระดับพลังงานหลัก

การจัดอิเล็กตรอน ในระดับพลังงานยอย

Sc 21 2 8 9 2 [Ar]* 3d1 4s2 Ti 22 2 8 10 2 [Ar] 3d2 4s2 V 23 2 8 11 2 [Ar] 3d3 4s2 Cr 24 2 8 13 1 [Ar] 3d5 4s1 Mn 25 2 8 13 2 [Ar] 3d5 4s2 Fe 26 2 8 14 2 [Ar] 3d6 4s2 Co 27 2 8 15 2 [Ar] 3d7 4s2 Ni 28 2 8 16 2 [Ar] 3d8 4s2 Cu 29 2 8 18 1 [Ar] 3d10 4s1 Zn 30 2 8 18 2 [Ar] 3d10 4s2

หมายเหตุ : [Ar] แทนการจัดอิเล็กตรอนของธาตุอารกอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

2) ธาตุแทรนซิชันจะมีจํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเขามาจากเวเลนซอิเล็กตรอนไมเทากัน แตเวเลนซอิเล็กตรอนเทากัน ยกเวน Cr กับ Cu

3) ธาตุแทรนซิชันทุกธาตุเปนโลหะ แตมีความเปนโลหะนอยกวาโลหะหมู IA และ IIA (ตามแนวโนมตารางธาตุ ความเปนโลหะลดลงจากซายไปขวา)

4) ธาตุแทรนซิชันแสดงเลขออกซิเดชัน (ประจุ) ไดหลายคา ยกเวนหมู IIB กับ IIIB จะเกิดสารประกอบท่ีมีเลขออกซิเดชัน +2 และ +3 ตามลําดับ

5) สารประกอบหลายตัวเปนสาร paramagnetic คือ ถูกดึงดูดอยางออน ๆ ดวยแมเหล็ก เพราะมีอิเล็กตรอนเด่ียว ในขณะท่ีสารประกอบของธาตุหมู A เกือบท้ังหมดขาดสมบัตินี้ เพราะไมมีอิเล็กตรอนเด่ียว นอกจากนี้ธาตุอิสระบางตัว ยัทําใหเปนแมเหล็กได เชน Fe (เหล็ก) , Co (โคบอลต)

6) ธาตุแทรนซิชันมีแนวโนมเกิดสารประกอบเชิงซอนไดงายกวาธาตุเรพรีเซนเททีฟ (หมู A) 7) สวนมากละลายและแตกตัวในกรดได 8) สามารถรวมตัวกับโลหะแทรนซิชันดวยกันหรือโลหะอื่น เปนโลหะผสมได 9) มีความแข็งแรง จุดเดือด จุดหลอมเหลวสูง (ยกเวนปรอท) นําความรอนและนําไฟฟาไดดี โดยเฉพาะธาตุหมู IB เปน

ตัวนําท่ีดีมาก 10) ธาตุแทรนซิชันเกิดสารประกอบปกติ และสารประกอบเชิงซอนท่ีมีสี และสีจะเปลี่ยนไปเม่ือเลขออกซิเดชันเปลี่ยน


สารประกอบแทรนซิชัน สารประกอบของธาตุแทรนซิชันจะแตกตางจากสารประกอบของโลหะในหมู A เชน สารประกอบและสารละลาย

ของธาตุแทรนซิชันสวนใหญจะมีสี สวนสารประกอบของโลหะในหมู A จะใสไมมีสี ซึ่งตองใชความรูเกี่ยวกับเลขออกซิเดชันและขอมูลในตารางตอไปนี้

ตาราแสดงสีของสารประกอบและไอออนของโครเมียมและแมงการนีสในน้ํา สูตร ช่ือ สี Cr2+ โครเมียม (II) ไอออน น้ําเงิน Cr3+ โครเมียม (III) ไอออน เขียว

CrO42- โครเมตไอออน เหลือง

Cr2O72- ไดโครเมตไออน สม

Mn2+ แมงกานีส (II) ชมพูออน Mn(OH)3 * แมงกานีส (III) ไฮดรอกไซด น้ําตาล

MnO2 * แมงกานีส (IV) ออกไซด ดํา MnO4

2- แมงกาเนตไอออน เขียว MnO4

- เปอรแมงกาเนตไอออน มวงแดง หมายเหตุ * ไมละลายน้ํา

การท่ีไอออนของธาตุแทรนซิชันมีสีตาง ๆ กัน ทําใหทราบข้ันตอนในการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยา ซึ่งพิจารณาจากสีของสารละลาย ดังตัวอยางตอไปนี้

1) Cr เกิดสารประกอบไดหลายชนิด มีสีตางกัน และมีเลขออกซิเดชันหลายคา เม่ือนําสารละลาย K2Cr2O7 (สสีม ; Cr2O7

2- ) เติมกรด H2SO4 และสารละลาย H2O2 ลงไป เกิดสารละลายสเีขียวพรอมกับมีฟองแกสเกิดข้ึน (การเกิดฟองทําใหรูวามีปฏิกิริยาเกิดข้ึน) เขียนเปนสมการไดดังนี้ Cr2O7

2- (aq) Cr3+ (aq) สีสม สีเขียว (ดูจากตาราง) จะเห็นวา Cr มีประจุ (เลขออกซิเดชัน) เปลี่ยนจาก +6 เปน +3

2) แมงกานีสเกิดสารประกอบไดหลายชนิด มีสีตางกัน และมีเลขออกซิเดชันหลายคา เม่ือนํา MnO2 (สีดํา) ไปเผารวมกับ NaoH จนหลอมเหลวรวมกัน แลวเติมน้ําลงไป ไดสารละลายสีเขียว

(ท่ีตองเผาเพราะ MnO2 ไมละลายน้ํา ) ดังสมการ MnO2 (s) MnO4

2- (aq) สีดํา สีเขียว

ประจุ (เลขออกซเิดชัน) ของ Mn เปลี่ยนจาก +4 เปน +6

เม่ือเติมกรด H2SO4 ลงในสารละลายของ MnO42-

MnO42- (aq) MnO4

- (aq) สีเขียว สีมวงแดง ประจุ (เลขออกซิเดชัน) ของ Mn เปลี่ยนจาก +6 เปน +7

การหาคาออกซิเดชัน Cr จาก Cr2O72-

(Cr x 2) + (-2 x 7) = -2 2Cr – 14 = -2 2Cr = -2 + 14 Cr = 12 = +6 2


เม่ือเติมสารละลาย Na2S ลงในสารละลาย MnO4-

MnO4- (aq) Mn2+ (aq)

สีมวงแดง สีชมพูออน ประจุ (เลขออกซิเดชัน) ของ Mn เปลี่ยนจาก +7 เปน +2

เม่ือเติม NaOH ลงในสารละลายของ Mn2+ Mn2+ (aq) Mn3+ (aq) สีชมพูออน สีน้าํตาล ประจุ (เลขออกซิเดชัน) ของ Mn เปลี่ยนจาก +2 เปน +3

จะเห็นไดวา สารประกอบและไอออนของธาตุแทรนซิชันมีสีตาง ๆ กันตามเลขออกซิเดชัน เชน Cr , Mn นักเรียนคิดวา เพราะเหตุใด Cr และ Mn จึงมีเลขออกซิเดชันไดหลายคา เพื่อเปนแนวทางในการอธิบายธาตุแทรนซิชันอื่น ๆ ใหพิจารณาตัวอยางการจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Cr และ Cr ไอออน ดังตารางตอไปนี้

ธาตุและไอออน การจัดเรียงอิเล็กตรอน เลขออกซิเดชัน ตัวอยางสาร Cr [Ar] 3d5 4s1 0 Cr Cr+ [Ar] 3d5 4s0 +1 ไมพบในธรรมชาติ Cr2+ [Ar] 3d4 4s0 +2 CrO Cr3+ [Ar] 3d3 4s0 +3 CrCl3 Cr4+ [Ar] 3d2 4s0 +4 CrI4 Cr5+ [Ar] 3d1 4s0 +5 CrF5 Cr6+ [Ar] 3d0 4s0 +6 CrO3

จากตารางพบวา Cr เกิดเปนไอออนท่ีมีประจุไฟฟาไดต้ังแต +1 ถึง +6 โดยท่ี การเกิด Cr+ อะตอมจะเสีย 1 e- ในระดับพลังงานนอกสุดกอน คือ 4s

เกิดเปนไอออนท่ีมีประจุสูงข้ึน อะตอมจะเสียอิเล็กตรอนเพิ่มข้ึน ซึง่เปนอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน 3d การท่ี Cr สามารถใหอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเขาไปจากพลงังานนอกสุดและเกิดเปนไอออนท่ีเสถียร ทําให Cr

มีเลขออกซิเดชันหลายคา ธาตุแทรนซิชันอื่น ๆ ก็สามารถใหอิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกับ Cr และมีเลขออกซิเดชันไดหลายคา จึงเกิด

สารประกอบไดหลายชนิด

และสาเหตุที่สารประกอบแทรนซิชันมีสี เนื่องจากอิเล็กตรอนใน 3d –orbital อยูในสถานะพื้น (ground state) ดูดกลืนพลังงานแสงในชวงตามองเห็น

(visible light , แสงขาว) ทําใหเปลี่ยนพลังงานจากพลังงานตํ่าไปสูพลังงานสูงกวา เรียกสถานะกระตุน (excited state) เม่ือพลังงานสูงข้ึน จะพยายามปลอยพลังงานออกมาใหกลับไปสูสถานะพื้นแหมือนเดิม ซึ่งสารแตละชนิดดูดกลืนพลังงานแสงท่ีมีความถี่ตางกัน และพลังงานท่ีถูกปลอยออกมามีความถี่ตาง ๆ ทําให

เห็นเปนสีตาง ๆ สีท่ีถูกดูดกลืนและสีท่ีมองเห็นเปนสีท่ีเรียกวา สีคูกัน (complementary)


สารประกอบเชิงซอนของธาตุแทรนซิชัน (Complex compound) เปนสารประกอบท่ีมีไอออนเชิงซอน สารหลายชนิดของธาตุแทรนซิชันท่ีรูจักกันดี เชน KMnO4 , K2Cr2O7 ฯลฯ โดยท่ัว ๆ ไป สารประกอบชนิดหนึ่ง ๆ ประกอบดวย ไอออน 2 ชนิด คือ ไอออนบวก และไอออนลบ ไอออนท่ีประกอบดวยธาตุต้ังแต 2 ชนิดข้ึนไป เรียกวา ไอออนเชิงซอน (Complex ion) เชน [Fe(CN)6]3 ,

[Cu(NH3)4]2+ เปนตน ไอออนเชิงซอนเหลานีจ้ะมีธาตุแทรนซิชันเปนอะตอมกลาง และมีไอออน อะตอมหรือโมเลกุลอื่น ๆ มาลอมรอบ

เรียกไอออน หรืออะตอม หรือโมเลกุลท่ีมาลอมรอบธาตุแทรนซิชันนี้วา ลิแกนด (Ligands) สวนมากลิแกนดมักยึดเหนี่ยวกับธาตุแทรนซิชันดวยพันธะโคเวเลนต หรือพันธะโคออรดิเนตโคเวเลนต (พันธะโคออรดิเนตโคเวเลนต เปนพันธะโคเวเลนตท่ีเกิดจากอะตอมของธาตุชนิดหนึ่งใหอะตอมของธาตุอีกชนิดหนึ่งใชคูอิเล็กตรอนวงนอกสุดของตัวเองท้ัง 2 ตัว เรียกช่ืออีกอยางวา พันธะเดทีฟ (Dative Bond) ซึ่งพบในสารประกอบหลายชนิด พันธะชนิดนี้ไมแตกตางจากพันธะโคเวเลนตธรรมดาในทางเคมี

สวนประกอบเชิงซอนของธาตุแทรนซิชัน มี 2 ประเภทที่สําคัญ ดังนี้ 1) สารประกอบเชิงซอนท่ีประกอบดวย ไอออนบวก กับ ไอออนเชิงซอน (ลบ)

เชน K3[Fe(CN)6] = 3K+ + [Fe(CN)6]3- 2) สารประกอบเชิงซอนท่ีประกอบดวย ไอออนเชิงซอน (บวก) กับ ไอออนลบ

เชน [Co(NH3)6]Cl3 = [Co(NH3)6]3+ + 3Cl- 3) สารประกอบเชิงซอนท่ีประกอบดวย ไอออนเชิงซอนบวก กับ ไอออนเชิงซอนลบ

เชน [Cu(NH3)4] [Ni(CN3)4] = [Cu(NH3)4]2+ + [Ni(CN3)4]2-

องคประกอบของไอออนเชิงซอน 1) อะตอมท่ีเปนศูนยกลาง ซึ่งเปนไอออนบวกของธาตุแทรนซิชัน (เพราะธาตุแทรนซิชันเปนโลหะ

จะเปนไอออนบวก) 2) ลิแกนดท่ีลอมรอบอะตอมท่ีเปนศูนยกลาง 3) ระหวางอะตอมศูนยกลางกับลิแกนด จะยึดเหนี่ยวดวยพันธะโคออรดิเนตโคเวเลนต หรือ พันธะเดทีฟ 4) ไอออนเชิงซอน อยูใน Coordination sphere ใชเครื่องหมาย [ ] แทน

การเกิดสารประกอบเชิงซอนของโลหะแทรนซิชัน โลหะแทรนซิชันเกิดสารประกอบเชิงซอนและไอออนเชิงซอนไดงาย โดยมีอะตอม หรือกลุมอะตอม ท่ีเรียกวา

ลิแกนด หรือ หมูโคออรดิเนต มาลอมรอบโลหะแทรนซิชัน โดยใชพันธะโคออรดิเนตโคเวเลนต เชน MnO4

- และ Fe(CN)63- (จัดเปนไอออนเชิงซอนท่ีมีธาตุแทรนซิชันเปนอะตอมกลาง)

ลิแกนด (ligand) หมายถึง กลุมท่ียึดเหนี่ยวอะตอม หรือไอออนของโลหะท่ีอยูตรงกลางของสารเชิงซอน ถาประกอบดวยอะตอมหลายชนิด จะมีอะตอมหนึ่งทําหนาท่ีใหอิเล็กตรอนคู เรียกวา donor atom เชน สารเชิงซอน [Co(NH3)6]3+ จะมี NH3 ทําหนาท่ีเปนลิแกนด และ N ทําหนาท่ีเปน donor atom ของลิแกนด


จํานวนอะตอมท่ีมาใชพันธะรวมกับธาตุแทรนซิชันในไอออนเชิงซอน เรียกวา เลขโคออรดิเนชัน (Coordination

number) ซึ่งอาจมีไดต้ังแต 2-8 เชน ถามี 6 อะตอม มาสรางพันธะกับธาตุแทรนซิชัน ธาตุแทรนซิชันนั้นจะมีเลขออกซิเดชันเทากับ

โดยท่ัว ๆ ไป เลขโคออรดิเนชันของธาตุ คือ จํานวนลิแกนด ท่ีมาสรางพันธะกับอะตอมของธาตุนั่นเอง การเรียกช่ือสารประกอบและไอออนเชิงซอน

1) ลิแกนดที่ไมมีประจุ หรือเปนกลาง (neutral ligand) สูตรโมเลกุล ช่ือลิแกนด

H2O Aqua NH3 Ammine CO Carbonyl

2) ลิแกนดที่มีประจุลบ 2.1) ไอออนลบท่ีลงทายดวย –ide เม่ือเปนสารประกอบเชิงซอนใหเปลี่ยนจาก –ide เปน –o-

ไอออนลบ ช่ือทั่วไป ช่ือลิแกนด F- Fluoride Fluoro Br- Bromide Bromo I- Iodide Iodo

CN- Cyanide Cyano O2- Oxide Oxo

2.2) ไอออนท่ีลบท่ีลงทายดวย –ite หรือ –ate เม่ือเปนสารประกอบเชิงซอนใหเปลี่ยนเปน –ito หรือ –ato ตามลําดับ ไอออนลบ ช่ือทั่วไป ช่ือลิแกนด

CO32- Carbonate Carbonato

S2O32- Thiosulfate thiosulfato

SCN- thiocyanate thiocyanato NO2

- Nitrite Nitrito

ถาสารประกอบเชิงซอนนั้นมีลิแกนดชนิดเดียวกันมากกวาหนึ่ง ใหบอกจํานวนท่ีซ้าํกันไวหนาช่ือของลิแกนด โดยระบุจํานวนดวยภาษากรีก ดังนี ้

การเกิดไอออนเชิงซอนบวก

Cu2+ + 4NH3 [Cu (NH3)4]2+ Ni2+ + 4H2O [Ni (H2O)4]2+

การอานช่ือไอออนเชิงซอนบวก

[Cu(NH3)4]2+ อานวา tetraammine copper (II) ion [Ni(H2O)4]2+ อานวา tetraaqua nikle (II) ion [Ag(NH3)2]+ อานวา diammine silver (I) ion [Co(NH3)6]3+ อานวา hexaammine cobalt (I) ion

อานจํานวนลิแกนด + ช่ือลิแกนด + ช่ือโลหะแทรนซิชัน (เลขโรมันแสดงจํานวนเลขออกซเิดชัน) + ไอออน

โลหะไออนแทรนซิชัน + ลิแกนดไมมีประจุ ไอออนเชิงซอนบวก


การเกิดไอออนเชิงซอนลบ

Ag+ + 2CN- [Ag(CN)2] - Cu2+ + 4OH- [Cu(OH)4]2- Fe3+ + 6CN- [Fe(CN)6] 3- การอานช่ือไอออนเชิงซอนลบ

ช่ือโลหะไอออนเชิงซอนท่ีมีประจุลบ เปลี่ยนทายเสียงเปน –ate

โลหะ ช่ือโลหะ ช่ือโลหะในไอออนเชิงซอนที่มีประจุลบ Al Aluminium Aluminate Cr Chromium Chromate Mn Manganese Manganate Ni Nikle Nikelate Co Cobalt Coboltate Zn Zinc Zinc W Tungsten Tungstate

โลหะแทรนซิชันบางชนิด เม่ือเปนไอออนเชิงซอนลบ ใหใชภาษาละติน และลงทายดวย –ate ธาตุ ช่ือโลหะ ช่ือโลหะในไอออนเชิงซอน

ที่มีประจุลบ ภาษาอังกฤษ ภาษาละติน Fe Iron Ferrum Ferrate Cu Copper Cuprum Cuprate Pb Lead Plumbum Plumbate Ag Silver Argentum Argentate Au Gold Aurum Aurate Sn Tin Stannum Stannate

ตัวอยางการอานไอออนเชิงซอนลบ [Ag(CN)2] – อานวา dicyano argentite (I) ion [Cu(OH)4] 2– อานวา tetrahydroxo cuprate (II) ion [Fe(CN)6] 3– อานวา hexacyano ferrate (II) ion [Ni(CN)2Cl2] 2– อานวา dicyano dichloro nikelate (II) ion

เม่ือมีลิแกนดหลายชนิดมาลอมรอบโลหะไอออนแทรนซิชัน ใหอานช่ือลิแกนดท่ีเปนประจุลบ , ลิแกนดท่ีเปนกลาง และลิแกนดท่ีเปนประจุบวก เชน [Cu(NH3)4] [Ni (CN)4 อานวา tetraammine copper (II) tetracyanate nikelate (II)

โลหะไอออนแทรนซิชัน + ลิแกนดมีประจุลบ ไอออนเชิงซอนลบ

อานจํานวนลิแกนด + ช่ือลิแกนด + ช่ือโลหะแทรนซิชัน เปลี่ยนหางเสียงเปน –ate (เลขโรมันแสดงจํานวนเลขออกซิเดชัน) + ไอออน


เม่ือพิจารณาตารางธาตุท่ีใชในปจจุบัน จะพบวา คอนไปทางขวาของตารางธาตุ จะมีเสนทึบเปนข้ันบันไดปรากฏอยู ธาตุทาขวาเสนทึกจัดเปนกลุมอโลหะ สวนดานซายจัดเปนกลุมโลหะ สวนธาตุท่ีอยูชิดเสนแบงนี้ เรียกวา ธาตุกึ่งโลหะ ธาตุกลุมนี้มีสมบัติเปนอยางไร ใหนักเรียนศึกษาสมบัติบางประการของธาตุกึ่งโลหะ เปรียบเทียบกับ Al ซึ่งเปนโลหะ

และ I ซึ่งเปนอโลหะ ดังตารางตอไปนี้ สมบัติบางประการของธาตุก่ึงโลหะ เปรียบเทียบกับธาตุอะลูมิเนียม และธาตุไอโอดีน

จากตาราง พบวา 1) ต้ังแตธาตุ B ถึง At สวนใหญมีคาพลังงานไอออไนเซชัน (IE) และคาอิเล็กโทรเนกาทิวิตี (EN) คอนขางสูงคลายธาตุ

อโลหะ 2) สวนจุดเดือด จุดหลอมเหลว และความหนาแนนสูง และนําไฟฟา เชนเดียวกับธาตุโลหะ สามารถเกิดสารประกอบไดท้ัง

สารประกอบไออนิกและสารประกอบโคเวเลนต 3) จากสมบัติขางตนทําใหไดขอมูลวา ต้ังแต B ถึง At โดยท่ีตําแหนงของธาตุเหลานี้อยูชิดเสนทึบลักษณะข้ันบันไดในตาราง

ธาตุ ต้ังแตหมู IIIA ลงมา มีสมบัติเปนท้ังโลหะ และอโลหะ จึงจัดเปนธาตุกึ่งโลหะ (ยกเวน Al มีสมบัติเปนโลหะ ) สวนธาตุ Po และ At เปนธาตุกัมมันตรังสี

3.5 ธาตุก่ึงโลหะ


การเกิดธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive element)

ป พ.ศ. 2439 อองตวน อองรี แบ็กเกอแรล นักวิทยาศาสตรชาวฝรั่งเศส ไดพบวา แผนฟลมถายรูปท่ีมีกระดาษดําหอหุมอยู และเก็บรวมกันไวกับสารประกอบของยูเรเนียม มีลักษณะเหมือนถูกแสง

จึงทําการทดสอบกับสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่น ๆ พบวา ใหผลการทดลองเชนเดียวกัน แบ็กเกอเรลจึงสรุปเปนเบ้ืองตนวา มีการแผรังสีออกมาจากธาตุยูเรเนียม ตอมาปแอร กูรี (Pierre Curie) และ มารี กูรี (Maria Curie) นักวิทยาศาสตรชาวฝรั่งเศสก็ไดพบวา ธาตุอื่น ๆ เชน

พอลโลเนียม (Po) เรเดียม (Ra) และ ทอเรียม (Th) ก็สามารถแผรังสไีดเชนเดียวกัน ปรากฏการณท่ีธาตุแผรังสีไดเองอยางตอเนื่องเชนนี้ เรียกวา กัมมันตภาพรังสี ซึ่งเปนการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปท่ีไมเสถียร และเรียกธาตุท่ีมีสมบัติเชนนี้วา ธาตุกัมมันตรังสี ธาตุตาง ๆ ท่ีพบในธรรมชาติสวนใหญ มีเลขอะตอมสูงกวา 83 ลวนแตแผรังสีไดท้ังสิ้น

ตัวอยางเชน 23892U , 235

92U , 23290Th , 226

88Ra , และ 22286Rn

ซึ่งอาจเขียนใหมไดเปน U-238 , U-235 , Th-232 , Ra-226 และ Rn-222 นอกจาธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติแลว นักวิทยาศาสตรยังสามารถสังเคราะหธาตุกัมมันตรังสีข้ึนมาได ซึ่งสามารถ

นําไปใชประโยชนในดานตาง ๆ ไดมากมาย เออรเนสต รัทเทอรฟอร (Ernest Rutherford) ไดศึกษา และไดแสดงใหเห็นวา รังสีท่ีแผออกมาสารกัมมันตรังสีอาจเปน

รังสีแอลฟา ( - ray ) รังสีเบตา ( - ray) หรือรังสีแกมมา ( - ray) ซึ่งมีสมบัติตาง ๆ ดังนี ้

ตารางแสดงชนิดและสมบัติของรังสีบางชนิด ชนิดของรังสี สัญลักษณ สมบัติ

1) รังสีแอลฟา หรืออนุภาคแอลฟา

หรือ 42He เปนนิวเคลียาของอะตอม He

มีโปรตอนและนิวตรอนอยางละ 2 อนุภาค มีอํานาจทะลุทะลวงตํ่า ไมสามารถผานแผนกระดาษหรือ

โลหะบาง ๆ ได เบ่ียงเบนในสนามไฟฟาโดยเบนเขาหาข้ัวลบ

2) รังสีเบตา หรืออนุภาคเบตา

หรือ 0-1 e มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟา -1 มีมวลเทากับมวลของอิเล็กตรอน มีอํานาจทะลุทะลวงสูงกวารังสีแอลฟา ถึง 100 เทา

สามารถทะลุผานแผนโลหะบางๆ ได เชน แผนตะกั่ว หนา 1mm หรือแผนอะลูมิเนียม 5 mm

มีความเร็วใกลเคียงความเร็วแสง เบ่ียงเบนในสนามไฟฟา โดยเบนเขาหาข้ัวบวก

3) รังสีแกมมา เปนคลื่นแมเหล็กไฟฟาท่ีมีความยาวคลื่นสั้นมาก ไมมีประจุ และไมมีมวล มีอํานาจทะลุทะลวงสูงมาก สามารถทะลุผานแผนตะกั่ว

หนา 8 mm หรือผานแผนคอนกรีตหนา ๆ ได

3.6 ธาตุกัมมันตรังสี


รูปแสดงผลของสนามไฟฟาตอรังสี 3 ชนิด

นอกจากรังสี 3 ชนิดดังกลาวแลว ยังอาจพบอนุภาคอื่น ๆ แผรังสีออกมาจากนิวเคลียสได เชน โพสิตรอน นิวตรอน และโปรตอน ซึ่งมีประจุและมวลเปรียบเทียบกับรังสีท้ัง 3 ชนิด ดังตารางตอไปนี้

ตารางแสดงประจุและมวลของอนุภาคชนิดตาง ๆ ที่เกิดจากการแผรังสี อนุภาค สัญลักษณ ชนิดของประจุ มวล (amu)*

แอลฟา หรือ 42He +2 4.00276 เบตา หรือ 0-1 e -1 0.000540 แกมมา 0 0 โพซิตรอน หรือ 0+1 e +1 0.000540

นิวตรอน 10 n หรือ n 0 1.0087

โปรตอน 11H หรือ P +1 1.0073

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

การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี จากการศึกษาไอโซโทปของธาตุตาง ๆ จํานวนมาก พบวา ไอโซโทปท่ีนิวเคลียสมีอัตราสวนระหวาง จํานวน

นิวตรอนตอโปรตอน ไมเหมาะสม กลาวคือ ในนิวเคลียสมีนิวตรอนมากกวาหรือนอยกวาโปรตอน ทําใหไมเสถียร ทําใหมีการเปล่ียนแปลงภายใน

นิวเคลียส เปนนิวเคลียสใหมที่เสถียรกวา โดยการแผรังสีออกมานั่นเอง นอกจากนี้ยังพบวา จํานวนโปรตอนและนิวตรอนท่ีเปนจํานวนคู หรือค่ี ในนิวเคลียสนั้น มีความสัมพันธกับ

เสถียรภาพของนิวเคลียสดวย กลาวคือ ธาตุท่ีมีจํานวนโปรตอนและนวิตรอนเปนเลขคู จะเสถียรกวาธาตุท่ีมีจํานวนโปรตอนและนิวตรอนเปนเลขค่ี

1) การแผรังสีแอลฟา การแผรังสีแอลฟา เกิดข้ึนในกรณีท่ีไอโซโทปนั้น มีเลขอะตอมมากกวา 82 ในนิวเคลียสมีจํานวนโปรตอนและนิวตรอนไมเหมาะสม ทําใหเกิดแรงผลักกันในนิวเคลียส มากกวาแรงยึดกัน นิวเคลียสจึงพยายามลดจํานวนอนุภาคลงใหมากท่ีสุด เพื่อใหนิวเคลียสเสถียร ดังนั้นหลังการแผรังสีแอลฟา นิวเคลียสท่ีเกิดข้ึนใหมจะมีเลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4

20482Pb 200

80Hg + 42He 238

92U 23490U + 42He

22688Ra 222

86Rn + 42He

+

-


2) การแผรังสีเบตา การแผรังสีเบตาเกิดข้ึนในกรณีท่ีนิวเคลียสมีจํานวนนิวตรอนมากกวาโปรตอน จึงพยายามลดอัตราสวนระหวางนวิตรอนตอโปรตอน โดยนิวตรอนจะเปลี่ยนเปนโปรตอนและอิเล็กตรอน ทําใหเลขอะตอมเพิ่มข้ึน 1 แตเลขมวลคงเดิม

21082Pb 210

83Bi + 0-1e 32

15P 3216S + 0-1e

3) การแผรังสีแกมมา การแผรังสีแกมมา มักเกิดข้ึนในกรณีท่ีไอโซโทปมีการสลายตัวใหรังสีแอลฟาหรือรังสีเบตา ยังไดนิวเคลียสใหมไมเสถียร ยังคงอยูในสภาวะกระตุน มีพลังงานเกินกวาปกติ เม่ือกลับสูสภาวะปกติ จึงปลอยพลังงานสวนเกินออกมาในรูปรังสแีกมมา ดังนั้นการแผรังสีแกมมาจึงไมทําใหเลขมวลและเลขอะตอมเปลี่ยนแปลง

226

88Ra 22286Rn* + 42He

222

86Rn + หรือ

13755Cs 137

56Ba* + 0-1e

13756Ba +

หมายเหตุ : * คืออะตอมท่ีไมเสถียร

4) นอกจากนี้ยังมีการแผรังสีให โพซิตรอน ซึ่งเกิดข้ึนเม่ือนิวเคลียสมีโปรตอนมากกวานิวตรอน ทําใหไดนิวเคลียสใหมท่ีมีโปรตอนลดลง 1 แตเลขมวลคงเดิม 12

7N 126C + 0+1e

2211Na 22

10C + 0+1e

การแผรังสีที่กลาวมาแลว สรุปการเปล่ียนแปลงในนิวเคลียสไดดังนี้

การแผรังสี การเปล่ียนแปลงในนิวเคลียส ชนิด เลขมวล ประจุ เลขมวล เลขอะตอม

แอลฟา ( ) 4 +2 ลดลง 4 ลดลง 2 เบตา ( ) 0 -1 ไมเปลี่ยน เพิ่มข้ึน 1

แกมมา ( ) 0 0 ไมเปลี่ยน ไมเปลี่ยน

โพซิตรอน ( ) 0 +1 ไมเปลี่ยน ลดลง 1


สมการนิวเคลียร ปฏิกิริยานิวเคลียร คือ ปฏิกิริยาท่ีมีการสลายตัวในนิวเคลียสไดรังสแีอลฟา เบตา หรือ รังสีแกมมาดังท่ีกลาวมาแลว สมการนิวเคลียร คือ สมการท่ีแสดงปฏิกิริยานิวเคลียร ซึ่งการดุลสมการนั้นตองพิจารณาท้ังเลขมวล และเลขอะตอม

ของสารทุกตัวในปฏิกิริยา กลาวคือ ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมของสารต้ังตนจะเทากับผลิตภัณฑ 238

92U 23490U + 42He

3215P 32

16S + 0-1e 22

11Na 2210C + 0+1e

94Be + 42He 126C + 10n

คร่ึงชีวิตของธาตุ (Half life) นิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตรังสีไมเสถียร จึงสลายตัวและแผรงัสีไดเองตลอดเวลา โดยไมข้ึนกับอุณหภูมิหรือ

ความดัน อัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะเปนสัดสวนโดยตรงกับจํานวนอนุภาคในนวิเคลียสกัมมันตรังสี ผลจากการศึกษาปริมาณรังสี ทําใหเราทราบวา ปริมาณรังสีท่ีธาตุแผออกมาจะลดลงตลอดเวลา ดังนั้นปริมาณการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะบอกเปน ครึ่งชีวิต คร่ึงชีวิต (Half life)ของสารกัมมันตรังสี หมายถึง ระยะเวลาท่ีสารกัมมันตรังสีสลายตัวไป จนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ใชสัญลักษณ t1/2 ตัวอยางเชน C-14 มีครึ่งชีวิต 5730 ป หมายความวา ถามี C-14 1 กรัม เม่ือเวลาผานไป 5730 ป จะเหลือ C-14

อยู 0.5 กรัม และเม่ือเวลาผานไปอีก 5730 ป จะเหลือ 0.25 กรัม หรือกลาวไดวา ทุกๆ 5730 ป จะเหลือ C-14 เพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม

ครึ่งชีวิตเปนสมบัติเฉพาะตัวของแตละไอโซโทป สามารถใชเปรียบเทียบอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแตละชนิดได ตัวอยางครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิด แสดงดังตารางตอไปนี้

ธาตุกัมมันตรังสี คร่ึงชีวิต รังสีที่แผออก 214

84Po 1.6 x 10-4 วินาที รังสีแอลฟา 25

11Na 1 วินาที รังสีเบตา 15

8O 118 วินาที รังสีเบตา 131

53I 8.1 วัน รังสีเบตา 60

27Co 5.3 ป รังสีเบตา 14

6C 5730 ป รังสีเบตา 238

92U 4.5 x 109 ป รังสีแอลฟา

วิธีคํานวณปริมาณของสารกัมมันตรังสีที่เหลือจากการสลายตัว วิธีที่ 1 ใชสูตร N = N0 / 2n เม่ือ N0 = กัมมันตรังสีเริ่มตน (มวลเริ่มตน) N = กัมมันตรังสีท่ีเหลือ (มวลท่ีเหลือ) n = จํานวนครั้งของการสลายตัว (T/t1/2) T = เวลาท่ีธาตุสลายตัว (T = nt1/2) t1/2 = ครึ่งชีวิต

วิธีที่ 2 การเปรียบเทียบอัตราการสลายตัว เปนแนวเสนตรง ดังตัวอยางตอไปนี้

t1/2 = T/n


ตัวอยางที่ 1 ธาตุกมัมันตรังสี A จํานวน 32 กรัม ถาท้ิงไวนานเปนเวลา 6 ป ธาตุกัมมันตรังสี A จะเหลืออยู 4 กรัม จงหาครึ่งชีวิตของธาตุ A วิธีที ่ 1 ใชสูตร N = N0 / 2n

4 = 32 , 2n = 32 2n 4 2n = 8 , n = 3

จากสูตร t1/2 = T/n

t1/2 = 6/3 = 2 ตอบ ครึ่งชีวิตของธาตุ A เทากับ 2 ป

วิธีที่ 2 การเปรียบเทียบอัตราการสลายตัว เปนแนวเสนตรง

จาก 3X = 6 ดังนั้น X = 2 ตอบ ครึ่งชีวิตของธาตุ A เทากับ 2 ป

ตัวอยางที่ 2 จงหาปริมาณ I-131 เริ่มตน เม่ือนํา I-131 จํานวนหนึ่งมาวางไวเปนเวลา 40.5 วัน ปรากฏวามีมวลเหลือ 0.125 กรัม ครึ่งชีวิตของ I-131 เทากับ 8.1 วัน

วิธีที่ 1 จากสูตร t1/2 = T/n 8.1 = 40.5 , n = 40.5 = 5 n 8.1 ใชสูตร N = N0 / 2n

0.125 = N0 , N0 = (0.125 )(32) = 4 25 ตอบ ปริมาณ I-131 มีมวลเหลือ 4 กรัม

วิธีท่ี 2 การเปรียบเทียบอัตราการสลายตัว เปนแนวเสนตรง

จะได A = 0.125 , A = (0.125)(32) = 4 g 32

สารเริ่มตน สารท่ีเหลือ 6 ป

ธาตุ A 32 กรัม




X ป X ป X ป

สารเริ่มตน A g

สารท่ีเหลือ 0.125 g

ครึ่งชีวิต 8.1 วัน

ธาตุ I-131 A g

ธาตุ I-131 A/2 g

ธาตุ I-131 A/2/2 g

หรือ A/4

8.1 วัน

ธาตุ I-131 A/2/2/2 g

หรือ A/8

ธาตุ I-131 A/2/2/2/2 g

หรือ A/16

ธาตุ I-131 A/2/2/2/2/2 g

หรือ A/32

8.1 วัน

8.1 วัน

8.1 วัน

8.1 วัน


แบบฝกหัด เร่ือง คร่ึงชีวิต 1. สารกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งมีครึ่งชีวิต 8 วัน จะตองใชเวลาในการสลายตัวเทาใด จากมวล 20 กรัม เหลือ 2.5 กรัม

2. Co-60 มีครึ่งชีวิต 5.3 ป จะตองให Co-60 จํานวน 1.0 mg สลายตัวตอไปนานกี่ป จึงจะเหลือ Co-60 จํานวน 0.125 mg

3. สารกัมมันตรังสี B จํานวนหนึ่งวางไวเปนเวลา 1 ป ปรากฏวาเหลืออยู 2.5 kg ครึ่งชีวิตของของสาร B นี้ 73 วัน


ปฏิกิริยานิวเคลียร ปฏิกิริยานิวเคลียร เปนปฏิกิริยาท่ีเกิดข้ึนท่ีนิวเคลียสของธาตุ แลวทําใหเกิดธาตุใหมข้ึน และใหพลังงานจํานวน

มหาศาล ปฏิกิริยานิวเคลียรตางจากปฏิกิริยาเคมี เพราะ ท่ีปฏิกิริยาเคมีเกิดข้ึนท่ีอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ไมเกิดธาตุใหม

(แตไดสารใหมท่ีแตกตางจากสารเดิม) รวมท้ังมีพลังงานท่ีเกี่ยวของไมมาก แบงออกเปน 2 ชนิด ไดแก 1) ปฏิกิริยาฟสชัน (Fission reaction)

คือ กระบวนการท่ีนิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิด แตกตัวออกเปนไอโซโทปของธาตุท่ีเบากวา ในป พ.ศ.2482 นักวิทยาศาสตรพบวา เม่ือใช นิวตรอน (ประจุท่ีเปนกลาง) ยิงไปท่ีนิวเคลียสของ U-235

พบวา เกิดการแตกตัวไดธาตุใหม คือ Ba-139 กับ Kr-97 หรือ Ba-142 กับ Kr-97 การใชนิวตรอนยิงไปท่ีนิวเคลียส จัดเปนปฏิกิริยาฟสชันท่ีสําคัญ

ปฏิกิริยาฟสชันสามารถเกิดไดกับนิวเคลียสของธาตุหนัก เชน U-233 , U-235 , U-238 และ Pu-239 (พลูโทเนียม) เปนตน

เม่ือเกิดปฏิกิริยาฟสชัน จะมีความรอนคายออกมาจํานวนมหาศาล ไดไอโซโทปหลายชนิดท่ีเปนไอโซโทปกัมมันตรังสี จึงถือเปนการผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีท่ีสําคัญ นอกจากนี้ยังใหนิวตรอนจํานวนหนึ่ง โดยนิวตรอนท่ีเกิดข้ึนนี้ สามารถชนกับนิวเคลียสอื่น ๆ แลว

เกิดปฏิกิริยาฟสชันตอเนื่องไปเรื่อย ๆ เปนปฏิกิริยาลูกโซ (Chain reaction)

92235U + 01n 92

236U 56141Ba + 36

92Kr + 3 01n

ธาตุกัมมันตรังสีท่ีได จะมีสัดสวน p/n สูง จึงสามารถแผรังสีเบตา (0-1 e) ตอไปไดอีก

จนไดนิวเคลียสท่ีเสถียร คือ Nd-144 และ Zr-90 ดังนี ้ 90

36Kr 9037Rb 90

38Sr 9039Y 90

40Zr (เสถียร) 144

56Ba 14457La 144

58Ce 14459Pr 144

60Nd (เสถียร)

ถาสามารถทําใหปฏิกิริยานวิเคลียรฟสชันแบบลูกโซหยุดได เรียกวา subscritical mass ถาสามารถทําใหปฏิกิริยานวิเคลียรฟสชันแบบลูกโซเกิดไปเรื่อย ๆ เรียกวา superscritical masss ปจจุบันนักวิทยาศาสตร ไดนําปฏิกิริยานิวเคลียรฟสชันแบบควบคุมปฏิกิริยาลูกโซมาใชประโยชนในทาง

สันติ เชน สรางเตาปฏิกรณปรมาณู เพื่อผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสี สําหรับใชในการเกษตร การแพทย และอุตสาหกรรม สวนพลังงานความรอนท่ีไดจากปฏิกิริยา อาจนาํไปผลิตกระแสไฟฟา

2) ปฏิกิริยาฟวชัน (Fusion reaction) ปฏิกิริยาฟวชัน เปนปฏิกิริยาท่ีเกิดจากการรวมตัวของธาตุเบา(มวลอะตอมตํ่า) เกิดเปนนิวเคลียสของธาตุท่ี

หนักกวาและเสถียรกวา ใหพลังงานจํานวนมหาศาล และโดยท่ัว ๆ ไป จะใหพลังงานมากกวาปฏิกิริยาฟสชัน เชน ปฏิกิริยาระเบิดไฮโดรเจน ดังสมการ

12H + 12H 23He + 01n + พลังงาน

ตัวอยางปฏิกิริยาอื่น ๆ

23He + 12H 24He + 11H + พลังงาน

36Li + 12H 24He + พลังงาน

เกิดปฏิกิริยาลกูโซ ตอเนื่องไปเร่ือย ๆ


ปฏิกิรยาฟวชันจะเกิดข้ึนไดท่ีอุณหภูมิสูงมากเทานั้น เพื่อเอาชนะแรงผลักระหวางนิวเคลียสท่ีจะ มารวมกัน ประมาณวาตองมีอุณหภูมิประมาณ 2 x 108 °C ความรอนดังกลาวอาจไดจากปฏิกิริยาฟสชัน ซึ่งเปรียบเสมือนเปนชนวนใหเกิดปฏิกิริยาฟวชัน

พลังงานในปฏิกิริยาฟวชัน ถาปลอยออกมาอยางรวดเร็ว จะเกิดการระเบิดอยางรุนแรง แตถาควบคุมใหปลอยออกมาชา ๆ จะเปนประโยชนตอมนุษยอยางมากมาย และมีขอไดเปรียบกวา ปฏิกิริยาฟสชัน เพราะสารต้ังตนคือ ไอโซโทปของไฮโดรเจนนั้นหาไดงาย

นอกจากนี้ผลิตภัณฑท่ีเกิดจากฟวชันยังเปนธาตุกัมมันตรังสีท่ีมีอายุและอันตรายนอยกวา ซึ่งจัดเปนขอไดเปรียบในแงของสิ่งแวดลอม

ประโยชนของพลังงานนิวเคลีบรและกัมมันตรังสี 1) การตรวจการแผรังสี วิธีตรวจการแผรังสีทําไดงาย ๆ

วิธีที่ 1 นําฟลมถายรูปหุมสารท่ีคิดวามีสารกัมมันตรังสีปนอยูและเก็บในท่ีมืด เม่ือนาํฟลมไปลาง ถาปรากฏวาเปนสีดําแสดงวามีการแผรังส ี

วิธีที่ 2 นําไปวางใกลสารเรืองแสง ถามีการเรืองแสงเกิดข้ึน แสดงวามีการแผรังสีเกิดข้ึน อยางไรก็ตาม การตรวจอยางงาย ๆ ดังกลาวไมสามารถบอกปริมาณของรังสีได จึงตองใชเครื่องมือตรวจสอบ โดยเฉพาะ เรียกวา ไกเกอรมูลเลอรเคานเตอร ซึง่มีมิเตอรท่ีมีหนาปดบอกปริมาณรังสีได มีลักษณะดังภาพ

สารกัมมันตรังสีแตละสารมีครึ่งชีวิตไมเทากัน และแผรังสีแตกตางกัน การนําสารกัมมันตรังสีมาใชประโยชน จึงแตกตางกันดวย ดังนี้

2) ดานธรณีวิทยา ใช C-14 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 5,730 ป หาอายุวัตถุโบราณท่ีมีคารบอนเปนองคประกอบ เชน ไม กระดูก หรือ

สารอินทรียอื่น ๆ เรียกวา วิธี Radiocarbon Dating (การหาอายุวัตถุโบราณจากธาตุคารบอนท่ีเปนองคประกอบ) หลักการสําคัญของการหาอายุวัตถุโบราณโดยวิธี Radiocarbon Dating ดังนี้

ตัวการสําคัญ คือ รังสีคอสมิกซึ่งอยูในบรรยากาศเหนือพื้นโลกมีความเขมสูง

จนทําใหนิวเคลียสขององคประกอบของอากาศแตกออก ใหอนุภาคนิวตรอน (01n)

อนุภาคนิวตรอนนี้ ชนกับไนโตรเจนในอากาศ ทําใหเกิด ไอโซโทปของ C-14

714N + 01n 614C + 11H

C - 14 เปนไอโซโทปกัมมันตรังสี ท่ีใหรังสีเบตา (0-1e) มีครึ่งชีวิต 5,730 ป ในบรรยากาศ

กส็ามารถคํานวณหาปริมาณ C-14 จากครึ่งชีวิต (ท่ีนักเรียนไดเรียนมาแลว)


3) ดานการแพทย ใชเพื่อศึกษาความผิดปกติของอวัยวะตาง ๆ ในรางกาย โดยใหคนไขรับประทานอาหารหรือยาท่ีมีไอโซโทป

กัมมันตรังสีจํานวนเล็กนอย จากนั้นใชเครื่องตรวจสอบรังสี เพื่อติดตามดูผลการดูดซึมไอโซโทปกัมมันตรังสีของอวัยวะตาง ๆ เชน ใหด่ืมสารละลาย I-131 แลวติดตามดูความผิดปกติของตอมไทรอยด , ใช I-132 ติดตามดูภาพสมอง, ฉีด Na-24 เขาเสนเลือดโดยตรงเพื่อดูระบบการไหลเวียนของเลือด เปนตน

นอกจากนี้ แพทยยังใชไอโซโทปกัมมันตรังสีรักษาโรคโดยตรง เชน โคบอลต-60 หรือ เรเดียม-226 รักษามะเร็ง

4) ดานเกษตรกรรม ใชไอโซโทปกัมมันตรังสีในการติดตามระยะเวลาของการหมุนเวียนแรธาตุในพืช โดยเริ่มตนจากการดูดซึมท่ีรากจนถึงการคายออกท่ีใบ หรือจํานวนแรธาตุท่ีพืชสะสมไวท่ีใบ

เชน ใชฟอสฟอรัส -32 จํานวนเล็กผสมกับฟอสฟอรัสท่ีไมมีรังสีเพื่อทําปุย แลวใชรังสีเพื่อปรับปรุงเมล็ดพืช ใหไดพันธุกรรมตามตองการ

การนําเมล็ดพันธุพืชมาอาบรังสีนิวตรอนในปริมาณและระเวลาท่ีเหมาะสม จะทําใหเกิดการกลายพันธุได

5) ดานอุตสาหกรรม ใชไอโซโทปกัมมันตรังสีกับงานหลายอยาง เชน ใชตรวจหารอยตําหนิในโลหะหรือรอยรั่วของทอขนสง

ของเหลว โดยผสมกับไอโซโทปกัมมันตรังสีกับของเหลวท่ีจะขนสงไปตามทอ แลวติดตามการแผรังสีดวยเครื่องไกเกอร มูลเลอร เคานเตอร ถาบริเวณใดท่ีเครื่องมีสัญญาณจํานวนนับมากท่ีสุดแสดงวาบริเวณนั้นมีการรั่วไหลเกิดข้ึน

ใชวัดความหนาของวัตถุ เนื่องจากรังสีแตละชนิดทะลุวัตถุไดดีไมเทากัน ดังนั้นเม่ือผานรังสีไปยังแผนวัตถุตาง ๆ เชน โลหะ กระดาษ พลาสติก แลววัดความสามารถในการดูดซับรังสีของวัตถุนั้นดวยเครื่องไกเกอร มูลเลอร เคานเตอร เปรียบเทียบจํานวนนับกับตารางขอมูลก็จะทําใหทราบความหนาของวัตถุได

ใชในอุตสาหกรรมอัญมณี ใชรังสีเพื่อทําใหอัญมณีมีสีสันสวยงามข้ึน โดยใชรังสีแกมมา นิวตรอน หรือ อิเล็กตรอนพลังงานสูงฉายไปบนอัญมณี จะทําใหสารท่ีทําใหเกิดสบีนอัญมณีเปลี่ยนสีไปได อัญมณีท่ีฉายดวยรังสีแกมมาจะไมมีรังสีตกคาง แตการอาบดวยนิวตรอนจะมีไอโซโทปกัมมันตรังสีเกิดข้ึน จึงตองปลอยใหไอโซโทปกัมมันตรังสีสลายตัวจนมีระดับท่ีปลอดภัย จึงนํามาใชได

การถนอมอาหาร ใชโคบอลต-60 ซึ่งจะทําใหรังสีแกมมาท่ีไมมีผลตกคาง และรังสีจะทําลายแบคทีเรีย จึงชวยเก็บรักษาอาการไวไดนานหลายวัน

ในบรรยากาศ C ทําปฏิกิริยากับ O ไดเปน CO2 ซึ่งทําใหมีท้ัง 12CO2 และ 14CO2 ปนกัน

เม่ือพืชนําไปใชการสังเคราะหแสง C-14 จะอยูในพืช

เม่ือสัตวกินพืชเปนอาหาร C-14 ก็จะเขาไปอยูในรางกายดวย

ในขณะท่ีพืชและสัตวมีชีวิต 14CO2 จะเขาไปและขับออกมาอยูตลอดเวลา ทําให C-14 ดวยสัดสวนคงท่ีแนนอน

แตเม่ือสิ่งมีชีวิตตายลง การรับ C-14 ก็จะหยุดลง ปริมาณ C-14 ก็จะลดลงดวย เพราะเกิดการสลายตัวตลอดเวลา

ดังนั้น ถาทราบอัตราการสลายตัวของ C-14 ในขณะท่ียังมีชีวิตอยู และทราบอัตราการสลายตัวขณะนั้นก็สามารถคํานวณหาอายุไดจากครึ่งชีวิต

(ครึ่งชีวิต C-14 5,730 ป)


แบบฝกหัด เร่ือง การปฏิกิริยานิวเคลียรและคร่ึงชีวิต 1. จงเขียนสมการตอไปนี้ใหสมบูรณ

1.1) 2714Si …………… + -10e

1.2) 6629Cu 66

30Zn + …………. 1.3) 27

13Al + 42He 3014Si + …………..

1.4) 166C 15

6C + ……………. 1.5) 266

89Ac 22688Ra + …………….

2. I-131 มีคร่ีงชีวิต 8 วัน จะตองใชเวลาก่ีวัน I-131 จํานวน 10 กรัม จึงจะเหลือ 2.5 กรัม

3. ไอโซโทปกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง 20 กรัม เม่ือเวลาผานไป 2 ช่ัวโมง ปรากฏวามีไอโซโทปเหลืออยู 1.25 กรัม คร่ึงชีวิตของไอโซโทปนี้มีคาเทาใด

4. จากการทดลองพบวา เม่ือเก็บ Cs-137 ไว 30 วัน จะมี Cs-137 เหลืออยู 300 กรัม ถาคร่ึงชีวิตของ Cs-137 เทากับ 30 วัน เม่ือเร่ิมทดลองมี Cs-137 อยูเทาใด


การศึกษาสมบัติของธาตุตามตารางธาตุ จะชวยในการทํานายสมบัติของธาตุได ถารูตําแหนงของธาตุนั้นในตารางธาตุ หรือถารูสมบัติบางประการของธาตุ อาจพิจารณาตําแหนงของธาตุได

ดังตัวอยางการจัดตําแหนงของธาตุ H ท่ีศึกษามาแลว ตอไปนักเรียนจะใชขอมูลเกี่ยวกับสมบัติของธาตุ มาทํานายตําแหนงของธาตุในตารางธาตุไดจากตัวอยาง

ตัวอยางที่ 1 ธาตุตัวอยาง X มีสมบัติที่ปรากฏ ดังนี้ สมบัติ ลักษณะที่ปรากฏ

1. สถานะ เปนของแข็ง 2. สีผิว ผิวเปนมันวาว 3. การนําไฟฟา นําไฟฟาได 4. การละลายในน้าํ ไมละลายน้ํา 5. การทําปฏิกิริยากับ Cl2 เกิดปฏิกิริยาอยางรุนแรง มีเปลวไฟและควันสีขาว

เม่ือเย็นจะไดของแข็งสีขาว 6. การละลายในน้าํของสารสีขาวท่ีเกิดข้ึน ละลายน้ําไดเล็กนอย สารละลายมีสมบัติเปนกรด

แนวคิด จากสมบัติตาง ๆ ของธาตุ X สามารถทํานายไดวา ธาตุ X มีสมบัติคลายโลหะ คือ มีผิวมันวาว สามารถนาํไฟฟาได และไมละลายน้ํา ธาตุ X ไมควรเปนธาตุหมู IA

หรือ IIA (อโลหะ) เม่ือธาตุ X ทําปฏิกิริยากับ Cl2 ไดสารประกอบคลอไรดท่ีเปนของแข็งสีขาว ละลายน้าํแลวไดสารละลายท่ีมีสมบัติ

เปนกรด แสดงวาเปนสารประกอบคลอไรดของอโลหะ จากขอมูลท้ังหมด สามารถทํานายไดวา ธาตุ X มีสมบัติเปนท้ังโลหะและอโลหะ X จึงจัดเปนธาตุกึ่งโลหะ

และควรอยูในหมู IVA ทางตอนลางของตารางธาตุ

ในทางกลับกัน ถาทราบตําแหนงของธาตุในตารางธาตุ จะสามารถทํานายสมบัติของธาตุได ดังตัวอยางท่ี 2

ตัวอยางที่ 2 ธาตุ Y เปนธาตุท่ีมีเลขอะตอมเทากับ 19 ธาตุ Y ควรมีสมบัติเปนอยางไร การจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Y คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 4s1 ธาตุ Y อยูในหมู IA และอยูคาบท่ี 4 แนวคิด เม่ือทราบเลขอะตอม ทําใหทราบขอมูลอ่ืน ๆ ดังนี ้ ธาตุ Y ควรมีสมบัติคลายธาตุหมู IA คือ มีเวเลนซอิเล็กตรอนเทากับ 1 เม่ือเกิดเปนสารประกอบจะมีเลขออกซิเดชันเทากับ +1 มีสถานะเปนของแข็ง มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง เปนโลหะ นําไฟฟาได ทําปฏิกิริยาน้ําอยางรุนแรง

3.7 การทํานายตําแหนงและสมบัติของธาตุในตารางธาตุ 3.7


แบบฝกหัดเร่ือง การทํานายตําแหนงและสมบัติของธาตุในตารางธาตุ

1. จงอธิบายสมบัติของธาตุท่ีมีเลขอะตอม 14 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. สมมติวา มีการคนพบธาตุใหมธาตุหนึ่ง ซึ่งมีสมบัติดังนี้ เม่ือต้ังท้ิงไวในอากาศ ธาตุนี้จะหมอง เม่ือเผาไฟจะลุกไหม และเม่ือละลายธาตุนี้ในน้ําจะไดสารละลาย ซึ่งเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเปนน้ําเงิน จงตอบคําถามตอไปนี้ พรอมใหเหตุผลประกอบ 2.1) ธาตุนี้เปนโลหะหรืออโลหะ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.2) ธาตุนี้อยูในหมูใดในตารางธาตุ และมีเวเลนซอเิล็กตรอนเทาใด ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.3) มวลอะตอมของธาตุนี้ควรอยูในชวงใด ก. 1-100 ข. 101-200 ค. 201-300 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………


นักเรียนไดศึกษาเกี่ยวกับธาตุและสมบัติของธาตุตาง ๆ มาแลว ตอไปนี้จะศึกษาธาตุและสารประกอบของธาตุท่ีสําคัญบาง

ชนิด ซึ่งเกี่ยวของกับการดํารงชีวิตของมนุษย สัตวและพืช พรอมท้ังศึกษาถึงผลกระทบท่ีจะมีตอสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดลอม ตัวอยางธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดลอมท่ีนักเรียนจะไดศึกษามีท้ังหมด 12 ชนิด ไดแก

1) ธาตุอะลูมิเนียม 4) ธาตุโครเมียม 7) ธาตุไนโตรเจน 10) ธาตุซิลิคอน 2) ธาตุแคลเซียม 5) ธาตุเหล็ก 8) ธาตุออกซิเจน 11) ธาตุสังกะสี 3) ธาตุทองแดง 6) ธาตุไอโอดีน 9) ธาตุฟอสฟอรัส 12) ธาตุเรเดียม

ซึ่งแตละชนิด มีรายละเอียด ดังนี้

สมบัติของธาตุอะลูมิเนียม เลขอะตอม 13 อยูหมู 3A คาบ 3 มวลอะตอม 26.981538 พบมากในเปลือกโลกประมาณ 7.5 เปอรเซ็นต โดยมวล ในรูปของสารประกอบ เชน บอกไซต (Al2O3.2H2O) การเตรียม

โลหะอะลูมิเนียมท่ีเตรียไดจะมีสีเงิน มีความหนาแนนตํ่า เหนียวและแข็ง ตัดโคงงอได ทุบใหเปนแผนได หรือดึงใหเปนเสนได นําไฟฟาและความรอนไดดีมาก

สารประกอบออกไซดของอะลูมิเนียม คือ Al2O3 มีจุดหลอมเหลวสูงมาก ทนความรอนสูง ละลายไดท้ังในกรดและเบส ออกไซดท่ีเกิดในธรรมชาติ เรียกวา คอรันดัม (Al2O3) มีความแข็งมากและมีหลายสี นิยมใชทําเครื่องประดับ

คอรันดัม หรือ กะรุน มีรูปผลึกหกเหลี่ยม ตรงกลางปองและคอยเรียวลงจนถึงปลายทั้ง 2 ดาน ความแข็งรองจากเพชร สวนมากมีสีเทาเขียว เทาฟา เทาดํา และสอีื่น ๆ จะเรียกช่ือตาง ๆ กัน เชน สีแดงหรือมวงเรียกทับทิม เปนตน การที่คอรันดัมมีสีตาง ๆ กัน เนื่องจากมีโลหะแทรนซิชันตางชนิดปนกันอยู เชน มีสีแดงเพราะมีโครเมียม เปนตน

การใชประโยชนของธาตุและสารประกอบอะลูมิเนียม 1) มีประโยชนทางอุตสาหกรรม ใชทําอุปกรณไฟฟา เครื่องครัว ของใชในบาน หออาหารและหอของใช ฯลฯ 2) ทําโลหะเจือหลายชนิดท่ีนําไปเปนสวนประกอบของเครื่องบิน เรือ รถไฟ และรถยนต

3.8 ธาตุและสารประกอบในส่ิงมีชีวิตและส่ิงแวดลอม 3.9

1) ธาตุอะลูมิเนียม (Al)

นําแรบอกไซต (Al2O3.2H2O) มาหลอมเหลว แยกดวยกระแสไฟฟา จะไดโลหะอะลูมิเนียม


ธาตุแคลเซียม หินงอก-หินยอย แรยิปซัม

สมบัติของธาตุแคลเซียม เลขอะตอม 20 อยูหมู 2A คาบ 4 มวลอะตอม 40.087 พบในเปลือกโลกประมาณ 5.4 % โดยมวล พบในรูปสารประกอบที่มี CaCO3 เปนองคประกอบ เชน หินงอก หิน

ยอย เปลือกหอย ดินมารล และพบในรูปสารประกอบซัลเฟต เชน ยปิซัม

การเตรียม

ธาตุแคลเซียมเปนโลหะท่ีมีความแข็ง มีจุดเดือด-จุดหลอมเหลวและความหนาแนนสูงกวาโลหะแอลคาไลน

สารประกอบแคลเซียมที่นาสนใจ ไดแก ออกไซดของแคลเซียม คือ CaO (ปูนดิบ) เม่ือผสมกับน้ําจะได Ca(OH)2 (ปูนสุก) หรือสารละลาย Ca(OH)2 เรียกวา น้าํปูนใส

ประโยชนของธาตุแคลเซียมและสารประกอบแคลเซียม สารประกอบแคลเซียมในรูป CaCO3 จากหินปูน ใชทําปูนขาว ชอลก ดินสอพอง ใชเปนสารต้ังตนในการผลิต

โซดาแอช (Na2CO3) แรยิปซัม ( CaSO4.2H2O ) ใชผลิตแผนยิปซัมบอรด เปนวัสดุกอสราง ใชทําเครื่องปนดินเผาชนิดโบนไชนา (Bone

china) ซึ่งมีคุณภาพดี ราคาแพง นอกจากนี้แคลเซียมยังเปนองคประกอบท่ีสําคัญของกระดูกและฟน ถารางกายขาดธาตุแคลเซียมจะทําใหเปนโรค

กระดูกเสื่อม กระดูกผุ และฟนไมแข็งแรง

2) ธาตุแคลเซียม (Ca)

นําสารประกอบคลอไรดมาหลอมเหลว แยกดวยกระแสไฟฟา จะไดธาตุแคลเซียม


สมบัติของธาตุทองแดง เลขอะตอม 29 อยูหมู 1B คาบ 4 มวลอะตอม 63.546 พบในเปลือกโลกประมาณ 0.0007 % โดยมวล พบในแรหลายชนิด ไดแก คาลโคโพไรต (CuFeS2) , คิวไพรต

(Cu2O) , มาลาไคต (Cu2CO3(OH)2) และ คาลโคไซต (Cu2S) อาจพบในรูปอิสระ เปนเม็ดปนอยูในหินและทราย

การเตรียม (การถลุงโลหะทองแดง)

ทองแดงเปนโลหะท่ีมีสีแดง มีความหนาแนน จุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง สามารถนําไฟฟาและความรอนไดดี รองจากเงิน

เม่ือต้ังท้ิงไวในอากาศช้ืนนาน ๆ จะเกิดสารประกอบคารบอเนต (สีเขียว) คลุมผิวทองแดง เปนการปองกันการผุกรอนของทองแดงไดอีกช้ันหนึ่ง

ประโยชนของโลหะทองแดง 1) ใชทําสายไฟ อุปกรณไฟฟา 2) โลหะผสมระหวาง ทองแดงกับสังกะสี เรียกวา ทองเหลือง ใชทํากลอนประตู กุญแจ ใบพัดเรือ ปลอกกระสุน

ปน กระดุม เปนตน 3) โลหะผสมระหวาง ทองแดง กับดีบุก เรียกวา ทองบรอนซ ใชทําลานนาฬิกา ระฆัง ปนใหญ 4) สารประกอบเชิงซอนของทองแดง เปนองคประกอบในเลือดปู ปลาหมึก หอยโขง แมงปอง และทําใหเลือดเปน

สีน้ําเงิน 5) รางกายของคนตองการทองแดงเพื่อใชในกระบวนการทางชีวเคมี ถาขาด จะทําใหเกิดความบกพรองในการ

สังเคราะหไขมันบางชนิด และทําใหเกิดโรคโลหิตจาง

3) ธาตุทองแดง (Cu)

นําแรซัลไฟตของทองแดงเผาในอากาศ จะไดโลหะทองแดง ทําใหบริสุทธิ์โดยแยกดวยไฟฟา


สมบัติของธาตุโครเมียม เลขอะตอม 24 อยูหมู 6B คาบ 4 มวลอะตอม 51.9962 พบในเปลือกโลกประมาณ 0.02 เปอรเซ็นต โดยมวล พบในรูปแรโครไมต (FeO.Cr2.O3)

การเตรียม (การถลุงแรโครเมียม)

โครเมียมเปนโลหะสีขาวเงิน มีความมันวาว และแข็งมาก ตานทางการผุกรอน และคงความเปนมันเงาไดนานในอากาศ

สารประกอบของโครเมียมที่พบ มักอยูในรูปโครเมียมออกไซดชนิดตาง ๆ เชน โครเมียม (III) ออกไซด (Cr2O3) , โครเมียม (II) ออกไซด (CrO) โครเมียมเกิดสารประกอบเชิงซอนไดหลายชนิดและมีสีตาง ๆ กัน เชน K2Cr2O7 มีสีสม , K2CrO4 มีสีเหลือง

ประโยชนของโครเมียม 1) ใชเคลือบผิวเหล็กหรือโลหะอื่น ๆ โดยการชุบดวยไฟฟา เพื่อปองการการผุกรอนและมีผิวเปนเงางาม 2) เปนสวนผสมในเหล็กกลาไรสนิม ซึ่งมีสมบัติทนตอการผุกรอนและทนสารเคมีชนิดตาง ๆ ไดดี 3) เปนสวนประกอบในเหล็กกลาผสมท่ีใชทําตูนิรภัย เครื่องยนต เกราะกันกระสุน 4) เปนโลหะเจือโคบอลต ใชทํากระดูกเทียม เพราะมีความแข็งแรงและมีปฏิกิริยาตอรางกายนอย

4) ธาตุโครเมียม (Cr)

เผาแรโครไมต กับ โพแทสเซียมคารบอเนต ในอากาศ จะเกิดโพแทสเซียมโครเมต

นําโพแทสเซียมโครเมตท่ีได ไปเผารวมกับ คารบอนและอะลูมิเนียม จะไดโครเมียม


Magnetite Hematite

สมบัติของธาตุเหล็ก เลขอะตอม 26 อยูหมู 8B คาบ 4 มวลอะตอม 55.845 พบในเปลือกโลกประมาณ 4.7 เปอรเซ็นต โดยมวล พบในรูปแรชนิดตาง ๆ ไดแก แร Fe2O3ฮีมาไทต (Fe2O3) ,

แรแมกนีไทต (Fe3O4) และแรไพไรต (FeS2)

การเตรียม (การถลุงเหล็ก)

เหล็กเปนโลหะสีเทา มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ถูกดูดดวยแมเหล็กได และคงอํานาจแมเหล็กไดอยางถาวร

สารประกอบออกไซดของเหล็ก สารประกอบออกไซดของเหล็กมีหลายชนิด เชน FeO , Fe2O3 , Fe3O4 เหล็กสามารถเกิดสารประกอบเชิงซอนและไอออนเชิงซอนไดหลายชนิด และมีสีตาง ๆ เชน K4Fe(CN)6 สีเหลือง

K3Fe(CN)6 มีสีเหลืองอมสม NH4Fe(SO4)2 . 12H2O มีสีมวงออน

ประโยชนของเหล็ก 1) เหล็กกลาเปนโลหะเจือของเหล็กกับคารบอนในปริมาณตาง ๆ กัน บางชนิดอาจเติมโลหะอื่นเพิ่มลงไปเพื่อ

ปรับปรุงคุณภาพ เรียกวา เหล็กกลาเจือโลหะ ใชในงานกอสราง ผลติเครื่องยนต ทําตัวถังรถยนต ทําลวด ตะปู 2) เหล็กเคลือบผิวดวยสังกะสี ใชมุงหลังคา 3) เหล็กเคลือบผิวดวยดีบุก ใชทํากระปองบรรจุอาหาร 4) เหล็กกลาท่ีผสมนิกเกิล 3 เปอรเซ็นต โครเมียม 1 เปอรเซ็นต ใชทําสวนประกอบของเครื่องจักรประเภท เฟอง

เกรียร เพลา ขอเหวี่ยงรถยนต 5) เหล็กกลาไรสนิมท่ีมี โครเมียม 18 เปอรเซ็นต นิกเกิล 8 เปอรเซ็นต และคารบอน 0.4 เปอรเซ็นต ใชทํามีด ชอนสอม

เรือนนาฬิกา เปนตน 6) นอกจากนี้ เหล็กเปนองคประกอบท่ีสําคัญของเม็ดเลือดแดง ถารางกายไดรับเหล็กไมเพียงพอ จะทําใหเปนโรค

โลหิตจาง

รีดิวซออกไซดของเหล็ก (Fe2O3) ดวยถานโคก (C)

5) ธาตุเหล็ก (Fe)

จะไดเหล็กออกมา


สมบัติของธาตุไอโอดีน เลขอะตอม 53 อยูหมู 8A คาบ 5 มวลอะตอม 126.90447 พบในปริมาณเล็กนอยในน้ําทะเล ในสาหรายทะเลบางชนิด พบในสินแรท่ีมีโซเดียมไนเตรต ท่ีอยูในรูปโซเดียมไอโอเดด (NaIO3) ไอโอดีนเปนอโลหะท่ีมีสถานะของแข็ง เปนเกล็ดมันวาวสีมวง ระเหิดไดงาย ละลายน้ําไดนอยมาก แตละลายได

ในตัวทําละลายชนิดอื่น ๆ ไดดี เชน สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด , เอทานอล , เฮกเซน , คารบอนเตตระคลอไรด เปนตน

สามารถเกิดสารประกอบไอออนิกกับโลหะท่ัวไป ไดสารประกอบประเภทเกลือ

ประโยชนของไอโอดีน 1) ไอโอดีนละลายในเอทานอล เรียกวา ทิงเจอรไอโอดีน ใชทําแผลฆาเช้ือโรค 2) ไอโอไดดไอออน เปนสวนประกอบของฮอรโมนไทรอกซินในตอมไทรอยด ซึ่งควบคุมกระบวนการเมตาบอลิซึม

ของรางกาย ถาขาดไอออดีน จะทําใหเปนโรคคอพอก 3) สารประกอบไอโอดีน เชน โซเดียมไอโอไดด โพแทสเซียมไอโอไดด ใชผสมในเกลือสินเธาร เปนการเพิ่ม

ไอโอไดดไอออนใหไดสัดสวนท่ีเหมาะสมตอการบริโภค

6) ธาตุไอโอดีน (I)


สมบัติของธาตุไนโตรเจน เลขอะตอม 7 อยูหมู 5A คาบ 2 มวลอะตอม 14.0067 พบมากท้ังในรูปของธาตุอิสระและสารประกอบ ในอากาศมีแกสไนโตรเจนอิสระประมาณ 78 เปอรเซ็นต การแยกแกสไนโตรเจนออกจากอากาศ

ไนโตรเจนเปนแกสไมมีสี ไมมีกลิ่น ท่ีอุณหภูมิปกติ ไมทําปฏิกิริยากับธาตุอื่น (ยกเวน Li) แตจะทําปฏิกิริยาท่ีอุณหภูมิสูงเทานั้น เนื่องจากเปนแกสท่ีเสถียร ไมวองไวตอการเกิดปฏิกิริยา สารประกอบออกไซดของไนโตรเจน สารประกอบออกไซดของไนโตรเจนมีหลายชนิด เชน NO , N2O , N2O3 , NO2 และ N2O5 สําหรับ NO เปนออกไซดท่ีไมทําปฏิกิริยากับกรดหรือเบส แตสามารถรวมกับออกซิเจนไดอยางรวดเร็ว ให NO2

ซึ่งเปนแกสสีน้ําตาลแดง ละลายน้ําไดดี ประโยชนของไนโตรเจน

1) ใชในอุตสาหกรรมทําแอมโมเนียและกรดไนตริก แอมโมเนียใชเปนสารต้ังตนในการผลิตโซดาแอช แอมโมเนียมซัลเฟตและยูเรียใชทําปุย สวนกรดไนตริกใชทําอุตสาหกรรมสี ไหมเทียม วัตถุระเบิด พลุสี และในกระบวนการพิมพผา

2) ไนโตรเจนท่ีอยูในรูปกรดอะมิโนและโปรตีนมีความสําคัญตอสิ่งมีชีวิตท้ังพืชและสัตว พืชสวนใหญสังเคราะหโปรตีนโดยใชไนเตรตไอออนจากดิน

3) พืชตระกูลถั่วสามารถเปลี่ยนไนโตรเจนในอากาศเปนสารอาหารได

การหมุนเวียนของไนโตรเจนที่เก่ียวของกับส่ิงมีชีวิตทั้งพืชและสัตว สามารถศึกษาไดจากรูป

7) ธาตุไนโตรเจน (N)

ทําอากาศใหเปนของเหลว นําไปกลั่นลําดับสวน จะไดไนโตรเจนเหลว


จากรูปวัฏจักรของไนโตรเจน สามารถอธิบายไดวา

ความรูเดิม

รูปแสดงองคประกอบของอากาศ

ไนโตรเจนในอากาศ จะถูกตรึงดวยกระบวนการตาง ๆ ไดแก กระบวนการทางอุตสาหกรรมผลิตปุย , กระบวนการทางธรรมชาติจากการเกิดฟาแลบ ฟารอง ฟาผา ,

จากสิ่งมีชีวิต เชน สาหรายและจุลินทรียในดิน เชน แบคทีเรียไรโซเบียมในปมรากถั่ว

ไนโตรเจนจากกระบวนการดังกลาว จะถูกแบคทีเรียบางชนิดในดิน

เปลี่ยนเปนสารประกอบไนโตรเจน คือ สารประกอบไนไตรต (NO2-) และ ไนเตรต (NO3

-)

พืชจะดูดสารประกอบไนโตรเจนดังกลาว ไปใชสรางโปรตีนในพืช

เม่ือสัตวกินพืช ก็จะไดรับสารดังกลาว เพื่อนาํไปสรางโปรตีนในสตัว

เม่ือพืชและสัตวตายลง จะมีแบคทีเรียบางชนิดทําหนาท่ียอยสลายซากพืชซากสัตว จนได สารประกอบไนไตรต (NO2

-) และ ไนเตรต (NO3-) กลับมาอีก (อยูในดิน)

บางสวน พืชสามารถนาํไปใชประโยชนได (ใชสรางโปรตีนในพืช)

แบคทีเรียในดินบางชนิดจะสามารถเปลี่ยน

NO2- และ NO3

- ท่ีอยูในดิน ใหเปนไนโตรเจน

กลับคืนสูบรรยากาศ

กระบวนการใชและสรางไนโตรเจนจะเกิดหมุนเวียนเชนนี้ตลอดเวลา เปนวัฎจักร


สมบัติของธาตุออกซิเจน เลขอะตอม 8 อยูหมู 6A คาบ 2 มวลอะตอม 15.9994 พบในเปลือกโลกในปริมาณมากท่ีสุดประมาณ 49.5 เปอรเซ็นต พบในธรรมชาติท้ังในสภาพอิสระและ

ในรูปสารประกอบออกซิเจนในอากาศมีประมาณ 21 เปอรเซ็นต โดยปริมาตร เปนองคประกอบในสารอาหารจาํนวนมาก เชน น้ําตาล แปง และไขมัน

การผลิตออกซิเจน

ออกซิเจนเปนแกสไมมีสี ไมมีกลิ่น มีสมบัติชวยใหไฟติด ชวยในการดํารงชีวิตของท้ังมนุษย สัตว และพืช

การเกิดสารประกอบของออกซิเจน ออกซิเจนเกิดสารประกอบกับธาตุตาง ๆ ท้ังโลหะและอโลหะไดอยางดี เชน สารประกอบเปอรออกไซด เกิดกับ

โลหะหมู IA และ IIA เชน Na2O2 , BaO2 สารประกอบซุปเปอรออกไซดเกิดกับโลหะหมู IA เชน KO2 , RbO2 และ CsO2

เกิดสารประกอบกับไฮโดรเจนไดสารประกอบไฮไดรด เชน น้ํา (H2O) , ไฮโดรเจนเปอรออกไซด (H2O2) ยังสามารถเกิดสารประกอบกับแกสเฉื่อยไดในภาวะท่ีเหมาะสม เชน XeO3 , XeO6

ประโยชนของออกซิเจน 1) เปนแกสท่ีชวยในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิต 2) ชวยใหเกิดการเผาไหมในสารตาง ๆ 3) เม่ือรวมกับแกสอะเซทิลีน (C2H2) จะใหเปลวไฟท่ีรอนแรง ใชตัดและเช่ือมโลหะ 4) ออกซิเจนในรูปโอโซน (O3) ใชฟอกสีกระดาษและฆาเช้ือโรคในน้าํ 5) สารละลายไฮโดรเจนเปอรออกไซด ใชฟอกสีขนสัตว ผม ฟาง เยื่อกระดาษ 6) สารละลายไฮโดรเจนเปอรออกไซด 3 เปอรเซ็นต ใชเปนยาฆาเช้ือโรค 7) ออกซิเจนเหลวใชสันดาปกับไฮโดรเจน เปนเช้ือเพลิงในจรวดและยานอวกาศ

8) ธาตุออกซิเจน (O)

ทําอากาศใหเปนของเหลว นําไปกลั่นลําดับสวน จะไดออกซิเจน


สมบัติของธาตุฟอสฟอรัส เลขอะตอม 15 อยูหมู 5A คาบ 3 มวลอะตอม 30.9737 พบในรูปสารประกอบ สวนใหญเปนแรหินฟอสเฟส เชน แคลเซียมฟอสเฟต (Ca3(PO4)2) , ฟลูออโรอะปาไตต

(Ca5F(PO4)3)

การเตรียมฟอสฟอรัส

ฟอสฟอรัสมีหลายรูป เชน

1) ฟอสฟอรัสขาว (สูตรโมเลกุล P4) ลักษณะนิ่ม คลายข้ีผึ้ง มีจุดหลอมเหลวตํ่า ระเหยงาย เปนพิษ ไมละลายน้ํา ไมเสถียร วองไวตอการเกิดปฏิกิริยามาก จึงตองเก็บไวในน้ํา เพราะถูกออกซไิดสไดงายในอากาศ ลุกไหมไดเองท่ีอุณหภูมิ 40 -45 องศาเซลเซียส ละลายไดในคารบอนไดซัลไฟต (CS2) , เฮกเซน (C6H14) และตัวทําละลายอินทรียอื่น ๆ ถาใหฟอสฟอรัสขาวทําปฏิกิริยากับออกซิเจนท่ีมีปริมาณจํากัด จะไดสารประกอบออกไซดท่ีมีสูตร P4O6

แตถาใชออกซิเจนปริมาณมาก จะไดสารประกอบออกไซด มีสูตรเปน P4O10 ดังรูปท่ี ก 2) ฟอสฟอรัสแดง เปนรูปท่ีเสถียรกวาฟอสฟอรสัขาว เปนผงสีแดงเขม ไมละลายในคารบอนไดซัลไฟต (CS2) , เฮกเซน (C6H14) และตัวทําละลายอินทรียอื่น ๆ ไมระเหย ไมเปนพิษ และไมวองไวตอปฏิกิริยา มีโครงสรางเปนพอลิเมอรของ P4 ดังรูปท่ี ข

3) ฟอสฟอรัสดํา มีโครงสรางและสมบัติคลายแกรไฟต เปนของแข็งสีเทาเขม เปนแผนโลหะมีเงา นําไฟฟาและนาํความรอนได ดังรูปท่ี ค

ประโยชนของฟอสฟอรัส 1) เปนธาตุท่ีจําเปนแกพืชในรูปของปุยฟอสเฟต และปุยซูเปอรฟอสเฟต ซึ่งเปนของผสม

ระหวาง Ca(H2PO4)2 กับ CaSO4 เปนสารอาหารท่ีสาํคัญของพืช 2) ทําหนาท่ีควบคุมความเปนกรด-เบสในเลือดและของเหลวในรางกายของสิ่งมีชีวิต 3) ฟอสฟอรัสแดงใชทําระเบิดเพลิง ระเบิดหมอกควัน และไมขีดไฟ

9) ธาตุฟอสฟอรัส (P)

เผาแรหินฟอสเฟตกกับซิลิกา และถานโคก ท่ีอุณหภูมิสูงประมาณ 1500 °C จะเกิดไอฟอสฟอรัสออกมา


สมบัติของธาตุซิลิคอน เลขอะตอม 14 อยูหมู 4A คาบ 3 มวลอะตอม 28.0855 พบในเปลือกโลกประมาณ 25.67 เปอรเซ็นต โดยมวล มีปริมาณมากเปนท่ีสองรองจากออกซิเจน พบในแรควอตซและทรายในรูปของซิลิคอนไดออกไซด (SiO2) ท่ีเรียกวา ซิลิกา และในรูปสารประกอบซิลิเกต

การเตรียมซิลิคอน

ซิลิคอนเปนผลึกสเีทา เปนมันวาว มีโครงสรางคลายเพชร แตมีความแข็งนอยกวาเพชร อะตอมยึดกันดวยพันธะโคเวเลนต เปนโครงผลึกรางตาขาย

ประโยชนของซิลิคอน 1) ใชในอุตสาหกรรมทําแกว เสนใยแกว และเสนใยนําแสง 2) ซิลิคอนเปนสารกึ่งตัวนํา ใชทําวงจรไฟฟาขนาดเล็ก และใชทําอุปกรณไฟฟา เชน ไมโครคอมพิวเตอร วิทยุ

โทรทัศน เซลลสุริยะ เปนตน 3) ซิลิคอนคารไบต (SiC) มีความแข็งแรงมาก ใชทําเครื่องบด เครื่องโม 4) ซิลิโคน เปนพอลิเมอรของซิลิคอน มีสมบัติไมรวมตัวกับน้ํา ไมนําไฟฟา ทนความรอน และไมวองไวในการทํา

ปฏิกิริยาเคมี ใชเปนฉนวนไฟฟาและเคลือบผิววสัดุ เพื่อปองกันมิใหเกิดปฏิกิริยา 5) นอกจากนี้ซิลิกาใชทําสวนประกอบของนาฬิกาควอตซ

ผลึกควอตซหรือเข้ียวหนุมาน แผนซิลโิคน ซิลิโคน (เสริมทรวงอก)

10) ธาตุซิลิคอน (Si)

รีดิวซ SiO2 ดวยถานโคก (C) ท่ีอุณหภูมิสูง จะไดซิลิคอน


โครงสรางของ SiO2

สมบัติของธาตุสังกะสี เลขอะตอม 30 อยูหมู 2B คาบ 4 มวลอะตอม 65.409 พบในเปลือกโลกประมาณ 0.01 เปอรเซ็นต พบในรูปของแรหลายชนิด คือ แรสฟาเลอไรต หรือซิงคเบลน (ZnS) ,

แรเฮบิมอรไฟต (Zn4(Si2O7)(OH)2 H2O) , แรสมิทโซไนต (ZnCO3) การเตรียมสังกะสี

สังกะสีเปนโลหะคอนขางออน มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวตํ่า เปนไอไดงาย สารประกอบของสังกะสี สารประกอบของสังกะสี เชน ซิงคออกไซด (ZnO) เปนสารประกอบท่ีสําคัญของสังกะสี มีลักษณะเปนผงสีขาว

และจะเปลี่ยนเปนสีเหลือง เม่ือเผาใหรอน ซิงคซัลไฟต (ZnS) มีสีขาว เรอืงแสงได ใชทําจอโทรทัศน สังกะสีจะเกิดสารประกอบเบสิกคารบอเนต (Zn(OH)2 . ZnCO3) ปกคลุมผิวหนาเปนฟลมบาง ๆ เม่ือมีอากาศช้ืน ประโยชนของสังกะสี

1) ใชเปนตัวเรงปฏิกิริยาในการผลิตยางรถยนต 2) ใชในอุตสาหกรรมเซรามิกส 3) ใชเปนสวนผสมยาแตงบาดแผลหรือแผลไฟไหม 4) ใชทําเหล็กอาบสังกะสีท่ีเรียกวา Galvanized iron เพื่อปองกันมิใหเหล็กเปนสนิมหรือเกิดสึกกรอนได เนื่องจาก

สังกะสีเกิดออกไซด และเบสิกคารบอเนตปกคลุมผิวหนาไวอีกช้ันหนึ่ง จึงนิยมใชทําทอน้ํา แผนสังกะสีมุงหลังคา และถังบรรจุน้ํา

5) แผนสังกะสีบริสุทธิ์ใชทํากลองถานไฟฉาย และทําหนาท่ีเปนข้ัวไฟฟา 6) สังกะสีเปนองคประกอบของเอนไซมบางชนิดในรางกายท่ีชวยยอย และสังเคราะหโปรตีน ถาขาดจะทําใหผิว

หยาบกราน เปนโรคเหน็บชา ตับแข็ง มามโต และเจริญเติบโตชา

11) ธาตุสังกะสี (Zn)

นําแรมาเผาในอากาศเพื่อเปลี่ยนซัลไฟตเปนออกไซด

รีดิวซออกไซดดวยถานโคก (C) ท่ีอุณหภูมิสูง จะไดไอสังกะสี

เม่ือผานการควบแนนจะเปนของเหลวท่ีอุณหภูมิหอง


สมบัติของธาตุสังเรเดียม เลขอะตอม 88 อยูหมู 2A คาบ 7 มวลอะตอม 226.0254 เปนธาตุกัมมันตรังสี

12) ธาตุเรเดียม (Ra)

จากการศึกษาเรื่องธาตุและตารางธาตุ สามารถนําความรูเกีย่วกับสมบัติตาง ๆ ของธาตุในบทนีไ้ปใชในการศึกษาเรื่องอ่ืน ๆ ของวิชาเคมีในบทตอไปได


Education

บทที่ 3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ