ตารางธาตุ
วิวัฒนาการการสร้างตารางธาตุ
โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ จัดธาตุเป็นกลุ่ม ๆ ละ 3 ธาตุ เรียกว่า ชุดสาม และพบว่าธาตุกลาง
จะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของธาตุแรกและธาตุหลังโดยประมาณ เช่น
Li มีมวล 6.9 Na มีมวล 23.0 K มีมวล 39.1
มวลอะตอม Na = 23
มีบางกลุ่มที่มวลอะตอมของธาตุตรงกลางไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของธาตุสองธาตุที่เหลือ หลักชุดสามของเดอเบอร์ไรเนอร์จึงไม่เป็นที่ยอมรับ
จอห์น นิวแลนด์ส ได้เสนอกฎว่า ถ้านำธาตุมาเรียงลำดับตามมวลอะตอมจะพบว่าธาตุที่ 8 มีสมบัติคล้ายกับธาตุที่ 1 โดยเริ่มจากธาตุใดก็ได้ แต่ไม่รวมก๊าซเฉื่อย แต่กฎนี้ใช้ได้ถึงธาตุแคลเซียมเท่านั้น และไม่สามารถอธิบายได้ว่า เหตุใดมวลอะตอมจึงมาเกี่ยวข้องกับความคล้ายคลึงกันของธาตุได้
เมนเดเลเอฟและไมเออร์ ได้ตั้งข้อสังเกตอย่างเดียวกันในเวลาใกล้เคียงกันว่าถ้าเรียงธาตุตามลำดับมวลอะตอมจากน้อยไปหามาก จะพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายคลึงกันเป็นช่วง ๆ การที่ธาตุต่าง ๆ มีสมบัติคล้ายคลึงกันเป็นช่วงเช่นนี้ เมนเดเลเอฟ ตั้งเป็นกฎเรียนว่า “กฎพีริออดิก” และได้เผยแพร่ความคิดนี้ในปี พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) ก่อนที่ไมเออร์จะพิมพ์ผลงานของเขาออกมาหนึ่งปี เพื่อให้เกียรติแก่เมนเดเลเอฟ จึงเรียกว่า ตารางพีริออดิกของเมนเดเลเอฟ
ตารางธาตุในปัจจุบัน
ตารางธาตุในปัจจุบันเรียงตามลำดับ เลขอะตอมจากน้อยไปหามาก ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ใหญ่ ๆ
หมู่ A เรียกว่า ธาตุเรพรีเซนเตตีฟ
หมู่ B เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน เป็นธาตุที่อยู่ระหว่างหมู่ IIA และ IIIA 2. ธาตุทางซ้ายมือ
ของเส้นหนักเป็นขั้นบันได มีสมบัติเป็นโลหะและธาตุทางขวาของเส้นจะเป็นอโลหะ
ส่วนธาตุที่อยู่ชิดเส้นแบ่งนี้จะเป็นธาตุกึ่งโลหะ คือ B , Si , Ge , As , Sb และ Te
2. ธาตุหมู่ A เลขประจำหมู่บ่งบอกถึงจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอน
เช่น หมู่ IA มีเวเลนต์อิเล็กตรอนท่ากับ 1 คือธาตุ Li Na K Rb Cs Fr เป็นต้น
3. ธาตุในคาบเดียวกันจะมีจนวนระดับพลังงานเท่ากัน เช่น
ธาตุคาบที่ 1 มีจำนวนระดับพลังงาน 1 ระดับได้แก่ ธาตุ H He เป็นต้น
ประโยชน์ของการจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
1. จำนวนระดับพลังงานสูงสุดจะบอกถึงคาบ
2. ระดับพลังงานย่อยสุดท้ายของการจัดอิเล็กตรอน หรือออร์บิทัลที่มีพลังงานสูงที่สุดจะบอกถึงเขต (เขต s, p, d, f) ถ้าเป็นเขต s, p จะอยู่ในหมู่ A ของตารางธาตุ ถ้าเป็นเขต d, f จะอยู่ในหมู่ B ของตารางธาตุ
3. ถ้าเป็นธาตุในหมู่ A เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะบอกถึงหมู่ (เวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ s+p)
4. ถ้าเป็นธาตุในหมู่ B นำจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยสุดท้ายบวกกับจำนวน อิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ถัดเข้ามา 1 ชั้น (s+d) จะเป็นตัวเลขของหมู่นั้น แต่ถ้าบวกกัน ได้ 8 – 10 จะเป็นหมู่ VIII B ถ้าบวกกันได้ 11, 12 จะเป็นหมู่ I B และ II B ตามลำดับ
การอ่านชื่อธาตุที่มีเลขอะตอมมากกว่า 105 โดยระบุเลขอะตอมเป็นภาษาละติน แล้วลงท้ายด้วย -ium
จำนวนนับในภาษาละตินมีดังนี้
0 = (nil) 1 = (un)
2 = (bi) 3 = (tri)
4 = (quad) 5 = (pent)
6 = (hex) 7 = (sept)
8 = (oct) 9 = (enn)
เช่น ธาตุที่ 105 อ่านว่า Unnilpentium สัญลักษณ์ธาตุ Unp
สมบัติตามตารางธาตุของหมู่และคาบ
สมบัติทางเคมีและทางกายภาพหลายประการของธาตุทั้งหลายในตารางธาตุซึ่งแปรเปลี่ยนไปตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้นนั้นมีความสัมพันธ์กับการ
จัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุต่าง ๆ นักเรียนคิดว่าธาตุในหมู่หรือคาบเดียวกันจะมีขนาดอะตอม จุดหลอมเหลวและจุดเดือด พลังงานไอออไนเซชัน อิเล็กโตรเนกาติวิตีและเลขออกซิเดชันเป็นอย่างไร
ขนาดอะตอม
ขนาดของอะตอมหาขอบเขตจำกัดได้ยาก เนื่องจากอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสตลอดเวลาด้วยความเร็วสูงและไม่มีตำแหน่งที่แน่นอน ดังนั้นขนาดอะตอมที่แน่นอนวัดกันไม่ได้ ในทางปฏิบัติจึงหาขนาดอะตอมด้วยรัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมคู่ที่สร้างพันธะต่อกันหรือที่อยู่ชิดกัน
การวัดรัศมีอะตอมสามารถวัดได้หลายวิธี คือ
1. ถ้าอะตอมโลหะอยู่ชิดกันและยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโลหะ ครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมภายในผลึกโลหะเป็นรัศมีอะตอม ที่เรียกว่า รัศมีโลหะ เช่น โซเดียมมีรัศมีอะตอมเท่ากับ 190 พิโกเมตร
2. ถ้าอะตอมสร้างพันธะโคเวเลนต์ ครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่สร้างพันธะกัน จะเป็นรัศมีอะตอม เรียกว่ารัศมีโคเวเลนต์ เช่น
รัศมีอะตอมของคลอรีน
ความยาวพันธะ = 198 พิโกเมตร
รัศมีอะตอม = 99 พิโกเมตร
ถ้าโมเลกุล 2 โมเลกุลยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ ครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองของแต่ละโมเลกุล เป็นรัศมีอะตอมที่เรียกว่า รัศมีแวนเดอร์วาลส์ เช่น คลอรีนเป็นโมเลกุลที่เป็นอะตอมคู่ จะมีทั้งรัศมีโคเวเลนต์ 99 พิโกเมตร และรัศมีแวนเดอร์วาลส์ 155 พิโกเมตร
เหตุผล ขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นจากบนลงล่าง เพราะธาตุในหมู่เดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้นเป็นผลให้จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและ
จำนวนระดับพลังงานที่มีอิเล็กตรอนอยู่เพิ่มขึ้นด้วย การที่เวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ห่างนิวเคลียสมากขึ้น เป็นผลให้ธาตุในหมู่เดียวกันมี
ขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นตามเลขอะตอม แสดงว่าการเพิ่มจำนวนระดับพลังงานมีผลมากกว่า การเพิ่มจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
แนวโน้มขนาดอะตอมในคาบเดียวกันจากซ้ายไปขวา ดังรูป
เหตุผล ขนาดอะตอมของธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันจากซ้ายไปขวา เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น
(เลขอะตอมแสดงถึงจำนวนโปรตอนที่นิวเคลียส) เพราะธาตุในคาบเดียวกันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานเดียวกัน แต่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสแตกต่างกัน ธาตุที่มีโปรตอนมากจะดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้แรงมากกว่าธาตุที่มีโปรตอนน้อย เวเลนซ์อิเล็กตรอนจึงเข้าใกล้นิวเคลียสได้มากกว่า ทำให้อะตอมมีขนาดเล็กลง
อิเล็กโทรเนกาติวีตี
อิเล็กโทรเนกาติวิตี คือ ค่าความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนของอะตอมที่รวมกันเป็น สารประกอบ ธาตุที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตีสูงจะดึงอิเล็กตรอนดีกว่าธาตุที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตีต่ำกว่า พอลิง นักเคมีชาวอเมริกา เป็นคนแรกที่ได้กำหนดค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตีของธาตุขึ้น แต่พอลิงไม่ได้คำนวณหาค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตีของก๊าซเฉื่อยไว้ เพราะก๊าซเฉื่อยทำปฏิกิริยาเกิดเป็นสารประกอบได้ยาก
เลขออกซิเดชัน
เลขออกซิเดชัน (Oxidation number) เลขออกซิเดชัน เป็นค่าประจุไฟฟ้า หรือประจุสมมุติของอะตอมหรือไอออนของธาตุ โดยคิดจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้หรือรับตามเกณฑ์ที่กำหนดขึ้น
เมื่อธาตุต่าง ๆ รวมกันเป็นสารประกอบธาตุที่ให้อิเล็กตรอน จะมีเลขออกซิเดชันเป็นบวกและมีค่าเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้นั้น ส่วนธาตุที่รับอิเล็กตรอนจะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ และมีค่าเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่รับนั้น
ตัวอย่างเช่น Zn เมื่อเกิดเป็นสารประกอบ จะให้อิเล็กตรอน 2 ตัว กลายเป็น Zn2+ ดังนั้นจึงมีเลขออกซิเดชัน +2
Na เป็น Na+ ให้อิเล็กตรอน 1 ตัว จึงมีเลขออกซิเดชัน = +1
Al เป็น Al3+ ให้อิเล็กตรอน 3 ตัว จึงมีเลขออกซิเดชัน = +3
Cl เป็น Cl- รับอิเล็กตรอน 1 ตัว จึงมีเลขออกซิเดชัน = -1
O เป็น O2- รับอิเล็กตรอน 2 ตัว จึงมีเลขออกซิเดชัน = -2
การพิจารณาการให้หรือรับอิเล็กตรอน จะใช้เกณฑ์จากค่าอิเล็กโทนเนกาติวิตี ธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า จะเป็นฝ่ายรับอิเล็กตรอน ในขณะที่ธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำกว่าจะเป็นฝ่ายให้อิเล็กตรอนโดยทั่วๆ ไป เมื่อใช้ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นเกณฑ์ ธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำจะมีเลขออกซิเดชันเป็นบวก และธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า จะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ
วิธีคิดเลขออกซิเดชันในสารประกอบไอออนิก
เนื่องจากธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบไอออนิก มีการให้และรับอิเล็กตรอน อย่างชัดเจน จึงแสดงค่าประจุไฟฟ้าที่ชัดเจน ทำให้หาค่าของเลขออกซิเดชันได้ง่าย เช่น
Na ให้อิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอนแก่ Cl ทำให้เป็น Na+ และ Cl-
เพราะฉะนั้นเลขออกซิเดชันของ Na = +1 และ Cl = -1
วิธีคิดเลขออกซิเดชันในสารประกอบโคเวเลนต์
เนื่องจากธาตุที่มารวมกันเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ มีแต่การใช้อิเล็กตรอนร่วมกันโดยไม่มีการให้หรือรับอิเล็กตรอน การพิจารณาเลขออกซิเดชัน จึงต้องพิจารณาจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน โดยถือว่า อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันทั้งหมดเป็นของธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า ซึ่งทำให้ธาตุดังกล่าวมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ
จากวิธีการหาเลขออกซิเดชันดังกล่าว จึงได้นำมาสรุปเป็นกฎเกณฑ์ดังนี้
เกณฑ์กำหนดค่าเลขออกซิเดชันของธาตุต่างๆ
1. ธาตุอิสระทุกชนิด มีเลขออกซิเดชัน = 0
ธาตุอิสระดังกล่าว ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของอะตอมหรือโมเลกุลไม่ว่าจะมีกี่อะตอมในโมเลกุล เช่น Na , H2 , S8 , P4 ต่างก็มีเลขออกซิเดชันเป็น 0
2. เลขออกซิเดชันของไอออน = ประจุของไอออน เช่น
Mg2+ มีเลขออกซิเดชัน = +2
Al3+ มีเลขออกซิเดชัน = +3
S2- มีเลขออกซิเดชัน = -2
3. เลขออกซิเดชันของธาตุบางชนิดในสารประกอบมีค่าเฉพาะตัวดังนี้
ก. เลขออกซิเดชันของโลหะแอลคาไล ได้แก่ โลหะหมู่ IA เช่น Li , Na, K, Rb ,
ในสารประกอบมีค่าเท่ากับ +1
ข. เลขออกซิเดชันของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ได้แก่ โลหะหมู่ที่ IIA เช่น Mg , Ba , Ca
ในสารประกอบมีค่าเท่ากับ +2
ค. เลขออกซิเดชันของออกซิเจน (O) ในสารประกอบทั่วไปมีค่าเท่ากับ -2 ยกเว้น
- สารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น H2O2 BaO2 Na2O2 O มีเลขออกซิเดชันเป็น -1
- สารประกอบซูเปอร์ออกไซด์ เช่น NaO2 KO2 O มีเลขออกซิเดชันเป็น - ใน OF2 เป็น +2
ง. เลขออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบทั่วไปเป็น +1 ยกเว้น
ในสารประกอบไฮไดรด์ เช่น NaH, CaH2 , AlH2 , เป็น -1
4. ในไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 1 ชนิด “ผลรวมของเลขออกซิเดชันของทุกๆ อะตอมเท่ากับประจุของไอออน” เช่น มีประจุ –2 หมายความว่านักเรียนนำเลขออกซิเดชันของ S 1 อะตอมบวกกับ O 4 อะตอมจะมีค่าเท่ากับ –2
ตัวอย่าง จงหาเลขออกซิเดชันของ
สมมติให้เลขออกซิเดชันของ Mn = X
เลขออกซิเดชันของ O = -2
4 อะตอมของ O มีเลขออกซิเดชันรวม = -8
ผลรวมของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในไอออนเท่ากับประจุของไอออน ดังนี้
X + (-8) = -2
X = -2 + 8 = 6
เลขออกซิเดชันของ Mn = +6
5. ในสารประกอบใด ๆ ผลรวมของเลขออกซิเดชันของทุกอะตอมเท่ากับศูนย์ เช่น MgO
เลขออกซิเดชันของ Mg = +2 ของ O = -2 รวมกัน
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น