Chemistry: บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

บทที่ 2.1 แบบจำลองอะตอม

แบบจำลองอะตอมของจอร์น ดอลตัน

ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอม

เพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้

1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆหลายอนุภาคเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า “อะตอม” ซึ่งแบ่งแยกและทำให้สูญหายไม่ได้

2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน แต่จะมีสมบัติ แตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่น

3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยา เคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ

จอห์น ดอลตัน ชาวอังกฤษ เสนอทฤษฎีอะตอมของดอลตัน

- อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด แบ่งแยกอีกไม่ได้

- อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน

- อะตอมต้องเกิดจากสารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมตัวกันทางเคมี

ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่ง แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของ ดอลตัน เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้

ลักษณะแบบจำลองอะตอมของดอลตัน

ทรงกลมตันมีขนาดเล็กที่สุดซึ้งแบ่งแยกอีกไม่ได้

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ทำการศึกษาและทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซโดยใช้หลอดรังสีแคโทด

หลอดรังสีแคโทด

เป็นเครื่องที่ใช่ทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าโดยหลอดรังสีแคโทดจะมีความดันต่ำมาก และความต่างศักย์สูงมาก วิลเลียม ครูกส์ได้สร้างหลอดรังสีแคโทดขึ้นมาโดยใช้แผ่นโลหะ 2 แผ่นเป็นขั้วไฟฟ้า โดยต่อขั้วไฟฟ้าลบกับขั้วลบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่า แคโทด และต่อขั้วไฟฟ้าบวกเข้ากับขั้วบวกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่า แอโนด

การค้นพบอิเล็กตรอน

เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ดัดแปลงหลอดรังสีใหม่ ดังรูป

รังสีพุ่งจากด้าแคโทดไปยังด้านแอโนด และจะมีรังสีส่วนหนึ่งทะลุออกไปกระทบกับฉากเรืองแสง

หลังจากนั้นทอมสันได้เพิ่มขั้วไฟฟ้าเข้าไปในหลอดรังสีแคโทดดังรูป

ปรากฎว่า รังสีนี้จะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวก แสดงว่า รังสีนี้ต้องเป็นประจุลบ แต่ไม่ทราบว่าเกิดจากก๊าซในหลอดรังสีแคโทด หรือเกิดจากขั้วไฟฟ้าทอมสันจึงทำการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซในหลอดรังสีแคโทด พบว่า ไม่ว่าจะใช้ก๊าซใดบรรจุในหลอดหรือใช้โลหะใดเป็นแคโทด จะได้ผลการทดลองเหมือนเดิม จึงสรุปได้ว่า อะตอมทุกชนิดมีอนุภาคที่มีประจุลบเป็นองค์ประกอบ เรียกว่า "อิเล็กตรอน"

การค้นพบโปรตอน

เนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า และการที่พบว่าอะตอมของธาตุทุกชนิดประกอบด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าองค์ประกอบอีกส่วนหนึ่งของอะตอม จะต้องมีประจุบวกด้วย ออยแกน โกลด์สไตน์ (Eugen Goldstein) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ได้ทดลองเกี่ยวกับหลอดรังสีแคโทด โดยดัดแปลงหลอดรังสีแคโทด ดังรูป

ผลการทดลองของโกสไตน์

เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า ปรากฏว่ามีจุดสว่างเกิดขึ้นทั้งฉากเรืองแสง ก. และฉากเรืองแสง ข.

โกลสไตน์ได้อธิบายว่า จุดเรืองแสงที่เกิดขึ้นบนฉากเรืองแสง ก. จะต้องเกิดจากที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก เคลื่อนที่ผ่านรูตรงกลางของแคโทด ไปยังฉากเรืองแสง แต่ยังไม่ทราบว่ารังสีที่มีประจุไฟฟ้าบวกนี้เกิดจากอะตอมของก๊าซ หรือเกิดจากอะตอมของขั้วไฟฟ้า และมีลักษณะเหมือนกันหรือไม่

โกลสไตน์ได้ทดลองเปลี่ยนชนิดของก๊าซในหลอดแก้วปรากฏว่าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกเหล่านี้มีอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่ใช้และเมื่อทดลองเปลี่ยนโลหะที่ใช้ทำเป็นขั้วไฟฟ้าหลายๆชนิดแต่ให้ก๊าซในหลอดแก้วชนิดเดียวกัน ปรากฏว่า ผลการทดลองได้อัตราส่วนประจุต่อมวลเท่ากันแสดงว่าอนุภาคบวกในหลอดรังสีแคโทดเกิดจากก๊าซไม่ได้เกิดจากขั้วไฟฟ้า

สรุปแบบจำลองของทอมสัน

จากผลการทดลอง ทั้งของทอมสันและโกลด์สไตน์ ทำให้ทอมสันได้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น จึงได้เสนอแบบจำลองอะตอม ดังนี้ อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ กระจัดกระจายอย่างสม่ำเสมอในอะตอมอะตอมที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ

บทที่ 2.2 อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป

_______จากการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม โดยมีข้อมูลต่างๆ จากการทดลองมาสนับสนุน สรุปได้ว่า อะตอมของธาตุต่างๆ จะประกอบด้วยอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอน (ยกเว้นอะตอมของธาตุไฮโดรเจน ที่ไม่มีนิวตรอน) ซึ่งมีจำนวนแตกต่างกันไป เลขที่แสดงจ้านวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม เรียกว่าเลขอะตอม (atomic number, Z) เลขอะตอมจะเป็นค่าเฉพาะของธาตุ ธาตุชนิดเดียวกันจะมีเลขอะตอมเท่ากันเสมอ ซึ่งที่สภาวะปกติจะมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน ส่วนเลขที่แสดงจำนวนผลบวกของโปรตอนและจำนวนนิวตรอน เราเรียกว่า เลขมวล (mass number, A) ซึ่งในนิวเคลียสของอะตอม เลขมวลจะมีค่าใกล้เคียงกับเลขของอะตอม โดยผลต่างของเลขมวลกับเลขของอะตอมจะเท่ากับจำนวนนิวตรอนโดยสามารถเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ได้ คือ

รูปที่ 1.1 สัญลักษณ์ของธาตุ
ที่มา : http://wasita2536338.blogspot.com/p/24-28-2554.html

เลขอะตอม คือ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของแต่ละอะตอมของธาตุ ในอะตอมที่เป็นกลางจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจ้านวนอิเล็กตรอน ดังนั้นเลขเชิงอะตอมจึงบอกจำนวนของอิเล็กตรอนของธาตุได้ด้วย เนื่องจากอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีค่าเลขเชิงอะตอมเท่ากันเสมอ เลขเชิงอะตอมจึงป็นเอกลักษณ์ของธาตุชนิดเดียวกัน เช่น เลขเชิงอะตอมของฟอสฟอรัสเท่ากับ 15 นั้นคือทุกๆ อะตอมที่เป็นกลางของฟอสฟอรัสจะมี 15 โปรตอน และมี 15 อิเล็กตรอน และกล่าวได้ว่าอะตอมใดๆ ในจักรวาลถ้ามี 15 โปรตอนแล้ว จะเรียกว่า “ฟอสฟอรัส” ทั้งสิ้น

เลขมวล คือ ผลรวมของนิวตรอนและโปรตอนที่มีในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุ นิวเคลียสในอะตอมอื่นๆ
ทั้งหมดจะมีทั้งโปรตอนและนิวตรอนอยู่ โดยทั่วไปแล้วเลขมวลหาได้ดังนี้
เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน
= เลขอะตอม + จำนวนนิวตรอน
จำนวนนิวตรอนในอะตอม = เลขมวล – เลขอะตอม
เช่น 2311Na ธาตุโซเดียม มีจำนวนโปรตอน (Z) = 11
dddddddddddddddddd มีจำนวนนิวตรอน = A – Z = 23 – 11 = 12
มีจำนวนอิเล็กตรอน = 11 (เท่ากับจำนวนโปรตอน) ___________________

__ไอโซโทป (isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีเลขอะตอม (Z) เท่ากัน แต่เลขมวล (A) ไม่เท่ากัน ตัวอย่างเช่น อะตอมของไฮโดรเจนมีเลขมวลสามชนิดโดยแตกต่างกันที่จำนวนนิวตรอน ได้แก่
_ไฮโดรเจน (Hydrogen) มี 1 โปรตอนและไม่มีนิวตรอน มีสัญลักษณ์ 11H
_ดิวทีเรียม (Deuterium) มี 1 โปรตอนและมี 1 นิวตรอน มีสัญลักษณ์ 21H
___ทริเทียม (Tritium) มี 1 โปรตอนและมี 2 นิวตรอน มีสัญลักษณ์ 31H
_ สมบัติทางเคมีของธาตุถูกก้าหนดโดยจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนในอะตอม นิวตรอนไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในการเปลี่ยนแปลงทางเคมีตามปกติ ดังนั้นไอโซโทปของธาตุเดียวกันจึงมีสมบัติทางเคมีเหมือนกันเกิดสารประกอบประเภทเดียวกันและมีความไวต่อปฏิกิริยาเคมีทำนอง

ไอโซโทน (isotone) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน แต่จำนวนโปรตอน เลขอะตอมและเลขมวลไม่เท่ากัน เช่น 3919K 4020Ca มีนิวตรอนเท่ากัน คือ 20

ไอโซบาร์ (isobar) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีเลขมวลเท่ากันแต่เลขอะตอมต่างกัน เช่น 146C 147N

บทที่ 2.3 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

จากการศึกษาแบบจำลองอะตอมโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่เรียกว่าสมการคลื่น คำนวณหาค่าพลังงานอิเล็กตรอน ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียส โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ และอยู่ในระดับพลังงานต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านั้นอยู่กันอย่างไร ในแต่ละระดับพลังงานจะมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดเท่าใด ให้นักเรียนพิจารณาข้อมูลจากตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุ

เวเลนซ์อิเล็กตรอน
เวเลนซ์อิเล็กตรอน คือ จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดหรือสูงสุด ของแต่ละธาตุจะมีอิเล็กตรอนไม่เกิน 8

การจัดอิเล็กตรอน มีความสัมพันธ์กับการจัดหมู่และคาบอย่างไร

เวเลนซ์อิเล็กตรอน จะตรงกับเลขที่ของหมู่ ดังนั้น ธาตุที่อยู่หมู่เดียวกันจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน
จำนวนระดับพลังงาน จะตรงกับเลขที่ของคาบ ดังนั้น ธาตุในคาบเดียวกันจะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน เช่น 35 Br มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังนี้ 2 , 8 , 18 , 7 ดังนั้น Br จะอยู่ในหมู่ที่ 7 เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 7 และอยู่ในคาบที่ 4 เพราะมีจำนวนระดับพลังงาน 4

หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอน

จะต้องจัดเรียงอิเล็กตรอนเข้าในระดับพลังงานต่ำสุดให้เต็มก่อน จึงจัดให้อยู่ระดับพลังงานถัดไป
เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเกิน 8 ไม่ได้
จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้าไปของธาตุในหมู่ IA , IIA เท่ากับ 8 ส่วนหมู่ IIIA – VIIIA เท่ากับ 18

การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
จากการศึกษาสเปกตรัมและกลศาสตร์ควันตัมของคลื่น ทำให้ทราบว่า ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ในระดับพลังงานเดียวกัน ยังแบ่งเป็นระดับพลังงานย่อยต่างๆ ซึ่งมี 4 ระดับพลังงานย่อย ได้แก่ s , p , d , f subshell แต่ละระดับพลังงานย่อย จะมีจำนวนอิเล็กตรอนต่างๆกัน

เมื่อพิจารณาข้อมูลในตารางจะพบว่าจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 1 มีได้มากที่สุดคือ 2 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานที่ 2 มีได้มากที่สุด 8 อิเล็กตรอน สำหรับระดับพลังงานที่ 3 นั้น จากการสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมทำให้ทราบว่ามีได้มากที่สุด 18 อิเล็กตรอน

หลักในการจัดเรียงอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานเป็นดังนี้

จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด ( valence electron ) มีได้ไม่เกิน 8 อิเล็กตรอน และจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานวงถัดเข้ามามีได้ไม่เกิน 18 อิเล็กตรอน
ระยะห่างระหว่างแต่ละระดับพลังงานจะไม่เท่ากัน n = 1 และ n = 2 จะอยู่ห่างกันมากที่สุด และระยะห่างระหว่างระดับพลังงานจะน้อยลงเรื่อยๆ เมื่อระดับพลังงานสูงขึ้น
จำนวนระดับพลังงานของอะตอมของธาตุจะบอกถึง “ คาบ ”
จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะบอกถึง “ หมู่ ”

ที่มา https://www.baanjomyut.com/library_2/arrangement_electron/01.html

บทที่ 2.4 ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก

สรุป เนื้อหา “ตารางธาตุ” และ “สมบัติของธาตุบางประการตามหมู่และตามคาบ” ดังนี้ อิอิส่วนที่ 1 ตารางธาตุ ก่อนจะเป็นตารางธาตุ

ปี พ.ศ. 2360 โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ เป็นนักเคมีคนแรกที่พยายามจัดธาตุเป็นกลุ่มๆ ละ 3 ธาตุ ตามสมบัติที่คล้ายคลึงกันเรียกว่า “ชุดสาม” โดยพบว่าธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีกสองธาตุที่เหลือ เช่น Na เป็นธาตุกลางระหว่าง Li กับ K มีมวลอะตอม 23 ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยนของมวลอะตอมของธาตุ Li ซึ่งมีมวล 7 กับธาตุ K ซึ่งมีมวลอะตอม 39 ดังรูป

หลักการนี้ใช้ไม่ได้กับธาตุบางชนิด ชุดสามของกลุ่มธาตุบางชนิด ธาตุตรงกลาง มีมวลอะตอมไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของธาตุที่เหลือทั้ง 2

ปี พ.ศ. 2407 จอห์น นิวแลนด์ ได้เสนอกฎในการจัดเรียงธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า “ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามากพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ” (ไม่รวมธาตุไฮโดรเจนและแก๊สเฉื่อย)

ธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ

ปี พ.ศ. 2412 ยูลิอุสโลทาร์ ไมเออร์ และ ดิมิทรี อิวา–โนวิช เมนเดเลเอฟ ได้จัดธาตุโดยเรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากโดยพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ เมนเดเลเอฟจึงตั้งกฎที่เรียกว่า กฏพิริออดิก และเรียกตารางธาตุว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ

ต่อมา เฮนรี โมสลีย์ ได้เสนอให้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆ ของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ดังนั้น ตารางธาตุปัจจุบันจึงจัดเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก

ตารางธาตุปัจจุบัน เรียงตามเลขออะตอมจากน้อยไปมาก

สรุปเกี่ยวกับตารางธาตุ แบ่งธาตุในแนวตั้ง (หมู่) แบ่งออกเป็น 18 แถว โดยธาตุทั้งหมด 18 แถว แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ

– กลุ่ม A มี 8 หมู่ คือ IA ถึง VIIIA

– กลุ่ม B มี 8 หมู่ คือ IB ถึง VIIIB เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน (Transition)

โดย

ธาตุหมู่ที่ IA เรียกว่า “โลหะแอลคาไลน์” ได้แก่ Li Na K Rb Cs และ Fr
ธาตุหมู่ที่ IIA เรียกว่า “ โลหะอัลคาไลน์ เอิร์ท” ได้แก่ Be Mg Ca Sr Ba และ Ra
ธาตุหมู่ที่ VIIA เรียกว่า “ธาตุเฮโลเจน (Halogen)” ได้แก่ F , Cl , Br , I และ At
ธาตุหมู่ที่ VIIIA เรียกว่า “ก๊าซเฉื่อย (Inert gas or Noble gas)” ได้แก่ He , Ne , Ar , Kr , Xe และ Rn

ตารางธาตุในแนวนอนเรียกว่า “คาบ” แบ่งได้ 7 คาบ

คาบที่ 6 แบ่งธาตุเป็น 2 กลุ่ม

– กลุ่มแรกมี 18 ธาตุ คือ Cs ถึง Rn

– กลุ่มที่สองมี 14 ธาตุ คือ Ce ถึง Lu เรียกกลุ่มนี้ว่าLantanides

คาบที่ 7 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม

– กลุ่มแรกเริ่มจาก Fr เป็นต้นไปและมีการค้นพบเกิดขึ้นตลอดเวลา

– กลุ่มสองมี 14 ธาตุคือ Th ถึง Lr เรียงกลุ่มนี้ว่า Actinides

“หมู่เดียวกัน จะมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขประจำหมู่”

“คาบเดียวกัน จะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขที่คาบ”

กลุ่ม s, p, d และ f-block สามารถจัดกลุ่มได้ดังรูป

การตั้งชื่อธาตุที่ค้นพบใหม่ ตั้งตามระบบ IUPAC (InternationalUnion of Pure and Applied Chemistry)

ใช้กับธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 100 ขึ้นไป
ให้ตั้งชื่อธาตุโดยระบุเลขอะตอมเป็น ภาษาละติน แล้วลงท้ายด้วย– ium

ระบบการนับเลขในภาษาละติน

0 นิล (nil)

1 อูน (un)

2 ไบ (bi)

3 ไตร (tri) 4 ควอด (quad) 5 เพนท์ (pent) 6 เฮกซ์ (hex) 7 เซปท์ (sept) 8 ออกต์(oct) 9 เอนน์ (enn) ตัวอย่างการเรียกชื่อ

ธาตุที่ 104 ตามระบบ IUPAC อ่านว่า

Unn+nil+quad+ium = Unnilquadium

ธาตุที่ 105 อ่านว่า

Unn+nil+pent+ium = Unnilpentium

ส่วนที่ 2 สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ

1. ขนาดอะตอม

การบอกขนาดอะตอมจะบอกโดยใช้รัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่มีแรงยึดเหนี่ยวอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน รัศมีอะตอมมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม

– รัศมีโคเวเลนต์ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของความยาวพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน

ตัวอย่างรัศมีโคเวเลนต์

– รัศมีแวนเดอร์วาลล์ คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด

ตัวอย่างรัศมีแวนเดอร์วาลล์

– รัศมีโลหะ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด

แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ

2. รัศมีไอออน

ไอออน คือ อะตอมของธาตุ หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่มีประจุ คือ ไอออนทุกชนิดจะต้องมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับอิเล็กตรอนถ้าจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนบวก และถ้ามีจำนวนโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนลบ

การบอกขนาดไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดอะตอม ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก

ตัวอย่างรัศมีไอออน

แนวโน้มของขนาดไอออนในตารางธาตุ

สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่ Link: รัศมีไอออน

3. พลังงานไออนไนเซชัน (Ionization Energy; IE)

คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุที่เป็นแก๊สครั้งละ 1 อิเล็กตรอนทำให้กลายเป็นไอออนบวกที่เป็นแก๊ส

สามารถเขียนสมการได้ดังนี้

X(g) + IE —-> X+ (g) + e–

ตัวอย่าง ค่า IE1 ถึง IE3 ของ Li

Li(g)

Li+(g) + e– IE1 = 520 kJ/mol

Li+(g)

Li2+(g) + e– IE2 = 7,394 kJ/mol

Li2+(g)

Li3+(g) + e– IE3 = 11,815 kJ/mol

ตัวอย่างกราฟไอออนไนเซชัน

แนวโน้มค่า IE

สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่ Link: IE หรือ IE (2)

4. อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electronegativity; EN)

คือ ค่าที่แสดงความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองของอะตอมของธาตุ ในพันธะเคมีหนึ่ง อะตอมที่มีค่า EN สูงจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมที่มี EN ต่ำ

ลักษณะทั่วไป

โลหะทั่วไปมีค่า EN ต่ำกว่า จึงเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเกิดไอออนบวก อโลหะทั่วไปมีค่า EN สูง จึงชิงอิเล็กตรอนได้ดีเกิดไอออนลบ ธาตุเฉื่อยไม่มีค่า EN
ค่า EN ขึ้นอยู่กับ

ก. ขนาดอะตอม หรือจำนวนระดับพลังงาน

ข. ถ้าอะตอมที่มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ค่า EN ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเกณฑ์

5. สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity; EA)

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงาน ที่อะตอมในสถานะแก๊ส คายออกมา เมื่อได้ รับอิเล็กตรอน

6. จุดเดือดและจุดหลอมเหลว

แนวโน้มจุดเดือดและจุดหลอมเหลว ตามหมู่

หมู่ IA IIA และ IIIA ลดลงจากบนลงล่าง (ลดตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น)
หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA เพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง (เพิ่มตามเลขอะตอม)
หมู่ IVA มีแนวโน้มที่ไม่แน่นอน

ตามคาบ

หมู่ IA IIA IIIA และ IVA แนวโน้มสูงขึ้น
หมู่ IVA มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงที่สุด เพราะบางธาตุมีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย
หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีค่าต่ำมาก

7. เลขออกซิเดชัน (Oxidation Number)

เลขออกซิเดชัน คือ เลขที่แสดงถึงค่าประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ

ธาตุแต่ละชนิดมีเลขออกซิเดชันเป็นเท่าไหร่ให้เป็นไปตามเกณฑ์ดังนี้

ตัวอย่างเลขออกซิเดชันของธาตุ

ตัวอย่างการหาค่าเลขออกซิเดชันครับ (ตาม Link เลยครับ)

Link: ตัวอย่างวิธีคิดเลขออกซิเดชัน

Link: ตัวอย่างไอออนลบที่ควรทราบ (อ้างอิงจาก: ChemistryKruBoy)

เป็นอย่างไรบ้างครับนักเรียน ครูหวังว่านักเรียนคงจะได้ความรู้ไปเยอะแยะเลยทีเดียว หากนักเรียนยังอยากได้ความรู้เพิ่มเติมอีก สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จาก Reference ดังนี้ หรือสามารถสืบค้นจากแหล่งข้อมูลอื่นๆ ก็ได้ครับ

ที่มา https://krujohnteachchem.wordpress.com/2015/07/22/%E0%B8%AA%E0%B8%A3%E0%B8%B8%E0%B8%9B%E0%B8%AA%E0%B8%A1%E0%B8%9A%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%B4%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B8%98%E0%B8%B2%E0%B8%95%E0%B8%B8%E0%B8%95%E0%B8%B2%E0%B8%A1%E0%B8%AB%E0%B8%A1/4

บทที่ 2.5 ธาตุแทรนซิชัน

นักเรียนได้ศึกษาสมบัติบางประการของธาตุหมู่ A มาแล้ว ต่อไปจะได้ศึกษาธาตุอีกกลุ่มหนึ่งซึ่งอยู่ระหว่างธาตุหมู่ IIA และหมู่ IIIA ที่เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน ประกอบด้วยธาตุหมู่ IB ถึงหมู่ VIIIB รวมทั้งกลุ่มแลนทาไนด์กับกลุ่มแอกทิไนด์ ดังรูป 3.4

รูป 3.4 ตารางธาตุแสดงเฉพาะธาตุแทรนซิชัน

ธาตุแทรนซิชันเหล่านี้มีอยู่ทั้งในธรรมชาติและได้จากการสังเคราะห์ บางธาตุเป็นธาตุกัมมันตรังสีธาตุแทรนซิชันมีสมบัติอย่างไร จะได้ศึกษาต่อไป

3.4.1 สมบัติของธาตุแทรนซิชัน
นักเคมีจัดธาตุแทรนซิชันไว้ในกลุ่มของธาตุที่เป็นโลหะ แต่ไม่ได้เป็นกลุ่มเดียวกับธาตุหมู่ IA IIA และ IIIA เพราะเหตุใดจึงจัดธาตุแทรนซิชันไว้อีกกลุ่มหนึ่ง เพื่อตอบคำถามนี้ให้ศึกษาสมบัติของธาตุแทรนซิชันเปรียบเทียบกับสมบัติของธาตุหมู่ IA และ IIA ที่อยู่ในคาบเดียวกันจากตาราง 3.5

ตาราง 3.5 สมบัติบางประการของโพแทสเซียม แคลเซียม และธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4

- ธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 กับโลหะโพแทสเซียมและแคลเซียม มีสมบัติใดคล้ายกันและสมบัติใดแตกต่างกัน

จากตาราง 3.5 พบว่าธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 มีสมบัติหลายประการคล้ายกับโลหะโพแทสเซียมและแคลเซียม เช่น พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 และอิเล็กโทรเนกาติวิตีมีค่าต่ำ แต่จุดหลอมเหลว จุดเดือด และความหนาแน่นมีค่าสูง และสูงมากกว่าหมู่ IA และหมู่ IIA ธาตุเทรนซิชัน จึงควรเป็นโลหะ แต่ธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 มีสมบัติบางประการที่แตกต่างจากโลหะโพแทสเซียมและแคลเซียมคือ มีขนาดอะตอมใกล้เคียงกันภายในกลุ่มของธาตุแทรนซิชันเอง แต่มีขนาดเล็กกว่าโลหะโพแทสเซียมและแคลเซียม นักเรียนคิดว่าเพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ให้พิจารณาการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุโพแทสเซียมแคลเซียมและธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 ในตาราง 3.6

ตาราง 3.6 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุโพแทสเซียม แคลเซียม และธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4

* [Ar] แทนการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุอาร์กอน

                  - การจัดอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 กับโลหะ K และ Ca แตกต่างกันอย่างไร
                  - ธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 มีการบรรจุอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยใด มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่าใด

                   เมื่อพิจารณาข้อมูลในตาราง 3.6 จะเห็นได้ว่าธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 ส่วนใหญ่มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็น 2 และมีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยที่อยู่ถัดจากระดับพลังงานนอกสุดเข้าไปไม่เท่ากัน เนื่องจากอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายบรรจุอยู่ในระดับพลังงานย่อย 3d เช่น ธาตุ Sc มีจำนวนอิเล็กตรอนใน 3d เป็น 1 ธาตุ Ti ซึ่งอยู่ในลำดับถัดไปมีอิเล็กตรอนใน 3d เป็น 2 และเพิ่มขึ้นจนครบ 10 ในธาตุ Cu การที่มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นในออร์บิทัล 3d ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนวงในที่สามารถกำบังแรงดึงดูดจากนิวเคลียสที่มีต่ออิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4s ได้มากแม้ว่าประจุในนิวเคลียสจะเพิ่มขึ้น ขนาดอะตอมของธาตุแทรนซิชันคาบที่ 4 จากซ้ายไปขวาจะมีขนาดลดลงเล็กน้อยและไม่แตกต่างกันอย่างชัดเจนเหมือนธาตุโพแทสเซียมและแคลเซียม ดังตาราง 3.5
                   จากการศึกษาเรื่องพันธะเคมีที่ผ่านมา นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า เมื่อธาตุกลุ่ม A ทำปฏิกิริยากัน อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเป็นอิเล็กตรอนในระดับพลังงานใด และจะเหมือนหรือแตกต่างจากธาตุแทรนซิชันหรือไม่

3.4.2 สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน
                 สารเคมีที่ได้ศึกษามาแล้ว เช่น KMnO_4

และ

เป็นสารประกอบของธาตุแทรนซิชัน สารประกอบของธาตุในกลุ่มนี้แตกต่างจากสารประกอบของโลหะในกลุ่ม A อย่างไร นักเรียนจะได้ศึกษาสมบัติของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีส เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาสมบัติของธาตุแทรนซิชันอื่นๆ ต่อไป

การทดลอง 3.3 การศึกษาสมบัติของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีส
ตอนที่ 1 สารประกอบของโครเมียม
1. ใส่สารละลาย K_2 Cr_2 CO_7

0.1 mol/

จำนวน0.5

ลงในหลอดทดลองขนาดเล็ก
2. เติมสารละลาย H_2 SO_4

1 mol/

จำนวน0.5

เขย่า สังเกตสีของสารละลาย
3. เติมสารละลาย H_2 O_2

เข้มข้นร้อยละ 6 โดยปริมาตร จำนวน 0.5 mol/ cm^3

เขย่า สังเกตการเปลี่ยนแปลง

ตอนที่ 2 สารประกอบของแมงกานีส
1. ใส่ NaOH 0.5 g ลงในหลอดทดลองขนาดกลางและใส่ MnO_2

ลงไปจำนวน 0.33 g โดยให้อยู่บน NaOH แล้วเผาจน NaOH หลอมรวมเป็นเนื้อเดียวกับ MnO_2

ตั้งไว้ให้เย็นแล้วเติมน้ำกลั่นลงไป 5 cm^3

เขย่า และตั้งไว้จนส่วนที่ไม่ละลายตกตะกอน สังเกตสีของสารละลาย
2. รินสารละลายจากข้อ 1 ประมาณ 2 cm^3

ใส่ในหลอดทดลองขนาดกลาง เติมสารละลาย H_2 SO_4

1 mol/

ลงไป 1

เขย่าและสังเกตการเปลี่ยนแปลง
3. หยดสารละลาย Na_2 S

0.1 mol/

ลงในสารละลายข้อ 2 ทีละหยดและเขย่าจนตะกอนไม่เกิดเพิ่มขึ้น สังเกตสีของตะกอนและสารละลาย กรองแล้วเก็บสารละลายที่กรองได้ไว้ทำการทดลองต่อไป
4. รินสารละลายจากข้อ 3 ประมาณ 2 cm^3

เติมสารละลายNaOH 2mol/ dm^3

ลงไปทีละหยดพร้อมกับเขย่า สังเกตสีของตะกอนที่เกิดขึ้นครั้งแรก แล้วเขย่าต่อไปอีกประมาณ 2 นาทีสังเกตสีของตะกอนและสารละลาย

ตาราง 3.7 สีของสารประกอบและไอออนของโครเมียมและแมงกานีสในน้ำ

* ไม่ละลายน้ำ

                  - สารที่เกิดขึ้นจากการทดลองในแต่ละตอนคือสารใดบ้าง ให้พิจารณาโดยเทียบกับสีของสารและไอออนในตาราง 3.7
                  - เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในการทดลอง
                  - เลขออกซิเดชันของแมงกานิสและโครเมียมในแต่ละปฏิกิริยามีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร
                  - สีของสารมีความสัมพันธ์กับเลขออกซิเดชันหรือไม่ อย่างไร

                   เมื่อเปรียบเทียบสีของสารละลายจากผลการทดลองกับข้อมูลในตาราง 3.7 รวมทั้งใช้ความรู้เกี่ยวกับเลขออกซิเดชันของธาตุ สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจากผลการทดลองในตอนที่ 1 ได้ว่า เมื่อเติมกรดซัลฟิวริกลงในสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต สารละลายยังคงมีสีส้มแสดงว่า ${\rmCr}_{\rm 2} O_7^{2 - }$ ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง เมื่อเติมสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงไปอีกสารหนึ่ง สารละลายเปลี่ยนเป็นสีเขียว แสดงว่าโครเมียมอะตอมใน ${\rm Cr}_{\rm 2} O_7^{2 - }$ ซึ่งมีเลขออกซิเดชัน +6 เปลี่ยนเป็น Cr^3+

ซึ่งมีเลขออกซิเดชัน +3 เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในตอนที่ 1 ได้ดังนี้

ในทำนองเดียวกันจากการทดลองตอนที่ 2 เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นได้ดังนี

                   จากผลการทดลองทั้งสองตอนทำให้ทราบว่าโครเมียมและแมงกานีสมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่านอกจากนี้สารประกอบของทั้งโครเมียมและแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชันแตกต่างกันจะมีสีแตกต่างกันด้วย เช่นโครเมียมที่มีเลขออกซิเดชัน +2 และ +3 จะมีสีฟ้าและเขียว ตามลำดับ ส่วนแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชัน +3   +6 และ +7 จะมีสีน้ำตาล สีเขียว และสีม่วงแดงตามลำดับ
                  นักเรียนคิดว่าเพราะเหตุใดโครเมียมและแมงกานีสจึงมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เพื่อเป็นแนวทางในการอธิบายธาตุเทรนซิชันอื่นๆ ให้พิจารณาตัวอย่างการจัดเรียงอิเล็กตรอนของโครเมียมและโครเมียมไอออนในตาราง 3.8

ตาราง 3.8 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของโครเมียมและโครเมียมไอออนที่มีเลขออกซิเดชันต่างๆ

จากตาราง 3.8 จะพบว่าโครเมียมเกิดเป็นไอออนที่มีประจุได้ตั้งแต่ +1 ถึง +6 โดยที่การเกิดเป็น [tex]Cr^ +[/tex] อะตอมจะเสีย 1 อิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดก่อนคือ 4s เมื่อเกิดเป็นไอออนที่มีประจุสูงขึ้น อะตอมจะเสียอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงาน 3d การที่โครเมียมสามารถให้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ถัดเข้าไปจากระดับพลังงานนอกสุดและเกิดเป็นไอออนที่เสถียร ทำให้โครเมียมมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ธาตุแทรนซิซันอื่นๆ ก็สามารถให้อิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกับโครเมียมและมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่าจึงเกิดสารประกอบได้หลายชนิดซึ่งนักเรียนได้ศึกษาเลขออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบของธาตุเหล่านี้มาแล้ว

3.4.3 สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน
สารประกอบของธาตุแทรนซิชันชนิดต่างๆ เช่น KMnO_4

ประกอบด้วย K^ +

และ

ส่วน

ประกอบด้วย K^ +

และ

ทั้ง

และ

จัดเป็นไอออนเชิงซ้อนที่มีธาตุแทรนซิชันเป็นอะตอมกลางและยึดเหนี่ยวกับอะตอมหรือไอออนอื่นๆ ที่มาล้อมรอบด้วยพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ เขียนแสดงได้ดังนี้

สารประกอบที่ประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนจัดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่จะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อย ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่จะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีสีต่างๆ กันดังที่ได้ศึกษามาแล้วในการทดลอง 3.3 ต่อไปจะศึกษาว่าสีของสารประกอบของธาตุแทรนซิชันเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเลขออกซิเดชันเพียงประการเดียวหรือมีปัจจัยอื่นมาเกี่ยวข้องด้วย โดยใช้โลหะทองแดงเป็นตัวอย่างของธาตุแทรนซิชันจากการทดลองต่อไปนี้

การทดลอง 3.4 การเตรียมสารประกอบเชิงซ้อนของทองแดง
สารประกอบของธาตุแทรนซิชันชนิดต่างๆ เช่น KMnO_4

ประกอบด้วย K^ +

และ

ส่วน

ประกอบด้วย K^ +

และ

ทั้ง

และ

จัดเป็นไอออนเชิงซ้อนที่มีธาตุแทรนซิชันเป็นอะตอมกลางและยึดเหนี่ยวกับอะตอมหรือไอออนอื่นๆ ที่มาล้อมรอบด้วยพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ เขียนแสดงได้ดังนี้

                  - สีของสารที่เตรียมได้แตกต่างจากสารตั้งต้นหรือไม่ อย่างไร
                  - สารที่เตรียมได้เมื่อเก็บไว้ 1 คืน มีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร

                     จากการทดลองเมื่อเติมสารละลายแอมโมเนียเข้มข้นลงในสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต จะเกิดตะกอนสีครามของเตตระแอมมีนคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตมอนอไฮเดรต โดยมีสูตรเป็น $Cu(NH_3 )SO_4  \cdot H_2 O$ ซึ่งแตกต่างจากสารตั้งต้นที่มีสีฟ้า การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเขียนสมการแสดงได้ดังนี้

เมื่อเก็บผลึกไว้ 1 คืนสีของผลึกจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวแกมฟ้า เนื่องจากผลึกนี้สลายตัวให้น้ำและแอมโมเนียออกมาอย่างละ 1 โมเลกุลเกิดเป็น Cu(NH_3 )_3 SO_4

ดังสมการ

ถ้าพิจารณาเลขออกซิเดชันของทองแดงในสารประกอบทั้งสามชนิดจะพบว่ามีค่า +2 เท่ากัน แต่ชนิดและจำนวนโมเลกุลของสารที่มาล้อมรอบคอปเปอร์ (II) ไอออนแตกต่างกัน ตัวอย่างสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุอื่นๆ แสดงในตาราง 3.9

                  - เพราะเหตุใดสารประกอบเชิงซ้อนแต่ละคู่ต่อไปนี้มีสีแตกต่างกัน
                                    ก. สารลำดับที่ 2 กับ 4
                                    ข. สารลำดับที่ 1 กับ 2 และ 6 กับ 7
                                    ค. สารลำดับที่ 3 กับ 4 และ 9 กับ 10
                                    ง. สารลำดับที่ 13 กับ 14
                  - ปัจจัยใดบ้างที่ทำให้สารประกอบเชิงซ้อนมีสีแตกต่างกัน

                  จากข้อมูลในตาราง 3.9 ช่วยให้มีความรู้ว่าธาตุแทรนซิชันชนิดหนึ่งๆ อาจเกิดเป็นสารประกอบที่มีธาตุองค์ประกอบเหมือนกันได้มากกว่าหนึ่งชนิดสารประกอบแต่ละชนิดมีสีแตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน ชนิดและจำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบธาตุแทรนซิชันนั้น

บทที่ 2.6 ธาตุกัมมันตรังสี

ความหมายของธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึงธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82

กัมมันตภาพรังสี หมายถึงปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา
ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น

(ธาตุยูเรเนียม) (ธาตุทอเลียม) (อนุภาคแอลฟา)

จะเห็นได้ว่า การแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้ หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิม และธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกัน เรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ

กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) เกิดจากการเสื่อมสลายโดยตัวเองของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร เป็นผลให้ได้อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบต้า และรังสีแกมมาซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นสั้นมากและมีพลังงาน สูง ทั้งหมดนี้พุ่งออกมาด้วยความเร็วสูงมาก ในบางกรณีอาจมีพลังงานความร้อนและพลังงานแสงเกิดตามมาด้วย เช่น การเสื่อมสลายของนิวเคลียสของธาตุเรเดียมไปเป็นธาตุเรดอน

คำว่ากัมมันตภาพรังสีนี้ มีหลายคนใช้ผิด โดยสับสนกับคำว่า กัมมันตรังสี ซึ่งจะขออธิบายดังนี้

กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นคำนาม หมายถึง สภาพการแผ่รังสีของธาตุหนึ่ง ๆ ที่ไม่เสถียร เช่น O-18 เป็นต้น
กัมมันตรังสี (Radioactive) เป็นคำคุณศัพท์ ส่วนใหญ่ใช้ขยายคำว่าธาตุ คือ ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ตัวธาตุที่ปล่อยรังสี (อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบต้า และรังสีแกมมา) ออกมา

กัมมันตภาพรังสี...คืออะไร?

กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นคุณสมบัติของธาตุและไอโซโทปบางส่วน ที่สามารถเปลี่ยนแปลงตัวเองเป็นธาตุหรือไอโซโทปอื่น ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้จะมีการปลดปล่อยหรือส่งรังสีออกมาด้วย ปรากฏการณ์นี้ได้พบครั้งแรกโดย เบคเคอเรล เมื่อปี พ.ศ. 2439 ต่อ มาได้มีการพิสูจน์ทราบว่า รังสีที่แผ่ออกมาในขบวนการสลายตัวของธาตุหรือไอโซโทปนั้นประกอบด้วย รังสีแอลฟา, รังสีเบต้า และรังสีแกมมา

รังสีแอลฟา
รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล 4 amu มีประจุ +2 อนุภาคชนิดนี้จะถูกกั้นไว้ด้วยแผ่นกระดาษหรือเพียงแค่ผิวหนังชั้นนอกของคนเราเท่านั้น

การสลายตัวให้รังสีแอลฟา
90Th 232----->88Ra 228 + 2a 4

รังสีเบต้า
รังสี ที่ประกอบด้วยอนุภาคอิเลคตรอนหรือโพสิตรอน รังสีนี้มีคุณสมบัติทะลุทะลวงตัวกลางได้ดีกว่ารังสีแอลฟา สามารถทะลุผ่านน้ำที่ลึกประมาณ 1 นิ้วหรือประมาณความหนาของผิวเนื้อที่ฝ่ามือได้ รังสีเบต้าจะถูกกั้นได้โดยใช้แผ่นอะลูมิเนียมชนิดบาง

การสลายตัวให้รังสีบีตา
79Au 198----->80Hg 198 + -1b 0
7N 13----->6C 13 + +1b 0

รังสีแกมมา
รังสี ที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง มีคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับรังสีเอกซ์ที่สามารถทะลุผ่านร่างกายได้ การกำบังรังสีแกมมาต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเช่น ตะกั่วหรือยูเรเนียม เป็นต้น

การสลายตัวให้รังสีแกมมา
27Co 60----->-1b 0 + 28Ni 60----->28Ni60 + g

ที่มา http://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7085-2017-05-28-03-07-00

บทที่ 2.7 การนำธาตุไปใช้ประโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี

          1. ด้านธรณีวิทยา มีการใช้ C-14 คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรืออายุของซากดึกดำบรรพ์
          2. ด้านการแพทย์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง ในการรักษาโรคมะเร็งบางชนิด กระทำได้โดยการฉายรังสีแกมมาที่ได้จาก โคบอลต์-60 เข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง ผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งในระยะแรกสามารถรักษาให้หายขาดได้ แล้วยังใช้โซเดียม-24 ที่อยู่ในรูปของ NaCl ฉีดเข้าไปในเส้นเลือด เพื่อตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดย โซเดียม-24 จะสลายให้รังสีบีตาซึ่งสามารถตรวจวัดได้ และสามารถบอกได้ว่ามีการตีบตันของเส้นเลือดหรือไม่
          3. ด้านเกษตรกรรม มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีติดตามระยะเวลาการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืช โดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่รากจนกระทั่งถึงการคายออกที่ใบ หรือใช้ศึกษาความต้องการแร่ธาตุของพืช
          4. ด้านอุตสาหกรรม ในอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นโลหะ จะใช้ประโยชน์จากกัมมันตภาพรังสีในการควบคุมการรีดแผ่นโลหะ เพื่อให้ได้ความหนาสม่ำเสมอตลอดแผ่น โดยใช้รังสีบีตายิงผ่านแนวตั้งฉากกับแผ่นโลหะที่รีดแล้ว แล้ววัดปริมาณรังสีที่ทะลุผ่านแผ่นโลหะออกมาด้วยเครื่องวัดรังสี ถ้าความหนาของแผ่นโลหะที่รีดแล้วผิดไปจากความหนาที่ตั้งไว้ เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปควบคุมความหนา โดยสั่งให้มอเตอร์กดหรือผ่อนลูกกลิ้ง เพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ

โทษของธาตุกัมมันตรังสี
          เนื่องจากรังสีสามารถทำให้ตัวกลางที่มันเคลื่อนที่ผ่าน เกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้ รังสีจึงมีอันตรายต่อมนุษย์ ผลของรังสีต่อมนุษย์สามารถแยกได้เป็น 2 ประเภทคือ ผลทางพันธุกรรมและความป่วยไข้จากรังสี ผลทางพันธุกรรมจากรังสี จะมีผลทำให้การสร้างเซลล์ใหม่ในร่างกายมนุษย์เกิดการกลายพันธุ์ โดยเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์ ส่วนผลที่ทำให้เกิดความป่วยไข้จากรังสี เนื่องจากเมื่ออวัยวะส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายได้รับรังสี โมเลกุลของธาตุต่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตัว ทำให้เกิดอากาป่วยไข้ได้
          หลักในการป้องกันอันตรายจากรังสี มีดังนี้
                - ใช้เวลาเข้าใกล้บริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีให้น้อยที่สุด
                - พยายามอยู่ให้***งจากกัมมันตภาพรังสีให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้
                - ใช้ตะกั่ว คอนกรีต น้ำ หรือพาราฟิน เป็นเครื่องกำบังบริเวณที่มีการแผ่รังสี

ที่มา https://talk.mthai.com/inbox/337931.html

Chemistry

บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

บทที่ 2.1 แบบจำลองอะตอม

บทที่ 2.2 อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป

ไอโซบาร์ (isobar) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีเลขมวลเท่ากันแต่เลขอะตอมต่างกัน เช่น 146C 147N

บทที่ 2.3 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

บทที่ 2.4 ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก

“หมู่เดียวกัน จะมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขประจำหมู่”

“คาบเดียวกัน จะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขที่คาบ”

ส่วนที่ 2 สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ

ตัวอย่างกราฟไอออนไนเซชัน

แนวโน้มค่า IE

บทที่ 2.5 ธาตุแทรนซิชัน

บทที่ 2.6 ธาตุกัมมันตรังสี

บทที่ 2.7 การนำธาตุไปใช้ประโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

รายงานการละเมิด