อะตอมและตารางธาตุ

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมี เลม่ 1 94 จากสมบตั ติ า่ ง ๆ ของธาตใุ นตารางธาตทุ ไ่ี ดศ้ กึ ษามาแลว้ จะพบวา่ สว่ นใหญม่ กี ารเปลย่ี นแปลง คอ่ นขา้ งสม�ำ่ เสมอท�ำ ใหส้ ามารถท�ำ นายแนวโนม้ สมบตั ขิ องธาตใุ นตารางธาตไุ ด ้ นอกจากนย้ี งั มสี มบตั ิ อน่ื ๆ ของธาตอุ กี หลายประการซง่ึ ตอ้ งพจิ ารณาจากการเกดิ สารประกอบ สมบตั ดิ งั กลา่ วนน้ั จะไดศ้ กึ ษา รายละเอยี ดในบทตอ่ ไป หา้ มเผยแพร่ ท้าซา้แบบฝึกหดั 2.4 1. ธาตทุ ก่ี �ำ หนดใหต้ อ่ ไปนอ้ี ยใู่ นหมใู่ ดและคาบใดในตารางธาตแุ ละมสี มบตั เิ ปน็ โลหะ กง่ึ โลหะ สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ย หรอื อโลหะ (ตอบค�ำ ถามโดยไมใ่ ชต้ ารางธาต)ุ 1.1 ธาตุ A มีเลขอะตอมเทา่ กับ 11 1.2 ธาตุ B มีจ�ำ นวนโปรตอนเท่ากบั 20 1.3 ธาตุ C มจี �ำ นวนอเิ ล็กตรอนเทา่ กบั 35 ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซา้ 1.4 ธาตุ D มเี ลขมวล 31 และมจี �ำ นวนนวิ ตรอน 16 1.5 ธาตุ E มีเลขมวล 72 และมเี ลขอะตอม 32 2. ธาตแุ ตล่ ะคูต่ อ่ ไปนี้ ธาตใุ ดมขี นาดใหญ่กว่า 2.1 K กับ Ca 2.4 Rb กบั Cs 2.7 N กบั P สงวนสิทธิ์โดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ย 2.2 F กับ Na 2.5 Ca กบั Sr 2.8 B กบั C 2.3 Mg กับ Ca 2.6 S กับ C 2.9 Cl กบั O 3. ไอออนแตล่ ะคู่ต่อไปนี้ ไอออนใดมขี นาดใหญก่ วา่ ดัดแปลง 3.1 Mg²+ กบั Ca²+ 3.3 F- กับ Na+ 3.2 S²- กบั Cl- 3.4 Ca²+ กับ Al³+ 4. ธาตุ X Y และ Z เป็นธาตุหมู่ IA IIA และ VIIA ตามลำ�ดับ และอยู่ในคาบเดียวกัน จงเปรยี บเทยี บสมบตั ติ ่อไปนี้ 4.1 พลังงานไอออไนเซชนั ล�ำ ดบั ท่ี 1 4.2 อิเลก็ โทรเนกาติวิตี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 95 2.5 ธาตแุ ทรนซชิ นั นักเรียนได้ศึกษาสมบัติบางประการของธาตุหมู่ A มาแล้ว ต่อไปจะได้ศึกษาธาตุอีกกลุ่มหนึ่ง ซง่ึ อยรู่ ะหวา่ งธาตหุ มู่ IIA และหมู่ IIIA ทเ่ี รยี กวา่ ธาตแุ ทรนซชิ นั ประกอบดว้ ยธาตหุ มู่ IB ถงึ หมู่ VIIIB รวมทง้ั กลมุ่ ธาตแุ ลนทานอยดก์ บั กลมุ่ ธาตแุ อกทนิ อยด ์ ดงั รปู 2.29 สงวนสทิ ธโ์ิ ดยดสัดสแวปทลส.งงวหหน้ารสมือทิเจผธ้าย์ิโหดแนพยา่ รยส่ สทวา้ ทซ.้า หห้ารมือเจผา้ ยหแนพา่ รย่ ท้าซ้ารปู 2.29ธาตแุ ทรนซชิ นั ธาตแุ ทรนซชิ นั เหลา่ นม้ี อี ยทู่ ง้ั ในธรรมชาตแิ ละไดจ้ ากการสงั เคราะห ์ บางธาตเุ ปน็ ธาตกุ มั มนั ตรงั สี ธาตแุ ทรนซชิ นั มสี มบตั อิ ยา่ งไร จะไดศ้ กึ ษาตอ่ ไป ดัดแปลง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมี เล่ม 1 96 2.5.1 สมบัติของธาตุแทรนซิชนั นักเคมจี ดั ธาตุแทรนซชิ ันไว้ในกล่มุ ของธาตุท่ีเป็นโลหะ แตไ่ ม่ได้อย่กู ลุ่มเดียวกบั ธาตุหมู่ IA IIA และ IIIA เพราะเหตุใดจงึ จดั ธาตแุ ทรนซชิ ันไว้อีกกล่มุ หน่งึ เพ่อื ตอบค�ำ ถามนใี้ หศ้ กึ ษาสมบัตขิ อง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า ตาราง 2.11 สมบตั บิ างประการของโพแทสเซยี ม แคลเซยี ม และธาตแุ ทรนซชิ นั ในคาบท่ี 4 ธาตุแทรนซิชนั เปรียบเทยี บกับสมบตั ิของธาตหุ ม ู่ IA และ IIA ทอี่ ยใู่ นคาบเดยี วกนั จากตาราง 2.11 รัศมี จุด จดุ เดอื ด ความหนา (kJI/Em1ol) อะตอม หลอมเหลว (ºC) แน่น ธาตุ เลขอะตอม (pm) (g/mL) EN (ºC) สงวนสิทธิ์โดย สสวท. หรือจ้าหน่ายK 19 Ca 20 227 63 759 0.89 425 0.82 Sc 21 Ti 22 197 842 1484 1.54 596 1.00 ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซา้V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ยCo 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30 160 1541 2836 2.99 639 1.36 150 1670 3287 4.51 665 1.54 140 1910 3407 6.00 657 1.63 130 1907 2671 7.15 659 1.66 140 1246 2061 7.30 723 1.55 130 1538 2861 7.87 768 1.83 130 1495 2927 8.86 766 1.88 130 1455 2913 8.90 743 1.91 130 1085 2562 8.96 752 1.90 ดัดแปลง จากตาราง 2.11 พบวา่ ธาตแุ ทรนซชิ นั ในคาบท่ี 4 มสี มบตั หิ ลายประการคลา้ ยกบั โลหะหมหู่ ลกั ในคาบเดยี วกนั เชน่ มคี า่ พลงั งานไอออไนเซชนั ล�ำ ดบั ท่ี 1 และอเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ตี �ำ่ อยา่ งไรกต็ าม ธาตแุ ทรนซชิ นั มจี ดุ หลอมเหลว จดุ เดอื ด และความหนาแนน่ สงู กวา่ โลหะหมหู่ ลกั เมอ่ื พจิ ารณาขนาด 130 419 907 7.14 913 1.65 อะตอมพบวา่ ธาตแุ ทรนซชิ นั มขี นาดใกลเ้ คยี งกนั และมขี นาดเลก็ กวา่ โลหะโพแทสเซยี มและแคลเซยี ม เพอ่ื อธบิ ายเกย่ี วกบั ขนาดอะตอมของธาตแุ ทรนซชิ นั ใหน้ กั เรยี นพจิ ารณาการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของ ธาตโุ พแทสเซยี ม แคลเซยี ม และธาตแุ ทรนซชิ นั ในคาบท่ี 4 ในตาราง 2.12 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 97 ตาราง 2.12 การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของ K Ca และธาตแุ ทรนซชิ นั ในคาบท่ี 4 ธาตุ เลขอะตอม การจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอน จำ�นวนอเิ ล็กตรอน ในระดบั พลงั งานยอ่ ย ในระดบั พลงั งาน ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าK 19 [Ar]4s¹ 2881 Ca 20 [Ar]4s² 2882 Sc 21 [Ar]3d¹4s² 2892 Ti 22 [Ar]3d²4s² 2 8 10 2 [Ar]3d³4s² 2 8 11 2 สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยV 23[Ar]3d⁵4s¹ 2 8 13 1 Cr 24 [Ar]3d⁵4s² 2 8 13 2 Mn 25 [Ar]3d⁶4s² 2 8 14 2 Fe 26 [Ar]3d⁷4s² 2 8 15 2 ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้าCo 27 [Ar]3d⁸4s² 2 8 16 2 Ni 28 [Ar]3d¹⁰4s¹ 2 8 18 1 Cu 29 [Ar]3d¹⁰4s² 2 8 18 2 Zn 30 สงวนสิทธิโ์ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย* [Ar] แทนการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของธาตอุ ารก์ อนซง่ึ คอื 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ จากตาราง 2.12 จะเหน็ ไดว้ า่ ธาตแุ ทรนซชิ นั ในคาบท่ี 4 สว่ นใหญม่ จี �ำ นวนเวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน เปน็ 2 และมจี �ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานยอ่ ยทอ่ี ยถู่ ดั จากระดบั พลงั งานนอกสดุ เขา้ ไปไมเ่ ทา่ กนั ดดั แปลงเนอ่ื งจากอเิ ลก็ ตรอนตวั สดุ ทา้ ยบรรจอุ ยใู่ นระดบั พลงั งานยอ่ ย 3d เชน่ ธาตุ Sc มจี �ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนใน 3d เปน็ 1 ธาตุ Ti ซง่ึ อยใู่ นล�ำ ดบั ถดั ไปมอี เิ ลก็ ตรอนใน 3d เปน็ 2 และเพม่ิ ขน้ึ จนครบ 10 ในธาตุ Cu การทม่ี ี อเิ ลก็ ตรอนเพม่ิ ขน้ึ ในออรบ์ ทิ ลั 3d ซง่ึ เปน็ อเิ ลก็ ตรอนวงในทส่ี ามารถก�ำ บงั แรงดงึ ดดู จากนวิ เคลยี สทม่ี ตี อ่ อเิ ลก็ ตรอนในออรบ์ ทิ ลั 4s ไดก้ ไ็ มท่ �ำ ใหแ้ รงดงึ ดดู ตอ่ อเิ ลก็ ตรอนในชน้ั 4s ตา่ งกนั มากนกั แมว้ า่ เลขอะตอม หรอื ประจใุ นนวิ เคลยี สจะเพม่ิ ขน้ึ ขนาดอะตอมของธาตแุ ทรนซชิ นั คาบท่ี 4 จากซา้ ยไปขวาจงึ มขี นาด ลดลงเพยี งเลก็ นอ้ ยและไมแ่ ตกตา่ งกนั อยา่ งชดั เจนเหมอื นธาตโุ พแทสเซยี มและแคลเซยี ม นอกจากสมบตั ิ ต่าง ๆ ในในตาราง 2.11 และ 2.12 แล้ว โลหะหมู่หลักและโลหะแทรนซิชันยังมีสมบัติใดแตกต่างกัน อกี บา้ ง ศกึ ษาไดจ้ ากกจิ กรรม 2.4 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมี เล่ม 1 98 กิจกรรม 2.4 สีของสารประกอบ จุดประสงคข์ องกิจกรรม หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า เปรียบเทียบสขี องสารประกอบของโลหะหม่หู ลกั กบั โลหะแทรนซิชนั วัสดแุ ละอุปกรณ์ ชดุ บตั รภาพสารประกอบ สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่ายวิธที ำ�กจิ กรรม 1. รบั บตั รภาพสารประกอบ กลุ่มละ 1 ชดุ ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า 2. จำ�แนกสารทั้ง 10 ชนิดว่าสารใดเป็นสารประกอบของโลหะหมู่หลักและสารใดเป็น สารประกอบของโลหะแทรนซิชนั 3. สังเกตและเปรยี บเทยี บสขี องสารประกอบของโลหะหมู่หลัก และสารประกอบของ โลหะแทรนซชิ นั จากบัตรภาพ บนั ทึกการสงั เกต สงวนสทิ ธิโ์ ดยดสัดสแวปทล.ง หรือจา้ หน่ายตัวอยา่ งบัตรภาพ คอปเปอร(์ II)ซลั เฟต เพนตะไฮเดรต (CuSO₄•5H₂O) คำ�ถามท้ายกิจกรรม สขี องสารประกอบของโลหะหมูห่ ลักและสารประกอบของโลหะแทรนซชิ นั เหมอื นหรอื ตา่ ง กนั อยา่ งไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 99 จากกจิ กรรมการจดั กลุ่มสารทำ�ใหท้ ราบว่า สารประกอบของโลหะหม่หู ลกั สว่ นใหญเ่ ป็นสีขาว หรือใสไม่มีสี ส่วนสารประกอบของโลหะแทรนซชิ นั จะมไี ดห้ ลายสี เชน่ CuSO₄•5H₂O มสี ฟี า้ MnO₂ มีสเี ทาเกือบด�ำ ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้าชวนคิด นกั เรยี นคดิ วา่ KMnO₄ K₂CrO₄ และ Na₂CoCl₄ เปน็ สารประกอบทม่ี สี หี รอื ไม่ เพราะเหตใุ ด สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรือจา้ หน่าย จากกิจกรรม 2.4 นักเรียนได้สังเกตความแตกต่างของสารประกอบของโลหะหมู่หลักและ โลหะแทรนซชิ ัน และสามารถบอกความแตกต่างได้ดว้ ยการสังเกต นอกจากสีของสารประกอบแลว้ ความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาของโลหะท้ังสองกลุ่มยังแตกต่างกันด้วยซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาจาก กิจกรรม 2.5 ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซา้กิจกรรม 2.5 การทดลองการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมีกบั น�ำ้ สงวนสิทธ์ิโดย สสวท. หรอื จ้าหนา่ ยจุดประสงคก์ ารทดลอง 1. ท�ำ การทดลองเพอ่ื ศกึ ษาปฏกิ ริ ยิ าเคมรี ะหวา่ งโซเดยี ม แมกนเี ซยี ม ทองแดง และสงั กะสกี บั น�ำ้ 2. เปรยี บเทยี บความวอ่ งไวในการท�ำ ปฏกิ ริ ยิ าเคมกี บั น�ำ้ ของธาตหุ ม ู่ IA IIA และธาตแุ ทรนซชิ นั 3. ระบุสมบตั คิ วามเปน็ กรดและเบสของสารละลายที่เกิดขน้ึ ในปฏกิ ริ ิยาเคมี ดดั แปลงวัสดุ อุปกรณ์ และสารเคมี 1. โลหะโซเดียม (Na) 7. ฟีนอลฟ์ ทาลีน 2. ลวดแมกนเี ซยี ม (Mg) 8. น�ำ้ กลั่น 3. ทองแดง (Cu) 9. บกี เกอร์ 4. สงั กะสี (Zn) 10. หลอดทดลอง 5. สารละลายกรดไฮดรอคลอริก (HCl) 11. ทีว่ างหลอดทดลอง 6. สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ (NaOH) 12. หลอดหยด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

100 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมี เลม่ 1 13. กระบอกตวง 16. เทอร์มอมิเตอร์ 14. กระดาษทรายเบอร์ 1 17. กระจกนาฬกิ า 15. ตะเกียงแอลกอฮอลพ์ รอ้ มทีก่ ั้นลม 18. ปากคีบ หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้าวิธีทดลอง 1. ใส่ HCl 0.3 mol/L และ NaOH 0.3 mol/L ลงในหลอดทดลองขนาดเลก็ หลอดละ 1 mL หยดฟีนอล์ฟทาลีนลงในหลอดทดลองทั้งสอง หลอดละ 2 หยด สังเกตสีของสารละลาย และเกบ็ สารละลายไวเ้ พอ่ื ใชเ้ ปรยี บเทยี บกบั สขี องสารละลายทเ่ี กดิ ขน้ึ ในการทดลองตอ่ ไป สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย2. ใสน่ ้�ำ กลน่ั ปรมิ าตร 150 mL ลงในบกี เกอรข์ นาด 250 mL และหยดฟีนอลฟ์ ทาลนี ลงใน บกี เกอรจ์ �ำ นวน 2 หยด สังเกตการเปลยี่ นแปลง 3. ใช้ปากคบี คีบชิน้ Na ขนาดครึ่งเมลด็ ถว่ั เขียว ซบั น�้ำ มันใหแ้ หง้ ใส่ลงในบกี เกอร์ สังเกตการ เปลีย่ นแปลง ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า4. เติมน้ำ�กลั่นลงในหลอดทดลองขนาดใหญ่จำ�นวน 3 หลอด หลอดละ 10 mL และหยด ฟีนอล์ฟทาลีนลงไปหลอดละ 2 หยด กำ�หนดเป็นหลอดที่ 1 2 และ 3 ตามลำ�ดับ หย่อน ลวด Mg Cu และ Zn ที่ขัดสะอาดแล้วลงในหลอดทดลองขนาดใหญ่แต่ละหลอด สังเกต การเปลี่ยนแปลง 5. ทำ�การทดลองอีกครั้งแต่ใช้น้ำ�ที่อุณหภูมิ 60–80 °C แทนน้ำ�ที่อุณหภูมิห้องสังเกตการ สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย เปลี่ยนแปลง คำ�ถามทา้ ยการทดลอง ดดั แปลง1. สารละลายในบีกเกอรท์ ีใ่ สโ่ ลหะแต่ละชนิดมสี มบัติเปน็ กรดหรอื เบส 2. จงเปรียบเทียบความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ�ของโลหะหมู่หลักและโลหะ แทรนซิชัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 101 จากการทดลองใช้โลหะโซเดียมและแมกนีเซียมเป็นตัวแทนของโลหะหมู่หลักซึ่งอยู่หมู่ IA และ IIA ตามล�ำ ดบั เมือ่ น�ำ ธาตุท้งั สองท�ำ ปฏิกริ ยิ าเคมีกบั น�ำ้ พบว่าท่ีอณุ หภูมิห้อง โลหะโซเดียมท�ำ ปฏกิ ริ ยิ ากบั น�ำ้ ไดเ้ รว็ และรนุ แรง สว่ นแมกนเี ซยี มเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าไดค้ อ่ นขา้ งชา้ แตจ่ ะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าไดเ้ รว็ ขน้ึ ในนำ้�ร้อน สารละลายทีไ่ ดม้ ีสมบตั เิ ป็นเบสซ่งึ สังเกตได้จากการเปลี่ยนสีของฟีนอลฟ์ ทาลีน และมแี กส๊ หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้าเกดิ ข้นึ ซึ่งถ้าทดสอบแก๊สท่ีเกิดขึ้นจะพบวา่ เป็นแกส๊ ไฮโดรเจน เขยี นสมการแสดงปฏกิ ริ ยิ าเคมีทเี่ กิด ขึน้ ไดด้ ังน้ี 2Na(s) + 2H₂O(l) 2Na+(aq) + 2OH-(aq) + H₂(g) Mg(s) + 2H₂O(l) Mg²+(aq) + 2OH-(aq) + H₂(g) สงวนสทิ ธ์ิโดยดสัดสแวปทล.ง หรอื จ้าหนา่ ย ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าก) โลหะโซเดยี มกบั น�ำ้ ข) โลหะแมกนเี ซยี มกบั น�ำ้ รอ้ น รปู 2.30 ปฏกิ ริ ยิ าของโลหะหมหู่ ลกั กบั น�ำ้ สงวนสิทธิ์โดย สสวท. หรอื จา้ หน่ายชวนคิด ดัดแปลง การทดสอบแกส๊ เพอ่ื ยนื ยนั วา่ เปน็ แกส๊ ไฮโดรเจนท�ำ ไดอ้ ยา่ งไร สำ�หรับโลหะทองแดงและสังกะสีซึ่งเป็นตัวแทนของธาตุแทรนซิชันเมื่อใส่ลงไปในน้ำ�ท่ี อณุ หภมู ิหอ้ งพบว่าไมม่ ีปฏกิ ริ ิยาเคมเี กดิ ข้นึ ซงึ่ สามารถกล่าวไดว้ ่าธาตุแทรนซชิ นั ทำ�ปฏกิ ิริยาเคมกี บั น�ำ้ ไดช้ ้ากวา่ ธาตุหมหู่ ลกั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

102 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมี เล่ม 1 แบบฝกึ หัด 2.5 1. ธาตุ A B และ C มเี ลขอะตอม 40 50 และ 60 ตามล�ำ ดบั ธาตใุ ดเปน็ ธาตหุ มหู่ ลกั และธาตใุ ด ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า เปน็ ธาตแุ ทรนซชิ นั 2. เขยี นแผนภาพเวนน์เปรยี บเทียบสมบตั ทิ ี่เหมือนและแตกตา่ งของโลหะหมูห่ ลกั หรอื โลหะ เรพรีเซนเททฟี และโลหะแทรนซิชนั 2.6 ธาตุกัมมนั ตรงั สี สงวนสิทธ์โิ ดย สสวท. หรอื จา้ หนา่ ย ธาตอุ กี กลมุ่ หนง่ึ ในตารางธาตซุ ง่ึ มสี มบตั แิ ตกตา่ งจากธาตทุ เ่ี คยศกึ ษามาแลว้ คอื สามารถแผร่ งั สี แล้วกลายเปน็ อะตอมของธาตุใหม่ได้ นักเรยี นคิดวา่ การเปล่ียนแปลงเหลา่ นเี้ กิดขนึ้ ได้อยา่ งไร ในปี พ.ศ. 2439 อองตวน อองรี แบก็ เกอเรล (Antoine Henri Becquerel) นักวทิ ยาศาสตร์ ชาวฝรง่ั เศสพบวา่ เมอ่ื เกบ็ แผน่ ฟลิ ม์ ถา่ ยรปู ทห่ี มุ้ ดว้ ยกระดาษสดี �ำ ไวก้ บั สารประกอบของยเู รเนยี ม แผน่ ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้าฟลิ ์มจะมีลักษณะเหมอื นถูกแสง และเมอ่ื ทำ�การทดลองกบั สารประกอบของยูเรเนยี มชนิดอื่น ๆ กไ็ ด้ ผลเช่นเดียวกนั จงึ สรุปวา่ นา่ จะมีรงั สแี ผ่ออกมาจากธาตุยเู รเนยี ม ตอ่ มาปีแอร์ กรู ี และมารี กรู ี (Pierre Curie และ Marie Curie) ได้คน้ พบว่า ธาตุพอโลเนยี ม เรเดยี ม และทอเรียม ก็สามารถแผ่รงั สีได้เช่นเดียวกนั ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีไดเ้ องอย่างต่อเนื่อง เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) ซ่ึงเปน็ การเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลยี สของไอโซโทปที่ สงวนสทิ ธิ์โดย สสวท. หรอื จ้าหนา่ ยไมเ่ สถยี ร และไอโซโทปของธาตทุ ่สี ามารถแผ่รงั สีได้เองอยา่ งต่อเนือ่ งเรยี กว่าไอโซโทปกมั มนั ตรังสี (radioactive isotope) หรอื สารกมั มนั ตรังสี (radioactive substance) เชน่ carbon-14 (C-14) ส�ำ หรบั ธาตทุ ี่ทกุ ไอโซโทปเป็นไอโซโทปกัมมนั ตรังสี จะเรยี กธาตทุ มี่ สี มบตั ิเช่นนี้ว่า ธาตกุ ัมมนั ตรงั สี (radioactive element) ธาตกุ มั มนั ตรงั สสี ว่ นใหญม่ เี ลขอะตอมสงู กวา่ 833 เชน่ U-238 U-235 Th-232 ดดั แปลงRn-222 ในธรรมชาติพบธาตุกมั มันตรงั สหี ลายชนดิ นอกจากน้นี ักวิทยาศาสตร์ยงั สังเคราะห์ธาตุ กมั มันตรงั สีขน้ึ เพือ่ ใชป้ ระโยชนใ์ นดา้ นตา่ ง ๆ 2.6.1 การเกดิ กัมมนั ตภาพรังสี กัมมันตภาพรังสีเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดกับไอโซโทปกัมมันตรังสีเพราะนิวเคลียสมีพลังงาน สูงมากและไม่เสถียร จึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสี จากการศึกษาของ นกั วทิ ยาศาสตรแ์ สดงให้เห็นวา่ รังสที ี่แผอ่ อกมาจากไอโซโทปกัมมันตรังสอี าจเป็นรงั สีแอลฟา (alpha ray) รงั สบี ตี า (beta ray) หรอื แกมมา (gamma ray) ดังรูป 2.31 3ในทางเคมี Bi-209 ซึ่งมีเลขอะตอม 83 ถือว่าเป็นธาตุที่เสถียรเนื่องจากมีครึ่งชีวิตของการแผ่รังสีแอลฟาที่ยาวนานมาก (1.9 × 10¹⁹ ป)ี ซงึ่ มากกว่าพันล้านเทา่ ของอายุของจักรวาล สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 103 ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซา้รปู 2.31 การแผร่ งั สขี องไอโซโทปกมั มนั ตรงั สผี า่ นสนามไฟฟา้ รงั สที แ่ี ผอ่ อกมาจากไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี เชน่ รงั สแี อลฟา บตี า แกมมา มสี มบตั เิ ปน็ อยา่ งไร ศกึ ษาไดจ้ ากตาราง 2.13 สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ย ตาราง 2.13 สมบตั ขิ องรงั สบี างชนดิ ชนดิ ของรังสีดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้รงั สีแอลฟาสญั ลักษณ์สมบัติ สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรอื จ้าหน่ายหรอื อนุภาคแอลฟา เปน็ นวิ เคลยี สของอะตอมฮเี ลยี ม มโี ปรตอน α และนวิ ตรอนอยา่ งละ 2 อนภุ าค มปี ระจไุ ฟฟา้ หรือ +2 มีเลขมวล 4 มอี �ำ นาจทะลทุ ะลวงต�ำ่ มาก ⁴₂He ไมส่ ามารถผา่ นแผน่ กระดาษหรอื โลหะบาง ๆ ได้ เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าโดยเบนเข้าหา ขั้วลบ ดัดแปลงรงั สบี ีตา มีสมบัติเหมือนอเิ ล็กตรอน มีประจไุ ฟฟา้ –1 β มีมวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน มีอำ�นาจ ทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟาถึง 100 เท่า หรอื อนภุ าคบีตา หรอื สามารถผา่ นแผน่ โลหะบาง ๆ เชน่ แผน่ ตะกว่ั -₁⁰e หนา 1 มลิ ลเิ มตร หรือแผน่ อะลมู ิเนยี มหนา 5 มลิ ลเิ มตร มคี วามเรว็ ใกลเ้ คยี งความเรว็ แสง เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าโดยเบนเข้าหาข้ัว บวก สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

104 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมี เล่ม 1 ชนดิ ของรังสี สัญลักษณ์ สมบัติ ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้ารังสีแกมมา เป็นคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีมีความยาวคล่ืนส้ัน มาก ไมม่ ปี ระจแุ ละไมม่ มี วล มอี �ำ นาจทะลุ γ ทะลวงสงู มากสามารถทะลผุ า่ นแผน่ ตะกว่ั หนา 8 มลิ ลเิ มตร หรอื ผา่ นแผน่ คอนกรตี หนา ๆ ได้ สงวนสทิ ธิ์โดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย รงั สที แ่ี ผอ่ อกมาจากไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี นอกจากรงั สแี อลฟา บตี า แกมมา แลว้ ยงั มรี งั สชี นดิ อน่ื ๆ เชน่ โพซติ รอน (β+) สญั ลกั ษณค์ อื + ₁⁰ e โปรตอน (p) สญั ลกั ษณค์ อื ¹₁ H ดวิ เทอรอน (D) สญั ลกั ษณค์ อื ² ₁ H ทรทิ อน (T) สญั ลกั ษณค์ อื ³₁ H นวิ ตรอน (n) สญั ลกั ษณค์ อื ¹₀ n ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้ารู้หรอื ไม่ โพซติ รอน (positron) เปน็ อนภุ าคทม่ี มี วลเทา่ กบั อเิ ลก็ ตรอนแตม่ ปี ระจไุ ฟฟา้ เปน็ บวก สงวนสิทธ์โิ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย 2.6.2 การสลายตวั ของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี จากการศึกษาไอโซโทปของธาตุจำ�นวนมากทำ�ให้ได้ข้อสังเกตว่า ไอโซโทปของนิวเคลียสที่มี ดัดแปลงอัตราส่วนระหว่างจำ�นวนนิวตรอนต่อจำ�นวนโปรตอนไม่เหมาะสมคือนิวเคลียสที่มีจำ�นวนนิวตรอน แตกต่างจากจำ�นวนโปรตอนมากเกินไปจะไม่เสถียร จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสโดย การแผ่รังสี (radiation) ออกมาแล้วเกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่เสถียรกว่า ดังตัวอย่างต่อไปนี้ การแผร่ งั สแี อลฟา สว่ นใหญเ่ กดิ กบั นวิ เคลยี สทม่ี เี ลขอะตอมสงู กวา่ 83 และมจี �ำ นวนนวิ ตรอน ตอ่ โปรตอนในสดั สว่ นทไ่ี มเ่ หมาะสม เมอ่ื ปลอ่ ยรงั สแี อลฟาออกมาจะกลายเปน็ นวิ เคลยี สของธาตใุ หมท่ ่ี เสถยี รซง่ึ มเี ลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดงั ตวั อยา่ ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 105 ²⁰₈⁴₂Pb ²⁰₈₀⁰Hg + ₂⁴He ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้รูห้ รอื ไม่²⁶₈⁶₈Ra²₈²₆²Rn + ₂⁴He สมการนิวเคลียร์ที่ดุลแล้วจะต้องมีผลรวมของเลขอะตอมและเลขมวลของสารก่อน สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรอื จา้ หนา่ ยเกิดปฏิกริ ยิ าเทา่ กบั ผลรวมของเลขอะตอมและเลขมวลของสารหลังเกิดปฏิกิรยิ า การแผร่ งั สบี ตี า เกดิ กบั นวิ เคลยี สทม่ี จี �ำ นวนนวิ ตรอนมากกวา่ โปรตอนมาก นวิ ตรอนในนวิ เคลยี ส²¹₈⁰₂Pb²₈¹₃⁰Bi + -₁⁰e ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้จะเปลย่ี นไปเปน็ โปรตอนและอเิ ลก็ ตรอน ซง่ึ อเิ ลก็ ตรอนจะถกู ปลดปลอ่ ยออกจากนวิ เคลยี สในรปู ของ รงั สบี ตี าและนวิ เคลยี สใหมจ่ ะมเี ลขอะตอมเพม่ิ ขน้ึ 1 โดยทเ่ี ลขมวลยงั คงเดมิ ดงั ตวั อยา่ ง สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ย²₁₃⁸Al ₁²₄⁸Si + -₁⁰e การแผร่ งั สแี กมมา เกดิ กบั ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สที ม่ี พี ลงั งานสงู มาก หรอื ไอโซโทปทส่ี ลายตวั ให้ ดดั แปลงรังสีแอลฟาหรือบีตา แต่นิวเคลียสที่เกิดใหม่ยังไม่เสถียรเพราะมีพลังงานสูงจึงเกิดการเปลี่ยนแปลง ในนวิ เคลยี สเพอ่ื ใหม้ พี ลงั งานต�ำ่ ลง โดยปลอ่ ยพลงั งานสว่ นเกนิ ออกมาเปน็ รงั สแี กมมา ดงั ตวั อยา่ ง ¹²₅⁹₂Te ¹²₅⁹₂Te + γ ²²₈⁶₈Ra ²₈²²₆Rn + ⁴₂He ²²₈₆²Rn + γ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

106 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมี เลม่ 1 ชนิดของรังสที ่ไี อโซโทปกมั มนั ตรังสีหรือธาตกุ ัมมนั ตรงั สีปลดปล่อยออกมา สามารถพจิ ารณา ไดจ้ ากกราฟในรูป 2.32 ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้แผร่ งั สบี ตี า แผร่ งั สแี อลฟา ำจ�นวน ินวตรอน นวิ ตรอน = โปรตอน แผร่ งั สโี พซติ รอน สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรอื จา้ หน่าย ไอโซโทปทเ่ี สถยี ร (จดุ สดี �ำ ) ดดั แปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้เลขอะตอม รปู 2.32 เขตเสถยี รภาพของไอโซโทปของธาตแุ ละชนดิ ของรงั สที แ่ี ผน่ อกเขตเสถยี รภาพ จากรูป 2.32 แถบท่ีแรเงาแทนแถบเสถยี รภาพ (belt of stability) จดุ สดี �ำ แทนไอโซโทปของ ธาตทุ ี่เสถียร ซึ่งจากรูปจะเห็นวา่ ธาตุทม่ี ีจ�ำ นวนโปรตอน (เลขอะตอม) มากกวา่ 83 ไมม่ ีไอโซโทปที่ เสถียร ไอโซโทปที่ไม่เสถียรเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะปล่อยรังสีแอลฟาเพื่อเกิดเป็นไอโซโทปใหม่ที่มี สงวนสิทธ์โิ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ยจ�ำ นวนโปรตอนและนิวตรอนลดลง สำ�หรบั ไอโซโทปทีม่ ีสดั ส่วนของนวิ ตรอนตอ่ โปรตอนมากเกนิ ไป (แถบสีเขียว) มีแนวโน้มแผ่รังสีบีตาเพราะเมื่อปล่อยรังสีบีตาออกมาจะเกิดเป็นไอโซโทปใหม่ที่มี จำ�นวนโปรตอนเพิ่มขึ้นแต่จำ�นวนจำ�นวนนิวตรอนลดลง (เลขมวลเท่าเดิม) ในขณะที่ไอโซโทปที่มี สัดสว่ นของนวิ ตรอนตอ่ โปรตอนน้อยเกินไป (แถบสเี หลอื ง) จะมีแนวโนม้ แผ่รงั สโี พซิตรอน ซ่ึงจะ ดัดแปลงท�ำ ใหไ้ อโซโทปทเ่ี กดิ ขึ้นมีจ�ำ นวนโปรตอนลดลงแต่นวิ ตรอนเพ่มิ ขนึ้ (เลขมวลเท่าเดมิ ) ตรวจสอบความเขา้ ใจ 1. ปจั จยั ใดทท่ี �ำ ให ้ ² ₈⁰ ₂ ⁴ P b มแี นวโนม้ ในการแผร่ งั สแี อลฟาในขณะท ่ี ² ₈¹ ₂⁰ P b มแี นวโนม้ ใน การแผร่ งั สบี ตี า 2. นกั เรยี นคดิ วา่ ¹ ⁴₆ C มแี นวโนม้ ในการแผร่ งั สชี นดิ ใด เพราะเหตใุ ด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 107 นิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถสลายตัวและแผ่รังสีได้ตลอดเวลาโดยไม่ข้ึนกับ อณุ หภมู หิ รอื ความดัน การสลายตวั และแผ่รงั สีของไอโซโทปกมั มันตรังสจี ะเปน็ สัดสว่ นโดยตรงกบั จ�ำ นวนอนุภาคในนิวเคลยี สกัมมันตรงั สีนั้น ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้ 2.6.3 อันตรายจากไอโซโทปกมั มันตรังสี กจิ วตั รต่าง ๆ ในชีวิตประจ�ำ วนั ท้ังการรบั ประทานอาหาร การด่มื น�้ำ การหายใจ ลว้ นมีโอกาส ทมี่ นษุ ยจ์ ะไดร้ บั รงั สจี ากไอโซโทปกมั มันตรงั สี เช่น K-40 C-14 Ra-226 เข้าสู่ร่างกาย นอกจากนี้ ยังไดร้ บั รงั สคี อสมิก (cosmic ray) ซง่ึ ส่วนใหญ่มาจากอวกาศ รังสีต่าง ๆ เหลา่ นมี้ แี หลง่ ก�ำ เนดิ จาก ธรรมชาติ นอกจากนี้บางคนยังได้รับรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้นมา เช่น รังสีจากเครื่องเอกซเรย์ รังสีจาก สงวนสิทธิโ์ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซา้รงั สีคอสมิก12% เครอ่ื งมอื แพทย์ 17% สงวนสิทธโิ์ ดยดสดั สแวปทล.ง หรอื จ้าหน่ายอนื่ ๆ1% อากาศ 40% หินและดนิ 15% อาหารและเครอ่ื งดืม่ 15% รปู 2.33 ปรมิ าณรงั สที ไ่ี ดร้ บั ในแตล่ ะวนั โดยประมาณ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

108 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมี เล่ม 1 แม้มนุษย์จะได้รับรังสีจากกิจวัตรประจำ�วัน ศัพทน์ ่ารู้ แต่การได้รับรังสีจากธรรมชาติหรือจากท่ีมนุษย์ สรา้ งขน้ึ ในปรมิ าณเพยี งเลก็ น้อย โดยนอ้ ยกวา่ 100 ซเี วริ ์ต (sievert, Sv) เป็นหนว่ ยวัด มิลลิซีเวิร์ตพบว่า เซลล์เนื้อเยื่อสามารถฟื้นตัวได้ ปริมาณการได้รับรังสี กำ�หนดโดย คณะกรรมาธิการว่าด้วยการป้องกัน ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้าแตก่ ารได้รับรังสีมากกว่า 100 มิลลิซีเวิร์ต ทำ�ให้รงั สีระหว่างประเทศ (International Commission on Radiological เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพ เช่น คลื่นไส้ อาเจียน Protection หรอื ICRP) ปวดศรี ษะ เป็นมะเร็ง โรคทางพนั ธุกรรม ตอ้ แกว้ ตา การได้รับรังสีปริมาณมากทั่วร่างกายในเวลาสั้น ๆ สามารถท�ำ ใหเ้ สยี ชวี ติ ได้ สงวนสิทธิโ์ ดย สสวท. หรอื จ้าหนา่ ย ส�ำ หรบั หนว่ ยงานทท่ี �ำ งานเกย่ี วกบั รงั สจี ะตอ้ งแสดงสญั ลกั ษณร์ งั สี (radiation symbol) ลงบน ฉลากของภาชนะหรอื เครือ่ งมือรวมท้งั บรเิ วณใกล้เคียง เพือ่ ให้ผู้พบเห็นได้ระมดั ระวงั สญั ลักษณ์รังสี ดดั แปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าใชเ้ ป็นมาตรฐานจะเป็นรูปใบพดั 3 แฉก มีสีมว่ งอ่อน มว่ งเข้ม หรอื สีดำ�บนพนื้ สีเหลือง ดงั รปู 2.34 สงวนสทิ ธโ์ิ ดยดสดั สแวปทล.ง หรือจา้ หนา่ ยรปู 2.34สญั ลกั ษณร์ งั สี เน่ืองจากสญั ลกั ษณ์รังสดี งั รูป 2.34 อาจสือ่ ความหมายไม่ชดั เจนหรือบุคคลทไ่ี ม่เก่ยี วขอ้ งอาจ ไมเ่ ขา้ ใจความหมาย ดงั นั้นทบวงปรมาณรู ะหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency หรือ IAEA) และองคก์ รระหว่างประเทศวา่ ด้วยมาตรฐาน (International Organization for Stan- dardization หรือ ISO) ได้ออกแบบสญั ลักษณ์ใหม่เปน็ รูปคล่นื ของรงั สี กะโหลกไขว้ และคนกำ�ลงั ว่งิ ดังรปู 2.35 โดยมกี ารประกาศใชเ้ มือ่ วันท่ี 15 กมุ ภาพันธ์ 2550 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 109 ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้ารปู 2.35 สญั ลกั ษณร์ งั สแี บบใหม่ สงวนสทิ ธ์โิ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย 2.6.4 ครง่ึ ชวี ติ ของไอโซโทปกัมมนั ตรงั สี ไอโซโทปกัมมันตรังสีจะสลายตัวให้รังสีชนิดใดชนิดหนึ่งออกมาได้เองตลอดเวลา ไอโซโทป กมั มนั ตรงั สแี ตล่ ะชนดิ จะสลายตวั ไดเ้ รว็ หรอื ชา้ แตกตา่ งกนั อตั ราการสลายตวั ของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี จะบอกเปน็ ครึง่ ชวี ติ (half life) ใช้สญั ลกั ษณ์ t₁/₂ โดยหมายถึง ระยะเวลาท่ีนิวเคลยี สของไอโซโทป ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้ากมั มนั ตรงั สีสลายตวั จนเหลือครง่ึ หนึง่ ของปริมาณเดมิ ไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตชุ นดิ หนึง่ ๆ จะมี ครง่ึ ชวี ติ คงเดิมไม่ว่าจะอยใู่ นรปู ของธาตุหรือเกิดเป็นสารประกอบ เช่น Na-24 มีครึ่งชีวิต 15 ชั่วโมง หมายความว่าถ้าเริ่มต้นมี Na-24 ปรมิ าณ 10 กรัม นิวเคลยี สนีจ้ ะสลายตวั ใหร้ ังสอี อกมาจน กระทัง่ เวลาผา่ นไปครบ 15 ช่ัวโมง จะมี Na-24 เหลอื อยู่ 5 กรมั และเม่ือเวลาผ่านไปอกี 15 ชวั่ โมง จะมี Na-24 เหลอื อย ู่ 2.5 กรัม น่ันคอื เวลาผา่ นไปทกุ ๆ 15 ชัว่ โมง Na-24 จะสลายตัวไปเหลอื เพยี ง สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยครึง่ หน่งึ ของปรมิ าณเดมิ เขยี นแสดงไดด้ ังรปู 2.36 Na-24 Mg-24 + β ดดั แปลง Mg-24 + γ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

110 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมี เลม่ 1 สงวนสิทธโ์ิ ดยดสัดสแวปทล.ง หห้ารมอื เจผ้ายหแนพ่ารย่ ท้าซ้า ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้ารปู 2.36 แสดงปรมิ าณของNa-24ทล่ี ดลงครง่ึ หนง่ึ ทกุ ๆ 15ชว่ั โมง ตรวจสอบความเขา้ ใจ สงวนสทิ ธ์โิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ย1. เม่อื Na-24 สลายตวั จนเหลือครง่ึ หนึ่งของปรมิ าณเดิม ปรมิ าณเนอ้ื สารท้งั หมดควรลดลง เหลือคร่ึงหนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ หรือไม่ เพราะเหตใุ ด 2. ถา้ ผา่ นไป 60 ชั่วโมง จากจดุ เริ่มตน้ จะเหลือ Na-24 อยรู่ ้อยละเทา่ ใด ดัดแปลง ครง่ึ ชวี ติ เปน็ สมบตั เิ ฉพาะตวั ของแตล่ ะไอโซโทปและสามารถใชเ้ ปรยี บเทยี บอตั ราการสลายตวั ของไอโซโทปกมั มันตรงั สีแตล่ ะชนดิ ได้ ตัวอยา่ งคร่ึงชีวติ ของไอโซโทปกัมมันตรงั สีบางชนดิ แสดงดงั ตาราง 2.14 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 111 ตาราง 2.14 ตวั อยา่ งคร่ึงชีวติ ของไอโซโทปกัมมันตรังสบี างชนิด ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี ครง่ึ ชวี ติ รงั สีท่ีแผอ่ อก ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า²₈¹₄⁴Po 1.6 × 10-⁴ วนิ าที α ¹₅³₃¹I 8.1 วนั β 5.3 ปี β สงวนสิทธโิ์ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย₂⁶₇⁰Co1600 ปี α และ γ ²₈²₈⁶Ra 5730 ปี β ดดั แปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้า¹⁴₆C α ²₉³₂⁸U 4.5 × 10⁹ ปี สงวนสิทธ์ิโดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย ระยะเวลาที่แสดงถึงคร่ึงชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถนำ�ไปใช้คำ�นวณหาปริมาณของ ไอโซโทปกัมมันตรงั สใี นระยะเวลาต่าง ๆ กนั ไดด้ งั ตวั อยา่ งต่อไปน้ี ดัดแปลงตัวอย่าง 1 จงหาปริมาณของ Tc-99 ที่เหลือเมื่อวาง Tc-99 จำ�นวน 10.0 กรัมไว้นาน 24 ชั่วโมง และ Tc-99 มีครึ่งชีวิต 6.0 ชั่วโมง แนวคิด Tc-99 มคี รง่ึ ชวี ติ 6.0 ชว่ั โมง เมอ่ื วาง Tc-99 ไวน้ าน 24 ชว่ั โมงจงึ เทา่ กบั วางไวน้ าน 4 ครง่ึ ชวี ติ ถ้ามี Tc-99 จ�ำ นวน 10.0 g ปรมิ าณ Tc-99 ทีเ่ หลือในแต่ละครึ่งชีวิตจะเป็นดงั น้ี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

112 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมี เลม่ 1 6.0 ชว่ั โมง 12 ชั่วโมง Tc-99 10.0 g Tc-99 5.00 g Tc-99 2.50 g 1 ครึง่ ชีวติ 2 ครึ่งชีวติ ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า24 ช่วั โมง 18 ชัว่ โมง 3 ครงึ่ ชวี ติ Tc-99 0.625 g Tc-99 1.25 g 4 ชั่วโมง สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยนอกจากวธิ กี ารขา้ งตน้ เรายงั สามารถค�ำ นวณโดยใช้สูตร เมอ่ื N0 = มวลไอโซโทปเรมิ่ ต้น (กรมั ) Nt = มวลไอโซโทปท่เี หลอื (กรัม) ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า n = จ�ำ นวนครึง่ ชวี ติ แสดงว่าเมอื่ เวลาผา่ นไป 24 ชว่ั โมงจะมี Tc-99 เหลอื อยู่ 0.625 กรัม Nt = N0 2n จากตวั อย่าง 1 เม่ือแทนค่าในสตู รจะได้ สงวนสิทธ์ิโดย สสวท. หรือจา้ หน่ายNt=10 กรัม=10 กรัม = 0.625 กรมั 24 16 ตัวอย่าง 2 ดดั แปลง จงหาปริมาณ I-131 เริ่มต้น เมื่อนำ� I-131 จำ�นวนหนึ่งมาวางไว้เป็นเวลา 40.5 วัน ปรากฏ ว่ามีมวลเหลือ 0.125 กรัม โดยครึ่งชีวิตของ I-131 เท่ากับ 8.1 วัน แนวคิด สมมติ I-131 เร่ิมต้นมี a กรัม I-131 จ�ำ นวน a กรัมวางไว ้ 40.5 วัน = 5 ครึ่งชีวิต คร่ึงชวี ติ สุดทา้ ย I-131 ท่ีเหลอื มมี วล = 0.125 กรมั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 113 I-131 a g 8.1 วัน I-131 a g 1 6 . 2 ว ัน I-131 ag 4 2 2 คร่งึ ชวี ิต 1 ครง่ึ ชีวติ หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า I-131 a g 24.3 วัน 3 ครึง่ ชวี ิต 40.5 วนั I-131 a g 3 2 . 4 ว ัน I-131 ag 16 4 ครึง่ ชีวิต 8 32 5 ครง่ึ ชวี ิต สงวนสิทธ์โิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยa g = 0.125 g 32 a = 0.125 x 32 = 4.00 g แสดงวา่ I-131 เริ่มต้นมีมวล 4.00 กรมั ดดั แปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้าจากตัวอย่าง 2 เม่อื แทนค่าในสตู รจะได้ Nt = N₀ หมายเหตุ n = (40.5/8.1 = 5) 2n สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรือจา้ หน่าย N₀ = 0.125 g × 2⁵ = 0.125 g × 32 = 4.00 g 2.6.5 ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลยี รเ์ ปน็ การเปลย่ี นแปลงในนวิ เคลยี สของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี อาจเกดิ จากการ ดดั แปลงแตกตวั ของนวิ เคลยี สของอะตอมทม่ี ขี นาดใหญ่ หรอื เกดิ จากการรวมตวั ของนวิ เคลยี สของอะตอมทม่ี ี ขนาดเลก็ แลว้ ไดไ้ อโซโทปใหมห่ รอื นวิ เคลยี สของธาตใุ หม่ รวมทง้ั มพี ลงั งานเกย่ี วขอ้ งกบั ปฏกิ ริ ยิ าเปน็ จ�ำ นวนมหาศาล ซง่ึ สามารถน�ำ มาใชป้ ระโยชนไ์ ด้ ในปี พ.ศ. 2482 นกั วทิ ยาศาสตรไ์ ดค้ น้ พบวา่ เมอ่ื ยงิ อนภุ าคนวิ ตรอนไปยงั นวิ เคลยี สของ U-235 นวิ เคลยี สจะแตกออกเปน็ นวิ เคลยี สของธาตทุ เ่ี บากวา่ เชน่ ¹₀n + ²³₉⁵₂U ¹⁴₅¹₆Ba + ₃⁹₆²Kr + 3¹₀n + พลังงาน ₀¹n + ²³₉⁵₂U ¹³₅⁷₂Te + ₄⁹₀⁷Zr + 2¹₀n + พลังงาน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

114 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมี เลม่ 1 กระบวนการทีน่ วิ เคลยี สของไอโซโทปของธาตุหนกั บางชนดิ แตกออกเปน็ ไอโซโทปของธาตุที่ เบากวา่ ดงั ตวั อยา่ งทก่ี ลา่ วมาแลว้ เรยี กวา่ ฟชิ ชนั (fission) ไอโซโทปของธาตอุ น่ื ทส่ี ามารถเกดิ ฟชิ ชนั ได้ เช่น U-238 หรอื Pu-239 การเกิดฟิชชันแต่ละครัง้ จะคายพลงั งานออกมาจ�ำ นวนมากและได้ ไอโซโทปกมั มันตรังสหี ลายชนิด จึงถือไดว้ ่าฟชิ ชันเป็นวิธีผลิตไอโซโทปกัมมนั ตรงั สีทส่ี �ำ คัญ นอกจาก ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าน้ีฟชิ ชนั ยงั ไดน้ วิ ตรอนเกิดขนึ้ ด้วย ถา้ นิวตรอนท่ีเกดิ ข้ึนใหมน่ ้ีชนกบั นวิ เคลยี สอน่ื ๆ จะเกิด ฟชิ ชนั ตอ่ เน่อื งไปเรอ่ื ย ๆ เรยี กปฏกิ ิรยิ านี้ว่า ปฏิกริ ิยาลกู โซ่ (chain reaction) ดงั รปู 2.37 สงวนสทิ ธิ์โดยดสัดสแวปทล.ง หรอื จา้ หนา่ ย หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซา้รปู 2.36 แสดงปรมิ าณของ Na-24 ทล่ี ดลงครง่ึ หนง่ึ ทกุ ๆ 15 ชว่ั โมง สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรอื จ้าหนา่ ย ฟชิ ชนั ทเ่ี กดิ ขน้ึ ภายใตภ้ าวะทเ่ี หมาะสม จะไดจ้ �ำ นวนนวิ ตรอนเพม่ิ ขน้ึ อยา่ งรวดเรว็ ท�ำ ใหฟ้ ชิ ชนั ดำ�เนินไปอย่างรวดเร็วและปล่อยพลังงานออกมาจำ�นวนมหาศาล ถ้าไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้ อาจเกดิ การระเบดิ อยา่ งรนุ แรง หลกั การของการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าลกู โซไ่ ดน้ �ำ มาใชใ้ นการท�ำ ระเบดิ ปรมาณู ดดั แปลงการควบคมุ ฟชิ ชันท�ำ ได้หลายวธิ ี เชน่ ควบคมุ มวลของสารตงั้ ต้นใหน้ อ้ ยลงเพอื่ ใหจ้ �ำ นวนนิวตรอนที่ เกิดขึ้นมีไม่เพียงพอที่จะทำ�ให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ หรือใช้โลหะแคดเมียมและโบรอนจับนิวตรอน บางส่วนไว้เพื่อลดจำ�นวนนิวตรอนที่เกิดขึ้น ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์นำ�ฟิชชันมาใช้ประโยชน์อย่าง กวา้ งขวาง เชน่ ใช้ผลิตไอโซโทปกมั มนั ตรงั สีในเตาปฏิกรณป์ รมาณูเพือ่ ใช้ในการเกษตร การแพทย์ และอตุ สาหกรรม ใชผ้ ลติ กระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟา้ ปรมาณู ในกรณีที่นิวเคลียสของธาตุเบาสองชนิดหลอมรวมกันเกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ท่ีมีมวลสูงกว่า เดิมและใหพ้ ลงั งานปริมาณมากดงั ตวั อยา่ ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 115 ₁²He + ₁³He ₂⁴He + ₀¹n + พลังงาน ²₁He + ²₁He ³₂He + ₁¹n + พลงั งาน ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้า กระบวนการนีเ้ รียกว่า ฟวิ ชัน (fusion) ปฏิกริ ิยาท้ังสองนีเ้ ป็นปฏกิ ริ ยิ าเดยี วกบั ที่เกิดข้นึ บน ดวงอาทติ ย์ การเกดิ ฟิวชันจะตอ้ งใชพ้ ลังงานเร่ิมต้นสงู มาก เพ่อื เอาชนะแรงผลักระหวา่ งนิวเคลียส ท่จี ะเขา้ รวมกนั ซง่ึ ประมาณกนั วา่ จะตอ้ งมอี ณุ หภมู สิ งู ถงึ หลายลา้ นองศาเซลเซยี ส พลงั งานมหาศาลนี้ อาจได้จากฟิชชันซึ่งเปรียบเสมือนเป็นชนวนที่ทำ�ให้เกิดฟิวชัน ถ้าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากฟิวชัน เกดิ ขึน้ อย่างรวดเรว็ จะเกดิ การระเบิดอย่างรนุ แรง แตถ่ ้าควบคมุ ให้มีการปลอ่ ยพลังงานออกมาอย่าง สงวนสิทธ์ิโดย สสวท. หรอื จ้าหน่ายชา้ ๆ และต่อเนือ่ งจะใหพ้ ลงั งานมหาศาลทเ่ี ป็นประโยชนต์ ่อมนษุ ย์ ฟวิ ชนั มขี ้อได้เปรยี บกว่าฟิชชนั หลายประการกล่าวคอื คายพลังงานออกมามาก สารตง้ั ตน้ ของฟวิ ชนั หาไดง้ า่ ยและมีปรมิ าณมาก นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากฟิวชันเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตสั้นและมีอันตรายน้อยกว่า ผลิตภณั ฑ์จากฟชิ ชัน ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ท้าซา้ แม้จะมีการค้นพบกระบวนการฟิวชันมานานแต่การนำ�มาใช้อย่างเป็นรูปธรรมเป็นไปได้ยาก เพราะการเกิดฟวิ ชันตอ้ งใชอ้ ณุ หภมู สิ งู มาก ซง่ึ ทสี่ ภาวะน้ีสารจะเปลี่ยนรูปเป็นพลาสมา (plasma) ซงึ่ ไมเ่ สถียร ดงั นน้ั การควบคมุ กระบวนการฟิวชนั ใหเ้ กดิ ขนึ้ อยา่ งตอ่ เนื่องเป็นไปได้ยากมาก สงวนสิทธ์โิ ดย สสวท. หรือจ้าหน่ายศพั ท์นา่ รู้ พลาสมา ในทางเคมีหมายถึงแก๊สที่เสียอิเล็กตรอนอย่างน้อย 1 อิเล็กตรอน จาก โมเลกุล ท�ำ ให้มสี ภาพเปน็ ไอออน และมีสภาพการนำ�ไฟฟ้าเกิดขึ้น ดดั แปลง ตวั อยา่ งของการพยายามน�ำ ความรเู้ รอ่ื งฟวิ ชนั มาใชป้ ระโยชน์ เชน่ การสรา้ งโทคาแมค (tokamak) ขนาดใหญ่ภายใต้โครงการผลิตเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งเป็นความร่วมมือกันในระดับ นานาชาติ มีสมาชิกหลักคือ สหรัฐอเมริกา ยุโรป รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น และ เกาหลีใต้ โครงการนี้มี วัตถุประสงค์เพื่อสร้างต้นแบบของโรงผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ฟิวชัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

116 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมี เล่ม 1 ร้หู รอื ไม่ โทคาแมค เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการทดลองนิวเคลียร์ฟิวชันโดยใช้สนามแม่เหล็ก ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าเป็นตัวควบคุมพลาสมา ภายนอกโทคาแมคมีลกั ษณะเหมอื นขนมโดนทั แม่เหลก็ สงวนสทิ ธโ์ิ ดย สสวท. หรอื จา้ หนา่ ย กระแสพลาสมา ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า 2.6.6 เทคโนโลยีที่เก่ยี วขอ้ งกับการใชส้ ารกัมมันตรงั สี สารกมั มนั ตรงั สแี ตล่ ะชนดิ มคี รง่ึ ชวี ติ ไมเ่ ทา่ กนั และแผร่ งั สไี ดแ้ ตกตา่ งกนั การน�ำ สารกมั มนั ตรงั สี สงวนสิทธ์ิโดย สสวท. หรือจา้ หน่ายมาใชป้ ระโยชนจ์ งึ แตกตา่ งกนั ดงั ตวั อยา่ ง ด้านธรณีวิทยา ใช้ C-14 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 5730 ปี หาอายุของวัตถุโบราณที่มีคาร์บอนเป็นองค์ ประกอบ เช่น ไม้ กระดกู สารอนิ ทรยี ์ต่าง ๆ การหาอายุวัตถุโบราณโดยการวัดปรมิ าณของ C-14 อธิบายได้ว่า ในบรรยากาศมี C-14 ซึ่งเกิดจากไนโตรเจนรวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิก ดดั แปลงดงั ปฏิกิรยิ า ¹₁⁴₇N + ¹₀n ¹₁⁴₆C + ₁¹H ในอากาศจึงมีท้งั คาร์บอนในรปู ของ C-12 และ C-14 เม่อื คาร์บอนท�ำ ปฏิกริ ยิ ากับออกซิเจนใน อากาศเกิดเปน็ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จึงพบท้งั ในรปู ของ ¹²CO₂ ปนอยกู่ บั ¹⁴CO₂ ซึง่ พืชจะน�ำ ไปใช้ในกระบวนการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง เมอื่ สตั วก์ นิ พืชเหลา่ นนั้ เป็นอาหาร C-14 จะเข้าสรู่ า่ งกาย ของสัตวท์ ำ�ให้พบ C-14 ไดท้ งั้ ในพชื และสตั ว์ ขณะทพ่ี ืชหรอื สตั วย์ งั มีชีวิตอยู่ ¹⁴CO₂ จะถกู รบั เขา้ และขบั ออกตลอดเวลา เป็นผลให้ C-14 ในสิ่งมชี วี ิตมีความเขม้ ข้นคงท่ีหรือกล่าววา่ สดั สว่ นระหว่าง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 117 C-14 ตอ่ C-12 มีค่าคงที่ เม่ือส่ิงมชี ีวิตตาย การรับ C-14 เขา้ สู่ร่างกายจะสิน้ สุดลง แตก่ ารสลายตวั ยัง เกดิ ข้ึนตอ่ ไป จงึ ทำ�ใหม้ ปี ริมาณ C-14 หรอื สัดส่วนระหว่าง C–14 ตอ่ C–12 ลดลงเรอ่ื ย ๆ ดงั นน้ั ถ้า ทราบสดั สว่ นระหวา่ ง C-14 ตอ่ C-12 ในขณะทีย่ ังมชี ีวติ อยู่และวดั ปรมิ าณของ C–14 ในขณะทีน่ �ำ มาศกึ ษาได้กส็ ามารถท�ำ นายอายุได้ เช่น สมมตวิ ่าพบซากไม้โบราณชิ้นหนึง่ มีอัตราการสลายตัวของ หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้าC–14 ลดลงไปครง่ึ หนึง่ จากของเดมิ ขณะทยี่ งั มีชีวติ อยู่ก็อาจสรปุ ไดว้ ่า ไม้ช้นิ นนั้ ตายมาแล้วเท่ากับ คร่งึ ชีวิตของ C–14 หรือมีอายปุ ระมาณ 5730 ปี ดา้ นการแพทย์ ใชเ้ พอ่ื ศกึ ษาความผดิ ปกตขิ องอวยั วะตา่ ง ๆ ในรา่ งกาย โดยใหค้ นไขร้ บั ประทาน อาหารหรอื ยาทม่ี ีไอโซโทปกมั มนั ตรังสจี �ำ นวนเลก็ นอ้ ย จากนน้ั ใชเ้ ครื่องมือตรวจสอบรงั สีเพื่อติดตาม สงวนสทิ ธิโ์ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่ายดผู ลการดดู ซมึ ไอโซโทปกมั มนั ตรังสีของระบบอวัยวะตา่ ง ๆ เช่น ใหด้ ม่ื สารละลาย I–131 แลว้ ตดิ ตามดคู วามผิดปกติของต่อมไทรอยด์ ใช้ I–132 ติดตามดภู าพสมอง ฉดี Na–24 เข้าเสน้ เลือด โดยตรงเพ่ือดรู ะบบการไหลเวยี นของเลือด รบั ประทาน Tc–99 เมอื่ ตอ้ งการดภู าพหัวใจ ตบั ปอด นอกจากน้แี พทย์ยังใช้ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สรี ักษาโรคโดยตรง เชน่ ใช้ Co–60 หรอื Ra–226 ในการ ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซา้รกั ษาโรคมะเรง็ ดา้ นเกษตรกรรม ใชไ้ อโซโทปกมั มนั ตรงั สใี นการตดิ ตามระยะเวลาของการหมนุ เวยี นแรธ่ าตใุ นพชื โดย เรม่ิ ตน้ จากการดดู ซมึ ทร่ี ากจนถงึ การคายออกทใ่ี บ หรอื จ�ำ นวนแรธ่ าตทุ พ่ี ชื สะสมไวท้ ใ่ี บ เชน่ ใช้ P–32 จ�ำ นวนเลก็ นอ้ ยผสมกบั ฟอสฟอรัสทไี่ ม่มีรงั สเี พ่ือท�ำ ปุ๋ย แลว้ ใชเ้ คร่อื งไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาน์เตอร์ สงวนสทิ ธิ์โดย สสวท. หรอื จา้ หน่ายตรวจวดั รงั สที ใ่ี บของพชื ใชร้ งั สเี พอ่ื การปรบั ปรงุ เมลด็ พนั ธพ์ุ ชื ใหไ้ ดพ้ นั ธกุ รรมตามตอ้ งการโดยการนำ� เมลด็ พันธพุ์ ืชมาอาบรงั สีนวิ ตรอนในปรมิ าณและระยะเวลาท่เี หมาะสมจะท�ำ ให้เกดิ การกลายพนั ธไ์ุ ด้ ดา้ นอตุ สาหกรรม ใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีกบั งานหลายอยา่ ง เชน่ ใช้ตรวจหารอยต�ำ หนใิ น ดดั แปลงโลหะหรือรอยรั่วของท่อขนส่งของเหลว โดยผสมไอโซโทปกัมมันตรังสีกับของเหลวที่จะขนส่งไป ตามท่อ แลว้ ติดตามการแผร่ ังสีดว้ ยเครือ่ งไกเกอร์ มึลเลอร์ เคานเ์ ตอร์ ถา้ บรเิ วณใดท่เี ครื่องมสี ัญญาณ จำ�นวนนับมากผิดปกตแิ สดงว่าบริเวณน้ันมกี ารร่ัวไหลเกดิ ขน้ึ ใชว้ ดั ความหนาของวัตถเุ นอ่ื งจากรงั สี แต่ละชนดิ ทะลุทะลวงวัตถุไดด้ ีไม่เท่ากนั ดังนั้นเมื่อผ่านรงั สีไปยงั แผ่นวัตถตุ ่าง ๆ เชน่ โลหะ กระดาษ พลาสตกิ แล้ววัดความสามารถในการดดู ซบั รังสขี องวตั ถนุ ั้นด้วยเครอ่ื งไกเกอร์ มลู เลอร์ เคานเ์ ตอร์ เปรยี บเทยี บจ�ำ นวนนับกับตารางขอ้ มลู ก็จะท�ำ ใหท้ ราบความหนาของวตั ถไุ ด้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

118 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมี เลม่ 1 ในอุตสาหกรรมการทำ�อัญมณีใช้รังสีเพื่อทำ�ให้อัญมณีมีสีสันสวยงามขึ้น โดยใช้รังสีแกมมา นวิ ตรอน หรอื อเิ ลก็ ตรอนพลงั งานสงู ฉายไปบนอญั มณี จะท�ำ ใหส้ ารทท่ี �ำ ใหเ้ กดิ สบี นอญั มณเี ปลย่ี นสี ไปได้ อัญมณีที่ฉายด้วยรังสีแกมมาจะไม่มีรังสีตกค้างแต่การอาบด้วยรังสีนิวตรอนจะมีไอโซโทป กัมมันตรังสีเกิดขึ้น จึงต้องปล่อยให้ไอโซโทปกัมมันตรังสีสลายตัวจนมีระดับรังสีที่ปลอดภัยจึงนำ� ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้ามาใช้ประโยชน์ การเก็บถนอมอาหาร ใช้ Co–60 ซึ่งจะให้รังสีแกมมาที่ไม่มีผลตกค้างและรังสีจะทำ�ลาย แบคทีเรีย จึงช่วยเก็บรักษาอาหารไว้ได้นานหลายวันหลังจากการผ่านรังสีเข้าไปในอาหารแล้ว จะเหน็ ไดว้ า่ ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สใี หป้ ระโยชนต์ อ่ มนษุ ยอ์ ยา่ งมาก แตถ่ า้ ใชใ้ นปรมิ าณไมถ่ กู ตอ้ ง หรือนำ�ไปใชใ้ นสภาพไม่เหมาะสมก็จะมผี ลต่อสิ่งมีชวี ิตและสิ่งแวดลอ้ มได้ สงวนสิทธโ์ิ ดยดสดั สแวปทล.ง หรือจา้ หนา่ ย ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าชวนคดิ สญั ลกั ษณด์ งั กลา่ วบนฉลากอาหาร สงวนสิทธิโ์ ดยดสัดสแวปทล.ง หรือจ้าหน่ายมคี วามหมายวา่ อะไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 119 แบบฝึกหดั 2.6 1. จงเขียนสญั ลักษณ์นิวเคลียรข์ องอนุภาคตอ่ ไปนี้ หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า 1.1 อนภุ าคแอลฟา 1.2 อนุภาคบตี า 1.3 อนุภาคโพซติ รอน 2. ธาตุแฟรนเซียม คารบ์ อน นีออน ทอเรยี ม ธาตุใดบ้างไมม่ ีไอโซโทปทเ่ี สถียรในธรรมชาติ สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรอื จา้ หนา่ ย3. จงเขยี นสมการต่อไปน้ีใหส้ มบรู ณ์ 3.1 ²₁⁷₄Si ............................. + +₁⁰e 3.2 ⁶₂⁶₉Cu ⁶₃⁶₀Zn + ............................. ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซา้4. ไอโอดนี –131 มคี รง่ึ ชวี ติ 8 วนั จ�ำ นวน 10 กรมั เมอ่ื เวลาผา่ นไปกว่ี นั จงึ จะมี ไอโอดนี –131 3.3 ²₁⁷₃Al + ⁴₂He ³₁⁰₄Si + ............................. เหลือ 2.5 กรัม 5. เขยี นแผนภาพเวนน์เพือ่ เปรยี บเทียบฟวิ ชันและฟิชชัน สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย2.7 การน�ำ ธาตุไปใชป้ ระโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวติ มนุษยน์ ำ�ธาตุมาใชป้ ระโยชน์ตั้งแต่อดีตกาล เชน่ นำ�ทองค�ำ มาทำ�เคร่อื งประดับ นำ�เหลก็ มา ทำ�มดี นำ�ทองแดงมาท�ำ ภาชนะเครอ่ื งใช้ ในปัจจบุ นั มีการคน้ พบและศกึ ษาสมบตั ิของธาตมุ ากขึ้นจงึ มกี ารน�ำ ธาตมุ าใช้ประโยชนไ์ ดห้ ลากหลายมากขนึ้ ในหัวขอ้ นี้นกั เรยี นจะไดเ้ รียนรเู้ กย่ี วกบั ประโยชน์ ดดั แปลงของธาตุบางชนิด รวมทั้งศึกษาถึงผลกระทบท่มี ีต่อส่งิ มีชวี ติ และสงิ่ แวดลอ้ ม 2.7.1 ประโยชน์ของธาตุ การจำ�แนกธาตุออกเป็นกลุ่มนอกจากจะช่วยให้ง่ายต่อการศึกษาสมบัติของธาตุแล้ว ยังง่าย ต่อการพิจารณาสมบัติที่เหมาะสมในการนำ�ไปประยุกต์ใช้งานได้อีกด้วย ตัวอย่างการใช้ประโยชน์ จากธาตุดงั นี้ ธาตุโลหะมีสมบัติการนำ�ความร้อนและนำ�ไฟฟ้าได้ดีจึงนิยมนำ�มาทำ�เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น นำ�ทองแดงมาทำ�สายไฟฟ้า นำ�สังกะสีมาทำ�ขั้วไฟฟ้าของถ่านไฟฉาย นำ�ลิเทียมมาทำ�ขั้วไฟฟ้าใน แบตเตอรลี่ เิ ทียม น�ำ โซเดยี มมาเป็นตัวกลางแลกเปลี่ยนความร้อนและหลอ่ เย็นในปฏกิ รณน์ ิวเคลียร์ ธาตกุ งึ่ โลหะ เชน่ ซลิ ิคอน เจอร์เมเนียม มสี มบตั กิ �ำ้ กึ่งระหวา่ งสมบตั ิของโลหะกับอโลหะ เช่น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

120 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมี เล่ม 1 น�ำ ไฟฟา้ ได้แต่น�ำ ไดไ้ มด่ ี นยิ มนำ�มาท�ำ เปน็ สารกึ่งตวั นำ� (semiconductors) ซงึ่ มสี มบตั ิในการน�ำ ไฟฟา้ อย่รู ะหวา่ งตัวนำ�และฉนวนเพอ่ื ใช้เป็นวัสดทุ ำ�อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ สต์ ่าง ๆ ธาตหุ มู่ 18 หรือ VIIIA เปน็ ธาตทุ เ่ี ฉอื่ ยตอ่ การเกดิ ปฏิกิริยาจงึ นำ�มาใช้ประโยชนต์ ามสมบัติ ของแกส๊ มสี กลุ เชน่ น�ำ ฮเี ลียมซึง่ มคี วามหนาแนน่ น้อยกว่าอากาศมาบรรจุในบอลลนู และเรอื เหาะ ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้าแทนแก๊สไฮโดรเจน เนอื่ งจากแก๊สฮเี ลยี มไมต่ ดิ ไฟเหมือนแก๊สไฮโดรเจน นำ�อาร์กอนมาเป็นแก๊ส บรรจุในหลอดไฟเพื่อให้ไส้หลอดมีอายุการใช้งานที่นานขึ้น ท้ังนีเ้ พราะอารก์ อนไมท่ ำ�ปฏกิ ริ ิยากบั ไส้ หลอดขณะท่รี อ้ น สำ�หรับธาตทุ ี่มไี อโซโทปกัมมนั ตรังสี สามารถน�ำ มาใชป้ ระโยชนไ์ ด้ดังท่ีกล่าวไวแ้ ลว้ ในหัวข้อ 2.6.6 แม้ธาตุที่อยู่ในกลุ่มเดียวกันจะมีสมบัติคล้ายกัน แต่ธาตุทุกชนิดยังมีสมบัติเฉพาะตัวที่แตก สงวนสทิ ธ์โิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยตา่ งกันด้วย ดงั นน้ั การน�ำ ไปใชป้ ระโยชน์จงึ มคี วามจำ�เพาะแตกตา่ งกนั การที่ธาตแุ ตล่ ะชนดิ มสี มบตั ิ เฉพาะตัวแตกตา่ งกันท�ำ ให้บางคร้งั นกั วิทยาศาสตรต์ อ้ งน�ำ ธาตุมากกวา่ 1 ชนิดมาละลายหรอื ผสมกนั เพื่อให้มสี มบัติตามทต่ี อ้ งการและน�ำ ไปใช้ประโยชน์ไดห้ ลากหลายมากข้นึ เช่น น�ำ เหลก็ มาผสมกบั โครเมยี มเพ่อื ป้องกนั ไม่ให้เหล็กเปน็ สนิมจึงทนตอ่ การผกุ ร่อนมากขึ้น ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า เพ่อื ให้นกั เรียนมีความร้เู ก่ยี วกบั ตวั อยา่ งของการนำ�ธาตไุ ปใช้ประโยชน์มากขนึ้ ใหท้ ำ�กจิ กรรม 2.6 ซงึ่ ในกจิ กรรมนี้นกั เรียนตอ้ งศึกษาข้อมูลท่ีก�ำ หนดให้ และท�ำ นายว่าข้อมูลการใชป้ ระโยชนท์ ่ี สงวนสทิ ธ์โิ ดยดสัดสแวปทล.ง หรอื จ้าหน่ายก�ำ หนดให้น่าจะเป็นการใช้ประโยชน์ของธาตุใด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 121 กิจกรรม 2.6 ตามลา่ หาธาตุ จุดประสงค์ของกิจกรรม ห้ามเผยแพร่ ท้าซา้ศึกษาการใชป้ ระโยชน์ของธาตุตา่ ง ๆ วธิ ที �ำ กจิ กรรม สงวนสทิ ธิโ์ ดย สสวท. หรอื จ้าหนา่ ย1. แตล่ ะกลมุ่ รว่ มกนั ศึกษาขอ้ มูลเกย่ี วกบั ประโยชนข์ องธาตุ 2. เขยี นชอ่ื ธาตเุ ปน็ ภาษาองั กฤษในชอ่ งทก่ี �ำ หนดให้ ซง่ึ มหี มายเลขก�ำ กบั โดยอาจเปน็ แนวตง้ั ดัดแปลสงงวนสิทธ์โิ ดยดสดั สแวปทล.ง หหา้ รมอื เจผา้ ยหแนพ่ารย่ ทา้ ซ้า หรอื แนวนอน ดังตวั อย่าง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

122 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมี เล่ม 1 แนวตั้ง 1. ใชเ้ ป็นโครงสร้างในการสร้างบา้ น อาคาร ทำ�เปน็ ชนิ้ สว่ นของเครือ่ งจกั ร ใช้ท�ำ รางรถไฟ 3. ใชใ้ นกระบวนการไฮโดรจเี นชนั ซง่ึ ใชใ้ นอตุ สาหกรรมอาหาร ในสถานะของเหลวจะถกู น�ำ หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า ไปใช้เป็นเช้อื เพลิงของจรวด 4. ใช้ชุบโลหะป้องกันการเกิดสนิมและช่วยให้มีผิวแวววาวมากขึ้น ทำ�ถ่านชาร์จ ใช้เป็น ตวั เรง่ สำ�หรบั ปฏกิ ิริยาบางประเภท ใชเ้ ป็นสารเคลือบผิวในอตุ สาหกรรมเซรามกิ ส์ 7. นำ�ไปทำ�อุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องครัวเครื่องใช้ ห่ออาหาร ห่อของใช้ เป็นส่วนประกอบ ของเครอ่ื งบนิ สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย8. เป็นแก๊สที่ช่วยในการสันดาป มนุษย์ต้องหายใจเอาแก๊สนี้เข้าไปเพื่อใช้ในกระบวนการ เผาผลาญสารอาหารต่าง ๆ ใหเ้ ป็นพลังงาน 10. ทำ�แบตเตอรี่ ทำ�หัวกระสุน ใช้หุ้มสายเคเบิล สายไฟฟ้า และสายโทรศัพท์ อุปกรณ์ ปอ้ งกันรงั สจี ากเครื่องเอกซเ์ รย์ ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซา้12. ใชท้ �ำ เครอ่ื งมอื วทิ ยาศาสตร์ เชน่ เทอรม์ อมเิ ตอร์ บารอมเิ ตอร์ เครอ่ื งมอื ทใ่ี ชว้ ดั ความดนั โลหิต น�ำ มาผสมกับโลหะเงนิ เพ่ือทำ�วสั ดอุ ดุ ฟัน 14. ท�ำ เคร่ืองประดบั เปน็ ส่วนประกอบของอปุ กรณก์ ารแพทย์ 15. ช่วยให้กระดูกและฟันแข็งแรง ใช้ในอุตสาหกรรมถลุงโลหะ เป็นธาตุองค์ประกอบ ในยิปซมั และ หนิ ปูนซึง่ ใชใ้ นการกอ่ สร้าง สงวนสิทธ์ิโดย สสวท. หรอื จา้ หนา่ ย16. ใช้ในอุตสาหกรรมป๋ยุ ใช้ทำ�ไม้ขีดไฟ ธูป ประทัด 18. ใชผ้ สมในยาสฟี นั เพอ่ื ปอ้ งกนั ฟนั ผุ ใชท้ �ำ เทฟลอนซง่ึ เปน็ พลาสตกิ ส�ำ หรบั เคลอื บกระทะ 19. ใชท้ �ำ สบู่ ปยุ๋ ดนิ ประสวิ หรอื ดนิ ปนื 22. นำ�มาเคลือบโลหะ เช่น เคลือบผิวกระป๋องเหล็ก สำ�หรับบรรจุอาหารและเครื่องดื่ม ใช้ ดัดแปลง ส�ำ หรับเป็นฟิวส์ตัดวงจรไฟฟา้ ใชเ้ ป็นขว้ั ไฟฟา้ ในงานชบุ โลหะด้วยไฟฟ้า สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 123 แนวนอน 2. ใชใ้ นอตุ สาหกรรมฟอกสีกระดาษ ใช้ฆา่ เชื้อโรคในนำ้�ประปาและสระวา่ ยน้ำ� 5. ใช้ในกระบวนการวัลคาไนเซชันซึ่งเป็นการปรับปรุงคุณภาพของยาง เป็นส่วนผสมของ หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า ไม้ขดี ไฟ ดินปนื และดอกไมไ้ ฟ 6. เปน็ ธาตอุ งคป์ ระกอบของสง่ิ มชี วี ติ เปน็ องคป์ ระกอบส�ำ คญั ของเชอ้ื เพลงิ ซากดกึ ด�ำ บรรพ์ นยิ มน�ำ มาท�ำ เปน็ ถา่ น ไสด้ นิ สอ ท�ำ เครอ่ื งประดบั 9. ทำ�เปน็ เครือ่ งประดบั ที่ครอบฟัน เชอื่ มฟัน ใชใ้ นอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ นำ�มาใช้เปน็ ชดุ นักบินอวกาศและแคปซูลเพื่อป้องกันไม่ให้นักบินอวกาศกระทบกับรังสีในอวกาศที่ สงวนสทิ ธ์โิ ดย สสวท. หรือจ้าหน่าย มีพลงั งานสงู 11. ใช้ในอุตสาหกรรมเหล็กกล้า ทำ�ถ่านไฟฉาย ทำ�สี ใช้ทำ�น้ำ�ยาเคมีและเคมีภัณฑ์ ทำ�ปุ๋ย 13. ใช้เติมในลมยางของรถยนต์บางรุ่น สารประกอบของธาตุนี้ใช้บรรจุในถุงลมนิรภัย ใชใ้ นอตุ สาหกรรมปยุ๋ ถา้ มสี ถานะของเหลวจะน�ำ มาใชใ้ นงานเชอ่ื มทอ่ ทองแดงเพอ่ื ปอ้ งกนั ดัดแปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า การเกดิ ปฏกิ ิริยากบั แกส๊ ออกซเิ จนในอากาศ 14. เป็นตัวกลางในการแลกเปลีย่ นความรอ้ น เปน็ สารหล่อเยน็ ในปฏิกรณน์ ิวเคลยี ร์ นำ�ไป ท�ำ เปน็ หลอดไฟเพอ่ื ให้แสงสวา่ งตามท้องถนน 17. นำ�มาใช้เป็นวัสดุทนความร้อนในเตาเผาวัสดุ ใช้ในเครื่องบิน จรวด โลหะผสมของธาตุ น้ีนำ�มาท�ำ ล้อแม็ก สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย20. น�ำ ไปใช้บรรจใุ นบอลลนู และเรอื เหาะ น�ำ ไปผสมกับออกซเิ จนเพอื่ ใชเ้ ป็นอากาศส�ำ หรับ หายใจของนกั ประดาน�ำ้ 21. นำ�ไปทำ�เป็นสารกึ่งตัวนำ� ทำ�เซลล์สุริยะ นำ�ไปผลิตซิลิโคน นำ�มาผสมกับอะลูมิเนียม เพอื่ หล่อท�ำ ชิ้นส่วนรถยนต์ ดัดแปลง23. นำ�ไปละลายในเอทานอลเพื่อทำ�เป็นยาทาฆ่าเชื้อโรค บางไอโซโทปของธาตุนี้นำ�มาใช ้ ในการติดตามการท�ำ งานของไทรอยด์ 24. ใชเ้ ป็นสารเร่งปฏิกิรยิ าในการผลิตยางรถยนต์ ทำ�เป็นขวั้ ไฟฟา้ ของถ่านไฟฉาย 25. ใชเ้ ปน็ ตัวทำ�ละลาย ใชใ้ นการดบั เพลงิ ใชใ้ นอุตสาหกรรมย้อมและฟอกสี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

124 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมี เล่ม 1 จากกิจกรรม 2.6 นักเรียนได้เรียนรู้เกี่ยวกับการนำ�ธาตุไปใช้ประโยชน์ ซึ่งประโยชน์ของ ธาตุต่าง ๆ ในกิจกรรมนเี้ ปน็ เพียงตวั อยา่ งเท่านน้ั ถา้ นกั เรียนไปสืบค้นเพม่ิ เติมจะพบวา่ ธาตเุ หลา่ น้ี ยงั นำ�ไปใช้ประโยชน์อยา่ งอ่ืนได้อกี มาก นอกจากธาตุในกิจกรรม 2.6 แลว้ ยงั มีธาตุอนื่ ๆ อกี มากท่ี สามารถน�ำ ไปใชป้ ระโยชนใ์ นด้านต่าง ๆ อย่างไรก็ตามการนำ�ธาตมุ าประยกุ ตใ์ ชน้ อกจากจะกอ่ ใหเ้ กดิ หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้าประโยชน์แล้วยงั อาจเกดิ ผลเสียส่งผลกระทบต่อสิ่งมชี ีวติ และส่งิ แวดลอ้ มได้ 2.7.2 ผลกระทบตอ่ ส่งิ มีชวี ติ และสิ่งแวดลอ้ ม จากความรเู้ ดมิ นกั เรยี นคงทราบมาแลว้ วา่ ธาตบุ างชนดิ สง่ ผลกระทบตอ่ สง่ิ มชี วี ติ และสง่ิ แวดลอ้ ม เชน่ ตะกว่ั ไดถ้ กู ใชใ้ นอตุ สาหกรรมการผลติ แบตเตอร่ี โลหะบดั กรอี เิ ลก็ ทรอนกิ ส์ อตุ สาหกรรมสี หรอื สงวนสทิ ธโ์ิ ดย สสวท. หรือจา้ หน่ายใชเ้ คลอื บภาชนะ การปนเปอ้ื นของตะกว่ั ทง้ั ในดนิ น�ำ้ และอากาศ ลว้ นสง่ ผลกระทบตอ่ สง่ิ มชี วี ติ เชน่ ถา้ ตะกว่ั ปนเปอ้ื นในน�ำ้ อาจสง่ ผลตอ่ ระบบการเจรญิ พนั ธ์ุ ระบบโลหติ และระบบประสาทของสตั วใ์ น แหลง่ น�ำ้ นน้ั มนษุ ยส์ ามารถน�ำ ตะกว่ั เขา้ สรู่ า่ งกายได้ 3 ทาง คอื การบรโิ ภค การหายใจ และทางผวิ หนงั เมอ่ื ตะกว่ั เขา้ ไปสะสมในรา่ งกายจะท�ำ ใหม้ อี าการออ่ นเพลยี ปวดทอ้ ง ทอ้ งอดื เบอ่ื อาหาร ปวดกลา้ ม ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้าเนอ้ื ปวดกระดกู และขอ้ ความดนั โลหติ สงู โลหติ จาง ความจ�ำ เสอ่ื ม ภมู ติ า้ นทานลดลง และขดั ขวาง การท�ำ งานของเอนไซมใ์ นรา่ งกาย มนุษย์นำ�แคดเมียมมาใช้ในอุตสาหกรรมผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า โลหะผสม แบตเตอรี่ อะไหล่ รถยนต์ การชุบโลหะ แคดเมียมที่ปนเปื้อนในน้ำ� อากาศ อาหาร พืชผลทางการเกษตร เช่นในใบ ยาสูบเมื่อเข้าสู่ร่างกายจะส่งผลให้ไตทำ�งานผิดปกติ เกิดโรคความดันโลหิตสูง ปวดกระดูกสันหลัง สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรอื จา้ หน่ายทำ�ให้กระดูกผุ หรือเป็นโรคมะเร็งได้ ในอดตี เคยมกี ารน�ำ แกส๊ ไฮโดรเจนมาบรรจใุ นลกู โปง่ สวรรคห์ รอื เรอื เหาะ ซง่ึ การกระท�ำ ดงั กลา่ วน้ี สง่ ผลใหเ้ กดิ อบุ ตั เิ หตมุ ผี ไู้ ดร้ บั บาดเจบ็ สาหสั หลายคน ทเ่ี ปน็ เชน่ นเ้ี พราะแกส๊ ไฮโดรเจนเปน็ แกส๊ ทต่ี ดิ ไฟได้ ซง่ึ เมอ่ื ไดร้ บั ประกายไฟจงึ เกดิ ระเบดิ เปน็ เพลงิ ลกุ ไหมไ้ ด้ ตวั อยา่ งอบุ ตั เิ หตุ เชน่ ขา่ วเพลงิ ไหมเ้ รอื เหาะ ดดั แปลงไฮเดนเบริ ก์ ของเยอรมนั ในวนั งดสบู บหุ รโ่ี ลก ขา่ วไฟไหมใ้ นงานชกมวยทป่ี ระเทศไทยเนอ่ื งจากการน�ำ ลูกโปง่ สวรรค์หลายร้อยลกู มาประดับ จากตัวอย่างทกี่ ลา่ วมาแสดงใหเ้ ห็นวา่ การนำ�ธาตุมาใช้ ล้วนส่ง ผลกระทบตอ่ สง่ิ มชี วี ติ และสง่ิ แวดลอ้ ม ธาตบุ างชนดิ แมไ้ มไ่ ดม้ สี มบตั เิ ปน็ พษิ รา้ ยแรงแตก่ ารน�ำ มาใชไ้ ม่ ถกู วธิ กี ส็ ง่ ผลใหเ้ กดิ ความเสยี หายตอ่ ชวี ติ และทรพั ยส์ นิ ไดเ้ ชน่ กนั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 125 กิจกรรม 2.7 ประโยชน์และผลกระทบของการใช้ธาตุ จดุ ประสงค์ของกจิ กรรม หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า1. สบื คน้ ขอ้ มลู การน�ำ ธาตไุ ปใชป้ ระโยชน์ รวมทง้ั ผลกระทบทม่ี ตี อ่ สง่ิ มชี วี ติ และสง่ิ แวดลอ้ ม 2. น�ำ เสนอขอ้ มลู การสบื ค้นโดยวิธีการสร้างสรรค์และน่าสนใจ วธิ ที �ำ กจิ กรรม 1. สบื คน้ ขอ้ มูลการน�ำ ธาตไุ ปใชป้ ระโยชน์ รวมท้งั ผลกระทบต่อสิ่งมชี วี ิตและสงิ่ แวดลอ้ ม สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย โดยแต่ละกลมุ่ ใหส้ บื คน้ อยา่ งนอ้ ย 5 ธาตุ และไมค่ วรซ�้ำ กับกลุ่มอืน่ 2. น�ำ เสนอขอ้ มูลการสบื คน้ โดยวิธีการสร้างสรรค์และน่าสนใจ เชน่ การแสดงละคร ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้าแบบฝึกหดั 2.7 สงวนสทิ ธิ์โดยดสัดสแวปทล.ง หรอื จ้าหนา่ ยจากสถานการณด์ ังรูปจงตอบค�ำ ถามต่อไปนี้ 1. แตล่ ะโรงงานใช้ประโยชนจ์ ากธาตหุ รือสารประกอบของธาตุประเภทใด 2. หม่บู า้ น ก – จ มีแนวโน้มในการได้รับผลกระทบจากโรงงานอตุ สาหกรรมต่าง ๆ อยา่ งไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

126 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมี เล่ม 1 สรุปเนื้อหาภายในบทเรียน นักวิทยาศาสตร์ศึกษาโครงสร้างของอะตอมด้วยการศึกษาข้อมูลและทำ�การทดลอง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้าจนสามารถเสนอแบบจ�ำ ลองอะตอมแบบตา่ ง ๆ ตามขอ้ มลู ทค่ี น้ พบมากขน้ึ แบบจ�ำ ลองอะตอม มวี วิ ฒั นาการโดยเรม่ิ จากดอลตนั เสนอวา่ ​​​​​ธ​​ าตปุ ระกอบดว้ ยอะตอมซง่ึ เปน็ อนภุ าคขนาดเลก็ ไม่สามารถแบ่งแยกได้ ต่อมาทอมสันเสนอว่า อะตอมเป็นทรงกลมที่เป็นประจุบวกและ มีอิเล็กตรอนกระจายอยู่ทั่วไป รทั เทอร์ฟอรด์ เสนอว่า อะตอมประกอบด้วยนิวเคลยี ส ที่มีขนาดเล็กมากอยู่ตรงกลาง โดยมีอิเล็กตรอนวิ่งอยู่รอบ ๆ โบร์เสนอว่า อิเล็กตรอน สงวนสทิ ธ์โิ ดย สสวท. หรือจ้าหน่ายเคลื่อนที่รอบนวิ เคลยี สเปน็ วงและแตล่ ะวงมรี ะดบั พลงั งานเฉพาะตวั ตอ่ มานกั วทิ ยาศาสตร์ ไดศ้ กึ ษาคน้ ควา้ เพม่ิ เตมิ และเสนอแบบจ�ำ ลองอะตอมแบบกลมุ่ หมอกซง่ึ แสดงโอกาสการพบ อเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลยี ส จากการศกึ ษาโครงสรา้ งอะตอมท�ำ ใหท้ ราบวา่ โปรตอน อเิ ลก็ ตรอน และนวิ ตรอนเปน็ ดดั แปลง หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้าอนภุ าคในอะตอม โดยนวิ ตรอนอยรู่ ว่ มกบั โปรตอนในนวิ เคลยี ส (ยกเวน้ อะตอมไฮโดรเจน ทไ่ี มม่ นี วิ ตรอน) จ�ำ นวนอนภุ าคในอะตอมสามารถเขยี นแสดงไดด้ ว้ ยสญั ลกั ษณน์ วิ เคลยี รซ์ ง่ึ ประกอบดว้ ยสญั ลกั ษณธ์ าตุ จ�ำ นวนโปรตอนในอะตอมธาตทุ เ่ี รยี กวา่ เลขอะตอม และผลรวม ของจ�ำ นวนโปรตอนและนิวตรอนในอะตอมธาตทุ เ่ี รียกว่าเลขมวล โดยธาตตุ า่ งชนิดกนั มี เลขอะตอมตา่ งกนั สว่ นธาตชุ นดิ เดยี วกนั ทเ่ี ลขมวลไมเ่ ทา่ กนั เรยี กวา่ ไอโซโทป อเิ ลก็ ตรอนใน สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรอื จ้าหน่ายอะตอมจะจดั เรยี งอยรู่ อบ ๆ นวิ เคลยี สในระดบั พลงั งานหลกั ตา่ ง ๆ และแตล่ ะระดบั พลงั งาน หลกั ยงั แบง่ เปน็ ระดบั พลงั งานยอ่ ยแตกตา่ งกนั บรเิ วณทม่ี โี อกาสพบอเิ ลก็ ตรอนเรยี กวา่ ออรบ์ ทิ ลั แตล่ ะออรบ์ ทิ ลั บรรจอุ เิ ลก็ ตรอนไดส้ งู สดุ 2 อเิ ลก็ ตรอน ในสถานะพน้ื อเิ ลก็ ตรอนจะจดั เรยี งอยู่ ในออรบ์ ลั ทม่ี รี ะดบั พลงั งานต�ำ่ ทส่ี ดุ ดดั แปลง สมบัติของธาตุท่ีมีท้ังคล้ายกันและแตกต่างกันสามารถนำ�มาใช้จำ�แนกธาตุเป็นกลุ่ม จนเกิดเป็นตารางธาตุในปัจจุบันซึ่งจัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมและสมบัติท่ีคล้ายคลึง กนั เป็นหมู่และคาบ ธาตุในตารางธาตุอาจแบ่งเป็นกลุ่มธาตุโลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ หรือธาตุหมู่หลัก และกลุ่มธาตุแทรนซิชัน ธาตุหมู่หลักหรือธาตุเรพรีเซนเททีฟหรือใน หมู่เดียวกันมีจำ�นวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน และธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันมีเวเลนซ์ อิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักเดียวกัน ธาตุหมู่หลักมีสมบัติทางเคมีคล้ายกันตามหมู่ และมีแนวโน้มสมบัติบางประการเป็นไปตามหมู่และตามคาบ เช่น ขนาดอะตอม รัศมี ไอออน พลงั งานไอออไนเซชนั อเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ี สมั พรรคภาพอเิ ลก็ ตรอน ธาตแุ ทรนซชิ นั เป็นโลหะท่ีส่วนใหญม่ เี วเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากบั 2 มีขนาดอะตอมใกลเ้ คียงกนั และมี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 127 จุดเดอื ด จุดหลอมเหลว และความหนาแน่นสงู เกดิ ปฏิกิริยากบั นำ้�ไดช้ ้ากวา่ ธาตโุ ลหะใน กลมุ่ ธาตุหม่หู ลัก และเม่ือเกิดเปน็ สารประกอบสว่ นใหญ่จะมสี ี หา้ มเผยแพร่ ท้าซ้า ธาตุในธรรมชาติบางธาตุมีไอโซโทปที่แผ่รังสีได้เรียกว่า ไอโซโทปกัมมันตรังสีหรือ สารกมั มนั ตรงั สี ส่วนธาตุกมั มนั ตรังสีคอื ธาตุท่ที กุ ไอโซโทปสามารถแผร่ ังสไี ด้ โดยการสลาย ตวั สามารถท�ำ ให้เกดิ อนุภาคหรอื รังสี เช่น แอลฟา บีตา แกมมา ระยะเวลาทีน่ ิวเคลยี ส ของไอโซโทปกมั มันตรังสีสลายตัวจนเหลอื ครงึ่ หนงึ่ ของปรมิ าณเดิม เรยี กว่า ครึง่ ชีวติ ซง่ึ เป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทปกัมมันตรังสีท่ีไม่ข้ึนกับปริมาณต้ังต้นของไอโซโทป สงวนสทิ ธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหน่ายกมั มนั ตรงั สี ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สสี ามารถน�ำ มาใชป้ ระโยชนไ์ ด้หลายประการ เช่น หาอายุ ของวตั ถุโบราณ ใช้ในทางการแพทย์ การเกษตร ธาตุในธรรมชาติสามารถนำ�ไปใช้ประโยชน์ได้การใช้ประโยชน์จากธาตุควรคำ�นึงถึง ผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ซึ่งการทราบแนวโน้มสมบัติของธาตุเป็นพื้นฐาน ดัดแปลสงงวนสิทธ์โิ ดยดสดั สแวปทล.ง หหา้ รมือเจผ้ายหแนพ่ารย่ ทา้ ซ้าสำ�คัญที่นำ�ไปสู่การเลือกธาตุไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเหมาะสม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

128 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมี เลม่ 1 แบบฝึกหดั ท้ายบท 1. วาดรปู พรอ้ มอธบิ ายแบบจ�ำ ลองตอ่ ไปน้ี 1.1 แบบจ�ำ ลองอะตอมของดอลตนั หา้ มเผยแพร่ ทา้ ซ้า 1.2 แบบจ�ำ ลองอะตอมของทอมสนั 1.3 แบบจ�ำ ลองอะตอมของรทั เทอรฟ์ อรด์ 1.4 แบบจ�ำ ลองอะตอมของโบร์ 1.5 แบบจ�ำ ลองอะตอมแบบกลมุ่ หมอก สงวนสิทธโิ์ ดย สสวท. หรือจา้ หน่าย2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น 300 นาโนเมตร จะปรากฏในช่วงคลื่นของแสงที่ มองเห็นได้หรอื ไม่ มีความถีแ่ ละพลงั งานเท่าใด ดดั แปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า3. กำ�หนดขอ้ มลู เสน้ สเปกตรัม เปน็ ดงั นี้ A B CD สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยλ นอ้ ย λ มาก จากข้อมูลการคายพลังงานของอิเล็กตรอนที่กำ�หนด จงระบุว่าสเปกตรัมเส้นใดคือ ดัดแปลงสเปกตรมั A B C และ D ตามล�ำ ดบั เส้นท่ี 1 เสน้ ที่ 2 เสน้ ที่ 3 เส้นท่ี 4 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 129 4. พิจารณาสญั ลกั ษณ์นิวเคลยี รข์ องธาตสุ มมตติ อ่ ไปน้ี ¹²₆A ¹³₆ B ¹ ⁴₆C ¹ ⁴₇ D และ ¹⁶₈E ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า 4.1 ธาตุใดเปน็ ไอโซโทปกนั 4.2 ธาตุใดมีจำ�นวนนิวตรอนเทา่ กนั 5. ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่งมีประจุในนิวเคลียสเป็น 3 เท่าของประจุในนิวเคลียสของ ไฮโดรเจน และมีเลขมวลเป็น 7 เท่าของเลขมวลไฮโดรเจน จงระบุจำ�นวนโปรตอน สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ย นวิ ตรอน และอเิ ล็กตรอนของไอโซโทปของธาตนุ ้ี 6. A และ B เป็นไอโซโทปซึ่งกันและกัน ถ้า A มีนิวตรอน = a B มีจำ�นวนนิวตรอน = b และมีเลขมวล = c ธาตุ A จะมีเลขมวลเท่าใด ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้า7. เลขอะตอมของ Mg = 12 Cl = 17 Ar = 18 K = 19 Ni = 28 จงเขยี นการจดั เรยี ง อิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานยอ่ ยของ K Ar Mg2+ Cl- Ni และ Ni+ 8. กำ�หนดธาตุ 5 ธาตุ ซง่ึ มเี ลขอะตอมเท่ากบั 12 20 23 30 และ 36 สงวนสทิ ธโิ์ ดย สสวท. หรือจา้ หนา่ ย 8.1 มธี าตุแทรนซิซนั ท้ังหมดกี่ธาตุ 8.2 ธาตทุ ่มี เี ลขอะตอมเท่าใดจดั อยู่ในกลมุ่ ของแก๊สมีสกุล 9 จากการทดลองของมิลลิแกน ถ้าพบว่าหยดน้ำ�มันที่ลอยนิ่งหยดหนึ่งมีค่าประจุเท่ากับ ดัดแปลง 4.8 × 10-¹⁹ คลู อมบ์ หยดนำ้�มันนีม้ ีอิเล็กตรอนเกาะอยู่จ�ำ นวนเท่าใด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

130 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมี เล่ม 1 10. กำ�หนดให้พลังงานไอออไนเซชนั ล�ำ ดับที่ 1– 4 ของธาตุ A B C และ D เป็นดงั น้ี ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซา้1 2 ธาตุ พลังงานไอออไนเซชนั (kJ/mol) ล�ำ ดบั ที่ 3 4 9500 A 500 4600 6900 10500 B 740 1500 7700 21000 สงวนสิทธโ์ิ ดย สสวท. หรือจ้าหนา่ ยD 580 11600 C 900 1800 14800 1800 2700 10.1 ธาตุใดมีแนวโนม้ สงู สดุ ท่จี ะเกดิ เปน็ ไอออนซ่ึงมีประจุ +1 10.2 ธาตใุ ดน่าจะมจี �ำ นวนเวเลนซ์อเิ ล็กตรอนเท่ากนั ดัดแปลง ห้ามเผยแพร่ ทา้ ซ้า11. ธาตุ X และ Y มเี ลขอะตอม 37 และ 38 ตามล�ำ ดบั จงเปรียบเทยี บสมบตั ิต่อไปน้ี พรอ้ มทง้ั ให้เหตผุ ลประกอบ 11.1 ขนาดอะตอม 11.2 พลงั งานไอออไนเซชนั ล�ำ ดับที่ 1 สงวนสิทธิโ์ ดย สสวท. หรือจ้าหน่าย12. ธาตุฮเี ลยี มมี 2 อเิ ล็กตรอน และมีค่า IE1 เทา่ กับ 2.372 เมกะจูลต่อโมล ธาตโุ พแทสเซียม มี 19 อเิ ลก็ ตรอน และมคี า่ IE1 เทา่ กบั 0.419 เมกะจลู ตอ่ โมล เพราะเหตใุ ด IE1 ของธาตฮุ เี ลยี ม จงึ มคี ่าสงู กวา่ โพแทสเซยี ม ดัดแปลง13. แนวโนม้ ของคา่ IE1 ของธาตุ K Rb และ Cs ซง่ึ มเี ลขอะตอม 19 37 และ 55 ตามล�ำ ดบั ควรเป็นอย่างไร พรอ้ มอธิบายเหตผุ ลประกอบ 14. A B C D E และ F เป็นธาตุสมมติที่อยู่ในหมู่เดียวกันเรียงลำ�ดับจากบนลงล่าง จงทำ�นายสมบัตขิ องธาตุดังต่อไปนี้ 14.1 ธาตใุ ดควรมขี นาดอะตอมเลก็ ที่สุด 14.2 ธาตใุ ดควรมีอิเลก็ โทรเนกาติวิตสี ูงที่สุด 14.3 ธาตุ E ควรมพี ลงั งานไอออไนเซชันล�ำ ดบั ที่ 1 สูงหรือตำ่�กวา่ ธาตุ F สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 131 15. จงเขยี นสมการตอ่ ไปนใ้ี ห้สมบูรณ์ ¹²₄Be + ............................... ¹₅¹B + ............................... ²₈²₇⁶Fr + ............................... 15.1 ¹³₄Be ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้า 15.2 ¹₆¹C 15.3 ²₈²₉⁶Ac 16. ไอโซโทปกัมมนั ตรงั สีชนิดหนงึ่ จ�ำ นวน 20 กรมั เมื่อเวลาผา่ นไป 2 ช่ัวโมง ไอโซโทปนัน้ สงวนสทิ ธโ์ิ ดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย เหลืออยู่ 1.25 กรัม ครง่ึ ชวี ิตของไอโซโทปนม้ี คี ่าเทา่ ใด 17. จากการทดลองพบว่าเมื่อเวลาผ่านไป 120 วัน จะมีซีเซียม–137 เหลืออยู่ 300 กรัม ถา้ ครง่ึ ชวี ติ ของซเี ซยี ม–137 เทา่ กบั 30 วนั จงหาวา่ เมอ่ื เรม่ิ ตน้ มซี เี ซยี ม–137 อยเู่ ทา่ ใด ดดั แปลง ห้ามเผยแพร่ ท้าซ้า18. จงเขียนสมการแสดงการเปลี่ยนแปลงเม่ือทอเรียม–232 แผร่ งั สีแอลฟา 19. ถ้า Pb –214 สลายตัวให้รังสตี า่ ง ๆ ดังแผนภาพ สงวนสทิ ธ์ิโดย สสวท. หรอื จ้าหน่าย²₈¹₂⁴Pb X + β Y + β ดัดแปลงZ + α ธาตุ X Y และ Z มสี ัญลักษณ์นวิ เคลียรเ์ ปน็ อยา่ งไร 20. ยกตวั อย่างประโยชนแ์ ละโทษของโลหะปรอทมาอยา่ งละ 3 ตัวอยา่ ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี