ตารางธาตุ อาจารยน ิรวรรณ ธรรมขันธุ ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร มหาวทิ ยาลัยแมโจ Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
วิวัฒนาการของตารางธาตุ โยฮนั เดอเบอไรเนอร นกั เคมคี นแรก(ป ค.ศ. 1817) ท่ี พยายามจดั ธาตุเปน กลุม ๆ ละ 3 ธาตุ ตามสมบัติที่คลายคลงึ กัน เรยี กวา ชุดสาม (Triad) และพบวา ธาตุกลางจะมีมวลอะตอม เปน คา เฉลยี่ ของมวลอะตอมของอกี สองธาตุทเี่ หลือ ตัวอยา งธาตชุ ดุ สามของเดอเบอไรเนอร เชน ชุดท่ี 1 Li มวลอะตอม = 7.0 Na มวลอะตอม = ( 7.0+39.1) / 2 = 23 K มวลอะตอม = 39.1
วิวฒั นาการของตารางธาตุ จอหน เอ อาร นิวแลนดส (ป ค.ศ. 1864) พบวาถานําธาตุ มาเรยี งตามมวลอะตอม จากนอยไปมากแลว จะพบวาธาตุที่ 8 จะมีสมบัติทางเคมแี ละกายภาพ คลายธาตุที่ 1 และจะเกิดข้ึน ทุกๆ ชว งของธาตุท่ี 8 เรียกการจดั นี้วา Law of Octaves (กฎคแู ปด) และกฎนี้ใชไ ดถ งึ แคลเซียม (Ca) ที่มีมวล อะตอม 40 เทา น้ัน
การจัดเรยี งธาตุตามกฎคูแ ปดของนิวแลนดส No.1 No. 2 No. 3 No. 4 No. 5 No. 6 No. 7 No. 8 H 1 F 8 Cl 15 Co, Ni 22 Br 29 Pd 36 I 42 Pt, Ir 50 Li 2 Na 9 K 16 Cu 23 Rb 30 Ag 37 Cs 44 Tl 51 G 3 Mg 10 Ca 17 Zn 25 Sr 31 Cd 38 Ba, V 45 Pb 54 Bo 4 Al 11 Cr 19 Y 24 Ce, La 33 U 40 Ta 46 Th 56 C 5 Si 12 Ti 18 In 26 Zr 32 Sn 39 W 47 Hg 52 N 6 P 13 Mn 20 As 27 Di, Mo 34 Sb 41 Nb 48 Bi 55 O 7 S 14 Fe 21 Se 28 Ro, Ru 35 Te 43 Au 49 Os 51
วิวฒั นาการของตารางธาตุ เมนเดเลเอฟ กฎพิริออดกิ กลาววา ถาจัดเรียงธาตุตามมวล อะตอมของธาตุตา ง ๆ จากนอยไปมาก ธาตุท่ีมสี มบัตคิ ลายกันจะ ปรากฎซํ้ากันและอยตู รงกนั เปนชวง ๆ เดอเบอไรเนอร มวลอะตอม นวิ แลนดส เมนเดเลเอฟ
คาํ ทาํ นายของ Dmitri Mendeleev (1869) ตารางธาตุของ Mendeleev มีธาตุที่รูจักแลวเพยี ง 66 ตัว Eka-Aluminum (Ea) Gallium (Ga) Atomic mass 68 amu 69.9 amu Melting point Low 30.15 oC Density 5.9 g/cm3 5.94 g/cm3 Formula of oxide Ea2O3 Ga2O3
ววิ ฒั นาการของตารางธาตุ โมสลยี (ค.ศ.1913) พบวา การเรียงธาตตุ าม เลขอะตอม (จาํ นวนโปรตอนหรอื อเิ ล็กตรอน) จะสอดคลองกับกฎพิรอิ อ ดกิ โดยไมต อ งสลับท่ีธาตกุ ันเหมอื นการเรียงตามมวลอะตอม และไดน ํามาใชการจดั ตารางธาตใุ นปจจุบัน
ลาํ ดบั การคน พบธาตุ Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
ธาตุทส่ี ังเคราะหข้ึน การสรา งธาตุลาํ ดบั ที่ 43 , 61, 85, 87 และการเกิดธาตุลําดับที่ 93 ธาตุ วิธที ใี่ ชผลติ ปท ผี่ ลติ ได ผูค น พบ 43 Tc AMo(d,n) (A+1)Tc 1937 E. Se’gre และ C.Perrier(USA) 61 Pm ปฏิกิรยิ าฟสชนั ของ 1945 J. Marinskii และ ธาตุยูเรเนียม 85 At 209Bi(α,2n) 211At L. Glendinin(USA) 1940 E. Se’gre และ C.Perrier(USA) 87 Fr 227Ac α 223Fr 93 Np ปฏกิ ิริยาฟสชนั 1939 M.Perey (France) 1940 E.M. McMillan และ P.H. Abelson
Synthetic From decay Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
ธาตุที่สังเคราะหขึ้น Mt = meitnerium 209Bi + 58Fe → 266Mt + 1n Ds = darmstadtium ปจ จบุ นั นกั วทิ ยาศาสตรไดสรา งธาตทุ ่หี นกั ข้ึน โดยการระดมยิงธาตุที่หนกั กวา Pb ดวยไอออนของธาตทุ เี่ บากวา Cr เพือ่ ใหได ธาตทุ เี่ รียกวา ธาตหุ นกั ยง่ิ ยวด (super heavy elements) เชน ธาตุลาํ ดับท่ี 112 หรือ 114 ซึง่ คาดวา จะเปนธาตทุ มี่ คี ร่ึงชีวติ ยาวเปนหลายรอ ยลา นป
หมู การจัดธาตใุ นแนวตง้ั ของตารางธาตุ 1A Representative Element 8A 2A 3A 4A 5A 6A 7A Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
คาบ การจดั ธาตุในแนวตง้ั ของตารางธาตุ 1 2 3 4 5 6 7 Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
โลหะแอลคาไล กา ซเฉื่อย หรอื กา ซมีตระกลู โลหะแอลคาไลนเอิรท แฮโลเจน แทรนซชิ ัน Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo แลนทาไนด แอกทไิ นด
โลหะ กึง่ โลหะ อโลหะ Ds Rg
กงึ่ โลหะ แสดงสมบตั ิเปนไดท ้งั โลหะและอโลหะ สมบตั ขิ องโลหะ สมบตั ขิ องอโลหะ 1. เปน s ทีอ่ ณุ หภูมิหอ ง เวน ปรอท เปน l 1. ทอี่ ณุ หภมู ิหอ งมีทกุ สถานะ 2. เปนมันวาว 3. นาํ ไฟฟาและความรอ น 2. ไมเ ปนมนั วาว 4. เคาะจะมเี สียงกังวาน 5. แขง็ +เหนียว ตเี ปนแผน , เสนได 3. ไมนาํ ไฟฟา และความรอน เวน แกรไฟต 6. จุดหลอมเหลว จดุ เดอื ด ความหนาแนน 4. เคาะจะไมม เี สยี งกงั วาน สงู 5. สวนมากเปราะ ไมสามารถตีเปน แผน , เสน ได 6. สวนมาก จุดหลอมเหลว จุดเดอื ด ความ หนาแนนตาํ่
1.แนวโนม ขนาดอะตอมตามตารางธาตุ คาบเดยี วกัน ขนาดเล็กลงจากซา ยไปขวา เนื่องจากในคาบเดียวกนั เมอื่ เลขอะตอมเพมิ่ ข้ึน สวนอเิ ลก็ ตรอนจะเพม่ิ ขนึ้ ในระดบั พลงั งานเดยี วกนั ดงั นนั้ “โปรตอนในนิวเคลยี สเพม่ิ ขนึ้ แตระดับพลงั งานเทาเดิม” ประจทุ ่ีเพมิ่ ข้นึ จะดงึ อเิ ลก็ ตรอนใหเ ขา ใกลน วิ เคลียสขน้ึ อะตอมจงึ เลก็ ลง + e- 2+ e-e- e- e- 4+ e- e- e- e- e-e- e- e- e-e- e- e- ee-e- - Li Be e- e- e- e- 3+ e- 5+ 6+ e- 7+ B CN e- e- F O
• หมเู ดยี วกัน ขนาดใหญข น้ึ จากบนลงลา ง ee--ee--+ee-- e- e- ท้งั ที่ประจุในนวิ เคลยี สเพิม่ ข้นึ จากบนลงลาง e- นา จะดึงอิเลก็ ตรอนไดแรงขนึ้ แตช นั้ ของอเิ ลก็ ตรอนกเ็ พิ่มขึ้นเชน กนั e- ee-ee---ee--+eeee---- e-e- e- e- ทําใหระยะหางระหวางนวิ เคลียสกับอิเลก็ ตรอน e- ช้นั นอกสดุ เพ่ิมมากขนึ้ อกี ท้งั อเิ ลก็ ตรอนชนั้ ใน e- ยงั เปนตวั กน้ั การดึงดดู จากนวิ เคลยี สอกี ดว ย ดงั นนั้ ขนาดอะตอมจงึ เพมิ่ ขึ้นจากบนลงลา ง
ขนาดอะตอม
เรยี งลาํ ดับรศั มีอะตอมของธาตุตอไปนจ้ี ากเลก็ ไป หาใหญ P, Si, N N < P < Si Li, C, Be, C < Be < Li Na, Al, P, Cl, Mg Cl < P < Al < Mg < Na
ขนาดไอออนเทียบกบั ขนาดอะตอม Atom Anion Atom Cation
แคทไอออน มีขนาด เล็กกวา ขนาดอะตอม ของมันเสมอ แอนไอออน มขี นาด ใหญกวา ขนาดอะตอม ของมนั เสมอ
รัศมีของไอออน 8.3
ไอออนใดมีขนาดใหญกวาในแตล ะคูตอ ไปน้ี N3-, F- N3- Mg2+, Ca2+ Ca2+ Fe2+, Fe3+ Fe2+ O2-, Cl- Cl-
2. พลงั งานไอออไนเซชัน พลงั งานนอ ยท่ีสุดท่ีตอ งการใชในการแยก อิเลก็ ตรอนออกจากอะตอมอสิ ระในสภาวะพ้นื ของอะตอมนนั้ IE1 + X (g) X+(g) + IE1 first ionization energy IE2 + X (g) e- X2+(g) + e- IE2 second ionization energy IE3 + X (g) X3+(g) + e- IE3 third ionization energy IE1 < IE2 < IE3 แนวโนม พลงั งานไอออไนเซชัน คาบเดยี วกนั เพ่มิ ขนึ้ จากซา ยไปขวา หมเู ดยี วกัน ลดลงจากบนลงลาง
First Ionization Energy เพ่ิมข้ึน แนวโนมพลงั งงานไอออไนซข น้ั ท่ี 1 First Ionization Energy เพิ่มขึ้น Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 8.4
ความสัมพนั ธร ะหวา งพลงั งานไอออไนซข้ันท่ี 1 กับ เลขอะตอม Filled n=1 shell Filled n=2 shell Filled n=3 shell Filled n=4 shell Filled n=5 shell 8.4
แนวโนม พลังงานไอออไนเซชันตามคาบและหมู
3. สมั พรรคภาพอิเลก็ ตรอน (Electron affinity, EA) คอื พลงั งานที่ปลดปลอ ยออกมาจากการรับอิเล็กตรอนเขาไป 1 อเิ ล็กตรอน ของอะตอมธาตุแลว เกิดเปนแอนไอออน ณ สถานะแกส X(g) + e- X-(g) + EA F (g) + e- X-(g) O (g) + e- O-(g) แนวโนมสัมพรรคภาพอเิ ลก็ ตรอน คาบเดียวกัน เพิม่ ขึ้นจากซา ยไปขวา หมเู ดยี วกัน ลดลงจากบนลงลา ง
ทาํ ไมโลหะหมู 2A จงึ รบั อเิ ล็กตรอนไดย ากกวาโลหะหมู 1A โลหะหมู 2A มีอเิ ลก็ ตรอนอยเู ต็ม subshell s แลว อเิ ลก็ ตรอนที่เขามาใหมจ ะอยูหา งจากนวิ เคลยี สและถกู shield มากกวา ในกรณขี องโลหะหมู 1A ที่ยังมีทว่ี างใน subshell s ธาตุใดมีคา electron affinity สูงกวา Li, Na Li O, F F
•สงั เกต คาสัมพรรคภาพอเิ ลก็ ตรอนของโลหะหมู IIA มคี าเปนบวก เพราะ โลหะหมู IIA มีการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนชนั้ นอกสดุ เปน ns2 การทจ่ี ะรบั อิเลก็ ตรอนเพม่ิ เขาไป อเิ ลก็ ตรอนตวั ใหมจะไป อยทู ่ี np-ออรบทิ ัล ซ่ึงไกลจากนวิ เคลียสและยังมอี ิเลก็ ตรอนใน ns2 กั้นแรงดงึ ดดู จากนวิ เคลียสไว ดังนน้ั อิเลก็ ตรอนทีเ่ พิ่มเขา ไปจงึ ไมเสถียรนัก
4. อิเล็กโตรเนกาตวิ ติ ี (Electronegativity, EN) ความสามารถในการดงึ ดูดอเิ ล็กตรอนเขา มาหาอะตอมน้นั ธาตุทม่ี คี าอเิ ล็กโตรเนกาตวิ ติ สี ูง ธาตุทีม่ คี วามสามารถในการดงึ ดูดอิเล็กตรอนคทู ีใ่ ชใน การสรา งพนั ธะไดมาก แนวโนม คาอเิ ลก็ โตรเนกาตวิ ติ ี คาบเดียวกัน เพิ่มขน้ึ จากซายไปขวา หมูเดยี วกนั ลดลงจากบนลงลา ง
ความสัมพันธแบบทะแยงมุม (diagonal relationships) 8.6
ท้ัง IE, EA และ EN ตา งก็เกีย่ วของกบั การ ดงึ ดดู อิเลก็ ตรอนของธาตุ ธาตุทดี่ ึงดดู อเิ ล็กตรอนไดดีมากจะมคี าท้ัง 3 สูง สรุป IE, EA และ EN เพ่มิ ข้ึน IE, EA และ EN ลดลง
แนวโนม ของสมบัติทางกายภาพ แรงยึดเหนยี่ วระหวางธาตุ แบงได 3 แบบ คอื พันธะโลหะ แรงแวนเดอรวาลสหรือแรงลอนดอน และ พนั ธะโคเวเลนต • ธาตกุ ลุม s กลมุ d กลมุ f และกลมุ p บางสว นยดึ กนั ดว ยพนั ธะ โลหะ • ธาตบุ ริเวณทางขวา เชน N, O, Cl กอ พนั ธะโคเวเลนต • ธาตุหมู 0 ยึดกนั ดว ยแรงแวนเดอรว าลส
พนั ธะโควาเลนต (โครงรา งตาขา ย) มาก มาก นอย ขนาดอะตอมเลก็ พันธะโลหะ นอย นอ ย ขนาดใหญ แรงลดลง มาก ขนาดอะตอมใหญ แรงแวนเดอรว าลส
พนั ธะโควาเลนตแ บบโครงรา งตาขา ย - ขนาดอะตอมใหญขนึ้ ความแข็งแรงลดลง ไมสามารถบอก ไดวา โมเลกลุ หน่งึ ประกอบดวยกี่อะตอม เปนโครงรางแบบ ตาขาย แรงยึดเหนยี่ วแบบนีจ้ งึ แขง็ แรงมาก พันธะโลหะ - เปน แรงดงึ ดูดระหวา ง ไอออนบวกของโลหะกบั ทะเล e- - ความแขง็ แรงขึ้นกบั ปริมาณ e- ในโครงผลึก ขนาดของ ประจุบวกและขนาดของอะตอม - แข็งแรงมากขนึ้ เมือ่ อะตอมมีขนาดเล็กลง แรงแวนเดอรว าลส - เปน แรงทอ่ี อนมาก พบในอะตอมและโมเลกลุ ทุกชนิด
1. ความหนาแนน • ขน้ึ กับ ขนาด มวลของอะตอม โครงสรางผลกึ และแรงยึด เหนี่ยวระหวางกนั • ขนาดเลก็ มวลมาก และพันธะโลหะแข็งแรง ความหนาแนน สงู Be > Li, Ti > Ca • โมเลกลุ อะตอมเดยี่ ว ความหนาแนน ตํา่ • กลมุ ทีม่ โี ครงรางตาขาย ความหนาแนน ปานกลาง • ธาตุแทรนซชิ นั มคี วามหนาแนนสงู สุด
กลมุ โลหะ - ในคาบเดียวกนั ธาตุทางขวาซ่งึ มขี นาดเล็ก แตมวล มากกวา และพันธะโลหะแข็งแรงกวา จะมคี วาม หนาแนน สงู กวา ธาตุทางซาย - ธาตุหมู 1A มีความหนาแนนตํ่าทสี่ ุด (มีขนาดอะตอม ใหญ)
- ในหมเู ดียวกัน ธาตุหนักจะมคี วามหนาแนนสูงกวา ธาตุเบา เน่อื งจากมอี ตั ราการเพม่ิ มวลเรว็ กวา การ เพมิ่ ปรมิ าตร ตวั อยา งเชน K (เลขมวล 39) และ Rb (เลข มวล 85) มีรศั มีอะตอมเปน 203 และ 216 pm ดังนน้ั Rb จึงควรมีความหนาแนน มากกวา
โลหะทรานสิชัน มขี นาดเลก็ และมวลมาก พันธะโลหะแขง็ แรง ความหนาแนนสูงท่ีสุด
2. การหลอมเหลวและกลายเปนไอ เปนการใชพลงั งานความรอนแยกโมเลกลุ ที่จดั ตัวเปน ระเบียบในผลกึ ใหห างกนั เคลอื่ นทีไ่ ปมาไดบ างจนถึงแยก จากกนั โดยเดด็ ขาดในสภาวะแกส หมู IA หมู IVA หมู VA หมู 0 สูง ต่าํ ตํา่ สูง
โครงสรา งโมเลกลุ แบบเดี่ยว ใชค วามรอ นทําลายแรงแวน เดอรวาลส ซ่ึงเปน แรงขนาดออน จุดหลอมเหลวและจุด เดอื ดจงึ ตํา่ แตจ ะสูงขึ้นเม่อื โมเลกลุ มีขนาดใหญข ้ึน พันธะโลหะและโครงรางตาขาย ใชความรอนทําลายพันธะ โลหะ หรือพันธะโคเวเลนซตามลาํ ดับ จึงตอ งใชพ ลงั งาน มากกวา ****โลหะทรานสิชัน มีจุดเดอื ดและจดุ หลอมเหลวสูงท่ีสุด (เชื่อมกันดวยพันธะโลหะ) มีความหนาแนนสงู เนื่องจากมี มวลมาก รองลงมาคอื กลมุ โครงรางตาขา ย
3. การนําไฟฟา และความรอ น ธาตุบรสิ ทุ ธิ์มีอิเล็กตรอนอิสระ นําไฟฟา และความรอ นได โลหะ อโลหะ และก่ึงโลหะ
แนวโนมของสมบัติทางเคมี เลขออกซิเดชนั : สารประกอบมกั จะแสดงเลข ออกซเิ ดชนั ท่มี ีคา เทา กบั เลขหมนู ้นั • ธาตกุ ลมุ s หมู IA และ IIA มเี ลขออกซิเดชนั เปน +1 และ +2 ตามลาํ ดับ • ธาตกุ ลุมอ่นื ๆ สวนใหญจะมเี ลขออกซเิ ดชันไดม ากกวา หน่งึ คา
แนวโนมของสมบัตทิ างเคมี ศกั ยไฟฟามาตรฐาน (E0) ตัวออกซไิ ดซ F F2 บ+ว2กe-มาก2F- แนวโนมของศักยไฟฟา มาตรฐานเปน ดงั รปู รบั อเิ ลก็ ตรอน Li+ + e- Li Li เปน บวกมากขนึ้ I I2 + 2e- 2I- ตวั รดี วิ ซ บวกนอ ย Cs+ + e- Cs Cs ลบมาก ใหอิเลก็ ตรอน
Search
