ตารางธาตุและเรพรี

51

โลหะ - ของแขง็ ท่อี ุณหภมู หิ อ้ ง นาไฟฟ้าและความรอ้ นไดด้ ี - ตีแผ่ ดงึ เปน็ เส้นได้, - สารประกอบออกไซด์มสี มบัตเิ ปน็ เบส - มักมีเลขออกซเิ ดชนั เปน็ + ในสารประกอบ โลหะมเี วเลนต์ e- นอ้ ย, มี IE, EA ต่า โลหะจงึ ไม่ทาปฏกิ ริ ิยา กันเอง แตจ่ ะเกิดปฏิกิริยากับอโลหะ โดยโลหะให้ e- เกดิ เป็น ไอออน + พนั ธะไอออนกิ จงึ เป็นพันธะของสารประกอบโลหะสว่ น ใหญ่ 52

อโลหะ • ของแข็ง หรอื กา๊ ซ ท่อี ณุ หภมู หิ ้อง • สารประกอบออกไซดส์ มบัติเปน็ กรด • IE, EA สงู ระดับพลังงานชัน้ นอกสุดเกอื บเต็มดว้ ย e- • อโลหะรวมตวั กันไดเ้ องเกิดเปน็ โมเลกุลโคเวเลนต์ 53

กง่ึ โลหะ (metalloid) § Metalloid หมายถึง like a metal § ลักษณะไม่เหมอื นทง้ั โลหะและอโลหะแตม่ สี มบตั ิของทงั้ สอง § เป็นของแข็งท่แี ข็งเปราะ § มีคา่ EN ปานกลาง สารประกอบออกไซดเ์ ป็นแอมโฟเทอริก หรือกรดอ่อน § ธาตทุ ีม่ สี มบัตเิ ป็นกึ่งโลหะไดแ้ ก่ B (13), Si และ Ge (14), As และ Sb (15), Se และ Te (16) 54

โลหะหมตู่ า่ งๆ • โลหะอัลคาไล (หมู่ 1) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr - วอ่ งไวมากจึงมกั พบเป็นสารประกอบในธรรมชาติ เช่น แร่ ตา่ งๆ - จัดเปน็ โลหะออ่ น ตัดได้งา่ ย ความแข็งลดลงเม่ือธาตุหนักขึ้น - จัดเรียง e- แบบ ns1 เสีย e- ไดง้ ่าย เป็นตวั รดี วิ ซ์ทด่ี ี แนวโน้ม ควรเพ่ิมขน้ึ จากบนลงล่าง 55

ปฏกิ ิริยาของโลหะอัลคาไล • ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั น้าใหโ้ ลหะไฮดรอกไซดแ์ ละก๊าซไฮโดรเจน 2Na(s) + H2O 2Na+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g) • ทาปฏกิ ริ ิยากบั เฮโลเจน (หมู่ 17) 2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s) 2K(s) + Br2(g) 2KBr(s) • ทาปฏิกิริยากับออกซิเจน 4Li(s) + O2(g) 2Li2O(s) เกดิ ทีอ่ ุณหภมู ิ สงู 2Na(s) + O2(g) Na2O2(s) 56

สารประกอบของโลหะอัลคาไล • สารประกอบออกไซดแ์ ละไฮดรอกไซดม์ สี มบัตเิ ป็นเบส • มกั เปน็ สารประกอบไอออนกิ ที่ละลายน้าได้ดี • Li มีสมบัติคลา้ ย Mg โดยเฉพาะเกลือทม่ี ีการละลายนา้ ได้ คลา้ ยกนั และ Mg ทาปฏกิ ริ ยิ ากับ N2 ท่ี T สงู ได้ เชน่ เดยี วกับ Li 3Mg(s) + N2(g) Mg3N2(s) 6Li(s) + N2(g) 2Li3N(s) 57

โลหะอัลคาไลนเ์ อริ ์ท (หมู่ 2) ประกอบดว้ ย Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra มกั พบในรูปสารประกอบออกไซด์ ลักษณะเหมือนโลหะทั่วไป คือ มนั วาว ยกเวน้ Be นาไฟฟ้าไดด้ ี แตแ่ ขง็ และมคี วามหนาแนน่ มากกวา่ จดุ หลอมเหลว สงู กวา่ หมู่ 1 เน่ืองจากนวิ เคลยี สของหมู่ 2 มโี ปรตอนมากกว่าหมู่ 1 ในคาบ เดียวกนั รศั มีอะตอมสัน้ กว่า และมี 2 เวเลนตอ์ ิเล็กตรอน 58

ปฏิกิรยิ าของธาตหุ มู่ 2 “ความวอ่ งไวจะเพิ่มขึน้ ตามลาดับเม่อื เลขอะตอม เพ่ิมข้นึ ” ดังปฏิกิรยิ าของโลหะอัลคาไลนเ์ อิร์ทกับน้า Be + H2O Mg + H2O MgO + H2 น้าเดอื ด,ไอนา้ M + H2O M(OH)2 + H2 M= Ca, Sr, Ba 59

สารประกอบของโลหะอลั คาไลนเ์ อิร์ท แนวโนม้ การละลายข้นึ กบั พลงั งานแลตติซและพลงั งานไฮเดรชนั พลงั งานแลตตซิ ขึ้นกบั ระยะระหวา่ งไอออน + กับไอออน – 1 / (r+ + r- ) พลังงานไฮเดรชัน ข้ึนกับ ศักยไ์ อออนิกซึ่ง ศักย์ไอออนกิ = จานวนประจขุ องไอออน รัศมไี อออน 60

1. โมเลกุลน้าดงึ Na+ ไอออนใน 2. โมเลกุลนา้ เข้าลอ้ มรอบ Cl- ออกจากโครงผลกึ สภาวะแก๊ส ไอออนเกดิ แรงยดึ เหน่ียวแลว้ ด้วยพลงั งานเทา่ กบั คายพลงั งาน ออกมาเรียกวา่ พลงั งานแลตทิซ พลังงานไฮเดรชนั Step 1 Step 2 Lattice energy U = 788 kJ/mol Heat of hydration DH = -784 kJ/mol Heat of solution DH = 4 kJ/mol 61

สารประกอบของหมู่ IIA มักไมค่ ่อยละลายนา้ ซง่ึ แบ่งแนวโนม้ การละลายเป็น 2 กลมุ่ คอื 1. สารประกอบ SO42-(ซลั เฟต), CO32-(คาร์บอเนต), C2O42-( ออกซาเลต), CrO42-(โครเมต) “การละลายลดลงเมื่อไอออนโลหะมีขนาดใหญ่ขนึ้ ” 62

63

อธบิ าย Ion - 22++ ไอออน – กลุ่มน้มี ขี นาดใหญ่ แม้ไอออน + จะมขี นาด เปลยี่ นไปก็ไมม่ ีผลตอ่ (r+ + r- ) มากนัก ดงั นน้ั พลังงานแลตติซไม่ตา่ งกันมาก แตพ่ ลงั งานไฮเดรชนั ลดลงเมือ่ รศั มีไอออนเพ่ิมขนึ้ การ ละลายน้าจึงลดลงเมอ่ื ขนาดของโลหะไอออนใหญข่ น้ึ 2+ ดึงโมเลกลุ นา้ ได้แรงกวา่ 2+ 64

2. สารประกอบ OH-, F- “การละลายมากขึน้ เม่ือไอออนโลหะขนาดใหญ่ขน้ึ ” อธบิ าย Ion - ++22 พลงั งานแลตทซิ นมาอ้ กย ไอออน – กลุม่ นมี้ ขี นาดเล็ก เม่ือเพิม่ ขนาดไอออน + จะมี ผลทาให้ (r+ + r- ) เพมิ่ ข้ึน นัน่ คือ ไอออน + และ – ในผลึก อย่หู ่างกนั มากข้ึน สง่ ผลใหพ้ ลังงานแลตตซิ ลดลง “ผลกึ จงึ ละลายนา้ ไดม้ ากขึน้ เมือ่ ไอออน + ของโลหะขนาดใหญข่ ้ึน” ผลของพลังงานแลตติซมมี ากกวา่ พลงั งานไฮเดรชัน 65

โลหะหมู่ 13 Al, Ga, In, Tl ส่วน B เปน็ กึง่ โลหะ สมบตั ิ จดั วา่ วอ่ งไว สามารถทาปฏิกริ ิยากบั อโลหะหมูอ่ ่ืนๆได้ Al ถูกออกซไิ ดซไ์ ดง้ า่ ย เกดิ เป็น Al2O3 เคลอื บท่ีผิวโลหะ 4Al(s) + 3O2(g) Al2O3(s) ∆G0 = -1582 kJ/mol Ga และ In เกิด oxide thin film นเี้ ชน่ กัน “โลหะทง้ั สามไม่ละลายใน HNO3 แตล่ ะลายในกรดทีไ่ ม่มอี อกซ66เิ จน”

สารประกอบของโลหะหมู่ 13 † สารประกอบ SO42-, NO3-, X- ละลายนา้ ได้ดี † สารประกอบของ OH- ไม่ละลายน้า † ออกไซด์ของ Al และ Ga เป็นแอมโฟเทอรกิ † เมอ่ื เผา Al(OH)3 จะได้ Al2O3 ท่เี สถยี ร จดุ หลอมเหลว สงู และทนไฟ 67

ปฏิกิริยาของโลหะหมู่ 13 2M + 6H+ 2M3+ + 3H2 M = Al, Ga, In สว่ น Tl ให้ Tl+ 4M + 3O2 2M2O3 อณุ หภมู ิสงู , Tl ให้ Tl2O ด้วย 2M + 3X2 3MX3 X = เฮโลเจน (หมู่17) 2Al + N2 2AlN เกิดปฏิกริ ิยาเฉพาะ Al 2M + 2OH- + 6H2O 2M(OH)4- + 3H2 M= Al, Ga 68

โลหะหมู่ 14 ธาตุในหมูน่ ี้มีการเปลยี่ นแปลงจาก อโลหะ ไปเปน็ โลหะเมื่อ เลขอะตอมสูงขึ้น C อโลหะ, Si และ Ge กึ่งโลหะ, Sn และ Pb โลหะ 69

ปฏิกริ ิยาของโลหะหมู่ 14 • Sn และ Pb เป็นโลหะทีอ่ ่อน จุดหลอมเหลวต่า และคอ่ นขา้ ง วอ่ งไว สามารถเกดิ ปฏกิ ิรยิ าได้ดงั น้ี Sn + 2X2 2SnX4 X = ธาตุเฮโลเจน Pb + X2 PbX2 Sn + O2 SnO2 ที่ อุณหภมู ิสูง 2Pb + O2 2PbO 70

โลหะหมู่ 15 Bi (Bismuth) • พบในรปู Bi2O3, Bi2S3 • เป็นโลหะที่แขง็ แตด่ า้ น ไมม่ นั วาว • การจัดเรียง e- เป็น ns2np3 เลขออกซเิ ดชนั เปน็ +3 และ +5 • สารประกอบ Bi(V) ไมเ่ สถียร จงึ เป็นตัวออกซิไดซท์ แ่ี รง เชน่ NaBiO3 (sodium bismuthate) 71

ปฏิกริ ิยาของโลหะหมู่ 15 4Bi(s) + 3O2 2Bi2O3(s) Bi3+ ถกู ไฮโดรไลซ์ ได้ดี ดังสมการ Bi3+(aq) + 3H2O Bi(OH)3(s) + 3H+(aq) Bi2O3(s) และ Bi(OH)3(s) เปน็ เบส 72

สารประกอบของอโลหะและกึง่ โลหะ 1. ไฮไดรด์ Hydrides ไฮโดรเจนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอโลหะและกง่ึ โลหะ เพราะ ไฮโดรเจนมี EN สูงพอท่ีจะสรา้ งพนั ธะโคเวเลนต์ กบั อโลหะได้ เกิดเป็นสารประกอบไฮไดรด์ เลขออกซเิ ดชนั ของ H เปน็ +1 73

สูตรท่ัวไปของไฮไดรด์โคเวเลนต์ HX เมอื่ X = ธาตุหมู่ 17 (HF, HCl) H2X เมอ่ื X = ธาตหุ มู่ 16 (H2O, H2S) H3X เมื่อ X = ธาตุหมู่ 15 (NH3, PH3) H4X เมอ่ื X = ธาตุหมู่ 14 (CH4, SiH4) 74

การเตรยี มไฮไดรด์ 1. วิธรี วมตวั ระหวา่ งไฮโดรเจนกบั ธาตโุ ดยตรง H2 + Cl2 2HCl 2H2 + O2 2H2O * ใช้ได้เฉพาะกับอโลหะทีว่ ่องไวมากๆ เช่น C, N, O, F, S, Cl, Br 2. เตมิ โปรตอนจากกรดเขา้ ไปรวมกับค่เู บสของไฮไดรด์ของอโลหะ Xn- + nHA HnX + nA- เมอ่ื Xn- เปน็ คเู่ บสของ HnX NaCl(s) + H2SO4(l) HCl(g) + NaHSO4(s) 75

อโลหะออกไซด์ M-O การเตรียมอโลหะออกไซด์ ธาตุอโลหะ • ปฏกิ ิรยิ ารวมตวั โดยตรงระหว่างธาตุกบั ออกซิเจน S + O2 SO2 C + O2 CO2 H2 + 1/2O2 H2O * มกั ตอ้ งใช้ความร้อนช่วยในการเรง่ ปฏกิ ริ ยิ า และใชพ้ ลงั งาน มากในธาตุที่ไมว่ ่องไวมาก 76

• เผาอโลหะไฮไดรดโ์ ดยตรงกับออกซิเจน CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O หรือใชต้ วั เร่งปฏกิ ิริยา 4NO + 6H2O 4NH3 + 5O2 77

สารประกอบเฮไลด์ของอโลหะ ธาตุอโลหะหมู่ ธาตุหมู่ 17 อื่นๆ MXm จานวนอะตอมของธาตุ หมู่ 17 • เฮโลเจนทาปฏกิ ริ ิยากับอโลหะใหม้ ากกวา่ 1 ชนดิ ขึน้ กับ โครงสร้างอเิ ล็กตรอนและขนาดอะตอมของธาตุนน้ั แบ่งเฮไลด์เป็น 2 กลุ่ม 78 1. กลมุ่ ท่เี ป็นไปตามกฎออกเตต ธาตหุ มู่ 17, 16, 15, 14 เชน่ ClF, OF2, NCl3, CCl4

2. กล่มุ ท่ีไมเ่ ปน็ ไปตามกฎออกเตต ได้แก่ ธาตคุ าบที่ 3 เปน็ ตน้ ไป เพราะคาบที่ 2 มี เวเลนตอ์ เิ ล็กตรอนมากที่สดุ ได้ 8 e- จาก 2s และ 2p-ออรบ์ ิทัล แตธ่ าตตุ งั้ แตค่ าบที่ 3 ลงไป มี d-ออร์บิทลั ทว่ี า่ งและมี ระดบั พลงั งานต่าพอทีจ่ ะเกิดไฮบรไิ ดเซชนั ได้ และรบั อเิ ล็กตรอนเพมิ่ ได้ เช่น PCl5 , SF6 79

มาจาก F 1 อะตอม เช่น SF6 S [Ne] _3s _ _3_p _ _ _3_d_ ใช้ 3d เกิดไฮบริไดเซชัน S [Ne] _ _ _ _ _ _ _ _ _ d2sp3 3d ทีเ่ หลือ * เมอ่ื รับ 1 อิเลก็ ตรอนจาก F 6 อะตอม เป็น 12 e- ซง่ึ เกนิ ออกเตต 80

ขนาดของอะตอมกลางมีผลตอ่ จานวนอะตอมของ เฮโลเจนทจี่ ะสรา้ งพนั ธะกับอโลหะน้ัน เพราะขนาดอะตอมที่ใหญม่ ีที่วา่ งพอให้เฮโลเจนเข้ามาสร้าง พันธะไดโ้ ดยไมแ่ ออัด และเกิดแรงผลักระหว่างอะตอมของ เฮโลเจนน้อยกว่าในกรณที อ่ี ะตอมศนู ย์กลางมีขนาดเลก็ 81

ขนาดของเฮโลเจนมผี ลตอ่ การเข้าทาปฏกิ ริ ยิ าเช่นกัน เฮโลเจนขนาดใหญข่ น้ึ จะเกิดพันธะกับธาตอุ ะตอมกลางได้ ลดลง เช่น F เกดิ SF4 , SF6 แต่ Cl มี SCl4 เท่าน้ัน และไมม่ ี SBr4 หรือ SI4 • เม่อื อะตอมกลางใหญข่ ึ้น เช่น Te จะมอี ะตอมขนาดใหญม่ าล้อมมากข้นึ TeF4 , TeCl4 , TeBr4 , TeI4 82

สารประกอบของแกส๊ มตี ระกลู He , Ne , Ar มี IE สูง เฉอ่ื ยตอ่ ปฏิกริ ิยาเคมี Kr , Xe , Rn มี IE ตา่ กว่า เกดิ สารประกอบได้ เชน่ XeF2 , XeF4 , XeF6 เริ่มจากการทดลองผา่ นแกส๊ Xe ลงในแกส๊ PtF6 พบว่าเกิด ของแข็งข้นึ ดังสมการ Xe(g) + PtF6(g) Xe+PtF6- (s) 83

• Rn มีสมบตั ทิ างเคมีคลา้ ย Xe แต่ Rn เปน็ ธาตกุ มั มนั ตรงั สจี ึง สลายต่อไป • สารประกอบ F ของ Kr ไมเ่ สถยี ร สลายตวั เรว็ • Xe มีเลขออกซเิ ดชันเปน็ +2, +4, +6 , +8 • Kr มเี ลขออกซิเดชนั เปน็ +2 • สารประกอบ F ของ Xe ได้จากเผา Xe โดยตรงกับ F2 ท่ี อุณหภมู ิ สงู กว่า 250 oC เช่น Xe(g) + F2(g) XeF2(g) XeF2(g) + F2(g) XeF4(g) 84

XeF4(g) + F2(g) XeF6(g) สารประกอบ F ของ Xe เปน็ ตวั ออกซไิ ดซ์ทีแ่ รง ดังสมการ XeF6 + SiO2 2XeOF4 + SiF4 85