เคมมี ม.4 เล่ม 1

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 87 แบบฝก� หดั 2.2 1. จงเขียนแผนผังเวนน�เปรียบเทียบสมบัติของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตรอน อนุภาคใน นิวตรอน นิวเคลียส ประจไุ ฟฟ�าบวก เป�นกลางทางไฟฟ�า สัญลักษณ� p สัญลักษณ� n อนุภาคใน มีประจุไฟฟ�า อะตอม 1.602 × 10-19 คูลอมบ� ประจุไฟฟ�าลบ สัญลักษณ� e อิเล็กตรอน 2. จากการทดลองของมิลลิแกน ถ�าพบว�าหยดน้ํามันที่ลอยนิ่งหยดหนึ่งมีค�าประจุเท�ากับ 6.4 × 10-19 คูลอมบ� หยดน้ํามันนี้มีอิเล็กตรอนเกาะอยู�จํานวนเท�าใด จากการทดลองของมิลลิแกน ค�าประจุไฟฟ�าที่แฝงอยู�บนหยดน้ํามันของ 1 อิเล็กตรอน คือ 1.6 × 10-19 คูลอมบ� นั่นคือหยดน้ํามันที่ลอยนิ่งซึ่งมีประจุเท�ากับ 6.4 × 10-19 คูลอมบ� จํานวนอิเล็กตรอนที่เกาะอยู� = 1 e - × 6.4 × 10-19coulomb 1.6 × 10-19 coulomb สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเลม� 1 88 = 4 อิเล็กตรอน ดังนั้น หยดน้ํามันนี้มีอิเล็กตรอนเกาะอยู� 4 อิเล็กตรอน 3. ฮีเลียมมี 2 โปรตอน 2 นิวตรอน และ 2 อิเล็กตรอน มวลของอะตอมฮีเลียมที่คํานวณ จากมวลของโปรตอนและนิวตรอน เทียบกับมวลที่คํานวณจากองค�ประกอบของ อนุภาคทั้งหมด ต�างกันร�อยละเท�าใด มวลของอะตอมฮีเลียมที่คํานวณจากมวลของโปรตอนและนิวตรอน = มวล 2 โปรตอน + มวล 2 นิวตรอน = (2 × 1.673 × 10-24 g) + (2 × 1.675 × 10-24 g) = 6.696 × 10-24 g มวลของอะตอมฮีเลียมที่คํานวณจากองค�ประกอบทั้งหมด = มวล 2 โปรตอน + มวล 2 นิวตรอน + มวล 2 อิเล็กตรอน = (2 × 1.673 × 10-24 g) + (2 × 1.675 × 10-24 g) + (2 × 9.109 × 10-28 g) = 6.696 × 10-24 g + 1.8218 × 10-27 g ≈ 6.696 × 10-24 g ดังนั้น มวลที่คํานวณได�แตกต�างกันอย�างไม�มีนัยสําคัญ 4. จงเขียนสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของไอโซโทปต�าง ๆ ของธาตุ X ซึ่งมี 9 อิเล็กตรอนและมี นิวตรอน 9 10 และ 11 ตามลําดับ สัญลักษณ�นิวเคลียร�ของไอโซโทปต�าง ๆ ของธาตุ X เขียนได�ดังนี้ 18 X 19 X 20 X 9 9 9 5. พิจารณาสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของธาตุสมมติต�อไปนี้ 40 A 4128B 1409C 40 D และ 4221E ธาตุใดเป�นไอโซโทปกัน เพราะเหตุใด 18 20 ธาตุที่เป�นไอโซโทปกันคือ 40 A 4128B เพราะมีจํานวนโปรตอนเท�ากันคือ 18 18 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 89 2.3 การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม จุดประสงคก� ารเรียนรู� 1. บอกความแตกต�างของระดับพลงั งานหลัก พลังงานย�อย และออรบ� ทิ ลั 2. จดั เรียงอเิ ล็กตรอนในอะตอมเมอื่ ทราบเลขอะตอมของธาตุ พรอ� มทงั้ ระบุ หม�ู คาบ และ กลุ�มของธาตุในตารางธาตุ ความเขา� ใจคลาดเคลื่อนทอ่ี าจเกิดขึน้ ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�อง กรณีที่ธาตุเสียอิเล็กตรอนจะนําอิเล็กตรอนที่มี กรณีที่ธาตุเสียอิเล็กตรอนให�บรรจุอิเล็กตรอน ตามปกติก�อน จากนั้นค�อยนําอิเล็กตรอนที่อยู� พลังงานสูงสุดออก เช�น ชั้นนอกสุดออก เช�น Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe2+ : 1s22s22p63s23p64s23d4 Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 ไม�ใช� 1s22s22p63s23p64s23d4 หมายเหตุ เสีย 2 อิเล็กตรอน แนวการจัดการเรียนรู� 1. ครตู ้งั คําถามให�นกั เรียนอภิปรายว�า แบบจําลองอะตอมของโบวแ� ตกตา� งจากแบบจาํ ลอง อะตอมของรัทเทอรฟ� อรด� อยา� งไร ควรไดข� �อสรุปว�า อิเล็กตรอนรอบนวิ เคลียสเคลื่อนทีเ่ ป�นวงคล�าย วงโคจรของดาวเคราะห�รอบดวงอาทติ ย� แตล� ะวงมีพลงั งานเฉพาะตวั แล�วนาํ เข�าส�เู รอื่ งการจัดเรียง อิเล็กตรอนของธาตบุ างธาตุ 2. ครูใหน� กั เรยี นศกึ ษาข�อมลู ในตาราง 2.5 จากนั้นถามนกั เรยี นว�า ในระดับพลังงานที่ 1 และ 2 มีจํานวนอเิ ลก็ ตรอนสูงสุดเท�าใด ซึง่ ได�คาํ ตอบวา� 2 และ 8 ตามลําดบั 3. ครูถามคําถามเพิ่มเติมว�า ถ�าในระดับพลังงานที่ 3 มีจํานวนอิเล็กตรอนสุงสุด 18 อเิ ล็กตรอน ระดบั พลงั งานกับจํานวนอเิ ล็กตรอนสูงสดุ ในแตล� ะระดบั พลังงานมีความสมั พันธ�กนั หรือ ไม� อย�างไร ควรตอบไดว� �า จํานวนอิเลก็ ตรอนสงู สดุ กบั ระดับพลงั งานมคี วามสมั พนั ธด� งั น้ี คือ 2n2 เมอ่ื n คือตัวเลขแสดงระดับพลงั งาน 4. ครูแสดงจํานวนอเิ ลก็ ตรอนในแต�ละระดบั พลงั งานของธาตุ K (2 8 8 1) และ Ca (2 8 8 2) จากนน้ั ตง้ั คาํ ถามวา� จากสตู ร 2n2 จํานวนอิเล็กตรอนสงู สุดในระดับพลังงานท่ี 3 ควรเปน� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1 90 18 อิเลก็ ตรอน แตเ� พราะเหตุใดอิเล็กตรอนในระดบั พลังงานท่ี 3 ของธาตุ K และ Ca จึงมีเพียง 8 อิเลก็ ตรอน เพ่อื นาํ เข�าสเู� ร่ือง ระดบั พลงั งานหลกั และระดับพลังงานย�อยของอิเลก็ ตรอนในอะตอม 5. ครูให�ความร�ูในเรื่องระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย�อยของอิเล็กตรอนในอะตอม ตามรูป 2.15 ซ่ึงควรได�สาระสาํ คัญดงั นี้ 5.1. ในระดับพลังงานหลักแบ�งเป�นระดับพลังงานย�อย คอื s p d f ตามลาํ ดับ 5.2. ในระดับพลังงานหลักที่ 1–4 มจี ํานวนระดับพลงั งานยอ� ยต�าง ๆ ดงั นี้ พลังงานหลักที่ 1 มรี ะดับพลงั งานย�อยคือ 1s พลงั งานหลกั ที่ 2 มรี ะดบั พลังงานยอ� ยคอื 2s 2p พลังงานหลกั ที่ 3 มีระดับพลังงานยอ� ยคือ 3s 3p 3d พลังงานหลกั ที่ 4 มรี ะดบั พลังงานย�อยคอื 4s 4p 4d 4f 5.3. ระดบั พลังงานย�อยในระดบั พลังงานหลักเดียวกันมีคา� พลังงานแตกต�างกนั เชน� 2p มีพลังงานมากกว�า 2s 5.4. ลําดับระดับพลังงานท่ีบรรจุอิเล็กตรอนไม�จําเป�นต�องเรียงตามพลังงานหลัก เสมอ เชน� 4s มีพลังงานตาํ่ กวา� 3d ดังนั้นจงึ บรรจอุ เิ ลก็ ตรอนใน 4s ก�อน 3d 6. ครูอธบิ ายความหมายของคาํ ว�าออรบ� ิทลั จากน้นั ใหน� กั เรยี นศึกษารปู 2.16 และตาราง 2.6 และร�วมกนั อภิปรายว�า ในแตล� ะระดับพลังงานย�อยมีจาํ นวนออร�บทิ ลั เท�ากนั หรอื ไม� อยา� งไร และ จํานวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดบั พลงั งานยอ� ยมีเท�าไร ซ่ึงควรไดค� ําตอบว�า ในแต�ละระดับพลังงาน ยอ� ยมีจํานวนออรบ� ิทัลแตกตา� งกัน และในแตล� ะออรบ� ทิ ลั มีจํานวนอเิ ล็กตรอนสงู สดุ 2 อิเล็กตรอน โดยที่ ระดบั พลงั งานยอ� ย s มี 1 ออร�บิทลั มจี ํานวนอิเลก็ ตรอนสงู สุด 2 ระดบั พลงั งานยอ� ย p มี 3 ออร�บิทัล มีจํานวนอิเล็กตรอนสูงสุด 6 ระดับพลงั งานยอ� ย d มี 5 ออรบ� ิทลั มีจํานวนอิเล็กตรอนสูงสดุ 10 ระดับพลงั งานยอ� ย f มี 7 ออรบ� ิทัล มีจํานวนอเิ ลก็ ตรอนสูงสดุ 14 7. ครใู หค� วามรแ�ู ละยกตัวอย�างเกย่ี วกับการจัดเรยี งอเิ ล็กตรอนของธาตุ ดังน้ี 7.1. บรรจุอเิ ลก็ ตรอนในออรบ� ิทลั ท่มี ีพลงั งานตา่ํ สดุ และว�างกอ� นเสมอ 7.2. การบรรจอุ เิ ล็กตรอนในออรบ� ทิ ัล มลี ําดับเปน� ดงั นี้ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p …… หรือมีลําดบั ตามแผนภาพในรูป 2.17 7.3. ครใู ห�นักเรียนดูรปู 2.18 และอธิบายว�า สัญลักษณแ� สดงการจัดเรยี งอเิ ล็กตรอน ในอะตอม ให�เขียนตัวเลขแสดงระดับพลังงานหลักตามด�วยตัวอักษรแสดงระดับ พลังงานย�อย และจํานวนอิเล็กตรอนในออร�บิทัลด�วยเลขยกกําลังบนตัวอักษร สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 91 เช�น 2s2 มีความหมายดงั น้ี 2 คอื พลงั งานหลัก s คอื พลงั งานย�อย และ 2 ทเี่ ขียน เป�นเลขยกกําลังคอื จํานวนอเิ ล็กตรอนทบ่ี รรจุอยใู� นออรบ� ิทลั 2s 8. ครใู ห�นักเรียนเขียนการจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนของธาตุที่มเี ลขอะตอม 1-12 (อาจแบ�งให�กลม�ุ หนึง่ เขยี นของธาตุท่ีมีเลขอะตอมเปน� เลขค่ี อีกกลุ�มหนึง่ เขยี นทีเ่ ป�นเลขคู�) แลว� นําไปตรวจสอบกบั ขอ� มลู ในตาราง 2.7 จากน้นั ยอ� นกลับไปตอบคําถามวา� เพราะเหตใุ ดอิเลก็ ตรอนในระดับพลังงานที่ 3 ของธาตุ K และ Ca จึงมเี พยี ง 8 อิเล็กตรอน 9. ครใู หค� วามร�ูเพิ่มเตมิ ว�า การจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในอะตอมอาจเขยี นแบบยอ� โดยแทนการ จดั เรยี งอเิ ล็กตรอนบางส�วนดว� ยแกนแก�สมสี กุล (noble gas core) ซึ่งใช�สญั ลกั ษณข� องแกส� มีสกลุ ทอ่ี ยู� ในคาบก�อนหน�าไว�ในวงเล็บเหล่ยี ม ตามด�วยสัญลักษณ�แสดงการบรรจุอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งาน ยอ� ยท่ีอย�ชู น้ั ถดั ออกไป เช�น โซเดียม จัดเรียงอเิ ล็กตรอนเปน� 1s22s22p63s1 เขยี นโดยใช�แกนแก�ส มีสกลุ เป�น [Ne]3s1 โดย [Ne] หมายถงึ แกนนอี อนซงึ่ แทนการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอน 1s22s22p6 10. ครใู หน� ักเรยี นพิจารณาการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุในตาราง 2.7 อีกครั้งแล�วใหค� วาม รู�ว�าอิเล็กตรอนในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุดของอะตอมเรียกว�าเวเลนซ�อิเล็กตรอน เช�น ฟลูออรนี จดั เรยี งอเิ ล็กตรอนเป�น 1s22s22p5 มีจํานวนเวเลนซอ� ิเล็กตรอนเท�ากบั 7 แลว� ใหน� ักเรยี น ระบวุ �าธาตุในตาราง 2.7 แตล� ะธาตมุ จี าํ นวนเวเลนซ�อิเล็กตรอนเท�าใด จากนนั้ ครูกับนักเรยี นร�วมกนั เฉลย ความรเ�ู พม่ิ เตมิ สาํ หรบั ครู อะตอมของธาตุที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู�เต็มทุกออร�บิทัลที่มีระดับพลังงานเท�ากัน เช�น ธาตุฮีเลียม มี 2 อิเล็กตรอน จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 1s2 หรือธาตุนีออน มี 10 อิเล็กตรอน จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 1s22s22p6 การจัดอิเล็กตรอนลักษณะนี้เรียกว�า การบรรจุเต็ม ถ�ามี อิเล็กตรอนบรรจุอยู�ในออร�บิทัลเพียงครึ่งเดียว เช�น ธาตุไนโตรเจน มี 7 อิเล็กตรอน จัดเรียง อิเล็กตรอนเป�น 1s22s22p3 ลักษณะนี้เรียกว�า การบรรจุครึ่ง อะตอมที่จัดอิเล็กตรอนเป�น แบบบรรจุเต็มหรือบรรจุครึ่ง จะมีความเสถียร 11. ครูตั้งคาํ ถามวา� การที่ธาตเุ กดิ เปน� ไอออน มีการเปล่ยี นแปลงจาํ นวนอนภุ าคชนดิ ใดของ อะตอม ควรได�คาํ ตอบว�า อเิ ลก็ ตรอน ซึง่ ไอออนลบเกิดจากอะตอมรบั อิเลก็ ตรอนเพมิ่ เข�ามา ส�วน ไอออนบวกเกดิ จากอะตอมเสยี อิเลก็ ตรอนออกไป สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1 92 12. ให�ความรูเ� ก่ียวกับการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอน ดงั นี้ 12.1 กรณีที่ธาตไุ ด�รบั อเิ ลก็ ตรอน ให�บรรจุอิเล็กตรอนปกติรวมกับอเิ ลก็ ตรอนท่ีรบั เข�ามา ตามลําดบั ระดบั พลงั งานโดยอาศยั แผนภาพตามหลกั เอาฟบาว เชน� N : 1s22s22p3 N3- : 1s22s22p6 (รบั เพิ่ม 3 อิเล็กตรอน) 12.2 กรณที ธ่ี าตเุ สยี อเิ ลก็ ตรอน ใหบ� รรจอุ เิ ลก็ ตรอนตามปกตกิ อ� น จากนน้ั จงึ นาํ อเิ ลก็ ตรอน ทีอ่ ยชู� น้ั นอกสดุ ออก เชน� Al : 1s22s22p63s23p1 Al3+ : 1s22s22p6 (เสีย 3 อเิ ล็กตรอน) Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 (เสีย 2 อเิ ล็กตรอน) ไมใ� ช� 1s22s22p63s23p64s23d4 13. ใหน� ักเรยี นทาํ แบบฝ�กหัด 2.3 แล�วครูกบั นกั เรยี นร�วมกันเฉลย แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู�เกี่ยวกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก ระดับพลังงานยอ� ยหรือ ออร�บิทัล จํานวนเวเลนซ�อิเล็กตรอน จากการอภิปราย การทํากิจกรรม การทําแบบฝ�กหัด และ การทดสอบ 2. ทกั ษะการสอ่ื สารสารสนเทศและการร�เู ทา� ทันส่ือ และความร�วมมอื การทํางานเป�นทีมและ ภาวะผู�นาํ จากการทาํ กิจกรรม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 93 แบบฝก� หัด 2.3 1. ธาตุวาเนเดียมและแคดเมียม มีเลขอะตอม 23 และ 48 ตามลําดับ จงแสดงการจัด เรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อยและจํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก ของธาตุทั้งสอง ธาตุวาเนเดียมมีเลขอะตอม 23 จัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อย คือ 1s22s22p63s23p64s23d3 หรือ [Ar]4s23d3 จํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก คือ 2 8 11 2 ธาตุแคดเมียมมีเลขอะตอม 48 จัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อย คือ 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10 หรือ [Kr]5s24d10 จํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก คือ 2 8 18 18 2 2. ถ�าธาตุ A B และ C มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังนี้ ธาตุ A 1s22s22p63s23p2 ธาตุ B 1s22s22p63s2 ธาตุ C 1s22s22p63s23p6 2.1. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอมเท�าใด ธาตุ A มีเลขอะตอม = 2 + 2 + 6 + 2 + 2 = 14 ธาตุ B มีเลขอะตอม = 2 + 2 + 6 + 2 = 12 ธาตุ C มีเลขอะตอม = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18 2.2. ธาตุแต�ละชนิดมีอิเล็กตรอนอยู�ในระดับพลังงานใดบ�าง และมีจํานวนเท�าใด ธาตุแต�ละชนิดมีจํานวนอิเล็กตรอนในแต�ละระดับพลังงานดังนี้ จาํ นวนอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานตา� ง ๆ ธาตุ n=1 n=2 n=3 A2 84 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล�ม 1 94 จํานวนอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานตา� ง ๆ ธาตุ n=1 n=2 n=3 B2 82 C2 88 3. จงระบุสัญลักษณ�ของธาตุที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังต�อไปนี้ 3.1 [Ar]4s23d104p2 3.2 [Ne]3s23p3 3.3 [Kr]5s24d5 3.1. ธาตุ Ar มีเลขอะตอม 18 มี 18 อิเล็กตรอน เมื่อรวมจํานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได� 18 + 2 + 10 + 2 = 32 อิเล็กตรอน ธาตุนี้มีเลขอะตอมเป�น 32 นั่นคือ ธาตุ Ge 3.2. ธาตุ Ne มีเลขอะตอม 10 มี 10 อิเล็กตรอน เมื่อรวมจํานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได� 10 + 2 + 3 = 15 อิเล็กตรอน ธาตุนี้มีเลขอะตอมเป�น 15 นั่นคือ ธาตุ P 3.3. ธาตุ Kr มีเลขอะตอม 36 มี 36 อิเล็กตรอน เมื่อรวมจํานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได� 36 + 2 + 5 = 43 อิเล็กตรอน ธาตุนี้มีเลขอะตอมเป�น 43 นั่นคือ ธาตุ Tc 4. จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อยของ Zn2+ Cu+ และ S2- Zn2+ จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p63d10 หรือเขียนย�อเป�น [Ar]3d10 Cu+ จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p63d10 หรือเขียนย�อเป�น [Ar]3d10 S2- จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p6 หรือเขียนย�อเป�น [Ne]3s23p6 หมายเหตุ กรณี S2- ถ�านักเรียนเขียนคําตอบเป�น [Ar] ครูควรอธิบายนักเรียนว�า การเขียน [Ar] ไม�สอดคล�องตามหลักการเขียน เพราะ Ar ไม�ใช�แก�สมีสกุลที่อยู�ในคาบก�อนหน�า S สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 95 2.4 ตารางธาตแุ ละสมบตั ิของธาตหุ มูห� ลัก จุดประสงคก� ารเรียนร�ู 1. บอกแนวคิดของนักวิทยาศาสตร�ในยุคต�าง ๆ เกี่ยวกับการจัดธาตุเป�นหมวดหมู�จนได�เป�น ตารางธาตุ พร�อมท้ังระบุป�ญหาของการจัดกลม�ุ ธาตุ 2. จําแนกธาตุเปน� กล�มุ โลหะ อโลหะ และกึง่ โลหะ หรือเปน� กลุ�มธาตเุ รพรีเซนเททีฟหรอื ธาตุหม�หู ลกั ธาตุแทรนซชิ ัน หรอื ตามการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอน เม่อื ทราบเลขอะตอม 3. วิเคราะห�และสรุปแนวโน�มสมบัติต�าง ๆ ของธาตุตามหมู�และคาบเกี่ยวกับขนาดอะตอม รศั มไี อออน พลงั งานไอออไนเซชัน อิเลก็ โทรเนกาติวิตี สมั พรรคภาพอเิ ล็กตรอนพรอ� มท้งั อธบิ าย เหตผุ ลประกอบ ความเข�าใจคลาดเคลื่อนท่อี าจเกิดขึน้ ความเข�าใจที่ถูกต�อง ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ธาตุ H เป�นธาตุอโลหะจึงไม�จัดอยู�ในกลุ�ม ธาตุ H อยู�ในกลุ�มโลหะแอลคาไล โลหะแอลคาไล เลขมวลกับมวลอะตอมคือส่งิ เดียวกันเน่อื งจาก สั ญ ลั ก ษ ณ� ใ น ต า ร า ง ธ า ตุ ป ร ะ ก อ บ ด� ว ย สับสนกับตัวเลขที่ปรากฏในตารางธาตุกับ สัญลักษณ�ของธาตุ เลขอะตอม และมวล สัญลักษณ�นิวเคลียร� อะตอม (ไม�ใช�เลขมวล) ในคาบเดียวกัน ค�า IE1 ของหมู� IIIA มีค�า ในคาบเดียวกัน ค�า IE1 ของหมู� IIIA มีค�าน�อย มากกว�าหมู� IIA และ ค�า IE1 ของหมู� VIA มี กว�าหมู� IIA และ ค�า IE1 ของหมู� VIA มี ค�ามากกว�าหมู� VA ค�าน�อยกว�าหมู� VA จากการจัดเรียงอิเล็กตรอน เช�น จากการจัดเรียงอิเล็กตรอน เช�น Ga 1s22s22p63s23p64s23d104p1 Ga 1s22s22p63s23p64s23d104p1 เวลาระบุว�าอยู�หมู�ใด จะพิจารณาเฉพาะระดับ เวลาระบวุ า� อยห�ู มใ�ู ด ตอ� งรวมจาํ นวนอเิ ลก็ ตรอน พลังงานย�อยสุดท�าย คือ 4p1 ทําให�เข�าใจว�า ในระดับพลังงานนอกสุด ซ่งึ ในกรณนี ี้คือ คือ อยู�หมู� IA 4s2 + 4p1 ดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนเท�ากับ 3 จึง อยู�หมู� IIIA สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1 96 ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�อง ในการศึกษาแนวโน�มสมบัติของธาตุ คําว�า คําว�าตามหม�ู คือ การเปรียบเทยี บสมบัตขิ อง ตามหมู� คือ เปรียบเทียบหมู� IA IIA IIIA ธาตใุ นหมเ�ู ดียวกันแต�ต�างคาบ ส�วนคาํ ว�าตาม ........ ส�วนคําว�าตามคาบคือ เปรียบเทียบคาบ คาบคือ เปรียบเทียบสมบัติของธาตุในคาบ ที่ 1 2 3 ……. เดยี วกนั แต�ต�างหม�ู ส่อื การเรยี นรแู� ละแหล�งการเรยี นร�ู โปสเตอร�ตารางธาตุ แนวการจดั การเรยี นร�ู 1. ครตู ้งั คําถามเพือ่ ให�นกั เรียนร�วมกนั อภิปรายวา� เพราะเหตใุ ดจงึ ต�องจัดธาตเุ ป�นหมวดหมู� ถ�าใชเ� กณฑ�การจดั กลุม� แตกตา� งกัน จะได�ธาตุในกลุ�มเหมอื นกนั หรอื ไม� ซึง่ นักเรียนควรคาํ ตอบวา� เพอ่ื ใหง� า� ยตอ� การศกึ ษาและจดจาํ การจดั กลมุ� ดว� ยเกณฑท� ่ีแตกต�างกนั จะไดธ� าตใุ นกลม�ุ ไม�เหมอื นกัน จากนั้นนําเขา� สูเ� ร่ืองววิ ฒั นาการของการสร�างตารางธาตุ 2. แบ�งนักเรยี นเป�น 4 กลุ�ม ใหแ� ต�ละกล�ุมศกึ ษาแนวคิดของนกั วิทยาศาสตรแ� ตล� ะคนทใี่ ช�จัด ธาตุเป�นหมวดหมู� แล�วนําเสนอผลการศึกษาในรปู แบบตา� ง ๆ ตามความคิดของกลุ�มใหเ� พอื่ นรบั ฟง� และซักถาม ซงึ่ ควรได�สาระสําคัญวา� เดอเบอไรเนอร� จัดธาตุเป�นกลุ�ม ๆ ละ 3 ธาตตุ ามสมบัตทิ ี่คล�าย กนั และพบวา� ธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป�นค�าเฉลย่ี ของมวลอะตอมของอกี สองธาตุดงั ตาราง 2.8 นิวแลนด� จดั กล�มุ ธาตตุ ามมวลอะตอมจากนอ� ยไปมากและพบว�าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมอื นกับธาตุ ที่ 1 เสมอ (ทั้งนี้ไม�รวม H กับ แกส� มสี กุล) ไมเออร� ดมิ ิทรี และเมนเดเลเอฟ จดั เรียงธาตเุ ปน� กล�ุม ตามมวลอะตอมจากนอ� ยไปมากและสมบัติที่คลา� ยกนั เป�นชว� ง ๆ รวมทงั้ เวน� ช�องว�างไว� โดยคดิ วา� น�า จะเป�นตาํ แหนง� ของธาตทุ ีย่ ังไม�มกี ารค�นพบ ใชต� าราง 2.9 ประกอบการนําเสนอ โมสลีย� จัดเรียงธาตุ เป�นกลม�ุ ตามเลขอะตอม เน่ืองจากสมบตั ติ า� ง ๆ ของธาตุมีความสมั พนั ธ�กบั ประจุบวกในนวิ เคลียส หรือเลขอะตอม 3. ครูใหน� ักเรียนศึกษาตารางธาตจุ ากปกหนังสือเรยี น หรือจากโปสเตอร�แสดงตารางธาตุที่อยู� หนา� ช้นั เรียน จากนั้นตงั้ คําถามเพื่อการอภิปรายวา� แถวของธาตุในแนวตง้ั และแนวนอนมีกแี่ ถว ใน กรอบสเ่ี หล่ยี มท่ลี �อมรอบธาตุไฮโดรเจน ธาตฮุ เี ลียมหรือธาตุอืน่ ๆ มีข�อมูลเรอ่ื งใดบา� ง และมขี อ� มลู นนั้ เหมอื นกนั ทกุ กรอบหรือไม� ธาตุในตารางธาตจุ ากซ�ายไปขวาเรยี งลาํ ดบั ตามส่ิงใด 4. ครูให�ความรเู� กย่ี วกับตารางธาตปุ �จจุบันโดยใชร� ูป 2.19 ประกอบ โดยอธบิ ายว�าตารางธาตุ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 97 เรยี งตามเลขอะตอมจากซ�ายไปขวา แถวธาตุในแนวตั้งเรียกว�าหมู� มจี าํ นวน 18 หม�ู นอกจากน้ียังแบ�ง ได�เปน� หม�ู A และ หมู� B โดยธาตุบางหมม�ู ชี อ่ื เรยี กเฉพาะ เชน� ธาตุหม�ู 1 หรือ IA ยกเวน� H คือโลหะ แอลคาไลน� ธาตุหมู� 18 หรือ VIIIA ยกเวน� Og คอื แกส� มีสกลุ สว� นธาตุในแนวนอนเรยี กว�าคาบ มี ท้ังหมด 7 คาบ ธาตใุ นกรอบส่เี หลยี่ มมีขอ� มลู ตา� ง ๆ เชน� สญั ลกั ษณธ� าตุ เลขอะตอม มวลอะตอม และ สมบตั คิ วามเปน� โลหะ 5. ครูตง้ั คาํ ถามว�า ถา� นําความร�ูเรอ่ื งการจัดเรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมมาใชเ� ปน� เกณฑ�แบ�ง กลม�ุ ธาตุ จะไดธ� าตกุ ก่ี ลม�ุ ในแต�ละกลม�ุ มธี าตุใดบา� ง ครใู หน� กั เรียนร�วมกนั อภิปรายแลว� นําผลการ อภิปรายไปเปรยี บเทยี บกบั รูป 2.20 ซ่งึ แบ�งกล�มุ ในตารางธาตุเป�น 4 กลม�ุ คอื กลุ�ม s p d และ f 6. ครใู หน� กั เรียนยกตวั อย�างธาตทุ เี่ ปน� โลหะ กงึ่ โลหะ อโลหะ เช�น นกั เรียนอาจยกตวั อยา� ง Fe Ca Si F จากนั้นต้งั คาํ ถามจากสิ่งทีน่ ักเรยี นยกตวั อยา� งวา� ธาตุเหล�านีม้ กี ารจดั เรยี งอิเล็กตรอนเป�น อย�างไร มีเวเลนซ�อเิ ล็กตรอนอยูเ� ท�าใด อย�ูตําแหนง� ใดของตารางธาตุ ท้งั นี้อาจใช�รปู จากปกในหนงั สอื เรียนหรือรูป 2.19 ประกอบ และควรได�คําตอบวา� Fe และ Ca อยด�ู �านซา� ยของตารางธาตุ Si อยู�ตรง ขั้นบันได ส�วน F อยู�ด�านขวาของตารางธาตุ 7. ครูใหน� ักเรยี นพจิ ารณาตารางธาตุและตง้ั คําถามอีกวา� ธาตทุ มี่ ีจาํ นวนเวเลนซ�อเิ ล็กตรอน 1 หรอื 2 นําไฟฟ�าและนําความรอ� นได�ดี ธาตกุ ลุ�มนคี้ วรอยส�ู ว� นใดของตารางธาตุ คําตอบคืออยูท� าง ด�านซ�าย และถามคาํ ถามเพ่ิมเตมิ ว�าธาตตุ รงข้นั บันได (เวเลนซ�อิเลก็ ตรอน 3–7) นาํ ไฟฟ�าไดไ� มด� ีท่ี อุณหภูมิห�องแต�นาํ ไดด� ขี ้ึนเมอ่ื อณุ หภมู ิสงู ข้ึน อย�สู ว� นใดของตารางธาตุ คําตอบคืออยู�ตรงกลางตาราง ธาตุ ครถู ามเพ่มิ เติมว�าธาตทุ ี่มจี าํ นวนเวเลนซอ� ิเลก็ ตรอน 4 5 6 7 หรือ 8 นําไฟฟา� ไดไ� ม�ดี บางธาตุ มสี ถานะแก�ส ธาตกุ ล�มุ นี้ควรอยู�สว� นใดของตารางธาตุ คําตอบคอื อยูท� างดา� นขวา 8. ครใู ห�ความร�ูเกีย่ วกบั สมบัตคิ วามเป�นโลหะ อโลหะ และกง่ึ โลหะของธาตุ รวมถึงตาํ แหนง� ของกลมุ� ธาตุเหล�านนั้ ในตารางธาตุ ทัง้ นคี้ วรนําตารางธาตทุ ี่มกี ารจาํ แนกกล�มุ ธาตุด�วยสีต�าง ๆ กันมา ใช�ประกอบการอธิบายดว� ย 9. ใหน� ักเรยี นยกตวั อย�างสมบตั ิตา� ง ๆ ของธาตุ จากความร�ูเรื่องตารางธาตุ ซึง่ อาจได�คําตอบ วา� สมบัติความเปน� โลหะ อโลหะ และก่งึ โลหะ จาํ นวนระดับพลังงานหลักและพลังงานยอ� ย จํานวน เวเลนซอ� ิเล็กตรอน แล�วนําเขา� ส�ูเร่อื งสมบตั ิตา� ง ๆ ของธาตุในตารางธาตุ 10. ครูต้ังคาํ ถามว�า ถา� สมมตใิ ห�อะตอมของธาตตุ า� ง ๆ เปน� ลกู บาสเกต็ บอล ลกู ปง� ปอง หรอื วัตถุ ทรงกลมอืน่ ๆ เราจะหาขนาดอะตอมของธาตหุ รอื วัตถทุ รงกลมตา� ง ๆ ไดอ� ย�างไร ตวั อย�างคําตอบ เช�น หาได�จากการวัดเสน� รอบวง และเม่อื ได�เส�นรอบวงแลว� อาจนาํ มาคํานวณหารศั มหี รือเสน� ผา� น ศูนย�กลางได� 11. ครูใหค� วามร�เู รอ่ื งขนาดอะตอมของธาตุ ซ่งึ บอกเป�นคา� รศั มอี ะตอม มีคา� เทา� กับคร่ึงหนงึ่ ของระยะระหว�างนิวเคลยี สของอะตอมทั้งสองอะตอมท่อี ยช�ู ดิ กัน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 1 98 12. ครูตั้งคําถามว�า จํานวนระดับพลังงานหลักและพลังงานย�อยมีผลต�อขนาดอะตอมของ ธาตุหรือไม� อยา� งไร คาํ ตอบคือ มผี ลตอ� ขนาดอะตอมของธาตุ โดยอะตอมที่มีจํานวนระดับพลงั งาน หลักมากจะเสมือนมีฉากหลายชั้นมากาํ บัง ทําให�แรงดึงดดู ของโปรตอนกบั เวเลนซ�อิเล็กตรอนลดลง อะตอมจะมีขนาดเพมิ่ ข้ึน ถา� อยใู� นระดบั พลังงานเดยี วกนั จาํ นวนโปรตอนทเ่ี พิ่มขึ้นจะดึงดูดเวเลนซ� อเิ ล็กตรอนไดม� ากข้นึ อะตอมจะมีขนาดเลก็ ลง 13. ครใู หน� กั เรยี นนาํ ความรูจ� ากการตอบคําถามท่ีผา� นมา มาใชอ� ภปิ รายเพ่อื ทํานายแนวโน�ม ขนาดอะตอมของธาตตุ ามคาบและตามหม�ู แลว� นาํ ผลการอภิปรายมาเปรียบเทยี บกับรปู 2.21 ซง่ึ ควรสรปุ ไดว� �า ธาตุในคาบเดียวกนั มีขนาดลดลงเมื่อเลขอะตอมเพมิ่ ขนึ้ สว� นธาตใุ นหม�เู ดียวกันมี ขนาดอะตอมใหญข� ึน้ เมือ่ เลขอะตอมเพ่ิมขนึ้ 14. ครูตั้งคําถามว�า เมื่อธาตุเกิดเป�นไอออน อิเล็กตรอนในระดับพลังงานใดที่เปลี่ยนแปลง ขนาดของไอออนต�างจากขนาดอะตอมเดิมหรอื ไม� อยา� งไร โดยให�พิจารณารูปที่ 2.22 และ 2.23 ประกอบ ซึ่งควรได�คาํ ตอบวา� การเกดิ ไอออนเกีย่ วขอ� งกับการเปล่ียนแปลงจาํ นวนอเิ ล็กตรอนใน ระดับพลังงานชน้ั นอกสดุ หรอื เวเลนซ�อเิ ลก็ ตรอน โดยทไ่ี อออนบวกจะมีขนาดเล็กกวา� อะตอมเดมิ ส�วนไอออนลบมีขนาดใหญก� ว�าอะตอมเดมิ 15. ให�นักเรียนอภิปรายแนวโน�มของขนาดไอออนตามหมู� แล�วนําผลการอภิปรายมา เปรยี บเทียบกบั รปู 2.24 ซ่งึ ควรได�คําตอบว�า ขนาดไอออนของธาตตุ ามหมสู� �วนใหญม� แี นวโน�มเพ่ิม ข้นึ จากบนลงลา� งเชน� เดยี วกบั ขนาดของอะตอม 16. ครูตั้งคําถามว�า ในการทดลองการศึกษาเส�นสเปกตรัมของธาตุที่ผ�านมา ขณะสังเกตเหน็ สเปกตรมั ของธาตุ ธาตนุ ั้นอยูใ� นสถานะใด และอิเลก็ ตรอนของธาตุน้ันดูดหรือคายพลงั งาน คําตอบ คือธาตุอย�ูในสถานะแก�ส และเป�นการคายพลังงานของอิเล็กตรอน ครูถามต�ออีกว�าการทําให� อิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานกับการทําให�อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม การกระทํา ใดจะใช�พลงั งานมากกว�ากนั ใหน� กั เรยี นร�วมกนั อภิปราย ควรได�คําตอบว�า เสน� สเปกตรัมเกิดจาก อิเล็กตรอนคายพลังงานออกมาเมื่อเปลี่ยนจากสภาวะกระตุ�นไปสู�สภาวะพื้น แต�อิเล็กตรอนไม�ใด� หลุดออกจากอะตอม ดังน้นั การทําให�อิเลก็ ตรอนหลุดออกจากอะตอมในสถานะแก�สต�องใช�พลงั งาน สงู กวา� การทีอ่ ิเลก็ ตรอนเปลีย่ นระดบั พลงั งาน 17. ครูให�ความรู�เรื่องพลังงานไอออไนเซชัน ซึ่งเป�นพลังงานปริมาณน�อยที่สุดที่ทําให� อิเลก็ ตรอนหลดุ ออกจากอะตอมในสถานะแก�ส ถ�ามคี า� นอ� ยแสดงวา� ทาํ ใหเ� ปน� ไอออนบวกไดง� า� ย แต� ถ�ามคี �ามากแสดงวา� ทําใหเ� ปน� ไอออนบวกไดย� าก 18. ใหน� กั เรยี นศกึ ษาคา� พลงั งานไอออไนเซชนั ของธาตคุ ารบ� อนและรว� มกนั อภปิ ราย ซง่ึ ควรได� ขอ� มลู วา� คารบ� อนมคี า� พลงั งานไอออไนเซซนั 6 คา� แตล� ะคา� มคี า� ไมเ� ทา� กนั และมคี า� เพม่ิ ขน้ึ ตามลาํ ดบั ทข่ี อง พลงั งานไอออไนเซชนั จากนน้ั ใหน� กั เรยี นตอบคาํ ถามชวนคดิ และชว� ยกนั เฉลยคาํ ตอบ โดยครเู ปน� ผช�ู แ้ี นะ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 99 ชวนคดิ เพราะเหตใุ ด IE4 กับ IE5 ของธาตุคารบ� อนจงึ มคี า� แตกตา� งกันมาก เพราะคาร�บอนอย�ูหม�ู IVA และมี 4 เวเลนซ�อเิ ลก็ ตรอน การดงึ อิเล็กตรอนท้ัง 4 ออกจากอะตอมจึงทาํ ไดง� า� ยเพราะอยู�ระดับพลังงานนอกสุด ส�วนอิเล็กตรอนลําดบั ที่ 5 และ 6 อยใู� นระดบั พลังงานชัน้ ถดั เข�าไปซึง่ ใกลก� ับนิวเคลยี สทําให�มีแรงดึงดดู ระหว�างนวิ เคลยี ส กับอิเล็กตรอนมากกว�า ดังนั้นการที่จะทําให�อิเล็กตรอนเหล�านั้นหลุดออกมาจึงต�องใช� พลังงานมากกวา� 4 ลําดับแรกอยา� งมาก 19. ครูให�นักเรยี นศกึ ษาขอ� มูลคา� พลงั งานไอออไนเซชันของธาตุ 20 ธาตใุ นตาราง 2.10 และ กราฟแสดงความสัมพนั ธ�ระหวา� งพลังงานไอออไนเซชนั กับลําดบั ทขี่ องพลงั งานไอออไนเซชัน จาก นั้นต้ังคาํ ถามวา� - คา� IE1 ของแต�ละธาตตุ �างกนั อย�างไร ควรไดค� าํ ตอบวา� ตา� งกนั โดยค�า IE1 ของธาตใุ น คาบเดยี วกนั จะเพ่มิ ขึ้นตามเลขอะตอม - ธาตเุ ดยี วกนั จะมลี าํ ดบั IE เปน� อยา� งไร ควรไดค� าํ ตอบวา� เพม่ิ ขน้ึ ตามลาํ ดบั เชน� IE3> IE2 > IE1 - ถา� จัดกลุ�มค�า IE ของธาตุ F เปน� กล�ุมจะจดั ได�อยา� งไร ควรไดค� าํ ตอบวา� จัดได� 2 กล�มุ ตาม ค�า IE ทใ่ี กล�เคยี งกนั คอื IE1– IE7 และ IE8– IE9 ดังตาราง 2.10 20. ครใู หน� ักเรยี นตรวจสอบผลการจัดกลุม� IE ของธาตุ F โดยใช�กราฟจากรูป 2.25 ข) ซึ่งพบ ว�าแบง� เปน� 2 กลุ�มเช�นกัน คอื กล�มุ ที่ประกอบด�วยจดุ 7 จุดซง่ึ มคี �าใกลเ� คยี งกันและอยบ�ู ริเวณด�านลา� ง และอกี กล�ุมมี 2 จดุ และอยบ�ู รเิ วณดา� นบนของเส�นกราฟ 21. ครใู หน� กั เรยี นตอบคาํ ถามตรวจสอบความเขา� ใจและชว� ยกนั เฉลยคาํ ตอบ โดยครคู อยชแ้ี นะ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 1 100 ตรวจสอบความเขา� ใจ นักเรียนคิดว�าค�าพลังงานไอออไนเซชันของธาตุใช�เป�นข�อมูลสําหรับการจัดกล�ุม อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ยร�ู อบนวิ เคลยี สของแตล� ะธาตไุ ดห� รอื ไม� อยา� งไร ได� โดยพจิ ารณาจากคา� IE ทใ่ี กลเ� คยี งกนั ของธาตนุ น้ั ๆ เชน� K สามารถจดั กลม�ุ ตามคา� IE ทใ่ี กลเ� คยี งกนั ไดเ� ปน� 4 กลม�ุ โดยเรยี งจากคา� IE นอ� ยไปมาก กลม�ุ ท่ี 1 คอื IE1 กลม�ุ ท่ี 2 คอื IE2-IE9 กลม�ุ ท่ี 3 คอื IE10-IE17 และ กลม�ุ ท่ี 4 คอื IE18-IE19 ซง่ึ สมั พนั ธก� บั การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอน 2 8 8 1 22. ให�นักเรียนร�วมกันอภิปรายเพื่อทํานายแนวโน�มของค�าพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของธาตุ ตามคาบและตามหมู� รวมท้ังเหตุผลสนับสนนุ แล�วเปรยี บเทยี บผลการอภิปรายกับรูป 2.26 จากนั้นศึกษาเหตผุ ลคําอธบิ ายใต�ภาพเพื่อตรวจสอบส่ิงทีอ่ ภปิ ราย และยอ� นกลบั ไปตอบคาํ ถามเกย่ี ว กับแนวโนม� ค�า IE1 ตามขนาดอะตอมที่ไดท� าํ นายไว� และควรสรปุ ไดว� า� ค�า IE1 มีความสัมพนั ธก� บั ขนาดอะตอมโดยค�า IE1 จะมคี า� เพม่ิ ขึน้ เมือ่ ขนาดอะตอมลดลง 23. ครูทบทวนว�าค�าพลังงาน IE1 เป�นพลังงานที่น�อยที่สุดที่ทําให�อิเล็กตรอนหลุดออกจาก อะตอมในสถานะแกส� เกิดเปน� ไอออนบวก ซ่ึงเปน� การเปลย่ี นแปลงแบบดูดพลังงาน จากนน้ั ถาม คําถามว�าถ�าอะตอมของธาตุมีการรับอิเล็กตรอนจะมีการเปล่ียนแปลงพลังงานอย�างไรเพื่อนําเข�าสู� หัวข�อสัมพรรคภาพอิเลก็ ตรอน 24. ครทู บทวนเรอ่ื งการเกดิ ไอออน จากน้ันตั้งคาํ ถามเพ่ือให�นักเรยี นอภิปรายร�วมกันวา� ใน การเกดิ เปน� ไอออนของธาตุ ธาตทุ ร่ี บั อเิ ลก็ ตรอนไดด� จี ะอยส�ู ว� นใดของตารางธาตุ และการรบั อเิ ลก็ ตรอน เป�นการดูดหรือคายพลังงาน ควรได�คาํ ตอบวา� อยทู� างดา� นขวาและเปน� การคายพลงั งาน 25. ครูให�ความรู�เรื่องสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนว�า เป�นพลังงานที่คายออกเมื่ออะตอมใน สถานะแกส� ได�รบั อเิ ลก็ ตรอน 1 อเิ ลก็ ตรอน อะตอมทีส่ ามารถรบั อเิ ล็กตรอนไดด� จี ะมสี มั พรรคภาพ อิเล็กตรอนสูงกว�าอะตอมที่รับอิเล็กตรอนได�ยาก ครูอาจให�นักเรียนเปรียบเทียบสัมพรรคภาพ อเิ ลก็ ตรอนกบั พลงั งานไอออไนเซชนั ของธาตเุ หมอื นและตา� งกนั อยา� งไรคาํ ตอบคอื ทง้ั สองคา� ใชอ� ธบิ าย อะตอมในสถานะแกส� เหมอื นกนั แตท� ต่ี า� งกนั คอื สมั พรรคภาพอเิ ลก็ ตรอนเปน� การคายพลงั งานออกมา ส�วนพลงั งานไอออไนเซชนั เปน� การดูดพลงั งาน 26. ให�นักเรียนพิจารณารูป 2.27 เพื่อศึกษาแนวโน�มของค�าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของ ธาตุในตารางธาตุ แลว� รว� มกนั สรปุ สาระสําคัญ โดยอาจสรุปได�ว�า เมอื่ พิจารณาธาตตุ ามคาบ ธาตโุ ลหะ หม�ู IA IIA และ IIIA มแี นวโน�มทจี่ ะรับอิเล็กตรอนยากโดยเฉพาะธาตใุ นหม�ู IIA จะรับอิเล็กตรอน ยากท่ีสดุ สว� นธาตใุ นหม�ู IVA VA VIA และ VIIA มแี นวโนม� ที่จะรบั อิเลก็ ตรอนสูงโดยเฉพาะหม�ู สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 101 VIIA จะรบั อิเล็กตรอนได�ดที ่ีสดุ สาํ หรับธาตหุ ม�ู VIIIA มคี �า EA เป�นลบซงึ่ ได�จากการคาํ นวณแสดง ให�เห็นว�าถ�าตอ� งการใหธ� าตุหมูน� ้นั รบั อิเลก็ ตรอนนอกจากจะไมค� ายพลงั งานแลว� ยังตอ� งใส�พลังงาน แกอ� ะตอมเพม่ิ ด�วย 27. ครทู บทวนเรอื่ งธาตุและสารประกอบโดยยกตวั อยา� ง เช�น Na HCl จากน้นั ใหน� ักเรยี น บอกความแตกต�างระหว�างธาตุและสารประกอบ แล�วให�ความรู�เพิ่มเติมว�าสารประกอบบางชนิด เชน� HCl มีการใช�อิเลก็ ตรอนรว� มกนั แล�วถามนักเรียนวา� อิเล็กตรอนที่ใชร� �วมกันอยตู� ําแหนง� ใดของ โมเลกลุ (อย�ใู กล� H หรอื Cl) เพอ่ื นําเขา� ส�ูเรอ่ื งอเิ ล็กโทรเนกาตวิ ติ ี 28. ครูให�ความหมายของค�าอิเล็กโทรเนกาติวีตีว�าเป�นความสามารถของอะตอมในการดึงดูด อเิ ลก็ ตรอนที่ใช�ร�วมกันในโมเลกลุ ของสาร จากน้นั ใหน� กั เรียนศกึ ษารปู 2.28 แล�วร�วมกันสรปุ แนวโนม� คา� อเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ขี องธาตใุ นตารางธาตุ ซง่ึ ควรไดว� า� ธาตใุ นคาบเดยี วกนั มคี า� เพม่ิ ขน้ึ เมอ่ื เลขอะตอม เพ่ิมขนึ้ เนอ่ื งจากขนาดของอะตอมเลก็ ลง ธาตุในหมู�เดียวกันสว� นใหญม� ีค�าลดลง เนอ่ื งจากขนาด ของอะตอมใหญ�ขึ้น 29. ครใู ห�นักเรยี นรว� มกันอภปิ รายเพอื่ กลับไปตอบคาํ ถามว�าในสารประกอบ HCl อิเลก็ ตรอน ที่ใช�ร�วมกันน�าจะอยู�ตําแหน�งใด ซึ่งควรได�คําตอบว�าอิเล็กตรอนอยู�ใกล�อะตอมของคลอรีนมากกว�า ไฮโดรเจน เนอื่ งจากมคี า� EN สงู กว�าอะตอมของไฮโดรเจน 30. ให�นักเรยี นทําแบบฝ�กหดั 2.4 แลว� เฉลยรว� มกนั แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรูเ� กีย่ วกบั วิวฒั นาการของตารางธาตุ การระบหุ มูแ� ละคาบของธาตใุ นตารางธาตุ การ จัดกล�ุมธาตุในตารางธาตตุ ามสมบตั ิความเปน� โลหะ อโลหะ กงึ่ โลหะ และตามการจัดเรียงอิเลก็ ตรอน จากการทํากจิ กรรม การทาํ แบบฝก� หัด และการทดสอบ 2. ความรเ�ู กย่ี วกบั แนวโนม� ของขนาดอะตอม ขนาดไอออน พลงั งานไอออไนเซชนั สมั พรรคภาพ อิเล็กตรอน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี ของธาตุหมู�หลักตามคาบและตามหมู� จากการการอภิปราย การทําแบบฝก� หัด และการทดสอบ 3. ทักษะการจําแนกประเภท การตีความหมายข�อมูลและลงข�อสรุป การสร�างแบบจําลอง และความรว� มมอื การทาํ งานเปน� ทมี และภาวะผน�ู ําจากการอภปิ ราย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 1 102 แบบฝ�กหัด 2.4 1. ธาตุที่กําหนดให�ต�อไปนี้อยู�ในหมู�ใดและคาบใดในตารางธาตุ และมีสมบัติเป�นโลหะ กึ่งโลหะ หรืออโลหะ (ตอบคําถามโดยไม�ใช�ตารางธาตุ) 1.1 ธาตุ A มีเลขอะตอม 11 ธาตุ A มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 1 จึงอยู�ในหมู� IA คาบ 3 เป�นธาตุโลหะ 1.2 ธาตุ B มีจํานวนโปรตอน 20 ธาตุ A มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 8 2 จึงอยู�ในหมู� IIA คาบ 4 เป�นธาตุโลหะ 1.3 ธาตุ C มีจํานวนอิเล็กตรอนเท�ากับ 35 ธาตุ C มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 18 7 จึงอยู�ในหมู� VIIA คาบ 4 เป�นธาตุอโลหะ 1.4 ธาตุ D มีเลขมวล 31 และมีจํานวนนิวตรอน 16 ธาตุ D มีจํานวนโปรตอนเท�ากับ 31 – 16 = 15 ธาตุ D จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 5 จึงอยู�ในหมู� VA คาบ 3 เป�นธาตุอโลหะ 5. ธาตุ E มีเลขมวล 72 และมีเลขอะตอม 32 ธาตุ E จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 18 4 อยู�ในหมู� IVA คาบ 4 เป�นธาตุกึ่งโลหะ 2. ธาตุแต�ละคู�ต�อไปนี้ ธาตุใดมีขนาดใหญ�กว�า 1.1 K กับ Ca 1.4 Rb กับ Cs 1.7 N กับ P P ใหญ�กว�า N K ใหญ�กว�า Ca Cs ใหญ�กว�า Rb 1.8 B กับ C 1.2 F กับ Na 1.5 Ca กับ Sr B ใหญ�กว�า C Na ใหญ�กว�า F Sr ใหญ�กว�า Ca 1.9 Cl กับ O Cl ใหญ�กว�า O 1.3 Mg กับ Ca 1.6 S กับ C Ca ใหญ�กว�า Mg S ใหญ�กว�า C 3. ไอออนแต�ละคู�ต�อไปนี้ ไอออนใดมีขนาดใหญ�กว�า 1.1 Mg2+ กับ Ca2+ 1.3 F- กับ Na+ Ca2+ ใหญ�กว�า Mg2+ F- ใหญ�กว�า Na+ 1.2 S2- กับ Cl- 1.4 Ca2+ กับ Al3+ S2- ใหญ�กว�า Cl- Ca2+ ใหญ�กว�า Al3+ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 103 4. ธาตุ X Y และ Z เป�นธาตุหมู� IA IIA และ VIIA ตามลําดับ และอยู�ในคาบเดียวกัน จง เปรียบเทียบสมบัติต�อไปนี้ 4.1 พลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 พลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของธาตุเรียงลําดับจากสูงไปต่ําดังนี้ ธาตุ Z สูงที่สุด รองลงมาคือธาตุ Y และต่ําที่สุดคือธาตุ X เนื่องจากเลข อะตอมเพิ่มขึ้น แรงยึดเหนี่ยวระหว�างนิวเคลียสกับเวเลนซ�อิเล็กตรอนจึงเพิ่มขึ้น ตามคาบ อิเล็กตรอนจึงหลุดจากอะตอมได�ยาก IE1 จึงมีค�าสูงขึ้นตามคาบ 4.2 อิเล็กโทรเนกาติวิตี ธาตุ Z สูงที่สุด รองลงมาคือธาตุ Y และต่ําที่สุดคือธาตุ X เนื่องจากเลข อะตอมเพิ่มขึ้นตามคาบ ขนาดอะตอมจะเล็กลง ความสามารถในการดึงดูด อิเล็กตรอนจึงเพิ่มขึ้น EN จึงมีค�าสูงขึ้นตามคาบ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล�ม 1 104 2.5 ธาตุแทรนซิชัน จดุ ประสงคก� ารเรยี นร�ู เปรียบเทียบสมบัติบางประการของโลหะเรพรีเซนเททีฟหรือโลหะหมู�หลักและโลหะ แทรนซชิ นั ความเขา� ใจคลาดเคลอื่ นทอ่ี าจเกิดขน้ึ ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�อง ปรอทเป�นโลหะที่มีสีแดง เนื่องจากเข�าใจว�า ปรอทเป�นโลหะที่มีสถานะเป�นของเหลวที่ ของเหลวสีแดงที่บรรจุในเทอร�มอมิเตอร�คือ อุณหภูมิห�องและมีสีเงินวาวเหมือนโลหะอื่น ๆ ปรอท สือ่ การเรียนรู�และแหลง� การเรียนร�ู 1. ชุดปฐมพยาบาล 2. เครือ่ งดับเพลงิ แนวการจัดการเรียนร�ู 1. ครูตัง้ คาํ ถามเพ่อื ทบทวนเกย่ี วกับการแบ�งกลุม� ธาตุในตารางธาตุ และสมบตั ิของกลุ�มธาตุ หมูห� ลกั ทีไ่ ดศ� ึกษามาแล�ววา� มอี ะไรบ�าง ให�นกั เรยี นพจิ ารณารปู 2.29 แลว� ถามวา� ธาตุแทรนซิชนั อยู� บรเิ วณใดของตารางธาตุ ซึง่ ควรได�คาํ ตอบว�าอยูร� ะหว�าง IIA กบั IIIA (หมู� 2 กบั 13) และใช�คําถาม ตอ� อีกวา� เพราะเหตุใดจงึ จัดธาตแุ ทรนซชิ นั แยกเปน� อีกหน่ึงกล�ุม เพื่อนําเขา� ส�ูการศกึ ษาสมบตั ิของ ธาตแุ ทรนซิชัน 2. ให�นกั เรียนศกึ ษาข�อมลู ในตาราง 2.11 กับ 2.12 แล�วอภิปรายในกลุ�มเพอื่ เปรียบเทยี บ สมบตั ิบางประการของธาตโุ พแทสเซียมและแคลเซยี มท่เี ปน� ธาตหุ มู� IA และ IIA กบั ธาตุแทรนซชิ ัน ในคาบท่ี 4 ซ่ึงอยใ�ู นคาบเดยี วกนั จากนนั้ ครกู บั นกั เรียนรว� มกันสรปุ อีกครั้งซงึ่ ควรได�สาระสาํ คญั ดังนี้ - รัศมีอะตอมของโลหะหมู�หลักจะมีขนาดใหญ�กว�าโลหะแทรนซิชันในคาบเดียวกันโดย โลหะแทรนซชิ นั ในคาบเดยี วกันมีขนาดใกลเ� คยี งกนั - ธาตุแทรนซิชนั มจี ดุ หลอมเหลว จุดเดือด ความหนาแน�น สงู กวา� ธาตโุ พแทสเซยี มและ แคลเซยี ม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 105 - ท้ังธาตุโพแทสเซียมและแคลเซียมและธาตุแทรนซิชันมีค�าพลังงานไอออไนเซชันลําดับ ท่ี 1 และคา� อเิ ล็กโทรเนกาติวติ ตี า่ํ - อเิ ลก็ ตรอนตวั สดุ ทา� ยในการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของธาตโุ พแทสเซยี มและแคลเซยี มจะถกู บรรจใุ นระดับพลงั งานยอ� ย 4s สว� นธาตแุ ทรนซิชนั ในคาบที่ 4 อิเล็กตรอนตวั สดุ ทา� ยจะถกู บรรจใุ น ระดบั พลงั งานยอ� ย 3d เพราะวา� ระดับพลงั งานยอ� ย 3d สูงกว�า 4s ตามแผนภาพในรปู 2.15 ท่ไี ด� ศึกษามาแล�ว - ธาตแุ ทรนซิชันในคาบที่ 4 ส�วนใหญ�มีเวเลนซ�อิเล็กตรอนเทา� กับ 2 เชน� เดยี วกบั ธาตุแคลเซียมยกเว�นธาตุโครเมียมและทองแดงมีเวเลนซ�อิเล็กตรอนเท�ากับ 1 เช�นเดียวกับธาตุ โพแทสเซยี ม 3. ครูให�นักเรียนร�วมกนั ตอบคาํ ถามวา� เหตุใดขนาดอะตอมของธาตแุ ทรนซิชันในคาบที่ 4 จึง มคี า� ใกล�เคียงกนั ซ่ึงควรได�คาํ ตอบวา� เมอื่ ธาตุแทรนซิชันมเี ลขอะตอมเพ่ิมขนึ้ จาํ นวนอเิ ล็กตรอน ทีเ่ พมิ่ ข้นึ จะเขา� ไปอยท�ู ่อี อร�บทิ ลั 3d ซึ่งไม�ไดม� ผี ลต�อการขยายขนาดกลม�ุ หมอกอิเลก็ ตรอน (เพราะ ไม�ใช�ระดับพลังงานช้ันนอกสุด) และแม�จํานวนโปรตอนจะเพิ่มข้ึนตามเลขอะตอมแต�เนื่องจากมี อเิ ลก็ ตรอนในออรบ� ทิ ลั 3d ทาํ หน�าท่กี ําบังดังน้นั แรงดึงดูดของโปรตอนในนิวเคลยี สต�ออิเล็กตรอนใน ออร�บิทัล 4s จงึ มีค�าน�อยทาํ ให�ขนาดอะตอมไม�เปลีย่ นแปลงมากนกั 4. ครูถามคําถามว�านอกจากสมบตั ติ า� ง ๆ ทไี่ ดศ� กึ ษาแลว� โลหะแทรนซิชนั และโลหะหมหู� ลัก ยงั มีสมบัตใิ ดแตกตา� งกันอีกบ�าง เพื่อนําเขา� สก�ู ิจกรรม 2.4 5. ให�นกั เรียนทาํ กจิ กรรม 2.4 กจิ กรรม 2.4 สขี องสารประกอบ จุดประสงคข� องกจิ กรรม เปรยี บเทียบสีของสารประกอบของโลหะหม�ูหลกั กับโลหะแทรนซิชัน เวลาที่ใช� อภิปรายก�อนทํากิจกรรม 5 นาที ทํากิจกรรม 15 นาที อภปิ รายหลงั ทาํ กจิ กรรม 10 นาที รวม 30 นาที สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ล�ม 1 106 วัสดแุ ละอุปกรณ� ปริมาณต�อกลุ�ม รายการ 1 ชุด ชุดบัตรภาพสารประกอบ การเตรยี มลว� งหน�า เตรียมชดุ บตั รภาพสารประกอบดงั ตัวอย�างหรือใช�ภาพของสารประกอบอน่ื ๆ ท่ี สอดคล�องกบั จุดประสงค� ใหเ� ท�ากับจาํ นวนกลม�ุ ของนักเรียน คอปเปอร�(II)คาร�บอเนต (CuCO3) คอปเปอร�(II)ซัลเฟต เพนตะไฮเดรต (CuSO4•5H2O) แคลเซียมคาร�บอเนต (CaCO3) แคลเซียมซัลเฟต (CaSO4) สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 107 ซิงค�ซัลเฟต (ZnSO4) โซเดียมคาร�บอเนต (Na2CO3) โซเดียมคลอไรด� (NaCl) โพแทสเซียมไนเทรต (KNO3) แมงกานีส(IV)ออกไซด� (MnO2) ลิเทียมคลอไรด� (LiCl) สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 1 108 ตวั อย�างผลการทาํ กจิ กรรม จากการสังเกตสีและแบ�งกล�ุมสารประกอบ ไดผ� ลดังนี้ สารประกอบของโลหะหมู�หลัก สารประกอบของโลหะแทรนซิชัน สูตรเคมี สีของสารประกอบ สูตรเคมี สีของสารประกอบ NaCl สีขาว CuSO4•5H2O สีฟ�า สีขาว CuCO3 สีเขียวอ�อน Na2CO3 สีขาว MnO2 สีเทา-ดํา KNO3 สีขาว ZnSO4 สีเหลืองอ�อน CaSO4 สีขาว CaCO3 สีขาว LiCl อภปิ รายผลการทํากิจกรรม 1. สขี องสารประกอบเป�นสมบตั ิทางกายภาพ ซ่งึ สามารถสังเกตได�ดว� ยตาเปลา� 2. สารประกอบของโลหะหม�หู ลกั ส�วนใหญเ� ปน� สีขาว สว� นสารประกอบของโลหะ แทรนซชิ ันมักจะมีสี เชน� CuSO4•5H2O มีสีฟ�า ZnSO4 มสี ีเหลืองออ� น สรปุ ผลการทํากจิ กรรม สารประกอบของโลหะหมู�หลักส�วนใหญ�เป�นสีขาว ส�วนสารประกอบของโลหะ แทรนซชิ นั สว� นใหญม� สี ี 6. ครูให�นกั เรยี นตอบคําถามชวนคดิ โดยให�สืบค�นขอ� มลู และชว� ยกันเฉลย ซ่ึงจากการตอบ คาํ ถามนักเรียนจะพบวา� ในกรณีทส่ี ารประกอบมที ้ังโลหะหมหู� ลกั และโลหะแทรนซิชนั สารประกอบ จะมีสี สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 109 ชวนคดิ นกั เรยี นคดิ วา� KMnO4 K2CrO4 และ Na2CoCl4 เป�นสารประกอบท่มี สี ีหรอื ไมเ� พราะเหตใุ ด สารประกอบท้งั 3 ชนดิ มีสีโดย KMnO4 มสี มี �วง K2CrO4 มีสเี หลอื ง และ Na2CoCl4 มี สนี าํ้ เงิน การทส่ี ารประกอบท้ังหมดมสี ี เน่ืองจากมธี าตแุ ทรนซชิ ันเป�นองค�ประกอบ 7. ครูถามคําถามเพื่อให�นักเรียนอภิปรายว�า นอกจากการมีสีของสารประกอบแล�ว โลหะ แทรนซชิ ันยังมีสมบัติใดทีแ่ ตกต�างโลหะหมห�ู ลักอีกบา� ง เพื่อนําเข�าสูก� จิ กรรม 2.5 กิจกรรม 2.5 การทดลองการเกิดปฏิกิริยาเคมกี บั น้าํ จดุ ประสงค�การทดลอง 1. ทาํ การทดลองเพอ่ื ศกึ ษาปฏกิ ริ ยิ าเคมรี ะหวา� งโซเดยี ม แมกนเี ซยี ม ทองแดง และสงั กะสกี บั นาํ้ 2. เปรยี บเทยี บความวอ� งไวในการทาํ ปฏกิ ริ ยิ าเคมกี บั นาํ้ ของธาตหุ ม�ู IA IIA และธาตแุ ทรนซชิ นั 3. ระบุสมบัติความเป�นกรดและเบสของสารละลายที่เกิดข้ึนในปฏิกิริยาเคมี เวลาทใี่ ช� อภิปรายก�อนทําการทดลอง 10 นาที ทาํ การทดลอง 30 นาที อภปิ รายหลังทําการทดลอง 20 นาที รวม 60 นาที วัสดุ อุปกรณ� และสารเคมี รายการ ปริมาณต�อกลุ�ม สารเคมี 1 ชิ้น 1. โซเดียมขนาดเท�าครึ่งเมล็ดถั่วเขียว 1 ชิ้น 2. ลวดแมกนีเซียมขนาด 0.5 cm × 1 cm สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1 110 รายการ ปริมาณต�อกลุ�ม 3. ทองแดงขนาด 0.5 cm × 1 cm 1 ชิ้น 4. สังกะสีขนาด 0.5 cm × 1 cm 1 ชิ้น 5. สารละลาย HCl 0.3 M 1 mL 6. สารละลาย NaOH 0.3 M 1 mL 7. ฟ�นอล�ฟทาลีน 12 หยด 8. น้ํากลั่น วัสดุและอุปกรณ� - 1. บีกเกอร�ขนาด 250 mL 2. หลอดทดลองขนาดเล็ก 1 ใบ 3. หลอดทดลองขนาดใหญ� 2 หลอด 4. ที่วางหลอดทดลอง 6 หลอด 5. หลอดหยด 1 อัน 6. กระบอกตวง 10 mL 1 หลอด 7. กระดาษทรายเบอร� 1 ขนาด 3 cm × 3 cm 3 อัน 8. ตะเกียงแอลกอฮอล�พร�อมที่กั้นลม 3 แผ�น 9. เทอร�มอมิเตอร�ขนาด 0-100 °C 1 ชุด 10. กระจกนา�ิกาหรือแผ�นกระจก 1 อัน 11. ปากคีบ 1 อัน 12. กระดาษทิชชู� 1 อัน 2 แผ�น การเตรียมล�วงหนา� 1. ตัดโซเดียม แมกนเี ซยี ม ทองแดง สังกะสี และกระดาษทรายเบอร� 1 ตามขนาดท่กี าํ หนด และมีจํานวนเท�าจํานวนกลุ�มของนักเรียนในชั้น สําหรับชิ้นโซเดียมที่ตัดแล�วให�แช�ไว� ในนํ้ามนั พาราฟ�น 2. เตรียมสารละลาย HCl 0.3 M ปรมิ าตร 20 mL โดยรินกรดไฮโดรคลอริกเขม� ข�น 6 M ปรมิ าตร 1 mL ลงในนา้ํ กลัน่ ประมาณ 15 mL แล�วเติมนาํ้ จนสารละลายมปี ริมาตรเปน� 20 mL สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 111 3. เตรียมสารละลาย NaOH 0.3 M ปรมิ าตร 20 mL โดยละลายโซเดียมไฮดรอกไซด� 0.24 กรมั ในน้ํากลัน่ ประมาณ 15 mL คนจนสารละลายหมด แลว� เตมิ นํา้ จนสารละลาย มปี ริมาตรเป�น 20 mL ขอ� เสนอแนะสําหรบั ครู 1. ตอ� งสวมแวน� ตานริ ภัยขณะทาํ การทดลองเสมอ 2. การนาํ ช้ินโซเดียมไปทดลองตอ� งใช�ปากคบี หา� มใช�มอื จบั โซเดียมเดด็ ขาด 3. กอ� นหยอ� นโซเดียมลงในนา้ํ ต�องซับนา้ํ มันบนชนิ้ โซเดียมดว� ยกระดาษทชิ ช�กู �อน 4. เมือ่ คบี ชนิ้ โซเดยี มใส�ลงในบีกเกอรท� ่ีมีน้าํ และฟ�นอลฟ� ทาลีนบรรจอุ ย�แู ลว� หา� มยืน่ หนา� เขา� ใกลบ� ีกเกอรท� ท่ี ดลอง รวมถึงตอ� งทดลองด�วยความระมัดระวังเพราะอาจมอี ันตราย เกดิ ขน้ึ ได� 5. ลวดแมกนีเซยี ม ทองแดง และสงั กะสตี อ� งใช�กระดาษทรายขดั เพ่ือกาํ จดั สารประกอบ ออกไซด�หรือส่ิงเจือปนท่ีเคลือบบนผิวโลหะเหล�าน้ันออกให�หมดก�อนนําไปทําการ ทดลอง ตัวอยา� งผลการทดลอง ตารางที่ 1 การเปลี่ยนแปลงกบั สารละลายฟ�นอล�ฟทาลีน สาร การเปลี่ยนแปลงกับสารละลายฟ�นอล�ฟทาลีน* 0.3 M HCl ใส ไม�มีสี 0.3 M NaOH สารละลายเปลี่ยนเป�นสีชมพู * ในบางประเทศห�ามนําสารละลายฟ�นอล�ฟทาลีนมาใช�ในการเรียนการสอนเนื่องจาก เปน� สารกอ� มะเรง็ ดงั นน้ั จงึ ใชอ� นิ ดเิ คเตอรต� วั อน่ื แทน เชน� ในการทดลองนถ้ี า� ใชส� ารละลาย โบรโมไทมอลบลูทดสอบกับ 0.3 M HCl จะเปลี่ยนสารละลายเป�นสีเหลือง แต�เมื่อ ทดสอบ 0.3 M NaOH จะได�สารละลายสีน้ําเงิน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1 112 ตารางที่ 2 การเปล่ยี นแปลงเมื่อใส�โซเดยี ม แมกนีเซยี ม ทองแดงและสังกะสีลงในนา้ํ ชนิดของ การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได�เมื่อทําปฏิกิริยากับน้ํา โลหะ อุณหภูมิห�อง 60-80 °C โซเดียม ก�อนโซเดียมวิ่งบนผิวน้ําและทํา ปฏิกิริยาเคมีกับน้ําอย�างรวดเร็ว มีประกายไฟและควันสีขาวเกิด ข้นึ สารละลายเปลยี่ นเปน� สชี มพู เมื่อสัมผัสบีกเกอรจ� ะรสู� กึ รอ� น แมกนีเซียม เกิดฟองแก�สเล็กน�อยเกาะท่ีแผ�น เกิดฟองแก�สได�มากขึ้นสารละลาย แมกนีเซียม (สังเกตเห็นยาก) รอบ ๆ แมกนีเซียมเป�นสีชมพอู อ� น ทองแดง สังเกตไมเ� ห็นการเปลี่ยนแปลง สงั เกตไม�เหน็ การเปล่ียนแปลง สังกะสี สงั เกตไมเ� ห็นการเปลีย่ นแปลง สงั เกตไมเ� หน็ การเปล่ยี นแปลง อภปิ รายผลการทดลอง 1. เมื่อหยดสารละลายนอลฟ� ทาลนี ลงใน 0.3 M HCl สารละลายจะใสไมม� ีสี แตเ� ม่อื หยดลงใน 0.1 M NaOH พบวา� สารละลายเปล่ียนเปน� สชี มพู แสดงว�าสารละลาย ฟน� อลฟ� ทาลีนในสภาวะท่เี ปน� กรดใสไม�มีสแี ต�ในสภาวะท่เี ปน� เบสจะเปน� สชี มพู 2. โซเดียมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ําที่อุณหภูมิห�องได�รวดเร็วและรุนแรง ได�สารละลายมี สมบตั เิ ป�นเบสเนอื่ งจากมสี ชี มพจู ากฟน� อล�ฟทาลีนเกิดขึน้ 3. แมกนีเซียมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ําที่อุณหภูมิห�องได�ช�า แต�เกิดปฏิกิริยากับน้ําร�อนได� เร็วกวา� ได�สารละลายมีสมบตั เิ ป�นเบส เนอื่ งจากมีสชี มพจู ากฟ�นอล�ฟทาลนี เกิดขนึ้ 4. ปฏกิ ริ ยิ าของทองแดงและสงั กะสกี บั นาํ้ ท่อี ุณหภมู หิ �องและในนํ้าร�อน สังเกตไม�เหน็ การ เปลย่ี นแปลง 5. ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ําของธาตุทั้ง 4 ชนิดพบว�า โลหะ โซเดียมเกิดปฏิกิริยาได�รวดเร็วที่สุด รองลงมาคือแมกนีเซียม ส�วนทองแดงและ สังกะสีไมท� าํ ปฏิกิริยากบั น้ํา สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 113 สรปุ ผลการทดลอง 1. โลหะหมห�ู ลกั เกิดปฏกิ ริ ยิ ากับนํา้ ได�ดีกว�าโลหะแทรนซิชัน 2. เมอื่ โลหะหมูห� ลักทาํ ปฏกิ ริ ิยากับนํา้ จะไดส� ารละลายที่มสี มบตั ิเป�นเบส 8. ครูใหค� วามรเู� พ่ิมเตมิ ว�าแกส� ทเ่ี กิดขน้ึ ในปฏกิ ิริยาของโซเดยี มและแมกนเี ซยี มกบั นํา้ คอื แกส� ไฮโดรเจน และปฏกิ ิรยิ าท่เี กดิ ขึ้นเป�นปฏกิ ิริยาคายความรอ� น โดยครูเขยี นสมการเคมแี สดงปฏิกิริยา เคมรี ะหว�างโซเดียม แมกนีเซียมกบั น้าํ ประกอบการอธิบาย 9. ครูให�นกั เรยี นตอบคําถามชวนคิด โดยอาจสืบคน� ข�อมลู เพอื่ ตอบคําถามและช�วยกนั เฉลย ชวนคดิ การทดสอบแก�สเพ่อื ยนื ยนั วา� เปน� แก�สไฮโดรเจนทาํ ได�อยา� งไร แกส� ไฮโดรเจนมสี มบัติตดิ ไฟได� วธิ ที ดสอบทาํ ได�โดยใชก� า� นธูปท่มี ีเปลวไฟ จ�อท่ปี าก หลอดทดลองท่มี แี ก�สบรรจอุ ย�ู ซึง่ จะมีเสยี งดงั เกิดข้ึน 10. ครใู หน� ักเรียนทาํ แบบฝก� หดั 2.5 จากน้ันเฉลยคาํ ตอบรว� มกนั แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู�เก่ียวกับขนาดอะตอม จดุ เดอื ด จุดหลอมเหลว ความหนาแนน� ของธาตุ สขี อง สารประกอบ ความว�องไวในการเกิดปฏกิ ริ ยิ ากบั น้ํา ของธาตแุ ทรนซชิ ันและกล�ุมธาตุหมูห� ลัก จาก การทาํ กิจกรรม การอภิปราย การทดลอง การทาํ แบบฝ�กหดั และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสงั เกต การตั้งสมมติฐาน การกําหนดนยิ ามเชงิ ปฏบิ ตั ิการ การกําหนดและ ควบคมุ ตัวแปร การทดลอง และการตีความหมายข�อมลู และลงขอ� สรปุ จากการทาํ การทดลอง 3. ทกั ษะความรว� มมือ การทํางานเปน� ทีมและภาวะผนู� ํา จากการสงั เกตพฤตกิ รรมในการทาํ กจิ กรรม 4. จติ วทิ ยาศาสตรด� า� นการใชว� ิจารณญาณ จากการสงั เกตพฤตกิ รรมขณะทํากิจกรรมและ การทดลอง สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1 114 แบบฝก� หัด 2.5 1. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอม 40 50 และ 60 ตามลําดับ ธาตุใดเป�นธาตุหมู�หลักและ ธาตุใดเป�นธาตุแทรนซิชัน การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ A คือ [Kr]5s24d2 ธาตุ B คือ [Kr]5s25p2 และ ธาตุ C คือ [Xe]6s24f5 จะเห็นว�า ธาตุ A และ C บรรจุอิเล็กตรอนตัวสุดท�ายที่ออร�บิทัล d และ f จึงเป�นธาตุแทรนซิชัน ส�วน ธาตุ B บรรจุอิเล็กตรอนตัวสุดท�ายที่ออร�บิทัล p จึงเป�นธาตุหมู�หลัก 2. เขียนแผนภาพเวนน�เปรียบเทียบสมบัติที่เหมือนและที่แตกต�างของโลหะหมู�หลักและ โลหะแทรนซิชัน โลหะหมู�หลัก โลหะแทรนซิชัน ขนาดอะตอมในคาบ ขนาดอะตอมในคาบ เดียวกันใกล�เคียงกัน เดียวกันมีขนาดต�างกัน มีค�า IE1 สารประกอบมักมีสี พลงั งานสงู สดุ ของ สารประกอบส�วน และ EN ต่ํา อเิ ล็กตรอนท่บี รรจุ สว� นใหญอ� ย�ูใน ใหญ�มีสีขาว d orbital พลังงานสูงสุดของ เป�นโลหะ อิเล็กตรอนที่บรรจุ ส�วนใหญ�อยู�ใน s orbital สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 115 2.6 ธาตุกัมมนั ตรงั สี จุดประสงคก� ารเรียนร�ู 1. อธิบายสมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา 2. คาํ นวณครึ่งชีวติ ของไอโซโทปกมั มนั ตรังสี ความเขา� ใจคลาดเคลอ่ื นทอี่ าจเกิดขึน้ ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�อง เมื่อธาตุเกิดการแผ�รังสี ปริมาณเนื้อสาร เมื่อธาตุเกิดการแผ�รังสี ปริมาณเนื้อสาร ทัง้ หมดจะหายไป ทง้ั หมดไมไ� ดห� ายไป เพยี งแตม� กี ารเปลย่ี นแปลง จากไอโซโทปหนึง่ ไปเปน� อีกไอโซโทป ไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถแผ�รังสีได�เพียง นอกจากรังสีแอลฟา แกมมา และบีตา แล�ว 3 ชนิด คือแอลฟา แกมมา และบีตา ไอโซโทปกัมมันตรังสียังแผ�รังสีชนิดอื่นได� เช�น โพซิตรอน นิวตรอน กัมมันตภาพรังสีเกิดจากการคายพลังงาน กัมมันตภาพรังสีเกิดจากนิวเคลียสที่ไม�เสถียร ของอิเล็กตรอนที่ไม�เสถียรจากสถานะกระตุ�น อันเกิดจากสัดส�วนที่ไม�เหมาะสมระหว�าง มายังสถานะพื้น โปรตอนและนิวตรอน ไม�ได�เกี่ยวข�องกับ อิเล็กตรอน ไอโซโทปกัมมันตรังสีมาจากธาตุที่มีเลข ไอโซโทปกัมมันตรังสีมาจากธาตุที่มีเลข อะตอมที่สูงกว�า 83 เท�านั้น อะตอมที่ต่ํากว�า 83 ได� เช�น C-14 การเตรยี มลว� งหนา� รูปภาพ ข�าว หรอื บทความที่เกี่ยวกับกัมมนั ตรังสี สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1 116 แนวการจัดการเรียนรู� 1. ครูนาํ รปู ภาพตัวอยา� งเหตุการณต� า� ง ๆ จากอินเตอร�เนต็ ทเ่ี ก่ยี วข�องกบั ประโยชน�และโทษ ของไอโซโทปกัมมนั ตรังสี เชน� คนเก็บของเก�า (Co-60) โรงไฟฟ�านวิ เคลียร� เครอ่ื งเอกซเรย� การทํา MRI การหาอายุวัตถุโบราณ จากน้นั ให�นกั เรยี นแต�ละกลม�ุ เล�าเรื่องราวที่เกย่ี วข�องกับรูปภาพทไ่ี ดร� บั พร�อมอธบิ ายว�า เหตุการณด� งั กล�าวเก่ยี วขอ� งกับสมบัตใิ ดของธาตุ ซ่ึงควรได�คาํ ตอบว�า เกยี่ วข�องกับ สมบตั กิ ารแผ�รังสี 2. ครใู หค� วามรูเ� ก่ียวกับความหมายของคาํ วา� กมั มันตภาพรงั สี ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สหี รอื สาร กัมมันตรังสแี ละธาตกุ มั มนั ตรงั สี แลว� ใหน� กั เรยี นศกึ ษาข�อมูลในรปู 2.31 และตาราง 2.13 เพอื่ สรุป ชนดิ ของรงั สี สญั ลกั ษณ� และสมบัติของรังสี ไดแ� ก� แอลฟา บตี า แกมมา หรือรังสีอน่ื ๆ 3. ครูอธิบายการเขียนสมการแสดงการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีในบทเรียน ซึ่งสังเกตได�ว�า ในกรณีที่การสลายตัวเกิดธาตุใหม� สัญลักษณ�ธาตุ เลขอะตอมและเลขมวลจะ เปลย่ี นแปลง แตถ� �าธาตเุ ดิมจะเปล่ียนแปลงเฉพาะเลขมวล เชน� 204 Pb เมอื่ แผร� ังสีแอลฟา สามารถ 82 เขียนสมการแสดงการสลายตัวไดด� ังน้ี 204 Pb 200 Hg + 4 He 82 80 2 จากสมการสงั เกตเหน็ วา� ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมดา� นซา� ยเทา� กบั ดา� นขวา 4. ให�นักเรียนพิจารณาอัตราส�วนของจํานวนนิวตรอนต�อจํานวนโปรตอนของไอโซโทปท่ี เสถยี รกบั ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สชี นดิ ตา� ง ๆ เชน� 12 C กบั 14 C และ 2547Co กบั 60 Co และ 23 Na กบั 6 6 27 11 24 Na แลว� เปรยี บเทยี บอตั ราสว� นระหวา� งนวิ ตรอนกบั โปรตอนแตล� ะค�ู ซง่ึ ควรสงั เกตพบวา� ไอโซโทป 11 กัมมันตรังสีมีจํานวนนิวตรอนแตกต�างจากจํานวนโปรตอนมากหรือมีอัตราส�วนของนิวตรอนต�อ โปรตอนมากกวา� 1 ทง้ั นค้ี รใู ชร� ปู 2.33 ประกอบการอธบิ าย 5. ครตู ง้ั คาํ ถามวา� ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี เชน� 226 Ra 28 Al หรอื 99 Te เมอ่ื สลายตวั แลว� 88 13 52 ไอโซโทปทง้ั 3 ชนดิ นส้ี ลายตวั ใหร� งั สชี นดิ ใด และสญั ลกั ษณน� วิ เคลยี รด� งั กลา� วเปลย่ี นแปลงอยา� งไรบา� ง โดยพจิ ารณารปู 2.32 ประกอบ ซง่ึ ควรไดค� าํ ตอบวา� 226 Ra อาจแผร� งั สแี อลฟาเพราะมมี วลอะตอม 88 มากและเมื่อเทียบกับเขตเสถียรภาพแล�วอยู�ในช�วงที่แผ�รังสีแอลฟา สําหรับ 28 Al แผ�รังสีบีตา 13 เพราะสัดส�วนของนิวตรอนต�อโปรตอนมีมากเกินไปและเม่อื เทียบกับเขตเสถียรภาพแล�วอย�ใู นช�วงท่ี แผบ� ตี า สว� น 5929Te แผร� งั สแี กมมาซง่ึ มพี ลงั งานสงู มากและไมเ� สถยี รและเมอ่ื สลายตวั แลว� ไดไ� อโซโทป เดมิ 6. ครใู หน� กั เรยี นตอบคาํ ถามตรวจสอบความเขา� ใจและชว� ยกนั เฉลย โดยครคู อยชแ้ี นะ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 117 ตรวจสอบความเขา� ใจ 1. ป�จจัยใดที่ทําให� 204 Pb มีแนวโน�มในการแผ�รังสีแอลฟาในขณะที่ 210 Pb มีแนวโน�มใน 82 82 การแผร� งั สบี ตี า 204 Pb มแี นวโนม� ในการแผร� งั สแี อลฟาเนอ่ื งจากมเี ลขอะตอมสงู 82 สาํ หรบั 210 Pb ซง่ึ มเี ลขอะตอมสงู เชน� กนั แตถ� า� พจิ ารณาสดั สว� นนวิ ตรอนตอ� โปรตอนแลว� 82 พบวา� มคี า� มาก จงึ มแี นวโนม� ในการลดจาํ นวนนวิ ตรอนทาํ ใหแ� ผร� งั สบี ตี า (ถา� ดรู ปู 2.32 พบวา� อยส�ู ว� นบนของแถบเสถยี รภาพ) 2. นกั เรยี นคดิ วา� 164C มแี นวโนม� ในการแผร� งั สชี นดิ ใด เพราะเหตใุ ด 14 C มสี ดั สว� นนวิ ตรอนตอ� โปรตอนสงู จงึ มแี นวโนม� ในการลดจาํ นวนนวิ ตรอน ทาํ ใหแ� ผร� งั สี 6 บตี า 7. ครใู ห�นักเรียนดูรปู 2.33 จากนั้นร�วมกันอภปิ รายเก่ยี วกบั เหตุการณต� า� ง ๆ ในชีวิตประจํา วนั ท่ีมนุษยม� ีโอกาสได�รับรังสี เช�น การฉายรงั สี จากนน้ั ให�ความรเู� ก่ยี วกบั ปรมิ าณรังสที เ่ี ปน� อันตราย และสัญลักษณ�รงั สีตามรายละเอียดในบทเรียน โดยใชร� ูป 2.34 และ 2.35 ประกอบ โดยครเู นน� ยํ้าว�า อันตรายจากรังสีทม่ี ตี �อมนุษย�ข้นึ อยูก� ับหลายป�จจยั เชน� ชนิดและปริมาณของรังสี ระยะเวลาท่ไี ด�รบั อวัยวะที่ไดร� ับรังสี 8. ครูทบทวนว�าไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถแผ�รังสีได�ตลอดเวลา ซึ่งระยะเวลาใน การแผ�รงั สขี องแต�ละไอโซโทปไมเ� ทา� กนั จากนั้นใหน� กั เรียนพิจารณารูป 2.36 แล�วครถู ามคําถาม วา� เมื่อเวลาผ�านไปปริมาณของ Na-24 และ Mg-24 มกี ารเปลีย่ นแปลงอยา� งไร ซงึ่ ควรได�คาํ ตอบวา� ปริมาณของ Na-24 ลดลง และ Mg-24 เพ่ิมข้ึน แต�มวลรวมของสารเทา� เดมิ 9. ครูถามตอ� ว�าเมอื่ เวลาผา� นไปทกุ ๆ 15 ช่วั โมง ปริมาณ Na-24 เปลี่ยนแปลงอย�างไร ซงึ่ ควร ได�คําตอบว�า ปริมาณ Na-24 จะลดลงเหลือคร่งึ หน่งึ ของปรมิ าณเดมิ จากนั้นครใู หค� วามหมายของ คําว�าครงึ่ ชวี ติ คอื ระยะเวลาท่ีไอโซโทปกมั มนั ตรังสีสลายตวั จนเหลอื ครง่ึ หน่ึงของปริมาณเดมิ ซงึ่ เป�น สมบตั ิเฉพาะตัวของธาตกุ มั มันตรงั สี เชน� Na-24 มคี รึ่งชีวติ เท�ากบั 15 ชั่วโมง 10. ครใู ห�นกั เรียนตอบคาํ ถามตรวจสอบความเขา� ใจและร�วมกนั เฉลย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1 118 ตรวจสอบความเข�าใจ 1. เมอ่ื Na-24 สลายตวั จนเหลอื ครง่ึ หนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ ปรมิ าณเนอ้ื สารทง้ั หมดควรลดลง เหลอื ครง่ึ หนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ หรอื ไม� เพราะเหตใุ ด มวล Na-24 จะหายไป แตป� รมิ าณเนอ้ื สารทง้ั หมดไมไ� ดห� ายไป เพยี ง Na-24 เปลย่ี นแปลงไป เปน� อกี ไอโซโทปหนง่ึ เชน� Mg-24 2. ถา� ผา� นไป 60 ชว่ั โมง จากจดุ เรม่ิ ตน� จะเหลอื Na-24 อยร�ู อ� ยละเทา� ใด Na-24 มคี รง่ึ ชวี ติ 15 ชว่ั โมง ดงั นน้ั เมอ่ื เวลาผา� นไป 60 ชว่ั โมง (4 ครง่ึ ชวี ติ ) จงึ เหลอื Na-24 6.25% ของปรมิ าณเดมิ 100 g 50 g 25 g 12.5 g 6.25 g 11. ครใู หน� กั เรียนศกึ ษาครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรงั สีต�าง ๆ ในตาราง 2.14 จากนน้ั ความ รูเ� กยี่ วกับการหาปริมาณสารท่เี หลอื หรอื การหาครง่ึ ชวี ติ ของไอโซโทปกัมมันตรังสี โดยวธิ เี ขยี นเป�น แผนภาพแสดงการลดลงครึง่ หนึง่ ของปรมิ าณเดมิ ตามระยะเวลาท่ีกาํ หนดให� และวิธีคาํ นวณโดยใช� สตู ร โดยครูยกตัวอยา� งประกอบ 12. ครูยกตวั อย�างปฏิกริ ิยาเคมี เชน� ปฏกิ ริ ิยาระหวา� งโซเดียมกับนํ้า และปฏกิ ริ ิยาการเผาไหม� 2Na(s) + 2H2O(l) 2Na+(aq) + 2OH(aq) + H2(g) + พลงั งาน CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) + พลงั งาน และปฏิกริ ยิ านวิ เคลยี ร� เชน� ปฏกิ ิริยาในโรงไฟฟา� นวิ เคลียร� 1 n + 29352U 141 Ba + 92 Kr + 310n + พลงั งาน 0 56 36 จากนั้นครูถามนักเรียนว�าปฏิกิริยาเคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร�แตกต�างกันอย�างไร ซึ่ง นกั เรยี นอาจตอบวา� ใหพ� ลงั งานเหมอื นกนั ปฏกิ ริ ยิ าเคมไี มม� รี งั สเี กดิ ขน้ึ จากนน้ั ครใู หค� วามรว�ู า� ปฏกิ ริ ยิ า เคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร�แตกต�างกัน โดยการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเกี่ยวข�องกับเวเลนซ�อิเล็กตรอน และจาํ นวนอะตอมของธาตแุ ต�ละชนดิ ทงั้ ก�อนและหลังการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมจี ะเท�ากัน สว� นปฏกิ ริ ยิ า สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 119 นวิ เคลยี ร�เกดิ ขน้ึ ทีน่ วิ เคลยี ส เนอ่ื งจากมีอัตราสว� นของนิวตรอนกับโปรตอนไม�เหมาะสม เมอ่ื เกดิ ปฏิกิริยานิวเคลียร�จํานวนอะตอมของธาตุก�อนและหลังเกิดปฏิกิริยาอาจไม�เท�ากัน และปฏิกิริยา นิวเคลียรจ� ะไดพ� ลงั งานจํานวนมากกว�าปฏกิ ิริยาเคมปี ริมาณมาก 13. ครูให�ความร�วู �าปฏกิ ิริยานวิ เคลยี ร�แบง� เป�น 2 ประเภท โดยกระบวนการทน่ี ิวเคลียสของ ไอโซโทปหนกั ทีไ่ ม�เสถียรและแตกออกเป�นไอโซโทปทเี่ บากว�าเรยี กว�าฟช� ชนั เม่อื ฟ�ชชนั เกิดขึ้นอยา� ง ต�อเนื่องจะได�ปฏิกิริยาลูกโซ�ดังรูปที่ 2.37 ซึ่งสามารถนํามาใช�ประโยชน�ในเครื่องปฏิกรณ�ปรมาณู ส�วนกรณที ี่ไอโซโทปเบาหลอมรวมกนั เป�นไอโซโทปทม่ี มี วลสูงขน้ึ เรียกว�าฟ�วชัน พลงั งานที่เกดิ จาก ฟ�ชชนั และฟ�วชันแตกต�างกันโดยฟว� ชนั ใหพ� ลังงานมากกว�า 14. ครมู อบหมายลว� งหนา� ให�นกั เรียนสบื ค�นขอ� มลู เกีย่ วกบั เทคโนโลยีที่เกีย่ วขอ� งกับการใช� ประโยชน�จากไอโซโทปกมั มันตรงั สี โดยระบุชื่อไอโซโทปกมั มันตรังสแี ละประโยชน�ทนี่ าํ ไปใช� รวมทง้ั ศึกษาเนือ้ หาหวั ขอ� ดงั กล�าวในหนังสือเรียน แลว� นํามาอภิปรายแลกเปลย่ี นเรียนรร�ู ว� มกัน หลงั จากนัน้ ครูอาจมอบหมายให�จัดทําเป�นโปสเตอร�สรุปประโยชน�และเทคโนโลยีท่ีเกี่ยวข�องกับการใช�ไอโซโทป กมั มันตรงั สใี นดา� นตา� ง ๆ 15. ครูใหน� ักเรยี นตอบคําถามชวนคิด โดยอาจให�นกั เรยี นสืบคน� จากน้นั รว� มกันเฉลย ชวนคิด สญั ลกั ษณด� งั กลา� วบนฉลากอาหาร มีความหมายว�าอะไร เปน� อาหารทผ่ี �านการฉายรงั สี 16. ครูให�นกั เรียนทําแบบฝ�กหดั 2.6 แล�วเฉลยรว� มกัน แนวการวัดและประเมินผล 1. ความรเู� กี่ยวกับธาตกุ ัมมนั ตรงั สี ไอโซโทปกมั มนั ตรังสี ชนิดของรังสีและสมบัติ สมการ นวิ เคลียร� ครงึ่ ชีวติ ของไอโซโทปกมั มันตรงั สี อนั ตรายและประโยชน�ของไอโซโทปกัมมนั ตรงั สี จาก การทํากิจกรรม การอภิปราย การทําแบบฝก� หดั และการทดสอบ 2. ทักษะการใช�จํานวน การคิดอยา� งมีวิจารณญาณ และการแก�ป�ญหา ความร�วมมือการทํา งานเป�นทีมและภาวะผ�นู าํ จากการทาํ กิจกรรม 3. จิตวิทยาศาสตร� ความใจกว�าง การใช�วิจารณญาณและความรอบคอบ จากการสังเกต พฤติกรรมขณะทํากิจกรรม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1 120 4. จิตวิทยาศาสตร�ด�านการเห็นคุณค�าทางวิทยาศาสตร�และคุณธรรมและจริยธรรมท่เี ก่ยี วข�อง กบั วทิ ยาศาสตร� จากการอภิปรายเกี่ยวกบั การนาํ ธาตแุ ละไอโซโทปกัมมนั ตรังสไี ปใชป� ระโยชน� แบบฝ�กหัด 2.6 1. จงเขียนสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของอนุภาคต�อไปนี้ 1.1. อนุภาคแอลฟา สัญลักษณ�นิวเคลียร� 4 He 2 1.2. อนุภาคบีตา สัญลักษณ�นิวเคลียร� 0 e -1 1.3. อนุภาคโพซิตรอน สัญลักษณ�นิวเคลียร� +10e 2. ธาตุแฟรนเซียม คาร�บอน นีออน ทอเรียม ธาตุใดบ�างไม�มีไอโซโทปที่เสถียรใน ธรรมชาติ ทอเรียม และแฟรนเซียม ไม�มีไอโซโทปที่เสถียรในธรรมชาติ เนื่องจากมีเลขอะตอมสูง กว�า 83 3. จงเขียนสมการต�อไปนี้ให�สมบูรณ� 3.1 27 Si ......2173Al....... + 0 e 14 +1 3.2 66 Cu 66 Zn + ...... -01e......... 29 30 3.3 27 Al + 4 He 30 Si + ...... 1 H........ 13 2 14 1 4. ไอโอดนี -131 มคี รง่ึ ชวี ติ 8 วนั จาํ นวน 10 g เมอ่ื เวลาผา� นไปกว่ี นั จงึ จะมไี อโอดนี -131 เหลอื 2.5 g 8 วนั 8 วนั ไอโอดนี -131 ไอโอดนี -131 ไอโอดนี -131 10 g 5.0 g 2.5 g ดงั นนั้ ต�องใชเ� วลาทั้งหมด 16 วนั สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 121 5. เขยี นแผนภาพเวนน�เพ่อื เปรียบเทยี บฟ�วชันและฟ�ชชนั ฟ�วชัน ฟ�วชัน ไอโซโทปที่มีมวลมาก ให�พลังงาน ไอโซโทปเบารวมตัวกัน แตกออกเปน� ไอโซโทปใหม� เกิดเป�นไอโซโทปใหม�ที่ ที่มีมวลลดลง มีมวลเพิ่มขึ้น สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 1 122 2.7 การนาํ ธาตุไปใช�ประโยชน�และผลกระทบต�อส่ิงแวดล�อม จดุ ประสงคก� ารเรียนรู� สืบคน� ข�อมลู และยกตวั อยา� งการนาํ ธาตมุ าใช�ประโยชน� รวมทั้งผลกระทบต�อสิง่ มีชีวติ และส่งิ แวดลอ� ม ความเข�าใจคลาดเคลือ่ นทีอ่ าจเกดิ ข้นึ ความเข�าใจที่ถูกต�อง ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ธาตุทุกชนิดมีทั้งประโยชน�และโทษ ธาตุประเภทโลหะหนักมีแต�โทษ แนวการจดั การเรียนรู� 1. ใหน� ักเรยี นยกตวั อย�างธาตุและการนําธาตนุ ั้นไปใช�ประโยชน� แลว� ใชค� ําถามตอ� ว�า เพราะ เหตใุ ดจงึ นําธาตไุ ปใช�ประโยชน�ได�ต�างกัน คาํ ตอบคือ การนําธาตไุ ปใชป� ระโยชนพ� ิจารณาจากสมบตั ิ ของธาตุน้ัน ๆ โดยธาตุแต�ละชนดิ มีสมบัติเฉพาะตัวและแตกต�างจากธาตอุ นื่ ๆ จึงใชป� ระโยชนไ� ดต� �าง กัน 2. ใหน� กั เรียนทาํ กิจกรรม 2.6 กจิ กรรม 2. 6 ตามล�าหาธาตุ จดุ ประสงค�ของกจิ กรรม เพ่ือให�นักเรยี นมีความรเู� ก่ียวกบั ช่ือธาตแุ ละประโยชนข� องธาตุแต�ละชนิด เวลาท่ีใช� อภิปรายกอ� นทาํ กิจกรรม 5 นาที ทาํ กิจกรรม 30 นาที อภปิ รายหลังทาํ กจิ กรรม 15 นาที รวม 50 นาที สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 123 การเตรียมลว� งหน�า 1. สําเนาใบกิจกรรมให�กับนกั เรยี นกลุม� ละ 1 ใบ หรือใหท� ุกคนตามความเหมาะสม 2. เตรียมแหลง� สืบค�นขอ� มูล ใบกจิ กรรม ตามล�าหาธาตุ 5 1ORI 23 4 67 8N 9 12 11 13 10 15 14 18 16 17 20 19 21 22 23 24 25 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1 124 ข�อเสนอแนะสําหรับครู การสะกดชอ่ื ธาตุใหย� ดึ ตาม IUPAC เชน� sulfur ไมใ� ช� sulphur หรอื aluminium ไม�ใช� aluminum ผลการทํากิจกรรม เม่อื นกั เรยี นเตมิ ชอ่ื ธาตุเป�นภาษาองั กฤษลงในตารางแล�ว ควรเป�นดังน้ี ใบกิจกรรม ตามลา� หาธาตุ 5s ul f u 1 i 2c 3yh l or i 4 n e r i o dc 6c a r b o nr k 7 l 8 x 9g o ld e g uy itr l 1m2e 11mi a n g a n e s 13ne g 10el e g ne o n nn c 19op n s r ai 15ac c 14is od i um 16hp m17 l t i um m o a yr l 18lf c v 21ps i l i h20 e l i um u r o hm r os 2232nit ni rs o d i e e u z24 i n c s u b25 r o m i n e สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 125 สรุปผลการทํากจิ กรรม ธาตแุ ต�ละชนดิ นาํ ไปใชป� ระโยชนไ� ดแ� ตกต�างกนั 3. ครูให�นักเรียนยกตัวอย�างช่ือธาตุ และผลกระทบของธาตุต�อส่ิงมีชีวิตและส่ิงแวดล�อม และถามต�ออกี ว�าผลกระทบของธาตุเกิดจากสง่ิ ใดไดบ� �าง คําตอบคอื ตวั ธาตุและกระบวนการทม่ี นุษย� นาํ ธาตุไปใชป� ระโยชน� 4. ให�นกั เรียนแตล� ะกลุม� ทํากจิ กรรม 2.7 เพอื่ สืบคน� ขอ� มลู ผลกระทบของธาตุต�อสง่ิ มีชวี ิต และสงิ่ แวดลอ� ม โดยแตล� ะกลุ�มไมค� วรซ้ํากนั (อาจแบ�งธาตุตามหม�ู) นาํ ขอ� มูลท่สี ืบคน� ไดม� าเสนอและ อภปิ รายร�วมกนั กิจกรรม 2.7 ประโยชน�และผลกระทบของการใช�ธาตุ จุดประสงคข� องกิจกรรม 1. สบื คน� ขอ� มูลการนาํ ธาตไุ ปใช�ประโยชน� รวมทงั้ ผลกระทบตอ� สิง่ มีชวี ิตและส่งิ แวดล�อม 2. นําเสนอขอ� มลู การสืบค�นโดยวธิ ีการสรา� งสรรค�และน�าสนใจ เวลาท่ีใช� อภปิ รายก�อนทาํ กิจกรรม 5 นาที ทํากจิ กรรม 40 นาที อภปิ รายหลงั ทาํ กจิ กรรม 10 นาที รวม 50 นาที การเตรียมลว� งหน�า เตรียมแหลง� สืบค�นขอ� มลู ผลการทํากจิ กรรม ผลการทํากิจกรรมขึน้ กับธาตุท่นี ักเรยี นสืบคน� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1 126 สรุปผลการทาํ กจิ กรรม ธาตุแตล� ะชนิดนําไปใชป� ระโยชน�ได�แตกตา� งกนั ซง่ึ การนําธาตุไปใชอ� าจทาํ ใหเ� กิด ผลกระทบตอ� ส่ิงมชี ีวติ และสง่ิ แวดล�อมได� 5. ใหน� ักเรยี นทาํ แบบฝก� หัด 2.7 แล�วเฉลยรว� มกนั แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู�เก่ียวกับการนําธาตุมาใช�ประโยชน�ตามสมบัติของธาตุและผลกระทบที่มีต�อส่ิงมี ชีวติ และสิง่ แวดลอ� ม จากการทาํ กิจกรรม และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสอ่ื สารสารสนเทศและการรู�เทา� ทนั ส่อื จากผลการสืบคน� ขอ� มูล 3. ทักษะการคดิ อยา� งมวี จิ ารณญาณและการแก�ปญ� หา และความรว� มมือ การทํางานเปน� ทีม และภาวะผน�ู าํ จากการทาํ กจิ กรรม 4. จิตวิทยาศาสตร�ด�านความอยากรู�อยากเห็น ความใจกว�าง ความมุ�งมั่นอดทน จากการ สงั เกตพฤตกิ รรมในการทาํ กจิ กรรม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 127 แบบฝก� หัด 2.7 จากสถานการณ�ดงั รปู จงตอบคาํ ถามต�อไปน้ี 1. แต�ละโรงงานใช�ประโยชน�จากธาตุหรอื สารประกอบของธาตใุ ด - โรงงานไฟฟา� นวิ เคลียร� ใช�ประโยชนจ� ากไอโซโทปกมั มนั ตรังสี เช�น U–239 - โรงงานผลิตปูนซีเมนต� ใช�ประโยชน�จากสารประกอบของธาตุแคลเซียม ธาตุซลิ ิคอน ธาตอุ ะลมู ิเนยี ม - โรงงานอุตสาหกรรมยอ� มผา� ใช�ประโยชนจ� ากสารประกอบของธาตไุ นโตรเจน เช�น ในสยี �อมประเภท azo dye สารประกอบของธาตโุ ซเดยี มหรอื แคลเซียมในสารฟอก ขาว - โรงงานผลิตถ�านไฟฉาย ใช�ประโยชน�จากสารประกอบของธาตุสังกะสี คาร�บอน แมงกานีส คลอรีน 2. หมบู� �าน ก – จ มีแนวโน�มจะได�รบั ผลกระทบจากโรงงานอุตสาหกรรมตา� ง ๆ อยา� งไร - หมบ�ู �าน ก อาจไดร� ับผลกระทบจากรงั สี เสยี่ งต�อการรั่วของสารกัมมนั ตภาพรงั สเี มอ่ื เกดิ อบุ ัตเิ หตุ ความร�อนจากนา้ํ ท่ีใช�เปน� ตวั ระบายความร�อน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1 128 - หมูบ� �าน ข อาจได�รับผลกระทบจากผงฝน�ุ ของสารประกอบของธาตุแคลเซียม ทําให� เกิดการระคายเคืองต�อระบบทางเดินหายใจ - หมู�บา� น ค อาจไดร� ับผลกระทบจากสารประกอบของธาตแุ มงกานสี ถ�าเข�าส�ูรา� งกาย จะทําลายระบบประสาท - หมบ�ู �าน ง อาจไดร� ับผลกระทบจากสารเคมที ี่เปน� องค�ประกอบในสยี �อม สารฟอกขาว สารกําจัดไขมนั นา้ํ ท้งิ ท่เี ป�นกรด-เบส จากโรงงานอตุ สาหกรรมย�อมผา� - หมู�บ�าน จ ไดร� บั ผลกระทบจากสารเคมที ี่เช�นเดียวกับหมู�บา� น ข และหม�บู �าน ค โดยสารเคมีปนเป�อนมากบั นํา้ หมายเหตุ คาํ ตอบทีไ่ ดอ� าจแตกตา� งกนั ตามขอ� มูลทส่ี ืบคน� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 129 แบบฝก� หดั ท�ายบท 1. วาดรูปพร�อมอธบิ ายแบบจําลองตอ� ไปน้ี แบบจําลอง รูปแบบจําลอง คําอธิบาย ดอลตัน เป�นอนุภาคที่เล็กที่สุด แบ�งแยกไม�ได� อาจ เขียนแสดงด�วยทรงกลม ทอมสัน - - -+ - +- เป�นรูปทรงกลมประกอบด�วยเนื้ออะตอม รัทเทอร�ฟอร�ด +-- - -+ - ซึ่ ง มี ป ร ะ จุ บ ว ก แ ล ะ มี อิ เ ล็ ก ต ร อ น ซึ่ ง มี + +- ประจุลบกระจายอยู�ทั่วไป - อะตอมประกอบด�วยนิวเคลียสที่มีขนาด เล็กมากอยู�ภายในและมีประจุไฟฟ�าเป�น บวก โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู�รอบ ๆ โบร� 76 5 4 3 2 1 K L M N O PQ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป�น กลุ�มหมอก วงคล�ายกับวงโคจรของดาวเคราะห�รอบ ดวงอาทิตย� แต�ละวงจะมีระดับพลังงาน เฉพาะตัว ประกอบด�วยกลุ�มหมอกของอิเล็กตรอน รอบนิวเคลียส บริเวณที่กลุ�มหมอกทึบ แสดงว�ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได� มากกว�าบริเวณที่มีกลุ�มหมอกจาง สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 1 130 2. คลื่นแม�เหล็กไฟฟ�าที่มีความยาวคลื่น 300 nm จะปรากฏในช�วงคลื่นของแสงที่มอง เห็นไดห� รอื ไม� มคี วามถีแ่ ละพลงั งานเท�าใด คล่นื แมเ� หล็กไฟฟ�าท่ีมคี วามยาวคล่นื 300 nm ไม�ปรากฏอย�ใู นช�วงคล่นื ของแสงทมี่ อง เหน็ ได� เพราะแสงทีม่ องเห็นไดอ� ยใู� นชว� งความยาวคลืน่ ประมาณ 400–700 nm หาความถข่ี องคลื่นแมเ� หล็กไฟฟ�าทม่ี ีความยาวคลน่ื 300 nm ดังน้ี ν = c λ = 300 × 108 ms-1 300 × 10-9 m = 1.00 × 1015 s-1 คลน่ื แม�เหลก็ ไฟฟ�าน้ีมีความถี่ 1.00 × 1015 s-1 หรอื Hz หาพลังงานของคล่ืนแม�เหล็กไฟฟา� ที่มีความยาวคลน่ื 300 nm ดังนี้ E = hν = 6.626 × 10-34 Js × 1.00 × 1015 s-1 = 6.626 × 10-19 J คลืน่ แม�เหลก็ ไฟฟา� นี้มีพลงั งาน 6.626 × 10-19 J สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 131 3. กําหนดขอ� มลู เสน� สเปกตรัม เป�นดงั น้ี A B CD λ นอ� ย λ มาก จากขอ� มูลการคายพลงั งานของอิเล็กตรอนท่ีกําหนด จงระบุว�าสเปกตรมั เส�นใดคือ สเปกตรัม A B C และ D ตามลาํ ดับ เสน� ที่ 1 เส�นท่ี 2 เส�นที่ 3 เส�นที่ 4 เน่ืองจากพลงั งาน (E) แปรผกผนั กับความยาวคล่ืน ( λ ) และโจทยก� าํ หนดความยาวคลืน่ D > C > B > A ดังนัน้ A คือเส�นท่ี 1 B คือเส�นท่ี 3 C คอื เส�นที่ 4 และ D คอื เสน� ท่ี 2 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1 132 4. พิจารณาสัญลักษณ�นวิ เคลยี รข� องธาตุสมมตติ �อไปน้ี 12 A 13 B 14 C 14 D และ 16 E 6 6 6 7 8 4.1 ธาตุใดเปน� ไอโซโทปกนั 12 A 13 B 14 C เนื่องจากมีจํานวนโปรตอนเท�ากนั คือ 6 6 6 6 4.2 ธาตใุ ดมีจาํ นวนนิวตรอนเท�ากัน 163B 174D มีจาํ นวนนิวตรอนเท�ากนั คือ 7 14 C 16 E มจี าํ นวนนวิ ตรอนเทา� กนั คือ 8 6 8 5. ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่งมีประจุในนิวเคลียสเป�น 3 เท�าของประจุในนิวเคลียสของ ไฮโดรเจนและมเี ลขมวลเป�น 7 เทา� ของเลขมวลไฮโดรเจน ระบุจาํ นวนโปรตอน นิวตรอน และอเิ ล็กตรอนของไอโซโทปของธาตุน้ี เน่ืองจากในนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนประกอบด�วย 1 โปรตอนแต�ไม�มีนิวตรอน เลขมวลของไฮโดรเจนจงึ เทา� กับ 1 และประจใุ นนิวเคลียสเทา� กับ +1 คําถามกาํ หนดใหธ� าตชุ นิดนม้ี ปี ระจุในนิวเคลียสเปน� 3 เทา� ของไฮโดรเจน จึงมี 3 โปรตอน มีเลขมวลเป�น 7 เท�า แสดงวา� มจี ํานวนโปรตอนรวมกับนิวตรอนเท�ากบั 7 ธาตุนจ้ี ึงมจี ํานวนนวิ ตรอน = 7 – 3 = 4 ดังนน้ั จาํ นวนอนภุ าคในอะตอมของไอโซโทปนี้คอื 3 โปรตอน 4 นวิ ตรอน และ 3 อเิ ลก็ ตรอน 6. A และ B เปน� ไอโซโทปซ่ึงกันและกนั ถา� A มีนวิ ตรอน = a B มีจาํ นวนนวิ ตรอน = b และมเี ลขมวล = c ธาตุ A จะมเี ลขมวลเทา� ใด B มี เลขมวล = c มนี วิ ตรอน = b ดังน้นั จงึ มีโปรตอน = c - b A และ B เป�นไอโซโทปซ่งึ กันและกนั ดังน้ันจึงมีโปรตอนเทา� กันซง่ึ = c - b A มี นิวตรอน = a ดงั นัน้ จึงมีเลขมวลเท�ากับ = c – b + a สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 133 7. กาํ หนดเลขอะตอมของ Mg = 12 Cl = 17 Ar = 18 K = 19 Ni = 28 จงเขยี นการ จดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย�อยของ K Ar Mg2+ Cl- Ni และ Ni+ K จดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s22s22p63s23p64s1 Ar จัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนเปน� 1s22s22p63s23p6 Mg2+ จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s22s22p6 Cl- จดั เรียงอิเล็กตรอนเปน� 1s22s22p63s23p6 Ni จดั เรยี งอเิ ล็กตรอนเป�น 1s22s22p63s23p64s23d8 หรือ 1s22s22p63s23p63d84s2 Ni+ จดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s22s22p63s23p64s13d8 หรอื 1s22s22p63s23p63d84s1 8. กาํ หนดธาตุ 5 ธาตุ ซ่งึ มเี ลขอะตอมเทา� กับ 12 20 23 30 และ 36 8.1 มธี าตแุ ทรนซิซนั ทัง้ หมดกี่ธาตุ การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุทั้ง 5 ธาตุเป�นดังนี้ ธาตทุ ม่ี เี ลขอะตอมเทา� กบั 12 คอื 1s22s22p63s2 ธาตทุ ี่มีเลขอะตอมเท�ากบั 20 คอื 1s22s22p63s23p64s2 ธาตทุ ี่มเี ลขอะตอมเท�ากบั 23 คือ 1s22s22p63s23p64s23d3 ธาตทุ ่ีมีเลขอะตอมเท�ากับ 30 คือ 1s22s22p63s23p64s23d10 ธาตุท่มี เี ลขอะตอมเท�ากบั 36 คอื 1s22s22p63s23p64s23d104p6 จะเห็นว�าธาตุทีม่ ีเลขอะตอม 23 และ 30 มีการบรรจอุ ิเลก็ ตรอนตวั สุดทา� ยใน d orbital ดงั นัน้ จงึ มธี าตแุ ทรนซิชัน 2 ธาตุ 8.2 ธาตุท่มี เี ลขอะตอมเทา� ใดจัดอย�ูในกล�มุ ของแก�สมสี กุล ธาตทุ มี่ เี ลขอะตอมเท�ากับ 36 มีการจัดเรยี งอเิ ล็กตรอนเป�น 2 8 18 8 ซ่งึ อยูใ� นหม�ู 18 หรอื VIIIA จงึ เป�นแก�สมสี กลุ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1 134 9. จากการทดลองของมลิ ลแิ กน ถ�าพบว�าหยดน้ํามนั ทล่ี อยนิ่งหยดหน่ึงมีค�าประจเุ ทา� กับ 4.8 × 10-19 คลู อมบ� หยดนาํ้ มันน้ีมอี ิเล็กตรอนเกาะอย�จู ํานวนเท�าใด จากการทดลองของมิลลิแกน คา� ประจไุ ฟฟา� ทีแ่ ฝงอยบ�ู นหยดนํ้ามันของ 1 อเิ ลก็ ตรอน คอื 1.6 × 10-19 คูลอมบ� หยดน้ํามันท่ีลอยนิง่ ซึ่งมีประจเุ ทา� กบั 4.8 x 10-19 คลู อมบ� จาํ นวนอิเล็กตรอนท่ีเกาะอย�ู = 4.8 × 10-19coulomb × 1 e- 1.6 × 10-19 coulomb = 3.0 e- 10. กําหนดใหพ� ลังงานไอออไนเซชนั ลําดับที่ 1 – 4 ของธาตุ A B C และ D เปน� ดังน้ี พลังงานไอออไนเซชัน (kJ/mol) ลําดับที่ ธาตุ 1 234 A 500 4600 6900 9500 B 740 1500 7700 10500 C 900 1800 14800 21000 D 580 1800 2700 11600 10.1 ธาตใุ ดมีแนวโน�มสงู สุดท่จี ะเกิดเป�นไอออนซ่งึ มปี ระจุ +1 จากค�า IE สามารถระบุจํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุดของ แต�ละธาตไุ ดด� ังน้ี ธาตุ A มีจํานวนอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานช้นั นอกสุด 1 อิเลก็ ตรอน ธาตุ B มีจาํ นวนอเิ ล็กตรอนในระดบั พลังงานช้ันนอกสุด 2 อเิ ลก็ ตรอน ธาตุ C มีจาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดับพลังงานช้นั นอกสดุ 2 อเิ ลก็ ตรอน ธาตุ D มจี ํานวนอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานชน้ั นอกสดุ 3 อเิ ลก็ ตรอน ดังนนั้ ธาตุทีม่ แี นวโนม� สูงสดุ ท่จี ะเกดิ เป�นไอออนซึง่ มปี ระจุ +1 คอื ธาตุ A เน่ืองจากมีเวเลนซอ� เิ ล็กตรอนเท�ากับ 1 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 135 10.2 ธาตใุ ดนา� จะมีจํานวนเวเลนซอ� เิ ลก็ ตรอนเท�ากัน ธาตุ B และ C มีเวเลนซ�อเิ ลก็ ตรอนเท�ากนั คอื 2 11. ธาตุ X และ Y มีเลขอะตอม 37 และ 38 ตามลําดับ จงเปรยี บเทยี บสมบัตติ �อไปน้ี พรอ� มทงั้ ใหเ� หตุผลประกอบ 11.1 ขนาดอะตอม ธาตุ X มเี ลขอะตอม 37 จดั เรยี งอิเลก็ ตรอนไดเ� ป�น 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 ธาตุ Y มเี ลขอะตอม 38 จดั เรียงอิเลก็ ตรอนไดเ� ปน� 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2 ธาตุ X และ Y อย�ูในคาบเดยี วกนั คอื คาบท่ี 5 เน่ืองจากมีจาํ นวนระดบั พลังงาน 5 ระดับเทา� กนั ธาตุ X อยู�ในหม�ู IA แต�ธาตุ Y อยู�ในหม�ู IIA ดงั นน้ั ธาตุ X จะมขี นาดอะตอมใหญก� วา� ธาตุ Y เพราะมจี ํานวนโปรตอนในนิวเคลียสน�อยกว�า 11.2 พลังงานไอออไนเซชันลําดับท่ี 1 พลงั งานไอออไนเซชนั ลาํ ดบั ที่ 1 ของธาตุ X มีค�านอ� ยกวา� ธาตุ Y เนอ่ื งจากแรงดึงดดู ระหวา� งโปรตอนในนิวเคลียสกับอิเลก็ ตรอนนอกสดุ ของธาตุ X นอ� ยกวา� ธาตุ Y อเิ ลก็ ตรอนนอกสดุ ของธาตุ X จึงหลดุ จากอะตอมได�งา� ยกวา� 12. ธาตุฮีเลียมมี 2 อิเล็กตรอน และมคี า� IE1 เท�ากับ 2.379 MJ/mol ธาตโุ พแทสเซยี มมี 19 อเิ ล็กตรอน และมคี �า IE1 เทา� กับ 0.425 MJ/mol เพราะเหตุใด IE1 ของธาตฮุ ีเลยี ม จึงมีค�าสงู กวา� โพแทสเซยี ม ธาตุ He มี 2 อเิ ลก็ ตรอน จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s2 ธาตุ K มี 19 อิเลก็ ตรอน จัดเรียงอิเลก็ ตรอนเปน� 1s22s22p63s23p64s1 เมอ่ื พจิ ารณาการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลยี สของทง้ั 2 ธาตุ พบวา� เวเลนซอ� เิ ลก็ ตรอน ของ He อยใ�ู นระดบั พลงั งานท่ี n = 1 ซง่ึ ใกลน� วิ เคลยี สมากกวา� เวเลนซอ� เิ ลก็ ตรอนของ K ซึ่งอย�ูในระดับพลงั งานท่ี n = 4 แรงดงึ ดูดระหวา� งนิวเคลียสกับเวเลนซ�อิเล็กตรอน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1 136 ของ He จึงสูงกว�าแรงดึงดูดระหว�างนิวเคลียสกับเวเลนซอ� ิเลก็ ตรอนของ K ดงั นน้ั IE1 ของ He จึงมคี า� สูงกวา� IE1 ของ K 13. แนวโนม� ของค�า IE1 ของธาตุ K Rb และ Cs ซงึ่ มเี ลขอะตอม 19 37 และ 55 ตาม ลาํ ดบั ควรเปน� อย�างไร พรอ� มอธบิ ายเหตุผลประกอบ เนือ่ งจากจากเลขอะตอมของธาตทุ ง้ั สาม นํามาเขยี นการจัดเรยี งอิเล็กตรอนในอะตอม ไดด� งั น้ี K 1s22s22p63s23p64s1 Rb 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 Cs 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1 พบวา� ธาตุทั้ง 3 อยใู� นหมเู� ดียวกนั คอื หม�ู IA แตอ� ยูต� �างคาบ โดย K อยค�ู าบท่ี 4 Rb อย�ูคาบท่ี 5 และ Cs อย�ูคาบท่ี 6 ซ่ึงเมื่อพิจารณาขนาดอะตอมแลว� พบวา� K มีขนาดเล็กสุดจึงมีแรงยดึ เหน่ียวระหว�าง เวเลนซ�อเิ ล็กตรอนกับนวิ เคลยี สมากทสี่ ุด ค�า IE1 จงึ มากที่สดุ ส�วน Cs มขี นาดใหญ� สดุ จงึ มแี รงยดึ เหนย่ี วระหวา� งเวเลนซอ� ิเล็กตรอนกับนวิ เคลยี สนอ� ยท่ีสดุ ค�า IE1 จงึ น�อยท่ีสุด ดงั นน้ั ค�า IE1 ของ K > Rb > Cs 14. A B C D E และ F เปน� ธาตสุ มมติที่อยใ�ู นหมเ�ู ดยี วกันเรียงลําดบั จากบนลงล�าง จงทาํ นายสมบตั ิของธาตุดงั ต�อไปน้ี 14.1 ธาตใุ ดควรมีขนาดอะตอมเลก็ ที่สุด ธาตุ A ควรมีขนาดอะตอมเลก็ ท่ีสุด 14.2 ธาตุใดควรมอี เิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ีสูงท่ีสดุ ธาตุ A ควรมีอเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ สี ูงทีส่ ดุ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี