(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมเคมี1

เคมีเลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 87 แบบฝึกหดั 2.2 1. จงเขียนแผนผังเวนน์เปรียบเทียบสมบัติของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตรอน อนุภาคใน นิวตรอน นิวเคลียส ประจไุ ฟฟา้ บวก เป็นกลางทางไฟฟ้า สัญลักษณ์ p สัญลักษณ์ n อนุภาคใน มีประจุไฟฟ้า อะตอม 1.602 × 10-19 คูลอมบ์ ประจุไฟฟ้าลบ สัญลักษณ์ e อิเล็กตรอน 2. จากการทดลองของมิลลิแกน ถ้าพบว่าหยดน้ำ�มันที่ลอยนิ่งหยดหนึ่งมีค่าประจุเท่ากับ 6.4 × 10-19 คูลอมบ์ หยดน้ำ�มันนี้มีอิเล็กตรอนเกาะอยู่จำ�นวนเท่าใด จากการทดลองของมิลลิแกน ค่าประจุไฟฟ้าที่แฝงอยู่บนหยดน้ำ�มันของ 1 อิเล็กตรอน คือ 1.6 × 10-19 คูลอมบ์ นั่นคือหยดน้ำ�มันที่ลอยนิ่งซึ่งมีประจุเท่ากับ 6.4 × 10-19 คูลอมบ์ จำ�นวนอิเล็กตรอนที่เกาะอยู่ = 1 e - × 6.4 × 10-19coulomb 1.6 × 10-19 coulomb สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ลม่ 1 88 = 4 อิเล็กตรอน ดังนั้น หยดน้ำ�มันนี้มีอิเล็กตรอนเกาะอยู่ 4 อิเล็กตรอน 3. ฮีเลียมมี 2 โปรตอน 2 นิวตรอน และ 2 อิเล็กตรอน มวลของอะตอมฮีเลียมที่คำ�นวณ จากมวลของโปรตอนและนิวตรอน เทียบกับมวลที่คำ�นวณจากองค์ประกอบของ อนุภาคทั้งหมด ต่างกันร้อยละเท่าใด มวลของอะตอมฮีเลียมที่คำ�นวณจากมวลของโปรตอนและนิวตรอน = มวล 2 โปรตอน + มวล 2 นิวตรอน = (2 × 1.673 × 10-24 g) + (2 × 1.675 × 10-24 g) = 6.696 × 10-24 g มวลของอะตอมฮีเลียมที่คำ�นวณจากองค์ประกอบทั้งหมด = 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 มวลที่คำ�นวณได้แตกต่างกันอย่างไม่มีนัยสำ�คัญ 4. จงเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของไอโซโทปต่าง ๆ ของธาตุ X ซึ่งมี 9 อิเล็กตรอนและมี นิวตรอน 9 10 และ 11 ตามลำ�ดับ สัญลักษณ์นิวเคลียร์ของไอโซโทปต่าง ๆ ของธาตุ X เขียนได้ดังนี้ 18 X 19 X 20 X 9 9 9 5. พิจารณาสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุสมมติต่อไปนี้ 40 A 4128B 1490C 40 D และ 4221E ธาตุใดเป็นไอโซโทปกัน เพราะเหตุใด 18 20 ธาตุที่เป็นไอโซโทปกันคือ 40 A 1482B เพราะมีจำ�นวนโปรตอนเท่ากันคือ 18 18 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 89 2.3 การจัดเรยี งอิเล็กตรอนในอะตอม จดุ ประสงค์การเรียนรู้ 1. บอกความแตกตา่ งของระดับพลังงานหลกั พลังงานย่อย และออรบ์ ทิ ลั 2. จดั เรียงอเิ ล็กตรอนในอะตอมเม่อื ทราบเลขอะตอมของธาตุ พร้อมทัง้ ระบุ หมู่ คาบ และ กลมุ่ ของธาตใุ นตารางธาตุ ความเข้าใจคลาดเคล่อื นที่อาจเกิดขึน้ ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง กรณีที่ธาตุเสียอิเล็กตรอนจะนำ�อิเล็กตรอนที่มี กรณีที่ธาตุเสียอิเล็กตรอนให้บรรจุอิเล็กตรอน ตามปกติก่อน จากนั้นค่อยนำ�อิเล็กตรอนที่อยู่ พลังงานสูงสุดออก เช่น ชั้นนอกสุดออก เช่น Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe2+ : 1s22s22p63s23p64s23d4 Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 ไม่ใช่ 1s22s22p63s23p64s23d4 หมายเหตุ เสีย 2 อิเล็กตรอน แนวการจดั การเรยี นรู้ 1. ครตู ง้ั ค�ำ ถามใหน้ กั เรยี นอภิปรายวา่ แบบจ�ำ ลองอะตอมของโบวแ์ ตกต่างจากแบบจ�ำ ลอง อะตอมของรัทเทอรฟ์ อรด์ อย่างไร ควรได้ขอ้ สรปุ วา่ อเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลยี สเคลอ่ื นทเ่ี ป็นวงคล้าย วงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แต่ละวงมพี ลังงานเฉพาะตวั แล้วนำ�เข้าสเู่ รอื่ งการจดั เรยี ง อิเลก็ ตรอนของธาตุบางธาตุ 2. ครูใหน้ ักเรยี นศึกษาขอ้ มูลในตาราง 2.5 จากนั้นถามนักเรยี นว่า ในระดบั พลงั งานท่ี 1 และ 2 มจี �ำ นวนอิเลก็ ตรอนสูงสดุ เท่าใด ซงึ่ ได้ค�ำ ตอบว่า 2 และ 8 ตามลำ�ดบั 3. ครูถามคำ�ถามเพิ่มเติมว่า ถ้าในระดับพลังงานที่ 3 มีจำ�นวนอิเล็กตรอนสุงสุด 18 อเิ ลก็ ตรอน ระดบั พลงั งานกับจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนสงู สุดในแตล่ ะระดับพลงั งานมคี วามสมั พนั ธก์ ันหรือ ไม่ อยา่ งไร ควรตอบไดว้ า่ จ�ำ นวนอิเล็กตรอนสูงสุดกับระดับพลงั งานมคี วามสัมพนั ธด์ ังน้ี คือ 2n2 เมอ่ื n คือตวั เลขแสดงระดับพลังงาน 4. ครูแสดงจ�ำ นวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานของธาตุ K (2 8 8 1) และ Ca (2 8 8 2) จากนนั้ ต้ังคำ�ถามวา่ จากสูตร 2n2 จำ�นวนอิเล็กตรอนสงู สุดในระดบั พลังงานท่ี 3 ควรเป็น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ลม่ 1 90 18 อิเลก็ ตรอน แต่เพราะเหตุใดอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานที่ 3 ของธาตุ K และ Ca จงึ มีเพยี ง 8 อิเล็กตรอน เพือ่ น�ำ เข้าสเู่ รือ่ ง ระดับพลงั งานหลักและระดบั พลงั งานยอ่ ยของอิเลก็ ตรอนในอะตอม 5. ครูให้ความรู้ในเรื่องระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อยของอิเล็กตรอนในอะตอม ตามรูป 2.15 ซง่ึ ควรไดส้ าระส�ำ คัญดังนี้ 5.1. ในระดับพลงั งานหลักแบง่ เปน็ ระดับพลงั งานย่อย คือ s p d f ตามลำ�ดบั 5.2. ในระดับพลังงานหลกั ท่ี 1–4 มีจ�ำ นวนระดบั พลังงานยอ่ ยตา่ ง ๆ ดงั น้ี พลังงานหลักท่ี 1 มรี ะดบั พลงั งานย่อยคอื 1s พลงั งานหลักท่ี 2 มรี ะดับพลังงานย่อยคือ 2s 2p พลงั งานหลกั ท่ี 3 มีระดบั พลงั งานย่อยคอื 3s 3p 3d พลงั งานหลกั ที่ 4 มรี ะดับพลงั งานยอ่ ยคือ 4s 4p 4d 4f 5.3. ระดับพลังงานย่อยในระดบั พลงั งานหลักเดียวกันมคี ่าพลังงานแตกต่างกนั เช่น 2p มีพลงั งานมากกว่า 2s 5.4. ลำ�ดับระดับพลังงานที่บรรจุอิเล็กตรอนไม่จำ�เป็นต้องเรียงตามพลังงานหลัก เสมอ เช่น 4s มีพลงั งานตำ่�กว่า 3d ดังนนั้ จึงบรรจอุ ิเล็กตรอนใน 4s กอ่ น 3d 6. ครูอธิบายความหมายของคำ�วา่ ออร์บิทลั จากนน้ั ใหน้ ักเรยี นศึกษารปู 2.16 และตาราง 2.6 และรว่ มกนั อภปิ รายว่า ในแตล่ ะระดบั พลังงานยอ่ ยมีจ�ำ นวนออร์บทิ ัลเท่ากนั หรอื ไม่ อย่างไร และ จำ�นวนอเิ ล็กตรอนสงู สุดในระดบั พลงั งานย่อยมเี ท่าไร ซึง่ ควรได้ค�ำ ตอบวา่ ในแต่ละระดบั พลังงาน ยอ่ ยมีจ�ำ นวนออรบ์ ิทัลแตกต่างกนั และในแต่ละออรบ์ ทิ ัลมีจำ�นวนอิเล็กตรอนสงู สดุ 2 อิเล็กตรอน โดยท่ี ระดบั พลังงานย่อย s มี 1 ออร์บทิ ลั มีจ�ำ นวนอิเลก็ ตรอนสูงสุด 2 ระดบั พลังงานย่อย p มี 3 ออร์บิทัล มจี �ำ นวนอิเลก็ ตรอนสงู สดุ 6 ระดับพลังงานยอ่ ย d มี 5 ออรบ์ ิทลั มจี ำ�นวนอิเลก็ ตรอนสูงสดุ 10 ระดับพลังงานยอ่ ย f มี 7 ออร์บิทัล มจี ำ�นวนอเิ ลก็ ตรอนสงู สดุ 14 7. ครูใหค้ วามรแู้ ละยกตวั อย่างเกีย่ วกบั การจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุ ดังนี้ 7.1. บรรจอุ ิเลก็ ตรอนในออรบ์ ทิ ลั ทม่ี ีพลงั งานต่ำ�สดุ และวา่ งก่อนเสมอ 7.2. การบรรจุอเิ ล็กตรอนในออรบ์ ิทัล มีลำ�ดับเปน็ ดงั น้ี 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p …… หรือมลี �ำ ดับตามแผนภาพในรปู 2.17 7.3. ครูให้นักเรยี นดรู ปู 2.18 และอธิบายว่า สัญลักษณ์แสดงการจดั เรยี งอเิ ล็กตรอน ในอะตอม ให้เขียนตัวเลขแสดงระดับพลังงานหลักตามด้วยตัวอักษรแสดงระดับ พลังงานย่อย และจำ�นวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลด้วยเลขยกกำ�ลังบนตัวอักษร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 91 เชน่ 2s2 มคี วามหมายดงั นี้ 2 คอื พลังงานหลกั s คือพลงั งานยอ่ ย และ 2 ทเี่ ขยี น เปน็ เลขยกก�ำ ลงั คอื จ�ำ นวนอเิ ล็กตรอนทบ่ี รรจุอย่ใู นออร์บทิ ัล 2s 8. ครูให้นักเรียนเขยี นการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุทมี่ เี ลขอะตอม 1-12 (อาจแบง่ ให้กลมุ่ หนึ่งเขยี นของธาตุท่มี ีเลขอะตอมเป็นเลขคี่ อีกกล่มุ หนึ่งเขยี นท่ีเป็นเลขค)ู่ แลว้ นำ�ไปตรวจสอบกบั ข้อมลู ในตาราง 2.7 จากนั้นยอ้ นกลับไปตอบค�ำ ถามวา่ เพราะเหตใุ ดอเิ ล็กตรอนในระดบั พลังงานที่ 3 ของธาตุ K และ Ca จงึ มีเพียง 8 อเิ ล็กตรอน 9. ครูให้ความรเู้ พ่ิมเติมว่า การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมอาจเขียนแบบยอ่ โดยแทนการ จัดเรียงอเิ ล็กตรอนบางส่วนด้วยแกนแกส๊ มีสกุล (noble gas core) ซ่ึงใช้สญั ลักษณข์ องแก๊สมีสกุลที่อยู่ ในคาบกอ่ นหน้าไว้ในวงเลบ็ เหลยี่ ม ตามด้วยสญั ลกั ษณแ์ สดงการบรรจุอิเล็กตรอนในระดับพลงั งาน ยอ่ ยที่อยูช่ นั้ ถดั ออกไป เชน่ โซเดยี ม จดั เรียงอเิ ล็กตรอนเปน็ 1s22s22p63s1 เขยี นโดยใช้แกนแกส๊ มีสกลุ เป็น [Ne]3s1 โดย [Ne] หมายถงึ แกนนีออนซ่งึ แทนการจดั เรยี งอิเลก็ ตรอน 1s22s22p6 10. ครูใหน้ กั เรยี นพจิ ารณาการจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนของธาตใุ นตาราง 2.7 อีกครัง้ แลว้ ให้ความ รู้ว่าอิเล็กตรอนในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุดของอะตอมเรียกว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอน เช่น ฟลูออรนี จัดเรยี งอิเล็กตรอนเป็น 1s22s22p5 มจี �ำ นวนเวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอนเท่ากับ 7 แล้วให้นักเรียน ระบวุ า่ ธาตุในตาราง 2.7 แตล่ ะธาตมุ จี ำ�นวนเวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอนเท่าใด จากน้ันครกู ับนักเรียนรว่ มกนั เฉลย ความรเู้ พม่ิ เตมิ ส�ำ หรบั ครู อะตอมของธาตุที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่เต็มทุกออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน เช่น ธาตุฮีเลียม มี 2 อิเล็กตรอน จัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 1s2 หรือธาตุนีออน มี 10 อิเล็กตรอน จัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 1s22s22p6 การจัดอิเล็กตรอนลักษณะนี้เรียกว่า การบรรจุเต็ม ถ้ามี อิเล็กตรอนบรรจุอยู่ในออร์บิทัลเพียงครึ่งเดียว เช่น ธาตุไนโตรเจน มี 7 อิเล็กตรอน จัดเรียง อิเล็กตรอนเป็น 1s22s22p3 ลักษณะนี้เรียกว่า การบรรจุครึ่ง อะตอมที่จัดอิเล็กตรอนเป็น แบบบรรจุเต็มหรือบรรจุครึ่ง จะมีความเสถียร 11. ครูต้งั ค�ำ ถามว่า การท่ธี าตเุ กดิ เปน็ ไอออน มกี ารเปลย่ี นแปลงจ�ำ นวนอนุภาคชนิดใดของ อะตอม ควรได้คำ�ตอบว่า อิเล็กตรอน ซ่งึ ไอออนลบเกิดจากอะตอมรบั อิเลก็ ตรอนเพ่ิมเขา้ มา สว่ น ไอออนบวกเกดิ จากอะตอมเสยี อิเลก็ ตรอนออกไป สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล่ม 1 92 12. ใหค้ วามร้เู กี่ยวกบั การจดั เรียงอิเล็กตรอน ดังน้ี 12.1 กรณีท่ธี าตุได้รบั อิเลก็ ตรอน ให้บรรจอุ เิ ลก็ ตรอนปกตริ วมกบั อเิ ลก็ ตรอนทรี่ ับเข้ามา ตามลำ�ดับระดบั พลงั งานโดยอาศยั แผนภาพตามหลกั เอาฟบาว เชน่ N : 1s22s22p3 N3- : 1s22s22p6 (รับเพ่มิ 3 อเิ ลก็ ตรอน) 12.2 กรณที ธ่ี าตเุ สยี อเิ ลก็ ตรอน ใหบ้ รรจอุ เิ ลก็ ตรอนตามปกตกิ อ่ น จากนน้ั จงึ น�ำ อเิ ลก็ ตรอน ท่อี ยู่ชนั้ นอกสุดออก เช่น Al : 1s22s22p63s23p1 Al3+ : 1s22s22p6 (เสยี 3 อเิ ล็กตรอน) Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 (เสยี 2 อิเล็กตรอน) ไม่ใช่ 1s22s22p63s23p64s23d4 13. ใหน้ กั เรยี นทำ�แบบฝกึ หดั 2.3 แล้วครูกบั นักเรียนร่วมกันเฉลย แนวการวัดและประเมินผล 1. ความรู้เกี่ยวกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก ระดับพลังงานย่อยหรอื ออร์บิทัล จำ�นวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน จากการอภิปราย การทำ�กิจกรรม การทำ�แบบฝึกหัด และ การทดสอบ 2. ทกั ษะการส่อื สารสารสนเทศและการรูเ้ ทา่ ทันสอื่ และความร่วมมอื การท�ำ งานเป็นทมี และ ภาวะผูน้ �ำ จากการทำ�กิจกรรม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 93 แบบฝกึ หดั 2.3 1. ธาตุวาเนเดียมและแคดเมียม มีเลขอะตอม 23 และ 48 ตามลำ�ดับ จงแสดงการจัด เรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยและจำ�นวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก ของธาตุทั้งสอง ธาตุวาเนเดียมมีเลขอะตอม 23 จัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย คือ 1s22s22p63s23p64s23d3 หรือ [Ar]4s23d3 จำ�นวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก คือ 2 8 11 2 ธาตุแคดเมียมมีเลขอะตอม 48 จัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย คือ 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10 หรือ [Kr]5s24d10 จำ�นวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก คือ 2 8 18 18 2 2. ถ้าธาตุ A B และ C มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังนี้ ธาตุ A 1s22s22p63s23p2 ธาตุ B 1s22s22p63s2 ธาตุ C 1s22s22p63s23p6 2.1. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอมเท่าใด 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. ธาตุแต่ละชนิดมีอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานใดบ้าง และมีจำ�นวนเท่าใด ธาตุแต่ละชนิดมีจำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานดังนี้ จ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานตา่ ง ๆ ธาตุ n=1 n=2 n=3 A2 8 4 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล่ม 1 94 จ�ำ นวนอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานตา่ ง ๆ ธาตุ n=1 n=2 n=3 B2 8 2 C2 88 3. จงระบุสัญลักษณ์ของธาตุที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังต่อไปนี้ 3.1 [Ar]4s23d104p2 3.2 [Ne]3s23p3 3.3 [Kr]5s24d5 3.1. ธาตุ Ar มีเลขอะตอม 18 มี 18 อิเล็กตรอน เมื่อรวมจำ�นวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได้ 18 + 2 + 10 + 2 = 32 อิเล็กตรอน ธาตุนี้มีเลขอะตอมเป็น 32 นั่นคือ ธาตุ Ge 3.2. ธาตุ Ne มีเลขอะตอม 10 มี 10 อิเล็กตรอน เมื่อรวมจำ�นวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได้ 10 + 2 + 3 = 15 อิเล็กตรอน ธาตุนี้มีเลขอะตอมเป็น 15 นั่นคือ ธาตุ P 3.3. ธาตุ Kr มีเลขอะตอม 36 มี 36 อิเล็กตรอน เมื่อรวมจำ�นวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได้ 36 + 2 + 5 = 43 อิเล็กตรอน ธาตุนี้มีเลขอะตอมเป็น 43 นั่นคือ ธาตุ Tc 4. จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยของ Zn2+ Cu+ และ S2- Zn2+ จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p63d10 หรือเขียนย่อเป็น [Ar]3d10 Cu+ จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p63d10 หรือเขียนย่อเป็น [Ar]3d10 S2- จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p6 หรือเขียนย่อเป็น [Ne]3s23p6 หมายเหตุ กรณี S2- ถ้านักเรียนเขียนคำ�ตอบเป็น [Ar] ครูควรอธิบายนักเรียนว่า การเขียน [Ar] ไม่สอดคล้องตามหลักการเขียน เพราะ Ar ไม่ใช่แก๊สมีสกุลที่อยู่ในคาบก่อนหน้า S สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 95 2.4 ตารางธาตแุ ละสมบัติของธาตหุ มหู่ ลกั จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. บอกแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์ในยุคต่าง ๆ เกี่ยวกับการจัดธาตุเป็นหมวดหมู่จนได้เป็น ตารางธาตุ พร้อมท้งั ระบุปัญหาของการจัดกลมุ่ ธาตุ 2. จ�ำ แนกธาตเุ ปน็ กลุม่ โลหะ อโลหะ และก่งึ โลหะ หรอื เปน็ กลมุ่ ธาตเุ รพรีเซนเททีฟหรอื ธาตุหมู่หลัก ธาตุแทรนซิชัน หรอื ตามการจดั เรียงอิเลก็ ตรอน เมอื่ ทราบเลขอะตอม 3. วิเคราะห์และสรุปแนวโน้มสมบัติต่าง ๆ ของธาตุตามหมู่และคาบเกี่ยวกับขนาดอะตอม รศั มไี อออน พลงั งานไอออไนเซชัน อิเลก็ โทรเนกาตวิ ิตี สมั พรรคภาพอิเล็กตรอนพร้อมท้งั อธบิ าย เหตผุ ลประกอบ ความเขา้ ใจคลาดเคลือ่ นทอ่ี าจเกดิ ข้ึน ความเข้าใจที่ถูกต้อง ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ธาตุ H เป็นธาตุอโลหะจึงไม่จัดอยู่ในกลุ่ม ธาตุ H อยู่ในกลุ่มโลหะแอลคาไล โลหะแอลคาไล เลขมวลกับมวลอะตอมคือส่งิ เดียวกันเน่อื งจาก สั ญ ลั ก ษ ณ์ ใ น ต า ร า ง ธ า ตุ ป ร ะ ก อ บ ด้ ว ย สับสนกับตัวเลขที่ปรากฏในตารางธาตุกับ สัญลักษณ์ของธาตุ เลขอะตอม และมวล สัญลักษณ์นิวเคลียร์ อะตอม (ไม่ใช่เลขมวล) ในคาบเดียวกัน ค่า IE1 ของหมู่ IIIA มีค่า ในคาบเดียวกัน ค่า IE1 ของหมู่ IIIA มีค่าน้อย มากกว่าหมู่ IIA และ ค่า IE1 ของหมู่ VIA มี กว่าหมู่ IIA และ ค่า IE1 ของหมู่ VIA มี ค่ามากกว่าหมู่ VA ค่าน้อยกว่าหมู่ VA จากการจัดเรียงอิเล็กตรอน เช่น จากการจัดเรียงอิเล็กตรอน เช่น Ga 1s22s22p63s23p64s23d104p1 Ga 1s22s22p63s23p64s23d104p1 เวลาระบุว่าอยู่หมู่ใด จะพิจารณาเฉพาะระดับ เวลาระบวุ า่ อยหู่ มใู่ ด ตอ้ งรวมจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอน พลังงานย่อยสุดท้าย คือ 4p1 ทำ�ให้เข้าใจว่า ในระดับพลงั งานนอกสุด ซึง่ ในกรณนี ี้คือ คือ อยู่หมู่ IA 4s2 + 4p1 ดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนเท่ากับ 3 จึง อยู่หมู่ IIIA สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ลม่ 1 96 ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง ในการศึกษาแนวโน้มสมบัติของธาตุ คำ�ว่า ค�ำ วา่ ตามหมู่ คอื การเปรียบเทียบสมบัตขิ อง ตามหมู่ คือ เปรียบเทียบหมู่ IA IIA IIIA ธาตใุ นหมเู่ ดียวกันแตต่ ่างคาบ สว่ นคำ�วา่ ตาม ........ ส่วนคำ�ว่าตามคาบคือ เปรียบเทียบคาบ คาบคือ เปรียบเทียบสมบัติของธาตุในคาบ ที่ 1 2 3 ……. เดยี วกนั แต่ตา่ งหมู่ ส่ือการเรยี นรแู้ ละแหล่งการเรยี นรู้ โปสเตอรต์ ารางธาตุ แนวการจดั การเรยี นรู้ 1. ครูตงั้ คำ�ถามเพื่อให้นักเรียนรว่ มกันอภปิ รายว่า เพราะเหตใุ ดจงึ ต้องจดั ธาตเุ ปน็ หมวดหมู่ ถ้าใช้เกณฑก์ ารจัดกล่มุ แตกต่างกนั จะได้ธาตุในกลมุ่ เหมือนกันหรอื ไม่ ซ่ึงนักเรียนควรค�ำ ตอบวา่ เพื่อ ให้งา่ ยตอ่ การศึกษาและจดจำ� การจัดกลมุ่ ด้วยเกณฑท์ ่แี ตกตา่ งกัน จะได้ธาตุในกลมุ่ ไมเ่ หมอื นกนั จากนัน้ น�ำ เขา้ สู่เรอื่ งวิวฒั นาการของการสรา้ งตารางธาตุ 2. แบง่ นกั เรยี นเป็น 4 กลุม่ ใหแ้ ต่ละกลุ่มศึกษาแนวคดิ ของนกั วิทยาศาสตร์แต่ละคนทีใ่ ช้จัด ธาตุเปน็ หมวดหมู่ แล้วน�ำ เสนอผลการศกึ ษาในรปู แบบตา่ ง ๆ ตามความคิดของกลุ่มใหเ้ พือ่ นรบั ฟัง และซักถาม ซงึ่ ควรได้สาระสำ�คัญว่า เดอเบอไรเนอร์ จัดธาตเุ ป็นกลุม่ ๆ ละ 3 ธาตตุ ามสมบัตทิ ค่ี ลา้ ย กนั และพบว่าธาตกุ ลางจะมมี วลอะตอมเป็นค่าเฉลีย่ ของมวลอะตอมของอีกสองธาตดุ ังตาราง 2.8 นวิ แลนด์ จัดกลมุ่ ธาตุตามมวลอะตอมจากนอ้ ยไปมากและพบว่าธาตทุ ่ี 8 จะมสี มบตั เิ หมอื นกบั ธาตุ ที่ 1 เสมอ (ทัง้ นีไ้ ม่รวม H กบั แกส๊ มสี กลุ ) ไมเออร์ ดิมทิ รี และเมนเดเลเอฟ จัดเรยี งธาตเุ ปน็ กลมุ่ ตามมวลอะตอมจากนอ้ ยไปมากและสมบตั ทิ ี่คล้ายกันเปน็ ช่วง ๆ รวมทัง้ เวน้ ช่องวา่ งไว้ โดยคิดวา่ นา่ จะเปน็ ต�ำ แหน่งของธาตทุ ยี่ ังไม่มีการค้นพบ ใช้ตาราง 2.9 ประกอบการน�ำ เสนอ โมสลีย์ จดั เรยี งธาตุ เป็นกลุ่มตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบตั ติ า่ ง ๆ ของธาตุมคี วามสมั พันธ์กบั ประจุบวกในนิวเคลียส หรอื เลขอะตอม 3. ครูให้นกั เรยี นศึกษาตารางธาตุจากปกหนังสือเรียน หรอื จากโปสเตอร์แสดงตารางธาตทุ ่ีอยู่ หนา้ ชัน้ เรยี น จากนั้นต้งั ค�ำ ถามเพื่อการอภปิ รายว่า แถวของธาตใุ นแนวตั้งและแนวนอนมีกแี่ ถว ใน กรอบสเ่ี หล่ียมท่ีล้อมรอบธาตไุ ฮโดรเจน ธาตุฮีเลียมหรือธาตอุ น่ื ๆ มขี ้อมลู เร่อื งใดบ้าง และมขี อ้ มลู น้นั เหมอื นกันทุกกรอบหรอื ไม่ ธาตใุ นตารางธาตจุ ากซ้ายไปขวาเรียงล�ำ ดบั ตามสงิ่ ใด 4. ครูให้ความรเู้ กยี่ วกบั ตารางธาตุปจั จบุ นั โดยใชร้ ูป 2.19 ประกอบ โดยอธิบายวา่ ตารางธาตุ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 97 เรยี งตามเลขอะตอมจากซ้ายไปขวา แถวธาตใุ นแนวตง้ั เรียกว่าหมู่ มจี �ำ นวน 18 หมู่ นอกจากน้ียงั แบ่ง ได้เปน็ หมู่ A และ หมู่ B โดยธาตุบางหมู่มชี อื่ เรียกเฉพาะ เช่น ธาตุหมู่ 1 หรอื IA ยกเว้น H คอื โลหะ แอลคาไลน์ ธาตหุ มู่ 18 หรือ VIIIA ยกเวน้ Og คอื แกส๊ มีสกลุ สว่ นธาตใุ นแนวนอนเรียกวา่ คาบ มี ท้ังหมด 7 คาบ ธาตใุ นกรอบสเ่ี หลย่ี มมขี ้อมลู ต่าง ๆ เช่น สญั ลักษณ์ธาตุ เลขอะตอม มวลอะตอม และ สมบตั ิความเปน็ โลหะ 5. ครูต้ังคำ�ถามวา่ ถ้าน�ำ ความรูเ้ ร่ืองการจัดเรียงอิเลก็ ตรอนในอะตอมมาใช้เป็นเกณฑแ์ บง่ กลมุ่ ธาตุ จะได้ธาตุกีก่ ล่มุ ในแต่ละกลุม่ มีธาตุใดบา้ ง ครใู หน้ ักเรียนร่วมกันอภิปรายแลว้ นำ�ผลการ อภปิ รายไปเปรียบเทียบกับรปู 2.20 ซึ่งแบง่ กลมุ่ ในตารางธาตุเปน็ 4 กลมุ่ คอื กล่มุ s p d และ f 6. ครใู ห้นักเรยี นยกตวั อย่างธาตทุ ีเ่ ป็นโลหะ กึ่งโลหะ อโลหะ เชน่ นักเรยี นอาจยกตวั อย่าง Fe Ca Si F จากนนั้ ต้ังคำ�ถามจากสงิ่ ท่นี ักเรยี นยกตัวอย่างวา่ ธาตเุ หล่านี้มีการจัดเรียงอเิ ล็กตรอนเป็น อยา่ งไร มเี วเลนซ์อเิ ล็กตรอนอยูเ่ ทา่ ใด อยตู่ �ำ แหนง่ ใดของตารางธาตุ ทงั้ นีอ้ าจใช้รปู จากปกในหนังสอื เรียนหรอื รปู 2.19 ประกอบ และควรได้คำ�ตอบว่า Fe และ Ca อยดู่ ้านซ้ายของตารางธาตุ Si อยตู่ รง ขั้นบันได สว่ น F อยดู่ า้ นขวาของตารางธาตุ 7. ครใู ห้นกั เรียนพจิ ารณาตารางธาตแุ ละตงั้ คำ�ถามอกี ว่า ธาตุที่มจี ำ�นวนเวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอน 1 หรือ 2 นำ�ไฟฟ้าและนำ�ความรอ้ นได้ดี ธาตุกลุ่มนีค้ วรอยู่สว่ นใดของตารางธาตุ ค�ำ ตอบคืออยทู่ าง ดา้ นซา้ ย และถามคำ�ถามเพ่มิ เติมวา่ ธาตุตรงขนั้ บันได (เวเลนซอ์ เิ ล็กตรอน 3–7) นำ�ไฟฟ้าได้ไม่ดีที่ อุณหภมู ิหอ้ งแต่นำ�ได้ดีข้นึ เมื่ออณุ หภูมสิ ูงขน้ึ อย่สู ว่ นใดของตารางธาตุ คำ�ตอบคอื อย่ตู รงกลางตาราง ธาตุ ครถู ามเพิ่มเตมิ วา่ ธาตทุ ่มี ีจ�ำ นวนเวเลนซ์อิเลก็ ตรอน 4 5 6 7 หรอื 8 นำ�ไฟฟ้าไดไ้ มด่ ี บางธาตุ มสี ถานะแกส๊ ธาตุกลุ่มน้คี วรอยู่ส่วนใดของตารางธาตุ คำ�ตอบคืออยู่ทางดา้ นขวา 8. ครใู หค้ วามรู้เก่ยี วกบั สมบัตคิ วามเปน็ โลหะ อโลหะ และกึง่ โลหะของธาตุ รวมถึงต�ำ แหน่ง ของกลุม่ ธาตุเหล่านั้นในตารางธาตุ ท้งั นี้ควรนำ�ตารางธาตุทม่ี ีการจ�ำ แนกกลุ่มธาตดุ ว้ ยสตี ่าง ๆ กนั มา ใช้ประกอบการอธบิ ายดว้ ย 9. ใหน้ ักเรยี นยกตัวอย่างสมบัตติ ่าง ๆ ของธาตุ จากความร้เู รอื่ งตารางธาตุ ซ่ึงอาจได้ค�ำ ตอบ ว่า สมบตั ิความเป็นโลหะ อโลหะ และกง่ึ โลหะ จำ�นวนระดบั พลังงานหลักและพลังงานย่อย จ�ำ นวน เวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอน แลว้ น�ำ เข้าสู่เร่อื งสมบตั ติ า่ ง ๆ ของธาตใุ นตารางธาตุ 10. ครตู ัง้ คำ�ถามวา่ ถ้าสมมตใิ ห้อะตอมของธาตุต่าง ๆ เปน็ ลกู บาสเก็ตบอล ลกู ปงิ ปอง หรอื วัตถุ ทรงกลมอ่นื ๆ เราจะหาขนาดอะตอมของธาตุหรือวตั ถทุ รงกลมต่าง ๆ ได้อยา่ งไร ตวั อย่างคำ�ตอบ เชน่ หาไดจ้ ากการวดั เสน้ รอบวง และเมื่อไดเ้ ส้นรอบวงแลว้ อาจน�ำ มาคำ�นวณหารศั มหี รอื เสน้ ผ่าน ศนู ยก์ ลางได้ 11. ครใู ห้ความรเู้ ร่ืองขนาดอะตอมของธาตุ ซ่งึ บอกเปน็ ค่ารศั มีอะตอม มีคา่ เทา่ กบั ครงึ่ หน่งึ ของระยะระหว่างนวิ เคลียสของอะตอมทัง้ สองอะตอมที่อยู่ชิดกนั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ล่ม 1 98 12. ครูตั้งคำ�ถามว่า จำ�นวนระดับพลังงานหลักและพลังงานย่อยมีผลต่อขนาดอะตอมของ ธาตุหรอื ไม่ อย่างไร คำ�ตอบคอื มผี ลตอ่ ขนาดอะตอมของธาตุ โดยอะตอมทม่ี ีจ�ำ นวนระดับพลงั งาน หลักมากจะเสมอื นมีฉากหลายช้ันมากำ�บงั ท�ำ ให้แรงดึงดูดของโปรตอนกบั เวเลนซ์อิเล็กตรอนลดลง อะตอมจะมีขนาดเพ่ิมข้นึ ถ้าอยู่ในระดับพลงั งานเดยี วกนั จำ�นวนโปรตอนท่เี พิม่ ขนึ้ จะดึงดดู เวเลนซ์ อเิ ล็กตรอนได้มากข้นึ อะตอมจะมีขนาดเล็กลง 13. ครูใหน้ กั เรียนน�ำ ความรูจ้ ากการตอบคำ�ถามท่ีผา่ นมา มาใชอ้ ภปิ รายเพอ่ื ท�ำ นายแนวโน้ม ขนาดอะตอมของธาตตุ ามคาบและตามหมู่ แล้วน�ำ ผลการอภิปรายมาเปรียบเทียบกับรปู 2.21 ซึ่ง ควรสรปุ ไดว้ า่ ธาตใุ นคาบเดยี วกนั มีขนาดลดลงเม่ือเลขอะตอมเพ่ิมขึน้ สว่ นธาตใุ นหม่เู ดียวกนั มี ขนาดอะตอมใหญ่ขน้ึ เมือ่ เลขอะตอมเพิ่มข้ึน 14. ครูตั้งคำ�ถามว่า เมื่อธาตุเกิดเป็นไอออน อิเล็กตรอนในระดับพลังงานใดที่เปลี่ยนแปลง ขนาดของไอออนตา่ งจากขนาดอะตอมเดิมหรือไม่ อย่างไร โดยใหพ้ จิ ารณารูปที่ 2.22 และ 2.23 ประกอบ ซ่งึ ควรได้ค�ำ ตอบวา่ การเกดิ ไอออนเกีย่ วข้องกบั การเปล่ียนแปลงจำ�นวนอิเล็กตรอนใน ระดับพลังงานชนั้ นอกสดุ หรือเวเลนซ์อิเลก็ ตรอน โดยทไี่ อออนบวกจะมีขนาดเลก็ กว่าอะตอมเดิม ส่วนไอออนลบมขี นาดใหญ่กวา่ อะตอมเดมิ 15. ให้นักเรียนอภิปรายแนวโน้มของขนาดไอออนตามหมู่ แล้วนำ�ผลการอภิปรายมา เปรียบเทียบกบั รปู 2.24 ซงึ่ ควรได้คำ�ตอบว่า ขนาดไอออนของธาตตุ ามหม่สู ่วนใหญ่มแี นวโน้มเพิม่ ข้ึนจากบนลงลา่ งเช่นเดียวกับขนาดของอะตอม 16. ครูตั้งคำ�ถามว่า ในการทดลองการศึกษาเส้นสเปกตรัมของธาตุที่ผ่านมา ขณะสังเกตเหน็ สเปกตรัมของธาตุ ธาตุนนั้ อย่ใู นสถานะใด และอเิ ล็กตรอนของธาตุนน้ั ดดู หรอื คายพลังงาน คำ�ตอบ คือธาตุอยู่ในสถานะแก๊ส​​​​แ​ ละเป็นการคายพลังงานของอิเล็กตรอน​​​​ค​ รูถามต่ออีกว่าการทำ�ให้ อิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานกับการทำ�ให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม​​​​​ก​​​ ารกระทำ� ใดจะใชพ้ ลังงานมากกว่ากนั ใหน้ ักเรยี นร่วมกนั อภิปราย ควรได้ค�ำ ตอบว่า เส้นสเปกตรัมเกิดจาก อิเล็กตรอนคายพลังงานออกมาเมื่อเปลี่ยนจากสภาวะกระตุ้นไปสู่สภาวะพื้น แต่อิเล็กตรอนไม่ใด้ หลดุ ออกจากอะตอม ดงั น้นั การท�ำ ให้อิเล็กตรอนหลดุ ออกจากอะตอมในสถานะแก๊สต้องใช้พลงั งาน สูงกวา่ การทอี่ เิ ลก็ ตรอนเปลยี่ นระดับพลังงาน 17. ครูให้ความรู้เรื่องพลังงานไอออไนเซชัน ซึ่งเป็นพลังงานปริมาณน้อยที่สุดที่ทำ�ให้ อเิ ลก็ ตรอนหลุดออกจากอะตอมในสถานะแกส๊ ถา้ มคี ่าน้อยแสดงว่าทำ�ให้เป็นไอออนบวกไดง้ ่าย แต่ ถ้ามีคา่ มากแสดงว่าท�ำ ใหเ้ ป็นไอออนบวกได้ยาก 18. ใหน้ กั เรยี นศกึ ษาคา่ พลงั งานไอออไนเซชนั ของธาตคุ ารบ์ อนและรว่ มกนั อภปิ ราย ซง่ึ ควรได้ ขอ้ มลู วา่ คารบ์ อนมคี า่ พลงั งานไอออไนเซซนั 6 คา่ แตล่ ะคา่ มคี า่ ไมเ่ ทา่ กนั และมคี า่ เพม่ิ ขน้ึ ตามล�ำ ดบั ทข่ี อง พลงั งานไอออไนเซชนั จากนน้ั ใหน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามชวนคดิ และชว่ ยกนั เฉลยค�ำ ตอบ โดยครเู ปน็ ผชู้ แ้ี นะ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 99 ชวนคดิ เพราะเหตุใด IE4 กบั IE5 ของธาตุคาร์บอนจงึ มีคา่ แตกตา่ งกนั มาก เพราะคารบ์ อนอยู่หมู่ IVA และมี 4 เวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน การดงึ อเิ ล็กตรอนทัง้ 4 ออกจากอะตอมจึงทำ�ไดง้ ่ายเพราะอยรู่ ะดบั พลังงานนอกสุด สว่ นอเิ ล็กตรอนลำ�ดับที่ 5 และ 6 อยใู่ นระดบั พลังงานชนั้ ถัดเข้าไปซึ่งใกล้กบั นิวเคลยี สทำ�ใหม้ ีแรงดึงดดู ระหว่างนวิ เคลียส กับอิเล็กตรอนมากกว่า ดังนั้นการที่จะทำ�ให้อิเล็กตรอนเหล่านั้นหลุดออกมาจึงต้องใช้ พลงั งานมากกวา่ 4 ลำ�ดบั แรกอยา่ งมาก 19. ครูให้นกั เรยี นศึกษาข้อมลู คา่ พลงั งานไอออไนเซชันของธาตุ 20 ธาตุในตาราง 2.10 และ กราฟแสดงความสัมพนั ธร์ ะหว่างพลังงานไอออไนเซชนั กบั ลำ�ดบั ที่ของพลังงานไอออไนเซชนั จาก นนั้ ต้งั คำ�ถามวา่ - คา่ IE1 ของแต่ละธาตุตา่ งกันอย่างไร ควรได้ค�ำ ตอบว่า ต่างกนั โดยค่า IE1 ของธาตุใน คาบเดยี วกนั จะเพ่ิมขึ้นตามเลขอะตอม - ธาตเุ ดยี วกนั จะมลี �ำ ดบั IE เปน็ อยา่ งไร ควรไดค้ �ำ ตอบวา่ เพม่ิ ขน้ึ ตามล�ำ ดบั เชน่ IE3> IE2 > IE1 - ถ้าจดั กลมุ่ คา่ IE ของธาตุ F เปน็ กล่มุ จะจดั ได้อยา่ งไร ควรได้คำ�ตอบวา่ จัดได้ 2 กลุ่ม ตาม ค่า IE ทใี่ กลเ้ คียงกนั คอื IE1– IE7 และ IE8– IE9 ดงั ตาราง 2.10 20. ครูให้นักเรยี นตรวจสอบผลการจัดกลุ่ม IE ของธาตุ F โดยใชก้ ราฟจากรปู 2.25 ข) ซึง่ พบ วา่ แบ่งเป็น 2 กลุ่มเชน่ กัน คอื กลมุ่ ที่ประกอบดว้ ยจดุ 7 จุดซง่ึ มีคา่ ใกลเ้ คียงกันและอยบู่ ริเวณด้านล่าง และอีกกล่มุ มี 2 จุดและอยบู่ ริเวณดา้ นบนของเสน้ กราฟ 21. ครใู หน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจและชว่ ยกนั เฉลยค�ำ ตอบ โดยครคู อยชแ้ี นะ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเลม่ 1 100 ตรวจสอบความเขา้ ใจ นักเรียนคิดว่าค่าพลังงานไอออไนเซชันของธาตุใช้เป็นข้อมูลสำ�หรับการจัดกลุ่ม อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ยรู่ อบนวิ เคลยี สของแตล่ ะธาตไุ ดห้ รอื ไม่ อยา่ งไร ได้ โดยพจิ ารณาจากคา่ IE ทใ่ี กลเ้ คยี งกนั ของธาตนุ น้ั ๆ เชน่ K สามารถจดั กลมุ่ ตามคา่ IE ทใ่ี กลเ้ คยี งกนั ไดเ้ ปน็ 4 กลมุ่ โดยเรยี งจากคา่ IE นอ้ ยไปมาก กลมุ่ ท่ี 1 คอื IE1 กลมุ่ ท่ี 2 คอื IE2-IE9 กลมุ่ ท่ี 3 คอื IE10-IE17 และ กลมุ่ ท่ี 4 คอื IE18-IE19 ซง่ึ สมั พนั ธก์ บั การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอน 2 8 8 1 22. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อทำ�นายแนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชันลำ�ดับที่ 1 ของธาตุ ตามคาบและตามหมู่ รวมท้ังเหตผุ ลสนับสนนุ แล้วเปรียบเทยี บผลการอภิปรายกบั รูป 2.26 จากนนั้ ศึกษาเหตุผลคำ�อธบิ ายใตภ้ าพเพอ่ื ตรวจสอบส่งิ ที่อภิปราย และย้อนกลับไปตอบคำ�ถามเกี่ยว กับแนวโน้มค่า IE1 ตามขนาดอะตอมทไี่ ดท้ ำ�นายไว้ และควรสรปุ ไดว้ า่ ค่า IE1 มคี วามสมั พันธ์กบั ขนาดอะตอมโดยค่า IE1 จะมคี ่าเพิ่มข้นึ เมอ่ื ขนาดอะตอมลดลง 23. ครูทบทวนว่าค่าพลังงาน IE1 เป็นพลังงานที่น้อยที่สุดที่ทำ�ให้อิเล็กตรอนหลุดออกจาก อะตอมในสถานะแกส๊ เกิดเป็นไอออนบวก ซึ่งเปน็ การเปล่ยี นแปลงแบบดูดพลังงาน จากน้ันถาม คำ�ถามว่าถ้าอะตอมของธาตุมีการรับอิเล็กตรอนจะมีการเปล่ียนแปลงพลังงานอย่างไรเพ่ือนำ�เข้าสู่ หวั ข้อสมั พรรคภาพอิเลก็ ตรอน 24. ครูทบทวนเร่ืองการเกดิ ไอออน จากนนั้ ต้ังค�ำ ถามเพื่อใหน้ ักเรยี นอภปิ รายร่วมกันว่า ใน การเกดิ เปน็ ไอออนของธาตุ ธาตทุ ร่ี บั อเิ ลก็ ตรอนไดด้ จี ะอยสู่ ว่ นใดของตารางธาตุ และการรบั อเิ ลก็ ตรอน เปน็ การดดู หรือคายพลงั งาน ควรไดค้ �ำ ตอบว่าอยูท่ างด้านขวาและเป็นการคายพลังงาน 25. ครูให้ความรู้เรื่องสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนว่า เป็นพลังงานที่คายออกเมื่ออะตอมใน สถานะแก๊สไดร้ บั อิเลก็ ตรอน 1 อเิ ลก็ ตรอน อะตอมทสี่ ามารถรับอิเลก็ ตรอนได้ดจี ะมีสัมพรรคภาพ อิเล็กตรอนสูงกว่าอะตอมท่ีรับอิเล็กตรอนได้ยาก​​​​​​​​​ค​​ รูอาจให้นักเรียนเปรียบเทียบสัมพรรคภาพ อเิ ลก็ ตรอนกบั พลงั งานไอออไนเซชนั ของธาตเุ หมอื นและตา่ งกนั อยา่ งไรค�ำ ตอบคอื ทง้ั สองคา่ ใชอ้ ธบิ าย อะตอมในสถานะแกส๊ เหมอื นกนั แตท่ ต่ี า่ งกนั คอื สมั พรรคภาพอเิ ลก็ ตรอนเปน็ การคายพลงั งานออกมา สว่ นพลังงานไอออไนเซชนั เปน็ การดูดพลงั งาน 26. ให้นักเรียนพิจารณารูป 2.27 เพื่อศึกษาแนวโน้มของค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของ ธาตุในตารางธาตุ แล้วร่วมกนั สรปุ สาระสำ�คญั โดยอาจสรปุ ไดว้ า่ เมอ่ื พจิ ารณาธาตตุ ามคาบ ธาตโุ ลหะ หมู่ IA IIA และ IIIA มีแนวโน้มทีจ่ ะรบั อเิ ลก็ ตรอนยากโดยเฉพาะธาตใุ นหมู่ IIA จะรบั อเิ ลก็ ตรอน ยากทสี่ ดุ ส่วนธาตใุ นหมู่ IVA VA VIA และ VIIA มแี นวโนม้ ท่ีจะรับอิเล็กตรอนสงู โดยเฉพาะหมู่ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 101 VIIA จะรับอิเล็กตรอนไดด้ ที ี่สดุ สำ�หรบั ธาตุหมู่ VIIIA มีคา่ EA เปน็ ลบซ่งึ ไดจ้ ากการคำ�นวณแสดง ใหเ้ ห็นวา่ ถา้ ตอ้ งการใหธ้ าตุหมูน่ ้นั รบั อเิ ล็กตรอนนอกจากจะไมค่ ายพลังงานแล้ว ยังต้องใสพ่ ลงั งาน แกอ่ ะตอมเพิม่ ดว้ ย 27. ครทู บทวนเรอ่ื งธาตุและสารประกอบโดยยกตวั อยา่ ง เชน่ Na HCl จากนัน้ ให้นกั เรยี น บอกความแตกต่างระหว่างธาตุและสารประกอบ แล้วให้ความรู้เพิ่มเติมว่าสารประกอบบางชนิด เชน่ HCl มีการใชอ้ เิ ล็กตรอนร่วมกนั แล้วถามนักเรยี นว่าอเิ ล็กตรอนท่ีใชร้ ่วมกันอยูต่ �ำ แหน่งใดของ โมเลกุล (อย่ใู กล้ H หรอื Cl) เพอ่ื นำ�เข้าสูเ่ ร่อื งอเิ ล็กโทรเนกาติวติ ี 28. ครูให้ความหมายของค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตีว่าเป็นความสามารถของอะตอมในการดึงดูด อิเลก็ ตรอนทใ่ี ชร้ ว่ มกนั ในโมเลกุลของสาร จากนัน้ ใหน้ ักเรยี นศกึ ษารูป 2.28 แล้วร่วมกันสรปุ แนวโน้ม คา่ อเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ขี องธาตใุ นตารางธาตุ ซง่ึ ควรไดว้ า่ ธาตใุ นคาบเดยี วกนั มคี า่ เพม่ิ ขน้ึ เมอ่ื เลขอะตอม เพิม่ ขึ้น เนอื่ งจากขนาดของอะตอมเลก็ ลง ธาตุในหม่เู ดียวกนั สว่ นใหญม่ คี ่าลดลง เนื่องจากขนาด ของอะตอมใหญ่ขึน้ 29. ครใู ห้นกั เรยี นร่วมกันอภิปรายเพอ่ื กลบั ไปตอบค�ำ ถามว่าในสารประกอบ HCl อเิ ล็กตรอน ที่ใช้ร่วมกันน่าจะอยู่ตำ�แหน่งใด ซึ่งควรได้คำ�ตอบว่าอิเล็กตรอนอยู่ใกล้อะตอมของคลอรีนมากกว่า ไฮโดรเจน เนื่องจากมคี ่า EN สงู กวา่ อะตอมของไฮโดรเจน 30. ใหน้ ักเรียนท�ำ แบบฝึกหัด 2.4 แลว้ เฉลยร่วมกัน แนวการวัดและประเมินผล 1. ความร้เู ก่ียวกับววิ ฒั นาการของตารางธาตุ การระบหุ ม่แู ละคาบของธาตใุ นตารางธาตุ การ จดั กล่มุ ธาตุในตารางธาตุตามสมบัตคิ วามเป็นโลหะ อโลหะ กึ่งโลหะ และตามการจดั เรียงอิเลก็ ตรอน จากการทำ�กจิ กรรม การท�ำ แบบฝกึ หดั และการทดสอบ 2. ความรเู้ กย่ี วกบั แนวโนม้ ของขนาดอะตอม ข นาดไอออน พ ลงั งานไอออไนเซชนั ส มั พรรคภาพ อิเล็กตรอน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี ของธาตุหมู่หลักตามคาบและตามหมู่ จากการการอภิปราย การท�ำ แบบฝกึ หดั และการทดสอบ 3. ทักษะการจำ�แนกประเภท การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป การสร้างแบบจำ�ลอง และความร่วมมือ การท�ำ งานเป็นทมี และภาวะผู้นำ�จากการอภปิ ราย สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเลม่ 1 102 แบบฝกึ หดั 2.4 1. ธาตุที่กำ�หนดให้ต่อไปนี้อยู่ในหมู่ใดและคาบใดในตารางธาตุ และมีสมบัติเป็นโลหะ กึ่งโลหะ หรืออโลหะ (ตอบคำ�ถามโดยไม่ใช้ตารางธาตุ) 1.1 ธาตุ A มีเลขอะตอม 11 ธาตุ A มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 8 1 จึงอยู่ในหมู่ IA คาบ 3 เป็นธาตุโลหะ 1.2 ธาตุ B มีจำ�นวนโปรตอน 20 ธาตุ A มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 8 8 2 จึงอยู่ในหมู่ IIA คาบ 4 เป็นธาตุโลหะ 1.3 ธาตุ C มีจำ�นวนอิเล็กตรอนเท่ากับ 35 ธาตุ C มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 8 18 7 จึงอยู่ในหมู่ VIIA คาบ 4 เป็นธาตุอโลหะ 1.4 ธาตุ D มีเลขมวล 31 และมีจำ�นวนนิวตรอน 16 ธาตุ D มีจำ�นวนโปรตอนเท่ากับ 31 – 16 = 15 ธาตุ D จัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 8 5 จึงอยู่ในหมู่ VA คาบ 3 เป็นธาตุอโลหะ 5. ธาตุ E มีเลขมวล 72 และมีเลขอะตอม 32 ธาตุ E จัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 8 18 4 อยู่ในหมู่ IVA คาบ 4 เป็นธาตุกึ่งโลหะ 2. ธาตุแต่ละคู่ต่อไปนี้ ธาตุใดมีขนาดใหญ่กว่า 1.1 K กับ Ca 1.4 Rb กับ Cs 1.7 N กับ P K ใหญ่กว่า Ca Cs ใหญ่กว่า Rb P ใหญ่กว่า N 1.2 F กับ Na 1.5 Ca กับ Sr 1.8 B กับ C Na ใหญ่กว่า F Sr ใหญ่กว่า Ca B ใหญ่กว่า C 1.3 Mg กับ Ca 1.6 S กับ C 1.9 Cl กับ O Ca ใหญ่กว่า Mg S ใหญ่กว่า C Cl ใหญ่กว่า O 3. ไอออนแต่ละคู่ต่อไปนี้ ไอออนใดมีขนาดใหญ่กว่า 1.1 Mg2+ กับ Ca2+ 1.3 F- กับ Na+ Ca2+ ใหญ่กว่า Mg2+ F- ใหญ่กว่า Na+ 1.2 S2- กับ Cl- 1.4 Ca2+ กับ Al3+ S2- ใหญ่กว่า Cl- Ca2+ ใหญ่กว่า Al3+ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 103 4. ธาตุ X Y และ Z เป็นธาตุหมู่ IA IIA และ VIIA ตามลำ�ดับ และอยู่ในคาบเดียวกัน จง เปรียบเทียบสมบัติต่อไปนี้ 4.1 พลังงานไอออไนเซชันลำ�ดับที่ 1 พลังงานไอออไนเซชันลำ�ดับที่ 1 ของธาตุเรียงลำ�ดับจากสูงไปต่ำ�ดังนี้ ธาตุ Z สูงที่สุด รองลงมาคือธาตุ Y และต่ำ�ที่สุดคือธาตุ X เนื่องจากเลข อะตอมเพิ่มขึ้น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนจึงเพิ่มขึ้น ตามคาบ อิเล็กตรอนจึงหลุดจากอะตอมได้ยาก IE1 จึงมีค่าสูงขึ้นตามคาบ 4.2 อิเล็กโทรเนกาติวิตี ธาตุ Z สูงที่สุด รองลงมาคือธาตุ Y และต่ำ�ที่สุดคือธาตุ X เนื่องจากเลข อะตอมเพิ่มขึ้นตามคาบ ขนาดอะตอมจะเล็กลง ความสามารถในการดึงดูด อิเล็กตรอนจึงเพิ่มขึ้น EN จึงมีค่าสูงขึ้นตามคาบ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเลม่ 1 104 2.5 ธาตแุ ทรนซิชัน จุดประสงค์การเรยี นรู้ เปรียบเทียบสมบัติบางประการของโลหะเรพรีเซนเททีฟหรือโลหะหมู่หลักและโลหะ แทรนซิชัน ความเขา้ ใจคลาดเคลอ่ื นทีอ่ าจเกิดขนึ้ ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง ปรอทเป็นโลหะที่มีสีแดง เนื่องจากเข้าใจว่า ปรอทเป็นโลหะที่มีสถานะเป็นของเหลวที่ ของเหลวสีแดงที่บรรจุในเทอร์มอมิเตอร์คือ อุณหภูมิห้องและมีสีเงินวาวเหมือนโลหะอื่น ๆ ปรอท สื่อการเรียนรู้และแหลง่ การเรียนรู้ 1. ชุดปฐมพยาบาล 2. เครือ่ งดับเพลิง แนวการจัดการเรียนรู้ 1. ครูตงั้ คำ�ถามเพื่อทบทวนเก่ยี วกับการแบ่งกลมุ่ ธาตุในตารางธาตุ และสมบตั ิของกลุ่มธาตุ หมหู่ ลกั ทไี่ ด้ศึกษามาแลว้ วา่ มีอะไรบ้าง ให้นักเรยี นพิจารณารูป 2.29 แลว้ ถามวา่ ธาตุแทรนซิชันอยู่ บรเิ วณใดของตารางธาตุ ซ่งึ ควรได้คำ�ตอบว่าอยรู่ ะหว่าง IIA กับ IIIA (หมู่ 2 กับ 13) และใชค้ ำ�ถาม ต่ออีกวา่ เพราะเหตใุ ดจงึ จดั ธาตุแทรนซชิ ันแยกเป็นอีกหน่งึ กลุม่ เพือ่ น�ำ เข้าสูก่ ารศึกษาสมบตั ิของ ธาตแุ ทรนซชิ ัน 2. ให้นกั เรียนศึกษาขอ้ มูลในตาราง 2.11 กับ 2.12 แล้วอภิปรายในกลุม่ เพื่อเปรยี บเทยี บ สมบัติบางประการของธาตุโพแทสเซียมและแคลเซียมท่เี ปน็ ธาตหุ มู่ IA และ IIA กับธาตแุ ทรนซชิ ัน ในคาบท่ี 4 ซึ่งอยใู่ นคาบเดยี วกัน จากนั้นครกู บั นักเรียนรว่ มกนั สรุปอีกครง้ั ซึ่งควรได้สาระสำ�คญั ดงั นี้ - รัศมีอะตอมของโลหะหมู่หลักจะมีขนาดใหญ่กว่าโลหะแทรนซิชันในคาบเดียวกันโดย โลหะแทรนซชิ นั ในคาบเดยี วกนั มีขนาดใกลเ้ คียงกนั - ธาตุแทรนซิชนั มีจดุ หลอมเหลว จดุ เดอื ด ความหนาแน่น สงู กว่าธาตุโพแทสเซียมและ แคลเซียม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 105 - ท้ังธาตุโพแทสเซียมและแคลเซียมและธาตุแทรนซิชันมีค่าพลังงานไอออไนเซชันลำ�ดับ ท่ี 1 และค่าอิเล็กโทรเนกาติวติ ีต�ำ่ - อเิ ลก็ ตรอนตวั สดุ ทา้ ยในการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของธาตโุ พแทสเซยี มและแคลเซยี มจะถกู บรรจุในระดบั พลงั งานย่อย 4s ส่วนธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 อเิ ล็กตรอนตัวสดุ ท้ายจะถูกบรรจุใน ระดับพลงั งานย่อย 3d เพราะวา่ ระดบั พลงั งานยอ่ ย 3d สงู กวา่ 4s ตามแผนภาพในรูป 2.15 ท่ีได้ ศึกษามาแลว้ - ธาตุแทรนซิชนั ในคาบที่ 4 ส่วนใหญ่มีเวเลนซอ์ ิเล็กตรอนเท่ากับ 2 เชน่ เดียวกบั ธาตุแคลเซียมยกเว้นธาตุโครเมียมและทองแดงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ​​1​​ ​​​​เ​​ช่นเดียวกับธาตุ โพแทสเซยี ม 3. ครูใหน้ กั เรยี นร่วมกันตอบคำ�ถามว่าเหตใุ ดขนาดอะตอมของธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 จึง มคี ่าใกล้เคยี งกัน ซง่ึ ควรไดค้ �ำ ตอบว่า เมือ่ ธาตแุ ทรนซิชนั มีเลขอะตอมเพ่ิมข้นึ จ�ำ นวนอเิ ล็กตรอน ทีเ่ พ่ิมขึ้นจะเข้าไปอย่ทู ีอ่ อรบ์ ทิ ัล 3d ซง่ึ ไมไ่ ด้มีผลตอ่ การขยายขนาดกลมุ่ หมอกอิเลก็ ตรอน (เพราะ ไม่ใช่ระดับพลังงานชั้นนอกสุด)​​​​แ​​ ละแม้จำ�นวนโปรตอนจะเพ่ิมขึ้นตามเลขอะตอมแต่เน่ืองจากมี อิเลก็ ตรอนในออร์บิทลั 3d ทำ�หนา้ ทกี่ �ำ บังดังนนั้ แรงดึงดดู ของโปรตอนในนิวเคลียสต่ออเิ ลก็ ตรอนใน ออรบ์ ทิ ัล 4s จงึ มีคา่ น้อยทำ�ให้ขนาดอะตอมไมเ่ ปลีย่ นแปลงมากนกั 4. ครูถามคำ�ถามวา่ นอกจากสมบตั ติ ่าง ๆ ท่ีได้ศึกษาแล้ว โลหะแทรนซิชันและโลหะหมหู่ ลัก ยงั มีสมบตั ใิ ดแตกต่างกนั อีกบา้ ง เพ่ือนำ�เขา้ สู่กจิ กรรม 2.4 5. ใหน้ ักเรียนท�ำ กจิ กรรม 2.4 กจิ กรรม 2.4 สขี องสารประกอบ จดุ ประสงค์ของกจิ กรรม เปรียบเทยี บสีของสารประกอบของโลหะหมหู่ ลักกับโลหะแทรนซชิ ัน เวลาท่ใี ช้ อภปิ รายก่อนท�ำ กิจกรรม 5 นาที ท�ำ กจิ กรรม 15 นาที อภปิ รายหลังท�ำ กจิ กรรม 10 นาที รวม 30 นาที สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ล่ม 1 106 วัสดุและอปุ กรณ์ ปริมาณต่อกลุ่ม รายการ 1 ชุด ชุดบัตรภาพสารประกอบ การเตรียมลว่ งหนา้ เตรยี มชุดบตั รภาพสารประกอบดงั ตัวอย่างหรอื ใช้ภาพของสารประกอบอ่ืน ๆ ท่ี สอดคลอ้ งกับจดุ ประสงค์ ให้เทา่ กับจ�ำ นวนกล่มุ ของนักเรียน คอปเปอร์(II)คาร์บอเนต (CuCO3) คอปเปอร์(II)ซัลเฟต เพนตะไฮเดรต (CuSO4•5H2O) แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) แคลเซียมซัลเฟต (CaSO4) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 107 ซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) โซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3) โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) โพแทสเซียมไนเทรต (KNO3) แมงกานีส(IV)ออกไซด์ (MnO2) ลิเทียมคลอไรด์ (LiCl) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม่ 1 108 ตวั อยา่ งผลการท�ำ กจิ กรรม จากการสังเกตสีและแบ่งกลมุ่ สารประกอบ ได้ผลดงั นี้ สารประกอบของโลหะหมู่หลัก สารประกอบของโลหะแทรนซิชัน สูตรเคมี สีของสารประกอบ สูตรเคมี สีของสารประกอบ NaCl สีขาว CuSO4•5H2O สีฟ้า สีขาว CuCO3 สีเขียวอ่อน Na2CO3 สีขาว MnO2 สีเทา-ดำ� KNO3 สีขาว ZnSO4 สีเหลืองอ่อน CaSO4 สีขาว CaCO3 สีขาว LiCl อภปิ รายผลการทำ�กิจกรรม 1. สีของสารประกอบเปน็ สมบัติทางกายภาพ ซึ่งสามารถสังเกตไดด้ ้วยตาเปลา่ 2. สารประกอบของโลหะหมู่หลักสว่ นใหญเ่ ป็นสีขาว สว่ นสารประกอบของโลหะ แทรนซชิ นั มกั จะมีส ี เช่น CuSO4•5H2O มสี ฟี ้า ZnSO4 มสี ีเหลอื งออ่ น สรปุ ผลการทำ�กจิ กรรม สารประกอบของโลหะหมู่หลักส่วนใหญ่เป็นสีขาว​​​​​​​ส​​ ่วนสารประกอบของโลหะ แทรนซชิ ันสว่ นใหญม่ สี ี 6. ครใู ห้นกั เรยี นตอบค�ำ ถามชวนคดิ โดยให้สบื คน้ ข้อมลู และชว่ ยกนั เฉลย ซง่ึ จากการตอบ ค�ำ ถามนกั เรียนจะพบวา่ ในกรณีที่สารประกอบมีทง้ั โลหะหมู่หลกั และโลหะแทรนซชิ นั สารประกอบ จะมสี ี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเลม่ 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 109 ชวนคิด นกั เรียนคิดวา่ KMnO4 K2CrO4 และ Na2CoCl4 เป็นสารประกอบทีม่ สี หี รอื ไมเ่ พราะเหตใุ ด สารประกอบทัง้ 3 ชนดิ มีสีโดย KMnO4 มสี มี ่วง K2CrO4 มสี ีเหลือง และ Na2CoCl4 มี สนี ้�ำ เงนิ การที่สารประกอบทงั้ หมดมีสี เน่อื งจากมีธาตุแทรนซิชันเป็นองค์ประกอบ 7. ครูถามคำ�ถามเพื่อให้นักเรียนอภิปรายว่า นอกจากการมีสีของสารประกอบแล้ว โลหะ แทรนซิชนั ยงั มสี มบัตใิ ดที่แตกตา่ งโลหะหมหู่ ลักอีกบ้าง เพ่ือน�ำ เขา้ ส่กู จิ กรรม 2.5 กจิ กรรม 2.5 การทดลองการเกดิ ปฏิกิริยาเคมกี ับนำ้� จุดประสงคก์ 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. ระบสุ มบตั คิ วามเป็นกรดและเบสของสารละลายท่เี กดิ ขนึ้ ในปฏกิ ริ ิยาเคมี เวลาท่ีใช้ อภปิ รายกอ่ นท�ำ การทดลอง 10 นาที ทำ�การทดลอง 30 นาที อภปิ รายหลงั ทำ�การทดลอง 20 นาที รวม 60 นาที วัสดุ อปุ กรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 1 ชิ้น 1. โซเดียมขนาดเท่าครึ่งเมล็ดถั่วเขียว 1 ชิ้น 2. ลวดแมกนีเซียมขนาด 0.5 cm × 1 cm สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม่ 1 110 รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม 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. ฟีนอล์ฟทาลีน 12 หยด 8. น้ำ�กลั่น วัสดุและอุปกรณ์ - 1. บีกเกอร์ขนาด 250 mL 2. หลอดทดลองขนาดเล็ก 1 ใบ 3. หลอดทดลองขนาดใหญ่ 2 หลอด 4. ที่วางหลอดทดลอง 6 หลอด 5. หลอดหยด 1 อัน 6. กระบอกตวง 10 mL 1 หลอด 7. กระดาษทรายเบอร์ 1 ขนาด 3 cm × 3 cm 3 อัน 8. ตะเกียงแอลกอฮอล์พร้อมที่กั้นลม 3 แผ่น 9. เทอร์มอมิเตอร์ขนาด 0-100 °C 1 ชุด 10. กระจกนาฬิกาหรือแผ่นกระจก 1 อัน 11. ปากคีบ 1 อัน 12. กระดาษทิชชู่ 1 อัน 2 แผ่น การเตรยี มล่วงหน้า 1. ตดั โซเดียม แมกนเี ซียม ทองแดง สังกะสี และกระดาษทรายเบอร์ 1 ตามขนาดท่กี ำ�หนด และมีจำ�นวนเท่าจำ�นวนกลุ่มของนักเรียนในชั้น สำ�หรับชิ้นโซเดียมที่ตัดแล้วให้แช่ไว้ ในนำ�้ มนั พาราฟิน 2. เตรียมสารละลาย HCl 0.3 M ปรมิ าตร 20 mL โดยรนิ กรดไฮโดรคลอรกิ เขม้ ขน้ 6 M ปริมาตร 1 mL ลงในน�ำ้ กลัน่ ประมาณ 15 mL แล้วเติมน�้ำ จนสารละลายมปี ริมาตรเปน็ 20 mL สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 111 3. เตรียมสารละลาย NaOH 0.3 M ปริมาตร 20 mL โดยละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.24 กรัม ในน้ำ�กลัน่ ประมาณ 15 mL คนจนสารละลายหมด แลว้ เตมิ น้�ำ จนสารละลาย มปี รมิ าตรเป็น 20 mL ขอ้ เสนอแนะสำ�หรบั ครู 1. ตอ้ งสวมแว่นตานิรภยั ขณะทำ�การทดลองเสมอ 2. การนำ�ชิ้นโซเดยี มไปทดลองตอ้ งใชป้ ากคีบ ห้ามใช้มอื จับโซเดียมเด็ดขาด 3. ก่อนหยอ่ นโซเดียมลงในน้�ำ ตอ้ งซบั นำ�้ มนั บนชน้ิ โซเดยี มดว้ ยกระดาษทชิ ชู่กอ่ น 4. เมือ่ คีบชนิ้ โซเดยี มใสล่ งในบีกเกอรท์ ี่มนี ้ำ�และฟนี อล์ฟทาลนี บรรจุอยแู่ ลว้ ห้ามยืน่ หนา้ เขา้ ใกล้บกี เกอร์ทที่ ดลอง รวมถงึ ตอ้ งทดลองด้วยความระมัดระวังเพราะอาจมีอันตราย เกดิ ข้นึ ได้ 5. ลวดแมกนีเซยี ม ทองแดง และสังกะสีตอ้ งใชก้ ระดาษทรายขดั เพอ่ื ก�ำ จัดสารประกอบ ออกไซด์หรือส่ิงเจือปนท่ีเคลือบบนผิวโลหะเหล่าน้ันออกให้หมดก่อนนำ�ไปทำ�การ ทดลอง ตัวอยา่ งผลการทดลอง ตารางที่ 1 การเปล่ยี นแปลงกับสารละลายฟีนอล์ฟทาลีน สาร การเปลี่ยนแปลงกับสารละลายฟีนอล์ฟทาลีน* 0.3 M HCl ใส ไม่มีสี 0.3 M NaOH สารละลายเปลี่ยนเป็นสีชมพู * ในบางประเทศห้ามนำ�สารละลายฟีนอล์ฟทาลีนมาใช้ในการเรียนการสอนเนื่องจาก เปน็ สารกอ่ มะเรง็ ดงั นน้ั จงึ ใชอ้ นิ ดเิ คเตอรต์ วั อน่ื แทน เชน่ ในการทดลองนถ้ี า้ ใชส้ ารละลาย โบรโมไทมอลบลูทดสอบกับ 0.3 M HCl จะเปลี่ยนสารละลายเป็นสีเหลือง แต่เมื่อ ทดสอบ 0.3 M NaOH จะได้สารละลายสีน้ำ�เงิน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเลม่ 1 112 ตารางที่ 2 การเปลี่ยนแปลงเมื่อใส่โซเดยี ม แมกนเี ซยี ม ทองแดงและสังกะสีลงในน้ำ� ชนิดของ การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้เมื่อทำ�ปฏิกิริยากับน้ำ� โลหะ อุณหภูมิห้อง 60-80 °C โซเดียม ก้อนโซเดียมวิ่งบนผิวน้ำ�และทำ� ปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ�อย่างรวดเร็ว มีประกายไฟและควันสีขาวเกิด ข้ึน สารละลายเปลยี่ นเปน็ สชี มพ ู เม่อื สมั ผสั บีกเกอรจ์ ะรู้สกึ ร้อน แมกนีเซียม เกิดฟองแก๊สเล็กน้อยเกาะที่แผ่น เกิดฟองแก๊สได้มากขึ้นสารละลาย แมกนีเซยี ม (สังเกตเหน็ ยาก) รอบ ๆ แมกนเี ซียมเปน็ สีชมพูอ่อน ทองแดง สังเกตไมเ่ ห็นการเปลย่ี นแปลง สังเกตไม่เห็นการเปลย่ี นแปลง สังกะสี สงั เกตไม่เหน็ การเปลย่ี นแปลง สงั เกตไมเ่ ห็นการเปล่ียนแปลง อภปิ รายผลการทดลอง 1. เม่อื หยดสารละลายนอลฟ์ ทาลนี ลงใน 0.3 M HCl สารละลายจะใสไมม่ ีสี แต่เมอ่ื หยดลงใน 0.1 M NaOH พบวา่ สารละลายเปลีย่ นเปน็ สชี มพู แสดงวา่ สารละลาย ฟนี อล์ฟทาลนี ในสภาวะท่เี ปน็ กรดใสไม่มีสแี ตใ่ นสภาวะท่เี ป็นเบสจะเปน็ สชี มพู 2. โซเดียมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ�ที่อุณหภูมิห้องได้รวดเร็วและรุนแรง ได้สารละลายมี สมบตั ิเปน็ เบสเนื่องจากมสี ีชมพจู ากฟีนอล์ฟทาลีนเกดิ ข้ึน 3. แมกนีเซียมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ�ที่อุณหภูมิห้องได้ช้า แต่เกิดปฏิกิริยากับน้ำ�ร้อนได้ เรว็ กวา่ ได้สารละลายมสี มบตั ิเป็นเบส เนือ่ งจากมสี ีชมพูจากฟีนอลฟ์ ทาลนี เกิดข้ึน 4. ปฏิกริ ยิ าของทองแดงและสังกะสีกบั น้ำ�ทีอ่ ุณหภูมหิ ้องและในน้ำ�ร้อน สงั เกตไมเ่ หน็ การ เปล่ียนแปลง 5. ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ�ของธาตุทั้ง 4 ชนิดพบว่า โลหะ โซเดียมเกิดปฏิกิริยาได้รวดเร็วที่สุด รองลงมาคือแมกนีเซียม ส่วนทองแดงและ สงั กะสไี มท่ �ำ ปฏกิ ิรยิ ากับน้�ำ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 113 สรุปผลการทดลอง 1. โลหะหมหู่ ลกั เกิดปฏกิ ริ ิยากบั น้�ำ ไดด้ กี วา่ โลหะแทรนซชิ นั 2. เมอื่ โลหะหมู่หลักทำ�ปฏิกิรยิ ากับน�้ำ จะไดส้ ารละลายทีม่ ีสมบตั ิเปน็ เบส 8. ครูใหค้ วามรเู้ พิม่ เตมิ วา่ แกส๊ ท่ีเกิดขนึ้ ในปฏกิ ริ ิยาของโซเดียมและแมกนเี ซยี มกับนำ้�คือแกส๊ ไฮโดรเจน และปฏกิ ริ ิยาทเ่ี กิดขึ้นเป็นปฏกิ ิริยาคายความร้อน โดยครเู ขยี นสมการเคมีแสดงปฏิกิรยิ า เคมีระหวา่ งโซเดียม แมกนีเซียมกบั นำ้�ประกอบการอธบิ าย 9. ครูใหน้ ักเรยี นตอบคำ�ถามชวนคดิ โดยอาจสืบคน้ ขอ้ มลู เพือ่ ตอบคำ�ถามและชว่ ยกันเฉลย ชวนคดิ การทดสอบแก๊สเพื่อยนื ยนั ว่าเป็นแก๊สไฮโดรเจนทำ�ไดอ้ ยา่ งไร แกส๊ ไฮโดรเจนมสี มบตั ิติดไฟได้ วิธที ดสอบทำ�ได้โดยใชก้ ้านธูปท่มี ีเปลวไฟ จอ่ ทป่ี าก หลอดทดลองที่มแี ก๊สบรรจอุ ยู่ ซงึ่ จะมเี สียงดงั เกดิ ข้ึน 10. ครูใหน้ กั เรยี นท�ำ แบบฝกึ หัด 2.5 จากนัน้ เฉลยคำ�ตอบร่วมกนั แนวการวดั และประเมนิ ผล 1. ความรเู้ กยี่ วกับขนาดอะตอม จดุ เดอื ด จุดหลอมเหลว ความหนาแนน่ ของธาตุ สขี อง สารประกอบ ความวอ่ งไวในการเกิดปฏกิ ิริยากับน้�ำ ของธาตแุ ทรนซิชนั และกลุ่มธาตหุ มหู่ ลัก จาก การท�ำ กจิ กรรม การอภิปราย การทดลอง การท�ำ แบบฝึกหดั และการทดสอบ 2. ทักษะการสังเกต การตง้ั สมมติฐาน การก�ำ หนดนยิ ามเชิงปฏบิ ตั กิ าร การกำ�หนดและ ควบคมุ ตัวแปร การทดลอง และการตคี วามหมายข้อมูลและลงข้อสรปุ จากการท�ำ การทดลอง 3. ทักษะความร่วมมอื การท�ำ งานเป็นทีมและภาวะผนู้ ำ� จากการสังเกตพฤติกรรมในการทำ� กิจกรรม 4. จิตวิทยาศาสตรด์ า้ นการใชว้ ิจารณญาณ จากการสังเกตพฤตกิ รรมขณะท�ำ กิจกรรมและ การทดลอง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม่ 1 114 แบบฝกึ หัด 2.5 1. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอม 40 50 และ 60 ตามลำ�ดับ ธาตุใดเป็นธาตุหมู่หลักและ ธาตุใดเป็นธาตุแทรนซิชัน การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ A คือ [Kr]5s24d2 ธาตุ B คือ [Kr]5s25p2 และ ธาตุ C คือ [Xe]6s24f5 จะเห็นว่า ธาตุ A และ C บรรจุอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่ออร์บิทัล d และ f จึงเป็นธาตุแทรนซิชัน ส่วน ธาตุ B บรรจุอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่ออร์บิทัล p จึงเป็นธาตุหมู่หลัก 2. เขียนแผนภาพเวนน์เปรียบเทียบสมบัติที่เหมือนและที่แตกต่างของโลหะหมู่หลักและ โลหะแทรนซิชัน โลหะหมู่หลัก โลหะแทรนซิชัน ขนาดอะตอมในคาบ ขนาดอะตอมในคาบ เดียวกันใกล้เคียงกัน เดียวกันมีขนาดต่างกัน มีค่า IE1 สารประกอบมักมีสี พลงั งานสูงสุดของ สารประกอบส่วน และ EN ต่ำ� อิเล็กตรอนทีบ่ รรจุ สว่ นใหญ่อยใู่ น ใหญ่มีสีขาว d orbital พลังงานสูงสุดของ เป็นโลหะ อิเล็กตรอนที่บรรจุ ส่วนใหญ่อยู่ใน s orbital สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 115 2.6 ธาตกุ มั มนั ตรังสี จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. อธิบายสมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา 2. ค�ำ นวณคร่งึ ชวี ิตของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี ความเขา้ ใจคลาดเคลือ่ นทอ่ี าจเกดิ ข้นึ ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง เมื่อธาตุเกิดการแผ่รังสี ปริมาณเนื้อสาร เมื่อธาตุเกิดการแผ่รังสี ปริมาณเนื้อสาร ทงั้ หมดจะหายไป ทง้ั หมดไมไ่ ดห้ ายไป เพยี งแตม่ กี ารเปลย่ี นแปลง จากไอโซโทปหนึ่งไปเปน็ อกี ไอโซโทป ไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถแผ่รังสีได้เพียง นอกจากรังสีแอลฟา แกมมา และบีตา แล้ว 3 ชนิด คือแอลฟา แกมมา และบีตา ไอโซโทปกัมมันตรังสียังแผ่รังสีชนิดอื่นได้ เช่น โพซิตรอน นิวตรอน กัมมันตภาพรังสีเกิดจากการคายพลังงาน กัมมันตภาพรังสีเกิดจากนิวเคลียสที่ไม่เสถียร ของอิเล็กตรอนที่ไม่เสถียรจากสถานะกระตุ้น อันเกิดจากสัดส่วนที่ไม่เหมาะสมระหว่าง มายังสถานะพื้น โปรตอนและนิวตรอน ไม่ได้เกี่ยวข้องกับ อิเล็กตรอน ไอโซโทปกัมมันตรังสีมาจากธาตุที่มีเลข ไอโซโทปกัมมันตรังสีมาจากธาตุที่มีเลข อะตอมที่สูงกว่า 83 เท่านั้น อะตอมที่ต่ำ�กว่า 83 ได้ เช่น C-14 การเตรยี มล่วงหน้า รูปภาพ ขา่ ว หรือบทความท่เี กีย่ วกบั กัมมนั ตรงั สี สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล่ม 1 116 แนวการจัดการเรียนรู้ 1. ครูน�ำ รปู ภาพตวั อยา่ งเหตุการณ์ตา่ ง ๆ จากอินเตอร์เนต็ ที่เกย่ี วขอ้ งกบั ประโยชนแ์ ละโทษ ของไอโซโทปกมั มันตรังสี เชน่ คนเก็บของเก่า (Co-60) โรงไฟฟ้านิวเคลยี ร์ เคร่อื งเอกซเรย์ การท�ำ MRI การหาอายุวัตถโุ บราณ จากน้ันให้นกั เรียนแตล่ ะกลุ่มเลา่ เร่ืองราวทเ่ี ก่ยี วข้องกบั รปู ภาพทไี่ ดร้ บั พร้อมอธบิ ายว่า เหตุการณด์ งั กล่าวเกย่ี วขอ้ งกับสมบตั ใิ ดของธาตุ ซ่ึงควรได้คำ�ตอบว่า เก่ยี วขอ้ งกบั สมบตั กิ ารแผ่รงั สี 2. ครูใหค้ วามรู้เก่ยี วกบั ความหมายของค�ำ วา่ กัมมนั ตภาพรงั สี ไอโซโทปกัมมนั ตรังสีหรือสาร กมั มันตรังสแี ละธาตุกมั มนั ตรังสี แล้วให้นกั เรยี นศึกษาข้อมลู ในรปู 2.31 และตาราง 2.13 เพอื่ สรุป ชนิดของรงั สี สญั ลักษณ์ และสมบตั ขิ องรงั สี ได้แก่ แอลฟา บีตา แกมมา หรอื รังสีอน่ื ๆ 3. ครูอธิบายการเขียนสมการแสดงการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีในบทเรียน ซึ่งสังเกตได้ว่า ในกรณีที่การสลายตัวเกิดธาตุใหม่ สัญลักษณ์ธาตุ เลขอะตอมและเลขมวลจะ เปล่ียนแปลง แต่ถา้ ธาตุเดมิ จะเปลย่ี นแปลงเฉพาะเลขมวล เช่น 20842 Pb เม่อื แผร่ ังสีแอลฟา สามารถ เขยี นสมการแสดงการสลายตัวไดด้ งั น้ี 28024 Pb 2 08 00Hg + 42 He จากสมการสงั เกตเหน็ วา่ ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมดา้ นซา้ ยเทา่ กบั ดา้ นขวา 4. ให้นักเรียนพิจารณาอัตราส่วนของจำ�นวนนิวตรอนต่อจำ�นวนโปรตอนของไอโซโทปท่ี เสถยี รกบั ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สชี นดิ ตา่ ง ๆ เชน่ 162 C กบั 146 C และ 5274Co กบั 6207 Co และ 21 13 Na กบั 24 Na แลว้ เปรยี บเทยี บอตั ราสว่ นระหวา่ งนวิ ตรอนกบั โปรตอนแตล่ ะคู่ ซง่ึ ควรสงั เกตพบวา่ ไอโซโทป 11 กัมมันตรังสีมีจำ�นวนนิวตรอนแตกต่างจากจำ�นวนโปรตอนมากหรือมีอัตราส่วนของนิวตรอนต่อ โปรตอนมากกวา่ 1 ทง้ั นค้ี รใู ชร้ ปู 2.33 ประกอบการอธบิ าย 5. ครตู ง้ั ค�ำ ถามวา่ ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี เชน่ 226 Ra 28 Al หรอื 99 Te เมอ่ื สลายตวั แลว้ 88 13 52 ไอโซโทปทง้ั 3 ชนดิ นส้ี ลายตวั ใหร้ งั สชี นดิ ใด และสญั ลกั ษณน์ วิ เคลยี รด์ งั กลา่ วเปลย่ี นแปลงอยา่ งไรบา้ ง โดยพจิ ารณารปู 2.32 ประกอบ ซง่ึ ควรไดค้ �ำ ตอบวา่ 2 82 68 Ra อาจแผร่ งั สแี อลฟาเพราะมมี วลอะตอม มากและเมื่อเทียบกับเขตเสถียรภาพแล้วอยู่ในช่วงที่แผ่รังสีแอลฟา สำ�หรับ 28 Al แผ่รังสีบีตา 13 เพราะสัดส่วนของนิวตรอนต่อโปรตอนมีมากเกินไปและเม่อื เทียบกับเขตเสถียรภาพแล้วอย่ใู นช่วงท่ี แผบ่ ตี า สว่ น 9592Te แผร่ งั สแี กมมาซง่ึ มพี ลงั งานสงู มากและไมเ่ สถยี รและเมอ่ื สลายตวั แลว้ ไดไ้ อโซโทป เดมิ 6. ครใู หน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจและชว่ ยกนั เฉลย โดยครคู อยชแ้ี นะ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 117 ตรวจสอบความเข้าใจ 1. ปัจจัยใดที่ทำ�ให้ 20842 Pb มีแนวโน้มในการแผ่รังสีแอลฟาในขณะที่ 210 Pb มีแนวโน้มใน 82 การแผร่ งั สบี ตี า 204 Pb มแี นวโนม้ ในการแผร่ งั สแี อลฟาเนอ่ื งจากมเี ลขอะตอมสงู 82 ส�ำ หรบั 21802 Pb ซง่ึ มเี ลขอะตอมสงู เชน่ กนั แตถ่ า้ พจิ ารณาสดั สว่ นนวิ ตรอนตอ่ โปรตอนแลว้ พบวา่ มคี า่ มาก จงึ มแี นวโนม้ ในการลดจ�ำ นวนนวิ ตรอนท�ำ ใหแ้ ผร่ งั สบี ตี า (ถา้ ดรู ปู 2.32 พบวา่ อยสู่ ว่ นบนของแถบเสถยี รภาพ) 2. นกั เรยี นคดิ วา่ 164C มแี นวโนม้ ในการแผร่ งั สชี นดิ ใด เพราะเหตใุ ด 14 C มสี ดั สว่ นนวิ ตรอนตอ่ โปรตอนสงู จงึ มแี นวโนม้ ในการลดจ�ำ นวนนวิ ตรอน ท�ำ ใหแ้ ผร่ งั สี 6 บตี า 7. ครใู หน้ ักเรยี นดรู ูป 2.33 จากนนั้ ร่วมกนั อภิปรายเกี่ยวกบั เหตุการณ์ต่าง ๆ ในชีวติ ประจ�ำ วันทม่ี นษุ ยม์ ีโอกาสได้รับรังสี เช่น การฉายรงั สี จากน้ันใหค้ วามรู้เกยี่ วกับปรมิ าณรังสีท่ีเปน็ อันตราย และสัญลักษณร์ งั สีตามรายละเอียดในบทเรียน โดยใช้รปู 2.34 และ 2.35 ประกอบ โดยครเู นน้ ย�ำ้ วา่ อนั ตรายจากรงั สีทม่ี ีต่อมนุษยข์ น้ึ อยู่กับหลายปัจจัย เช่น ชนดิ และปริมาณของรังสี ระยะเวลาท่ไี ด้รับ อวยั วะท่ีไดร้ ับรังสี 8. ครูทบทวนว่าไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถแผ่รังสีได้ตลอดเวลา ซึ่งระยะเวลาใน การแผ่รงั สีของแต่ละไอโซโทปไม่เทา่ กัน จากน้ันใหน้ กั เรียนพจิ ารณารปู 2.36 แลว้ ครูถามคำ�ถาม ว่า เมื่อเวลาผ่านไปปรมิ าณของ Na-24 และ Mg-24 มีการเปล่ยี นแปลงอยา่ งไร ซงึ่ ควรไดค้ �ำ ตอบว่า ปริมาณของ Na-24 ลดลง และ Mg-24 เพม่ิ ข้นึ แต่มวลรวมของสารเท่าเดิม 9. ครถู ามต่อวา่ เมอ่ื เวลาผ่านไปทกุ ๆ 15 ชว่ั โมง ปรมิ าณ Na-24 เปลี่ยนแปลงอยา่ งไร ซึ่งควร ไดค้ �ำ ตอบวา่ ปรมิ าณ Na-24 จะลดลงเหลอื ครึ่งหนึ่งของปรมิ าณเดิม จากนน้ั ครูใหค้ วามหมายของ ค�ำ ว่าครง่ึ ชีวิต คอื ระยะเวลาท่ีไอโซโทปกมั มนั ตรังสสี ลายตวั จนเหลือครงึ่ หน่ึงของปริมาณเดิม ซ่ึงเป็น สมบตั ิเฉพาะตวั ของธาตุกมั มนั ตรงั สี เช่น Na-24 มีคร่ึงชีวิตเทา่ กับ 15 ช่วั โมง 10. ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจและรว่ มกนั เฉลย สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเลม่ 1 118 ตรวจสอบความเข้าใจ 1. เมอ่ื Na-24 สลายตวั จนเหลอื ครง่ึ หนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ ปรมิ าณเนอ้ื สารทง้ั หมดควรลดลง เหลอื ครง่ึ หนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ หรอื ไม่ เพราะเหตใุ ด มวล Na-24 จะหายไป แตป่ รมิ าณเนอ้ื สารทง้ั หมดไมไ่ ดห้ ายไป เพยี ง Na-24 เปลย่ี นแปลงไป เปน็ อกี ไอโซโทปหนง่ึ เชน่ Mg-24 2. ถา้ ผา่ นไป 60 ชว่ั โมง จากจดุ เรม่ิ ตน้ จะเหลอื Na-24 อยรู่ อ้ ยละเทา่ ใด Na-24 มคี รง่ึ ชวี ติ 15 ชว่ั โมง ดงั นน้ั เมอ่ื เวลาผา่ 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. ครูให้นกั เรยี นศึกษาครง่ึ ชีวิตของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สีต่าง ๆ ในตาราง 2.14 จากนัน้ ความ รูเ้ ก่ยี วกับการหาปริมาณสารที่เหลือหรอื การหาครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมนั ตรงั สี โดยวธิ เี ขยี นเปน็ แผนภาพแสดงการลดลงครึง่ หนึ่งของปรมิ าณเดมิ ตามระยะเวลาท่กี �ำ หนดให้ และวิธีค�ำ นวณโดยใช้ สตู ร โดยครยู กตัวอย่างประกอบ 12. ครูยกตวั อยา่ งปฏกิ ิริยาเคมี เช่น ปฏกิ ริ ิยาระหว่างโซเดียมกับนำ้� และปฏกิ ิรยิ าการเผาไหม้ 2Na(s) + 2H2O(l) 2Na+(aq) + 2OH(aq) + H2(g) + พลังงาน CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) + พลงั งาน และปฏกิ ิรยิ านิวเคลยี ร์ เช่น ปฏิกิรยิ าในโรงไฟฟา้ นวิ เคลยี ร์ 1 n + 2 9325U 1 54 61 Ba + 93 62 Kr + 310n + พลงั งาน 0 จากนั้นครูถามนักเรียนว่าปฏิกิริยาเคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร์แตกต่างกันอย่างไร ซึ่ง นกั เรยี นอาจตอบวา่ ใหพ้ ลงั งานเหมอื นกนั ปฏกิ ริ ยิ าเคมไี มม่ รี งั สเี กดิ ขน้ึ จากนน้ั ครใู หค้ วามรวู้ า่ ปฏกิ ริ ยิ า เคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร์แตกต่างกัน โดยการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเกี่ยวข้องกับเวเลนซ์อิเล็กตรอน และจำ�นวนอะตอมของธาตแุ ต่ละชนิดท้ังกอ่ นและหลังการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมีจะเท่ากัน ส่วนปฏิกิริยา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 119 นิวเคลียรเ์ กิดขึ้นท่ีนิวเคลยี ส เน่อื งจากมีอัตราส่วนของนิวตรอนกับโปรตอนไมเ่ หมาะสม เมอ่ื เกดิ ปฏิกิริยานิวเคลียร์จำ�นวนอะตอมของธาตุก่อนและหลังเกิดปฏิกิริยาอาจไม่เท่ากัน และปฏิกิริยา นิวเคลยี ร์จะได้พลังงานจำ�นวนมากกวา่ ปฏิกิริยาเคมปี รมิ าณมาก 13. ครูใหค้ วามรู้วา่ ปฏิกิรยิ านิวเคลียร์แบง่ เปน็ 2 ประเภท โดยกระบวนการทน่ี ิวเคลียสของ ไอโซโทปหนกั ทไ่ี มเ่ สถยี รและแตกออกเปน็ ไอโซโทปที่เบากวา่ เรยี กว่าฟิชชนั เมือ่ ฟิชชันเกดิ ขนึ้ อยา่ ง ต่อเนื่องจะได้ปฏิกิริยาลูกโซ่ดังรูปที่ 2.37 ซึ่งสามารถนำ�มาใช้ประโยชน์ในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู สว่ นกรณีทไี่ อโซโทปเบาหลอมรวมกนั เป็นไอโซโทปทีม่ ีมวลสงู ขน้ึ เรยี กวา่ ฟวิ ชัน พลังงานทเ่ี กิดจาก ฟชิ ชันและฟวิ ชนั แตกต่างกันโดยฟิวชันใหพ้ ลงั งานมากกวา่ 14. ครมู อบหมายล่วงหนา้ ใหน้ ักเรยี นสืบคน้ ข้อมลู เกย่ี วกับเทคโนโลยที ่ีเก่ยี วข้องกบั การใช้ ประโยชน์จากไอโซโทปกมั มนั ตรังสี โดยระบชุ ือ่ ไอโซโทปกมั มันตรงั สแี ละประโยชน์ทนี่ ำ�ไปใช้ รวมทั้ง ศกึ ษาเนื้อหาหวั ขอ้ ดงั กลา่ วในหนงั สอื เรียน แล้วน�ำ มาอภิปรายแลกเปลย่ี นเรยี นร้รู ว่ มกนั หลงั จากน้ัน ครูอาจมอบหมายให้จัดทำ�เป็นโปสเตอร์สรุปประโยชน์และเทคโนโลยีท่ีเกี่ยวข้องกับการใช้ไอโซโทป กัมมนั ตรงั สีในดา้ นต่าง ๆ 15. ครใู หน้ ักเรยี นตอบคำ�ถามชวนคิด โดยอาจให้นกั เรยี นสบื ค้น จากน้นั ร่วมกันเฉลย ชวนคิด สญั ลกั ษณด์ งั กลา่ วบนฉลากอาหาร มคี วามหมายวา่ อะไร เปน็ อาหารที่ผา่ นการฉายรังสี 16. ครใู หน้ ักเรียนทำ�แบบฝกึ หัด 2.6 แลว้ เฉลยร่วมกัน แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เกี่ยวกบั ธาตุกมั มันตรงั สี ไอโซโทปกัมมันตรงั สี ชนิดของรงั สแี ละสมบตั ิ สมการ นวิ เคลียร์ คร่ึงชีวติ ของไอโซโทปกัมมนั ตรังสี อันตรายและประโยชนข์ องไอโซโทปกัมมันตรังสี จาก การทำ�กิจกรรม การอภิปราย การท�ำ แบบฝกึ หดั และการทดสอบ 2. ทักษะการใช้จำ�นวน การคดิ อย่างมวี ิจารณญาณ และการแกป้ ญั หา ความรว่ มมอื การทำ� งานเป็นทมี และภาวะผ้นู ำ�จากการท�ำ กจิ กรรม 3. จิตวิทยาศาสตร์ ความใจกว้าง การใช้วิจารณญาณและความรอบคอบ จากการสังเกต พฤติกรรมขณะท�ำ กจิ กรรม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเลม่ 1 120 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านการเห็นคุณค่าทางวิทยาศาสตร์และคุณธรรมและจริยธรรมท่เี ก่ยี วข้อง กับวทิ ยาศาสตร์ จากการอภปิ รายเก่ยี วกับการนำ�ธาตแุ ละไอโซโทปกมั มันตรงั สไี ปใชป้ ระโยชน์ แบบฝึกหัด 2.6 1. จงเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของอนุภาคต่อไปนี้ 1.1. อนุภาคแอลฟา สัญลักษณ์นิวเคลียร์ 42He 1.2. อนุภาคบีตา สัญลักษณ์นิวเคลียร์ -01e 1.3. อนุภาคโพซิตรอน สัญลักษณ์นิวเคลียร์ +10e 2. ธาตุแฟรนเซียม คาร์บอน นีออน ทอเรียม ธาตุใดบ้างไม่มีไอโซโทปที่เสถียรใน ธรรมชาติ ทอเรียม และแฟรนเซียม ไม่มีไอโซโทปที่เสถียรในธรรมชาติ เนื่องจากมีเลขอะตอมสูง กว่า 83 3. จงเขียนสมการต่อไปนี้ให้สมบูรณ์ 3.1 27 Si ...... 21 73 Al....... + + 10 e 14 3.2 66 Cu 66 Zn + ...... - 01 e......... 29 30 3.3 27 Al + 42 He 30 Si + ...... 11 H........ 13 14 4. ไอโอดนี -131 มคี รง่ึ ชวี ติ 8 วนั จ�ำ นวน 10 g เมอ่ื เวลาผา่ 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 ต้องใชเ้ วลาทง้ั หมด 16 วนั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 121 5. เขยี นแผนภาพเวนน์เพ่อื เปรียบเทยี บฟิวชันและฟิชชนั ฟิวชัน ฟิวชัน ไอโซโทปที่มีมวลมาก ให้พลังงาน ไอโซโทปเบารวมตัวกัน แตกออกเปน็ ไอโซโทปใหม่ เกิดเป็นไอโซโทปใหม่ที่ ที่มีมวลลดลง มีมวลเพิ่มขึ้น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ล่ม 1 122 2.7 การนำ�ธาตุไปใชป้ ระโยชนแ์ ละผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ สบื คน้ ขอ้ มลู และยกตัวอย่างการน�ำ ธาตมุ าใชป้ ระโยชน์ รวมทง้ั ผลกระทบตอ่ ส่งิ มีชวี ิตและส่ิง แวดล้อม ความเข้าใจคลาดเคล่ือนทีอ่ าจเกิดขึน้ ความเข้าใจที่ถูกต้อง ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ธาตุทุกชนิดมีทั้งประโยชน์และโทษ ธาตุประเภทโลหะหนักมีแต่โทษ แนวการจดั การเรยี นรู้ 1. ให้นักเรยี นยกตวั อยา่ งธาตุและการนำ�ธาตุนั้นไปใชป้ ระโยชน์ แลว้ ใช้ค�ำ ถามต่อวา่ เพราะ เหตุใดจงึ น�ำ ธาตไุ ปใช้ประโยชน์ได้ต่างกัน ค�ำ ตอบคือ การน�ำ ธาตไุ ปใชป้ ระโยชนพ์ จิ ารณาจากสมบตั ิ ของธาตุน้นั ๆ โดยธาตุแตล่ ะชนดิ มีสมบัตเิ ฉพาะตวั และแตกต่างจากธาตอุ ืน่ ๆ จงึ ใชป้ ระโยชนไ์ ดต้ ่าง กัน 2. ใหน้ ักเรียนทำ�กิจกรรม 2.6 กิจกรรม 2. 6 ตามลา่ หาธาตุ จดุ ประสงคข์ องกิจกรรม เพอ่ื ให้นักเรยี นมคี วามร้เู ก่ียวกับชอ่ื ธาตแุ ละประโยชน์ของธาตแุ ตล่ ะชนดิ เวลาท่ีใช้ อภปิ รายกอ่ นท�ำ กิจกรรม 5 นาที ทำ�กิจกรรม 30 นาที อภปิ รายหลงั ท�ำ กจิ กรรม 15 นาที รวม 50 นาที สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 123 การเตรยี มล่วงหนา้ 1. ส�ำ เนาใบกิจกรรมใหก้ บั นักเรยี นกลมุ่ ละ 1 ใบ หรอื ใหท้ กุ คนตามความเหมาะสม 2. เตรียมแหล่งสบื ค้นข้อมูล ใบกจิ กรรม ตามลา่ หาธาตุ 5 1ORI 23 4 67 8N 9 12 11 13 10 15 14 18 16 17 20 19 21 22 23 24 25 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมีเลม่ 1 124 ข้อเสนอแนะส�ำ หรบั ครู การสะกดชื่อธาตุให้ยึดตาม IUPAC เช่น sulfur ไมใ่ ช่ sulphur หรือ aluminium ไม่ใช่ aluminum ผลการท�ำ กิจกรรม เมอ่ื นักเรียนเตมิ ชอ่ื ธาตุเปน็ ภาษาองั กฤษลงในตารางแล้ว ควรเป็นดังน้ี ใบกิจกรรม ตามลา่ 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 l uy itr g 1m2e n 11mi a n g a n e s 13ne 10el e g ne o r nn c 19op n s c ai 15ac i um 14is od i um 16hp m17 l t yr m a l 18lf oc 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 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 125 สรปุ ผลการทำ�กิจกรรม ธาตุแตล่ ะชนิดนำ�ไปใช้ประโยชน์ได้แตกตา่ งกัน 3. ครูให้นักเรียนยกตัวอย่างชื่อธาตุ​​​​​แ​​ ละผลกระทบของธาตุต่อส่ิงมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม และถามต่ออกี วา่ ผลกระทบของธาตเุ กดิ จากสง่ิ ใดได้บ้าง ค�ำ ตอบคือตวั ธาตุและกระบวนการท่ีมนุษย์ นำ�ธาตไุ ปใชป้ ระโยชน์ 4. ให้นักเรยี นแตล่ ะกล่มุ ท�ำ กิจกรรม 2.7 เพ่อื สบื ค้นขอ้ มลู ผลกระทบของธาตตุ อ่ ส่งิ มีชวี ติ และส่ิงแวดลอ้ ม โดยแตล่ ะกลุ่มไมค่ วรซ�้ำ กัน (อาจแบง่ ธาตุตามหม)ู่ นำ�ข้อมลู ที่สบื คน้ ไดม้ าเสนอและ อภิปรายรว่ มกัน กจิ กรรม 2.7 ประโยชนแ์ ละผลกระทบของการใชธ้ าตุ จุดประสงค์ของกจิ กรรม 1. สบื คน้ ข้อมูลการนำ�ธาตุไปใช้ประโยชน์ รวมทง้ั ผลกระทบตอ่ สง่ิ มีชวี ิตและส่งิ แวดล้อม 2. น�ำ เสนอข้อมลู การสืบคน้ โดยวิธีการสรา้ งสรรคแ์ ละนา่ สนใจ เวลาท่ใี ช้ อภปิ รายก่อนทำ�กจิ กรรม 5 นาที ท�ำ กจิ กรรม 40 นาที อภิปรายหลงั ท�ำ กิจกรรม 10 นาที รวม 50 นาที การเตรียมล่วงหน้า เตรียมแหล่งสืบค้นข้อมูล ผลการทำ�กิจกรรม ผลการทำ�กจิ กรรมขึน้ กบั ธาตุท่ีนกั เรียนสบื ค้น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล่ม 1 126 สรปุ ผลการทำ�กจิ กรรม ธาตแุ ตล่ ะชนดิ น�ำ ไปใช้ประโยชนไ์ ด้แตกตา่ งกัน ซงึ่ การนำ�ธาตุไปใชอ้ าจท�ำ ใหเ้ กิด ผลกระทบต่อส่ิงมชี ีวิตและสิ่งแวดล้อมได้ 5. ใหน้ ักเรียนท�ำ แบบฝกึ หดั 2.7 แล้วเฉลยรว่ มกนั แนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เก่ียวกับการนำ�ธาตุมาใช้ประโยชน์ตามสมบัติของธาตุและผลกระทบที่มีต่อส่ิงมี ชีวติ และส่งิ แวดล้อม จากการทำ�กิจกรรม และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสื่อสารสารสนเทศและการรู้เทา่ ทันสอ่ื จากผลการสืบคน้ ขอ้ มูล 3. ทักษะการคดิ อย่างมวี จิ ารณญาณและการแกป้ ัญหา และความรว่ มมือ การทำ�งานเปน็ ทีม และภาวะผนู้ �ำ จากการทำ�กิจกรรม 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความอยากรู้อยากเห็น ความใจกว้าง ความมุ่งมั่นอดทน จากการ สงั เกตพฤตกิ รรมในการท�ำ กจิ กรรม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 127 แบบฝึกหดั 2.7 จากสถานการณด์ งั รูป จงตอบคำ�ถามต่อไปน้ี 1. แตล่ ะโรงงานใช้ประโยชน์จากธาตหุ รือสารประกอบของธาตใุ ด - โรงงานไฟฟ้านวิ เคลยี ร์ ใชป้ ระโยชนจ์ ากไอโซโทปกัมมันตรงั สี เชน่ U–239 - โรงงานผลิตปูนซีเมนต์ ใช้ประโยชน์จากสารประกอบของธาตุแคลเซียม ธาตซุ ิลิคอน ธาตุอะลูมเิ นียม - โรงงานอุตสาหกรรมย้อมผ้า ใช้ประโยชนจ์ ากสารประกอบของธาตุไนโตรเจน เช่น ในสยี ้อมประเภท azo dye สารประกอบของธาตุโซเดยี มหรือแคลเซียมในสารฟอก ขาว - โรงงานผลิตถ่านไฟฉาย ใช้ประโยชน์จากสารประกอบของธาตุสังกะสี คาร์บอน แมงกานีส คลอรีน 2. หมบู่ า้ น ก – จ มีแนวโน้มจะได้รบั ผลกระทบจากโรงงานอตุ สาหกรรมตา่ ง ๆ อยา่ งไร - หมู่บ้าน ก อาจไดร้ ับผลกระทบจากรงั สี เสยี่ งต่อการร่ัวของสารกัมมนั ตภาพรงั สีเมือ่ เกิดอบุ ัตเิ หตุ ความรอ้ นจากน�ำ้ ทใ่ี ช้เปน็ ตวั ระบายความร้อน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเลม่ 1 128 - หม่บู า้ น ข อาจไดร้ บั ผลกระทบจากผงฝุน่ ของสารประกอบของธาตุแคลเซยี ม ท�ำ ให้ เกดิ การระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจ - หมบู่ า้ น ค อาจได้รบั ผลกระทบจากสารประกอบของธาตแุ มงกานสี ถ้าเข้าสูร่ า่ งกาย จะทำ�ลายระบบประสาท - หมู่บา้ น ง อาจได้รับผลกระทบจากสารเคมที ี่เปน็ องคป์ ระกอบในสยี ้อม สารฟอกขาว สารกำ�จดั ไขมนั นำ้�ทง้ิ ทเ่ี ปน็ กรด-เบส จากโรงงานอุตสาหกรรมย้อมผา้ - หมบู่ า้ น จ ไดร้ บั ผลกระทบจากสารเคมีทเี่ ช่นเดียวกับหมู่บา้ น ข และหมบู่ า้ น ค โดยสารเคมปี นเป้ือนมากบั นำ�้ หมายเหตุ คำ�ตอบทีไ่ ด้อาจแตกตา่ งกนั ตามข้อมลู ทสี่ ืบค้น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ลม่ 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ แบบฝึกหดั ท้ายบท 129 แบบฝกึ หัด เฉลยแบบฝึกหดั แบบทดสอบ เฉลยแบบทดสอบ 1. วาดรูปพรอ้ มอธบิ ายแบบจ�ำ ลองต่อไปน้ี รูปแบบจำ�ลอง คำ�อธิบาย แบบจำ�ลอง เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด แบ่งแยกไม่ได้ อาจ ดอลตัน เขียนแสดงด้วยทรงกลม ทอมสัน - - -+ - -++-- เป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอม รัทเทอร์ฟอร์ด +-- - 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 + +- ประจุลบกระจายอยู่ทั่วไป - อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีขนาด เล็กมากอยู่ภายในและมีประจุไฟฟ้าเป็น บวก โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ โบร์ 76 5 4 3 2 1 K L M N O PQ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็น กลุ่มหมอก วงคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์รอบ ดวงอาทิตย์ แต่ละวงจะมีระดับพลังงาน เฉพาะตัว ประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอน รอบนิวเคลียส บริเวณที่กลุ่มหมอกทึบ แสดงว่ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้ มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มหมอกจาง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ลม่ 1 130 2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น 300 nm จะปรากฏในช่วงคลื่นของแสงที่มอง เหน็ ไดห้ รอื ไม่ มีความถแี่ ละพลงั งานเท่าใด คลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟ้าทม่ี คี วามยาวคลืน่ 300 nm ไม่ปรากฏอยู่ในช่วงคลนื่ ของแสงทีม่ อง เห็นได้ เพราะแสงทมี่ องเห็นได้อยใู่ นช่วงความยาวคลนื่ ประมาณ 400–700 nm หาความถ่ขี องคลื่นแม่เหล็กไฟฟา้ ทม่ี ีความยาวคล่ืน 300 nm ดงั น้ี ν = c λ = 300 × 108 ms-1 300 × 10-9 m = 1.00 × 1015 s-1 คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ นมี้ คี วามถ ี่ 1.00 × 1015 s-1 หรือ Hz หาพลงั งานของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้าท่มี ีความยาวคลื่น 300 nm ดังนี้ E = hν = 6.626 × 10-34 Js × 1.00 × 1015 s-1 = 6.626 × 10-19 J คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้าน้มี ีพลังงาน 6.626 × 10-19 J สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ล่ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 131 3. ก�ำ หนดขอ้ มูลเสน้ สเปกตรมั เป็นดงั น้ี A B C D λ น้อย λ มาก จากข้อมูลการคายพลงั งานของอเิ ล็กตรอนท่ีก�ำ หนด จงระบวุ า่ สเปกตรัมเสน้ ใดคอื สเปกตรมั A B C และ D ตามลำ�ดบั เสน้ ที่ 1 เส้นท่ี 2 เส้นที่ 3 เส้นท่ี 4 เนือ่ งจากพลงั งาน (E) แปรผกผันกบั ความยาวคลื่น ( λ ) และโจทย์ก�ำ หนดความยาวคลื่น D > C > B > A ดังนั้น A คอื เส้นที่ 1 B คอื เส้นท่ี 3 C คอื เส้นท่ี 4 และ D คือเสน้ ท่ี 2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมีเล่ม 1 132 4. พจิ ารณาสัญลักษณน์ ิวเคลียร์ของธาตสุ มมตติ อ่ ไปน้ี 162 A 1 63 B 1 64 C 14 D และ 1 86 E 7 4.1 ธาตุใดเป็นไอโซโทปกัน 12 A 163 B 1 64 C เนื่องจากมจี ำ�นวนโปรตอนเท่ากนั คือ 6 6 4.2 ธาตุใดมีจำ�นวนนวิ ตรอนเท่ากนั 163B 174D มจี ำ�นวนนิวตรอนเทา่ กนั คือ 7 14 C 16 E มีจำ�นวนนวิ ตรอนเทา่ กันคือ 8 6 8 5. ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่งมีประจุในนิวเคลียสเป็น 3 เท่าของประจุในนิวเคลียสของ ไฮโดรเจนและมีเลขมวลเป็น 7 เทา่ ของเลขมวลไฮโดรเจน ระบจุ �ำ นวนโปรตอน นิวตรอน และอเิ ล็กตรอนของไอโซโทปของธาตุน้ี เนื่องจากในนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนประกอบด้วย​​1​​ ​​​​โ​ ปรตอนแต่ไม่มีนิวตรอน เลขมวลของไฮโดรเจนจึงเทา่ กับ 1 และประจุในนวิ เคลียสเท่ากบั +1 ค�ำ ถามกำ�หนดใหธ้ าตุชนิดนม้ี ปี ระจใุ นนิวเคลยี สเปน็ 3 เทา่ ของไฮโดรเจน จึงมี 3 โปรตอน มเี ลขมวลเปน็ 7 เทา่ แสดงวา่ มจี �ำ นวนโปรตอนรวมกบั นวิ ตรอนเทา่ กับ 7 ธาตนุ ้ีจึงมจี �ำ นวนนิวตรอน = 7 – 3 = 4 ดังนน้ั จ�ำ นวนอนุภาคในอะตอมของไอโซโทปนี้คือ 3 โปรตอน 4 นวิ ตรอน และ 3 อิเล็กตรอน 6. A และ B เป็นไอโซโทปซง่ึ กนั และกนั ถา้ A มนี วิ ตรอน = a B มีจำ�นวนนวิ ตรอน = b และมีเลขมวล = c ธาตุ A จะมีเลขมวลเท่าใด B มี เลขมวล = c มนี วิ ตรอน = b ดงั น้ันจึงมโี ปรตอน = c - b A และ B เป็นไอโซโทปซ่งึ กันและกัน ดังนั้นจึงมโี ปรตอนเทา่ กนั ซงึ่ = c - b A มี นวิ ตรอน = a ดังน้ันจึงมีเลขมวลเทา่ กบั = c – b + a สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมีเล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 133 7. ก�ำ หนดเลขอะตอมของ Mg = 12 Cl = 17 Ar = 18 K = 19 Ni = 28 จงเขยี นการ จัดเรยี งอิเลก็ ตรอนในระดับพลังงานย่อยของ K Ar Mg2+ Cl- Ni และ Ni+ K จัดเรยี งอิเล็กตรอนเปน็ 1s22s22p63s23p64s1 Ar จดั เรยี งอเิ ล็กตรอนเปน็ 1s22s22p63s23p6 Mg2+ จัดเรียงอิเลก็ ตรอนเป็น 1s22s22p6 Cl- จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเปน็ 1s22s22p63s23p6 Ni จัดเรยี งอเิ ลก็ ตรอนเป็น 1s22s22p63s23p64s23d8 หรือ 1s22s22p63s23p63d84s2 Ni+ จดั เรียงอิเลก็ ตรอนเปน็ 1s22s22p63s23p64s13d8 หรอื 1s22s22p63s23p63d84s1 8. กำ�หนดธาตุ 5 ธาตุ ซึ่งมีเลขอะตอมเท่ากบั 12 20 23 30 และ 36 8.1 มีธาตแุ ทรนซซิ ันทงั้ หมดกธ่ี าตุ การจดั เรยี งอิเล็กตรอนของธาตทุ งั้ 5 ธาตเุ ป็นดังนี้ ธาตุทมี่ ีเลขอะตอมเท่ากับ 12 คอื 1s22s22p63s2 ธาตุท่ีมเี ลขอะตอมเท่ากับ 20 คือ 1s22s22p63s23p64s2 ธาตุทีม่ ีเลขอะตอมเทา่ กบั 23 คอื 1s22s22p63s23p64s23d3 ธาตุทม่ี ีเลขอะตอมเท่ากบั 30 คอื 1s22s22p63s23p64s23d10 ธาตทุ ่มี ีเลขอะตอมเทา่ กบั 36 คือ 1s22s22p63s23p64s23d104p6 จะเหน็ วา่ ธาตทุ มี่ ีเลขอะตอม 23 และ 30 มีการบรรจุอิเลก็ ตรอนตัวสุดทา้ ยใน d orbital ดังน้นั จงึ มธี าตแุ ทรนซชิ นั 2 ธาตุ 8.2 ธาตุทมี่ เี ลขอะตอมเทา่ ใดจดั อยใู่ นกลมุ่ ของแก๊สมีสกุล ธาตทุ ีม่ เี ลขอะตอมเท่ากบั 36 มกี ารจดั เรยี งอเิ ล็กตรอนเปน็ 2 8 18 8 ซง่ึ อย่ใู นหมู่ 18 หรอื VIIIA จึงเปน็ แกส๊ มีสกลุ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเลม่ 1 134 9. จากการทดลองของมิลลิแกน ถ้าพบว่าหยดนำ้�มันที่ลอยนิ่งหยดหน่ึงมคี า่ ประจเุ ท่ากับ 4.8 × 10-19 คลู อมบ์ หยดนำ้�มันนี้มอี เิ ลก็ ตรอนเกาะอยู่จำ�นวนเทา่ ใด จากการทดลองของมิลลแิ กน ค่าประจุไฟฟา้ ท่ีแฝงอย่บู นหยดน�ำ้ มันของ 1 อิเลก็ ตรอน คือ 1.6 × 10-19 คูลอมบ์ หยดนำ�้ มันท่ีลอยนง่ิ ซง่ึ มปี ระจุเทา่ กับ 4.8 x 10-19 คูลอมบ์ จำ�นวนอิเล็กตรอนทีเ่ กาะอยู่ = 4.8 × 10-19coulomb × 1 e- 1.6 × 10-19 coulomb = 3.0 e- 10. ก�ำ หนดใหพ้ ลงั งานไอออไนเซชันล�ำ ดับที่ 1 – 4 ของธาตุ A B C และ D เปน็ ดงั น้ี พลังงานไอออไนเซชัน (kJ/mol) ลำ�ดับที่ 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 ธาตุใดมแี นวโน้มสงู สุดทีจ่ ะเกดิ เป็นไอออนซง่ึ มีประจุ +1 จากค่า​​​I​ E​​​สามารถระบุจำ�นวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานช้ันนอกสุดของ แต่ละธาตุได้ดงั นี้ ธาตุ A มจี ำ�นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลังงานชัน้ นอกสุด 1 อิเล็กตรอน ธาตุ B มจี ำ�นวนอเิ ล็กตรอนในระดบั พลงั งานชั้นนอกสดุ 2 อิเล็กตรอน ธาตุ C มจี ำ�นวนอิเล็กตรอนในระดบั พลังงานช้ันนอกสุด 2 อิเลก็ ตรอน ธาตุ D มจี ำ�นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลังงานช้นั นอกสุด 3 อเิ ลก็ ตรอน ดงั น้นั ธาตุทม่ี ีแนวโนม้ สงู สดุ ท่จี ะเกดิ เป็นไอออนซงึ่ มีประจุ +1 คือ ธาตุ A เน่อื งจากมเี วเลนซ์อเิ ล็กตรอนเทา่ กบั 1 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมเี ล่ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 135 10.2 ธาตุใดนา่ จะมีจ�ำ นวนเวเลนซอ์ ิเล็กตรอนเท่ากัน ธาตุ B และ C มเี วเลนซ์อเิ ล็กตรอนเทา่ กัน คือ 2 11. ธาตุ X และ Y มีเลขอะตอม 37 และ 38 ตามล�ำ ดบั จงเปรยี บเทยี บสมบัตติ ่อไปน้ี พรอ้ มท้งั ให้เหตผุ ลประกอบ 11.1 ขนาดอะตอม ธาตุ X มีเลขอะตอม 37 จัดเรยี งอิเล็กตรอนไดเ้ ปน็ 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 ธาตุ Y มเี ลขอะตอม 38 จดั เรยี งอิเลก็ ตรอนได้เป็น 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2 ธาตุ X และ Y อยู่ในคาบเดยี วกันคือคาบที่ 5 เนือ่ งจากมีจำ�นวนระดับ พลงั งาน 5 ระดับเทา่ กัน ธาตุ X อยู่ในหมู่ IA แตธ่ าตุ Y อยูใ่ นหมู่ IIA ดังนั้นธาตุ X จะมีขนาดอะตอมใหญ่กว่าธาตุ Y เพราะมจี �ำ นวนโปรตอนในนวิ เคลียสนอ้ ยกว่า 11.2 พลงั งานไอออไนเซชันล�ำ ดบั ท่ี 1 พลงั งานไอออไนเซชันลำ�ดับท่ี 1 ของธาตุ X มีค่านอ้ ยกว่าธาตุ Y เนอื่ งจากแรงดงึ ดดู ระหว่างโปรตอนในนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนนอกสุดของธาตุ X น้อยกวา่ ธาตุ Y อิเลก็ ตรอนนอกสุดของธาตุ X จงึ หลดุ จากอะตอมได้งา่ ยกวา่ 12. ธาตุฮีเลียมมี 2 อเิ ลก็ ตรอน และมีคา่ IE1 เทา่ กับ 2.379 MJ/mol ธาตโุ พแทสเซยี มมี 19 อเิ ล็กตรอน และมีค่า IE1 เท่ากับ 0.425 MJ/mol เพราะเหตุใด IE1 ของธาตฮุ ีเลียม จงึ มีคา่ สงู กว่าโพแทสเซียม ธาตุ He มี 2 อเิ ลก็ ตรอน จดั เรยี งอิเล็กตรอนเป็น 1s2 ธาตุ K มี 19 อเิ ลก็ ตรอน จัดเรยี งอิเลก็ ตรอนเปน็ 1s22s22p63s23p64s1 เมอ่ื พจิ ารณาการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลยี สของทง้ั 2 ธาตุ พบวา่ เวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน ของ He อยใู่ นระดบั พลงั งานท่ี n = 1 ซง่ึ ใกลน้ วิ เคลยี สมากกวา่ เวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอนของ K ซึ่งอยู่ในระดับพลงั งานท่ี n = 4 แรงดึงดูดระหวา่ งนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ล่ม 1 136 ของ He จึงสูงกว่าแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อเิ ล็กตรอนของ K ดงั นั้น IE1 ของ He จงึ มคี า่ สูงกว่า IE1 ของ K 13. แนวโนม้ ของคา่ IE1 ของธาตุ K Rb และ Cs ซึ่งมีเลขอะตอม 19 37 และ 55 ตาม ลำ�ดับ ควรเปน็ อย่างไร พร้อมอธิบายเหตผุ ลประกอบ เนอื่ งจากจากเลขอะตอมของธาตุท้ังสาม น�ำ มาเขียนการจดั เรยี งอเิ ล็กตรอนในอะตอม ไดด้ ังนี้ K 1s22s22p63s23p64s1 Rb 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 Cs 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1 พบว่าธาตุทัง้ 3 อยู่ในหมู่เดยี วกนั คอื หมู่ IA แต่อยตู่ า่ งคาบ โดย K อยคู่ าบที่ 4 Rb อย่คู าบที่ 5 และ Cs อยู่คาบท่ี 6 ซ่งึ เม่ือพิจารณาขนาดอะตอมแล้วพบว่า K มขี นาดเลก็ สดุ จึงมแี รงยดึ เหนี่ยวระหว่าง เวเลนซอ์ เิ ล็กตรอนกบั นวิ เคลยี สมากท่สี ุด คา่ IE1 จงึ มากท่สี ุด ส่วน Cs มีขนาดใหญ่ สุดจึงมแี รงยึดเหน่ียวระหวา่ งเวเลนซอ์ เิ ล็กตรอนกับนวิ เคลียสนอ้ ยทส่ี ดุ ค่า IE1 จึง นอ้ ยที่สุด ดงั นั้น ค่า IE1 ของ K > Rb > Cs 14. A B C D E และ F เป็นธาตุสมมติทอี่ ยู่ในหมู่เดียวกนั เรียงล�ำ ดับจากบนลงล่าง จงท�ำ นายสมบตั ิของธาตุดงั ต่อไปน้ี 14.1 ธาตุใดควรมีขนาดอะตอมเล็กที่สุด ธาตุ A ควรมีขนาดอะตอมเล็กท่ีสดุ 14.2 ธาตใุ ดควรมีอเิ ลก็ โทรเนกาติวติ สี งู ทีส่ ุด ธาตุ A ควรมีอเิ ลก็ โทรเนกาติวติ สี งู ทสี่ ุด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี