PeriodicTable-1

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวิทยานสุ รณ ตารางธาตุ - 1 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวทิ ยานสุ รณ 3.1 วิวฒั นาการของตารางธาตุ - เร่ิมแรกในศตวรรษท่ี 19 Johann Dobereiner ไดนําธาตุตาง ๆ ที่พบในสมัยน้ันมาจัดเรียงเปนหมวดหมู โดยนําธาตุท่ีมีสมบัติคลายกันมาจัดไวในหมวดหมูเดียวกัน หมูละ 3 ธาตุ เรียงตามมวลอะตอมจากนอยไปมาก และธาตุแตละหมูมวลอะตอมที่อยูตรงกลางจะเปนคาเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีก 2 ธาตุ โดยประมาณ กฎนี้ เรยี กวา Law of Triads รปู ท่ี 3.1 การจัดตารางธาตขุ อง Johann Dobereiner ตารางที่ 3.1 แสดงมวลอะตอมเฉลีย่ ของธาตบุ างกลุมตามกฎชุดสาม ธาตุ มวลอะตอม มวลอะตอมของธาตุแถวท่ี 1 และ 3 Li 6.940 Na 22.997 23.018 K 39.096 Cl 35.453 Br 79.909 81.197 I 126.197 - ค. ศ. 1866 John Newlands ไดจัดธาตุตาง ๆ เปนหมวดหมู โดยถาเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากนอยไป มากพบวา ธาตทุ ี่ 8 จะมีสมบตั เิ หมือนกบั ธาตุท่ี 1 เสมอ แตจะใชไดถึงธาตแุ คลเซียมเทานน้ั Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca รปู ท่ี 3.2 การจัดตารางธาตขุ อง John Newlands - 2 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ - ค.ศ 1869 Julius Lothar Meyer จัดตารางธาตุเปนหมวดหมู โดยนํามวลอะตอมของธาตุตาง ๆ มาเขียน กราฟกับสมบัติทางกายภาพตาง ๆ ของธาตุ เรียกวา Lothar Meyer’s Curves กราฟท่ีไดจะพบวาสมบัติตาง ๆ ของ ธาตจุ ะเพ่ิมขนึ้ แลว ลดลง แลวเพ่ิมขึน้ อีก ซํา้ ๆ กนั เปน ชว ง ๆ เม่อื มวลอะตอมของธาตุเพ่ิมข้นึ รูปท่ี 3.3 การจดั ตารางธาตขุ อง Julius Lothar Meyer - ในชว งเดียวกับ Julius Lothar Meyer มนี กั เคมีชาวรสั เซยี Dmitri Ivanovich Mendeleev ไดเสนอการจัดตารางธาตุออกมาในลักษณะคลาย ๆ กัน โดยพบวาสมบัติตาง ๆ ของธาตุสัมพันธกับมวลอะตอม ของธาตุ ตาม Periodic Law คือ “ สมบัติของธาตุเปนไปตามมวลอะตอมของธาตุโดยเปลี่ยนแปลงเปนชวง ๆ ตาม มวลอะตอมทเ่ี พมิ่ ขึน้ ” รูปที่ 3.4 การจัดตารางธาตขุ อง Dmitri Ivanovich Mendeleev - 3 - นางสาวจตุภรณ สวัสดริ์ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ ชองวางที่เวนไวคือตําแหนงของธาตุที่ยังไมพบในสมัยน้ัน เนื่องจากตําแหนงของธาตุในตารางธาตุสัมพันธ กบั สมบัติของธาตุ ทาํ ใหเ มนเดเลเอฟสามารถทาํ นายสมบัตขิ องธาตุไวลวงหนา ไดดวย โดยการศกึ ษาสมบัตเิ กย่ี วกบั จดุ หลอมเหลว จุดเดือด ความถวงจําเพาะ และความรอนจําเพาะ รวมทั้งสมบัติเกี่ยวกับสารประกอบคลอไรด และ ออกไซด ตวั อยาง เชน ธาตทุ อ่ี ยูใ นชอ งวางใต Si เมนเดเลเอฟเรยี กช่อื วาธาตเุ อคาซลิ คิ อน อีก 15 ปตอมาคือในป พ.ศ. 2429 (ค.ศ. 1886) เคลเมนส วิงคเลอร (Clemens Winkler) นกั วิทยาศาสตรชาวเยอรมนั จงึ ไดพบธาตุนี้และเรียกช่ือวา ธาตเุ จอรเมเนยี ม (Ge) นน่ั เอง ตาราง 3.2 เปรยี บเทยี บสมบัติของเอคาซิลิคอนกบั เจอรเ มเนียม สมบัติ เอคาซลิ คิ อนทํานายเม่อื เจอรเ มเนยี มพบเม่ือ พ.ศ. 2429 (ค.ศ.1886) พ.ศ. 2414 (ค.ศ. 1871) 72.6 มวลอะตอม 72 เปนโลหะสีเทา สขี องธาตุ เปน โลหะสเี ทา 5.36 958 ความหนาแนน (g/cm3) 5.5 GeO2 4.70 จุดหลอมเหลว (0C ) สูง ไมละลายท่ี 25 0C สตู รของออกไซด GeO2 ความหนาแนนของออกไซด (g/cm3) 4.7 เมอื่ ผสมกบั กรดไฮโดรคลอริก ละลายไดเ ลก็ นอย นอกจากธาตุเอคาซิลิคอนแลว ยังมีธาตุอื่นที่เมนเดเลเอฟ ไดเรียกชื่อไวลวงหนา เชน ธาตุท่ีอยูใต B เรียกวา เอคาโบรอน ธาตทุ ีอ่ ยใู ต Al เรยี กวา เอคาอะลมู ิเนียม ซ่งึ ปจจบุ ันกค็ อื ธาตุ Se และ Ga ตามลาํ ดบั การจัดตารางธาตุของเมนเดเลเอฟนั้น ถายึดหลักการเรียงตามมวลอะตอมจากนอยไปหามากอยางเครงครัด จะทําใหธาตบุ างธาตุซง่ึ มีสมบตั ิแตกตางกนั อยูในหมูเดยี วกนั ทําใหต อ งยกเวนไมเ รียงตามมวลอะตอมบางแตเมนเดเล เอฟกไ็ มสามารถใหเ หตุผลไดว า เปนเพราะเหตุใดจงึ ตอ งเรียงลาํ ดับธาตุเชนนัน้ เนือ่ งจากในขณะนนั้ ยังไมม ีความเขาใจ เก่ยี วกบั โครงสรางของอะตอมมากพอ ตอมานักวิทยาศาสตรจึงสรางแนวคดิ ใหมวา ตาํ แหนงของธาตุในตารางธาตุไม ควรข้ึนอยูกับมวลอะตอม แตค วรจะข้ึนอยูก ับสมบตั อิ นื่ ๆ ทีส่ ัมพนั ธก บั มวลอะตอม - ค.ศ. 1913 Henry Moseley ไดจัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมจากนอยไปหามาก ดังน้ันในปจจุบัน Periodic Law มีความหมายวา “สมบัติตาง ๆ ของธาตุจะข้ึนอยูกับเลขอะตอมของธาตุนั้น และข้ึนอยูกับการจัดอิเล็กตรอน ของธาตเุ หลานนั้ ” - 4 - นางสาวจตุภรณ สวัสดริ์ กั ษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ 3.2 ตารางธาตุในปจ จบุ ัน รปู ที่ 3.5 ตารางธาตปุ จ จุบัน ปจจุบันการจัดธาตุตามเลขอะตอมจากนอยไปหามาก โดยแบงธาตุออกเปนหมู (แนวตั้ง) ท้ังหมด 18 หมู และคาบ (แนวนอน) ท้ังหมด 7 คาบ ธาตุที่พบท้ังหมดในตารางธาตุมี 105 (มีรายงานการคนพบธาตุท่ี 110 และ 111 แลว แตกาํ ลังอยูระหวา งการทดสอบเพอ่ื ยืนยันและตงั้ ชอื่ ตอ ไป) ธาตใุ นแนวตัง้ แบง เปน 2 กลุมใหญ ๆ คือกลุม A และ B กลุม A มี 8 หมู คือหมู IA ถึง VIIIA สวน กลุม B ซ่ึงอยูระหวางหมู IIA และ IIIA มี 8 หมูเชนเดียวกัน คือ หมู IB ถึง VIIIB (แตมี 10 แนวตั้ง) เรียก ธาตกุ ลมุ B วา ธาตทุ รานซชิ ัน • ธาตุหมู I มีสมบัติเปนโลหะซ่ึงมีคุณสมบัติวองไวในการผสมธาตุมาก ธาตุหมู I เรียกวา alkalai metal และมอี ิเลก็ ตรอนวงนอกสดุ อยู 1 ตวั • ธาตุหมู II เปนธาตโุ ลหะ มีอเิ ล็กตรอนวงนอกสดุ 2 ตัว ธาตุทว่ี องไวทส่ี ดุ ในหมนู ้ี คอื เรเดียม (Ra) - 5 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดริ์ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ • ธาตหุ มู III จะเร่ิมประกอบดว ยโลหะและอโลหะ มีอเิ ล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตวั • ธาตุหมู IV มอี ิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตวั • ธาตุหมู V ในตอนตน ๆ จะเปนอโลหะ ธาตุถัดมา เชน สารหนู (As) และอันติโนมี (Sb) จะแสดง คณุ สมบัตริ ะหวา งโลหะและอโหะก้าํ กึ่งกนั ลักษณะเชน นี้เรยี กวามสี มบตั เิ ปน metalloid • ธาตหุ มู VI ตอนตน หมจู ะมีธาตุที่มีสมบัติเปน อโลหะ แลวคอย ๆ เปน โลหะ • ธาตุหมู VII มชี อ่ื เรยี กวา Halogen group ธาตหุ มูน เี้ ปนอโลหะ ท่ีวองไวในการผสมธาตุมาก • ธาตุหมู VIII จัดเปนธาตุ Inert gas จึงไมคอยทําปฏิกิริยากับธาตุอื่น เพราะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด เทา กบั 8 หมูธาตุทรานซชิ ่ัน (Transition elements) ไดแ ก • Lanthanide series ประกอบดว ยธาตุท่ีมี Atomic number 57 - 70 เปนธาตทุ ี่หายากมาก • Actinide series ประกอบดวยธาตุที่มี Atomic number 89 - 102 ธาตุในหมูนี้มีคุณสมบัติเปนสาร กมั มันตรงั สี 3.2.1 การตั้งช่อื ธาตุท่ีคน พบใหม จากตารางธาตุจะพบวามีธาตุอยู 105 ธาตุ ซ่ึงยังมีการคนพบธาตุใหม ๆ เพิ่มขึ้นอีกหลายธาตุ แตยังไมได กําหนดสัญลักษณท่ีแนนอนไวในตารางธาตุ ธาตุบางธาตุถูกคนพบโดยนักวิทยาศาสตรหลายคณะ ทําใหมีช่ือเรียก และสัญลกั ษณตางกนั เชน ธาตุที่ 104 คนพบโดยคณะนักวิทยาศาสตร 2 คณะ คือ คณะของนักวิทยาศาสตรสหรัฐอเมริกา ซ่ึง เรียกชื่อวา รัทเทอรฟอรเดียม (Ratherfordium) และใชสัญลักษณ Rf ในขณะท่ีคณะนักวิทยาศาสตรสหภาพโซเวีย ตเรียกช่ือวา เคอรซาโตเวยี ม (Kurchatovium) และใชส ัญลกั ษณ Ku ธาตุที่ 105 คนพบโดยคณะนกั วทิ ยาศาสตร 2 คณะเชน เดยี วกนั คือคณะนักวิทยาศาสตรสหรัฐอเมริกาเรียกช่ือ วา ฮาหเนียม (Hahnium) และใชสัญลักษณ Ha ในขณะที่นักวิทยาศาสตรสหภาพโซเวียตใชชื่อวา นิลสบอหเรียม (Neilbohrium) และใชส ญั ลักษณเ ปน Ns การท่ีคณะนักวิทยาศาสตรตางคณะตั้งช่ือแตกตางกัน ทําใหเกิดความสับสน International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) จึงไดกําหนดระบบการต้ังช่ือขึ้นใหม โดยใชกับชื่อธาตุที่มีเลขอะตอมเกิน 100 ข้ึนไป ทั้งนี้ใหต ง้ั ชือ่ ธาตโุ ดยระบเุ ลขอะตอมเปน ภาษาละติน แลว ลงทายดวย ium ระบบการนบั เลขในภาษาละตนิ เปนดังน้ี 0 = nil (นลิ ) 1 = un (อนุ ) 2 = bi (ไบ) 3 = tri (ไตร) 4 = quad (ควอด) 5 = pent (เพนท) - 6 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดร์ิ ักษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวทิ ยานสุ รณ 6 = hex (เฮกซ) 7 = sept (เซปท) 8 = oct (ออกตฺ) 9 = enn (เอนน) เชน ธาตทุ ี่ 104 ตามระบบ IUPAC อา นวา อนุ นลิ ควอเดียม (Unnilquadium) สัญลกั ษณ Unq ธาตทุ ี่ 105 ตามระบบ IUPAC อา นวา อุนนลิ เพนเทียม (Unnilpentium) สญั ลักษณ Unp ตวั อยา งท่ี 1 จงอา นชอ่ื ตามระบบ IUPAC พรอ มทง้ั เขียนสญั ลกั ษณข องธาตตุ อ ไปน้ี 1. ธาตทุ ี่ 106 =____________________________________________สัญลกั ษณ_ __________ 2. ธาตุท่ี 208 =____________________________________________สญั ลักษณ_ __________ 3. ธาตุท่ี 119 =____________________________________________สญั ลักษณ_ __________ 4. ธาตทุ ี่ 135 =____________________________________________สญั ลกั ษณ___________ 5. ธาตุท่ี 374 =____________________________________________สญั ลักษณ_ __________ การจัดตารางธาตุเปนหมูเปนคาบ ทําใหศึกษาสมบัติตาง ๆ ของธาตุไดงายข้ึน สามารถทํานายสมบัติบาง ประการของธาตุบางธาตุได กลาวคือธาตุที่อยูในหมูเดียวกันจะมีสมบัติตาง ๆ คลาย ๆ กัน และธาตุท่ีอยูในคาบ เดียวกนั จะมีแนวโนม ของการเปลยี่ นแปลงสมบัติตาง ๆ ตอเนือ่ งกนั ไป 3.2.2 การจัดอิเลก็ ตรอนของธาตุในตารางธาตุ การแบงธาตุตามหมูและตามคาบมีความสัมพันธกับโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุ คือ ธาตุในหมูเดียวกันมี จํานวนอิเล็กตรอนนอกสดุ หรือเวเลนซอ เิ ล็กตรอนเทา กนั เสมอ เชน ธาตุหมู IA ทกุ ธาตมุ เี วเลนซอ เิ ลก็ ตรอนเทา กับ 1 หมู IIA มีเวเลนซอิเล็กตรอนเทากับ 2 และธาตุเรพรีเซนเททีฟทุกหมูมีจํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนเทากับเลขช่ือหมู นนั้ ดวย สาํ หรับธาตทุ ี่อยใู นคาบเดียวกันจะมเี วเลนซอิเล็กตรอนที่ระดับพลังงานหลัก (n) นอกสุดระดับเดียวกันเสมอ โดยมีอิเล็กตรอนเพ่ิมขึ้นจากซายไปขวาของคาบ เชน 19K 20Ca 21Sc เปนธาตุในคาบท่ี 4 มีเวเลนซอิเล็กตรอน ดังน้ี K (4s1) Ca (4s2) และ Sc (4s2 3d1) การท่ีธาตุตาง ๆ มีการจัดอิเล็กตรอนเปนลักษณะเฉพาะที่แบงไดตามคาบและ ตามหมูน ี้ จงึ เรียกวา โครงแบบอิเลก็ ตรอน มีลกั ษณะเปนพริ ิออดิกอยา งหนึง่ ดวย สําหรับกาซมีสกุล ทุกธาตุมีอิเล็กตรอนเต็มใน s- และ p-ออรบิทัล เชน He (1s2) Ne (2s2 2p6) Ar (3s2 3p6) - 7 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดริ์ ักษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ รูปที่ 3.6 การจัดเรยี งอเิ ล็กตรอนในตารางธาตุ ตวั อยางที่ 2 จงเตมิ ขอความตอ ไปนใี้ หส มบูรณ คาบที่ หมูท ่ี สญั ลักษณธ าตุ เลขอะตอม โครงแบบอเิ ล็กตรอน _____ _____ __________ 8 _________________ _____ _____ __________ 36 _________________ _____ _____ __________ 42 _________________ _____ _____ __________ 50 _________________ - 8 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดร์ิ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ 3.3 สมบัตขิ องธาตตุ ามหมแู ละตามคาบ 3.3.1 แรงดึงดดู ของนิวเคลยี ส (Zeff) บงบอกถงึ อเิ ล็กตรอนทอี่ ยูในชั้นนอกสดุ วาสามารถถูกดดู โดยประจุท่นี ิวเคลยี สไดม ากนอ ยเพยี งใด ทาํ ใหพบวา ถา จํานวนอเิ ล็กตรอนมากข้นึ แรงดงึ ดดู ของนิวเคลยี สจะมากข้ึน ดวย ทําให Zeff มากขึ้น Element รูปที่ 3.7 แรงดงึ ดูดภายในนิวเคลียส Atomic# Zeff Al Si P S Cl Ar 13 14 15 16 17 18 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ รูปท่ี 3.8 กราฟแสดงความสัมพันธระหวางขนาดอะตอมกับแรงดงึ ดดู ของนวิ เคลยี ส - 9 - นางสาวจตุภรณ สวัสดริ์ ักษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ 3.3.2 ขนาดอะตอม การพจิ ารณาแนวโนมของขนาดอะตอม หรอื เปรียบเทียบขนาดขงอะตอมสวนใหญใชคารัศมีอะตอม ซ่ึงอาจ ใชหนว ยเปนพิโกเมตร ( pm ) หรอื แองสตรอม ( A๐ ) ในการวดั รัศมีของอะตอม สามารถทาํ ไดห ลายวธิ ีดังน้ี 1. ถา อะตอมรวมตวั กันดวยพนั ธะโคเวเลนต เมือ่ วดั ระยะระหวา งนิวเคลยี สทั้งสองแลวหารดว ย 2 จะไดรัศมีอะตอมเรียกวา รัศมโี คเวเลนต รัศมีโคเวเลนต คอื ระยะทางครงึ่ หนึ่งของความยาวพนั ธะโคเวเลนต ระหวา งอะตอม ชนิดเดยี วกนั ความยาวพนั ธะ Cl-Cl = 198/2 = 99 pm ถาความยาวพันธะ C-Cl = 176 pm = 77 pm รัศมีอะตอมของ Cl = 99 pm ดังน้ันรัศมีอะตอมของ C = (176-99) 2. ถาโมเลกลุ สองโมเลกลุ ยดึ เหนี่ยวกันดวยแรงแวนเดอรว าลส ระยะระหวางนวิ เคลยี สของ อะตอมทงั้ สองของแตละโมเลกลุ หารดว ย 2 จะไดรศั มีอะตอมซง่ึ เรยี กวา รัศมีแวนเดอรว าลส รัศมีแวนเดอรว าลส คือระยะทางครงึ่ หนง่ึ ของระยะ ระหวางนิวเคลยี สของอะตอมท่ีอยูใกลท ่สี ดุ H2 Kr Kr รศั มแี วนเดอรว าลสของ Kr = 200 pm รศั มแี วนเดอรว าลสของ H = 120 pm - 10 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ กั ษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ 3. ถา วดั ระยะระหวางนวิ เคลยี สของอะตอมภายในผลึกของโลหะแลวหารดว ย 2 จะไดร ศั มอี ะตอม เรยี กวา Metallic radius เพราะอะตอมยดึ เหนยี่ วกนั ดวยพันธะโลหะ รศั มีอะตอมทีห่ าไดในแตละวธิ ีจะมคี า ไมเ ทา กันถึงแมวาจะเปนอะตอมของธาตเุ ดียวกันกต็ าม ความสัมพนั ธระหวา งขนาดอะตอมกับตารางธาตุ ถาพิจารณาธาตุทุก ๆ หมูและทุก ๆ คาบในตารางธาตุ อาจแสดงแนวโนมของขนาดอะตอมไดดังแผนภาพ ตอ ไปนี้ รปู ท่ี 3.9 ขนาดอะตอมตามตาราง จากแนวโนมดังกลาว จึงสามารถสรุปขนาดของอะตอมหรือรัศมีอะตอมของธาตุในหมูเดียวกัน และในคาบ เดยี วกันไดด งั น้ี ก. ธาตุในหมูเดยี วกัน เมอื่ เลขอะตอมเพม่ิ ขน้ึ ขนาดอะตอมจะใหญขนึ้ เพราะธาตใุ นหมเู ดยี วกนั เมอ่ื เม่ือเลขอะตอมเพ่ิมขึ้น จะมีจํานวนระดับพลังงานเพิ่มขึ้น แมวาจํานวนโปรตอนจะเพ่ิมขึ้นดวยก็ตาม แตแรงดึงดูดตอ เวเลนซอิเล็กตรอนมีนอย จึงทําใหขนาดใหญข้ึน กลาวไดวากรณีน้ีการเพิ่มระดับพลังงานมีผลมากกวาการเพ่ิมจํานวน โปรตอน ข. ธาตุในคาบเดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มข้ึน ขนาดอะตอมจะเล็กลง เนื่องจากธาตุในคาบเดียวกันมีจํานวน ระดับพลังงานเทากัน แตเมื่อเลขอะตอมเพิ่ม จํานวนโปรตอนจะเพิ่มข้ึนดวย แรงดึงดูดระหวางนิวเคลียสกับเวเลนซ อิเลก็ ตรอนเพมิ่ ขึ้น ขนาดจงึ ลดลง - 11 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวิชาการ

1A เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 3Li 2, 1 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ 11Na 2, 8, 1 19K 2, 8, 8, 1 7A 9F 2, 7 3.3.3 ขนาดไอออน 17Cl 2, 8, 7 35Br 2, 8, 18, 7 รูปท่ี 3.10 รัศมีไอออนของ Mg2+ และ O2- รศั มไี อออน คอื ระยะระหวา งนิวเคลียสของไอออนคูหนง่ึ ๆ ท่ีมีแรงยดึ เหน่ยี วซ่งึ กนั และกันในโครงผลกึ ก. ไอออนของโลหะ โลหะ e- 2, 8, 1 2, 8 อะตอม ⇒ เสีย e- → p > e- ⇒ ไอออนบวก → การเกดิ ไอออนบวกนนั้ ขนาดของไอออนเล็กกวาอะตอมเดมิ เพราะ 1) ระดับพลังงานลดลง 2) จํานวนโปรตอน > จํานวนอเิ ล็กตรอน ª สงผลให แรงดึงดูด Nucleus - e- มีคาสงู ª e- จึงเขา ใกลน วิ เคลยี สไดม าก → ขนาดจึงเลก็ ลง - 12 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดริ์ ักษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ พิจารณาขนาดของไอออนของโลหะในหมูแ ละในคาบเดียวกัน ดงั ตอไปน้ี ตาราง 3.3 เปรียบเทยี บขนาดของไอออนของโลหะในหมเู ดยี วกัน (หมู IIA) ธาตหุ มู เลขอะตอม ไอออน รศั มีไอออน (pm) รศั มีอะตอม (pm) IIA Be 4 Be2+ 31 111 Mg 12 Mg2+ 65 160 Ca 20 Ca2+ 99 197 Sr 38 Sr2+ 113 215 Ba 56 Ba2+ 135 217 ตาราง 3.4 เปรียบเทยี บขนาดไอออนของโลหะในคาบเดียวกัน (คาบที่ 3) ธาตุ Na Mg Al เลขอะตอม 11 12 13 ไอออน Na+ Mg2+ Al3+ รศั มีไอออน (pm) 95 65 50 รัศมีอะตอม (pm) 186 160 143 จะเห็นไดวา “ไอออนของโลหะในหมูเดียวกันจะมีขนาดใหญขึ้นเม่ือเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน” และ“ไอออนของโลหะใน คาบเดียวกนั จะมีขนาดเล็กลงเม่อื เลขอะตอมเพิม่ ขึ้น” ข. ไอออนของอโลหะ อโลหะ e- 2, 8, 7 2, 8, 8 อะตอม ⇒ รบั e- → e- > p ⇒ ไอออนลบ → การเกดิ ไอออนลบน้นั ขนาดของไอออนใหญกวา อะตอมเดิม เพราะ ª e- ทร่ี บั เพมิ่ เขามาจะผลักกบั e- เดมิ ทาํ ให e- อยูไกลจากนิวเคลียสมากข้นึ ª ขนาดไอออนจงึ ใหญข น้ึ - 13 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ พจิ ารณาขนาดของไอออนของอโลหะในหมูและในคาบเดียวกนั ดงั ตอ ไปนี้ ตาราง 3.5 เปรียบเทียบขนาดของไอออนของโลหะในหมูเดียวกัน (หมู VIIA) ธาตหุ มู เลขอะตอม ไอออน รัศมีไอออน (pm) รศั มีอะตอม (pm) VIIA F 9 F- 136 71 Cl 17 Cl- 181 99 Br 35 Br- 195 114 I 53 I- 216 133 ตาราง 3.6 เปรียบเทยี บขนาดไอออนของโลหะในคาบเดยี วกนั (คาบท่ี 3) ธาตุ P S Cl เลขอะตอม 15 16 17 ไอออน P3- S2- Cl- รศั มีไอออน (pm) P 184 181 212 รัศมอี ะตอม (pm) 110 102 99 จะเหน็ ไดว า “ไอออนของอโลหะในหมเู ดียวกัน จะมขี นาดใหญข นึ้ เมอื่ เลขอะตอมเพ่ิมขึ้น” และ “ไอออนของโลหะในคาบ เดยี วกนั จะมขี นาดเลก็ ลง เมือ่ เลขอะตอมเพมิ่ ขึน้ ” จะเห็นไดวา ท้ังไอออนของโลหะและอโลหะในหมูเดียวกัน จะมีขนาดใหญข้ึน เม่ือเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน สาํ หรบั ไอออนในคาบเดียวกัน ถาพิจารณาแยกกันระหวางโลหะกับอโลหะ จะมีแนวโนมเปนอยางเดียวกันคือมีขนาด เลก็ ลง เม่อื เลขอะตอมเพม่ิ ขึ้น แตเ ม่ือมาพิจารณารวมกันแนวโนม ของขนาดจะไมเปน ดงั ทกี่ ลาวแลว ตาราง 3.7 เปรยี บเทยี บขนาดของไอออนของธาตใุ นคาบที่ 3 ธาตุ Li Be B C N O F เลขอะตอม 34 5 6 7 8 9 ไอออน Li+ Be2+ B3+ C4- N3- O2- F- รัศมีไอออน (pm) 68 31 20 260 171 140 136 รัศมีอะตอม (pm) 152 111 79 77 74 73 71 - 14 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดร์ิ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหิดลวทิ ยานสุ รณ เม่อื เขยี นแผนภาพแสดงขนาด จะไดแ นวโนมของการเปล่ียนแปลงดงั น้ี รูปที่ 3.11 แนวโนมขนาดของไอออนในคาบเดียวกนั เปรยี บเทียบกบั ขนาดอะตอม ค. ไอออนที่มจี าํ นวนอิเล็กตรอนเทากัน พจิ ารณาขนาดของไอออนตางๆ ทม่ี จี ํานวนอิเล็กตรอนเทา กนั ทงั้ ไอออนบวกและไอออนลบ ดังตอ ไปน้ี ตาราง 3.8 แสดงขนาดของไอออนตางๆ ทีม่ ี 10 อเิ ลก็ ตรอนเทา กัน เลขอะตอม 6789 11 12 13 ไอออน C4- N3- O2- F- Na+ Mg2+ Al3+ จาํ นวนอิเล็กตรอน 10 10 10 10 10 10 10 รศั มีไอออน (pm) 260 171 140 136 98 65 45 จากตาราง จะเห็นไดวา ขนาดของไอออนท่ีมี 10 อิเล็กตรอนเทากัน เรียงลําดับจากใหญไปหาเล็กไดดังน้ี C4- > N3- > O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+ ทาํ ใหส รปุ ไดด ังนี้ “สาํ หรับไอออนทม่ี จี าํ นวนอเิ ลก็ ตรอนเทา กันไอออนทม่ี ปี ระจุลบมากทส่ี ดุ จะมี ขนาดใหญทสี่ ดุ ขณะทีไ่ อออนทม่ี ีประจบุ วกมากท่ีสดุ จะมขี นาดเล็กท่ีสดุ ” 3.3.4 พลงั งานไอออไนเซชัน พลงั งานที่ใชดึง e- หลดุ ออกจาก + อะตอมในสถานะกา ซ Na(g) Na+ + e- (ดูดความรอ น) IE สูง ⇒ อะตอมใดมีขนาดเล็ก จะทําใหดึง e- ออกยาก ⇒ IE ตํา่ ⇒ อะตอมใดมีขนาดใหญ จะทําใหด งึ e- ออกงา ย ⇒ - 15 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดร์ิ ักษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวทิ ยานสุ รณ ก. ธาตุในหมูเดียวกัน คา IE1 จะลดลงเม่ือเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ทั้งน้ีเพาะธาตุในหมูเดียวกัน เม่ือเลขอะตอม เพ่ิมข้ึนขนาดของอะตอมจะใหญขึ้น การดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมขนาดใหญ (ซึ่งมีแรงดึงดูดระหวาง อิเล็กตรอนระดับนอกกับนิวเคลียสนอย) ยอมงายกวาการดึงอิเล็กตรอนจากอะตอมเล็ก (ที่มีแรงดึงดูดระหวาง อิเล็กตรอนระดับนอกกับนิวเคลียสมาก) ข. ธาตุในคาบเดียวกัน คา IE1 จะเพิ่มข้ึนเม่ือเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน ทั้งน้ีเพราะขนาดอะตอมเล็กลงการดึงดูด ระหวางอเิ ลก็ ตรอนระดับนอกกับนิวเคลียสเพิ่มข้ึน การดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมทําไดยากข้ึน คาพลังงานไอออ ไนเซชนั จึงสงู ข้ึน จะเห็นไดวาธาตุในหมูเดียวกันเมื่อเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน คา IE1 ลดลงตามลําดับ แตธาตุในคาบเดียวกัน เม่ือเลข อะตอมเพ่ิมข้ึน คา IE1 สวนใหญเพ่ิมขึ้น แตมีบางธาตุคา IE1 ลดลงอยางไรก็ตามเมื่อพิจารณาโดยรวม ก็จะพบวาใน คาบเดยี วกันเมือ่ เลขอะตอมเพิม่ ขน้ึ คา IE1 มีแนวโนมเพม่ิ ข้ึน แนวโนมของคา IE ในตารางธาตุ IE เพ่ิม พจิ ารณา Mg → Mg++ e- IE1 IE Mg → Mg2++ e- IE2 ลด IE1 > IE2 ตามหมู ⇒ ระดับพลงั งานมากขนึ้ ⇒ e- อยไู กล Nu มาก ⇒e- หลดุ งาย ; IE ตาํ่ ตามคาบ⇒ จํานวนประจบุ วกเพิ่มมากขนึ้ ⇒ e- ถกู ดงึ ดูดมาอยูใ กล Nu ไดม าก ⇒ e- หลดุ ยาก ; IE สงู ª คา IE พจิ ารณาความเปน โลหะได ⇒ โดยโลหะทีด่ จี ะเสยี e- ไดงาย ⇒ IE ต่ํา ขอยกเวน N Be O IE B IE Mg P Al S เลขอะตอม - 16 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานสุ รณ จากกราฟ ⇒ แสดงคา IE ของธาตใุ นคาบ 2 และ 3 ซงึ่ พบวา คา IE ไมไ ดเพิม่ ข้นึ เสมอไป ª ท้ังนขี้ น้ึ กับการจดั เรยี ง e- ในอะตอม 4Be เสถยี ร (เต็ม field) 5B 2s 2p ª Be มี e- บรรจอุ ยูเต็ม field จงึ เสถียร (ไมชอบเสีย e- ; IE สงู ) ª สาํ หรับ B หากเสยี e- ไป 1 ตวั จะทาํ ใหอยใู นรูปแบบท่เี สถยี รเต็ม field ดงั น้นั B จึงชอบเสยี e- (IE ตาํ่ ) 7N เสถียร (half field) 6O 2p 2s ª N มี e- บรรจแุ บบ half field จงึ เสถยี ร (IE สงู ) ª สว น O หากเสียe- ไป 1 ตัว จะทาํ ใหอ ยใู นรูปแบบทีเ่ สถียรขน้ึ เปน half field ดังนัน้ O จงึ ชอบเสยี e- (IE ตํ่า) รปู ท่ี 3.12 แนวโนมพลงั งานไอออไนเซชนั ตามตารางธาตุ 3.3.5 อเิ ล็กตรอนอฟั ฟนติ ี อิเล็กตรอนอัฟฟนิตี (Electron affinity) หมายถึง พลังงานท่ีคายออกมาเม่ืออะตอมที่เปนกลางในภาวะกาซ รับอเิ ล็กตรอน 1 ตัว กลายเปน ไอออนลบในสภาวะกาซ ดังสมการ X (g) + e- → X- (g) + พลังงาน - 17 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดร์ิ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ พลังงานนี้คือ พลังงานอเิ ลก็ ตรอนอฟั ฟนิตีน่ันเอง Cl(g) + e- พลังงานทอ่ี ะตอมคาย ออกมาหลังจากรับ e- Cl- แนวโนมของคา EA ในตารางธาตุ รบั e- งา ย ยาก EA สูง EA ต่าํ ⇒ อะตอมท่ีมขี นาดใหญ จะรับ e- ไดไ มด ี เพราะ e- ท่รี บั เขา มาใหมจ ะไดรับแรงดึงดูดจาก Nucleus ไดน อย จึงพรอมทจ่ี ะหลุดออกไปอีกไดงา ย ∴ EA จะต่ํา ⇒ แตถาอะตอมขนาดเล็ก จะรบั e- ไดดี เพราะ e- ทเ่ี ขา มาใหมจ ะถกู ดงึ ดดู ดว ย Nucleus ไดมาก ∴ EA จะ สงู ก. ธาตุในหมเู ดยี วกัน คาสมั พรรคภาพอิเล็กตรอนลดลงจากบนลงลาง เพราะธาตุขางบนมีขนาดเล็กกวาธาตุ ขางลาง จึงมีแรงดึงดูดระหวางประจุบวกที่นิวเคลียสกับอิเล็กตรอนท่ีเพ่ิมเขาในอะตอมไดมากกวา ระยะทางจาก นวิ เคลียสถงึ ขอบเขตของอะตอมส้ันกวาอะตอมที่มีขนาดใหญที่อยูขางลางของหมู ธาตุขางบนรับอิเล็กตรอนไดดีกวา ธาตุขางลา ง EA จึงมากกวา ข. ธาตุในคาบเดียวกัน คาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเพิ่มข้ึนจากซายไปขวาของตารางธาตุ เพราะธาตุทางขวามี ขนาดเล็กกวา ธาตุทางซา ยมอื จะรบั e- ไดดกี วา e- ที่เขามาใหมจ ะถูกดึงดดู ดวย Nucleus ไดมาก EA จะ สูง - 18 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดริ์ กั ษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวทิ ยานสุ รณ รูปที่ 3.13 คา สมั พรรคภาพอิเล็กตรอนในตารางธาตุ หนวยของพลังงานอิเล็กตรอนอัฟฟนิตีจะเหมือนกับพลังงานไอออไนเซชันคือ kJ/mol หรือ หนวยท่ีใหญ กวา MJ/mol และหนว ยที่เลก็ กวาคือ eV ธาตุที่มีอิเล็กตรอนอัฟฟนิตีสูง จะคายพลังงานออกมามากเม่ือรับอิเล็กตรอนเขาไป ทําใหเกิดไอออนลบที่มี ความเสถียรมาก ดังนั้นอิเล็กตรอนอัฟฟนิตีจึงใชทํานายความสามารถในการเปนไอออนลบ กลาวคือ ธาตุที่มี อเิ ลก็ ตรอนอัฟฟน ิตีสูง จะสามารถเกดิ เปน ไอออนลบไดง า ยกวาธาตทุ มี่ ีอิเลก็ ตรอนอฟั ฟน ติ ีตา่ํ ปจ จยั ท่ีมผี ลตอ คา อเิ ล็กตรอนอัฟฟน ิตี เหมือนกับปจจัยท่ีมีผลตอพลังงานไอออไนเซชันและอิเล็กโทรเนกาติวิตี คือข้ึนอยูกับขนาดของอะตอมและ ประจุในนิวเคลยี ส ก. ขนาดของอะตอม อะตอมที่มีขนาดเล็ก จะมีอเิ ลก็ ตรอนอัฟฟน ิตีมากกวา อะตอมทม่ี ีขนาดใหญ ข. ประจุในนิวเคลียส อะตอมท่ีมีประจุในนิวเคลียสมาก จะมีอิเล็กตรอนอัฟฟนีตีมากกวาอะตอมท่ีมีประจุใน นวิ เคลยี สนอย ปจจัยเกีย่ วกับขนาดของอะตอมจะมผี ลตออิเล็กตรอนอัฟฟน ติ มี ากกวาประจุในนิวเคลยี ส ขอยกเวน 1) ธาตุในคาบที่ 2 จะมคี า EA นอ ยกวา คาบท่ี 3 เพราะขนาดของอะตอมในคาบท่ี 2 จะเลก็ มาก ทําใหe - ท่รี ับเขา ไปใหมเ กดิ แรงผลักกับ e- เดมิ ไดงาย ทําใหอ ะตอมไมเสถยี ร ดังน้นั EA จะต่าํ เพราะอะตอมไมชอบทีจ่ ะรับ e- 2) ธาตใุ นหมู 4A มี EA มากกวาหมู 5A เพราะการจดั เรียง e- เชน 6C half field 7N 2p 2s - 19 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ ª N มกี ารจดั เรียง e- ท่เี สถียร (half field) จงึ ไมช อบรบั e- ∴ EA ตาํ่ ª สว น C ชอบรับ e- เพราะเม่ือรับ e- เขา มา 1 ตัว จะทําใหเ สถียรขน้ึ ∴ EA สงู 3.3.6 อิเลก็ โตรเนกาติวติ ้ี (EN) อิเล็กโตรเนกาติวิต้ี ( Electronegativity ) เปนคาสมมติท่ีแสดงความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคูรวม พันธะ (V e-) จาก Nucleus H2 ⇒ F2 ⇒ e- ครู ว มพนั ธะ EN ตํ่า EN สงู ª e- ครู ว มพนั ธะของอะตอมท่มี ขี นาดเล็ก จะไดร ับแรงดึงดดู จาก Nucleus มาก ∴ EN สูง ª สว น e- คูรว มพันธะของอะตอมท่มี ีขนาดใหญ จะไดรับแรงดงึ ดดู จาก Nucleus นอย ∴ EN ตา่ํ อะตอมท่ีมีสภาพไฟฟาลบมาก จะดึงอิเล็กตรอนท่ีใชรวมกันในการเกิดพันธะโคเวเลนตเขาหาตัวเองได มากกวา ไดมีผูหาคาสภาพไฟฟาลบไวหลายแบบ แตที่นิยมใชอางอิงมากที่สุด คือ ของพอลิง ( linus Pauling ) โดย กําหนดใหฟลูออรีนมีคาสภาพไฟฟาลบมากที่สุด คือ เทากับ 4.0 และซีเซียม ( Cs ) มีสภาพไฟฟาลบนอยท่ีสุด คือ เทากับ 0.7 คาอิเล็กโตรเนกะติวิตีตามตารางของพอลิงคํานวณจากการใชพลังงานพันธะ ซึ่งพอลิงไมไดกําหนดคา สาํ หรบั แกส เฉื่อยหรือแกสมีตระกลู ทงั้ น้เี น่อื งจากแกสเหลา นโี้ ดยปกติไมเกิดสารประกอบ พจิ ารณาคา อิเลก็ โตรเนกาติวติ ขี องธาตใุ นตาราง จะเห็นแนวโนม อยา งเดน ชัดซ่งึ พอสรปุ ไดวา ก. ธาตุหมูเดียวกัน คา EN จะลดลงจากบนลงลาง เพราะขนาดอะตอมใหญข้ึนทําใหนิวเคลียสมีโอกาส ดึงดูดอเิ ล็กตรอนไดน อยกวา อะตอมทมี่ ีขนาดเล็ก EN จึงตํา่ ลง ข. ธาตุในคาบเดียวกัน คา EN จะเพิ่มขึ้นจากซายไปขวา เพราะขนาดอะตอมเล็กลงทําใหไดรับแรงดึงดูด จากนิวเคลียสมากกวา อะตอมทมี่ ีขนาดใหญ EN จึงสงู ข้ึน - 20 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดริ์ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานสุ รณ รปู ที่ 3.14 คา อเิ ลก็ โตรเนกาตวิ ติ ขี องธาตใุ นตารางธาตุ 3.3.7 การหลอมเหลวและกลายเปนไอ การหลอมเหลวและกลายเปนไอเปนการใชพลังงานความรอนแยกโมเลกุลที่จัดตัวเปนระเบียบใผลึกใหหาง จากกัน เคล่ือนท่ไี ปมาไดบ า งจนถึงแยกจากกนั โดยเดด็ ขาดในสภาวะกาซ ในกรณีทีธ่ าตมุ ีโครงสรางเปนโมเลกุลเดี่ยว พลังงานความรอนจะไปทําลายแรงแวนเดอรวาลสซึ่งออน ธาตุกลุมนี้จึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดคอนขางตํ่า แต จะสงู ข้ึนเมอ่ื โมเลกลุ มีขนาดใหญข ึน้ แตถาเปนโลหะหรือพวกโครงรางตาขาย ความรอนที่ใชตองไปทําลายพันธะโลหะหรือพันธะโคเวเลนต ตามลาํ ดบั จงึ ตอ งใชพลงั งานมากกวา โลหะทรานซิชันเปนกลุมท่ีมีจุดเดือดสูงมาก รองลงมาก็ไดแกกลุมโครงรางตา ขาย แนวโนมของการเปลี่ยนแปลงจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของธาตุตาง ๆ ในตารางธาตุตามหมูและคาบซ่ึงพอ สรุปไดดังน้ี - ธาตใุ นหมูเดยี วกัน ก. โลหะในหมูเดียวกัน คือ หมู IA , IIA, และ IIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโนมลดลง เม่ือเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน” เนื่องจากความแขง็ แรงของพันธะโลหะลดลง เพราะมีขนาดอะตอมใหญขึน้ ข. อโลหะในหมูเดียวกัน คือ หมู VIA , VIIA, และ VIIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโนมเพิ่มข้ึน เมื่อเลขอะตอมเพ่ิมขึ้น” เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลคือแรงวันเดอรวาลสเพ่ิมขึ้น เพราะมวลโมเลกุลและ ขนาดโมเลกลุ เพม่ิ ขนึ้ หมายเหตุ สําหรับธาตุหมู IVA และ VA จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโนมของการเปล่ียนแปลงไมชัดเจน เน่ืองจากมโี ครงสรางและแรงยึดเหนยี่ วระหวา งอะตอมท่แี ตกตางกัน - 21 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ - ธาตุในคาบเดียวกัน ก. โลหะในคาบเดียวกัน คือ โลหะในหมู IA , IIA, และ IIIA ในคาบตางๆ “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมี แนวโนมสงขึ้น เมื่อเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน” เน่ืองจากมีพันธะโลหะท่ีแข็งแรงมากข้ึน ทั้งน้ีเพราะอะตอมมีขนาดเล็กลง และมจี ํานวนเวเลนตอ เิ ล็กตรอนเพม่ิ ขนึ้ ข. อโลหะในคาบเดียวกัน คือ อโลหะ หมู VA, VIA , VIIA, และ VIIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมี แนวโนมลดต่ําลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มข้ึน” เน่ืองจากแรงยึดเหน่ียวระหวางโมเลกุลคือ แรงวันเดอรวาลสมีคาลดลง เพราะขนาดของโมเลกุลเล็กลง โดยเฉพาะกาซเฉื่อยเปนกาซประเภทโมเลกุลเดี่ยว และมีขนาดเล็ก มีจุดหลอมเหลว และจดุ เดือดต่ํามาก อาจแสดงแนวโนมของการเปล่ียนแปลงจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของธาตุตางๆ ตามหมูและตามคาบ (ยกเวน ธาตแุ ทรนซิชนั และธาตุบางธาตุ) ไดดังแผนภาพตอไปน้ี รปู ท่ี 3.15 การเปรียบเทยี บจุดหลอมเหลวและจุดเดอื ดของธาตเุ รพรเี ซนเตตฟิ ตามคาบและตามหมู 3.3.8 การนําไฟฟาและความรอ น ธาตุบริสุทธ์ิสามารถนําไฟฟาและความรอนไดถามีอิเล็กตรอนอิสระ สมบัติขอน้ีใชแบงธาตุออกเปนโลหะ อโลหะ และกง่ึ โลหะ โดย • โลหะ เปนตัวนําที่ดี มีความสามารถในการนําไฟฟาสูงกวา 1 x 10-4 ohm-1 cm-1 และการนําไฟฟาจะลดลง เมื่ออณุ หภมู สิ งู ขึ้น • อโลหะ เปนฉนวนมคี วามตานทานสูงมาก • กึ่งโลหะ นําไฟฟาไดเล็กนอ ย แตจะนาํ ไฟฟาไดด ขี ้นึ เมอ่ื อณุ หภูมิสูงข้นึ - 22 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดร์ิ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหิดลวทิ ยานสุ รณ 3.3.9 เลขออกซิเดชัน เลขออกซิเดชัน ( Oxidation Number ) เปนตัวเลขเพ่ือแสดงคาประจุไฟฟาหรือประจุไฟฟาสมมติของไอออน หรอื อะตอมของธาตุ ซึง่ สว นใหญเ ปน เลขจํานวนเตม็ รวมทง้ั ศนู ยแ ละอาจมเี ครื่องหมายเปนบวกหรอื ลบก็ได ธาตุหมูตาง ๆ เม่ือเกิดสารประกอบมักจะแสดงเลขออกซิเดชันท่ีมีคาเทากับเลขหมูน้ัน โดยเฉพาะธาตุกลุม s หมู IA และ IIA มีเลขออกซิเดชนั เปน +1 และ +2 ตามลําดับ แตธาตุในกลุมอื่น ๆ สวนใหญจะมีเลขออกซิเดชัน มากกวา 1 คา โลหะในกลุม p เชน หมู IIIA, ธาตุหนักในหมู IVA จะมีเลขออกซิเดชันสองคาหางกัน 2 หนวย ซึ่ง สอดคลองกบั การจัดเวเลนซอิเล็กตรอนแบบ ns2npx เชนโลหะหมู IIIA (ns2 np1) อาจมีเลขออกซิเดชันเปน +1, +3 ธาตุที่หนักขึ้น เลขออกซิเดชันคาตํ่าจะเสถียรมากขึ้น เชน ในหมู IIIA Al มีเพียง +3 In มีทั้ง +1 และ +3 Tl สว นใหญจ ะเปน +1 โลหะในกลุม d และ f สวนมากจะมีเลขออกซเิ ดชันหลายคา หางกนั 1 หนวย หรือมาก กวา ท้ังนี้เนื่องจากธาตุเหลานี้มีหลายเวเลนซอิเล็กตรอน และพลังงานไอออไนเซชันลําดับตาง ๆ มีคาไมตางกันมาก นกั แนวโนมท่ีตา งกบั โลหะกลมุ p อกี ประการหนึง่ คือ ธาตทุ ่ีหนักข้ึนมกั แสดงเลขออกซเิ ดชันคาสูงมากกวาคาต่ํา สาํ หรบั อโลหะ ถาปรากฏเปน ไอออนลบในสารประกอบมกั แสดงเลขออกซิเดชนั คาเดียว คือ เทากับจํานวนอิเล็กตรอนที่รับเขามาเพ่ือใหเปนไปตามกฎออกเตต เชน Cl- , S2- , O2- แตถาเกิดเปนสารประกอบ โคเวเลนซก็อาจมเี ลขออกซิเดชนั คา บวกหรือลบไดแลวแตวา สรางพันธะกับธาตใุ ด ในการกาํ หนดตัวเลขออกซเิ ดชันจะตอ งมีการตกลงกนั กอ นวา จะตอ งมกี ฎเกณฑอยา งเดยี วกนั กฎดังกลาวคอื 1. อะตอมของธาตุตาง ๆ ในสภาวะอิสระ ไมวาจะอยูในรูปที่เปนอะตอมเดียว หรือโมเลกุล จะมีเลข ออกซเิ ดชันเทา กับศูนย เชน Na Be He O2 S8 2. ไอออนที่มอี ะตอมเดี่ยวเลขออกซิเดชันจะมีคา เทา กับประจุของไอออนน้ัน เชน Na+ มีเลขออกซเิ ดชนั เทากบั +1 Be2+ มเี ลขออกซิเดชนั เทากบั +2 O2- มเี ลขออกซิเดชัน เทา กบั -2 3. เลขออกซเิ ดชันของโลหะอัลคาไล ( หมู IA ) และโลหะอัลคาไลนเอิรท ( หมู IIA ) ในสารประกอบตาง ๆ มคี า เทากับ +1 และ +2 ตามลําดบั 4. เลขออกซิเดชนั ของออกวเิ จนในสารประกอบสวนมาก มีคาเทากับ -2 ยกเวน ในกรณี • สารประกอบเปอรออกไซด เชน H2O2 และ Na2O2 ⇒ ออกซเิ จนมเี ลขออกซเิ ดชัน -1 • สารประกอบซุปเปอรอ อกไซด เชน KO2 ⇒ ออกซเิ จนมีเลขออกซเิ ดชนั -1/2 • สารประกอบ OF2 ⇒ ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชนั +2 - 23 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดริ์ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ 5. เลขออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบสวนมากมีคาเทา กับ +1 ยกเวน ในสารประกอบ พวกไฮไดรดไ อออนกิ ซง่ึ ไฮโดรเจนมีคาเลขออกซเิ ดชนั เทากับ -1 เชน LiAlH4 และ NaBH4 6. ผลรวมทางพชี คณติ ของเลขออกซิเดชนั ของอะตอมทั้งหมดในสตู รเคมีใด ๆ จะมคี าเทากบั ประจสุ ําหรบั กลุมของอะตอมท่ีเขียนแสดงในสูตรนั้น ๆ เชน ผลรวมของเลขออกซิเดชันของ KMnO4 เทากับ 0 ผลรวมของเลข ออกซิเดชนั ของ NO3- เทา กับ -1 ตัวอยางเลขออกซิเดชันของ N รปู ที่ 3.16 คาเลขออกซเิ ดชนั ท่แี ตกตางกนั ของไนโตรเจน ตวั อยางท่1ี จงหาเลขออกซเิ ดชันธาตุทขี่ ดี เสน ใตต อไปนี้ 6) CO32- 7) OF2 1) Na2S 8) H2O2 2) HClO4 9) CH3OH 3) NaBrO3 10) S8 4) NO3- 5) (NH4)2SO4 - 24 - นางสาวจตุภรณ สวัสดริ์ ักษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหิดลวทิ ยานสุ รณ 3.4 สมบัติของธาตแุ ละสารประกอบตามคาบ 3.4.1 สารประกอบคลอไรดแ ละออกไซดข องโลหะและอโลหะ สารประกอบคลอไรด จากการจัดธาตุเปน 2 ประเภท คือ โลหะและอโลหะ ทําใหสามารถแบง สารประกอบคลอไรดอ อกเปน 2 กลุมใหญ ๆ คือ คลอไรดข องโลหะและคลอไรดข องอโลหะดังน้ี ก. คลอไรดข องโลหะ ไดแ ก LiCl , BeCl2 , NaCl , MgCl2 , AlCl3 , KCl ,และ CaCl2 ข. คลอไรดของอโลหะ ไดแ ก HCl , BCl3 , CCl4 , NCl3 , Cl2O , ClF , PCl5 , SiCl4 และ SCl2 นอกจากจะแบงสารประกอบคลอไรดเปน 2 กลุมใหญ ๆ ดังกลาวแลว ยังสามารถแบงเปนกลุมยอยไดอีก เพ่ือใหการจัดหมวดหมูมีความสมบูรณมากท่ีสุด โดยใชสมบัติของสารประกอบคลอไรด เชน สถานะ จุด หลอมเหลว ความเปน กรดเบสของสารละลายเปนตน เม่ือใชค วามเปน กรด - เบสของสารละลาย จะแบง กลมุ ยอยไดด งั น้ี ก. คลอไรดของโลหะ สารละลายเปนกรด ไดแก AlCl3 , BeCl2 สารละลายเปนกลาง ไดแ ก LiCl , NaCl , MgCl2 , KCl ,และ CaCl2 สารละลายเปน เบส - ข.คลอไรดข องอโลหะ สารละลายเปน กรด ไดแ ก HCl , BCl3 , Cl2O , ClF ,PCl5 , SiCl4 และ SCl2 สารละลายเปนกลาง ไดแก - สารละลายเปนเบส ไดแก - เมอ่ื ใชส ถานะและจุดหลอมเหลวจะแบงกลมุ ยอ ยได ตาราง 3.9 การแบงสารประกอบคลอไรดเ ปนกลุมโดยใชจุดหลอมเหลว คลอไรดท เี่ ปน ของแข็งและมจี ดุ คลอไรดท่ีเปน ของแขง็ และมจี ุด คลอไรดท่เี ปน ของเหลวหรือกาซ และมจี ดุ หลอมเหลวตํา่ หลอมเหลวสงู หลอมเหลวคอ นขางสูง สตู ร จุดหลอมเหลว (0C) สตู ร จุดหลอมเหลว (0C) สตู ร จุดหลอมเหลว (0C) SCl2 -80 LiCl 610 AlCl3 198 CCl4 -23 NaCl 801 PCl5 148 ClF -154 KCl 770 Cl2O -20 BCl3 -107 BeCl2 405 MgCl2 712 - 25 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดริ์ กั ษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวทิ ยานสุ รณ จากตารางเมอ่ื พจิ ารณาคลอไรดข อง 20 ธาตแุ รก จะพบวา ก. คลอไรดที่เปนของแขง็ และมีจุดหลอมเหลวสงู คือ คลอไรดข องโลหะ ข. คลอไรดที่เปนของเหลวและกาซซง่ึ มีจุดหลอมเหลวตํ่า คอื คลอไรดของอโลหะ เมื่อนําคลอไรดมาจัดรวมกันเปนหมวดหมู โดยจัดคลอไรดที่มีสูตรชนิดเดียวกันและสมบัติเชน ความเปน กรดเบส และจดุ หลอมเหลวคลา ยกันอยูใ นชอ งแนวด่งิ เดียวกันจะไดด ังน้ี ตาราง 3.10 การจดั กลมุ สารประกอบคลอไรดโ ดยใชสมบตั ิเปนเกณฑ HCl He LiCl BeCl2 BCl3 CCl4 NCl3 OCl2 FCl Ne NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5 SCl2 Cl-Cl Ar KCl CaCl2 จะเห็นไดวาเม่ือจัดกลุมธาตุโดยใชสูตรและสมบัติของสารประกอบคลอไรดเปนเกณฑ จะจัดกลุมธาตุได 8 กลุม ตามแนวดิ่ง ซ่ึงสวนใหญจะสอดคลองกับการจัดกลุมธาตุโดยใชความเปนโลหะ ความแข็งและความไวเปน เกณฑ แตก็มีบางธาตุท่ีเปลี่ยนไปอยูในกลุมใหม เชน K Al B Si O บางธาตุท่ีจัดกลุมไมได เม่ือพิจารณาสมบัต คลอไรดกํสามารถจัดอยูในกลุมเดียวกันได เชน P กับ N และ S กับ C ถาเรียงตามมวลอะตอม จะตองแยก Ar ออกจาก He และ Ne ซง่ึ ก็แสดงวาการใชม วลอะตอมเปน เกณฑใ นการจดั กลุมยังมปี ญ หาอกี บางสว น ทาํ ใหตองหา วิธกี ารอน่ื ๆ อีกตอไป ประโยชนข องสารประกอบคลอไรด • CaCl2 ใชในเครอื่ งทําความเยน็ ในอตุ สาหกรรมหอ งเยน็ ใชทําฝนเทียม • KCl ใชท ําปยุ • NH4Cl ใชเ ปนอิเลก็ โทรไลตข องเซลลถ านไฟฉาย ใชเ ปน นาํ้ ประสานดีบกุ • ปูนคลอรีน ใชเปนสารฟอกสหี รือฟอกขาวเยือ่ กระดาษ ใชฆาแบคทีเรียในนาํ้ ประปาและในสระวายน้ํา • DDT และดีลดรนิ ใชเ ปนยาฆาแมลง กําจดั ศัตรูพชื • เกลือแกง ใชปรุงแตงอาหาร ถนอมอาหาร และใชเปนสารต้ังตนในการผลิต NaHCO3 (โซดาทําขนม) Na2CO3 (โซดาแอช) NaOH (โซดาไฟ) และ HCl นอกจากนยี้ ังใชล ะลายนํา้ แขง็ ในหมิ ะ • CCl4 และ CHCl3 ใชเ ปน ตัวทาํ ละลายในการสกดั สารอินทรยี  - 26 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ สารประกอบออกไซด เชนเดียวกับสารประกอบคลอไรดท่ีผานมาแลว สามารถใชสมบัติบางประการ เชน การละลายน้ํา ความเปนกรดหรือเบสของสารละลาย สูตรของสารประกอบ ฯลฯ มาเปนเกณฑในการจัดหมวดหมู ของธาตุ โดยในขั้นแรกจะแบง ธาตุออกเปน กลุม ใหญ ๆ คือ ออกไซดของโลหะและอโลหะกอน แลวจึงใชสมบัติอื่น ๆ แบงออกเปนกลมุ ยอย เมื่อใชความเปนโลหะและอโลหะเปนเกณฑ จะแบงสารออกไดเปน 2 กลุมดังน้ี ก. ออกไซดของโลหะ เชน Li2O , BeO , Na2O , MgO , Al2O3 , K2O , CaO ข. ออกไซดของอโลหะ เชน H2O , CO2 , N2O5 , F2O , P2O5 , SO2 , Cl2O ในการแบงกลมุ ยอ ยอาจจะใชสมบตั คิ วามเปนกรดเบสของสารละลายหรือจุดหลอมเหลว เชน ก. ออกไซดข องโลหะ สารละลายเปน กรด - สารละลายเปนเบส ไดแ ก Li2O , Na2O , MgO , K2O และ CaO สารละลายเปน กลาง ไดแก - พวกไมล ะลายน้ํา ไดแ ก BeO , Al2O3 B2O3 , SiO2 ข. ออกไซดข องอโลหะ สารละลายเปน กรด ไดแ ก CO2 , N2O5 , F2O , P2O5 , SO2 และ Cl2O สารละลายเปน เบส ไดแก - สารละลายเปนกลาง ไดแ ก H2O พวกไมล ะลายน้ํา ไดแ ก - เมื่อใชจ ดุ หลอมเหลวเปน เกณฑจะไดก ลมุ ยอยดังน้ี ตาราง 3.11 การแบงสารประกอบออกไซดเ ปน กลุมโดยใชจ ุดหลอมเหลวเปนเกณฑ ออกไซดท ่เี ปน ของแขง็ และมีจุด ออกไซดทเ่ี ปน ของแข็งและมจี ุด ออกไซดท่ีเปน ของเหลวหรือ หลอมเหลวสูง หลอมเหลวคอ นขา งสงู กาซและมจี ุดหลอมเหลวตา่ํ สตู ร จดุ หลอมเหลว (0C) สูตร จดุ หลอมเหลว (0C) สูตร จดุ หลอมเหลว (0C) Li2O 1700 K2O 350 H2O(l) 0 Na2O 1275 B O2B 3 460 CO2(g) -57 BeO 2530 P2O5 580 N2O5(g) -102 MgO 2800 F2O(g) -218 CaO 2580 P2O5(g) -224 Al2O3 2045 SO2(g) -73 Cl2O(g) -20 - 27 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ จะเห็นไดวาออกไซดท่ีเปนของแข็งมีจุดหลอมเหลวสูง จะเปนพวกออกไซดของโลหะและออกไซดท่ีเปน ของเหลวและกา ซและมจี ดุ หลอมเหลวตาํ่ จะเปนออกไซดข องพวกอโลหะ โดยสรปุ ขอ แตกตา งระหวา งออกไซดของโลหะและอโลหะ ก. ออกไซดของโลหะ มีสถานะเปนของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวคอนขางสูง พวกที่ละลายนํ้าไดสารละลายจะ แสดงสมบตั เิ ปน เบส เปลยี่ นสีกระดาษลิตมสั จากแดงเปน น้าํ เงนิ ข. ออกไซดของอโลหะ มีสถานะเปนไดท้ังของแข็ง ของเหลวและกาซ สวนมากมีจุดหลอมเหลวคอนขาง ต่าํ พวกทีล่ ะลายนา้ํ ไดส ารละลายจะแสดงสมบตั ิเปนกรด เมื่อนําสารประกอบออกไซดมาจัดเรียงเปนหมวดหมู โดยจัดพวกท่ีมีสมบัติคลายกันอยูในแนวดิ่งเดียวกัน เชนพวกที่มีสูตรโมเลกุลอยางเดียวกัน ความเปนกรด - เบสของสารละลายและจุดหลอมเหลวท่ีมีแนวโนมเหมือนกัน จะไดด ังน้ี ตาราง 3.12 การจัดกลมุ สารประกอบออกไซดใชสมบัตเิ ปน เกณฑ Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5 O2 H2O He Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO2 F2O Ne K2O CaO Cl2O Ar จะเห็นไดวาการจัดกลุมของสารประกอบออกไซด คลายคลึงกับสารประกอบคลอไรด ยกเวน H เม่ือเปน H2O จะมีสมบัติแตกตางจาก F2O และ Cl2O แมวาจะมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แสดงวา H กับ F และ Cl ไม ควรจดั อยใู นกลุมเดยี วกนั แตจ ะจดั อยูใ นกลมุ ใดน้นั นกั เรียนจะไดศ ึกษาตอ ไป สารประกอบออกไซดท ่ีควรรูจ กั • CO2 เกิดจากการเผาไหมของเช้ืเพลิงและการเผาผลาญอาหารของส่ิงมีชีวิต การเพิ่มข้ึนของ CO2 ทําให อณุ หภมู ขิ องบรรยาการสูงข้ึนทําใหเ กดิ ปรากฎการเรอื นกระจก • CO2 ใชเปนสารต้งั ตน ในกระบวนการสังเคราะหด ว ยแสงของพืช • ใชผลติ ปุย ยเู รยี ใชผ ลิตนา้ํ อัดลม นา้ํ โซดา ใชดบั เพลิง • ใชใ นยงุ เกบ็ เมล็ดธญั พืชเพ่อื ปองกันการงอก ทาํ นํ้าแขง็ แหงเพ่อื ใชเก็บอาหาร • CO, SO2, NO และ NO2 จดั เปนกา ซพิษ เปนอันตรายตอระบบหายใจ ทําใหเกิดหมอกควันพิษ เกิดฝน กรด • CO(g) + H2(g) เรยี กวา water gas - 28 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดริ์ กั ษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ • CO(g) + N2(g) เรยี กวา producer gas • CO(g) ใชเ ปนตัวรดี วิ ซในการถลงุ โลหะ • SO2(g) ใชในการฟอกสีและฆา เชอ้ื รา • แรด ีบุกคอื แรแ คสซเิ ทอไรต (SnO2) • แรเหล็กคอื แรฮมี าไทต (Fe2O3) • SiO2 หรือซิลิกา เกิดในธรรมชาติเปนผลึกรูปตาง ๆ บางชนิดสวยงาม บางชนิดแข็ง มีจุดเดือดจุด หลอมเหลวสงู ใชท าํ เครอื่ งประดบั สารขัดโลหะกระดาษทราย สารชวยกรองในเครื่องกรองนํ้า ทําแกว กระจก และเลนส 3.5 สมบตั ิของธาตุและสารประกอบตามหมู 3.5.1 สมบตั ทิ ่วั ๆ ไปของธาตหุ มู IA ไดดงั นี้ 1. เปน ธาตทุ ่มี ี 1 เวเลนตอ เิ ลก็ ตรอน 2. เปนของแข็ง ยกเวน Cs เปนของเหลว แตจัดวาเปนประเภทโลหะออน สามารถตัดดวยมีดไดงาย ทําให เปนชนิ้ แผน หรอื ดึงเปนเสนลวดไดง าย 3. เปนโลหะท่ีนาํ ไฟฟาและนาํ ความรอ นไดดมี าก เพราะมีพนั ธะโลหะ 4. ความเปนโลหะเพิม่ ขน้ึ เมือ่ เลขอะตอมเพ่ิมขึน้ 5. ทาํ ปฏิกริ ิยากบั นา้ํ เกดิ ปฏิกิริยารนุ แรง คายความรอนมาก และติดไฟไดไดสารละลายท่ีแสดงสมบัติเปนเบส จึงเรยี กวา โลหะแอลคาไลน เขยี นสมการทั่วๆ ไป สาํ หรบั แสดงปฏกิ ิรยิ ากับนํ้าไดด งั นี้ 2M + 2H2O → 2MOH + H2 เชน 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2 เน่ืองจากเกิดปฏิกิริยากับนํ้าไดงาย และยังสามารถทําปฏิกิริยากับ O2 ไดดวย ดังน้ันจึงตองเก็บโลหะแอล คาไลนใ นน้ํามัน 6. เปนธาตทุ ช่ี อบใหอ เิ ลก็ ตรอนแกธ าตอุ นื่ ๆ เรยี กวา electropositive element แลวกลายเปนไอออนทป่ี ระจุ +1 7. รัศมอี ะตอมและรศั มไี อออนเพ่ิมขน้ึ เมอ่ื เลขอะตอมเพ่มิ ขึ้น 8. มคี า IE1 นอยทสี่ ุด ในคาบเดยี วกนั และคา IE1 จะลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิม่ ขนึ้ เพราะขนาดอะตอมใหญข้นึ 9. มีคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีนอย เมื่อเทียบกับธาตุอื่นๆ ในคาบเดียวกัน และคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะลดลงเมื่อ เลขอะตอมเพ่มิ ขึ้น - 29 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดร์ิ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวทิ ยานสุ รณ 10. เปนโลหะท่ีมีจุดหลอมเหลวต่ํากวาโลหะอื่นๆ ในคาบเดียวกัน นอกจากนี้จุดหลอมเหลวและจุดเดือดจะ ลดลงเม่ือเลขอะตอมเพ่ิมขน้ึ เพราะความแรงของพันธะโลหะลดลง 11. เปนตวั รดี วิ ซท ่ีดีมาก โดยเฉพาะ Li เปนตวั รดี ิวซท ่ดี ีทส่ี ุด 12. ความหนาแนนนอยกวาโลหะอื่นๆ ที่อยูในคาบเดียวกัน แตความหนาแนนมีแนวโนมเพ่ิมขึ้น เม่ือเลข อะตอมเพิ่มขนึ้ 13. ทําปฏิกิริยากับธาตุตางๆ เกิดเปนสารประกอบไดงาย และเปนสารประกอบไอออนิก สารประกอบคลอ ไรด คารบอเนต ซลั เฟต ไนเตรต ฟอสเฟต โดยมีจดุ หลอมเหลวสงู มาก (ดังตาราง 7.34) 14. สารประกอบของธาตหุ มู IA ละลายน้าํ ไดดีมาก ดังแสดงในตารางท่ี 7.35 15. เม่ือเผาสารประกอบของหมู IA จะไดเปลวไฟท่ีมีสีตางๆ กัน เชน Li มีสีแดงสด หรือแดงเลือดนก Na ใหส ีเหลือง K ใหส มี วงนํา้ เงนิ เปนตน 3.5.2 สมบตั ิทั่วๆ ไปของธาตหุ มู IIA ไดด งั นี้ 1. เปน ธาตทุ ี่มี 2 เวเลนตอ เิ ล็กตรอน เม่ือเปนไอออนจงึ มปี ระจเุ ปน +2 2. เปนธาตทุ ่ีจดั อยูในกลุมของโลหะ ความเปนโลหะเพิ่มมากขนึ้ เมอ่ื เลขอะตอมเพม่ิ ขน้ึ 3. เปนโลหะทนี่ าํ ความรอ นและนําไฟฟาไดดี เพราะมพี ันธะโลหะ 4. มีความหนาแนนมากกวาโลหะหมู IA ดังนั้นจึงมีความแข็งแรงมากกวาโลหะหมู IA และความหนาแนนมี แนวโนม เพมิ่ มากขึ้น เมอ่ื เลขอะตอมเพิม่ ขน้ึ 5. รศั มีอะตอมเลก็ กวา หมู IA และคอ ยๆ เพมิ่ ขึ้นเม่อื เลขอะตอมเพิม่ ขน้ึ 6. จดุ หลอมเหลวและจุดเดือดมคี าคอนขา งสูง แตมีแนวโนมทีล่ ดลงเม่อื มวลอะตอมเพ่มิ ขนึ้ 7. IE1 มคี าคอ นขางนอย (แตม ากกวา หมู IA ในคาบเดยี วกนั ) และมีแนวโนมลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขน้ึ 8. อเิ ลก็ โทรเนกาติวติ ีมีคานอ ย และมีคาลดลงเม่อื เลขอะตอมเพิ่มขน้ึ 9. เปนตัวรีดิวซที่ดี คา E0 มีคาลดลงตามลําดับเมื่อเลขอะตอมเพิ่มข้ึน แสดงวาความสามารถในการเปนตัวรีดิ วซจ ะเพ่มิ ข้ึน เม่ือเลขอะตอมเพิ่มขึน้ 10. ทําปฏิกิริยากับน้ําไดกาซ H2 และสารละลายแสดงสมบัติเปนเบส แตปฏิกิริยาไมรุนแรงเหมือนกับธาตุหมู IA เมอื่ เลขอะตอมเพมิ่ ขึน้ การทําปฏิกิรยิ ากับนํา้ จะเกิดไดเรว็ ขึ้น เขียนสมการทวั่ ๆ ไปไดดังน้ี M + 2H2O → M(OH)2 + H2 เชน Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 - 30 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวิทยานสุ รณ 11. เกดิ เปนสารประกอบตา งๆ ไดเชน คลอไรด ออกไซด ซัลไฟด ซัลเฟต เปนตน โดยมีสูตรและสมบัติตางๆ คลา ยๆ กนั 12. สารประกอบของหมู IIA สวนมากเปนสารประกอบไอออนิก (ยกเวนสารประกอบของธาตุ Be เชน BeCl2 , BeSO4 เปน สารประกอบโคเวเลนต ) ดังนัน้ สวนมากจึงละลายน้าํ ได เชน เกลือไนเตรต เกลือคลอไรด ละลายนาํ้ ได แตเ กลือคารบอนเนต เกลอื ซลั เฟต (ยกเวน MgSO4) และเกลือฟอสเฟต ละลายน้าํ ไดนอยมาก 13. เมื่อเผาสารประกอบของธาตหุ มู IIA จะใหเ ปลวไฟสตี า งๆ กนั 3.5.3 สมบัตทิ ่วั ๆ ไปของธาตหุ มู VIIA ไดดงั นี้ 1. เปนพวกอโลหะ มีเวเลนตอ ิเล็กตรอนเทากับ 7 สภาวะปกติ F2 และ Cl2 เปนกาซสีเหลอื งออ นและเขียวออน ตามลําดับ Br2 เปนของเหลวสีน้ําตาลแดง และ I2 เปนของแข็งสีมวง ซึ่งสีของธาตุแฮ-โลเจนจะเขมขึ้น เมื่อเลขอะตอม เพิม่ ขึ้น ทกุ ตัวเปนสารพษิ 2. ความเปนอโลหะจะลดลงเมือ่ เลขอะตอมเพ่มิ ขนึ้ หรือความเปน โลหะจะเพ่ิมขนึ้ เม่ือเลขอะตอมเพม่ิ ขนึ้ 3. ธาตุแฮโลเจนทุกตัวอยูในสภาพโมเลกุลอะตอมคู (diatomic molecule) ทุกสถานะท้ังของแข็ง ของเหลว และกา ซ โดยยึดเหนยี่ วกันดว ยพนั ธะโคเวเลนต 4. ไมน ําความรอ นและไฟฟาเพราะเปน อโลหะ 5. อะตอมมขี นาดเล็กเม่ือเปรียบเทยี บกบั ธาตใุ นคาบเดยี วกัน แตมขี นาดใหญข ้นึ เมอื่ เลขอะตอมเพม่ิ ขึ้น 6. ธาตุหมู VIIA ละลายในนํ้าไดเล็กนอยและใหสีตางๆ กัน เน่ืองจากเปนโมเลกุลไมมีข้ัวจึงละลายไดดีในตัว ทําละลายอนิ ทรยี  เชน ใน CCl4 Cl2 ใน CCl4 ไมมีสี Br2 ใน CCl4 สสี ม I2 ใน CCl4 สีมว ง ซงึ่ ในตวั ทาํ ละลายดงั กลา วน้ีธาตหุ มู VIIA ทุกชนิดจะอยใู นรปู ของโมเลกลุ อิสระเหมอื นกบั ในสภาวะเปน กา ซ ในตัวทําละลายท่ีมีขั้ว เชน H2O, C2H5OH , CH3COCH3 , ท้ัง Br2 และ I2 จะมีสีนํ้าตาลแดง เน่ืองจากเกิด สารประกอบเชงิ ซอนขึน้ 7. ความหนาแนนนอ ย แตค วามหนาแนนจะเพ่ิมขนึ้ เม่อื เลขอะตอมเพิ่มขน้ึ 8. มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดและความรอนแฝงของการเกิดไอตํ่า เน่ืองจากมีแรงยึดเหน่ียวระหวางโมเลกุล (คือแรงวันเดอรวาลส) นอย แตจุดหลอมเหลว จุดเดือดและความรอนแฝงของการเกิดไอเพ่ิมข้ึน เมื่อเลขอะตอม เพมิ่ ข้ึน เพราะมแี รงวันเดอรวาลสเพิม่ ขน้ึ นอกจากนี้การระเหยของธาตุหมู VIIA จะคอยๆ ลดลงเมือ่ เลขอะตอมเพมิ่ ขน้ึ เพราะแรงวันเดอรวาลสเ พ่ิมขึน้ - 31 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ ักษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานสุ รณ 9. มีคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด ในคาบเดียวกัน และคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะคอยๆ ลดลงเมื่อเลขอะตอม เพม่ิ ข้นึ 10. มี IE1 คอ นขา งสูง และคา IE1 จะคอยๆ ลดลงเมอ่ื เลขอะตอมเพิ่มข้ึน เน่ืองจากขนาดใหญขึ้น 11. มีเลขออกซิเดชันไดหลายคา เน่ืองจากมี 7 เวเลนตอิเล็กตรอน ซ่ึงสามารถจะใหหรือรับอิเล็กตรอนจาก ธาตุอื่น หรือใชอิเล็กตรอนรวมกับธาตุอ่ืนๆ ซ่ึงมีคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีตางๆ กันได ทําใหมีเลขออกซิเดชันหลายคา เชน ตวั อยางของธาตุ Cl มีเลขออกซิเดชนั ตัว้ แต -1 ถึง +7 12. เกิดสารประกอบไดหลายชนิด เชน NaCl CaF2 HF KI และยังเกิดสารประกอบท่ีมีธาตุองคประกอบ ชนิดเดียวกันไดหลายชนดิ เพราะมเี ลขออกซเิ ดชนั หลายคา เชน NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 Cl2O ClO2 ClO3 และ Cl2O7 เปนตน 13. ธาตุที่อยูตอนบนของหมู สามารถทําปฏิกิริยากับสารประกอบแฮไลดของธาตุท่ีอยูตอนลางได แตธาตุอยู ตอนลางจะไมทําปฏิกริ ยิ ากับสารประกอบแฮไลดของธาตทุ อ่ี ยูต อนบน จึงสรุปไดวา “ความสามารถในการทําปฏิกิริยา ของธาตหุ มู VIIA จะลดลงจากบนลงลาง” เชน F2 ทาํ ปฏกิ ริ ยิ ากับ NaCl ได แต Cl2 ไมท าํ ปฏกิ ริ ิยากับ NaF F2 + 2NaCl → 2NaF + Cl2 Cl2 + NaF → ไมเกิดปฏิกริ ิยา ธาตุอนื่ ๆ กเ็ ชน เดยี วกนั Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 Br2 + NaCl → ไมเ กดิ ปฏกิ ริ ยิ า 14. การเตรยี มธาตุแฮโลเจนบางธาตุทําไดดงั น้ี 2KMnO4 + 16HCl (conc) → KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2 MnO2 + 4HCl (conc) → MnCl2 + 2H2O + Cl2 2NaBr + MnO2 + 3H2SO4 (conc) → 2NaHSO4 + MnSO4 + 2H2O + Br2 - 32 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวิทยานสุ รณ 3.6 ตําแหนง ของไฮโดรเจนในตารางธาตุ โดยทั่ว ๆ ไปการจัดธาตุใหอยูในหมูเดียวกันจะใชเวเลนตอิเล็กตรอนและสมบัติของธาตุเปนเกณฑ ถามีเว เลนตอ เิ ลก็ ตรอนเทา กนั และมสี มบตั ติ างๆ คลายกันจะจัดวาอยใู นหมูเดียวกนั สําหรบั ไฮโดรเจนมเี ลขอะตอมเทากบั หนึ่ง เม่อื พจิ ารณาการจดั เรียงอิเลก็ ตรอน จะพบวามีเวเลนตอเิ ลก็ ตรอน เทา กับ 1 และอยใู นระดับพลังงานแรก ซึ่งถาใชเวเลนตอิเล็กตรอนเปนเกณฑควรจะจัดใหไฮโดรเจนอยูในหมู IA คาบ 1 ได แตอยางไรก็ตาม อาจจะพิจารณาวาอยูในหมู VIIA ไดเหมือนกัน เพราะยังขาดอิเล็กตรอน เพียง 1 ตัวจะมีการจัด อิเล็กตรอนเหมือน He เมื่อพิจารณาสมบัติบางประการของธาตุไฮโดรเจนเทียบกับสมบัติของธาตุหมู IA และหมู VIIA จะไดดงั นี้ ตาราง 3.14 สมบตั ิบางประการของไฮโดรเจนเทียบกับธาตหุ มู IA และหมู VIIA สมบัติ ไฮโดรเจน ธาตุหมู IA ธาตหุ มู VIIA เวเลนตอ ิเลก็ ตรอน 1 1 7 จํานวนอะตอมในโมเลกุล 2 ไมแนนอน 2 เลขออกซเิ ดชนั ในสารประกอบ -1, +1 +1 -1,+1, +3, +5, +7 การนําไฟฟา ในสถานะของแขง็ ไมนาํ ไฟฟา นําไฟฟา ไมนาํ ไฟฟา IE1 (kJ/mol) 1318 382-526 1015-1687 อเิ ลก็ โทรเนกาติวิตี 2.1 1.0 - 0.7 4.2 - 2.2 จากตารางจะเหน็ ไดว า ไฮโดรเจนมีสมบตั ิบางประการเหมือนธาตุหมู VIIA เชน มีเลขออกซิเดชันมากกวา 1 คา ไมนําไฟฟา มีคา IE1 และอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง ในขณะเดียวกันมีสมบัติบางประการเหมือนธาตุหมู IA เชน มีเว เลนตอิเล็กตรอนเทากับ 1 การท่ีไฮโดรเจนมีสมบัติบางประการคลายทั้งหมู IA และ VIIA จึงไดแยกไฮโดรเจนออก จากหมูทัง้ สอง ดงั ปรากฏอยูในตารางธาตุ - 33 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ กั ษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานสุ รณ 3.7 ธาตุแทรนซชิ ัน ธาตุแทรนซิชัน หมายถึง ธาตุท่ีมีสมบัติอยูระหวางกลางของธาตุทางซายสุด และขวาสุดของตาราง หรือ หมายถึง ธาตุท่ีใชอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย d หรือ f ในการเกิดพันธะ ยกเวนธาตุหมู IIB มีธาตุ Zn Cd และ Hg ทีใ่ ชอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานยอ ย s ในการเกดิ พันธะ รปู ที่ 3.17 ตารางแสดงธาตแุ ทรนซชิ นั ธาตุแทรนซิชันจัดเปนหมู และคาบแบบเดียวกับโลหะและอโลหะท่ัวๆ ไป ธาตุแทรนซิชันท่ีมีสมบัติ คลายกันจะอยูในหมูเดียวกัน โดยแบงเปน 8 หมู คือหมูที่ IB ถึง VIIIB สําหรับหมู VIIIB มี 3 แถวในแนวดิ่ง ทําให ธาตุแทรนซิชนั มที งั้ หมด 10 แถวในแนวดิง่ ธาตุแทรนซชิ ันแบงออกเปน คาบ โดยที่แตล ะคาบมีช่ือเรียกตางๆ กนั ดงั นี้ 1. อนุกรมแทรนซิชันท่ี 1 (first transition series) คือ ธาตุแทรนซิชันแถวแรกต้ังแต Sc ถึง Cu (เลขอะตอม 21 - 29 ) ธาตุเหลานอ้ี ิเลก็ ตรอนใน 3d - orbital ไมค รบ 2. อนุกรมแทรนซิชันที่ 2 (second transition series) คือ ธาตุแทรนซิชันแถวที่ 2 ต้ังแตธาตุ Y ถึง Ag (เลข อะตอม 39 - 47 ) ธาตเุ หลานอ้ี เิ ลก็ ตรอนใน 4d - orbital ไมค รบ 3. อนุกรมแทรนซิชันที่ 3 (third transition series) คือ ธาตุแทรนซิชันในแถวท่ี 3 ตั้งแต La ถึง Au (เลข อะตอม 57 - 79 ) ธาตเุ หลานอ้ี เิ ล็กตรอนใน 5d - orbital ไมครบ 4. อนุกรมแลนทาไนด (lanthanide series) คอื ธาตุอนิ เนอรแทรนซชิ ันตง้ั แตธาตุ Ce ถึง Lu (เลขอะตอมตั้งแต 58 - 71) ธาตเุ หลา นมี้ ีอเิ ล็กตรอนใน 4f - orbital ไมค รบ - 34 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานสุ รณ 5. อนุกรมแอคติไนด (actinide series) คือ ธาตุอินเนอรแทรนซิชันต้ังแต Th ถึง Lr (เลขอะตอม 90 - 103) ธาตเุ หลานมี้ อี เิ ล็กตรอนใน 5f - orbital ไมค รบ สําหรับอนุกรมแลนทาไนดและแอคติไนด จัดอยูในสวนลางของตารางธาตุ แยกออกจากกลุมธาตุหลัก ของแทรนซชิ ัน ธาตุแทรนซิชันทั้งหมดรวมกันมีจํานวนมากกวาคร่ึงหน่ึงของธาตุทั้งหมด บางธาตุไมมีอยูในธรรมชาติแต มนุษยส งั เคราะหข ึ้น (man made element) เชน ธาตเุ ลขอะตอมต้งั แต 93 - 103 บางธาตุเปนกัมมันตรังสี เชน Es, Am, Pu ธาตุแทรนซิชันท้ังหมดจัดวาเปนโลหะ เปนตัวนําไฟฟาและนํา ความรอนท่ีดี (Ag มีการนําความรอนและไฟฟาดีที่สุด) เปนของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวสูง (W เปนธาตุท่ีมีจุด หลอมเหลวสงู สดุ ถึง 3400 0C ) 3.7.1 สมบัติของธาตุแทรนซชิ ัน การท่ีธาตุแทรนซิชันมีสมบัติแตกตางจากโลหะท่ัวๆ ไป ทําใหตองแยกออกเปนกลุม ๆ ตางหาก ลักษณะที่ สําคญั ของธาตุแทรนซิชนั เปน ดังน้ี 1. มีเลขออกซเิ ดชันมากกวา 1 คา ยกเวนหมู IIIB เชน Sc เปน +3 คาเดียว และหมู IIB (Zn, Cd) เปน +2 คา เดียว 2. ธาตุแทรนซิชันเปนโลหะ จึงดึงดูดกับแมเหล็ก และมีบางธาตุ เชน Fe, Co, และ Ni สามารถแสดงสมบัติ เปนแมเหล็กไดเมื่อนาํ ไปวางไวใ นสนามแมเ หลก็ นาน ๆ นอกจากนยี้ ังมีสารประกอบของธาตุแทรนซิชันอีกหลายชนิด ที่สามารถดดู กบั แมเหลก็ ได 3. สารประกอบสว นใหญ มีสี (ยกเวนหมู IIIB) ซึ่งเปนสีของไอออนเชงิ ซอ นของธาตแุ ทรนซิชัน 4. ธาตุแทรนซิชันมแี นวโนมท่จี ะเกดิ สารประกอบเชิงซอ นได 5. มีเวเลนตอิเล็กตรอนเทากับ 2 (ยกเวน Cr, และ Cu มีเวเลนตอิเล็กตรอนเทากับ 1) และอิเล็กตรอนถัดจาก วงนอกสดุ ไมครบ 18 (ยกเวน Cu และ Zn) 6. รัศมีอะตอมมีแนวโนมลดลงจากซายไปขวาของคาบ (หรือเมื่อเลขอะตอมเพ่ิมข้ึน รัศมีอะตอมจะเล็กลง) ซึ่งเหมือนกับธาตใุ นคาบเดียวกันทวั่ ๆ ไป) 7. มจี ุดหลอมเหลวและจดุ เดอื ดคอนขา งสูง เพราะมพี นั ธะโลหะ 8. ความหนาแนนเพ่ิมข้นึ เมื่อเลขอะตอมเพ่ิมขนึ้ เนอื่ งจากมวลเพ่ิมขึน้ ในขณะท่ขี นาดเลก็ ลง 9. คา IE1 , IE2 , และ IE3 มีแนวโนมเพิ่มขึ้นเม่ือเลขอะตอมเพิ่มข้ึน แตคาตางกันไมมากนัก เพราะขนาด ใกลเคียงกัน 10. อเิ ลก็ โทรเนกาติวิตมี แี นวโนมเพิ่มขน้ึ เมอ่ื เลขอะตอมเพิม่ ขึน้ 11. เปน โลหะทน่ี าํ ความรอนและนําไฟฟาไดดีเหมือนกับโลหะทั่ว ๆ ไป ทัง้ นเี้ พราะมพี นั ธะโลหะ - 35 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดร์ิ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวิทยานสุ รณ 3.7.2 สารประกอบของธาตแุ ทรนซชิ ัน เนื่องจากธาตุแทรนซิชันสวนใหญเสียอิเล็กตรอนไดงายจึงมีความวองไวในการเกิดปฏิกิริยากับอโลหะ เกิด สารประกอบไดม ากมายหลายชนดิ สารประกอบและไอออนของธาตแุ ทรนซชิ ันสวนใหญจะมีสีตาง ๆ กัน ซึ่งข้ึนอยู กับชนิดของธาตุแทรนซิชันเอง เลขออกซิเชัน ชนิดและจํานวนของสารท่ีรวมตัวกับธาตุแทรนซิชัน คือ ถาธาตุแท รนซชิ ันตา งชนดิ กนั หรือชนดิ เดยี วกันแตมเี ลขออกซเิ ดชนั ตา งกนั หรอื มีจํานวนและชนิดของสารที่รวมตัวกับธาตุแท รนซิชันตางกัน มักจะทําใหสารประกอบหรือไอออนของธาตุแทรนซิชันมีสีตางกันดวย สวนสาเหตุที่ทําให สารประกอบหรอื ไอออนของธาตุแทรนซิชันมีสี เน่ืองจากอิเล็กตรอนใน d ออรบิทอล สามารถดูดกลืนแสงในชวงที่ ตามองเห็น แสงที่ไมถ ูกดดู กลนื กค็ ือสีของสารประกอบหรือของไอออนนน้ั 3.7.2.1 เลขออกซเิ ดชนั ของธาตุแทรนซิชนั ในสารประกอบ ลักษณะท่ีเดนชัดประการหนึ่งของธาตุแทรนซิชัน คือ มีเลขออกซิเดชันหลายคาทั้งน้ี เนื่องจากโครงสราง ของอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชัน มีท้ังที่อยูใน 3d และ 4s- orbital ซ่ึงพลังงานใกลเคียงกัน เมื่อเกิดปฏิกิริยาจะ สามารถเสียอิเล็กตรอนไดท้ังใน 3d และ 4s-orbital จํานวนตางๆ กัน ซึ่งทําใหมีเลขออกซิเดชันไดหลายคา (ยกเวน Sc และ Zn มเี ลขออกซิเดชันคาเดียวคอื +3 และ +2 ตามลําดบั ) สรปุ เก่ยี วกบั เลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชนั คาบท่ี 4 ดังนี้ 1. เลขออกซิเดชันสามัญของธาตุคือ +2 และ +3 โดยที่ +3 เปนเลขออกซิเดชันสามัญของธาตุซายของคาบ และ +2 เปน ของธาตทุ างขวา 2. เลขออกซิเดชันสูงสุดคือ +7 ซ่ึงเปนของ Mn เน่ืองจาก Mn มีอิเล็กตรอนวงนอกเปน 3d5 4s2 มี 7 อิเลก็ ตรอน ในขณะทห่ี มอู น่ื ๆ เลขออกซิเดชนั สงู สดุ คอื เลขประจาํ หมู เชน Sc อยูห มู IIIB เลขออกซิเดชนั สงู สุดคอื +3 Ti อยูหมู IVB เลขออกซเิ ดชนั สูงสุดคอื +4 V อยูหมู VB เลขออกซิเดชนั สูงสดุ คอื +5 Cr อยหู มู VIB เลขออกซิเดชนั สงู สุดคอื +6 Mn อยหู มู VIIB เลขออกซิเดชนั สงู สุดคอื +7 แตหลังจากหมู VIIB ไปแลวคือหมู VIIIB IB และ IIB จะไมเปนไปตามหลักเกณฑน้ี เน่ืองจากเม่ือประจุ ในนิวเคลียสเพิ่มมากขึ้นจะสงผลกระทยถึงอิเล็กตรอนใน 3d-orbital ทําใหเลขออกซิเดชันสวนใหญเกี่ยวของกับ 4s- orbital ซ่ึงมี 2e- ดงั นน้ั จึงมักจะพบเลขออกซเิ ดชัน +2 3. เลขออกซิเดชันทเ่ี สถียรของธาตุทางซายของคาบ มักจะเปนเลขออกซิเดชันท่ีมีคาสูง และเลขออกซิเดชัน ทีเ่ สถยี รของธาตุทางขวาของคาบ มกั จะเปน เลขออกซิเดชนั ทีม่ ีคา ตา่ํ - 36 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดร์ิ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ 4. เลขออกซิเดชันสงู สุดของธาตุแทรนซชิ ัน มักจะพบในสารประกอบของออกซิเจน และฟลูออรีน เชน เลข ออกซิเดชันสูงสุดของ Mn คือ +7 ใน MnO4- สําหรับสารประกอบหรือไอออนของธาตุแทรนซิชันคาบท่ี 4 มักจะมีสีตางๆ กันซึ่งขึ้นอยูกับชนิดของธาตุ เลข ออกซิเดชัน ชนิดของไอออนลบที่มาเกิดพันธะดวย และโครงสรางของสารท่ีเกิดข้ึน การท่ีมีสีเน่ืองจากอิเล็กตรอนใน 3d-orbital ซงึ่ อยูในสถานะพน้ื (ground state) ไดรับพลังงานแสงในชวงแสงขาว (visible light) ทําใหเปลี่ยนจากระดับ พลงั งานต่าํ ขน้ึ ไปสรู ะดบั พลงั งานสูงกวา (exited state) และใหส ตี างๆ ตามความถ่ีของแสงที่ถกู ดดู กลนื เขาไป ตาราง 3.15 สีของสารประกอบและไอออนของธาตแุ ทรนซิชันคาบที่ 4 บางธาตุ ธาตุ ไอออน เลขออกซเิ ดชันของโลหะ สี ตวั อยา ง Sc Sc3+ +3 ไมม ีสี ScCl2 Ti Ti2+ +2 +3 น้ําตาล TiCl2 Ti3+ +2 +3 มวงออ น TiCl3 V V2+ +4 V3+ +5 มว ง VCl2 VO2+ +2 VO2+ +3 เขยี ว VCl3 +6 Cr Cr2+ +6 นา้ํ เงิน VOCl2 Cr3+ +2 CrO42- +3 เหลอื ง VO2Cl Cr2O72- +4 +5 นา้ํ เงิน CrCl2 Mn Mn2+ +6 Mn3+ +7 เขียว CrCl3 +2 MnO2 +3 เหลือง Na2CrO4 MnO3- +2 MnO42- +2 สม K2Cr2O7 MnO4- +2 Fe Fe2+ +2 ชมพอู อน Mn(OH)2 Fe3+ - 37 - นํา้ ตาล Mn(OH)3 Co Co2+ Ni Ni2+ ดํา MnO2 Cu Cu2+ น้าํ เงิน KMnO3 Zn Zn2+ เขยี ว K2MnO4 มว งแดง KMnO4 เขยี วออ น FeCl2 เหลือง* FeCl3 ชมพู CoCl2 เขยี ว NiCl2 นํ้าเงิน CuCl2 ไมมสี ี ZnCl2 นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวิทยานสุ รณ * สารละลายของ Fe3+ ปกติในน้ําจะเปน [Fe(H2O)6]3+ ซึ่งเปนสีมวงออน แตเสถียรเฉพาะในสารละลายที่ เปนกรดมาก การทเ่ี ห็นเปนสเี หลืองเพราะถกู ไฮโดรไลสกลายเปน [Fe(H2O)5OH]2 3.7.3 สารประกอบเชิงซอนของธาตุแทรนซิชนั โลหะแทรนซิชันเกิดเปนสารประกอบเชิงซอน (Complex compounds) หรือ coordination compounds ได งา ย โดยมอี ะตอมหรือกลมุ ของอะตอมที่เรียกวาลิแกนด (Ligands) ลอมรอบโลหะ แทรนซิชันโดยใชพันธะโคออดิ เนตโคเวเลนต เชน ไอออนเชงิ ซอน แอนไอออน Co (NH3)6 3+ 3Cl- ไอออนกลาง ลแิ กนด เลขโคออรด ิเนชัน สารประกอบเชิงซอ น ไอออนเชิงซอ น คอื สารทเ่ี กิดจากไอออนลบ (anions) หรือโมเลกุลที่เปนกลางไมมีประจุจํานวนหน่ึง หรือ มากกวาน้ันมาสรางพันธะเคมีกับไอออนกลางของโลหะ เชน [Cu(NH3)4 ] 2+, [FeCl4] - ไอออนเชิงซอนมี 2 ชนดิ คือ ไอออนเชงิ ซอ นทเ่ี ปนไอออนบวก และไอออนลบ สารประกอบเชิงซอน คือ สารประกอบที่มีไอออนเชิงซอนเปนองคประกอบอยูดวย สวนมากเกิดกับธาตุแท รนซชิ นั ลิแกนด คือ ไอออนหรือโมเลกุลท่ีลอมรอบอะตอมกลางหรือไอออนกลาง สารพวกนี้เปนสารท่ีมีอะตอม ของธาตุที่มอี เิ ลก็ ตรอนคอู ิสระอยู เชน F-, Br-, OH-, SCN-, S2-, CO, NH3, H2O เปน ตน อะตอมกลางหรือไอออนกลาง (Central atom ion) คือ อะตอมของธาตุท่ีอยูแกนกลางของสารเชิงซอน สว นมาก ไดแก โลหะแทรนซชิ ัน พันธะระหวางลิแกนด และโลหะแทรนซิชันท่ีอยูกลางในสารเชิงซอนเปนพันธะโคเวเลนต และจํานวนลิ แกนดที่ลอมรอบโลหะแทรนซิชันที่อยูกลาง เรียกวา เลขโคออรดิเนชัน และเลขโคออรดิเนชันเปนเทาใดนั้นขึ้นอยู กบั ชนิดของธาตแุ ทรนซชิ นั เลขออกซเิ ดชนั ของโลหะแทรนซิชนั และชนดิ ของลแิ กนดด ว ย - 38 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดริ์ ักษา ครูวชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวทิ ยานสุ รณ ตาราง 3.16 สารประกอบเชิงซอ นบางชนดิ และไอออนองคป ระกอบ สารประกอบเชงิ ซอน ไอออนบวก ไอออนลบ KMnO4 K+ [ MnO4] - K2MnO4 K+ [MnO4]2- PbCrO4 Pb2+ [ CrO4 ] 2- K3Fe(CN)6 K+ [Fe(CN)6] 3- K4Fe(CN)6 K+ [Fe(CN)6 ]4- Cu(NH3)4SO4 [ Cu(NH3)4]2+ [SO4 ]2- สารประกอบเชงิ ซอน เปนสารประกอบทีม่ ไี อออนเชงิ ซอ น สารหลายชนิดของธาตุ แทรน-ซิชันที่รูจักกันดี เชน KMnO4 K2Cr2O7 และ K4Fe(CN)6 ก็เปนสารประกอบเชิงซอน โดยทั่ว ๆ ไปสารประกอบชนิดหน่ึง ๆ จะ ประกอบดวยไอออน 2 ชนิดคือ ไอออนบวกและลบ ไอออนท่ีประกอบดวยธาตุตั้งแต 2 ธาตุขึ้นไปเรียกวา ไอออน เชงิ ซอน ซ่งึ อาจจะเปนไอออนบวกหรือลบก็ได เชน [Fe(CN)63- และ [Cu(NH3)4]2+ ไอออนเชิงซอนเหลาน้ีจะมีธาตุแท รนซิชันเปน อะตอมกลางและมไี อออน อะตอมหรอื โมเลกุลอ่ืนๆ มาลอมรอบ หรือ ลิแกนด สวนมากลิแกนดมักจะยึด เหนีย่ วกับธาตแุ ทรนซิชนั ดว ยพนั ธะโคเวเลนต หรือพันธะโคออรดเิ นตโคเวเลนต จํานวนอะตอมที่มาใชพันธะรวมกับธาตุแทรนซิชันในไอออนเชิงซอนเรียกวา coordination number ซึ่ง อาจจะมเี ลขโคออรดิเนชนั ต้ังแต 2 ถึง 8 (ถา มี 6 อะตอม มาสรางพันธะกับธาตแุ ทรนซชิ ัน ธาตแุ ทรนซชิ นั นัน้ จะมเี ลข โคออรดิเนชัน = 6 ถามี 4 อะตอม มาสรางพันธะกับธาตุแทรนซิชัน ธาตุ แทรนซิชันน้ันจะมีเลขโคออรดิเนชัน = 4) เชน MnO4- มี Mn เปนอะตอมกลาง และมีธาตุ O 4 อะตอมมาสรา งพันธะกบั Mn ดังนัน้ Mn มีเลขโคออรด เิ นชนั = 4 โดยท่ัว ๆ ไป เลขโคออรดิเนชันของธาตุก็คือ จํานวนลิแกนดมาสรางพันธะกับอะตอมของธาตุน้ันนั่นเอง เชน Cu2+ มีเลขโคออรดิเนชัน = 4 ในไอออนเชิงซอน [Cu(H2O)4] 2+ [Cu(NH3)4] 2+ และ [CuCl4] 2+ , Fe2+ มีเลขโค ออรด เิ นชัน = 6 ใน [FeF6] 3- [Fe(CN)6] 3- และ [Fe(H2O)6] 3+ เปนตน สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน นอกจากจะมี สีแตกตางกันเพราะเกิดจากธาตตุ า งชนิดกันแลว สารประกอบชนดิ เดียวกนั ท่ีมีสูตรเหมอื นกันแตสูตรโครงสรา งตา งกนั กจ็ ะมสี ีตางกนั ดว ย การเรยี กชื่อสารประกอบและไอออนเชงิ ซอน ตามขอตกลงระหวางนักเคมีนานาชาติใหใชระบบ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ในการเรยี กชอื่ สารประกอบเชงิ ซอ นดงั นี้ 1. เรียกชื่อไอออนบวกกอนไอออนลบ ซ่ึงเปนหลักเกณฑเดียวกับการเรียกช่ือสารประกอบไอออนิกทั่วไป เชน [Co(NH3)6] Cl3 ใหเรียกช่ือสวน [Co(NH3)6]3+ กอน แลวจึงตามดวยชื่อของ Cl, K3[Co(C2O4)3] ใหเรียกช่ือ สวน K+ กอนแลว จึงตามดว ยชอื่ ของ [Co(C2O4)33- - 39 - นางสาวจตุภรณ สวัสดร์ิ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ 2. ในการเรียกช่ือไอออนเชิงซอน ใหเรียกชื่อลิแกนดกอนแลวตามดวยชื่อของไอออนของธาตุแทรนซิชัน เชน [Ni(NH3)4]2+ ใหเ รียกชอื่ NH3 กอ น แลว จึงเรยี กชื่อของ Ni2+ [Fe(CN)63- ใหเรยี กชอ่ื CN- กอน แลวจึงเรียกชอื่ ของ Fe3+ 3. การเรยี กชือ่ ไอออนลบทเ่ี ปนลิแกนด จะลงทายดวย “O” โดยมีหลักเกณฑด ังนี้ ก. ไอออนลบท่ลี งทา ยดว ย -ide เมือ่ เปน สารประกอบเชิงซอ นใหเ ปลี่ยนจาก -ide เปน -o ตัวอยางเชน ไอออนลบ ช่อื ท่ัวไป ชอื่ เมอ่ื เปน ลแิ กนด Cl- chloride chloro Br- bromide bromo I- iodide iodo CN- cyanide cyano O2- oxide oxo ข. ไอออนลบทีล่ งทา ยดวย -ite หรอื -ate ใหเ ปลย่ี นเปน -ito หรือ -ato ตามลาํ ดับ ตัวอยา งเชน ไอออนลบ ช่อื ท่ัวไป ชอื่ เมอ่ื เปน ลิแกนด CO32- carbonate Carbonato S2O32- thiosulfate Thiosulfato SCN- thiocyanate thiocyanato เมือ่ เกิดพันธะที่ S thiocyanate isothiocyanato เมือ่ เกิดพนั ธะท่ี N C2O42- oxalate oxalato 4.สําหรบั ลแิ กนดท ีไ่ มม ีประจหุ รือเปน กลาง (neutral ligand) ใหเ รยี กชอื่ เหมือนกับโมเลกลุ ท่ีเปน กลาง เชน NH2CH2CH2NH2 เมื่อเปน โมเลกุลเรียกวา ethylenediamine เมื่อเปนลิแกนดกย็ ังคงเรียกวา ethylenediamine ยกเวนลแิ กนดที่เปนกลางบางชนดิ ใหเรยี กชือ่ เฉพาะตวั เชน H2O เรยี ก aquo NH3 เรยี ก ammine CO เรยี ก carbonyl - 40 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดริ์ กั ษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ 5. ถาสารประกอบเชิงซอนน้ันมีลิแกนดชนิดเดียวกันมากกวาหน่ึงใหบอกจํานวนที่ซํ้ากันไวหนาช่ือของลิ แกนด โดยระบจุ ํานวนดวยภาษากรกี ดงั น้ี จาํ นวนลิแกนดทีซ่ า้ํ กัน เรียก 2 Di 3 Tri 4 Tetra 5 Penta 6 Hexa เชน (CN)6 เรยี ก hexacyano (C2O4)3 เรียก trioxalato ในกรณีท่เี ปนพวก polydentate ligand (ลิแกนดที่สามารถเกิดพันธะกับไอออนไดตั้งแต 2 ตําแหนงข้ึนไปใน 1 ลแิ กนด) ใหใ ชดงั น้ี จํานวนลิแกนดทซ่ี ้ํากนั เรียก 2 Bis 3 Tris 4 Tetrakis สําหรับ ethylenediamine ถามี 2 โมเลกุล เน่ืองจากมีคําวา di อยูแลวจึงใช bis แทน di โดยเขียน bis ไว ขางหนา และ ethylenediamine อยใู นวงเล็บดังน้ี bis(ethylenediamine) 6.ถาไอออนเชิงซอ นมปี ระจเุ ปนลบ ใหเ รียกชือ่ ลแิ กนดกอนแลว ตามดวยช่อื โลหะ พรอมกันเปลี่ยนคําลงทาย ของโลหะใหเปน -ate และใสเ ลขออกซิเดชันไวใ นวงเล็บตอจากช่ือของโลหะดวยเลขโรมัน โลหะ ช่ือโลหะ ช่อื โลหะในไอออนเชงิ ซอนท่ีมปี ระจลุ บ Al Aluminium Alminate Cr chromium Chromate Mn manganese Manganate Ni nickel Nickelate Co cobalt Cobaltate Zn zinc Zinccate Mo molybdenum Molybdate W tungsten Tungatate - 41 - นางสาวจตุภรณ สวสั ดริ์ กั ษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ โลหะบางตวั มีชอ่ื เรียกเปน ภาษาละตนิ ใหใชภาษาละตินและลงทา ยดว ย -ate ดงั ตัวอยา ง ธาตุ ช่ือโลหะ ช่ือโลหะในไอออนเชิงซอน ภาษาองั กฤษ ภาษาละตนิ ท่มี ีประจเุ ปนลบ Fe iron Ferrum Ferrate Cu copper Cuprum Cuprate Pb lead Plumbum Plumbate Ag silver Argentum Argentate Au gold Aurum Aurate Sn tin Stannum Stannate เชน [Fe(CN)6]3- เรยี กวา hexa cyano ferrate (III) ion [Co(C2O4)3]3- เรยี กวา tris oxalato cobalttate (II) ion [Cr(NO2)6]3- เรียกวา hexa nitro chromate(III) ion สําหรับไอออนเชิงซอนที่มีประจุบวกและสารประกอบเชิงซอนท่ีเปนกลาง ใหอานช่ือของโลหะตามชื่อ โลหะเดิม โดยไมต อ งเปลยี่ นคําลงทา ย เชน [Cu(NH3)4]2+ เรยี กวา tetra amminne copper (II) ion [Co(H2O)63+ เรียกวา hexa aquo cobalt (III) ion [Cr(H2O)6]3+ เรยี กวา hexa aquo chromium (III) ion 7.ในกรณีท่ีสารประกอบเชิงซอนน้ันมีลิแกนดหลายชนิด ใหเรียกชื่อลิแกนดท่ีมีประจุลบกอน ตามดวยลิ แกนดท่เี ปนกลาง และลิแกนดท่มี ปี ระจบุ วกไวทายสดุ ตวั อยางที่ 4 การเรยี กชื่อสารประกอบเชิงซอ น สารประกอบเชิงซอน ไอออนบวก ไอออนลบ เลขโคออรด ิเนชัน อา นช่ือ K3[Fe(CN)6] ……………… ……………… ………………… ………………………………… [Cu(NH3)4]SO4 ……………… ……………… [Cr(H2O)4Cl2]ClO4 ……………… ……………… ………………… ………………………………… Na3[Cr(NO2)6] ……………… ……………… Fe2[Fe(CN)6] ……………… ……………… ………………… ………………………………… [Ni(NH3)6]Br2 ……………… ……………… ………………… ………………………………… ………………… ………………………………… …………………. ………………………………… - 42 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดริ์ กั ษา ครวู ชิ าการ

3.8 ธาตุกมั มนั ตรังสี เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหดิ ลวิทยานสุ รณ ในป ค.ศ. 1896 อองตวน อองรี เบ็กเคอเรล นักวิทยาศาสตรชาว ฝรั่งเศสพบวา เม่ือเก็บแผนฟลมที่หุมดวยกระดาษสีดําไวกับสารประกอบ ของยูเรเนียม ฟลมจะมีลักษณะเหมือนถูกแสง และเมื่อทําการทดลองกับ สารประกอบของยูเรเนียมชนิดอ่ืนๆ ก็ไดผลเชนเดียวกัน จึงสรุปวานาจะมี รังสแี ผออกมาจากธาตยุ ูเรเนยี ม ตอมาปแอร และมารี กูรี พบวาธาตุพอโลเนียม เรเดียม และ ทอเรียม สามารถแผรังสีไดเชนเดียวกัน ปรากฏการณที่ธาตุแผรังสีไดเอง อยา งตอเนือ่ งเรยี กวา กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) รปู ที่ 3.18 ปแอร และมารี กรู ี 3.8.1 การเกิดกมั มนั ตภาพรังสี รปู ท่ี 3.19 การกมั มันตภาพรังสี - 43 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดริ์ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ กมั มนั ตรงั สี (Radioactivity) คือกระบวนการเปลยี่ นแปลงท่ีเกดิ ขน้ึ ภายในนิวเคลียสของอะตอม เพ่อื ใหเ กดิ เปน นวิ เคลียสใหมท่ีเสถยี รกวา ดวยการเปลง รังสีออกมา กระบวนการน้เี กิดขึ้นอยางอิสระไมขึ้นกับสภาวะ ใด ๆ ธาตุกมั มันตรังสี ( Radio element ) เปนธาตทุ ่ีนิวเคลียสสามารถเปลงรงั สีกัมมนั ตภาพ ไดแ ก รังสี α , β และ γ ออกมาไดต ลอดเวลา แลวไดธาตุใหมขึ้นมา 3.8.2 การสลายตวั ของธาตกุ มั มนั ตรังสี รังสีกัมมันตภาพ ( Radiation ) เปนรังสีที่ธาตุกัมมันตรังสีแผหรือสลายตัวออกมา เนื่องจากภายในธาตุ กัมมันตรังสีมีพลังงานสวนเกินอยูจึงตองถายเทพลังงานสวนเกินนี้ออกไปเพ่ือท่ีจะไดอยูในสภาพที่เสถียรตอไป ซ่ึง การแผหรือการแตกสลายรังสจี ะมี 3 ประเภท คือ - การแผรงั สขี องอนภุ าคแอลฟา ( Alpha rays ) เปน อนุภาคท่ีมมี วลมาก 4.00260 amu มปี ระจุไฟฟา +2 โดย ใชสญั ลกั ษณเปน α หรอื 24He - การแผรังสีของอนุภาคบีตา ( Beta Rays ) เปนอนุภาคท่ีมีมวลนอย 0.000549 amu มีประจุไฟฟา –1 โดย ใชสญั ลกั ษณเปน β หรอื −10e - การแผรังสีแกมมา ( Gamma Rays ) เปนพลังงานที่อยูในรูปคล่ืนแมเหล็กไฟฟา ซึ่งมีชวงคล่ืนสั้นมาก มี ความเรว็ เทากบั ความเร็วแสง เปนรังสีท่ีไมมีมวลและไมมีประจุไฟฟา จึงไมเบ่ียงเบนในสนามแมเหล็ก มี สญั ลกั ษณเปน γ 3.8.3 ครึ่งชีวิตของธาตกุ ัมมนั ตรงั สี คร่ึงชีวิต (half life) ของสารกัมมันตรังสี หมายถึง ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือเพียง คร่งึ หนึง่ ของปริมาณเดมิ ใชส ัญลักษณเ ปน t1/2 รูปท่ี 3.20 ครงึ่ ชีวติ ของเรเดยี ม Radioactive decays law หมายถึง อัตราการสลายหรือจํานวนอะตอมของธาตุท่ีสลายไปในระยะเวลา หนึง่ เปนปฏิภาคโดยตรงกับจาํ นวนอะตอมของธาตุกัมมนั ตรงั สีท่มี อี ยูทัง้ หมด ให N เปน จํานวนอะตอมของธาตุกัมมันตรังสที ่มี อี ยทู ้งั หมด และ λ เปน คา คงของการสลาย หนว ยตอเวลา - 44 - นางสาวจตุภรณ สวัสดริ์ ักษา ครูวิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหดิ ลวทิ ยานสุ รณ อตั ราการสลาย ∝ N อตั ราการสลาย = ∝ N จากหลักเกณฑท างคณิตศาสตร จะไดคาคร่ึงชวี ติ จากความสมั พนั ธด ังน้ี ln N = - λ t1/2 N0 N0 = จํานวนอะตอมของธาตกุ ัมมนั ตรงั สีทีเ่ วลาเรม่ิ ตนั ( t = 0 ) N = จํานวนอะตอมของธาตกุ ัมมันตรังสีท่ีเวลาผานมา t λ = คา คงทข่ี องการสลาย t1/2 = ครึ่งชวี ิต นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีท่ีไมเสถียร จะสลายตัวและแผรังสีไดเองตลอดเวลาโดยไมขึ้นอยูกับ อุณหภูมิหรอื ความดนั อัตราการสลายตวั จะเปนสัดสวนโดยตรงกับจํานวนอนุภาคในธาตุกัมมันตรังสีน้ัน ปริมาณการ สลายตวั จะบอกเปนครึ่งชีวิต โดยครง่ึ ชีวติ เิ ปน สมบัตเิ ฉพาะตัวของแตละไอโซโทป ตวั อยางท่ี 1 จงหาปรมิ าณของ Tc-99 ที่เหลือเมือ่ วาง Tc-99 จาํ นวน 18 กรัมไวน าน 24 ชั่วโมง และ Tc-99 มีคร่ึงชีวิต 6 ชั่วโมง ตัวอยา งที่ 2 ถา ทงิ้ ไอโซโทปกัมมันตรงั สชี นดิ หนึง่ 20 กรมั ไวนาน 28 วนั ปรากฏวามีไอโซโทปนัน้ เหลอื อยู 1.25 กรัม ครงึ่ ชวี ิตของไอโซโทปนี้มคี าเทาใด - 45 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ ักษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานสุ รณ ตัวอยางท่ี 3 จงหาปริมาณ I-131 เร่ิมตน เมื่อนํา I-131 จํานวนหน่ึงมาวางไวเปนเวลา 40.5 วัน ปรากฎวา มีมวลเหลือ 0.125 กรัม คร่ึงชีวติ ของ I-131 เทากับ 8.1 วนั 3.8.3 สมการนิวเคลยี ร สมการนิวเคลียร ( Nuclear equation ) คือสมการที่เขียนข้ึนเพ่ือแสดงปฏิกิริยานิวเคลียร โดยผลบวกของเลข อะตอมและเลขมวล ทางซายตอ งเทา กับทางขวา เชน 29328U 23940Th + 24He 28130Bi + −10e 210 Pb 82 226 Ra +28262Rn * 24He +28262Rn γ 88 3.8.4 ปฏิกริ ยิ านิวเคลยี ร ปฏิกิริยานิวเคลียร ( Nuclear reaction ) จะเปนปฏิกิริยาท่ีเกิดในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุท่ีจะใหธาตุ ใหมเปลงรังสี α ( แอลฟา ), β ( บีตา ), และ γ ( แกมมา )เกิดขึ้นดวยโดยปฏิกิริยาจะไมยอนกลับ และไมขึ้นอยูกับ อณุ หภูมิ ความดนั หรอื ตัวคะตะไลส นอกจากนยี้ งั ปลอยพลงั งานมหาศาล ปฏิกิริยาฟชชัน (Fission reaction) คือ กระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิด แตกตัวออกเปน ไอโซโทปของธาตทุ ี่เบากวา การยิงนิวตรอนเขาไปท่ีนิวเคลียสของธาตุหนัก จะทําใหแตกตัวเปนนิวเคลียสของธาตุใหมหลาย ชนิดทีเ่ บาขึ้น และคายความรอ นออกมาเปนจํานวนมาก ยังไดนิวตรอนจํานวนหน่ึงดวย ซึ่งนิวตรอนที่เกิดข้ึนใหม น้ีจะชนกบั นิวเคลียสอน่ื ๆ เกดิ ฟช ชันแบบตอ เนือ่ งเปน ปฏิกิริยาลูกโซ ในป พ.ศ. 2482 นักวิทยาศาสตรพบวาเมื่อใชนิวตรอนยิงไปท่ีนิวเคลียสของ U-235 จะทําใหเกิดการแตกตัว ไดธาตุใหมคือ Ba-139, กับ Kr-97 หรือ Ba-142 กับ Kr-91 การใชนิวตรอนยิงไปที่นิวเคลียสจัดวาเปนปฏิกิริยาฟช ชันที่สาํ คัญ - 46 - นางสาวจตภุ รณ สวสั ดร์ิ ักษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหสั วิชา ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรยี นมหดิ ลวิทยานสุ รณ รปู ที่ 3.21 ปฏกิ ิริยาฟช ชนั ปฏิกิริยาฟชชัน สามารถเกิดไดกับนิวเคลียสของธาตุหนักเชน U-233 , U-235, U-238, และ Pu-239 พิจารณาตวั อยางของปฏิกริ ยิ าฟส ชนั ตอไปน้ี 235 U + 1 n → 90 Kr + 144 Ba + 2( 01n ) 92 0 36 56 นิวตรอนที่เกดิ ขน้ึ จะทาํ ใหเ กิดปฏกิ ิรยิ าลูกโซจนกระท่ังไดนิวเคลยี สที่เสถียร คอื Zr-90 และ Nd-144 ดงั นี้ 90 Kr ⎯⎯β→ 90 Rb ⎯⎯β→ 90 Sr ⎯⎯β→ 9309Y ⎯⎯β→ 90 Zr 36 37 38 40 144 Ba ⎯⎯β→ 144 La ⎯⎯β→ 144 Ce ⎯⎯β→ 144 Pr ⎯⎯β→ 144 Nd 56 57 58 59 60 ปฏิกิริยาฟชชันที่เกิดขึ้นภายใตสภาวะที่เหมาะสม จะทําใหเกิดพลังงานอยางมหาศาล ซึ่งใชหลักการของฟ ชชนั มาทําระเบดิ ปรมาณู ในสงครามโลกครง้ั ท่ี 2 ประโยชนของปฏิกิริยาฟช ชนั ปจ จุบันนกั วทิ ยาศาสตรสามารถควบคมุ ปฏกิ ริ ิยาลูกโซใ นฟสชันได และนาํ มาใชป ระโยชนทางสันติ เชน ใช สรางเตาปฏิกรณปรมาณู เพ่ือผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสี เพ่ือใชในทางการแพทย การเกษตร และอุตสาหกรรม ในขณะทพ่ี ลงั งานท่ีไดกส็ ามารถนาํ ไปใชผ ลติ กระแสไฟฟาได - 47 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ ักษา ครวู ิชาการ

เอกสารประกอบการสอนรายวิชาเคมี 2 รหสั วชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ ปฏิกิริยาฟวชัน (Fusion reaction) คือ ปฏิกิริยาท่ีเกิดการรวมตัวของไอโซโทปที่มีมวลอะตอมตํ่า ทําใหเกิด ไอโซโทปใหมที่มีมวลมากขึ้นกวาเดิม และใหพลังงานจํานวนมหาศาล และโดยท่ัวๆ ไปจะใหพลังงานมากกวา ปฏิกิริยาฟชชัน รูปท่ี 3.22 ปฏกิ ริ ิยาฟว ชนั ตวั อยางปฏิกิริยาไดแก 21H + 3 H → 4 He + 1 n + พลังงาน 1 2 0 3 He + 21H → 4 He + 11H + พลงั งาน 2 2 6 Li + 21H → 4 He + พลงั งาน 3 2 6 Li + 21H → 7 Li + 11H + พลังงาน 3 3 ปฏิกิริยาฟวชันจะเกิดขึ้นไดท่ีอุณหภูมิสูงมากเทานั้น เพื่อเอาชนะแรงผลักระหวางนิวเคลียสที่จะมารวมกัน ประมาณวาตองมีอุณหภูมิสูงประมาณ 2 x 108 0C ความรอนดังกลาวน้ีอาจไดจากปฏิกิริยาฟสชัน ซึ่งเปรียบเสมือน เปน ชนวนใหเกิดปฏิกิริยาฟวชัน ประโยชนของปฏกิ ิรยิ าฟว ชนั พลังงานในปฏิกิริยาฟวชันถาควบคุมใหปลอยออกมาชา ๆ จะเปนประโยชนตอมนุษยอยางมากมาย และมี ขอ ไดเปรยี บกวาปฏิกิรยิ าฟสชัน เพราะสารตั้งตนคือไอโซโทปของไฮโดรเจนนั้นหาไดงาย นอกจากน้ีผลิตภัณฑที่เกิด จากฟว ชันยังเปนธาตุกัมมันตรังสีท่ีมีอายุและอันตรายนอยกวา ซึ่งจัดเปนขอไดเปรียบในแงของสิ่งแวดลอม (เกิดเปน แหลง พลังงานมหาศาลทเ่ี ปน ประโยชนต อมนุษย) 3.8.5 ประโยชนแ ละโทษของกัมมันตรงั สี ประโยชนข องกัมมันตรังสี 1. ใชใ นดา นการเกษตร เชน การวจิ ยั เก่ียวกับปยุ หรอื การเปลยี่ นแปลงพืชพันธุบางชนิด 2. ใชในการแพทย เชน รักษาโรคมะเร็ง Co-60, Ra-226 หรือตรวจระบบการหมุนเวียนโลหิต Na-24 ใช I-131 ดูความผดิ ปกตขิ องตอมไทรอยด ใช I-123 ดูภาพสมอง ใช Tc-99 ดภู าพอวยั วะภายใน 3. ในทางอตุ สาหกรรม ใชตรวจสอบรอยแตกราวในเสาหนิ ปนู หรอื ภายในโลหะซึง่ มองจากภายนอกไมเหน็ 4. ในทางธรณวี ทิ ยา ใชห าอายวุ ัตถุโบราณโดยเทยี บจาก 14C ซ่ึงอยใู นของโบราณนนั้ 5. ใชควบคุมความหนาของแผน โลหะทีร่ ดี ออกมาจากเคร่อื งรีดโลหะใหบ างเทา กนั ตลอดแผน - 48 - นางสาวจตุภรณ สวัสดริ์ กั ษา ครวู ชิ าการ

เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าเคมี 2 รหัสวชิ า ว 40121 สาขาวชิ าเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานสุ รณ โทษของกมั มันตรังสี 1. ทาํ ใหเกิดการเปล่ยี นแปลงภายในสารในรางกายสาํ หรบั ส่ิงมีชีวติ 2. ถา สงิ่ มีชวี ิต ไดรบั รังสีปริมาณมากอาจตายในทันที 3. ถานาํ เอาความรูไปใชใ นทางทผ่ี ิดก็จะเปน อนั ตรายตอมวลมนษุ ยชาติ 4. เกิดผลกระทบตอ สง่ิ แวดลอ ม - 49 - นางสาวจตภุ รณ สวัสดร์ิ กั ษา ครวู ิชาการ