2.ตารางธาตุและสมบัติของธาตุ พื้นฐาน

ตารางธาตุและสมบตั ขิ องธาตุ นายสัมพนั ธ์ อรุณเจริญกจิ โรงเรียนเทพสถติ วทิ ยาลยั

ตารางธาตุ (The periodic table) • ปรับปรุงจากตารางธาตุของดมิ ติ รี อวี าโนวชิ เมน เดเลเยฟ (Dimitri Evanovich Mendelejev) เรียงธาตุ ตามมวลอะตอม • เฮนรี กวนิ เจฟฟรีส์ โมสลยี ์ (Henry Gwyn Jeffreys Moseley) จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอม ▫ แม่นยาํ ในการทํานายแนวโน้มสมบัตขิ องธาตุ



สมบตั ขิ องธาตุ • ธาตุโลหะ metal elements ▫ ตวั นําไฟฟ้ าได้ นําความร้อนทดี่ ี ▫ เหนียวและแขง็ แรง ▫ ผวิ มนั วาวไม่ยอมให้แสงผ่าน ▫ จุดเดอื ดจุดหลอมเหลวสูง ▫ ปกตเิ ป็ นของแขง็ ทอ่ี ุณหภูมหิ ้อง (ยกเว้น ปรอท) ▫ เช่น แคลเซียม อะลูมเิ นียม เหลก็ เป็ นต้น

• อโลหะ (non-metal) ▫ ไม่นําไฟฟ้ า และความร้อน ▫ มีจุดหลอมเหลวและจุดเดอื ดตาํ่ ▫ เปราะบาง ▫ ผิวไม่มันวาว ▫ มีท้ัง 3 สถานะ ▫ เช่น ออกซิเจน กาํ มะถนั ฟอสฟอรัส เป็ นต้น

• กงึ่ โลหะ (metalloid) ▫ มีสมบตั ิกาํ้ กง่ึ ระหว่างโลหะและอโลหะ ▫ มีสมบัติบางประการคล้ายโลหะ นําไฟฟ้ าได้บ้างทอี่ ุณหภูมปิ กติ และนําไฟฟ้ าได้มากขนึ้ เมือ่ อุณหภูมเิ พม่ิ ขึน้  เป็ นของแขง็ เป็ นมันวาวสีเงนิ จุดเดอื ดสูง ▫ คล้ายอโลหะ  เปราะแตกง่าย ▫ เช่น ธาตุซิลคิ อน และเจอเมเนียม

สมบตั ขิ องธาตุตามหมู่ • ธาตุหมู่ 1A หรือโลหะอลั คาไล (Alkali Metals) ▫ ส่วนใหญ่จะมสี ีเงนิ (ยกเว้นธาตุซีเซียม (Cs) ซึ่งมสี ี ทองเจือปน) ▫ มลี กั ษณะเป็ นโลหะเนือ้ อ่อน ▫ มคี วามหนาแน่นต่ํา ▫ มคี วามว่องไวต่อการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมสี ูงมาก โดยจะ เกดิ ปฏิกริ ิยาเคมไี ด้ดกี บั ธาตุหมู่ 7A

▫ และสามารถเกดิ ปฏกิ ริ ิยารุนแรงกบั นํา้ ไดดี ▫ การเกบ็ รักษาจึงจะต้องเกบ็ ไว้ในนํา้ มนั ▫ ธรรมชาติพบอยู่ในรูปของสารประกอบ เช่น โซเดยี ม คลอไรด์ (NaCl), ลเิ ทยี มออกไซด์ (Li2O) โซเดยี มไฮ ดรอกไซด์ (NaOH) เป็ นต้น ▫ มคี วามเป็ นโลหะสูง

ตัวอย่างของธาตุหมู่ 1A ทค่ี วรรู้จกั ได้แก่ธาตุดงั ต่อไปนี้ • ลเิ ทยี ม (Li) มีสมบตั ิดูดความร้อนไดด้ ี มกั ใชใ้ นการถา่ ยเท ความร้อน ใชเ้ ป็นข้วั แบตเตอรี่ เนื่องจากมีศกั ยภาพในการให้ อิเลก็ ตรอนท่ีดี • โซเดยี ม (Na) มีการใชป้ ระโยชน์จากสารประกอบโซเดียม มากมาย เช่น เกลือแกง หรือโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ซ่ึงใชใ้ น การประกอบอาหาร, ผงฟหู รือโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO3) ซ่ึงใชใ้ นการทาํ ขนมปังใหฟ้ ู เป็นตน้

สมบตั ขิ องธาตุตามหมู่ • ธาตหุ มู่ 2A หรือโลหะอลั คาไลน์เอริ ์ธ (Alkaline-earth Metals) ▫ มลี กั ษณะเป็ นโลหะเนือ้ อ่อน แต่มคี วามแข็งและมคี วาม หนาแน่นมากกว่าธาตหุ มู่ 1A ▫ ส่วนใหญ่มสี ีเงนิ ▫ ทาํ ปฏกิ ริ ิยาได้ดกี บั กบั ธาตหุ มู่ 7A และนํา้ แต่ปฏกิ ริ ิยามี ความรุนแรงน้อยกว่าธาตุหมู่ 1A ▫ มเี วเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนเพยี ง 2 อนุภาค จงึ ถูกดงึ หรือสูญเสีย อเิ ลก็ ตรอนไปได้ง่าย ดงั น้ันธาตหุ มู่ 2A จงึ มสี มบัตคิ วามเป็ น โลหะทด่ี ี

ตวั อย่างของธาตุหมู่ 2A ทค่ี วรรู้จัก • เบริลเลยี ม (Be) สีเทาเหมอื นเหลก็ แข็งแรง นํา้ หนักเบา แต่ เปราะ มกั ใช้สําหรับเป็ นโลหะผสมเพอ่ื ทาํ ให้โลหะแข็งแกร่งขึน้ • แมกนีเซียม (Mg) พบได้มากในธรรมชาติ เป็ นส่วนประกอบ ของเปลอื กโลกประมาณ 2% และเป็ นธาตทุ ลี่ ะลายอยู่ในนํา้ ทะเลมากเป็ นอนั ดบั 3 นิยมใช้วตั ถุดบิ ในการผลติ โลหะผสม อะลูมเิ นียม-แมกนีเซียม

• แคลเซียม (Ca) สีเทาอ่อน มกั ใช้ในการสกดั ธาตยุ ูเรเนียม (U) เป็ นธาตุทม่ี คี วามสําคญั ต่อส่ิงมชี ีวติ อย่างยง่ิ เน่ืองจากเป็ น ส่วนประกอบทส่ี ําคญั ของโครงสร้างร่างกายของ ส่ิงมชี ีวติ เช่น กระดูก และฟัน เป็ นต้น • แบเรียม (Ba) มอี ยู่น้อยในธรรมชาติ สมบตั คิ ล้ายกบั ธาตุ แคลเซียม สามารถทาํ ปฏิกริ ิยากบั อากาศได้ดี ทาํ ให้สามารถพบ ได้เฉพาะในลกั ษณะสารประกอบเท่าน้ัน นําไปใช้ประโยชน์ใน ด้านการขุดเจาะนํา้ มนั การทาํ เหมอื นแร่ การถ่ายภาพเอก็ ซเรย์ ทางการแพทย์ เป็ นต้น

ธาตุหมู่ 7A หรือธาตุแฮโลเจน (Halogen) • เป็ นธาตุทม่ี สี มบัตเิ ป็ นอโลหะ • มคี วามว่องไวต่อการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมสี ูง • ในสภาพธรรมชาตเิ รามกั จะพบว่าธาตุกลุ่มนีใ้ นลกั ษณะเป็ น โมเลกลุ คู่ซ่ึงประกอบด้วย 2 อะตอม • ธาตหุ มู่ 7A คอื เมอ่ื รวมตวั กบั ไฮโดรเจน (H) จะมฤี ทธ์ิเป็ น กรดรุนแรง เช่น กรดไฮโดรคลอริก(HCl), กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) • สมบัตคิ วามเป็ นอโลหะสูง

ตวั อย่างของธาตุหมู่ 7A ทค่ี วรรู้จัก • ฟลูออรีน (F) มสี ถานะเป็ นแก๊ส มสี ีเหลอื งอ่อนและเป็ น อนั ตรายต่อสิ่งมชี ีวติ โดยฟลูออรีนทบี่ ริสุทธ์ิจะมอี นั ตรายเป็ น อย่างมากสามารถทาํ ให้เกดิ รอยไหม้บนผวิ หนังได้ โดยทวั่ ไปจะ ใช้ประโยชน์ในรูปของสารประกอบฟลูออรีน เช่น โซเดยี ม ฟลูออไรด์ (NaF) ซึ่งหากใช้ในปริมาณเลก็ น้อยเตมิ ลงในยาสีฟัน จะช่วยป้ องกนั ฟันผไุ ด้

• คลอรีน (Cl) มสี ถานะเป็ นแก๊ส มสี ีเขียมอมเหลอื ง มนี ํา้ หนัก มากกว่าอากาศ มกี ลน่ิ เหมน็ อย่างรุนแรง และเป็ นพษิ อย่าง ร้ายแรง มคี ุณสมบัตใิ นการฆ่าเชื้อโรคได้ดี จงึ นิยมใช้เตมิ ลงใน นํา้ หรือในสระนํา้ เพอ่ื ทาํ ให้นํา้ สะอาด คลอรีนจะพบได้มากใน รูปของเกลอื ทะเลและสารประกอบอนื่ ๆ เช่น เกลอื แกง (NaCl) หรือโซเดยี มคลอไรด์ เป็ นต้น

• โบรมนี (Br) เป็ นธาตุเพยี งชนิดเดยี วในกลุ่มธาตหุ มู 7A ทมี่ ี สถานะเป็ นของเหลว มสี ีแดง สามารถระเหยได้ง่ายท่ี อณุ หภูมหิ ้อง เป็ นอนั ตรายต่อเนือ้ เยอ่ื ของมนุษย์ เน่ืองจากไอ ระเหยสามารถทาํ ให้เกดิ การระคายเคอื งต่อตาและผวิ หนังทบ่ี อบ บางได้ • ไอโอดนี (I) มสี ถานะเป็ นของแข็ง ไม่ละลายนํา้ มคี วามจาํ เป็ น อย่างยงิ่ ต่อการดาํ รงชีวติ ของส่ิงมชี ีวติ เนื่องจากเป็ นธาตทุ เ่ี ป็ น ธาตทุ เี่ ป็ นองค์ประกอบสําคญั ในการผลติ ฮอร์โมนทส่ี ําคญั บาง ชนิด นอกจากนีไ้ อโอดนี ยงั มปี ระโยชน์ในการผลติ ยาฆ่าเชื้อและ สี

ธาตุหมู่ 8A หรือแก๊สเฉื่อย (Innert Gas) • มีสถานะเป็ นแก๊สทร่ี ะดบั อุณหภูมแิ ละความดนั ปกติ • เป็ นธาตทุ มี่ คี วามว่องไวในการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมตี า่ํ เนื่องจากมี เวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนครบ 8 อยู่แล้ว จงึ ยากต่อการสูญเสียหรือรับ อเิ ลก็ ตรอนเพมิ่ • มลี กั ษณะเป็ นแก๊สไม่มสี ี ไม่มกี ลนิ่ ละลายนํา้ ได้เลก็ น้อย • นิยมใช้ในการบรรจลุ งในบริเวณทไี่ ม่ต้องการให้เกดิ ปฏกิ ริ ิยา เคมี

ตัวอย่างของธาตุหมู่ 8A • ฮีเลยี ม (He) เป็ นแก๊สทไ่ี ม่มสี ี ไม่มกี ลนิ่ ไม่มรี ส ไม่ตดิ ไฟ จงึ นิยมใช้บรรจใุ นบอลลูนหรือลูกโป่ งสวรรค์ ใช้ผสมกบั แก๊ส ออกซิเจนในถังสําหรับผู้ทจี่ ะลงไปทาํ งานใต้ทะเล หรือสําหรับ นักประดานํา้ นอกจากนีย้ งั มกี ารใช้ฮีเลยี มเหลวซึ่งมจี ะเดอื ดตา่ํ มากเป็ นสารสําหรับหล่อเยน็ • นีออน (Ne) เป็ นแก๊สเฉ่ือยทไี่ ม่มสี ี และยากต่อการเกดิ ปฏกิ ริ ิยา เคมใี ด ๆ นิยมใช้บรรจใุ นหลอดไฟโฆษณาให้แสงสีส้มแดง

• ซีนอน (Xe) ซีนอนเป็ นธาตุทไี่ ม่มสี ี ไม่มกี ลน่ิ พบเพยี ง เลก็ น้อยในบรรยากาศ เป็ นแก๊สทม่ี ฤี ทธ์ิเป็ นยาสลบ นิยมใช้ บรรจุในหลอดไฟส่องหน้าแบบ HID (High Intensity Discharged) ให้แสงสว่างทม่ี ปี ระสิทธิภาพสูง • อาร์กอน (Ar) ใช้เป็ นแก๊สบรรจใุ นหลอดไฟ เพอ่ื ให้ไส้หลอดมี อายกุ ารใช้งานทย่ี าวนานขนึ้ นอกจากนีย้ งั ใช้บรรจุในหลอดไฟ โฆษณาให้แสงสีม่วงนํา้ เงนิ

สมบตั ขิ องธาตุแทรนซิชัน • มสี มบตั คิ ล้ายคลงึ กนั ท้งั ในแนวนอนและแนวดง่ิ ทกุ ธาตตุ ่าง เป็ นพวกโลหะ แต่มคี วามแตกต่างจากโลหะหมู่ IA และ หมู่ IIA หลายประการดงั นี้ • ส่วนใหญ่มจี ดุ หลอมเหลว จดุ เดอื ด และความหนาแน่นสูง • เวเลนต์อเิ ลก็ ตรอนของธาตุแทรนซิชันในคาบ ท่ี 4 เท่ากบั 2 ยกเว้นโครเมยี ม กบั ทองแดง ซึ่งมเี วเลนซ์ อเิ ลก็ ตรอนเท่ากบั 1

• อเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานถดั เข้ามานับจากระดบั พลงั งานของ เวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน ส่วนใหญ่มจี าํ นวนไม่เท่ากนั ส่วนของธาตุ หมู่ IA และหมู่ IIA ในคาบเดยี วกนั มจี าํ นวนอเิ ลก็ ตรอนใน ระดบั พลงั งานถดั เข้ามาเท่ากบั 8 • รัศมอี ะตอมมขี นาดใกล้เคยี งกนั และมแี นวโน้มลดลงเมอ่ื เลข อะตอมเพมิ่ ขึน้ ตามคาบ • ความหนาแน่นมแี นวโน้มเพมิ่ ขึน้ ตามคาบ • มสี มบัตคิ ล้ายคลงึ กนั ตามคาบมากกว่าธาตอุ น่ื ๆ ในตารางธาตุ

• โลหะแทรนซิชันเป็ นตวั นําไฟฟ้ าและนําความร้อนท่ี ดี โดยเฉพาะอย่างยง่ิ ธาตุในหมู่ IB คอื ทองแดง เงนิ และ ทอง • รัศมอี ะตอมมขี นาดลดลงเมอ่ื เลขอะตอมเพมิ่ ขึน้ แต่รัศมี อะตอมของธาตุต่างๆ จากโครเมยี ม (Cr) ถึงทองแดง (Cu) มี ขนาดใกล้เคยี งกนั มาก ท้งั นีเ้ น่ืองจากแม้ว่าธาตุในแถวเดยี วกนั จะมปี ระจใุ นนิวเคลยี สเพม่ิ ขึน้ ซึ่งทาํ ให้หมอกอเิ ลก็ ตรอนเลก็ ลงก็ ตาม แต่อเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย่อยมจี าํ นวนมากขนึ้ และมี แรงต้านกบั การหดขนาดของหมอกอเิ ลก็ ตรอน จงึ ทาํ ให้ขนาด อะตอมไม่ค่อยเปลย่ี นแปลงมากนัก และจะลดลงอย่างช้า ๆ เท่าน้ัน

• พลงั งานไอออไนเซชันลาํ ดบั ที่ 1 ทเ่ี ปลยี่ นแปลงอย่างไม่ สมา่ํ เสมอเป็ นผลจากการต้านกนั ระหว่างประจุของนิวเคลยี สที่ เพม่ิ ขนึ้ กบั การเพมิ่ อเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย่อย • มเี ลขออกซิเดชันได้หลายค่า ยกเว้น IIIB และหมู่ IIB ซ่ึงเกดิ สารประกอบทม่ี เี ลขออกซิเดชัน +3 และ +2 ตามลาํ ดบั ส่วน ธาตแุ ทรนซิชันอน่ื ๆ สามารถแสดงเลขออกซิเดชันร่วมกนั เป็ น อย่างน้อย

• สารประกอบส่วนมากของธาตแุ ทรนซิชันมสี ี (ยกเว้น หมู่ IIIB) • มแี นวโน้มเกดิ สารประกอบเชิงซ้อน (Complex compounds) ได้ง่ายกว่าธาตุหมู่ IA และหมู่ IIA