คู่มือครูวิชาเคมี เรื่อง อะตอมและสมบัติของธาตุ

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 1034. ธาตุ X Y และ Z เป�นธาตุหมู� IA IIA และ VIIA ตามลําดับ และอยู�ในคาบเดียวกัน จง เปรียบเทียบสมบัติต�อไปนี้ 4.1 พลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 พลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของธาตุเรียงลําดับจากสูงไปต่ําดังนี้ ธาตุ Z สูงที่สุด รองลงมาคือธาตุ Y และต่ําที่สุดคือธาตุ X เนื่องจากเลข อะตอมเพิ่มขึ้น แรงยึดเหนี่ยวระหว�างนิวเคลียสกับเวเลนซ�อิเล็กตรอนจึงเพิ่มขึ้น ตามคาบ อิเล็กตรอนจึงหลุดจากอะตอมได�ยาก IE1 จึงมีค�าสูงขึ้นตามคาบ 4.2 อิเล็กโทรเนกาติวิตี ธาตุ Z สูงที่สุด รองลงมาคือธาตุ Y และต่ําที่สุดคือธาตุ X เนื่องจากเลข อะตอมเพิ่มขึ้นตามคาบ ขนาดอะตอมจะเล็กลง ความสามารถในการดึงดูด อิเล็กตรอนจึงเพิ่มขึ้น EN จึงมีค�าสูงขึ้นตามคาบ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล�ม 1104 2.5 ธาตุแทรนซิชัน จดุ ประสงคก� ารเรยี นร�ู เปรียบเทียบสมบัติบางประการของโลหะเรพรีเซนเททีฟหรือโลหะหมู�หลักและโลหะ แทรนซชิ นั ความเขา� ใจคลาดเคลอื่ นทอ่ี าจเกิดขน้ึ ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�อง ปรอทเป�นโลหะที่มีสีแดง เนื่องจากเข�าใจว�า ปรอทเป�นโลหะที่มีสถานะเป�นของเหลวที่ ของเหลวสีแดงที่บรรจุในเทอร�มอมิเตอร�คือ อุณหภูมิห�องและมีสีเงินวาวเหมือนโลหะอื่น ๆ ปรอท สือ่ การเรียนรู�และแหลง� การเรียนร�ู 1. ชุดปฐมพยาบาล 2. เครือ่ งดับเพลงิ แนวการจัดการเรียนร�ู 1. ครูตัง้ คาํ ถามเพ่อื ทบทวนเกย่ี วกับการแบ�งกลุม� ธาตุในตารางธาตุ และสมบตั ิของกลุ�มธาตุ หมูห� ลกั ทีไ่ ดศ� ึกษามาแล�ววา� มอี ะไรบ�าง ให�นกั เรยี นพจิ ารณารปู 2.29 แลว� ถามวา� ธาตุแทรนซิชนั อยู� บรเิ วณใดของตารางธาตุ ซึง่ ควรได�คาํ ตอบว�าอยูร� ะหว�าง IIA กบั IIIA (หมู� 2 กบั 13) และใช�คําถาม ตอ� อีกวา� เพราะเหตุใดจงึ จัดธาตแุ ทรนซชิ นั แยกเปน� อีกหน่ึงกล�ุม เพื่อนําเขา� ส�ูการศกึ ษาสมบตั ิของ ธาตแุ ทรนซิชัน 2. ให�นกั เรียนศกึ ษาข�อมลู ในตาราง 2.11 กับ 2.12 แล�วอภิปรายในกลุ�มเพอื่ เปรียบเทยี บ สมบตั ิบางประการของธาตโุ พแทสเซียมและแคลเซยี มท่เี ปน� ธาตหุ มู� IA และ IIA กบั ธาตุแทรนซชิ ัน ในคาบท่ี 4 ซ่ึงอยใ�ู นคาบเดยี วกนั จากนนั้ ครกู บั นกั เรียนรว� มกันสรปุ อีกครั้งซงึ่ ควรได�สาระสาํ คญั ดังนี้ - รัศมีอะตอมของโลหะหมู�หลักจะมีขนาดใหญ�กว�าโลหะแทรนซิชันในคาบเดียวกันโดย โลหะแทรนซชิ นั ในคาบเดยี วกันมีขนาดใกลเ� คยี งกนั - ธาตุแทรนซิชนั มจี ดุ หลอมเหลว จุดเดือด ความหนาแน�น สงู กวา� ธาตโุ พแทสเซยี มและ แคลเซยี ม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

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

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ล�ม 1106 วัสดแุ ละอุปกรณ� ปริมาณต�อกลุ�ม รายการ 1 ชุด ชุดบัตรภาพสารประกอบ การเตรยี มลว� งหน�า เตรียมชดุ บตั รภาพสารประกอบดงั ตัวอย�างหรือใช�ภาพของสารประกอบอน่ื ๆ ท่ี สอดคล�องกบั จุดประสงค� ใหเ� ท�ากับจาํ นวนกลม�ุ ของนักเรียน คอปเปอร�(II)คาร�บอเนต (CuCO3) คอปเปอร�(II)ซัลเฟต เพนตะไฮเดรต (CuSO4•5H2O) แคลเซียมคาร�บอเนต (CaCO3) แคลเซียมซัลเฟต (CaSO4) สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

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

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 1108 ตวั อย�างผลการทาํ กจิ กรรม จากการสังเกตสีและแบ�งกล�ุมสารประกอบ ไดผ� ลดังนี้ สารประกอบของโลหะหมู�หลัก สารประกอบของโลหะแทรนซิชัน สูตรเคมี สีของสารประกอบ สูตรเคมี สีของสารประกอบ NaCl สีขาว CuSO4•5H2O สีฟ�า สีขาว CuCO3 สีเขียวอ�อน Na2CO3 สีขาว MnO2 สีเทา-ดํา KNO3 สีขาว ZnSO4 สีเหลืองอ�อน CaSO4 สีขาว CaCO3 สีขาว LiCl อภปิ รายผลการทํากิจกรรม 1. สขี องสารประกอบเป�นสมบตั ิทางกายภาพ ซ่งึ สามารถสังเกตได�ดว� ยตาเปลา� 2. สารประกอบของโลหะหม�หู ลกั ส�วนใหญเ� ปน� สีขาว สว� นสารประกอบของโลหะ แทรนซชิ ันมักจะมีสี เชน� CuSO4•5H2O มีสีฟ�า ZnSO4 มสี ีเหลืองออ� น สรปุ ผลการทํากจิ กรรม สารประกอบของโลหะหมู�หลักส�วนใหญ�เป�นสีขาว ส�วนสารประกอบของโลหะ แทรนซชิ นั สว� นใหญม� สี ี 6. ครูให�นกั เรยี นตอบคําถามชวนคดิ โดยให�สืบค�นขอ� มลู และชว� ยกันเฉลย ซ่ึงจากการตอบ คาํ ถามนักเรียนจะพบวา� ในกรณีทส่ี ารประกอบมที ้ังโลหะหมหู� ลกั และโลหะแทรนซิชนั สารประกอบ จะมีสี สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 109ชวนคดินกั เรยี นคดิ วา� KMnO4 K2CrO4 และ Na2CoCl4 เป�นสารประกอบท่มี สี ีหรอื ไมเ� พราะเหตใุ ดสารประกอบท้งั 3 ชนดิ มีสีโดย KMnO4 มสี มี �วง K2CrO4 มีสเี หลอื ง และ Na2CoCl4 มีสนี าํ้ เงิน การทส่ี ารประกอบท้ังหมดมสี ี เน่ืองจากมธี าตแุ ทรนซชิ ันเป�นองค�ประกอบ 7. ครูถามคําถามเพื่อให�นักเรียนอภิปรายว�า นอกจากการมีสีของสารประกอบแล�ว โลหะแทรนซชิ ันยังมีสมบัติใดทีแ่ ตกต�างโลหะหมห�ู ลักอีกบา� ง เพื่อนําเข�าสูก� จิ กรรม 2.5กิจกรรม 2.5 การทดลองการเกิดปฏิกิริยาเคมกี บั น้าํจดุ ประสงค�การทดลอง1. ทาํ การทดลองเพอ่ื ศกึ ษาปฏกิ ริ ยิ าเคมรี ะหวา� งโซเดยี ม แมกนเี ซยี ม ทองแดง และสงั กะสกี บั นาํ้2. เปรยี บเทยี บความวอ� งไวในการทาํ ปฏกิ ริ ยิ าเคมกี บั นาํ้ ของธาตหุ ม�ู IA IIA และธาตแุ ทรนซชิ นั3. ระบุสมบัติความเป�นกรดและเบสของสารละลายที่เกิดข้ึนในปฏิกิริยาเคมีเวลาทใี่ ช� อภิปรายก�อนทําการทดลอง 10 นาที ทาํ การทดลอง 30 นาที อภปิ รายหลังทําการทดลอง 20 นาที รวม 60 นาทีวัสดุ อุปกรณ� และสารเคมี รายการ ปริมาณต�อกลุ�มสารเคมี 1 ชิ้น1. โซเดียมขนาดเท�าครึ่งเมล็ดถั่วเขียว 1 ชิ้น2. ลวดแมกนีเซียมขนาด 0.5 cm × 1 cm สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1110 รายการ ปริมาณต�อกลุ�ม 3. ทองแดงขนาด 0.5 cm × 1 cm 1 ชิ้น 4. สังกะสีขนาด 0.5 cm × 1 cm 1 ชิ้น 5. สารละลาย HCl 0.3 M 1 mL 6. สารละลาย NaOH 0.3 M 1 mL 7. ฟ�นอล�ฟทาลีน 12 หยด 8. น้ํากลั่น วัสดุและอุปกรณ� - 1. บีกเกอร�ขนาด 250 mL 2. หลอดทดลองขนาดเล็ก 1 ใบ 3. หลอดทดลองขนาดใหญ� 2 หลอด 4. ที่วางหลอดทดลอง 6 หลอด 5. หลอดหยด 1 อัน 6. กระบอกตวง 10 mL 1 หลอด 7. กระดาษทรายเบอร� 1 ขนาด 3 cm × 3 cm 3 อัน 8. ตะเกียงแอลกอฮอล�พร�อมที่กั้นลม 3 แผ�น 9. เทอร�มอมิเตอร�ขนาด 0-100 °C 1 ชุด 10. กระจกนา�ิกาหรือแผ�นกระจก 1 อัน 11. ปากคีบ 1 อัน 12. กระดาษทิชชู� 1 อัน 2 แผ�น การเตรียมล�วงหนา� 1. ตัดโซเดียม แมกนเี ซยี ม ทองแดง สังกะสี และกระดาษทรายเบอร� 1 ตามขนาดท่กี าํ หนด และมีจํานวนเท�าจํานวนกลุ�มของนักเรียนในชั้น สําหรับชิ้นโซเดียมที่ตัดแล�วให�แช�ไว� ในนํ้ามนั พาราฟ�น 2. เตรียมสารละลาย HCl 0.3 M ปรมิ าตร 20 mL โดยรินกรดไฮโดรคลอริกเขม� ข�น 6 M ปรมิ าตร 1 mL ลงในนา้ํ กลัน่ ประมาณ 15 mL แล�วเติมนาํ้ จนสารละลายมปี ริมาตรเปน� 20 mL สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 1113. เตรียมสารละลาย NaOH 0.3 M ปรมิ าตร 20 mL โดยละลายโซเดียมไฮดรอกไซด� 0.24 กรมั ในน้ํากลัน่ ประมาณ 15 mL คนจนสารละลายหมด แลว� เตมิ นํา้ จนสารละลาย มปี ริมาตรเป�น 20 mLขอ� เสนอแนะสําหรบั ครู1. ตอ� งสวมแวน� ตานริ ภัยขณะทาํ การทดลองเสมอ2. การนาํ ช้ินโซเดียมไปทดลองตอ� งใช�ปากคบี หา� มใช�มอื จบั โซเดียมเดด็ ขาด3. กอ� นหยอ� นโซเดียมลงในนา้ํ ต�องซับนา้ํ มันบนชนิ้ โซเดียมดว� ยกระดาษทชิ ช�กู �อน4. เมือ่ คบี ชนิ้ โซเดยี มใส�ลงในบีกเกอรท� ่ีมีน้าํ และฟ�นอลฟ� ทาลีนบรรจอุ ย�แู ลว� หา� มยืน่ หนา� เขา� ใกลบ� ีกเกอรท� ท่ี ดลอง รวมถึงตอ� งทดลองด�วยความระมัดระวังเพราะอาจมอี ันตราย เกดิ ขน้ึ ได�5. ลวดแมกนีเซยี ม ทองแดง และสงั กะสตี อ� งใช�กระดาษทรายขดั เพ่ือกาํ จดั สารประกอบ ออกไซด�หรือส่ิงเจือปนท่ีเคลือบบนผิวโลหะเหล�าน้ันออกให�หมดก�อนนําไปทําการ ทดลองตัวอยา� งผลการทดลองตารางที่ 1 การเปลี่ยนแปลงกบั สารละลายฟ�นอล�ฟทาลีนสาร การเปลี่ยนแปลงกับสารละลายฟ�นอล�ฟทาลีน*0.3 M HCl ใส ไม�มีสี0.3 M NaOH สารละลายเปลี่ยนเป�นสีชมพู* ในบางประเทศห�ามนําสารละลายฟ�นอล�ฟทาลีนมาใช�ในการเรียนการสอนเนื่องจาก เปน� สารกอ� มะเรง็ ดงั นน้ั จงึ ใชอ� นิ ดเิ คเตอรต� วั อน่ื แทน เชน� ในการทดลองนถ้ี า� ใชส� ารละลาย โบรโมไทมอลบลูทดสอบกับ 0.3 M HCl จะเปลี่ยนสารละลายเป�นสีเหลือง แต�เมื่อ ทดสอบ 0.3 M NaOH จะได�สารละลายสีน้ําเงิน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1112 ตารางที่ 2 การเปล่ยี นแปลงเมื่อใส�โซเดยี ม แมกนีเซยี ม ทองแดงและสังกะสีลงในนา้ํ ชนิดของ การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได�เมื่อทําปฏิกิริยากับน้ํา โลหะ อุณหภูมิห�อง 60-80 °C โซเดียม ก�อนโซเดียมวิ่งบนผิวน้ําและทํา ปฏิกิริยาเคมีกับน้ําอย�างรวดเร็ว มีประกายไฟและควันสีขาวเกิด ข้นึ สารละลายเปลยี่ นเปน� สชี มพู เมื่อสัมผัสบีกเกอรจ� ะรสู� กึ รอ� น แมกนีเซียม เกิดฟองแก�สเล็กน�อยเกาะท่ีแผ�น เกิดฟองแก�สได�มากขึ้นสารละลาย แมกนีเซียม (สังเกตเห็นยาก) รอบ ๆ แมกนีเซียมเป�นสีชมพอู อ� น ทองแดง สังเกตไมเ� ห็นการเปลี่ยนแปลง สงั เกตไม�เหน็ การเปล่ียนแปลง สังกะสี สงั เกตไมเ� ห็นการเปลีย่ นแปลง สงั เกตไมเ� หน็ การเปล่ยี นแปลง อภปิ รายผลการทดลอง 1. เมื่อหยดสารละลายนอลฟ� ทาลนี ลงใน 0.3 M HCl สารละลายจะใสไมม� ีสี แตเ� ม่อื หยดลงใน 0.1 M NaOH พบวา� สารละลายเปล่ียนเปน� สชี มพู แสดงว�าสารละลาย ฟน� อลฟ� ทาลีนในสภาวะท่เี ปน� กรดใสไม�มีสแี ต�ในสภาวะท่เี ปน� เบสจะเปน� สชี มพู 2. โซเดียมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ําที่อุณหภูมิห�องได�รวดเร็วและรุนแรง ได�สารละลายมี สมบตั เิ ป�นเบสเนอื่ งจากมสี ชี มพจู ากฟน� อล�ฟทาลีนเกิดขึน้ 3. แมกนีเซียมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ําที่อุณหภูมิห�องได�ช�า แต�เกิดปฏิกิริยากับน้ําร�อนได� เร็วกวา� ได�สารละลายมีสมบตั เิ ป�นเบส เนอื่ งจากมีสชี มพจู ากฟ�นอล�ฟทาลนี เกิดขนึ้ 4. ปฏกิ ริ ยิ าของทองแดงและสงั กะสกี บั นาํ้ ท่อี ุณหภมู หิ �องและในนํ้าร�อน สังเกตไม�เหน็ การ เปลย่ี นแปลง 5. ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ําของธาตุทั้ง 4 ชนิดพบว�า โลหะ โซเดียมเกิดปฏิกิริยาได�รวดเร็วที่สุด รองลงมาคือแมกนีเซียม ส�วนทองแดงและ สังกะสีไมท� าํ ปฏิกิริยากบั น้ํา สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

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

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1114 แบบฝก� หัด 2.5 1. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอม 40 50 และ 60 ตามลําดับ ธาตุใดเป�นธาตุหมู�หลักและ ธาตุใดเป�นธาตุแทรนซิชัน การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ A คือ [Kr]5s24d2 ธาตุ B คือ [Kr]5s25p2 และ ธาตุ C คือ [Xe]6s24f5 จะเห็นว�า ธาตุ A และ C บรรจุอิเล็กตรอนตัวสุดท�ายที่ออร�บิทัล d และ f จึงเป�นธาตุแทรนซิชัน ส�วน ธาตุ B บรรจุอิเล็กตรอนตัวสุดท�ายที่ออร�บิทัล p จึงเป�นธาตุหมู�หลัก 2. เขียนแผนภาพเวนน�เปรียบเทียบสมบัติที่เหมือนและที่แตกต�างของโลหะหมู�หลักและ โลหะแทรนซิชัน โลหะหมู�หลัก โลหะแทรนซิชัน ขนาดอะตอมในคาบ ขนาดอะตอมในคาบ เดียวกันใกล�เคียงกัน เดียวกันมีขนาดต�างกัน มีค�า IE1 สารประกอบมักมีสี พลงั งานสงู สดุ ของ สารประกอบส�วน และ EN ต่ํา อเิ ล็กตรอนท่บี รรจุ สว� นใหญอ� ย�ูใน ใหญ�มีสีขาว d orbital พลังงานสูงสุดของ เป�นโลหะ อิเล็กตรอนที่บรรจุ ส�วนใหญ�อยู�ใน s orbital สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 1152.6 ธาตุกัมมนั ตรงั สีจุดประสงคก� ารเรียนร�ู 1. อธิบายสมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา 2. คาํ นวณครึ่งชีวติ ของไอโซโทปกมั มนั ตรังสีความเขา� ใจคลาดเคลอ่ื นทอี่ าจเกิดขึน้ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�องเมื่อธาตุเกิดการแผ�รังสี ปริมาณเนื้อสาร เมื่อธาตุเกิดการแผ�รังสี ปริมาณเนื้อสารทัง้ หมดจะหายไป ทง้ั หมดไมไ� ดห� ายไป เพยี งแตม� กี ารเปลย่ี นแปลง จากไอโซโทปหนึง่ ไปเปน� อีกไอโซโทปไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถแผ�รังสีได�เพียง นอกจากรังสีแอลฟา แกมมา และบีตา แล�ว3 ชนิด คือแอลฟา แกมมา และบีตา ไอโซโทปกัมมันตรังสียังแผ�รังสีชนิดอื่นได� เช�น โพซิตรอน นิวตรอนกัมมันตภาพรังสีเกิดจากการคายพลังงาน กัมมันตภาพรังสีเกิดจากนิวเคลียสที่ไม�เสถียรของอิเล็กตรอนที่ไม�เสถียรจากสถานะกระตุ�น อันเกิดจากสัดส�วนที่ไม�เหมาะสมระหว�างมายังสถานะพื้น โปรตอนและนิวตรอน ไม�ได�เกี่ยวข�องกับ อิเล็กตรอนไอโซโทปกัมมันตรังสีมาจากธาตุที่มีเลข ไอโซโทปกัมมันตรังสีมาจากธาตุที่มีเลขอะตอมที่สูงกว�า 83 เท�านั้น อะตอมที่ต่ํากว�า 83 ได� เช�น C-14การเตรยี มลว� งหนา� รูปภาพ ข�าว หรอื บทความที่เกี่ยวกับกัมมนั ตรังสี สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1116 แนวการจัดการเรียนรู� 1. ครูนาํ รปู ภาพตัวอยา� งเหตุการณต� า� ง ๆ จากอินเตอร�เนต็ ทเ่ี ก่ยี วข�องกบั ประโยชน�และโทษ ของไอโซโทปกัมมนั ตรังสี เชน� คนเก็บของเก�า (Co-60) โรงไฟฟ�านวิ เคลียร� เครอ่ื งเอกซเรย� การทํา MRI การหาอายุวัตถุโบราณ จากน้นั ให�นกั เรยี นแต�ละกลม�ุ เล�าเรื่องราวที่เกย่ี วข�องกับรูปภาพทไ่ี ดร� บั พร�อมอธบิ ายว�า เหตุการณด� งั กล�าวเก่ยี วขอ� งกับสมบัตใิ ดของธาตุ ซ่ึงควรได�คาํ ตอบว�า เกยี่ วข�องกับ สมบตั กิ ารแผ�รังสี 2. ครใู หค� วามรูเ� ก่ียวกับความหมายของคาํ วา� กมั มันตภาพรงั สี ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สหี รอื สาร กัมมันตรังสแี ละธาตกุ มั มนั ตรงั สี แลว� ใหน� กั เรยี นศกึ ษาข�อมูลในรปู 2.31 และตาราง 2.13 เพอื่ สรุป ชนดิ ของรงั สี สญั ลกั ษณ� และสมบัติของรังสี ไดแ� ก� แอลฟา บตี า แกมมา หรือรังสีอน่ื ๆ 3. ครูอธิบายการเขียนสมการแสดงการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีในบทเรียน ซึ่งสังเกตได�ว�า ในกรณีที่การสลายตัวเกิดธาตุใหม� สัญลักษณ�ธาตุ เลขอะตอมและเลขมวลจะ เปลย่ี นแปลง แตถ� �าธาตเุ ดิมจะเปล่ียนแปลงเฉพาะเลขมวล เชน� 204 Pb เมอื่ แผร� ังสีแอลฟา สามารถ 82 เขียนสมการแสดงการสลายตัวไดด� ังน้ี 204 Pb 200 Hg + 4 He 82 80 2 จากสมการสงั เกตเหน็ วา� ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมดา� นซา� ยเทา� กบั ดา� นขวา 4. ให�นักเรียนพิจารณาอัตราส�วนของจํานวนนิวตรอนต�อจํานวนโปรตอนของไอโซโทปท่ี เสถยี รกบั ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สชี นดิ ตา� ง ๆ เชน� 12 C กบั 14 C และ 2547Co กบั 60 Co และ 23 Na กบั 6 6 27 11 24 Na แลว� เปรยี บเทยี บอตั ราสว� นระหวา� งนวิ ตรอนกบั โปรตอนแตล� ะค�ู ซง่ึ ควรสงั เกตพบวา� ไอโซโทป 11 กัมมันตรังสีมีจํานวนนิวตรอนแตกต�างจากจํานวนโปรตอนมากหรือมีอัตราส�วนของนิวตรอนต�อ โปรตอนมากกวา� 1 ทง้ั นค้ี รใู ชร� ปู 2.33 ประกอบการอธบิ าย 5. ครตู ง้ั คาํ ถามวา� ไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี เชน� 226 Ra 28 Al หรอื 99 Te เมอ่ื สลายตวั แลว� 88 13 52 ไอโซโทปทง้ั 3 ชนดิ นส้ี ลายตวั ใหร� งั สชี นดิ ใด และสญั ลกั ษณน� วิ เคลยี รด� งั กลา� วเปลย่ี นแปลงอยา� งไรบา� ง โดยพจิ ารณารปู 2.32 ประกอบ ซง่ึ ควรไดค� าํ ตอบวา� 226 Ra อาจแผร� งั สแี อลฟาเพราะมมี วลอะตอม 88 มากและเมื่อเทียบกับเขตเสถียรภาพแล�วอยู�ในช�วงที่แผ�รังสีแอลฟา สําหรับ 28 Al แผ�รังสีบีตา 13 เพราะสัดส�วนของนิวตรอนต�อโปรตอนมีมากเกินไปและเม่อื เทียบกับเขตเสถียรภาพแล�วอย�ใู นช�วงท่ี แผบ� ตี า สว� น 5929Te แผร� งั สแี กมมาซง่ึ มพี ลงั งานสงู มากและไมเ� สถยี รและเมอ่ื สลายตวั แลว� ไดไ� อโซโทป เดมิ 6. ครใู หน� กั เรยี นตอบคาํ ถามตรวจสอบความเขา� ใจและชว� ยกนั เฉลย โดยครคู อยชแ้ี นะ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 117 ตรวจสอบความเขา� ใจ1. ป�จจัยใดที่ทําให� 204 Pb มีแนวโน�มในการแผ�รังสีแอลฟาในขณะที่ 210 Pb มีแนวโน�มใน 82 82การแผร� งั สบี ตี า204 Pb มแี นวโนม� ในการแผร� งั สแี อลฟาเนอ่ื งจากมเี ลขอะตอมสงู 82สาํ หรบั 210 Pb ซง่ึ มเี ลขอะตอมสงู เชน� กนั แตถ� า� พจิ ารณาสดั สว� นนวิ ตรอนตอ� โปรตอนแลว� 82พบวา� มคี า� มาก จงึ มแี นวโนม� ในการลดจาํ นวนนวิ ตรอนทาํ ใหแ� ผร� งั สบี ตี า (ถา� ดรู ปู 2.32 พบวา�อยส�ู ว� นบนของแถบเสถยี รภาพ)2. นกั เรยี นคดิ วา� 164C มแี นวโนม� ในการแผร� งั สชี นดิ ใด เพราะเหตใุ ด14 C มสี ดั สว� นนวิ ตรอนตอ� โปรตอนสงู จงึ มแี นวโนม� ในการลดจาํ นวนนวิ ตรอน ทาํ ใหแ� ผร� งั สี 6บตี า 7. ครใู ห�นักเรียนดูรปู 2.33 จากนั้นร�วมกันอภปิ รายเก่ยี วกบั เหตุการณต� า� ง ๆ ในชีวิตประจําวนั ท่ีมนุษยม� ีโอกาสได�รับรังสี เช�น การฉายรงั สี จากนน้ั ให�ความรเู� ก่ยี วกบั ปรมิ าณรังสที เ่ี ปน� อันตรายและสัญลักษณ�รงั สีตามรายละเอียดในบทเรียน โดยใชร� ูป 2.34 และ 2.35 ประกอบ โดยครเู นน� ยํ้าว�าอันตรายจากรังสีทม่ี ตี �อมนุษย�ข้นึ อยูก� ับหลายป�จจยั เชน� ชนิดและปริมาณของรังสี ระยะเวลาท่ไี ด�รบัอวัยวะที่ไดร� ับรังสี 8. ครูทบทวนว�าไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถแผ�รังสีได�ตลอดเวลา ซึ่งระยะเวลาในการแผ�รงั สขี องแต�ละไอโซโทปไมเ� ทา� กนั จากนั้นใหน� กั เรียนพิจารณารูป 2.36 แล�วครถู ามคําถามวา� เมื่อเวลาผ�านไปปริมาณของ Na-24 และ Mg-24 มกี ารเปลีย่ นแปลงอยา� งไร ซงึ่ ควรได�คาํ ตอบวา�ปริมาณของ Na-24 ลดลง และ Mg-24 เพ่ิมข้ึน แต�มวลรวมของสารเทา� เดมิ 9. ครูถามตอ� ว�าเมอื่ เวลาผา� นไปทกุ ๆ 15 ช่วั โมง ปริมาณ Na-24 เปลี่ยนแปลงอย�างไร ซงึ่ ควรได�คําตอบว�า ปริมาณ Na-24 จะลดลงเหลือคร่งึ หน่งึ ของปรมิ าณเดมิ จากนั้นครใู หค� วามหมายของคําว�าครงึ่ ชวี ติ คอื ระยะเวลาท่ีไอโซโทปกมั มนั ตรังสีสลายตวั จนเหลอื ครง่ึ หน่ึงของปริมาณเดมิ ซงึ่ เป�นสมบตั ิเฉพาะตัวของธาตกุ มั มันตรงั สี เชน� Na-24 มคี รึ่งชีวติ เท�ากบั 15 ชั่วโมง 10. ครใู ห�นกั เรียนตอบคาํ ถามตรวจสอบความเขา� ใจและร�วมกนั เฉลย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1118 ตรวจสอบความเข�าใจ 1. เมอ่ื Na-24 สลายตวั จนเหลอื ครง่ึ หนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ ปรมิ าณเนอ้ื สารทง้ั หมดควรลดลง เหลอื ครง่ึ หนง่ึ ของปรมิ าณเดมิ หรอื ไม� เพราะเหตใุ ด มวล Na-24 จะหายไป แตป� รมิ าณเนอ้ื สารทง้ั หมดไมไ� ดห� ายไป เพยี ง Na-24 เปลย่ี นแปลงไป เปน� อกี ไอโซโทปหนง่ึ เชน� Mg-24 2. ถา� ผา� นไป 60 ชว่ั โมง จากจดุ เรม่ิ ตน� จะเหลอื Na-24 อยร�ู อ� ยละเทา� ใด Na-24 มคี รง่ึ ชวี ติ 15 ชว่ั โมง ดงั นน้ั เมอ่ื เวลาผา� นไป 60 ชว่ั โมง (4 ครง่ึ ชวี ติ ) จงึ เหลอื Na-24 6.25% ของปรมิ าณเดมิ 100 g 50 g 25 g 12.5 g 6.25 g 11. ครใู หน� กั เรียนศกึ ษาครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรงั สีต�าง ๆ ในตาราง 2.14 จากนน้ั ความ รูเ� กยี่ วกับการหาปริมาณสารท่เี หลอื หรอื การหาครง่ึ ชวี ติ ของไอโซโทปกัมมันตรังสี โดยวธิ เี ขยี นเป�น แผนภาพแสดงการลดลงครึง่ หนึง่ ของปรมิ าณเดมิ ตามระยะเวลาท่ีกาํ หนดให� และวิธีคาํ นวณโดยใช� สตู ร โดยครูยกตัวอยา� งประกอบ 12. ครูยกตวั อย�างปฏิกริ ิยาเคมี เชน� ปฏกิ ริ ิยาระหวา� งโซเดียมกับนํ้า และปฏกิ ริ ิยาการเผาไหม� 2Na(s) + 2H2O(l) 2Na+(aq) + 2OH(aq) + H2(g) + พลงั งาน CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) + พลงั งาน และปฏิกริ ยิ านวิ เคลยี ร� เชน� ปฏกิ ิริยาในโรงไฟฟา� นวิ เคลียร� 1 n + 29352U 141 Ba + 92 Kr + 310n + พลงั งาน 0 56 36 จากนั้นครูถามนักเรียนว�าปฏิกิริยาเคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร�แตกต�างกันอย�างไร ซึ่ง นกั เรยี นอาจตอบวา� ใหพ� ลงั งานเหมอื นกนั ปฏกิ ริ ยิ าเคมไี มม� รี งั สเี กดิ ขน้ึ จากนน้ั ครใู หค� วามรว�ู า� ปฏกิ ริ ยิ า เคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร�แตกต�างกัน โดยการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเกี่ยวข�องกับเวเลนซ�อิเล็กตรอน และจาํ นวนอะตอมของธาตแุ ต�ละชนดิ ทงั้ ก�อนและหลังการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมจี ะเท�ากัน สว� นปฏกิ ริ ยิ า สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

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

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1120 4. จิตวิทยาศาสตร�ด�านการเห็นคุณค�าทางวิทยาศาสตร�และคุณธรรมและจริยธรรมท่เี ก่ยี วข�อง กบั วทิ ยาศาสตร� จากการอภิปรายเกี่ยวกบั การนาํ ธาตแุ ละไอโซโทปกัมมนั ตรังสไี ปใชป� ระโยชน� แบบฝ�กหัด 2.6 1. จงเขียนสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของอนุภาคต�อไปนี้ 1.1. อนุภาคแอลฟา สัญลักษณ�นิวเคลียร� 4 He 2 1.2. อนุภาคบีตา สัญลักษณ�นิวเคลียร� 0 e -1 1.3. อนุภาคโพซิตรอน สัญลักษณ�นิวเคลียร� +10e 2. ธาตุแฟรนเซียม คาร�บอน นีออน ทอเรียม ธาตุใดบ�างไม�มีไอโซโทปที่เสถียรใน ธรรมชาติ ทอเรียม และแฟรนเซียม ไม�มีไอโซโทปที่เสถียรในธรรมชาติ เนื่องจากมีเลขอะตอมสูง กว�า 83 3. จงเขียนสมการต�อไปนี้ให�สมบูรณ� 3.1 27 Si ......2173Al....... + 0 e 14 +1 3.2 66 Cu 66 Zn + ...... -01e......... 29 30 3.3 27 Al + 4 He 30 Si + ...... 1 H........ 13 2 14 1 4. ไอโอดนี -131 มคี รง่ึ ชวี ติ 8 วนั จาํ นวน 10 g เมอ่ื เวลาผา� นไปกว่ี นั จงึ จะมไี อโอดนี -131 เหลอื 2.5 g 8 วนั 8 วนั ไอโอดนี -131 ไอโอดนี -131 ไอโอดนี -131 10 g 5.0 g 2.5 g ดงั นนั้ ต�องใชเ� วลาทั้งหมด 16 วนั สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 1215. เขยี นแผนภาพเวนน�เพ่อื เปรียบเทยี บฟ�วชันและฟ�ชชนัฟ�วชัน ฟ�วชันไอโซโทปที่มีมวลมาก ให�พลังงาน ไอโซโทปเบารวมตัวกันแตกออกเปน� ไอโซโทปใหม� เกิดเป�นไอโซโทปใหม�ที่ที่มีมวลลดลง มีมวลเพิ่มขึ้น สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 1122 2.7 การนาํ ธาตุไปใช�ประโยชน�และผลกระทบต�อส่ิงแวดล�อม จดุ ประสงคก� ารเรียนรู� สืบคน� ข�อมลู และยกตวั อยา� งการนาํ ธาตมุ าใช�ประโยชน� รวมทั้งผลกระทบต�อสิง่ มีชีวติ และส่งิ แวดลอ� ม ความเข�าใจคลาดเคลือ่ นทีอ่ าจเกดิ ข้นึ ความเข�าใจที่ถูกต�อง ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ธาตุทุกชนิดมีทั้งประโยชน�และโทษ ธาตุประเภทโลหะหนักมีแต�โทษ แนวการจดั การเรียนรู� 1. ใหน� ักเรยี นยกตวั อย�างธาตุและการนําธาตนุ ั้นไปใช�ประโยชน� แลว� ใชค� ําถามตอ� ว�า เพราะ เหตใุ ดจงึ นําธาตไุ ปใช�ประโยชน�ได�ต�างกัน คาํ ตอบคือ การนําธาตไุ ปใชป� ระโยชนพ� ิจารณาจากสมบตั ิ ของธาตุน้ัน ๆ โดยธาตุแต�ละชนดิ มีสมบัติเฉพาะตัวและแตกต�างจากธาตอุ นื่ ๆ จึงใชป� ระโยชนไ� ดต� �าง กัน 2. ใหน� กั เรียนทาํ กิจกรรม 2.6 กจิ กรรม 2. 6 ตามล�าหาธาตุ จดุ ประสงค�ของกจิ กรรม เพ่ือให�นักเรยี นมีความรเู� ก่ียวกบั ช่ือธาตแุ ละประโยชนข� องธาตุแต�ละชนิด เวลาท่ีใช� อภิปรายกอ� นทาํ กิจกรรม 5 นาที ทาํ กิจกรรม 30 นาที อภปิ รายหลังทาํ กจิ กรรม 15 นาที รวม 50 นาที สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 123การเตรียมลว� งหน�า1. สําเนาใบกิจกรรมให�กับนกั เรยี นกลุม� ละ 1 ใบ หรือใหท� ุกคนตามความเหมาะสม2. เตรียมแหลง� สืบค�นขอ� มูล ใบกจิ กรรม ตามล�าหาธาตุ 5 1ORI 23 4 67 8N 9 12 11 13 10 15 14 18 16 1720 19 212223 24 25 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1124 ข�อเสนอแนะสําหรับครู การสะกดชอ่ื ธาตุใหย� ดึ ตาม IUPAC เชน� sulfur ไมใ� ช� sulphur หรอื aluminium ไม�ใช� aluminum ผลการทํากิจกรรม เม่อื นกั เรยี นเตมิ ชอ่ื ธาตุเป�นภาษาองั กฤษลงในตารางแล�ว ควรเป�นดังน้ี ใบกิจกรรม ตามลา� หาธาตุ 5s ul f u 1 i 2c 3yh l or i 4 n e r i o dc 6c a r b o nr k 7 l 8 x 9g o ld e g uy itr l 1m2e 11mi a n g a n e s 13ne g 10el e g ne o n nn c 19op n s r ai 15ac c 14is od i um 16hp m17 l t i um m o a yr l 18lf c v 21ps i l i h20 e l i um u r o hm r os 2232nit ni rs o d i e e u z24 i n c s u b25 r o m i n e สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 125สรุปผลการทํากจิ กรรม ธาตแุ ต�ละชนดิ นาํ ไปใชป� ระโยชนไ� ดแ� ตกต�างกนั 3. ครูให�นักเรียนยกตัวอย�างช่ือธาตุ และผลกระทบของธาตุต�อส่ิงมีชีวิตและส่ิงแวดล�อมและถามต�ออกี ว�าผลกระทบของธาตุเกิดจากสง่ิ ใดไดบ� �าง คําตอบคอื ตวั ธาตุและกระบวนการทม่ี นุษย�นาํ ธาตุไปใชป� ระโยชน� 4. ให�นกั เรียนแตล� ะกลุม� ทํากจิ กรรม 2.7 เพอื่ สืบคน� ขอ� มลู ผลกระทบของธาตุต�อสง่ิ มีชวี ิตและสงิ่ แวดลอ� ม โดยแตล� ะกลุ�มไมค� วรซ้ํากนั (อาจแบ�งธาตุตามหม�ู) นาํ ขอ� มูลท่สี ืบคน� ไดม� าเสนอและอภปิ รายร�วมกนักิจกรรม 2.7 ประโยชน�และผลกระทบของการใช�ธาตุจุดประสงคข� องกิจกรรม1. สบื คน� ขอ� มูลการนาํ ธาตไุ ปใช�ประโยชน� รวมทงั้ ผลกระทบตอ� สิง่ มีชวี ิตและส่งิ แวดล�อม2. นําเสนอขอ� มลู การสืบค�นโดยวธิ ีการสรา� งสรรค�และน�าสนใจเวลาท่ีใช� อภปิ รายก�อนทาํ กิจกรรม 5 นาที ทํากจิ กรรม 40 นาที อภปิ รายหลงั ทาํ กจิ กรรม 10 นาที รวม 50 นาทีการเตรียมลว� งหน�า เตรียมแหลง� สืบค�นขอ� มลูผลการทํากจิ กรรม ผลการทํากิจกรรมขึน้ กับธาตุท่นี ักเรยี นสืบคน� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1126 สรุปผลการทาํ กจิ กรรม ธาตุแตล� ะชนิดนําไปใชป� ระโยชน�ได�แตกตา� งกนั ซง่ึ การนําธาตุไปใชอ� าจทาํ ใหเ� กิด ผลกระทบตอ� ส่ิงมชี ีวติ และสง่ิ แวดล�อมได� 5. ใหน� ักเรยี นทาํ แบบฝก� หัด 2.7 แล�วเฉลยรว� มกนั แนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู�เก่ียวกับการนําธาตุมาใช�ประโยชน�ตามสมบัติของธาตุและผลกระทบที่มีต�อส่ิงมี ชีวติ และสิง่ แวดลอ� ม จากการทาํ กิจกรรม และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสอ่ื สารสารสนเทศและการรู�เทา� ทนั ส่อื จากผลการสืบคน� ขอ� มูล 3. ทักษะการคดิ อยา� งมวี จิ ารณญาณและการแก�ปญ� หา และความรว� มมือ การทํางานเปน� ทีม และภาวะผน�ู าํ จากการทาํ กจิ กรรม 4. จิตวิทยาศาสตร�ด�านความอยากรู�อยากเห็น ความใจกว�าง ความมุ�งมั่นอดทน จากการ สงั เกตพฤตกิ รรมในการทาํ กจิ กรรม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 127 แบบฝก� หัด 2.7จากสถานการณ�ดงั รปู จงตอบคาํ ถามต�อไปน้ี1. แต�ละโรงงานใช�ประโยชน�จากธาตุหรอื สารประกอบของธาตใุ ด - โรงงานไฟฟา� นวิ เคลียร� ใช�ประโยชนจ� ากไอโซโทปกมั มนั ตรังสี เช�น U–239 - โรงงานผลิตปูนซีเมนต� ใช�ประโยชน�จากสารประกอบของธาตุแคลเซียม ธาตุซลิ ิคอน ธาตอุ ะลมู ิเนยี ม - โรงงานอุตสาหกรรมยอ� มผา� ใช�ประโยชนจ� ากสารประกอบของธาตไุ นโตรเจน เช�น ในสยี �อมประเภท azo dye สารประกอบของธาตโุ ซเดยี มหรอื แคลเซียมในสารฟอก ขาว - โรงงานผลิตถ�านไฟฉาย ใช�ประโยชน�จากสารประกอบของธาตุสังกะสี คาร�บอน แมงกานีส คลอรีน2. หมบู� �าน ก – จ มีแนวโน�มจะได�รบั ผลกระทบจากโรงงานอุตสาหกรรมตา� ง ๆ อยา� งไร - หมบ�ู �าน ก อาจไดร� ับผลกระทบจากรงั สี เสยี่ งต�อการรั่วของสารกัมมนั ตภาพรงั สเี มอ่ื เกดิ อบุ ัตเิ หตุ ความร�อนจากนา้ํ ท่ีใช�เปน� ตวั ระบายความร�อน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1128 - หมูบ� �าน ข อาจได�รับผลกระทบจากผงฝน�ุ ของสารประกอบของธาตุแคลเซียม ทําให� เกิดการระคายเคืองต�อระบบทางเดินหายใจ - หมู�บา� น ค อาจไดร� ับผลกระทบจากสารประกอบของธาตแุ มงกานสี ถ�าเข�าส�ูรา� งกาย จะทําลายระบบประสาท - หมบ�ู �าน ง อาจไดร� ับผลกระทบจากสารเคมที ี่เปน� องค�ประกอบในสยี �อม สารฟอกขาว สารกําจัดไขมนั นา้ํ ท้งิ ท่เี ป�นกรด-เบส จากโรงงานอตุ สาหกรรมย�อมผา� - หมู�บ�าน จ ไดร� บั ผลกระทบจากสารเคมที ี่เช�นเดียวกับหมู�บา� น ข และหม�บู �าน ค โดยสารเคมีปนเป�อนมากบั นํา้ หมายเหตุ คาํ ตอบทีไ่ ดอ� าจแตกตา� งกนั ตามขอ� มูลทส่ี ืบคน� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 129แบบฝก� หดั ท�ายบท1. วาดรูปพร�อมอธบิ ายแบบจําลองตอ� ไปน้ีแบบจําลอง รูปแบบจําลอง คําอธิบายดอลตัน เป�นอนุภาคที่เล็กที่สุด แบ�งแยกไม�ได� อาจ เขียนแสดงด�วยทรงกลม ทอมสัน - - -+ - +- เป�นรูปทรงกลมประกอบด�วยเนื้ออะตอมรัทเทอร�ฟอร�ด +-- - -+ - ซึ่ ง มี ป ร ะ จุ บ ว ก แ ล ะ มี อิ เ ล็ ก ต ร อ น ซึ่ ง มี + +- ประจุลบกระจายอยู�ทั่วไป - อะตอมประกอบด�วยนิวเคลียสที่มีขนาด เล็กมากอยู�ภายในและมีประจุไฟฟ�าเป�น บวก โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู�รอบ ๆ โบร� 76 5 4 3 2 1 K L M N O PQ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป�นกลุ�มหมอก วงคล�ายกับวงโคจรของดาวเคราะห�รอบ ดวงอาทิตย� แต�ละวงจะมีระดับพลังงาน เฉพาะตัว ประกอบด�วยกลุ�มหมอกของอิเล็กตรอน รอบนิวเคลียส บริเวณที่กลุ�มหมอกทึบ แสดงว�ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได� มากกว�าบริเวณที่มีกลุ�มหมอกจาง สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 1130 2. คลื่นแม�เหล็กไฟฟ�าที่มีความยาวคลื่น 300 nm จะปรากฏในช�วงคลื่นของแสงที่มอง เห็นไดห� รอื ไม� มคี วามถีแ่ ละพลงั งานเท�าใด คล่นื แมเ� หล็กไฟฟ�าท่ีมคี วามยาวคล่นื 300 nm ไม�ปรากฏอย�ใู นช�วงคล่นื ของแสงทมี่ อง เหน็ ได� เพราะแสงทีม่ องเห็นไดอ� ยใู� นชว� งความยาวคลืน่ ประมาณ 400–700 nm หาความถข่ี องคลื่นแมเ� หล็กไฟฟ�าทม่ี ีความยาวคลน่ื 300 nm ดังน้ี ν = c λ = 300 × 108 ms-1 300 × 10-9 m = 1.00 × 1015 s-1 คลน่ื แม�เหลก็ ไฟฟ�าน้ีมีความถี่ 1.00 × 1015 s-1 หรอื Hz หาพลังงานของคล่ืนแม�เหล็กไฟฟา� ที่มีความยาวคลน่ื 300 nm ดังนี้ E = hν = 6.626 × 10-34 Js × 1.00 × 1015 s-1 = 6.626 × 10-19 J คลืน่ แม�เหลก็ ไฟฟา� นี้มีพลงั งาน 6.626 × 10-19 J สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 1313. กําหนดขอ� มลู เสน� สเปกตรัม เป�นดงั น้ี A B CDλ นอ� ย λ มากจากขอ� มูลการคายพลงั งานของอิเล็กตรอนท่ีกําหนด จงระบุว�าสเปกตรมั เส�นใดคือ สเปกตรัม A B C และ D ตามลาํ ดับเสน� ที่ 1 เส�นท่ี 2 เส�นที่ 3 เส�นที่ 4เน่ืองจากพลงั งาน (E) แปรผกผนั กับความยาวคล่ืน ( λ )และโจทยก� าํ หนดความยาวคลืน่ D > C > B > Aดังนัน้ A คือเส�นท่ี 1 B คือเส�นท่ี 3 C คอื เส�นที่ 4 และ D คอื เสน� ท่ี 2 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1132 4. พิจารณาสัญลักษณ�นวิ เคลยี รข� องธาตุสมมตติ �อไปน้ี 12 A 13 B 14 C 14 D และ 16 E 6 6 6 7 8 4.1 ธาตุใดเปน� ไอโซโทปกนั 12 A 13 B 14 C เนื่องจากมีจํานวนโปรตอนเท�ากนั คือ 6 6 6 6 4.2 ธาตใุ ดมีจาํ นวนนิวตรอนเท�ากัน 163B 174D มีจาํ นวนนิวตรอนเท�ากนั คือ 7 14 C 16 E มจี าํ นวนนวิ ตรอนเทา� กนั คือ 8 6 8 5. ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่งมีประจุในนิวเคลียสเป�น 3 เท�าของประจุในนิวเคลียสของ ไฮโดรเจนและมเี ลขมวลเป�น 7 เทา� ของเลขมวลไฮโดรเจน ระบุจาํ นวนโปรตอน นิวตรอน และอเิ ล็กตรอนของไอโซโทปของธาตุน้ี เน่ืองจากในนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนประกอบด�วย 1 โปรตอนแต�ไม�มีนิวตรอน เลขมวลของไฮโดรเจนจงึ เทา� กับ 1 และประจใุ นนิวเคลียสเทา� กับ +1 คําถามกาํ หนดใหธ� าตชุ นิดนม้ี ปี ระจุในนิวเคลียสเปน� 3 เทา� ของไฮโดรเจน จึงมี 3 โปรตอน มีเลขมวลเป�น 7 เท�า แสดงวา� มจี ํานวนโปรตอนรวมกับนิวตรอนเท�ากบั 7 ธาตุนจ้ี ึงมจี ํานวนนวิ ตรอน = 7 – 3 = 4 ดังนน้ั จาํ นวนอนภุ าคในอะตอมของไอโซโทปนี้คอื 3 โปรตอน 4 นวิ ตรอน และ 3 อเิ ลก็ ตรอน 6. A และ B เปน� ไอโซโทปซ่ึงกันและกนั ถา� A มีนวิ ตรอน = a B มีจาํ นวนนวิ ตรอน = b และมเี ลขมวล = c ธาตุ A จะมเี ลขมวลเทา� ใด B มี เลขมวล = c มนี วิ ตรอน = b ดังน้นั จงึ มีโปรตอน = c - b A และ B เป�นไอโซโทปซ่งึ กันและกนั ดังน้ันจึงมีโปรตอนเทา� กันซง่ึ = c - b A มี นิวตรอน = a ดงั นัน้ จึงมีเลขมวลเท�ากับ = c – b + a สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 1337. กาํ หนดเลขอะตอมของ Mg = 12 Cl = 17 Ar = 18 K = 19 Ni = 28 จงเขยี นการ จดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย�อยของ K Ar Mg2+ Cl- Ni และ Ni+ K จดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s22s22p63s23p64s1 Ar จัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนเปน� 1s22s22p63s23p6 Mg2+ จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s22s22p6 Cl- จดั เรียงอิเล็กตรอนเปน� 1s22s22p63s23p6 Ni จดั เรยี งอเิ ล็กตรอนเป�น 1s22s22p63s23p64s23d8 หรือ 1s22s22p63s23p63d84s2 Ni+ จดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s22s22p63s23p64s13d8 หรอื 1s22s22p63s23p63d84s18. กาํ หนดธาตุ 5 ธาตุ ซ่งึ มเี ลขอะตอมเทา� กับ 12 20 23 30 และ 36 8.1 มธี าตแุ ทรนซิซนั ทัง้ หมดกี่ธาตุ การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุทั้ง 5 ธาตุเป�นดังนี้ ธาตทุ ม่ี เี ลขอะตอมเทา� กบั 12 คอื 1s22s22p63s2 ธาตทุ ี่มีเลขอะตอมเท�ากบั 20 คอื 1s22s22p63s23p64s2 ธาตทุ ี่มเี ลขอะตอมเท�ากบั 23 คือ 1s22s22p63s23p64s23d3 ธาตทุ ่ีมีเลขอะตอมเท�ากับ 30 คือ 1s22s22p63s23p64s23d10 ธาตุท่มี เี ลขอะตอมเท�ากบั 36 คอื 1s22s22p63s23p64s23d104p6 จะเห็นว�าธาตุทีม่ ีเลขอะตอม 23 และ 30 มีการบรรจอุ ิเลก็ ตรอนตวั สุดทา� ยใน d orbital ดงั นัน้ จงึ มธี าตแุ ทรนซิชัน 2 ธาตุ 8.2 ธาตุท่มี เี ลขอะตอมเทา� ใดจัดอย�ูในกล�มุ ของแก�สมสี กุล ธาตทุ มี่ เี ลขอะตอมเท�ากับ 36 มีการจัดเรยี งอเิ ล็กตรอนเป�น 2 8 18 8 ซ่งึ อยูใ� นหม�ู 18 หรอื VIIIA จงึ เป�นแก�สมสี กลุ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 1134 9. จากการทดลองของมลิ ลแิ กน ถ�าพบว�าหยดน้ํามนั ทล่ี อยนิ่งหยดหน่ึงมีค�าประจเุ ทา� กับ 4.8 × 10-19 คลู อมบ� หยดนาํ้ มันน้ีมอี ิเล็กตรอนเกาะอย�จู ํานวนเท�าใด จากการทดลองของมิลลิแกน คา� ประจไุ ฟฟา� ทีแ่ ฝงอยบ�ู นหยดนํ้ามันของ 1 อเิ ลก็ ตรอน คอื 1.6 × 10-19 คูลอมบ� หยดน้ํามันท่ีลอยนิง่ ซึ่งมีประจเุ ทา� กบั 4.8 x 10-19 คลู อมบ� จาํ นวนอิเล็กตรอนท่ีเกาะอย�ู = 4.8 × 10-19coulomb × 1 e- 1.6 × 10-19 coulomb = 3.0 e- 10. กําหนดใหพ� ลังงานไอออไนเซชนั ลําดับที่ 1 – 4 ของธาตุ A B C และ D เปน� ดังน้ี พลังงานไอออไนเซชัน (kJ/mol) ลําดับที่ ธาตุ 1 234 A 500 4600 6900 9500 B 740 1500 7700 10500 C 900 1800 14800 21000 D 580 1800 2700 11600 10.1 ธาตใุ ดมีแนวโน�มสงู สุดท่จี ะเกิดเป�นไอออนซ่งึ มปี ระจุ +1 จากค�า IE สามารถระบุจํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุดของ แต�ละธาตไุ ดด� ังน้ี ธาตุ A มีจํานวนอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานช้นั นอกสุด 1 อิเลก็ ตรอน ธาตุ B มีจาํ นวนอเิ ล็กตรอนในระดบั พลังงานช้ันนอกสุด 2 อเิ ลก็ ตรอน ธาตุ C มีจาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดับพลังงานช้นั นอกสดุ 2 อเิ ลก็ ตรอน ธาตุ D มจี ํานวนอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานชน้ั นอกสดุ 3 อเิ ลก็ ตรอน ดังนนั้ ธาตุทีม่ แี นวโนม� สูงสดุ ท่จี ะเกดิ เป�นไอออนซึง่ มปี ระจุ +1 คอื ธาตุ A เน่ืองจากมีเวเลนซอ� เิ ล็กตรอนเท�ากับ 1 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 135 10.2 ธาตใุ ดนา� จะมีจํานวนเวเลนซอ� เิ ลก็ ตรอนเท�ากัน ธาตุ B และ C มีเวเลนซ�อเิ ลก็ ตรอนเท�ากนั คอื 211. ธาตุ X และ Y มีเลขอะตอม 37 และ 38 ตามลําดับ จงเปรยี บเทยี บสมบัตติ �อไปน้ี พรอ� มทงั้ ใหเ� หตุผลประกอบ 11.1 ขนาดอะตอม ธาตุ X มเี ลขอะตอม 37 จดั เรยี งอิเลก็ ตรอนไดเ� ป�น 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 ธาตุ Y มเี ลขอะตอม 38 จดั เรียงอิเลก็ ตรอนไดเ� ปน� 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2 ธาตุ X และ Y อย�ูในคาบเดยี วกนั คอื คาบท่ี 5 เน่ืองจากมีจาํ นวนระดบั พลังงาน 5 ระดับเทา� กนั ธาตุ X อยู�ในหม�ู IA แต�ธาตุ Y อยู�ในหม�ู IIA ดงั นน้ั ธาตุ X จะมขี นาดอะตอมใหญก� วา� ธาตุ Y เพราะมจี ํานวนโปรตอนในนิวเคลียสน�อยกว�า 11.2 พลังงานไอออไนเซชันลําดับท่ี 1 พลงั งานไอออไนเซชนั ลาํ ดบั ที่ 1 ของธาตุ X มีค�านอ� ยกวา� ธาตุ Y เนอ่ื งจากแรงดึงดดู ระหวา� งโปรตอนในนิวเคลียสกับอิเลก็ ตรอนนอกสดุ ของธาตุ X นอ� ยกวา� ธาตุ Y อเิ ลก็ ตรอนนอกสดุ ของธาตุ X จึงหลดุ จากอะตอมได�งา� ยกวา�12. ธาตุฮีเลียมมี 2 อิเล็กตรอน และมคี า� IE1 เท�ากับ 2.379 MJ/mol ธาตโุ พแทสเซยี มมี 19 อเิ ล็กตรอน และมคี �า IE1 เทา� กับ 0.425 MJ/mol เพราะเหตุใด IE1 ของธาตฮุ ีเลยี ม จึงมีค�าสงู กวา� โพแทสเซยี ม ธาตุ He มี 2 อเิ ลก็ ตรอน จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเป�น 1s2 ธาตุ K มี 19 อิเลก็ ตรอน จัดเรียงอิเลก็ ตรอนเปน� 1s22s22p63s23p64s1 เมอ่ื พจิ ารณาการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลยี สของทง้ั 2 ธาตุ พบวา� เวเลนซอ� เิ ลก็ ตรอน ของ He อยใ�ู นระดบั พลงั งานท่ี n = 1 ซง่ึ ใกลน� วิ เคลยี สมากกวา� เวเลนซอ� เิ ลก็ ตรอนของ K ซึ่งอย�ูในระดับพลงั งานท่ี n = 4 แรงดงึ ดูดระหวา� งนิวเคลียสกับเวเลนซ�อิเล็กตรอน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 1136 ของ He จึงสูงกว�าแรงดึงดูดระหว�างนิวเคลียสกับเวเลนซอ� ิเลก็ ตรอนของ K ดงั นน้ั IE1 ของ He จึงมคี า� สูงกวา� IE1 ของ K 13. แนวโนม� ของค�า IE1 ของธาตุ K Rb และ Cs ซงึ่ มเี ลขอะตอม 19 37 และ 55 ตาม ลาํ ดบั ควรเปน� อย�างไร พรอ� มอธบิ ายเหตุผลประกอบ เนือ่ งจากจากเลขอะตอมของธาตทุ ง้ั สาม นํามาเขยี นการจัดเรยี งอิเล็กตรอนในอะตอม ไดด� งั น้ี K 1s22s22p63s23p64s1 Rb 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 Cs 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1 พบวา� ธาตุทั้ง 3 อยใู� นหมเู� ดียวกนั คอื หม�ู IA แตอ� ยูต� �างคาบ โดย K อยค�ู าบท่ี 4 Rb อย�ูคาบท่ี 5 และ Cs อย�ูคาบท่ี 6 ซ่ึงเมื่อพิจารณาขนาดอะตอมแลว� พบวา� K มีขนาดเล็กสุดจึงมีแรงยดึ เหน่ียวระหว�าง เวเลนซ�อเิ ล็กตรอนกับนวิ เคลยี สมากทสี่ ุด ค�า IE1 จงึ มากที่สดุ ส�วน Cs มขี นาดใหญ� สดุ จงึ มแี รงยดึ เหนย่ี วระหวา� งเวเลนซอ� ิเล็กตรอนกับนวิ เคลยี สนอ� ยท่ีสดุ ค�า IE1 จงึ น�อยท่ีสุด ดงั นน้ั ค�า IE1 ของ K > Rb > Cs 14. A B C D E และ F เปน� ธาตสุ มมติที่อยใ�ู นหมเ�ู ดยี วกันเรียงลําดบั จากบนลงล�าง จงทาํ นายสมบตั ิของธาตุดงั ต�อไปน้ี 14.1 ธาตใุ ดควรมีขนาดอะตอมเลก็ ที่สุด ธาตุ A ควรมีขนาดอะตอมเลก็ ท่ีสุด 14.2 ธาตุใดควรมอี เิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ีสูงท่ีสดุ ธาตุ A ควรมีอเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ สี ูงทีส่ ดุ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 13714.3 ธาตุ E ควรมีพลังงานไอออไนเซชนั ลาํ ดบั ท่ี 1 สูงหรอื ตาํ่ กว�าธาตุ F ธาตุ E ควรมพี ลงั งานไอออไนเซชันลาํ ดบั ท่ี 1 สูงกว�า F15. จงเขียนสมการต�อไปนีใ้ หส� มบรู ณ�15.1 13 C 12 C + 1 n 4 4 015.2 11 Ac 11 Ac + 0 e 6 5 +115.3 226 Ac 222 Fr + 4 He 89 87 216. ไอโซโทปกัมมันตรงั สชี นิดหนึ่งจาํ นวน 20 g เมอื่ เวลาผ�านไป 2 ชวั่ โมง ไอโซโทปนัน้ เหลืออย�ู 1.25 g ครึ่งชวี ิตของไอโซโทปนมี้ คี �าเทา� ใด สมมตวิ �าไอโซโทปธาตนุ ้มี ีครง่ึ ชวี ิต a ชว่ั โมง a ชั่วโมง a ชัว่ โมง20.0 g 10.0 g 5.0 gมวลไอโซโทปเรมิ่ ตน� a ชว่ั โมง 2.5 g a ชวั่ โมง 1.25 g จะเห็นว�า 4a = 2 ชว่ั โมง a = 0.5 ช่วั โมง หรอื 30 นาที ดังน้ันคร่ึงชวี ิตของไอโซโทปน้เี ทา� กับ 0.5 ชัว่ โมง17. จากการทดลองพบวา� เมอื่ เวลาผา� นไป 120 วนั จะมซี ีเซยี ม–137 เหลืออย�ู 300 กรมั ถา� ครง่ึ ชีวิตของซเี ซยี ม–137 เทา� กับ 30 วัน จงหาว�าเมื่อเร่ิมต�นมซี ีเซียม–137 อย�ูเท�าใด สมมติวา� เมอ่ื เร่ิมทดลองมี Cs-137 อย�ู a สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล�ม 1138 30 วนั a g 30 วัน ag ag 2 4 มวลไอโซโทปเร่ิมต�น 30 วนั a g 30 วนั ag 8 16 จะไดว� �า a g = 300 g 16 a = 16 × 300 g = 4.8 × 103 g ดงั นน้ั เม่อื เร่มิ ทดลองมี Cs-137 อย�ู 4.8 × 103 กรัม หรือ 4.8 กิโลกรมั 18. จงเขียนสมการนวิ เคลียร�แสดงการเปลยี่ นแปลงเมอ่ื ทอเรยี ม–232 แผร� งั สแี อลฟา 23920Th 228 Ra + 4 He 88 2 19. ถ�า Pb –214 สลายตวั ให�รงั สีตา� ง ๆ ดงั แผนภาพ 214 Pb X+ β 82 Y+β Z+α X Y และ Z มสี ญั ลกั ษณน� วิ เคลยี ร�เปน� อย�างไร สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 139สลายตัวข้ันท่ี 1 28124Pb 214 X +β 83เขียนสมการนวิ เคลียรไ� ดด� งั นี้ 214 Pb 214 Bi + 0 e 82 83 -1 ดังนัน้ X คอื 214 Bi 83สลายตัวข้นั ที่ 2 214 Bi 214 Y +β 83 84เขียนสมการนวิ เคลียรไ� ด�ดงั น้ี 214 Bi 214 Po + 0 e 83 84 -1 ดงั นั้น X คือ 214 Po 84สลายตวั ข้นั ที่ 3 28144Po 210 Z +α 82เขียนสมการนวิ เคลียร�ไดด� ังน้ี 214 Po 210 Pb + 4 He 84 82 2 ดงั น้นั X คอื 210 Pb 8220. ยกตัวอย�างประโยชนแ� ละโทษของโลหะปรอท มาอยา� งละ 3 ตัวอย�าง ประโยชน� เชน� ทาํ เทอรม� อมเิ ตอร� บารอมเิ ตอร� ทาํ หลอดฟลอู อเรสเซนต� ใชผ� ลติ ยาฆา� เชอ้ื รา โทษของปรอท เชน� เปน� พษิ ตอ� รา� งกาย เชน� ทาํ ใหเ� กดิ โรคมนิ ามาตะ เปน� พษิ กบั พชื เปน� พษิ กับสัตวน� ํ้า สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี