2.4ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก

วิวัฒนาการของตารางธาตุ

1780-1849 Johann Dobereiner     http://mytimeisnow.co/johann-dobereiner-periodic-table#  Johann Dobereiner  จัดเรียงธาตุเป็นหมวดหมู่  โดยนำธาตุที่มีสมบัติคล้ายกันมาจัดไว้ในหมู่เดียวกันหมู่ละ 3 ธาตุ เรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากและธาตุแต่ละหมู่มวลอะตอมที่อยู่ตรงกลาง จะเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีก 2 ธาตุ กฎนี้เรียกว่า Law of Triads     1837-1898 John Newlands http://mytimeisnow.co/john-newlands-contribution-to-the-periodic-table#  John Newlands ได้จัดธาตุต่างๆ เป็นตารางธาตุ โดยพยายามเรียงลำดับตามมวลอะตอมจากน้อย ไปมากเป็นแถวตามแนวนอน สมบัติของธาตุจะมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ ของธาตุที่ 8 ตารางธาตุ แบบนี้มีข้อจำกัดคือใช้ได้กับ 20 ธาตุแรกเท่านั้น       1834-1907 Dimitri Mendeleev https://learnodo-newtonic.com/dmitri-mendeleev-contribution Dimitri Mendeleev ได้เสนอการจัดตารางธาตุออกมาในลักษณะคล้ายๆ กัน โดยพบว่าสมบัติต่างๆ ของธาตุสัมพันธ์กับมวลอะตอมของธาตุตาม Periodic Law คือ “ สมบัติของธาตุเป็นไปตามมวลอะตอม ของธาตุโดยเปลี่ยนแปลงเป็นช่วงๆ ตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น”        1887-1915 Henry Moseley https://www.famousscientists.org/henry-moseley/ Henry Moseley ได้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปหามาก ดังนั้นในปัจจุบัน Periodic  Law  มีความหมายว่า “สมบัติต่างๆ ของธาตุจะขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของธาตุนั้นและขึ้นอยู่กับการจัดอิเล็กตรอน ของธาตุเหล่านั้น”         ตารางธาตุในปัจจุบัน http://53010210024.blogspot.com/2012/04/blog-post_05.html 1. จัดเรียงธาตุตามแนวนอน โดยเรียงเลขอะตอมเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา      2. แถวตามแนวนอนเรียกว่า คาบ มีทั้งหมด 7 คาบ  3. แถวตามแนวตั้ง เรียกว่า หมู่ แบ่งออกเป็นหมู่ย่อย A และ B โดยที่                       - หมู่ย่อย A มี 8 หมู่ คือ หมู่ IA ถึง VIIIA                      - หมู่ย่อย B มี 8 หมู่ คือ หมู่ IB ถึง VIIIB โดยเริ่มจากหมู่ IIIB ถึงหมู่ IIB เรียกหมู่นี้ว่า “ ธาตุทรานซิชั่น(Transition Elements)”       4. ธาตุ 2 แถวล่าง ซึ่งแยกไว้ต่างหาก เรียกว่า “ธาตุทรานซิชั่นชั้นใน(Inner transition elements)”                     - ธาตุแถวบนคือ ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 58 ถึง 7 เรียกว่า “กลุ่มธาตุแลนทาไนด์”                      - ธาตุแถวล่างคือ ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 90 ถึง 103 เรียกว่า “กลุ่มธาตุแอกทิไนด์” 5. ธาตุไฮโดรเจนมีสมบัติบางอย่างคล้ายธาตุหมู่ IA และมีสมบัติบางอย่างคล้ายธาตุหมู่ VIIA จึงแยก ธาตุไฮโดรเจนไว้ต่างหาก 6. ธาตุที่เป็นโลหะ และอโลหะถูกแยกออกจากกันด้วยเส้นขั้นบันได โดยทางซ้ายของเส้นขั้นบันไดเป็น โลหะ ทางขวาของเส้นขั้นบันไดเป็นอโลหะ ส่วนธาตุที่อยู่ชิดเส้นขั้นบันไดจะมีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะ กับอโลหะเรียกธาตุพวกนี้ว่า “ธาตุกึ่งโลหะ(Metalloid)”         ตำแหน่งของธาตุไฮโดรเจน(H) ในตารางธาตุ        ธาตุไฮโดรเจน(H)มีสมบัติคาบเกี่ยวระหว่างหมู่ IA และหมู่ VIIA  ดังนี้          สมบัติของโลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ สมบัติของธาตุหมู่หลัก ปี พ.ศ. 2360 โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ เป็นนักเคมีคนแรกที่พยายามจัดธาตุเป็นกลุ่มๆ ละ 3 ธาตุตามสมบัติที่คล้ายคลึงกันเรียกว่า “ชุดสาม” โดยพบว่าธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีกสองธาตุที่เหลือ เช่น Na เป็นธาตุกลางระหว่าง Li กับ K มีมวลอะตอม 23 ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยนของมวลอะตอมของธาตุ Li ซึ่งมีมวล 7 กับธาตุ K ซึ่งมีมวลอะตอม 39 ดังรูป ธาตุชุดสาม (ตัวอย่าง) หลักการนี้ใช้ไม่ได้กับธาตุบางชนิด ชุดสามของกลุ่มธาตุบางชนิด ธาตุตรงกลาง มีมวลอะตอมไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของธาตุที่เหลือทั้ง 2 ปี พ.ศ. 2407 จอห์น นิวแลนด์ ได้เสนอกฎในการจัดเรียงธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า “ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามากพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ” (ไม่รวมธาตุไฮโดรเจนและแก๊สเฉื่อย) ธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ ปี พ.ศ. 2412 ยูลิอุสโลทาร์ ไมเออร์ และ ดิมิทรี อิวา–โนวิช เมนเดเลเอฟ ได้จัดธาตุโดยเรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากโดยพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ เมนเดเลเอฟจึงตั้งกฎที่เรียกว่า กฏพิริออดิก และเรียกตารางธาตุว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ ตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ ต่อมา เฮนรี โมสลีย์ ได้เสนอให้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆ ของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ดังนั้น ตารางธาตุปัจจุบันจึงจัดเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก ตารางธาตุปัจจุบัน เรียงตามเลขออะตอมจากน้อยไปมาก สรุปเกี่ยวกับตารางธาตุ แบ่งธาตุในแนวตั้ง (หมู่) แบ่งออกเป็น 18 แถว โดยธาตุทั้งหมด 18 แถว แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ – กลุ่ม A  มี  8  หมู่ คือ  IA  ถึง VIIIA – กลุ่ม B  มี  8  หมู่ คือ  IB  ถึง VIIIB  เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน (Transition) โดย ธาตุหมู่ที่ IA  เรียกว่า “โลหะแอลคาไลน์”  ได้แก่   Li   Na   K   Rb  Cs  และ  Fr ธาตุหมู่ที่ IIA  เรียกว่า  “ โลหะอัลคาไลน์ เอิร์ท”  ได้แก่  Be  Mg  Ca  Sr  Ba และ  Ra ธาตุหมู่ที่  VIIA  เรียกว่า “ธาตุเฮโลเจน (Halogen)” ได้แก่   F , Cl , Br , I  และ  At ธาตุหมู่ที่ VIIIA  เรียกว่า “ก๊าซเฉื่อย (Inert gas or Noble gas)” ได้แก่   He , Ne , Ar , Kr , Xe  และ  Rn ตารางธาตุในแนวนอนเรียกว่า “คาบ”  แบ่งได้  7  คาบ คาบที่ 6 แบ่งธาตุเป็น 2 กลุ่ม – กลุ่มแรกมี 18 ธาตุ คือ Cs ถึง Rn – กลุ่มที่สองมี 14 ธาตุ คือ Ce ถึง Lu เรียกกลุ่มนี้ว่าLantanides คาบที่ 7 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม – กลุ่มแรกเริ่มจาก Fr เป็นต้นไปและมีการค้นพบเกิดขึ้นตลอดเวลา – กลุ่มสองมี 14 ธาตุคือ Th ถึง Lr เรียงกลุ่มนี้ว่า Actinides “หมู่เดียวกัน จะมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขประจำหมู่” “คาบเดียวกัน จะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ซึ่งเท่ากับ เลขที่คาบ” กลุ่ม s, p, d และ f-block สามารถจัดกลุ่มได้ดังรูป ธาตุในกลุ่ม s, p, d, และ f-block การตั้งชื่อธาตุที่ค้นพบใหม่ ตั้งตามระบบ IUPAC (InternationalUnion of Pure and  Applied  Chemistry) ใช้กับธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 100 ขึ้นไป ให้ตั้งชื่อธาตุโดยระบุเลขอะตอมเป็น ภาษาละติน แล้วลงท้ายด้วย– ium ระบบการนับเลขในภาษาละติน 0  นิล (nil) 1  อูน (un)  2  ไบ (bi) 3  ไตร  (tri) 4  ควอด (quad) 5  เพนท์ (pent) 6  เฮกซ์  (hex) 7  เซปท์  (sept) 8  ออกต์(oct) 9  เอนน์ (enn) ตัวอย่างการเรียกชื่อ ธาตุที่  104  ตามระบบ IUPAC อ่านว่า Unn+nil+quad+ium  =   Unnilquadium ธาตุที่  105  อ่านว่า Unn+nil+pent+ium  =   Unnilpentium ส่วนที่ 2 สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ 1. ขนาดอะตอม การบอกขนาดอะตอมจะบอกโดยใช้รัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่มีแรงยึดเหนี่ยวอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน รัศมีอะตอมมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม – รัศมีโคเวเลนต์ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของความยาวพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน ตัวอย่างรัศมีโคเวเลนต์ – รัศมีแวนเดอร์วาลล์ คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด ตัวอย่างรัศมีแวนเดอร์วาลล์ – รัศมีโลหะ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด ตัวอย่างรัศมีโลหะ แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ 2. รัศมีไอออน ไอออน  คือ อะตอมของธาตุ  หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่มีประจุ  คือ ไอออนทุกชนิดจะต้องมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับอิเล็กตรอนถ้าจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนบวก  และถ้ามีจำนวนโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนลบ การบอกขนาดไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดอะตอม ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก ตัวอย่างรัศมีไอออน แนวโน้มของขนาดไอออนในตารางธาตุ แนวโน้มขนาดไอออน สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่ Link: รัศมีไอออน 3. พลังงานไออนไนเซชัน (Ionization Energy; IE) คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุที่เป็นแก๊สครั้งละ 1 อิเล็กตรอนทำให้กลายเป็นไอออนบวกที่เป็นแก๊ส สามารถเขียนสมการได้ดังนี้ X(g)  +  IE  —->  X+  (g)  +  e– ตัวอย่าง ค่า IE1 ถึง IE3 ของ Li Li(g)  Li+(g) + e–               IE1 = 520 kJ/mol Li+(g)  Li2+(g) + e–            IE2 = 7,394 kJ/mol Li2+(g)  Li3+(g) + e–           IE3 = 11,815 kJ/mol ตัวอย่างกราฟไอออนไนเซชัน แนวโน้มค่า IE  แนวโน้มค่า IE ในตารางธาต สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่ Link: IE หรือ IE (2) 4. อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electronegativity; EN) คือ  ค่าที่แสดงความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองของอะตอมของธาตุ  ในพันธะเคมีหนึ่ง  อะตอมที่มีค่า EN สูงจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมที่มี  EN ต่ำ แนวโน้มค่า EN ในตารางธาตุ ลักษณะทั่วไป โลหะทั่วไปมีค่า EN ต่ำกว่า จึงเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเกิดไอออนบวก อโลหะทั่วไปมีค่า EN สูง จึงชิงอิเล็กตรอนได้ดีเกิดไอออนลบ ธาตุเฉื่อยไม่มีค่า EN ค่า EN ขึ้นอยู่กับ ก. ขนาดอะตอม หรือจำนวนระดับพลังงาน ข. ถ้าอะตอมที่มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ค่า EN ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเกณฑ์ 5. สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity; EA)  สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงาน ที่อะตอมในสถานะแก๊ส คายออกมา เมื่อได้ รับอิเล็กตรอน แนวโน้มค่า EA 6. จุดเดือดและจุดหลอมเหลว แนวโน้มจุดเดือดและจุดหลอมเหลว ตามหมู่ หมู่ IA IIA และ IIIA ลดลงจากบนลงล่าง (ลดตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น) หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA เพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง (เพิ่มตามเลขอะตอม) หมู่ IVA มีแนวโน้มที่ไม่แน่นอน ตามคาบ หมู่ IA IIA IIIA และ IVA แนวโน้มสูงขึ้น หมู่ IVA มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงที่สุด เพราะบางธาตุมีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีค่าต่ำมาก 7. เลขออกซิเดชัน (Oxidation Number) เลขออกซิเดชัน คือ เลขที่แสดงถึงค่าประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ ธาตุแต่ละชนิดมีเลขออกซิเดชันเป็นเท่าไหร่ให้เป็นไปตามเกณฑ์ดังนี้ ตัวอย่างเลขออกซิเดชันของธาตุ