บทที่2
อะตอมและสมบัติของธาตุ
2.4.ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก
วิวัฒนาการการสร้างตารางธาตุ
ตารางธาตุ
หมายถึง
ตารางที่นักวิทยาศาสตร์จัดทำขึ้นเพื่อรวบรวมธาตุต่าง ๆ
เอาไว้ด้วยกันให้เป็นหมวดหมู่เพื่อสะดวกในการศึกษา ก่อนมาเป็นตารางธาตุในปัจจุบัน
ตารางธาตุได้มีวิวัฒนาการแบบต่างๆ
สรุปได้โดยย่อ ดังนี้
ปี พ.ศ.2360 (ค.ศ.1817) โยฮันน์
เดอเบอไรเนอร์ (Johann Wolfgang Dobereiner) นักเคมีคนแรกที่พยายามจัดธาตุเป็นกลุ่มๆ ละ 3 ธาตุ
ตามสมบัติที่คล้ายคลึงกัน เรียกว่า
ชุดสาม (Triad) และพบว่า
ธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีกสองธาตุที่เหลือ
ตัวอย่างธาตุชุดสามของเดอเบอไรเนอร์ เช่น
Li มวลอะตอม = 7.0
Na มวลอะตอม = = 23
K มวลอะตอม = 39.1
แต่กฎนี้ใช้ได้กับธาตุบางหมู่เท่านั้น จึงไม่เป็นที่ยอมรับกัน
ปี พ.ศ. 2407 (ค.ศ.1864) จอห์น
อเล็กซานเดอร์ รีนา นิวแลนด์ส (John Alexander Reina Newlands) นักเคมีชาวอังกฤษพบว่าถ้านำธาตุมาเรียงตามมวลอะตอม
จากน้อยไปมากแล้ว จะพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติทางเคมีและกายภาพ คล้ายธาตุที่
1 และจะเกิดขึ้นทุกๆ ช่วงของธาตุที่
8 เรียกการจัดนี้ว่า Law of
Octaves กฎนี้ไม่เป็นที่ยอมรับ
เนื่องจากไม่สามารถอธิบายได้ว่า
มวลอะตอมกับสมบัติที่คล้ายกันของธาตุนั้นมีความสัมพันธ์กันอย่างไร และกฎนี้ใช้ได้ถึงแคลเซียม (Ca)
ที่มีมวลอะตอม
40 เท่านั้น เช่น
ธาตุที่ 8 คือ โซเดียม (Na) จะมีสมบัติคล้ายกับธาตุที่ 1 คือลิเทียม (Li ) และถ้านับต่อไปจากโซเดียม (Na) ไปอีก
8 ธาตุ ก็คือ โปแตสเซียม (K) ดังนั้น Li , Na , K จะอยู่ในกลุ่มเดียวกัน
ปี พ.ศ. 2412 – 2413
(ค.ศ. 1869 – 1870)
ดิมิทรี อิวาโนวิช เมนเดเลเอฟ
(DmiTri Ivanovich Mendeleev)
นักเคมีชาวรัสเซียได้เสนอกฎที่เรียกว่า
กฎพิริออดิก
ซึ่งเป็นกฎที่สำคัญทางเคมีเกี่ยวกับการจัดตารางธาตุ
กฏพิริออดิก กล่าวว่า ถ้าจัดเรียงธาตุตามมวลอะตอมของธาตุต่าง ๆ จากน้อยไปมากธาตุที่มีสมบัติคล้ายกันจะปรากฎซ้ำกันและอยู่ตรงกันเป็นช่วง
ๆ กฎ
จากกฎพิริออดิก เมนเดเลเอฟ จึงจัดตารางธาตุขึ้น เรียกว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ เมนเดเลเอฟได้นำธาตุมาเรียงกันตามมวลอะตอม โดยเว้นที่ว่างสำหรับธาตุที่ยังไม่พบในขณะนั้น
แต่คาดว่าน่าจะมีธาตุที่มีสมบัติตามตำแหน่งนั้นอยู่
ต่อมาภายหลังได้มีการค้นพบธาตุมากขึ้น
ก็พบว่าถ้ายึดหลักการเรียงตามมวลอะตอมของเมนเดเลเอฟอย่างเคร่งครัด
จะไม่สามารถทำให้ธาตุบางชนิดที่มีสมบัติคล้ายกันอยู่ในหมู่เดียวกันได้ จึงต้องสลับที่ของธาตุบางตัว แต่เมนเดเลเอฟก็ไม่สามารถอธิบายได้ว่า
เพราะเหตุใดจึงต้องจัดเรียงธาตุเช่นนั้น
นักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาจึงเกิดแนวความคิดว่า
ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุไม่น่าจะขึ้นอยู่กับมวลอะตอมของธาตุ
แต่น่าจะขึ้นกับสมบัติอื่นที่มีความสัมพันธ์กับมวลอะตอม
ต่อมาปี พ.ศ. 2546 (ค.ศ.1913)
เฮนรี่ กวิน เจฟฟรีส์ โมสลีย์ (Henry Gwyn
Jeffreys Moseley) พบว่าการเรียงธาตุตามเลขอะตอม (จำนวนโปรตอนหรืออิเล็กตรอน)
จะสอดคล้องกับกฎพิริออดิกโดยไม่ต้องสลับที่ธาตุกันเหมือนการเรียงตามมวลอะตอม
และได้นำมาใช้การจัดตารางธาตุในปัจจุบัน
สมบัติของธาตุตามหมู่
เมื่อเราลองพิจารณาตารางธาตุ
เราจะเห็นว่าหมู่ต่าง ๆ ในตารางธาตุจะมีตัวอักษรภาษาอังกฤษกำกับอยู่ ซึ่งจะมีอยู่ 2 แบบ คือ
หมู่ที่ลงท้ายด้วย A และหมู่ที่ลงท้ายด้วย
B โดยตัวอักษรภาษาอังกฤษที่กำกับอยู่ท้ายหมู่มีความหมายดังนี้
- หมู่ที่ลงท้ายด้วย A หมายถึง ธาตุกลุ่ม A เรียกว่า ธาตุเรพรีเซนเททีฟ (Representative
Element) หรือธาตุหมู่หลัก (Main Group
Element) ได้แก่ ธาตุหมู่ 1A ถึงหมู่ 8A
- หมู่ที่ลงท้ายด้วย B หมายถึง ธาตุกลุ่ม B เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน (Transition
Element) ได้แก่ ธาตุหมู่ 1B ถึงหมู่ 8B
1. ธาตุหมู่ 1A หรือโลหะอัลคาไล (Alkali
Metals)
ธาตุหมู่ 1A หรือโลหะอัลคาไล ส่วนใหญ่จะมีสีเงิน (ยกเว้นธาตุซีเซียม (Cs) ซึ่งมีสีทองเจือปน) มีลักษณะเป็นโลหะเนื้ออ่าน มีความหนาแน่นต่ำ
มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีสูงมาก โดยจะเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ดีกับธาตุหมู่ 7A และสามารถเกิดปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำไดดี การเก็บรักษาจึงจะต้องเก็บไว้ในน้ำมัน ในสภาพธรรมชาติมักจะพบอยู่ในรูปของสารประกอบ เช่น
โซเดียมคลอไรด์ (NaCl), ลิเทียมออกไซด์
(Li2O)
โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เป็นต้น ธาตุหมู่ 1A จึงมีความเป็นโลหะสูง ตัวอย่างของธาตุหมู่ 1A ที่เราควรรู้จักได้แก่ธาตุดังต่อไปนี้
- ลิเทียม (Li) มีสมบัติดูดความร้อนได้ดี มักใช้ในการถ่ายเทความร้อน ใช้เป็นขั้วแบตเตอรี่ เนื่องจากมีศักยภาพในการให้อิเล็กตรอนที่ดี
- โซเดียม (Na) เป็นธาตุทำปฏิกิริยาได้ว่องไวมาก จึงจำเป็นต้องเก็บในน้ำมัน
ในชีวิตประจำวันของเรามีการใช้ประโยชน์จากสารประกอบโซเดียมมากมาย เช่น
เกลือแกง หรือโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ซึ่งใช้ในการประกอบอาหาร, ผงฟูหรือโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO3) ซึ่งใช้ในการทำขนมปังให้ฟู เป็นต้น
2. ธาตุหมู่ 2A หรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ (Alkaline-earth Metals)
ธาตุหมู่ 2A หรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ มีลักษณะเป็นโลหะเนื้ออ่อน แต่มีความแข็งและมีความหนาแน่นมากกว่าธาตุหมู่
1A ส่วนใหญ่มีสีเงิน ทำปฏิกิริยาได้ดีกับกับธาตุหมู่ 7A และน้ำ แต่ปฏิกิริยามีความรุนแรงน้อยกว่าธาตุหมู่ 1A ธาตุหมู่ 2A จะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ชั้นนอกสุดเพียง
2 อนุภาค
จึงถูกดึงหรือสูญเสียอิเล็กตรอนไปได้ง่าย
ดังนั้นธาตุหมู่ 2A จึงมีสมบัติความเป็นโลหะที่ดี ตัวอย่างของธาตุหมู่
2A ที่ควรรู้จัก ได้แก่
- เบริลเลียม (Be) เป็นโลหะซึ่งมีสีเทาเหมือนเหล็ก แข็งแรง
น้ำหนักเบา แต่เปราะ มักใช้สำหรับเป็นโลหะผสมเพื่อทำให้โลหะแข็งแกร่งขึ้น
- แมกนีเซียม (Mg) เป็นธาตุที่พบได้มากในธรรมชาติ โดยพบว่าเป็นส่วนประกอบของเปลือกโลกประมาณ
2%
และเป็นธาตุที่ละลายอยู่ในน้ำทะเลมากเป็นอันดับ 3 นิยมใช้วัตถุดิบในการผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม
-
แคลเซียม (Ca) เป็นโลหะสีเทาอ่อน มักใช้ในการสกัดธาตุยูเรเนียม (U) เป็นธาตุที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตอย่างยิ่ง
เนื่องจากเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของโครงสร้างร่างกายของสิ่งมีชีวิต เช่น
กระดูก และฟัน เป็นต้น
- แบเรียม (Ba) เป็นธาตุที่มีอยู่น้อยในธรรมชาติ มีสมบัติคล้ายกับธาตุแคลเซียม สามารถทำปฏิกิริยากับอากาศได้ดี ทำให้สามารถพบได้เฉพาะในลักษณะสารประกอบเท่ากัน
มีการนำไปใช้ประโยชน์ในด้านการขุดเจาะน้ำมัน การทำเหมือนแร่ การถ่ายภาพเอ็กซเรย์ทางการแพทย์ เป็นต้น
3. ธาตุหมู่ 7A หรือธาตุแฮโลเจน (Halogen)
ธาตุหมู่ 7A หรือธาตุแฮโลเจน เป็นธาตุที่มีสมบัติเป็นอโลหะ มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีสูง
ในสภาพธรรมชาติเรามักจะพบว่าธาตุกลุ่มนี้ในลักษณะเป็นโมเลกุลคู่ซึ่งประกอบด้วย
2 อะตอม คุณสมบัติอย่างหนึ่งของธาตุหมู่ 7A คือ
เมื่อรวมตัวกับไฮโดรเจน (H)
จะมีฤทธิ์เป็นกรดรุนแรง เช่น
กรดไฮโดรคลอริก (HCl), กรดไฮโดรฟลูออริก
(HF) เป็นต้น ธาตุหมู่ 7A จะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนจากธาตุอื่น ๆ
ได้ดี จึงมีสมบัติความเป็นอโลหะสูง ตัวอย่างของธาตุหมู่ 7A ที่ควรรู้จักได้แก่
- ฟลูออรีน (F) มีสถานะเป็นแก๊ส
มีสีเหลืองอ่อนและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต
โดยฟลูออรีนที่บริสุทธิ์จะมีอันตรายเป็นอย่างมากสามารถทำให้เกิดรอยไหม้บนผิวหนังได้
โดยทั่วไปจะใช้ประโยชน์ในรูปของสารประกอบฟลูออรีน เช่น
โซเดียมฟลูออไรด์ (NaF) ซึ่งหากใช้ในปริมาณเล็กน้อยเติมลงในยาสีฟันจะช่วยป้องกันฟันผุได้
- คลอรีน (Cl) มีสถานะเป็นแก๊ส มีสีเขียมอมเหลือง มีน้ำหนักมากกว่าอากาศ มีกลิ่นเหม็นอย่างรุนแรง และเป็นพิษอย่างร้ายแรง มีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อโรคได้ดี จึงนิยมใช้เติมลงในน้ำหรือในสระน้ำ เพื่อทำให้น้ำสะอาด
คลอรีนจะพบได้มากในรูปของเกลือทะเลและสารประกอบอื่น ๆ เช่น
เกลือแกง (NaCl) หรือโซเดียมคลอไรด์ เป็นต้น
- โบรมีน (Br) เป็นธาตุเพียงชนิดเดียวในกลุ่มธาตุหมู
7A ที่มีสถานะเป็นของเหลว มีสีแดง
สามารถระเหยได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง
เป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อของมนุษย์
เนื่องจากไอระเหยสามารถทำให้เกิดการระคายเคืองต่อตาและผิวหนังที่บอบบางได้
- ไอโอดีน (I) มีสถานะเป็นของแข็ง ไม่ละลายน้ำ
มีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากเป็นธาตุที่เป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในการผลิตฮอร์โมนที่สำคัญบางชนิด
นอกจากนี้ไอโอดีนยังมีประโยชน์ในการผลิตยาฆ่าเชื้อ และสีย้อมผ้า
4. ธาตุหมู่ 8A หรือแก๊สเฉื่อย (Inert Gas)
ประกอบด้วยธาตุต่าง ๆ ได้แก่ ฮีเลียม (He), นีออน (Ne), อาร์กอน (Ar), คริปทอน (Kr), ซีนอน (Xe) และเรดอน (Rn) ธาตุหมู่นี้อาจเรียกว่า แก๊สเฉื่อย
เนื่องจากธาตุในหมู่ 8A จะมีสถานะเป็นแก๊สที่ระดับอุณหภูมิและความดันปกติ
และเป็นธาตุที่มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่ำ มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ครบ 8 อยู่แล้ว จึงยากต่อการสูญเสียหรือรับอิเล็กตรอนเพิ่ม มีลักษณะเป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น
ละลายน้ำได้เล็กน้อย
นิยมใช้ในการบรรจุลงในบริเวณที่ไม่ต้องการให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างของธาตุหมู่ 8A ที่ว
- ฮีเลียม (He) เป็นแก๊สที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น
ไม่มีรส ไม่ติดไฟ จึงนิยมใช้บรรจุในบอลลูนหรือลูกโป่งสวรรค์
ใช้ผสมกับแก๊สออกซิเจนในถังสำหรับผู้ที่จะลงไปทำงานใต้ทะเล หรือสำหรับนักประดาน้ำ นอกจากนี้ยังมีการใช้ฮีเลียมเหลวซึ่งมีจะเดือดต่ำมากเป็นสารสำหรับหล่อเย็น
- นีออน (Ne) เป็นแก๊สเฉื่อยที่ไม่มีสี และยากต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีใด ๆ นิยมใช้บรรจุในหลอดไฟโฆษณาให้แสงสีส้มแดง
- ซีนอน (Xe) ซีนอนเป็นธาตุที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น
พบเพียงเล็กน้อยในบรรยากาศ
เป็นแก๊สที่มีฤทธิ์เป็นยาสลบ
นิยมใช้บรรจุในหลอดไฟส่องหน้าแบบ HID (High Intensity
Discharged) ให้แสงสว่างที่มีประสิทธิภาพสูง
- อาร์กอน (Ar) ใช้เป็นแก๊สบรรจุในหลอดไฟ
เพื่อให้ไส้หลอดมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น
นอกจากนี้ยังใช้บรรจุในหลอดไฟโฆษณาให้แสงสีม่วงน้ำเงิน
ที่มา : http://kroomuk.blogspot.com
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น