บทที่3
สมบัติของธาตุและสารประกอบ
สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ- สมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบ 2 และ 3
- สมบัติของสารประกอบออกไซด์ของธาตุในคาบ 2 และ 3
ธาตุหมู่ I โลหะอัลคาไลน์ 1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 2. มีเลขออกซิเดชัน +1
3. ทำปฏิกิริยาได้ดีมาก จึงไม่พบโลหะหมู่ I ในธรรมชาติ แต่จะพบในสารประกอบ สารประกอบทุกตัวเป็นพันธะไอออนิก 4. สารประกอบของโลหะหมู่ I ละลายน้ำได้ทุกตัว5. ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ ได้ด้างและแก๊ส H2
6. ความหนาแน่นต่ำ ลอยน้ำได้ จุดเดือด จุดหลอมเหลว ไม่สูงนัก ธาตุหมู่ II โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท
1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 2. มีเลขออกซิเดชัน +2
3.ทำปฏิกิริยาได้ดี พบโลหะหมู่ II ในธรรมชาติและพบในรูปสารประกอบ สารประกอบส่วนใหญ่เป็นพันธะไอออนิก ยกเว้น Be
4. สารประกอบของโลหะหมู่ II ส่วนใหญ่ ละลายน้ำได้ดี แต่จะไม่ละลายน้ำถ้าเป็นสารประกอบของ CO32- SO42- PO43- ยกเว้น MgSO4
5. ทำปฏิกิริยากับน้ำ ได้ด่างและแก๊ส H2
ธาตุหมู่ VI ชาลโคเจน 1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6
2. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ตั้งแต่ -2 ถึง+6
3. จุดเดือด จุดหลอมเหลวสูงมากเมื่อเทียบกับหมู่VII ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบประเภทโครงร่างตาข่าย
ธาตุหมู่ VII เฮโลเจน 1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7
2. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ตั้งแต่ -1 ถึง +7
3. เป็นธาตุหมู่เดียวที่1 โมเลกุล มี 2 อะตอมเรียกว่า Diatomic Molecule
4. พบเป็นธาตุอิสระในธรรมชาติ และพบในรูปของสารประกอบไอออนิกและโคเวเลนต์5. สารประกอบของหมู่ VII ส่วนใหญ่ละลายน้ำได้ดี ยกเว้นเป็นสารประกอบของ Ag Hg Pb
ธาตุหมู่ VIII แก๊สเฉื่อย , แก๊สมีตระกูล , Inert gas , Noble gas1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้น He มีเท่ากับ 2
2. เฉื่อยชาต่อการเกิดปฏิกิริยามาก แต่สามารถสังเคราะห์ได้
3. มีค่า IE (Ionization Energy) สูงสุดในตาราง และ He มีค่า IE สูงที่สุดในตารางธาตุ 4. เป็นธาตุเดียวที่ไม่มีค่า EN
ตำแหน่งของธาตุไฮโดรเจนในตารางธาตุ
การจัดธาตุให้อยู่ในหมู่ของตารางธาตุจะใช้สมบัติที่คล้ายกันเป็นเกณฑ์
สรุป ธาตุไฮโดรเจนมีสมบัติคล้ายหมู่ VIIA หลายหระการ แต่ไม่สามารถนำธาตุไฮโดรเจนมาจัดในหมู่ VIIA ได้ เพราะ จะทำให้แนวโน้มของสมบัติบางประการของธาตุหมู่VIIA เสียไป ปัจจุบันจึงจัดธาตุไฮโดรเจน อยู่ในคาบที่ 1 อยู่ระหว่างหมู่ IA กับ VIIA
ธาตุทรานซิชัน
ธาตุทรานซิชัน ประกอบด้วยธาตุ หมู่ IB ถึงหมู่ VIIIB รวมทั้งกลุ่มแลนทาไนด์กับกลุ่มแอกทิไนด์
1. อยู่ระหว่างหมู่IIA กับหมู่ IIIA เริ่มตั้งแต่คาบ 4 เริ่มที่เลขอะตอม 21
2.การจัดเรียงอิเล็กตรอนจะต่างจากธาตุโดยทั่วไป คือ จะจัดเรียงอิเล็กตรอนวงนอกสุดก่อน แล้วจัดอิเล็กตรอนวงรองจากวงนอกสุดเป็นวงสุดท้าย3.การดึงอิเล็กตรอนให้หลุดจากอะตอม จะดึงอิเล็กตรอนวงนอกสุดก่อน เช่นเดียวกับธาตุปกติ4.ธาตุทรานซิชัน จะมีเวเลนต์อิเล็กตรอน เป็น 2,1 เท่านั้น ยกเว้น Cr กับ Cu มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1
5.ธาตุทรานซิชัน จะมีสมบัติเหมือนกันเป็นคาบมากกว่าเป็นหมู่
6.ความหนาแน่นของธาตุทรานซิชันจะสูงมาก และในคาบเดียวกันจะมีความหนาแน่นที่ใกล้เคียงกัน
7.จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของธาตุทรานซิชันจะสูงมาก และสูงมากกว่าหมู่IAและหมู่IIA
8.ค่า IE , EN , E0 ของธาตุทรานซิชันจะสูงมากกว่าโลหะโดยทั่วไป9.ขนาดอะตอมของธาตุทรานซิชันที่เรียงตามคาบจากซ้ายไปขวาจะมีขนาดเล็กลง แต่ใกล้เคียงกันมาก เพราะโลหะทรานซิชัน มีความหนาแน่นสูง 10.ธาตุทรานซิชัน มีเลขออกซิเดชันหลายค่า ยกเว้น Sc กับ Zn มีเลขออกซิเดชันเพียงค่าเดียว
สารประกอบของธาตุทรานซิชัน
1.การเกิดสี
1.สีของธาตุทรานซิชันจะเปลี่ยนเมื่อเลขออกซิเดชันเปลี่ยน เช่น Si
2.สีจะเปลี่ยนถ้าสารหรือไอออนต่างชนิดกันมาล้อมรอบ เช่นCuSO4.5H2O สีฟ้า และ Cu(NH3)4SO4 สีคราม
3.สีเปลี่ยนเพราะจำนวนสารที่มาเกาะไม่เท่ากัน เช่น CrO42-สีเหลือง และ Cr2O72-
2.สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุทรานซิชัน
สารประกอบของธาตุทรานซิชันชนิดต่างๆ เช่น KMnO4 ประกอบด้วย K+ และ MnO-4 ซึ่ง MnO-4 จัดเป็นไอออนเชิงซ้อน ที่มีธาตุทรานซิชันเป็นอะตอมกลางและยึดเหนี่ยวกับอะตอมหรือไอออนอื่นๆที่มาล้อมรอบด้วยพันธะโคเวเลนต์
สารประกอบที่ประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนจัดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน ธาตุทรานซิชันส่วนใหญ่จะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีสีต่างกัน
ปัจจัยที่มีผลต่อสีของสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุทรายซิชัน
- เลขออกซิเดชันของธาตุทรานซิชัน - ชนิดของธาตุทรานซิชัน
- จำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบธาตุทรานซิชัน
ธาตุกึ่งโลหะ
มีคุณสมบัติดังนี้
1.มีค่า IE และ EN ค่อนข้างสูง
2.จุดเดือด จุดหลอมเหลว สูง
3.มีความหนาแน่นสูง
4.สามารถนำไฟฟ้าได้
5.สามารถเกิดสารประกอบได้ ทั้งสารประกอบไอออนิกและสารประกอบโควาเลนต์
ธาตุกำมันตรังสี
ธาตุกัมมันตรังสี คือ ธาตุที่มีสมบัติในการแผ่รังสี
กัมมันตภาพรังสี คือ ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้อย่างต่อเนื่อง
การแผ่รังสี เป็นการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโทปที่ ไม่เสถียร(ไอโซโทปของนิวเคลียสที่มีอัตราส่วนระหว่างจำนวนนิวตรอนต่อจำนวนโปรตอนไม่เหมาะสม) เนื่องจากนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีมีพลังงานสูงมากและไม่เสถียร จึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสีบางชนิด แล้วธาตุเหล่านั้นก็จะเปลี่ยนเป็นธาตุใหม่
ชนิดและสมบัติของรังสีบางชนิด
รังสีแอลฟาหรือ อนุภาคแอลฟา
- อนุภาคประกอบด้วย 2 โปรตอน 2 นิวตรอน เหมือนนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม มีเลขมวล 4
- มีประจุไฟฟ้า +2
- มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำมาก ไม่สามารถผ่านแผ่นกระดาษหรือโลหะบางๆได้
- เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก โดยเบนเข้าหาขั่วลบ
รังสีบีตา หรือ อนุภาคบีตา
- มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน
- มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับมวลอิเล็กตรอน
- มีอำนาจทะลุทะลางมากกว่า รังสีแอลฟา ถึง 100 เท่า สามารถผ่านโลหะแผ่นบางๆ
- มีความเร็วใกล้เคียงความเร็วแสง
- เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก โดยเบนเข้าหาขั่วบวก
รังสีแกมมา
- เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก
- ไม่มีประจุไม่มีมวล
- มีอำนาจทะลุทะลวงสูงมาก สามารถผ่านแผ่นคอนกรีตหนาๆได้
ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี
ธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดจะสลายตัวได้เร็วหรือช้าแตกต่างกัน ปริมาณการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะบอกเป็น ครึ่งชีวิต(ระยะเวลาที่นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี สลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม) ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป
ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี
ด้านธรณีวิทยา
C-14 หาอายุของวัตตุโบราณที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ
ด้านการแพทย์
I-131 ตรวจดูความปกติของต่อมไธรอยด์
I-132 ตรวจดูภาพสมอง
Na-24 ตรวจดูระบบการไหลเวียนของเลือด
Co-60,Ra-226 รักษาโรคมะเร็ง
P-32 รักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว
ด้านการเกษตร
P-32 ตรวจวัดรังสีที่ใบของพืช
ปรับปรุงเมล็ดพันธุ์พืช
Co-60 ทำลายแบคทีเรีย,ถนอมอาการ
ด้านการอุสาหกรรม
รังสีทำให้อัญมณีมีสีสันสวยงามขึ้น
ตรวจหารอยรั่วของท่อส่งน้ำมัน
ด้านพลังงาน
U-235,U-238,Pu-239 ผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าปรมาณู
โทษของธาตุกัมมันตรังสี
เมื่อร่างกายได้รับรังสีจำนวนมากทำให้โมเลกุลของน้ำ สารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ต่างๆ ในร่างกายเสียสมดุล ทำให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ในร่างกาย ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ อาจทำให้เซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงหรือกลายพันธุ์ และรังสีแอลฟาจะทำลายเซลล์เม็ดเลือดแดง
ปฏิกิริยานิวเคลียร์
เป็นการเปลี่ยนแปลง ในนิวเคลียสของธาตุ และมีพลังงานเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาจำนวนมหาศาล
ปฏิกิริยาฟิชชัน
คือ กระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิดแตกออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่า ในการเกิดปฏิกิริยาในแต่ละครั้งจะคายพลังงานออกมาจำนวนมาก และได้ไอโซโทปกัมมันตรังสีหลายชนิด รวมถึงได้นิวตรอน ถ้านิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้ชนกับนิวเคลียสอื่นๆ ก็จะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันต่อไปเรื่อยๆเรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่
ปฏิกิริยาฟิวชัน
คือ กรณีที่นิวเคลียสของธาตุเบาสองชนิดหลอมรวมกันเกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ที่มีมวลสูงกว่าเดิม และให้พลังงานปริมาณมาก การเกิดปฏิกิริยาฟิวชันจะต้องใช้พลังงานเริ่มต้นสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงผลักระหว่างนิวเคลียสที่จะเข้ารวมกัน
