2.7 การนำธาตุไปใช้ประโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต

ประโชน์ของธาตุโลหะ

     ทำเป็นเครื่องใช้สอยต่างๆ ชิ้นส่วนของเครื่องจักรกล เครื่องอำนวยความสะดวกต่างๆ โลหะที่พบมากในชีวิตประจำวันได้แก่ เหล็ก อะลูมิเนียม เงิน ทองแดง นิกเกิลโครเมียม ฯลฯ

โทษของธาตุโลหะ

   โลหะที่เป็นอันตราย มีดังนี้ ปรอท แคดเมียม และตะกั่ว เนื่องจากโลหะเหล่านี้เมื่อเข้าไปในสิ่งมuชีวิต จะไปรบกวนการทำงานของเซลล์โดย ซึ่งเรียกว่า โลหะหนัก    

     -ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์บางชนิด     

     -แทนที่โลหะสำคัญของ enzymes ทำให้เอนไซม์ทำงานได้น้อยลงหรือไม่ได้เลย    

     -เปลี่ยนแปลงโครงสร้างของชีวโมเลกุล

ประโยชน์ของธาตุอโลหะ

     1.ใช้ทำผ้าทนไฟ ผ้าเบรก กระเบื้องมุงหลังคาวัสดุกันความร้อน    

     2.ใช้ทำเครื่องประดับ ใช้ในอุตสาหกรรม นาฬิกา และการขัดถู    

     3.เป็นวัตถุดิบในการผลิตเคมีภัณฑ์ ใช้ในอุตสาหกรรมถลุงแร่ ทำสบู่ สีย้อมปุ๋ย และใช้ฟอกหนัง    

     4.ใช้ทำปูนซีเมนต์ ปูนปลาสเตอร์ แผ่นยิปซัมบอร์ด ชอล์ก กระดาษ และปุ๋ย    

     5.ใช้ในการทำเครื่องปั้นดินเผา ถ้วยชาม อิฐ กระเบื้อง กระดาษ ยาง และสี

ประโยชน์ของธาตุกึ่งโลหะ

     มีประโยชน์มากในการพัฒนาเทคโนโลยีต่าง ๆ ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ สามารถนำไปใช้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กเพื่อเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์ เครื่องอำนวยความสะดวก และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

2.6 ธาตุกัมมันตรังสี

ความหมายของธาตุกัมมันตรังสี

     ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึงธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า82

กัมมันตภาพรังสี หมายถึงปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา ปรากฏการณ์นี้ได้พบครั้งแรกโดย เบคเคอเรล เมื่อปี พ.ศ. 2439

     ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น

ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น

ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น

 จะเห็นได้ว่า การแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้ หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิม และธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกัน เรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ

รังสีแอลฟา

     รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล 4 amuมีประจุ +2 อนุภาคชนิดนี้จะถูกกั้นไว้ด้วยแผ่นกระดาษหรือเพียงแค่ผิวหนังชั้นนอกของคนเราเท่านั้น

การสลายตัวให้รังสีแอลฟา

90Th 232----->88Ra 228 + 2a 4

รังสีเบต้า

    รังสี ที่ประกอบด้วยอนุภาคอิเลคตรอนหรือโพสิตรอน รังสีนี้มีคุณสมบัติทะลุทะลวงตัวกลางได้ดีกว่ารังสีแอลฟา สามารถทะลุผ่านน้ำที่ลึกประมาณ 1 นิ้วหรือประมาณความหนาของผิวเนื้อที่ฝ่ามือได้ รังสีเบต้าจะถูกกั้นได้โดยใช้แผ่นอะลูมิเนียมชนิดบาง

การสลายตัวให้รังสีบีตา

79Au 198----->80Hg 198 + -1b 0

7N 13----->6C 13 + +1b 0

รังสีแกมมา

     รังสี ที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง มีคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับรังสีเอกซ์ที่สามารถทะลุผ่านร่างกายได้ การกำบังรังสีแกมมาต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเช่น ตะกั่วหรือยูเรเนียม เป็นต้น

การสลายตัวให้รังสีแกมมา

27Co 60----->-1b 0 + 28Ni 60----->28Ni60 + g

ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี

     ธาตุกัมมันตรังสีจะสลายตัวให้รังสีชนิดใดชนิดหนึ่งออมาได้เองตลอดเวลา ธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดจะสลายตัวได้เร็วหรือช้าแตกต่างกัน ปริมาณการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะบอกเป็น ครึ่งชีวิต ใช้สัญลักษณ์t_{1/2}ครึ่งชีวิต หมายถึง ระยะเวลาที่นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี สลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตุชนิดหนึ่งๆ จะมีครึ่งชีวิตคงเดิมไม่ว่าจะอยู่ในรูปของธาตุหรือเกิดเป็นสารประกอบ เช่น Na-24 มีครึ่งชีวิต 15 ชั่วโมง หมายความว่าถ้าเริ่มต้นมี Na-24 10 กรัม นิวเคลียสนี้จะสลายตัวให้รังสีออกมาจนกระทั่งเวลาผ่านไปครบ 15 ชั่วโมง จะมี Na-24เหลือ 5 กรัม และเมื่อเวลาผ่านไปอีก 15 ชั่วโมงจะมี Na-24เหลืออยู่ 2.5 กรัม นั้นคือเวลาผ่านไปทุกๆ 15 ชั่วโมง Na-24 จะสลายตัวไปเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

      ปฏิกิริยาเคมีที่ได้ศึกษามาแล้ว เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุที่ทำปฏิกิริยากันทำให้เกิดเป็นสารใหม่ที่มีสมบัติแตกต่างไปจากเดิมและมีพลังงานเกี่ยวข้องไม่มาก ส่วนปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของธาตุ อาจเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอมที่มีขนาดใหญ่หรือเกิดจากการรวมตัวของนิวเคลียสของอะตอมที่มีขนาดเล็ก จะได้ไอโซโทปใหม่หรือนิวเคลียสของธาตุใหม่ รวมทั้งมีพลังงานเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเป็นจำนวนมหาศาล ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ ตัวอย่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ศึกษาได้ดังนี้

ปฏิกิริยาฟิชชันและปฏิกิริยาฟิวชัน

     ในปี พ.ศ. 2482  นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเมื่อยิงอนุภาคนิวตรอนไปยังนิวเคลียสของ U-235 นิวเคลียสจะแตกออกเป็นนิวเคลียสของธาตุที่เบากว่า

การตรวจสอบสารกัมมันตรังสีและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารกัมมันตรังสี

     รังสีทำให้โมเลกุลของสารแตกตัวเป็นไอออนได้เป็นผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เซลล์ของสิ่งมีชีวิต มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นรังสีได้ด้วยตาเปล่าจึงต้องมีการตรวจสอบรังสีด้วยวิธีต่างๆ เช่น การใช้ฟิล์มถ่ายรูปหุ้มสารนั้น และเก็บไว้ในที่มืด ถ้าฟิล์มที่ล้างแล้วปรากฎสีดำแสดงว่าสารนั้นมีการแผ่รังสีหรือนำสารที่ต้องการตรวจสอบเข้าใกล้สารเรืองแสง ถ้าเกิดการเรืองแสงขึ้นแสดงว่าสารนั้นมีธาตุกัมมันตรังสีอยู่ แต่การตรวจสอบโดยวิธีที่กล่าวมาแล้วไม่สามารถบอกปริมาณของรังสีได้ ถ้าต้องการทราบปริมาณรังสีต้องใช้เครื่องไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาน์เตอร์ ซึ่งประกอบด้วยหัววัดรังสีและมิเตอร์ที่มีหน้าปัดบอกปริมาณรังสี

ด้านธรณีวิทยา       ใช้คาร์บอน -14 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 5730 ปี หาอายุของวัตถุโบราณที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ เช่น ไม้ กระดูก หรือสารอินทรีย์อื่นๆ  การหาอายุวัตถุโบราณโดยการวัดปริมาณของคาร์บอน -14 อธิบายได้ว่าในบรรยากาศมีคาร์บอน -14 ซึ่งเกิดจากไนโตรเจนรวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิก

ด้านการแพทย์     ใช้เพื่อศึกษาความผิดปกติของอวัยวะต่างๆ ในร่างกาย โดยให้คนไข้รับประทานอาหารหรือยาที่มีไอโซโทปกัมมันตรังสีจำนวนเล็กน้อย จากนั้นใช้เครื่องมือตรวจสอบรังสีเพื่อติดตามดูผลการดูดซึมไอโซโทปกัมมันตรังสีของระบบอวัยวะต่างๆ เช่น ให้ดื่มสารละลายไอโอดีน -131 แล้วติดตามดูความผิดปกติของต่อมไทรอยด์ใช้ไอโอดีน -132 ติดตามดูภาพสมอง ฉีดโซเดียม -24 เข้าเส้นเลือดโดยตรงเพื่อดูระบบการไหลเวียนของเลือดรับประทานเทคนีเชียม-99 เมื่อต้องการดูภาพหัวใจ ตับ ปอด นอกจากนี้แพทย์ยังใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีรักษาโรคโดยตรง เช่น ใช้โคบอลต์ -60 หรือเรเดียม -226 ในการรักษาโรคมะเร็ง

ด้านเกษตรกรรม     ใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีในการติดตามระยะเวลาของการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืช โดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่รากจนถึงการคายออกที่ใบหรือจำนวนแร่ธาตุที่พืชสะสมไว้ที่ใบ เช่น ใช้ฟอสฟอรัส -32 จำนวนเล็กน้อยผสมกับฟอสฟอรัสที่ไม่มีรังสีเพื่อทำปุ๋ย แล้วใช้เครื่องไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาน์เตอร์ ตรวจวัดรังสีที่ใบของพืชใช้รังสีเพื่อการปรับปรุงเมล็ดพันธุ์พืชให้ได้พันธุกรรมตามต้องการโดยการนำเมล็ดพันธุ์พืชมาอาบรังสีนิวตรอนในปริมาณและระยะเวลาที่เหมาะสมจะทำให้เกิดการกลายพันธุ์ได้

ด้านอุตสาหกรรม       ใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีกับงานหลายอย่าง เช่น ใช้ตรวจหารอยตำหนิในโลหะหรือรอยรั่วของท่อขนส่งของเหลวโดยผสมไอโซโทปกัมมันตรังสีกับของเหลวที่จะขนส่งไปตามท่อ แล้วติดตามการแผ่รังสีด้วยเครื่องไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาน์เตอร์ ถ้าบริเวณใดที่เครื่องมีสัญญาณจำนวนนับมากที่สุดแสดงว่าบริเวณนั้นมีการรั่วไหลเกิดขึ้น ใช้วัดความหนาของวัตถุเนื่องจากรังสีแต่ละชนิดทะลุวัตถุได้ดีไม่เท่ากัน ดังนั้นเมื่อผ่านรังสีไปยังแผ่นวัตถุต่างๆ เช่น โลหะ กระดาษ พลาสติก แล้ววัดความสามารถในการดูดซับรังสีของวัตถุนั้นด้วยเครื่องไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาน์เตอร์ เปรียบเทียบจำนวนนับกับตารางข้อมูลก็จะทำให้ทราบความหนาของวัตถุได้การเก็บถนอมอาหาร ใช้โคบอลต์ -60 ซึ่งจะให้รังสีแกมมาที่ไม่มีผลตกค้างและรังสีจะทำลายแบคทีเรียจึงช่วยเก็บรักษาอาหารไว้ได้นานหลายวันหลังจากการผ่านรังสีเข้าไปในอาหารแล้วจะเห็นได้ว่าธาตุกัมมันตรังสีให้ประโยชน์ต่อมนุษย์อย่างมาก แต่ถ้าใช้ในปริมาณไม่ถูกต้องหรือนำไปใช้ในสภาพไม่เหมาะสมก็จะมีผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมได้

ที่มา: 

2.5 ธาตุแทรนซิชัน

ธาตุแทรนซิชัน  คือ  กลุ่มธาตุที่อยู่ระหว่างหมู่  IIA  กับ  IIIA ซึ่งก็คือธาตุหมู่  B ทั้งหมด  ประกอบด้วยหมู่ IB – VIIIB  รวมทั้ง อินเนอร์แทรนซิชัน  ได้แก่  กลุ่มแลนทาไนด์  และกลุ่มแอกทิไนด์

ธาตุแทรนซิชัน  เป็นธาตุที่ใช้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย ในการเกิดพันธะ   ยกเว้นธาตุหมู่  2B  ที่ใช้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย  s  ในการเกิดพันธะ

ธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 ได้แก่  Sc , Ti , V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน

การจัดอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชัน

การจัดอิเล็กตรอนของ  Cr  และ  Cu  (Electron configurations of Cr andCu)

สรุปได้ดังนี้

 1. ธาตุแทรนซิชันทุกธาตุเป็นโลหะ มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงเพราะมีพันธะโลหะ

 2.  ความหนาแน่นมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น

3.  มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด (valence e-) เท่ากับ  2  ยกเว้น  Cr  และ  Cu  เท่ากับ  1

4.  อิเล็กตรอนถัดจากวงนอกสุดเข้ามาหนึ่งระดับพลังงาน ไม่ครบ  18  ยกเว้น  Cu  และ  Zn

5.  มีเลขออกซิเดชันได้มากกว่า 1 ค่า  ยกเว้นหมู่  2B (Zn , Cd) เป็น  +2  ค่าเดียว  และหมู่  3B (Sc)   0  เป็น +3  ค่าเดียว  ดังตาราง

เลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน

สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน

               ธาตุแทรนซิชันสามารถทำปฏิกิริยาเกิดสารประกอบต่าง ๆ ได้หลายชนิด  เนื่องจากธาตุแทรนซิชันมีค่าเลขออกซิเดชันหลายค่า  และให้สีของสารประกอบแตกต่างกัน  เช่น  MnO2 มีสีดำ ,KMnO4  มีสีม่วงแดง  และ  K2MnO4  มีสีเขียว

และโดยทั่วไปธาตุแทรนซิชันสามารถเกิดสารประกอบเชิงซ้อน  และไอออนเชิงซ้อนได้ง่าย

 สีของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีสในน้ำ

*ไม่ละลายน้ำ

สารประกอบของธาตุแทรนซิชันแบ่งได้ 2 ประเภท คือ

1.  สารประกอบไอออนิก (ionic compounds)

ไอออนบวกของโลหะแทรนซิชัน + อโลหะไอออนลบหรือกลุ่มไอออนลบ

 เช่น      CuSO4    คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต

FeCl2    ไอร์ออน (II)  คลอไรด์

 Fe2O3    ไอร์ออน (III)  ออกไซด์

2.  สารประกอบเชิงซ้อน (complex compounds)  คือ สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนเป็นองค์ประกอบ   มีลักษณะดังนี้

ไอออนเชิงซ้อนบวก + ไอออนลบ

หรือ    ไอออนบวก  +  ไอออนเชิงซ้อนลบ

หรือ    ไอออนเชิงซ้อนบวก  + ไอออนเชิงซ้อนลบ

เช่น     KMnO4    หรือ       K+      [MnO4] –  

ไอออนบวก     +    ไอออนเชิงซ้อนลบ    =    สารประกอบเชิงซ้อน

ไอออนเชิงซ้อน  ประกอบด้วยอะตอมหรือไอออนของโลหะแทรนซิชันทำหน้าที่เป็นธาตุอะตอมกลาง (central atom) โดยมีกลุ่มของไอออนหรือโมเลกุลที่เรียกว่า ลิแกนด์ (ligand) มาล้อมรอบอะตอมกลางด้วยพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์

 O             -

Mn

O       O      O

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน

* โลหะแทรนซิชันมีโครงสร้างทางอิเล็กตรอนที่แตกต่างไปจากโลหะหมู่ที่ IA และหมู่ IIA คือสามารถรวมกับไอออน  หรือหมู่ไอออน โมเลกุลหรือสารบางชนิดที่มีอิเล็กตรอนคู่ว่างอยู่ เกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ที่เรียกว่า สารประกอบโคออดิเนชันหรือสารประกอบเชิงซ้อน (Complex  Compound)

      สารประกอบเชิงซ้อน  คือ  สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย  ส่วนมากเกิดกับ   ธาตุแทรนซิชัน  ไอออนเชิงซ้อน  คือ  สารที่เกิดจากไอออนลบ  (anions)  หรือโมเลกุลที่เป็นกลางไม่มีประจุจำนวนหนึ่ง  หรือมากกว่านั้นมาสร้างพันธะเคมีกับไอออนกลางของโลหะ  เช่น  Cu(NH3)42+, ไอออนเชิงซ้อนมี  2  ชนิดคือ  ไอออนเชิงซ้อนที่เป็นไอออนบวก  และไอออนลบ

อะตอมกลางหรือไอออนกลาง (Central  atom  ion)  คือ  อะตอมของธาตุที่อยู่แกนกลางของสารเชิงซ้อน  ส่วนมาก  ได้แก่  โลหะแทรนซิชัน

ลิแกนด์  คือ  ไอออนหรือโมเลกุลที่ล้อมรอบอะตอมกลางหรือไอออนกลาง  สารพวกนี้เป็นสารที่มีอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กตรอนคู่อิสระอยู่  เช่น  F-, Br-, OH-, SCN-, S2-,CO, NH3, H2O  เป็นต้น

พันธะระหว่างลิแกนด์  และโลหะแทรนซิชันที่อยู่กลางในสารเชิงซ้อนเป็นพันธะโคเวเลนต์  และจำนวนลิแกนด์ที่ล้อมรอบโลหะแทรนซิชันที่อยู่กลาง  เรียกว่า  เลขโคออร์ดิเนชัน  และเลขโคออร์ดิเนชันเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของธาตุแทรนซิชัน  เลขออกซิเดชันของโลหะแทรนซิชัน  และชนิดของลิแกนด์ด้วย

สีของสารประกอบเชิงซ้อน

     การเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน

                                   ลิแกนด์เป็นไอออน                                  ลิแกนด์เป็นกลาง

อะตอมกลาง

Coordination Number

 

ที่มา:http://cms575.bps.in.th/group7/transition

2.4 ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก

วิวัฒนาการของตารางธาตุ

Johann Dobereiner (ค.ศ.1780-1849)

ธาตุ เรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากและธาตุแต่ละหมู่มวลอะตอมที่อยู่ตรงกลางจะเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีก 2 ธาตุ กฎนี้เรียกว่า Law of Triads

John Newlands (ค.ศ.1837-1898)

John Newlands ได้จัดธาตุต่างๆ เป็นตารางธาตุ โดยพยายามเรียงลำดับตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากเป็นแถวตามแนวนอน สมบัติของธาตุจะมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ ของธาตุที่ 8 ตารางธาตุแบบนี้มีข้อจำกัดคือใช้ได้กับ 20 ธาตุแรกเท่านั้น

Dmitri Mendelee (ค.ศ.1834-1907)

Dmitri Mendeleev ได้เสนอการจัดตารางธาตุออกมาในลักษณะคล้ายๆ กัน โดยพบว่าสมบัติต่างๆ ของธาตุสัมพันธ์กับมวลอะตอมของธาตุตาม Periodic Law คือ “ สมบัติของธาตุเป็นไปตามมวลอะตอมของธาตุโดยเปลี่ยนแปลงเป็นช่วงๆ ตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น”

Henry Moseley (ค.ศ.1887-1915)

  Henry Moseley ได้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปหามาก ดังนั้นในปัจจุบัน Periodic  Law มีความหมายว่า “สมบัติต่างๆ ของธาตุจะขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของธาตุนั้นและขึ้นอยู่กับการจัดอิเล็กตรอนของธาตุเหล่านั้น”

ตารางธาตุในปัจจุบัน

1. จัดเรียงธาตุตามแนวนอน โดยเรียงเลขอะตอมเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา

2. แถวตามแนวนอนเรียกว่า คาบ มีทั้งหมด 7 คาบ

3. แถวตามแนวตั้ง เรียกว่า หมู่ แบ่งออกเป็นหมู่ย่อย A และ Bโดยที่

    - หมู่ย่อย A มี 8 หมู่ คือ หมู่ IA ถึง VIIIA

    - หมู่ย่อย B มี 8 หมู่ คือ หมู่ IB ถึง VIIIB โดยเริ่มจากหมู่IIIB ถึงหมู่ IIB เรียกหมู่นี้ว่า “ธาตุทรานซิชัน (Transition Elements)”    

4. ธาตุ 2 แถวล่าง ซึ่งแยกไว้ต่างหาก เรียกว่า “ธาตุทรานซิชั่นชั้นใน (Inner transition elements)”

    - ธาตุแถวบนคือ ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 58 ถึง 7 เรียกว่า “กลุ่มธาตุแลนทาไนด์”

5. ธาตุไฮโดรเจนมีสมบัติบางอย่างคล้ายธาตุหมู่ IA และมีสมบัติบางอย่างคล้ายธาตุหมู่ VIIA จึงแยกธาตุไฮโดรเจนไว้ต่างหาก

6. ธาตุที่เป็นโลหะ และอโลหะถูกแยกออกจากกันด้วยเส้นขั้นบันได โดยทางซ้ายของเส้นขั้นบันไดเป็นโลหะ ทางขวาของเส้นขั้นบันไดเป็นอโลหะ ส่วนธาตุที่อยู่ชิดเส้นขั้นบันไดจะมีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะเรียกธาตุพวกนี้ว่า “ธาตุกึ่งโลหะ(Metalloid)”

         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

ขนาดอะตอม

     การบอกขนาดอะตอมจะบอกโดยใช้รัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่มีแรงยึดเหนี่ยวอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน รัศมีอะตอมมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม

รัศมีโคเวเลนต์      คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของความยาวพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน

รัศมีแวนเดอร์วาลล์     คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด

รัศมีโลหะ     คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด

แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ

ขนาดไอออน

     ไอออน คือ อะตอมของธาตุ  หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่มีประจุ  คือ ไอออนทุกชนิดจะต้องมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับอิเล็กตรอนถ้าจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนบวก  และถ้ามีจำนวนโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนลบ

การบอกขนาดไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดอะตอม ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก

แนวโน้มของขนาดไอออนในตารางธาตุ

พลังงานไออนไนเซชัน (Ionization Energy; IE)

     พลังงานไออนไนเซชันคือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุที่เป็นแก๊สครั้งละ 1อิเล็กตรอนทำให้กลายเป็นไอออนบวกที่เป็นแก๊ส

สามารถเขียนสมการได้ดังนี้

X(g)  +  IE  —->  X+  (g)  +  e–

อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electronegativity; EN)

     อิเล็กโตรเนกาติวิตี คือ ค่าที่แสดงความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองของอะตอมของธาตุ  ในพันธะเคมีหนึ่ง อะตอมที่มีค่า EN สูงจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมที่มี  EN ต่ำ

     โลหะทั่วไปมีค่า EN ต่ำกว่า จึงเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเกิดไอออนบวก อโลหะทั่วไปมีค่า EN สูง จึงชิงอิเล็กตรอนได้ดีเกิดไอออนลบ ธาตุเฉื่อยไม่มีค่า EN

ค่า EN ขึ้นอยู่กับ

     ก. ขนาดอะตอม หรือจำนวนระดับพลังงาน

     ข. ถ้าอะตอมที่มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ค่า EN ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเกณฑ์

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity; EA)

      สัมพรรคอิเล็กตรอน คือ พลังงาน ที่อะตอมในสถานะแก๊ส คายออกมา เมื่อได้รับอิเล็กตรอน