Boozo: ธันวาคม 2011

1. ตารางธาตุมีประโยชน์อย่างไร
2. ผู้ค้นพบตารางธาตุ
3. ธาตุมีทั้งหมดกี่ชนิด

ตารางธาตุ คือ ตารางที่ใช้แสดงธาตุเคมี คิดค้นขึ้นโดยนักเคมีชาวรัสเซีย ดมีตรี เมนเดเลเนฟ ในปี พ.ศ. 2412 จากการสังเกตว่าเมื่อนำธาตุต่างๆมาเรียงตัวลำดับเลขอะตอม คุณสมบัติต่าง ๆ ของธาตุที่นำมาเรียงนั้นจะมีลักษณะคล้ายกันเป็นช่วง ๆ ซึ่งในปัจจุบันตารางธาตุได้เป็นส่วนหนึ่งในการเรียนการสอนวิชาเคมีด้วย

ประวัติของตารางธาตุในระหว่างปี พ.ศ. 2346 ถึง 2456 มีธาตุต่าง ๆที่พบในธรรมชาติประมาณ 63 ธาตุ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามจัดธาตุเหล่านี้ให้เป็นหมวดหมู่หรือเป็นตารางธาตุโดยในช่วงแรก ๆ นั้นแบ่งธาตุออกเป็นหมวดหมู่โดยอาศัยสมบัติของธาตุ ทั้งนี้ได้จากการสังเกตพบความคล้ายคลึงกันของสมบัติของธาตุเป็นกลุ่ม ๆ ทำให้นำมาจัดเป็นตารางธาตุได้ เช่น แบ่งกลุ่มโดยอาศัยสมบัติเกี่ยวกับโลหะ-อโลหะ โดยอาศัยสมบัติของความเป็นกรด-เบสของธาตุ เป็นต้น ต่อมาเมื่อหามวลอะตอมของธาตุได้ จึงใช้มวลอะตอมมาประกอบในการจัดตารางธาตุ จนในปัจจุบันจัดตารางธาตุโดยอาศัยเลขอะตอม

จากความรู้ในทางฟิสิกส์ เคมี และดาราศาสตร์ พบว่าโลกนี้ประกอบด้วยธาตุต่างๆ มากกว่า 105 ชนิด พบอยู่ตามเปลือกโลกซึ่งมีมากน้อยไม่เท่ากัน เช่น Si และ Fe เป็นธาตุที่มีอยู่ในใจกลางโลกเป็นจำนวนมาก
ค.ศ.1817 Dobereiner พบว่าธาตุบางประเภทซึ่งประกอบไปด้วยธาตุ 3 ธาตุ ที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน และเขาพบว่าน้ำหนักอะตอมของธาตุหนึ่งจะมีค่าใกล้เคียงกับน้ำหนักอะตอมเฉลี่ยของธาตุอีกสองธาตุ เช่น ในหมู่ธาตุ Cl , Br และ I จะพบว่าค่าน้ำหนักอะตอมเฉลี่ยของ Br เท่ากับ น้ำหนักอะตอม Cl + น้ำหนักอะตอม I
ในทำนองเดี่ยวกันยังมีธาตุที่มีคุณสมบัติเช่นนี้อีก 2 กลุ่ม คือ ธาตุสตรอนเตียม (Sr) แคลเซียม (Cl) และธาตุแบเรียม (Ba) อีกกลุ่มคือ หมู่ธาตุเซเลเนียม(Se) ธาตุซัลเฟอร์ (S) และธาตุเลทูเรียม ซึ่งธาตุหมู่ดังกล่าวเหล่านี้เรียกว่า Triads

ค.ศ. 1864 John A.R. Newlands ชาวอังกฤษได้เสนอการจัดธาตุต่างๆโดยเรียงตามน้ำหนักอะตอม ซึ่งเรียกการจัดแบบนี้ว่า Law of Octaves
ต่อมาได้มีการค้นพบค่าอะตอมมิคนัมเบอร์ โดย Henry Gwyn Jeffeys Moseleys (ค่าของอะตอมมิคนัมเบอร์ คือ จำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุ) ซึ่งปัจจุบันก็ได้มีการจัดเรียงธาตุตามอะตอมมิคนัมเบอร์ แทนน้ำหนัก

ตารางธาตุของเดอเบอไรเนอร์
การจัดตารางธาตุนั้นเริ่มขึ้นตั้งแต่ปี พ.ศ. 2360 (ค.ศ. 1817) โดย โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ (Johaun Dobereiner) นักเคมีชาวเยอรมัน ได้นำธาตุต่าง ๆ ที่พบในขณะนั้นมาจัดเรียงเป็นตารางธาตุ โดยนำธาตุต่าง ๆ ที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันมาจัดไว้ในหมู่เดียวกัน หมู่ละ 3 ธาตุ เรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากในแต่ละหมู่ มวลอะตอมของธาตุที่อยู่กลางจะเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของธาตุที่เหลืออีก 2 อะตอม เรียกว่า กฎชุดสาม (law of triads หรือ Dobereine’s law of triads)

ตารางธาตุในปัจจุบัน
เนื่องจากปัจจุบันนักเคมีพบว่า การจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุมีส่วนสัมพันธ์กับสมบัติต่าง ๆ ของธาตุ กล่าวคือ ถ้าเรียงลำดับธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปหามาก จะพบว่าธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันเป็นช่วง ๆ ตามลักษณะของการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุนั้น ดังนั้นในปัจจุบันจึงจัดตารางธาตุโดยเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก
ตารางธาตุแบบที่ใช้กันอยู่มากในปัจจุบัน แบ่งธาตุในแนวตั้งออกเป็น 18 แถวหรือ 18 หมู่ โดยธาตุทั้งหมด 18 แถว แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือกลุ่ม A และ B กลุ่ม A มี 8 หมู่ คือหมู่ IA ถึง VIIIA ส่วนกลุ่ม B ซึ่งอยู่ระหว่างหมู่ IIA และ IIIA มี 8 หมู่เช่นเดียวกัน คือ หมู่ IB ถึง VIIIB (แต่มี 10 แนวตั้ง) เรียกธาตุกลุ่ม B ว่า ธาตุทรานซิชัน
ธาตุในแต่ละหมู่ ของกลุ่ม A ถ้ามีสมบัติคล้ายกันจะมีชื่อเรียกเฉพาะหมู่ เช่น
* ธาตุหมู่ IA เรียกว่า โลหะอัลคาไล (alkali metal) ได้แก่ Li , Na , K , Rb , Cs , Fr
* ธาตุหมู่ IIA เรียกว่า โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท(alkaline earth)ได้แก่ Be Mg Ca Sr Ba Ra
* ธาตุหมู่ VIIA เรียกว่า ธาตุเฮโลเจน (halogen) ได้แก่ F Cl Br I At
* ธาตุหมู่ที่ VIIIA เรียกว่า ก๊าซเฉื่อย (Inert gas) ได้แก่ He Ne Ar Kr Xe Rn
สำหรับการแบ่งธาตุเป็นคาบ ธาตุทั้งหมดในตารางธาตุแบ่งเป็น 7 คาบ ซึ่งในแต่ละคาบอาจจะมีจำนวนธาตุไม่เท่ากัน เช่น ในตารางธาตุแบ่งเป็น 7 คาบดังนี้
* คาบที่ 1 มี 2 ธาตุ คือ H , He
* คาบที่ 2 มี 8 ธาตุ คือ ตั้งแต่ Li ถึง Ne
* คาบที่ 3 มี 8 ธาตุ คือ ตั้งแต่ Na ถึง Ar
* คาบที่ 4 มี 18 ธาตุ คือ ตั้งแต่ K ถึง Kr
* คาบที่ 5 มี 18 ธาตุ คือ ตั้งแต่ Rb ถึง Xe
* คาบที่ 6 มี 32 ธาตุ คือ ตั้งแต่ Cs ถึง Rn
* คาบที่ 7 มี 19 ธาตุ คือ ตั้งแต่ Fr ถึง Ha
รวมทั้งหมด 105 ธาตุ เป็นก๊าซ 11 ธาตุ คือ H , N , O , F , Cl , He , Ne , Ar , Kr , Xe และ Rn เป็นของเหลว 5 ธาตุ คือ Cs , Fr , Hg , Ga และ Br ที่เหลือเป็นของแข็ง
สำหรับ 2 แถวล่างเลขอะตอม 58 - 71 และ 90 - 103 เป็นธาตุกลุ่มย่อยที่แยกมาจากหมู่ IIIB ในคาบที่ 6 และ 7 เรียกธาตุในกลุ่มย่อยนี้รวม ๆ ว่า กลุ่มธาตุเลนทาไนด์ และกลุ่มธาตุแอกทิไนด์
นอกจากนี้เมื่อพิจารณาธาตุหมู่ IIIA ไปทางขวามือ จะพบเส้นหนักหรือเส้นทึบเป็นแบบขั้นบันได เส้นหนักนี้จะเป็นเส้นแบ่งกลุ่มธาตุโลหะและอโลหะ กล่าวคือ ธาตุทางขวาของเส้นขั้นบันไดจะเป็นอโลหะ ธาตุทางซ้ายมือของเส้นขั้นบันไดจะเป็นโลหะ ธาตุที่อยู่ชิดกับเส้นขั้นบันได เป็นธาตุกึ่งโลหะ ซึ่งมีทั้งสมบัติของโลหะและอโลหะ เช่น ธาตุ B , Si ,Ge ,As , Sb , Te

ประโยชน์ของตารางธาตุ
ุุุมีประโยชน์อย่างมหาศาลแก่นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมในตอนต้น
คริสตศวรรษนี้ เช่น ทอมป์สัน,แอสตัน, รัทเทอร์ฟอร์ด, มอสเลย์, บอห์ร ฯลฯ สำหรับประโยชน์สามัญเช่นสำหรับผู้ที่เรียนเคมีเบื้องต้น จะปรากฎชัดเจนเมื่อศึกษาเรื่องสมบัติทางเคมีและกายภาพของธาตุต่างๆ เพราะการเข้าใจเรื่องตารางธาตุจะช่วยให้เข้าใจวิธีการศึกษาสมบัติดังกล่าว การใช้ตารางธาตุได้ถูกต้องจะช่วยให้เข้าใจข้อมูลต่างๆ ของธาตุได้ดี และที่สุดก็จะจดจำได้ ยิ่งกว่านั้นตารางธาตุจะทำให้สามารถทำนายสมบัติทางเคมีของธาตุได้เพราะผู้ที่ใช้ตารางธาตุได้ถูกต้องจะสามารถทำนายได้ว่าธาตุหนึ่งควรจะมีสมบัติคล้ายคลึงกับธาตุใด และถ้าธาตุมีสมบัติคล้ายกันแล้ว สารประกอบประเภทเดียวกันของธาตุเหล่านั้นก็น่าจะมีสมบัติในทำนองเดียวกันเช่น NaCl มีสมบัติส่วนใหญ่คล้าย KCl, RbCl,เพราะ Na, K และ Rb ต่างก็อยู่ในหมู่ IA หรือ ธาตุที่ 104 ( Rf ) และ 105 (Ha)ซึ่งเป็นธาตุที่สร้างขึ้นมีสมบัติคล้ายกับ ( Hf )และ (Ta) ตามลำดับ และเมื่อศึกษาตารางธาตุให้ลึกซึ่งยิ่งขึ้นก็จะพบว่านอกจากจะสามารถระบุได้ว่าธาตุใดหรือสารประกอบของธาตุใดจะมีสมบัติคล้ายกับธาตุหรือสารประกอบของธาตุหนึ่งแล้วก็ยังระบุได้อีกว่าจะมีสมบัติใดบ้างที่แตกต่างกัน เช่น ( H2SO4 ) และ ( H2TeO4 )แม้ว่า S และ Te จะอยู่ในหมู่ VIA ด้วยกัน แต่สมบัติของสารประกอบทั้งสองมีความแตกต่างกันอยู่
สรุป สมบัติต่างๆ ที่เปลี่ยนไปตามเลขอะตอมมิกของธาตุ เช่น การนำไฟฟ้า ขนาดของอะตอม พลังงานไอออนไนเซชัน มีความสัมพันธ์กับการจัดอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุโลหะเป็นธาตุที่อยู่ทางซ้ายมือของตารางธาตุ ธาตุพวกนี้มีสมบัตินำไฟฟ้าได้ดี มีพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และมีรัศมีอะตอมใหญ่ ขนาดอะตอมของโลหะในแถวเดียวกันจะลดจากซ้ายไปขวา ของตารางธาตุ และเพิ่มขึ้นจากบนมาล่าง ในหมู่เดียวกัน โลหะเรพรีเซนเตติฟส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชันค่าเดียวเท่านั้น แต่โลหะเรพรีเซนเตติฟหนักอาจมีสองค่าได้โดยเลขออกซิเดชันค่าต่ำมีความสำคัญ มากกว่าโลหะทรานซิชันทั่วๆ ไปมีความหนาแน่นสูง แสดงเลขออกซิเดชันหลายค่า และค่าต่ำ เช่น +2 และ +3 มีความสำคัญสำหรับธาตุทรานซิชันในอนุกรม 3d ส่วนธาตุในอนุกรม 4d และ 5d นั้น เลขออกซิเดชันค่าสูงมีความสำคัญมากกว่าธาตุกึ่งโลหะเป็นธาตุที่อยู่ในแนวทแยงมุมที่ลากจาก B ถึง Te ในตารางธาตุ ธาตุพวกนี้มีพลังงานไอออไนเซชัน สูงกว่าพวกโลหะเล็กน้อย โครงสร้างผลึกของธาตุ กึ่งโลหะซับซ้อน โดยอาจเป็นโครงตาข่ายสามมิติขนาดใหญ่ เป็นชั้น หรือกันเป็นโซ่ยาว เลขออกซิดิชันของธาตุกึ่งโลหะเป็นได้ทั้งบวกและลบ แต่ค่าที่บวกมีความสำคัญมากกว่าอโลหะเป็นธาตุที่อยู่ขวามือตอนบนของตารางธาตุ มีพลังงานไอออไนเซชัน สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน และอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง ธาตุเหล่านี้อยู่เป็นโมเลกุลเล็กในทุกวัฎภาค สำหรับก๊าซมีตระกูล (หมู่ 0 ) นั้นอยู่ในรูปอะตอมอิสระอโลหะเป็นสารประกอบมีเลขออกซิเดชันได้ทั้งค่าบวกและค่าลบ แต่ค่าลบเสถียรกว่า ทั้งนี้ยกเว้นฟลูออรีนซึ่งมีเลขออกซิเดชันเป็น -1 ค่าเดียวเท่านั้น

เอกสารอ้างอิง
http://writer.dek-d.com/stone-emotion/story/view.php?id=279939
http://th.wikipedia.org/wiki/
http://www.cmw.ac.th/elibrary/fileselibrary/Science/phuangphet002/sec01p07.html
http://www.cmw.ac.th/elibrary/fileselibrary/Science/phuangphet002/sec01p03.html
http://variety.teenee.com/science/2344.html

วันอาทิตย์ที่ 11 ธันวาคม พ.ศ. 2554

การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

ตารางธาตุ