สมบัติของธาตุตามตารางธาตุ
หมู่ตารางธาตุมีรายละเอียดดังนี้ (ในวงเล็บเป็นระบบเก่า: ยุโรป-อเมริกัน):
- หมู่ 1 (IA,IA): โลหะแอลคาไล
- หมู่ 2 (IIA,IIA): โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท
- หมู่ 3 (IIIA,IIIB)
- หมู่ 4 (IVA,IVAB)
- หมู่ 5 (VA,VB)
- หมู่ 6 (VIA,VIB)
- หมู่ 7 (VIIA,VIIB)
- หมู่ 8 (VIII)
- หมู่ 9 (VIII)
- หมู่ 10 (VIII)
- หมู่ 11 (IB,IB): the โลหะคอยน์เอจ (not a IUPAC-recommended name)
- หมู่ 12 (IIB,IIB)
- หมู่ 13 (IIIB,IIIA): หมู่โบรอน
- หมู่ 14 (IVB,IVA): หมู่คาร์บอน
- หมู่ 15 (VB,VA): พีนิคโคเจน (not a IUPAC-recommended name) or nitrogen group
- หมู่ 16 (VIB,VIA): แชลโคเจน
- หมู่ 17 (VIIB,VIIA): แฮโลเจน
- หมู่ 18 (Group 0): ก๊าซมีตระกูล
คาบ(อังกฤษ:period)คือแถวในแนวนอนของธาตุเคมีในตารางธาตุ จำนวนอิเล็กตรอนเชลล์ (electron shell)ของธาตุในตารางธาตุจะถูกกำหนดโดยคาบในตารางธาตุที่มันอยู่ แต่ละอิเล็กตรอนเชลล์จะแบ่งเป็นชั้นย่อยๆอีกเรียกว่าซับเชลล์(subshell)ซึ่งจะเพิ่มมากขึ้นตามเลขอะตอมตามรูปแบบข้างล่างนี้:
1s
2s 2p
3s 3p
4s 3d 4p
5s 4d 5p
6s 4f 5d 6p
7s 5f 6d 7p
8s 5g 6f 7d 8p
...
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
ปัจจุบัน มีการจัดเรียงธาตุเรียงตามลำดับตามจำนวนโปรตอน คือ เลขอะตอมจากน้อยไปมาก และใช้สมบัติของธาตุในการพิจารณา เช่น สถานะของธาตุ ความเป็นโลหะ ความว่องไวของปฏิกิริยา เป็นต้น สามารถแบ่งธาตุได้ดังนี้
แนวตั้ง แบ่งออกเป็น 18 แถว เรียกว่า หมู่ แบ่งเป็น 2 กลุ่มย่อยคือ
ธาตุกลุ่ม A หรือธาตุสามัญ มี 8 หมู่ ใช้สัญลักษณ์ IA-VIIIA
– ธาตุกลุ่ม B หรือธาตุแทรนซิชัน อยู่ระหว่างหมู่ IIA กับหมู่ IIIA มี 8 หมู่เช่นเดียวกัน คือหมู่ IB-VIIIB
. สถานะของธาตุ
ธาตุในตารางธาตุมีทั้งสถานะของแข็ง ของเหลว และแก๊ส เช่น ธาตุในหมู่ VIIIA มีสถานะเป็นแก๊สทุกธาตุ เรียกว่า แก๊สเฉื่อย หรือ แก๊สมีตระกูล ได้แก่ He, Ne, Ar, Kr, Xe และ Rn เป็นธาตุที่เสถียร ในสภาวะปกติจะไม่เกิดปฏิกิริยากับธาตุชนิดอื่น (แต่ปัจจุบันสามารถเตรียมสารประกอบของธาตุ Kr กับ Xe ได้) ธาตุที่มีสถานะเป็นของเหลว ได้แก่ Hg และ Br ธาตุโลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็ง
ในปัจจุบันจัดเรียงตามเลขอะตอม และความคล้ายคลึงของสมบัติ แบ่งออกเป็นหมู่ซึ่งเป็นแถวในแนวตั้งจำนวน 18 หมู่ และคาบซึ่งเป็นแถวในแนวนอนจำนวน 7 คาบ ธาตุทุกตัวนับตั้งแต่มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 ( ไฮโดรเจน ) จนถึง 118 ( ออกาเนสซอน ) ถูกค้นพบหรือมีการสังเคราะห์ขึ้นมา ทำให้ตารางธาตุในปัจจุบันมีครบทั้ง 7 คาบ โดยธาตุ 98 ตัวแรกพบได้ในธรรมชาติถึงแม้ว่าบางตัวจะมีปริมาณน้อย และถูกสังเคราะห์ขึ้นก่อนที่จะพบในธรรมชาติก็ตาม ส่วนธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 99 ถึง 118 ถูกสังเคราะห์ขึ้นทั้งสิ้นในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์หรือในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ธาตุในแนวตั้ง แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือกลุ่ม A และ B ซึ่งกลุ่ม A มี 8 หมู่ คือ IA ถึง VIIIA มีรายละเอียดของแต่ละหมู่ ดังนี้
- หมู่ IA มีชื่อว่า โลหะอัลคาไล ( alkalai metals ) มีสมบัติเป็นโลหะที่มีความว่องไวในปฏิกิริยามาก มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1 ตัว
– หมู่ IIA มีชื่อว่า โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท ( alkalaine earth metals ) มีสมบัติเป็นโลหะ มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 2 ตัว ธาตุที่ว่องไวในปฏิกิริยาที่สุดในหมู่นี้คือ เรเดียม ( Ra )
– หมู่ IIIA ประกอบด้วยโลหะและอโลหะ มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว
– หมู่ IVA มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว
– หมู่ VA มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว
– หมู่ VIA ตอนต้นหมู่จะมีธาตุที่มีสมบัติเป็นอโลหะ แล้วค่อย ๆ เป็นโลหะ
– หมู่ VIIA มีชื่อว่า แฮโลเจน ( Halogens ) ธาตุหมู่นี้เป็นอโลหะที่ว่องไวต่อปฏิกิริยามาก
กลุ่ม B มี 8 หมู่ คือ IB ถึง VIIIB เรียกว่า ธาตุทรานซิชัน ( Transition elements ) ได้แก่
– Lanthanide series ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอม 57 – 71 เป็นธาตุที่หายากมาก
– Actinide series ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอม 89 – 103 ธาตุหมู่นี้มีคุณสมบัติเป็นสารกัมมันตรังสี
หลังจากที่ได้ทำความรู้จักกับตารางธาตุที่ใช้ในปัจจุบันกันแล้ว ในบทนี้จะขอกล่าวถึงสมบัติของธาตุตามตารางธาตุ ในเรื่องขนาดอะตอม ขนาดไอออน พลังงานไอออไนเซชัน ( IE ) ค่าอิเล็กตรอนอัฟฟินิตี ( EA ) และค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี้ ( EN )
2. ความเป็นโลหะและอโลหะของธาตุ
ธาตุที่เป็นโลหะอยู่ทางซ้าย และธาตุที่เป็นอโลหะอยู่ทางขวาของตารางธาตุ สมบัติความเป็นโลหะของธาตุลดลงจากซ้ายไปขวา ธาตุที่มีความเป็นโลหะมากที่สุด ได้แก่ ธาตุหมู่ IA ธาตุที่มีความเป็นอโลหะมากที่สุดได้แก่ ธาตุหมู่ VIIIA แต่ธาตุหมู่ VIIA เป็นอโลหะที่ว่องไวในการทำปฏิกิริยามากที่สุด ธาตุหมู่เดียวกันจะมีความเป็นโลหะเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง
ธาตุที่มีสมบัติบางประการคล้ายโลหะ และสมบัติบางประการคล้ายอโลหะ จัดเป็นธาตุกึ่งโลหะ ได้แก่ ธาตุที่อยู่ติดกับเส้นซิกแซ็กของตารางธาตุ
3. ความว่องไวของการเกิดปฏิกิริยา
ธาตุหมู่ IA ชื่อ โลหะแอลคาไลน์ มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยามากกว่าหมู่ IIA ที่เรียกว่า โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ส่วนธาตุหมู่ VIIA ชื่อแฮโลเจน เป็นอโลหะที่มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด
