chap 4 periodic table

4-1

บทท 4

ตารางธาต (Periodic Table)

1. โยฮนน เดอเบอไรเนอร (Johann DÖbereiner, 1817)

ววฒนาการของตารางธาต

จดธาตเปนกลม ๆ ละ 3 ธาต ตามสมบตท

คลายคลงกน เรยกวา Triads โดยธาตตวกลาง

จะมมวลอะตอมเทากบหรอใกลเคยงกบคาเฉลย

ของมวลอะตอมของอกสองธาต

4-2

4-3

2. จอหน นวแลนด (John Newlands, 1864)

ถาน าธาตมาเรยงมาตามมวลอะตอมท

เพมขนเปนแถว แถวละ 7 ธาต ธาตท 8 จะม

สมบตคลายกบธาตท 1 โดยเรมจากธาตใดกได

Law of Octaves

* กฎนใชไดกบธาตทมมวลอะตอมไมเกนมวลอะตอมของ Ca เทานน

4-4

ตารางธาตของนวแลนด

4-5

ศกษากราฟแสดงสมบตกายภาพของธาต เชน - จดเดอด - จดหลอมเหลว - ความหนาแนน

กราฟทไดจะชใหเหนวาสมบตของธาตมความคลายคลงกนเปนชวง ๆ

3. ยลอส โลทาร ไมเออร (Lothar Meyer, 1869)

เรยงล าดบตามมวลอะตอมของธาตเรยกวา Lothar Meyer’s Curve

4-6

กราฟความหนาแนน กราฟจดหลอมเหลวของธาต

4-7

4. เมนเดเลเอฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1869)

เรยงธาตตามล าดบมวลอะตอมจากนอยไปหามากและศกษาสมบตทางกายและทางเคม

ธาตทมคณสมบตคลายกนจะปรากฏอยตรงกนเปนชวง ๆ ตามการเปลยนคาของมวลอะตอม

เรยกวา สมบตของธาตตาง ๆ เปนฟงกชนพรออดกของมวลอะตอมของธาตเหลานน กฎพรออดก (Periodic Law)

4-8

ตารางพรออดก

4-9

ชองวางทเวนไวส าหรบธาตทยงไมพบ โดยท านายสมบตของธาตทยงไมคนพบโดยอาศยตารางทเมนเดลฟสรางขน เชน การท านาย Eka-Silicon ซงอยใต Silicon และตอมาจงมการคนพบธาต Germanium

สมบต Eka-Silicon Germanium

มวลอะตอม 70 72.30

ความหนาแนน 5.5 g/cm3 5.47 g/cm3

สตรออกไซด EsO2 GeO2

ความหนาแนนของออกไซด 4.7 g/cm3 4.70 g/cm3

สตรคลอไรด EsCl4 GeCl4

จดเดอดของคลอไรด 100 0C 86 0C

ส เทา ขาวแกมเทา

4-10

ขอบกพรองของการจดเรยงธาตของเมนเดเลเอฟ

ต าแหนงของธาตบางธาตจะปรากฏอยในกล มทมสมบตทางเคมและทางกายภาพทแตกตางไป จงตองยกเวน ไมเรยงตามมวลอะตอมเปนบางธาต

เชน Te (มวลอะตอม = 128) และ I (มวลอะตอม = 127)

ถาจดธาตทงสองเรยงตามล าดบมวลอะตอมแลว ธาตทงสองจะไมไดอยหมเดยวกบธาตทมสมบตคลายคลงกน จงตองมการสลบต าแหนง

4-11

4. เฮนร จ.เจ. มอสลย (Henry G.J. Moseley, 1913)

ถาจดเรยงธาตตามล าดบของเลขอะตอมจากนอยไปหามาก น าหลกการจดเรยงอเลกตรอนในระดบออรบทลยอยจดท าตาราง ต าแหนงธาตขนกบจ านวนหรอเลขอะตอม

คนพบวา เลขอะตอม มความสมพนธกบสมบตของธาตมากกวามวลอะตอม โดยสามารถแกปญหาการจดตารางธาตของเมนเดเลเอฟได

4-12

ns

1

ns

2

ns

2n

p1

ns

2n

p2

ns

2n

p3

ns

2n

p4

ns

2n

p5

ns

2n

p6

d1

d5

d1

0

4f

5f

4-13

ตารางธาตของมอสลย

4-14

4-15

ลกษณะส าคญของตารางธาตในปจจบน

1. จดเรยงธาตตามแนวนอนโดยเรยงล าดบเลขอะตอมทเพมขนจากซายไปขวา

2. ธาตซงเรยงตามล าดบเลขอะตอมทเพมขนและเปนแถวตามแนวนอนเรยกวา คาบ ซงมทงหมด 7 คาบ

3. ธาตในแถวตามแนวตง มทงหมด 18 แถว เรยกวา หม ซงมตวเลขก ากบ แบงออกเปนหมยอย A และ B โดยท หมยอย A ม 8 หม คอ หม IA จนถง VIIIA (Representative Elements) หมยอย B ม 8 หม (10 แถว) คอ หม IB จนถง VIIIB แตเรยงเรมจาก

หม IIIB ถงหม IIB ซงมชอเรยกวา ธาตแทรนซชน (Transition Elements)4-16

4. ธาต 2 แถวลาง ซงแยกไวตางหากนน เรยกวา ธาตแทรนซชนชนใน (Inner transition elements) ธาตแถวบน คอ ธาตทมเลขอะตอมตงแต 58 ถง 71 เรยกวา กลมธาตแลนทาไนด (Lanthanide series) ธาตกลมนควรจะอยในหม III B โดยจะเรยงตอจากธาต La

ธาตแถวลาง คอ ธาตทมเลขอะตอมตงแต 90 ถง103 เรยกวา กลมธาตแอกทไนด (Actinide series) ธาตกลมนควรอยในหม III B โดยเรยงตอจากธาต Ac

ลกษณะส าคญของตารางธาตในปจจบน (ตอ)

4-17

5. ธาตไฮโดรเจนมสมบตบางอยางคลายธาตหม 1 และมสมบตบางอยางคลายธาตหม 7 จงแยกไวตางหาก

ลกษณะส าคญของตารางธาตในปจจบน (ตอ)

6. ธาตทเปน โลหะ และ อโลหะ ถกแยกออกจากกนดวย เสนขนบนได โดยทางซายของเสนบนไดเปนโลหะ ทางขวาของเสนขนบนไดเปนอโลหะ สวนธาตทอยชดเสนบนไดจะมสมบตก ากงระหวางโลหะกบอโลหะ เรยกธาตพวกนวา ธาตกงโลหะ (Metalloid)

4-18

ธาตโลหะ

ธาตกงโลหะ

ธาตอโลหะ

4-19

The Periodic Table

สมบตของธาต

ใชความเปนโลหะและอโลหะเปนเกณฑ แบงไดเปน 3 กลมคอ

โลหะ ( Metal)

อโลหะ ( Non-metal)

กงโลหะ ( Metalloid หรอ Semi metal )

4-20

สมบตของโลหะ มสถานะเปนของแขงทอณหภมปกต (ยกเวนปรอท เปนของเหลว) มจดเดอดและจดหลอมเหลวสง

แขงและเหนยวสามารถตเปนแผนบาง ๆ หรอดงใหเปนเสนได น าไฟฟาและน าความรอนไดด การน าไฟฟาลดลงเมออณหภมสงขน มความแตกตางของอณหภมระหวางจดเดอดและจดหลอมเหลวกวาง

เคาะมเสยงดงกงวาน ขดเปนมนวาว มความหนาแนนสง แตบางชนดมความหนาแนนต า ไดแก โลหะเบา เชน

ธาตหม I A และ II A มคา EN ต า จงเสยอเลกตรอนไดงายเกดเปนไอออน

4-21

สมบตของอโลหะ มทง 3 สถานะ คอ

ของแขง เชน คารบอน (C) ก ามะถน (S)ของเหลว เชน โบรมน (Br2 )แกส เชน ไฮโดรเจน (H2) ออกซเจน (O2)

มจดเดอดและจดหลอมเหลวต า ยกเวนแกรไฟต เปราะ แตกงาย ตเปนแผนหรอดงเปนเสนไมได ไมน าไฟฟาและความรอน ยกเวนแกรไฟต มความแตกตางของอณหภมระหวางจดเดอด และจดหลอมเหลวแคบ เคาะไมมเสยงกงวาน ผวไมมนวาว มความหนาแนนต า มคา EN สง จงรบอเลกตรอนไดงายเกดเปนไอออนลบ

4-22

ธาตกงโลหะ คอ ธาตทมสมบตบางประการคลายโลหะ และมสมบตบางประการคลายอโลหะ ไดแก

B (โบรอน) Si (ซลกอน) Ge (เจอรเมเนยม)

As (อารเซนก) Sb (แอนตโมน) Te (เทลลเรยม)

Po (โพโลเนยม) At (แอสทาทน)

ธาตกงโลหะ (Metalloids)

4-23

1. ธาตทอยในหมเดยวกนมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนเทากนจงท าใหมสมบตคลายกน เชน

- ธาตลเทยม (3Li)จดเรยงอะตอม 1s2 2s 1

- ธาตโซเดยม (11Na)จดเรยงอะตอม 1s2 2s2 2p6 3s 1

ลกษณะส าคญของธาตภายใน หมเดยว กน

มเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 1

4-24

2. ธาตในหมยอย A (IA - VIIIA) มเวเลนซอเลกตรอนเทากบเลขทของหม ยกเวนธาตแทรนซชน เชน

ธาตในหม I จะมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 1 Li จดเรยงอะตอม 1s2 2s 1 หรอ 2, 1

ธาตในหม II จะมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 2Mg จดเรยงอะตอม 1s2 2s 2 2p6 3s 2 หรอ 2, 8, 2

ลกษณะส าคญของธาตภายใน หมเดยว กน

3. ธาตแทรนซชนสวนใหญมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 2 ยกเวนบางธาต เชน Cr Cu เปนตน จะมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 1

4-25

ยกเวนธาตแทรนซชนซงสวนใหญมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 2 เทากน จงมคณสมบตคลายกนทงในหมและในคาบเดยวกน

ดงนน ธาตในคาบเดยวกนจงมสมบตตางกน

ลกษณะส าคญของธาตภายใน คาบ กน

4-26

1. ธาตในคาบเดยวกนมเวเลนซอเลกตรอนไมเทากน โดยมเวเลนซอเลกตรอนเพมขนจากซายไปขวา

2. ธาตในคาบเดยวกนมจ านวนระดบพลงงานเทากน และเทากบเลขทของคาบ เชน ธาตในคาบท 2 ทกธาต (Li - Ne)

3Li 1s2 2s1

4Be 1s2 2s2

5B 1s2 2s2 2p1

6C 1s2 2s2 2p2

7N 1s2 2s2 2p3

8O 1s2 2s2 2p4

9F 1s2 2s2 2p5

10Ne 1s2 2s2 2p6

ลกษณะส าคญของธาตภายใน คาบ กน

มจ านวนระดบพลงงานเทากบ 2 คอ ชน K (n=1) และชน L (n=2) เปนตน

4-27

ปจจยทมผลตอขนาดอะตอม

1. จ านวนชนของอเลกตรอน

2. ถาชนอเลกตรอนเทากน ใหดทจ านวนโปรตอน ถาจ านวนโปรตอนมาก อะตอมหรอไอออนนนจะมขนาดเลก

3. อตราสวนของ P/e ถาไอออนของธาตใดมคา P/e มาก จะมขนาดเลกกวาไอออนทม P/e นอยกวา

แนวโนมของขนาดอะตอม

4-28

แนวโนมของขนาดอะตอมใน หม เดยวกนธาตในหมเดยวกน ขนาดอะตอมจะใหญขนจากบนลงลาง

4-29

แนวโนมของขนาดอะตอมใน คาบ เดยวกน

ขนาดของอะตอมจะเลกลงจากซายไปขวา

ในคาบเดยวกนมจ านวนระดบพลงงานของอเลกตรอนเทากน แตจ านวนโปรตอนเพมขน ท าใหอะตอมมขนาดเลกลง

4-30

แนวโนมของขนาดอะตอม

4-31

ขนาดของอะตอมเปรยบเทยบกบขนาดไอออนบวก

ไอออนบวก คอ อะตอมทเสยอเลกตรอน ดงนนจะมจ านวนอเลกตรอนนอยลง ในขณะทโปรตอนเทาเดม

โปรตอนดงเวเลนซอเลกตรอนไดแรงขน ไอออนบวกจะมขนาดเลกกวาอะตอมทเปนกลาง

แนวโนมของขนาดไอออน

4-32

ขนาดของอะตอมเปรยบเทยบกบขนาดไอออนลบ

ไอออนลบมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนเพมขน แตจ านวนโปรตอนเทาเดม

แรงดงดดระหวางโปรตอนกบเวเลนซอเลกตรอนลดลง

ไอออนลบมขนาดใหญกวาอะตอมทเปนกลาง

แนวโนมของขนาดไอออน

4-33

ขนาดของไอออนทมอเลกตรอนเทากน

กรณนขนาดของไอออนขนอยกบจ านวนโปรตอน ไอออนใดมจ านวนโปรตอนมาก จะยงมขนาดเลก

เชน 13Al3+, 12Mg2+ มจ านวนอเลกตรอนเทากบ 10

แนวโนมของขนาดไอออน

4-34

ในหมเดยวกนไอออนบวกและไอออนลบจะมขนาดใหญขนจากบนลงลาง

แนวโนมของขนาดไอออน

ขนาดของไอออนบวกและลบในหมเดยวกน

4-35

1. ขนาดของไอออนในคาบเดยวกน

ในคาบเดยวกน ทางซายเปนไอออนบวก ทางขวาเปนไอออนลบ

ในพวกไอออนบวก จะเลกลงจากซายไปขวาแ ล วจะ โตข น เ ม อ ถ งไอออนลบ จากนนจะเลกลงจากซายไปขวาเชนกน

แนวโนมของขนาดไอออน

4-36

1st Ionization Energy

A(g) A+(g) + e¯2nd Ionization Energy

A+(g) A2+(g) + e¯

Ionization Energy (IE)

พลงงานทตองใชเพอดงอเลกตรอนออกจากอะตอมเพอใหเกดไอออนบวก

4-37

แนวโนมของคาพลงงานไอออไนเซชน

4-38

แนวโนมของคาพลงงานไอออไนเซชน

4-39

ELECTRON AFFINITY (EA)พลงงานทคายออกมาเมออะตอมในสภาวะแกสรบอเลกตรอนและกลายเปนไอออน -1

A(g) + e¯ A¯(g)

4-40

ELECTRONEGATIVITY (EN) ความสามารถของอะตอมหรอโมเลกลในการดงดดอเลกตรอนทใชในการสรางพนธะ

4-41

แนวโนมของคาอเลกโทรเนกาตวต

4-424-42

แนวโนมของคาอเลกโทรเนกาตวต

4-43

สมบตของธาตและสารประกอบของธาต

4-44

Representative Elements (A group)

ธาตหม IA (โลหะแอลคาไล)

4-45

สมบตของธาตและสารประกอบของธาต

สมบตทส าคญของธาตหม IA

1. เปนของแขงทออน ใชมดตดได น าความรอนและไฟฟาไดด2. เมอเปรยบเทยบกบธาตอนในคาบเดยวกน

ธาตหม IA มความเปนโลหะมากทสด

ธาตหม IA มขนาดอะตอมใหญทสด

ธาตหม IA มคา IE1 และ EN ต าทสด

ธาตหม IA เปนโลหะทเสยอเลกตรอนไดงายทสด4-46

3. มความหนาแนนต า ( Li, Na และ K หนาแนนนอยกวาน า)

4. เมอรวมตวกบอโลหะไดสารประกอบไอออนก ซงธาตหม IA มเลขออกซเดชนเทากบ +1

5. เปนโลหะทวองไวในการเกดปฏกรยามาก

ท าปฏกรยารนแรงกบน าหรอไอน าในอากาศ ให H2

และความรอนจ านวนมาก จงตองเกบไวในน ามน

สมบตของธาตและสารประกอบของธาต (ตอ)

4-47

Li (ธาตแรกในหม IA) มสมบตคลายกบ Mg (ธาตทสองในหม IIA) ท าใหเหนความสมพนธในลกษณะทะแยงมม

Li Be B C

Na Mg Al Si

ซงอธบายโดย

- อเลกโตรโพสทฟและขนาดทใหญขนในหมและลดลงตามคาบ

- คาศกยไอออนกทใกลเคยงกนของธาตในแนวทะแยง

ธาตหม IA อยในรปของสารประกอบมากมาย เชน LiCl, NaCl, KCl, NaNO3, KNO3, Na2SO4, NaHCO3

สารประกอบของธาตหม IA ในธรรมชาตทพบมากทสด คอ สารประกอบของโซเดยม เชน NaCl 4-48

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม IA

1. เมอหลอมเหลว หรอละลายน า จะสามารถน าไฟฟาได

2. มจดหลอมเหลวและจดเดอดสง

3. ละลายน าไดด เชน สารประกอบคารบอเนต (CO3

2- ) เชน Na2CO3 K2CO3

สารประกอบซลเฟต (SO42-) เชน K2SO4 Na2SO4

สารประกอบคลอไรด (Cl- ) เชน LiCl NaCl

ยกเวนสารประกอบคารบอเนต และฟอสเฟต ของ Li จะละลายน าไดนอย Li2CO3 Li3PO4

4-49

4. สารประกอบของธาตหม IA ตอไปน เมอละลายน า สารละลายจะมสมบตเปนเบส

สารประกอบซลไฟด เชน Na2S

สารประกอบออกไซด เชน Na2O

สารประกอบไฮไดรด เชน NaH LiH

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม IA

4-50

ธาตหม IIA (โลหะแอลคาไลน เอรท)

4-51

สมบตทส าคญของธาตหม IIA

1. เปนของแขง มความหนาแนนมากกวาธาตหม IA จงมความแขงมากกวา

2. เปนโลหะ แตนอยกวาธาตหม IA เมอเปรยบเทยบในคาบเดยวกน

3. น าความรอนและไฟฟาไดด แตนอยกวาธาตหม IA ในคาบเดยวกน

4. มคา IE1 และ EN ต า แตสงกวาธาตหม IA4-52

5. มจดหลอมเหลวและจดเดอดสงกวาธาตหม IA ในคาบเดยวกน เพราะมพนธะโลหะทแขงแรงกวา6. เสยอเลกตรอนไดงาย (ตวรดวซทด) แตไมดเทากบธาตหม IA ในคาบเดยวกน7. เมอรวมตวกบอโลหะจะไดสารประกอบไอออนก ซงธาตหม IIA มเลขออกซเดชนเทากบ +2 8. ธาตหมนสามารถท าปฏกรยากบน า และสารอนไดหลายชนด เนองจากเปนธาตทวองไว และความวองไวเพมขนเมอเลขอะตอมเพมขน

สมบตทส าคญของธาตหม IIA

4-53

เนองจากธาตหม IIA เปนธาตทวองไวในการท าปฏกรยา สามารถรวมตวกบอโลหะเกดสารประกอบไดหลายชนดในธรรมชาต จงไมพบในรปของธาตอสระ

CaCO3, MgSO4, MgCl2, BaCl2, CaHPO4, Ba(NO3)2

สมบตทส าคญของธาตหม IIA

4-54

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม IIA

1. สารประกอบของธาตหม IIA จะเปนสารประกอบไอออนก

2. มจดหลอมเหลวและจดเดอดสง

3. เมอหลอมเหลว หรอเปนสารละลายจะสามารถน าไฟฟาได

4. สารประกอบของหม IIA ทเกดจากการรวมตวกบไอออนทม ประจ -1 สวนใหญจะละลายน าไดด

แตสารประกอบของหม IIA ทเกดจากการรวมตวกบไอออนทมประจ -2 หรอ -3 จะไมละลายน า

4-55

ธาตหม IIIA

[He] 2s2 2p1

[Ne] 3s2 3p1

[Ar] 3d10 4s2 4p1

[Kr] 4d10 5s2 5p1

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1

4-56

ธาตตวแรกในหม IIIA (B) เปนกงโลหะ

Al, Ga, In และ Tl โดยท Al มมากบนผวโลกในรป complex

aluminium silicate (KAlSi3O8) หรอ oxide (Al2O3. nH2O)

โลหะหมนวองไว สามารถท า rxn กบ O2 ในอากาศเปนออกไซด

เคลอบผว (ยกเวน Tl)

มการจด valence electron แบบ ns2 np1 จงอาจเสย e ได 3 ตว

เปน ไอออน +3

การเผา Al(OH)3 ให Al2O3 (alumina) ซงทน T สง

สมบตทส าคญของธาตหม IIIA

4-57

+2

4-58

ธาตหม IVA

[He] 2s2 2p2

[Ne] 3s2 3p2

[Ar] 3d10 4s2 4p2

[Kr] 4d10 5s2 5p2

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2

4-59

ธาตหม IVA เปนหมทมทงโลหะและอโลหะ

ธาตตวแรก C เปนอโลหะ

ตวถดมา Si แลเ Ge เปนกงโลหะ

ธาตสองตวสดทาย Sn และ Pb เปนโลหะทออน มจดหลอมเหลวต า และคอนขางวองไว

มการจด valence electron แบบ ns2 np2 จงอาจเสย e ได 2 หรอ 4 ตว เปน ไอออน +2 หรอ +4 ตามล าดบ

สารประกอบของ Pb มกเปน +2 หรอ Pb (II) โดยทเกด Pb (IV)นอย เชน PbO2 (ตวออกซไดซทรนแรงในกรด)

สมบตทส าคญของธาตหม IVA

4-60

4-61

Carbon

• All organic compounds are composed of carbon

• The “building block” of organic compounds.

• Carbon can form allotropes.

Graphite Diamond Buckminsterfullerene

“Bucky Ball”

Allotropes - Different physical forms of the same element

4-62

4-63

ธาตหม VA

Arsenic(As) Antimony(Sb) Bismuth(Bi)

[He] 2s2 2p3

[Ne] 3s2 3p3

[Ar] 3d10 4s2 4p3

[Kr] 4d10 5s2 5p3

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3

4-64

ธาต 2 ตวแรก N, P เปนอโลหะ

ธาต 2 ตวถดมา As, Sb เปนกงโลหะ

มเพยงธาตตวสดทาย Bi เทานนทเปนโลหะ และมการน าไฟฟา

และความรอนไดนอย

Bi มการจด valence electron แบบ ns2 np3 จงอาจเสย e-

ได 3 หรอ 5 ตว เปน ไอออน +3 หรอ +5 ตามล าดบ แต Bi (V) เปนรปทเสถยรกวา

สมบตทส าคญของธาตหม VA

4-65

4-66

4-67

ธาตหม VIA (CHALCOGENS)

Oxygen (O) Sulphur (S) Selenium (Se)

Tellurium(Te) Polonium (Po)

4-68

ธาต 2 ตวแรก O, S เปนอโลหะ

ธาต 2 ตวถดมา As, Sb เปนกงโลหะ

ธาต Se, Te, Po ทเปนโลหะ และมการน าไฟฟาและความรอนไดนอย

มการจด valence electron แบบ ns2 np4 ชอบรบ e- ได 2 ตว เปนไอออน -2 และให e- ได 2 เกดเปน +2 ไอออน

สมบตทส าคญของธาตหม VIA

4-69

4-70

4-71

4-72

3

ธาตหม VIIA (HALOGEN)

4-73

1. ธาตในหมนมทง 3 สถานะ

แกส ของเหลว ของแขง

I

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม VIIA

4-74

2. ธาตแฮโลเจนทกชนดเปนพษ

F2 เปนแกสพษอยางแรง, Cl2 เปนแกสพษมกลนฉนจด

3. ธาตทกตวเปนอโลหะ ไมน าไฟฟาทกสถานะ

4. โมเลกลของธาตแฮโลเจนประกอบดวย 2 อะตอม (diatomic molecule)

F2 Cl2 Br2 I2

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม VIIA

5. IE , EN สง และมคาสงสดเมอเทยบกบธาตในคาบเดยวกน4-75

6. มจดเดอด จดหลอมเหลวต า เพราะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของธาตแฮโลเจนเปนแรงแวนเดอวาลส

แรงแวนเดอวาลส เปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลทไมมขวกบไมมขว แรงนมคานอย แตจะมากขนเมอสารมมวลโมเลกลเพมขน

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม VIIA

7. ละลายไดดในตวท าละลายอนทรยซงไมมขว เชน คารบอนเตตระคลอไรด (CCl4), เฮกเซน (C6H14), เบนซน(C6H6)

4-76

8. มเลขออกซเดชนหลายคา แตในสารประกอบสวนใหญธาตแฮโลเจนมเลขออกซเดชนเทากบ -1

9. ในหมเดยวกนความวองไวในการท าปฏกรยาลดลงจากบนลงลาง

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม VIIA

4-77

1. สามารถเกดไดทงสารประกอบไอออนกและโคเวเลนต

สารประกอบไอออนก สารประกอบโคเวเลนต

KBr MgCl2 CaF2 PCl5 HCl HBr

สารประกอบของธาตหม VIIA

2. ธาตหม VIIA เกดสารประกอบทมเลขออกซเดชนไดหลายคา

3. สารประกอบออกไซดและสารประกอบซลไฟดของธาตหม VIIA เมอละลายน ามสมบตเปนกรด เชน Cl2O Br2O

4-78

ธาตหม VIIIA (INERT GAS)

4-79

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม VIIIA

• ทกตวเปนอโลหะและเปนอะตอมเดยว

• ทกตวมอเลกตรอนใน s และ p ออรบทลทเตม

• ในป 1962 ไดมการเตรยมสารประกอบของแกสมตระกลของซนอนเปนตวแรก: XeF2 XeF4 และ XeF6

• ปจจบนไดมการเตรยมสารประกอบของแกสมตระกลมากขนเชน KrF2 และ HArF

4-80

สมบตบางประการของสารประกอบของธาตหม VIIIA

4-81

TRANSITION ELEMENTS (B GROUP)

Transition elements เปนธาตทม valence electrons อยใน d- หรอ f-orbital (หม IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB และ IIB)

ในตารางธาต ธาตแทรนซชนอยระหวาง s-block กบp-block ของ Representative elements

4-82

4-83

Transition Metal (โลหะแทรนซชน)

4-84

ตวอยางของธาตแทรนซชน

ความคลายคลงตามคาบ

ธาตแทรนซชนมสมบตทคลายคลงกนตามแนวดง (หม) และยงมความคลายคลงตามแนวนอนดวยอนกรม ธาต มอเลกตรอนไมครบใน แทรนซชนท 1 Sc ถง Cu 3d-orbitalแทรนซชนท 2 Y ถง Ag 4d-orbitalแทรนซชนท 3 La ถง Au 5d- orbitalแลนทาไนด Ce ถง Lu 4f- orbital แอกทไนด Th ถง Lr 5f- orbital

4-85

ธาตแทรนซชนในคาบท n มกม e อยเตมใน ns-orbitalและม e ไมเตมใน (n-1) d-orbital หรอ (n-2) f-orbital

ตวอยางเชน 26Fe มการจด e แบบ [Ar] 4s2 3d6

แตหากมการเสย e กจะเสย e ใน 4s-orbital กอน Fe2+ [Ar] 3d6

Fe3+ [Ar] 3d5

การจดเรยงอเลกตรอน

4-86

4-87

Electronic ConfigurationsElement Configuration

4-88

OXIDATION NUMBER ของอนกรมแทรนซชนท 1

หม IIIB: 21Sc +3หม IVB: 22Ti +2, +3, +4หม VB: 23V +2, +3, +4, +5หม VIB: 24Cr +2, +3, +6หม VIIB: 25Mn +2, +3, +4, +6, +7หม VIIIB: 26Fe +2, +3, +6 27Co, 28Ni +2, +3หม IB: 29Cu +1, +2หม IIB: 30Zn +2

เลขสน าเงนแสดงใหเหนความสมพนธกบเลขหม

4-89

ลกษณะเดนของธาตแทรนซชน

1. มเลขออกซเดชนไดหลายคา (มกม +2) ยกเวนหม IIIB และ IIB ซงแสดงคา +3 และ +2 ตามล าดบ

2. สารประกอบหลายตวเปนพาราแมกเนตกเพราะม e เดยวเหลอ ท าใหถกดดในสนามแมเหลก

3. เกดสารประกอบเชงซอนไดงายและสารประกอบสวนใหญมส (ยกเวนหม IIIB)

4. มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 2 (ยกเวน Cr, และ Cu เทากบ 1) และอเลกตรอนถดจากวงนอกสดไมครบ 18 (ยกเวน Cu และ Zn)

ธาตแทรนซชนมสมบตแตกตางจากโลหะทว ๆ ไป ลกษณะทส าคญเปนดงน

4-90

5. รศมอะตอมมแนวโนมลดลงจากซายไปขวาของคาบ (หรอเมอเลขอะตอมเพมขน รศมอะตอมจะเลกลง)

6. มจดหลอมเหลว จดเดอดคอนขางสง และน าความรอนและน าไฟฟาไดดเพราะมพนธะโลหะ

7. หนาแนนเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน เนองจากมวลเพมขนในขณะทขนาดเลกลง

8. คา IE1, IE2, และ IE3 มแนวโนม เพมขนเมอเลขอะตอมเพมขน แตคาตางกนไมมากนก เพราะขนาดใกลเคยงกน

9. อเลกโทรเนกาตวตมแนวโนมเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน

ลกษณะเดนของธาตแทรนซชน (ตอ)

4-91

4-92

4-93

สารประกอบธาตแทรนซชนไอออนของโลหะแทรนซชนมกเกดสารเชงซอนกบลแกนดไดงาย เชน H2O เปน [M(H2O)6] n+ และเกดส

M n ส M n สSc 3 ไมม Fe 3 มวงออนTi 3 มวงออน 2 เขยวออนV 3 เขยวออน Co 2 ชมพ

2 มวงออน Ni 2 เขยวCr 3 มวงออน Cu 2 น าเงน

2 ฟา Zn 2 ไมมสMn 2 ชมพออน

4-94

สแคนเดยม อตเทรยม แลนทานมและอนกรมแลนทาไนด แอกทเนยม และอนกรมแอกทไนด

Sc, Y และ La มการจด e แบบ (n-1) d1 ns2

เกดไอออนแบบ +3 ซงมการจด e แบบ (n-1) d0 ns0

21Sc : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2

Sc3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p618Ar

ไอออนเหลานจงคลายธาตเรพรเซนเททฟ เชน สารประกอบไมมส

4-95

ธาตหม IIIB (Sc, Y, La…Lu, Ac…Lr)

ธาตหม IIIB (ตอ)

1. ธาตในอนกรมแลนทาไนดมอเลกตรอนใน 4f-orbital ไมเตมมเลขอะตอม 58-71 (อยระหวาง 57La - 72Hf) ขนาดเลกลงเมอเลขอะตอมสงขนมเลขออกซเดชนหลายคาเมอเกดเปนสารประกอบ ทส าคญคอ +3

2. ธาตในอนกรมแอกทไนดมอเลกตรอนใน 5f-orbital ไมเตมเลขอะตอม 90-103 (อยระหวาง 89Ac - 104Rf) ทกตวเปนกมมนตรงส และหลายธาตไมปรากฏในธรรมชาต

4-96

ไทเทเนยม เซอรโคเนยม และแฮฟเนยม

Ti และ Zr มเลข oxidation +2, +3, +4 แต Hf +4 เทานน

22Ti: [Ar] 3d2 4s2 Ti4+ : [Ar] เหมอนกบ Sc3+

สมบตของไอออน +4 ของธาตหมนจงคลายกบของ IVA เชนความเปนโคเวเลนตสง เชน TiCl4 เปนโมเลกลเดยว และ TiO2 เปนnetwork เชนเดยวกบ SiO2

Ti มสมบตทดมาก ไดแก Tb และ Tm สงมาก แขง เหนยว มความหนาแนนต าสดในโลหะแทรนซชน (ชนสวนเครองบน)

4-97

ธาตหม IVB (Ti, Zr, Hf)

ธาตหม IVB (ตอ)

Ti เปนโลหะทเสถยรในสภาวะปกต แตท T สงมาก ๆ กท า rxn กบอโลหะไดสารประกอบโคเวเลนต เชน TiCl4 ซงใชท าใหเกดควนขาวในอากาศ (เขยนขอความบนทองฟา หรอมานควนในกจการทหาร ) ดง rxn

TiCl4 (l) TiCl2 TiO2 . xH2O + HCl

TiO2 เปนของแขงสขาว เสถยรมาก ใชเปน pigment ในอตสาหกรรมส

H2O

4-98

วาเนเดยม ไนโอเบยม และแทนทาลมV มเลขออกซเดชน +2, +3, +4, +5 (+4 เสถยรทสด)สวน Nb และ Ta ม +3 และ +5 (เทยบกบ Sb และ Bi ใน VA)23V: [Ar] 3d3 4s2 Ti5+ : [Ar] เหมอนกบ Sc (III)สมบตทางเคมของ V คลายกบ TiV (II) เปนตวรดวซทรนแรง (ถกออกซไดซงาย เปน +3 หรอ +4)V (V) ถกรดวซดวย H2 หรอ CO ได V (III)

4-99

ธาตหม VB (V, Nb, Ta)

โครเมยม โมลบดนม และทงสเตน

มจดหลอมเหลวและจดเดอดสงมาก

24Cr: [Ar] 3d5 4s1 (half-filled) ไมใช 3d4 4s2

โครเมยม: ใชเคลอบผวโลหะ เพอปองกนการผกรอน และเพอความสวยงาม

Cr ถกออกซไดสดวย O2 เปน Cr2O3 เคลอบทผว และปองกนเนอขางใน “ protective oxide film”

4-100

ธาตหม VIB (Cr, Mo, W)

Cr มเลขออกซเดชน +2, +3, +6 Cr (III) เสถยรทสด Cr (II) เปนตวรดวซทแรงมาก (ถกออกซไดซงาย) Cr (VI) เปนตวออกซไดซทด เชน Cr2O7

2-

เสถยรภาพของ Cr (III) และ Cr (VI) ขนกบ pH

2CrO4- Cr2O7

2-

ธาตหม VIB (ตอ)

4-101

H+

OH-

Mo และ W มสมบตคลายกนมากออกไซดอยในรป MO3 และอาจถกรดวซดวย H2 ไดโลหะบรสทธทน T ไดสง จงใชท าหลอดเอกซเรย เตาหลอมไฟฟา และเสนลวดในหลอดไฟฟา (tungsten wire)

การเจอ Mo ในเหลกกลา ท าใหเหลกนนแขงขนการเจอ W ในเหลกกลา ท าใหเหลกนนมความแขงตวอยในชวง T กวางขนกวาเดม

ธาตหม VIB (ตอ)

4-102

แมงกานส เทคนเชยม และรเนยม 25Mn: [Ar] 3d5 4s2 (half-filled ใน d- และ filled ใน s-) มเลขออกซเดชน +2, +3, +4, +6, +7 ทส าคญคอ +2, +4, +7 แตทเสถยรทสด คอ +2 ในสภาวะปกต Mn มความวองไวตอปฏกรยานอย ท T สง จะท าปฏกรยารนแรง เชนการเกด MnCl2, Mn3N2 และ

ยงท า rxn กบ B, C, S, Si และ P ได (เนองจากไมม protective oxide film)

4-103

ธาตหม VIIB (Mn, Tc, Re)

ธาตหม VIIB (ตอ)

แมงกานสแขงแตเปราะกวาเหลก ทนความรอนไดนอยกวาแมงกานสมมากเปนอนดบ 2 รองจากเหลก (ในหมโลหะหนก)มกพบในรปออกไซด เชน MnO2, Mn3O4 ไฮดรอกไซด และคารบอเนต

ท าใหบรสทธโดยการเผาแลวรดวซดวย Al ดงปฏกรยา3 MnO2 MnO. Mn2O3 + O2

3 MnO. Mn2O3 + 8 Al 4Al2O3 + 9 Mn

4-104

ธาตหม VIIIB

1. ตระกลเหลก (Iron family) : เหลก Fe, โคบอลต Co, นกเกล Ni2. ตระกลแพลทนม (Platinum family) 2.1 Light platinum triad: รทเนยม Ru, โรเดยม Rh, แพลเลเดยม Pd2.2 Heavy platinum triads: ออสเมยม Os, อรเดยม Ir, แพลทนม Pt

Note : หนงสอบางเลมเรยกหมนวา VIII และเรยกหม VIII ใน p-block วา Noble gas หรอ หม O

Fe Co NiRu Rh PdOs Ir Pt

4-105

ธาตทงสามมจดหลอมเหลวและจดเดอดสง 26Fe: [Ar] 3d6 4s2

27Co: [Ar] 3d7 4s2

28Ni: [Ar] 3d8 4s2

มความวองไวตอ rxn ปานกลาง เปนสาร ferromagnetic มกมเลขออกซเดชน +2 และ +3 เหลกเปนมปรมาณมากสดในกลมโลหะแทรนซชน (อนดบ 4 ของธาตทงหมด รองจาก O, Si และ Al)

มความแขงแรงมาก มการใชงานในการกอสราง4-106

ธาตตระกลเหลก (Fe, Co, Ni)

Fe มกมเลขออกซเดชนเปน +2 และ +3

เมออยในอากาศชนจะเกด Fe2O3.xH2O (สนม สน าตาลแดง)

เมอเผาในอากาศจะได Fe3O4 ซงเปนออกไซดผสมของ FeO.Fe2O3 ซงสามารถใชฉาบผวเหลกเพอปองกนสนมได

Co มความแขงแรงสงกวาเหลก มกมเลขออกซเดชน +2 และ +3

Ni มกเปน +2 เชน NiO, NiS, NiCl2.6H2O แตมโอกาสเปน +3, +4, +6 นอยมาก

4-107

ธาตตระกลเหลก (Fe, Co, Ni) (ตอ)

เหลกสามารถเพมความแขงแรงของเหลกโดยน าไปผสมกบธาตอน ๆ1. เหลกกลา (steel) แบงเปน

-เหลกกลาคารบอน (carbon steel) ม C ไมเกน 1.2 % แบงเปน (1) mild steel (C 0.1-0.4%) และ (2) hard steel (C สงขน)-เหลกกลาเจอ (alloy steel) มธาตอนเจอ เชน Mn, Ni, Cr, Mo, W

2. เหลกหลอ (cast iron) ม C ประมาณ 2-4% และ Si 0.5-3% สามารถขนรปไดโดยการหลอ เพราะหลอมเหลวไดไมยาก และเปนของไหลทด

4-108

ธาตตระกลแพลทนม

มจดหลอมเหลวและจดเดอดสงมาก ไมวองไวตอ rxn สารประกอบของธาตพวกนไมเสถยรมาก เชน จะสลายกลายเปนโลหะท T สง

มเลขออกซเดชน +2 ถง +8 (RuO2, RuO4)แตทส าคญ คอ +2 ถง +4 เชน PtCl2, PtCl3, PtCl4, PtO2

Pd ใชเปนตวเรง rxn (catalyst) Pt น าความรอนและไฟฟาไดด และเสถยร ใชท าอเลกโทรด

Ru Rh PdOs Ir Pt

4-109

ทองแดง เงน และทองค า

valence electron: (n-1)d10 ns1 (คลายโลหะหม IA)

29Cu: [Ar] 3d10 4s1 ไมใช [Ar] 3d9 4s2

เมอเสย e ไป 1 ตว จะไดไอออน M+ (ประจ +1)

นอกจากนทองแดงและทองค ายงม +2, +3 ตามล าดบ

จดหลอมเหลว ความหนาแนน การเปนตวน า ดกวาหม IA

ไมถกออกซไดซงาย สารประกอบถกรดวซเปนโลหะบรสทธงาย ผวเปนมนวาว โลหะเงนตรา

4-110

ธาตหม IB (Cu, Ag, Au)

สงกะส แคดเมยม และปรอท valence electrons : (n-1)d10 ns2

30Zn: [Ar] 3d10 4s2

สมบตตางจากธาตแทรนซชนอน แตคลายกบธาต representativeเชน จดหลอมเหลว จดเดอดต า tensile strength ต า

ปรอทซงเปนธาตทหนกทสดในกลม เปนของเหลวท T หอง เลขออกซเดชนสงสดคอ +2 (ซงตางจากโลหะแทรนซชนอน) Hg ม +1 ได แตอยในรป diatomic ion (Hg2)2+

4-111

ธาตหม IIB (Zn, Cd, Hg)

1-2A

s-subshell

A 2A

d-subshell

Cr Cu

1-2A

4-112

1-2AA A

A A5.

(Ox.No.)

Ox.No. A A

(Ox.No.

Al Na3AlF6

Ox.No.

Sc Zn

(Ox.No.

4-113

4-114

การบาน1. ธาตหมเรพรเซนเททพ (หม I - VIII A) และ ธาตหมแทรนซซน (หม I - VIIIB) ในตารางธาตมความสมพนธกนอยางไร2. จงจบคขอความตอไปนใหถกตอง1) ธาตหมเดยวกน ก) อะตอมทมอเลกตรอนในระดบ2) ธาตในแถวเดยวกน พลงงานสงสดเตมพอด3) ธาตเรพรเซนเททพ ข) อะตอมทมการบรรจอเลกตรอนใน 4) โลหะแทรนซชน s- และ p- ออรบทล5) แกสมสกล ในระดบพลงงานสงสด

ค) อะตอมทอเลกตรอนจดใน f- ออรบทล

4-115

ง) อะตอมทมอเลกตรอนในระดบพลงงานสงสดเปน ns2 แตในระดบ (n-1)d ยงไมเตม

จ) มเวเลนซอเลกตรอนเพมขนทละหนงอเลกตรอน

ฉ) มเวเลนซอเลกตรอนเหมอนกน แตมเลขควอนตมมขส าคญตางกน

ช) เปนหมทคนระหวางหม VIIB กบหม IB

3. เมอพจารณาธาตตามหมและคาบเดยวกน แนวโนมของคาพลงงานไอออไนเซชน (IE) และคาพลงงานอเลกตรอนแอฟฟนต (EA) มความสมพนธกนอยางไร จงอธบาย

4-116

4. ขอความตอไปนขอใดถกตอง1) เมอเลขอะตอมของธาตแถวเดยวกนเพมขน ความเปนโลหะ

ของธาตจะเพมขน2) สมพรรคภาพอเลกตรอนของธาตแถวเดยวกนจะเพมขนจาก

ดานซายไปขวามอ และของธาตหมเดยวกนจะลดลงจากขางบนลงขางลาง

3) อโลหะมสมพรรคภาพอเลกตรอนสงกวาโลหะจงท าใหอโลหะมแนวโนมทจะใหอเลกตรอนมากกวารบอเลกตรอน

4) ธาตหมเดยวกนจะมสภาพไฟฟาลบลดลงเมอเลขอะตอมเพมขนและธาตเดยวกน จะมสภาพไฟฟาลบเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน

4-117

5) ธาตหม IA อาจเรยกเปนธาตทมสภาพไฟฟาเปนบวก เนองจากมสภาพไฟฟาเปนลบต า และธาตหม VIIA อาจเรยกเปนธาตทมไฟฟาเปนลบ เนองจากมสภาพไฟฟาลบสง5. จงเปรยบเทยบขนาดอะตอมหรอไอออนในแตละคตอไปน พรอมทงใหเหตผลประกอบ

1) Na กบ Mg 2) C กบ Sn3) F กบ Cl 4) Li+ กบ Be2+

5) Mg2+ กบ Al3+ 6) S2+ กบ Cl-

4-118

6. ธาต A และ B ในสภาวะเปนกลาง มจ านวนอเลกตรอนเทากบ 20และ 29 ตามล าดบ จงหา

1) แตละธาตมการจดเรยงไดอยางไร2) ธาตใดมขนาดใหญกวา3) ธาตใดมคา IE มากกวา4) ธาตใดมคา EN มากกวา

7. ธาต P, Q, R, S และ T เปนธาตสมมตมเลขอะตอม 7, 14, 15, 16, และ 33 ตามล าดบ ธาตใดบางทมสมบตแตกตาง ๆ ไปจากธาต T8. ธาตในหม VIIA และ หม VIIB มความคลายคลงกนและแตกตางอยางไรบาง

4-119

9. ถาสมบตตอไปน เปนสมบตของธาตทอยในคาบเดยวกน สมบตขอใดไมใชสมบตของธาตแทรนซชนทวไป

1) มจ านวนวาเลนซอเลกตรอนเทากน2) พลงงานไอออไนเซชนแตกตางกนมาก3) มเลขออกซเดชนไดหลายคา4) เกดสารประกอบทมสตาง ๆ5) รศมอะตอมยาวขน เมอเลขอะตอมยาวขน

10. สารประกอบคลอไรดตอไปน สารประกอบใดนาจะเปนสารประกอบทมส พรอมอธบายเหตผล

1) KCl 2) AlCl3

3) NiCl2 4) CaCl2