1

1

ตารางธาต

2

เดอเบอไรเนอร

นวแลนดส

เมนเดเลเอฟ

มวลอะตอม

ววฒนาการของตารางธาต

โมสลย เลขอะตอม

3

1. โยฮนน เดอเบอไรเนอร (Johann DÖbereiner, 1817)

จดธาตเปนกลมๆ ละ 3 ธาต ตามสมบตทคลาย คลงกน

เรยกวา Tr iads โดยธาตตวกลางจะมมวลอะตอมเทากบหรอใกลเคยงกบคาเฉลยของมวลอะตอมของอกสองธาต

ววฒนาการของตารางธาต

Triads ของเดอเบอไรเนอร

Li 7 Ca 40 Cl 35

Na 23 Sr 88 Br 80

K 39 Ba 137 I 129

4

แตเมอนาหลก Tr iads มาใชกบธาตกลมอน เชน

Cu (63.6), Ag (108), Au (197)

มวลอะตอมของธาตตวกลางไมไดมคาเปนคาเฉลยของมวลอะตอมของธาตทเหลอในแตละกลม

Zn (65.4), Cd (112.4), Hg (200.6)

ววฒนาการของตารางธาต

2

5

2. จอหน นวแลนด (John Newlands, 1864)

ถานาธาตมาเรยงตามมวลอะตอมทเพมขนเปนแถว แถวละ 7

ธาต ธาตท 8 จะมสมบตคลายกบธาตท 1 โดยเรมจากธาตใดกได

Law of Octaves

* กฎนใชไดกบธาตทมมวลอะตอมไมเกนมวลอะตอมของ

แคลเซยมเทานน

ววฒนาการของตารางธาต

H Li Be B C N OF Na Mg Al Si P SCl K Ca Cr Ti Mn Fe

6

3. เมนเดเลเอฟ และไมเออร (Mendeleev, 1869)

กลาววา ถาจดเรยงธาตตามมวลอะตอมของธาตตางๆ จากนอยไปมาก

ธาตทมสมบตคลายกนจะปรากฎซ ากนและอยตรงกนเปนชวงๆ

ววฒนาการของตารางธาต

“สมบตทางเคมและสมบตทางกายภาพของธาต

ตาง ๆนนเปลยนแปลงไปในลกษณะทเปนชวงๆโดยจะ

สมพนธกบมวลอะตอม”

กฎพรออดก (Periodic Law)

7

ขอบกพรองของการจดเรยงธาตของเมนเดเลเอฟ

ตาแหนงของธาตบางธาตจะปรากฏอยในกลมทมสมบตทางเคมและทางกายภาพทแตกตางไป จงตองยกเวน ไมเรยงตามมวลอะตอมเปนบางธาต

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

ถาจดธาตทงสองเรยงตามลาดบมวลอะตอมแลว ธาตทงสองจะไมไดอยหมเดยวกบธาตทมสมบตคลายคลงกน จงตองมการสลบตาแหนง

ววฒนาการของตารางธาต

8

โมสลย (ค.ศ.1913) พบวาการเรยงธาตตาม เลขอะตอม

(จานวนโปรตอนหรออเลกตรอน) จะสอดคลองกบกฎพรออดก

โดยไมตองสลบทธาตกนเหมอนการเรยงตามมวลอะตอม และได

นามาใชการจดตารางธาตในปจจบน

ววฒนาการของตารางธาต4. เฮนร จ.เจ. มอสลย (Henry G.J. Moseley, 1913)

3

9

ประโยชนของตารางธาต

- ใชศกษาเกยวกบโครงสรางอะตอม

- สามารถระบสมบตทคลายคลงหรอสมบตทแตกตางของ

สารประกอบของธาตตาง ไๆด

- ทานายสมบตของธาตอนทไมทราบ

10

คาบ การจดธาตในแนวนอนของตารางธาต1

2

3

5

4

6

7

11

หม การจดธาตในแนวตงของตารางธาต

12

H (1S1)

หม 1A ?

ไฮโดรเจนควรอยทไหนในตารางธาต ?

H H+ + e-

หม 7A ?H + e- H-

ไฮโดรเจนควรจดแยกเปนประเภทของมนเอง

H+ เปนกรด สวน H- เปนเบส

4

13

14Synthetic

15

ธาตทสงเคราะหขน

ปจจบนนกวทยาศาสตรไดสรางธาตทหนกขน

โดยการระดมยงธาตทหนกกวา Pb ดวยไอออนของธาตทเบากวา Cr เพอใหได

ธาตทเรยกวา ธาตหนกยงยวด (super heavy elements) เชน ธาตลาดบท 112

หรอ 114 ซงคาดวาจะเปนธาตทมครงชวตยาวเปนหลายรอยลานป

Ds = darmstadtium 209Bi + 58Fe → 266Mt + 1n

Mt = meitnerium

16

Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo

โลหะแอลคาไล

โลหะแอลคาไลนเอรท

แทรนซชน

แฮโลเจน

กาซเฉอย หรอ กาซมตระกล

แลนทาไนด

แอกทไนด

5

17

กงโลหะ

สมบตของโลหะ สมบตของอโลหะ

1. เปน s ทอณหภมหอง เวน ปรอท เปน l 1. ทอณหภมหองมทกสถานะ2. เปนมนวาว 2. ไมเปนมนวาว3. นาไฟฟาและความรอน 3. ไมนาไฟฟาและความรอน เวน แกรไฟต4. เคาะจะมเสยงกงวาน 4. เคาะจะไมมเสยงกงวาน5. แขง+เหนยว ตเปนแผน , เสนได 5. สวนมากเปราะ ไมสามารถตเปนแผน ,

เสนได6. จดหลอมเหลว จดเดอด ความหนาแนนสง

6. สวนมาก จดหลอมเหลว จดเดอด ความหนาแนนตา

แสดงสมบตเปนไดทงโลหะและอโลหะ

18

สญลกษณในตารางธาต

C12.01115carbon

6

NameAtomic weight

Atomic number

19

1.แนวโนมขนาดอะตอมตามตารางธาต

คาบเดยวกน ขนาดเลกลงจากซายไปขวา

เนองจากในคาบเดยวกนเมอเลขอะตอมเพมขน สวนอเลกตรอนจะเพมขน

ในระดบพลงงานเดยวกน ดงนน

“โปรตอนในนวเคลยสเพมขน แตระดบพลงงานเทาเดม”

ประจทเพมขนจะดงอเลกตรอนใหเขาใกลนวเคลยสขน อะตอมจงเลกลง

+ 2+ 4+3+ 5+e-e-

e-e-

e-

e-

e-e-

e- e-e-

e-

e- e-

e-e-

e-

6+e- e-

e-e-

e-

e-7+

e- e-

e-

e-

e-

Li Be B C N O F

20

• หมเดยวกน ขนาดใหญขนจากบนลงลาง ทงทประจในนวเคลยสเพมขนจากบนลงลาง

นาจะดงอเลกตรอนไดแรงขน

แตชนของอเลกตรอนกเพมขนเชนกน

ทาใหระยะหางระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอน

ชนนอกสดเพมมากขน อกทงอเลกตรอนชนใน

ยงเปนตวกนการดงดดจากนวเคลยสอกดวย

ดงนน ขนาดอะตอมจงเพมขนจากบนลงลาง

+ e-e-

e-

e-

e-e-e- e

- e-

e-

+ e-e-

e-

e-

e-e-e- e

- e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

6

21

22

เรยงลาดบรศมอะตอมของธาตตอไปนจากเลกไปหาใหญ

P, Si, N

Li, C, Be

N < P < Si

C < Be < Li

Na, Al, P, Cl, Mg Cl < P < Al < Mg < Na

23

ขนาดไอออนเทยบกบขนาดอะตอม

Anion

Cation

Atom

Atom

24

แคทไอออน มขนาด เลกกวา ขนาดอะตอมของมนเสมอ

แอนไอออน มขนาด ใหญกวา ขนาดอะตอมของมนเสมอ

7

25

รศมของไอออน

26

ไอออนใดมขนาดใหญกวาในแตละคตอไปน

N3-, F- N3-

Mg2+, Ca2+ Ca2+

Fe2+, Fe3+ Fe2+

O2-, Cl- Cl-

27

2. พลงงานไอออไนเซชน พลงงานนอยทสดทตองการใชในการแยก

อเลกตรอนออกจากอะตอมอสระในสภาวะพนของอะตอมนน

แนวโนมพลงงานไอออไนเซชน

คาบเดยวกน เพมขนจากซายไปขวา

หมเดยวกน ลดลงจากบนลงลาง

IE1 + X (g) X+(g) + e-

IE2 + X+(g) X2+

(g) + e-

IE3 + X2+ (g) X3+

(g) + e-

IE1 first ionization energy

IE2 second ionization energy

IE3 third ionization energy

IE1 < IE2 < IE3

28

แนวโนมพลงงงานไอออไนซขนท 1First Ionization Energy เพมขน

Firs

t Ion

izat

ion

Ener

gy เพ

มขน

8

29

3. สมพรรคภาพอเลกตรอน (Electron affinity, EA)

คอพลงงานทปลดปลอยออกมาจากการรบอเลกตรอนเขาไป 1 อเลกตรอน ของอะตอมธาตแลวเกดเปนแอนไอออน ณ สถานะแกส

X(g) + e- X-(g) + EA

แนวโนมสมพรรคภาพอเลกตรอน

คาบเดยวกน เพมขนจากซายไปขวา

หมเดยวกน ลดลงจากบนลงลาง

F (g) + e- X-(g)

O (g) + e- O-(g)

30

31

ทาไมโลหะหม 2A จงรบอเลกตรอนไดยากกวาโลหะหม 1A

ธาตใดมคา electron affinity สงกวา

โลหะหม 2A มอเลกตรอนอยเตม subshell s แลว อเลกตรอนทเขามาใหมจะอยหางจากนวเคลยสและถก shield มากกวา ในกรณของโลหะหม 1A ทยงมทวางใน subshell s

Li, Na Li

O, F F

32

•สงเกต

คาสมพรรคภาพอเลกตรอนของโลหะหม IIA มคาเปนบวก

เพราะ โลหะหม IIA มการจดเรยงอเลกตรอนชนนอกสดเปน

ns2 การทจะรบอเลกตรอนเพมเขาไป อเลกตรอนตวใหมจะไป

อยท np-ออรบทล ซงไกลจากนวเคลยสและยงมอเลกตรอนใน

ns2 กนแรงดงดดจากนวเคลยสไว ดงนน อเลกตรอนทเพมเขา

ไปจงไมเสถยรนก

9

33

4. อเลกโตรเนกาตวต (Electronegativity, EN)

ความสามารถในการดงดดอเลกตรอนเขามาหาอะตอมนน

แนวโนมคาอเลกโตรเนกาตวต

คาบเดยวกน เพมขนจากซายไปขวา

หมเดยวกน ลดลงจากบนลงลาง

ธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง

ธาตทมความสามารถในการดงดดอเลกตรอนคทใชใน

การสรางพนธะไดมาก

34

35

สรป IE, EA และ EN เพมขน

ทง IE, EA และ EN ตางกเกยวของกบการ

ดงดดอเลกตรอนของธาต

ธาตทดงดดอเลกตรอนไดดมากจะมคาทง 3 สง

36

แนวโนมของสมบตทางกายภาพ

แรงยดเหนยวระหวางธาต แบงได 3 แบบ คอ พนธะโลหะ

แรงแวนเดอรวาลสหรอแรงลอนดอน และ พนธะโคเวเลนต

• ธาตกลม s กลม d กลม f และกลม p บางสวนยดกนดวยพนธะ

โลหะ

• ธาตบรเวณทางขวา เชน N, O, Cl กอพนธะโคเวเลนต

• ธาตหม 8A ยดกนดวย แรงแวนเดอรวาลส

10

37

มาก

ขนาดอะตอมเลก

นอย

ขนาดอะตอมใหญ

พ นธะโลหะ

นอย

มาก

แรงแวนเดอรวาลส

มาก

นอย

ขนาดใหญ แรงลดลง

พนธะโควาเลนต

(โครงรางตาขาย)

38

พนธะโควาเลนตแบบโครงรางตาขาย

- ขนาดอะตอมใหญข น ความแขงแรงลดลง ไมสามารถบอกไดวาโมเลกลหนงประกอบดวยกอะตอม เปนโครงรางแบบตาขาย แรงยดเหนยวแบบนจงแข งแรงมาก

พนธะโลหะ

- เปนแรงดงดดระหวาง ไอออนบวกของโลหะกบทะเล e-

- ความแขงแรงข นกบปรมาณ e- ในโครงผลก ขนาดของประจบวกและขนาดของอะตอม

- แขงแรงมากขนเมออะตอมมขนาดเลกลง

แรงแวนเดอรวาลส

- เปนแรงท ออนมาก พบในอะตอมและโมเลกลท กชนด

39

1. ความหนาแนน

• ขนกบ ขนาด มวลของอะตอม โครงสรางผลกและแรงยดเหนยวระหวางกน

• ขนาดเลก มวลมาก และพนธะโลหะแขงแรง ความหนาแนน

สง

Be > Li, Ti > Ca

• โมเลกลอะตอมเดยว ความหนาแนนตา

• กลมทมโครงรางตาขาย ความหนาแนนปานกลาง

• ธาตแทรนซชน มความหนาแนนสงสด

40

กลมโลหะ

- ในคาบเดยวกนธาตทางขวาซ งมขนาดเลก แตมวล

มากกวาและพนธะโลหะแขงแรงกวา จะมความ

หนาแนนสงกวาธาตทางซาย

- ธาตหม 1A มความหนาแนนตาท สด (มขนาดอะตอม

ใหญ)

11

41

- ในหม เดยวกน ธาตหนกจะมความหนาแนนสงกวา

ธาตเบา เนองจากมอ ตราการเพ มมวลเรวกวาการ

เพ มปรมาตร

ตวอยางเชน K (เลขมวล 39) และ Rb (เลข

มวล 85) มรศมอะตอมเปน 203 และ 216 pm

ดงนน Rb จงควรมความหนาแนนมากกวา

42

โลหะทรานสช น

มขนาดเลกและมวลมาก พนธะโลหะแขงแรง

ความหนาแนนสงท สด

43

2. การหลอมเหลวและกลายเปนไอ

เปนการใชพลงงานความรอนแยกโมเลกลทจดตวเปน

ระเบยบในผลกใหหางกน เคลอนทไปมาไดบางจนถงแยก

จากกนโดยเดดขาดในสภาวะแกส

สง

ตา

ตา

สง

หม IA หม IVA หม VA หม VIII

44

โครงสรางโมเลกลแบบเดยว ใชความรอนทาลายแรงแวน

เดอรวาลส ซ งเปนแรงขนาดออน จดหลอมเหลวและจด

เดอดจงตา แตจะสงข นเมอโมเลกลมขนาดใหญข น

พ นธะโลหะและโครงรางตาขาย ใชความรอนทาลายพนธะ

โลหะ หรอพ นธะโคเวเลนซตามลาดบ จงตองใชพลงงาน

มากกวา

****โลหะทรานสช น มจดเดอดและจดหลอมเหลวสงท สด

(เช อมกนดวยพนธะโลหะ) มความหนาแนนสงเนองจากม

มวลมาก รองลงมาคอกลมโครงรางตาขาย

12

45

3. การนาไฟฟาและความรอน

โลหะ นาไฟฟาไดดในทกทศทาง และนาไฟฟาไดนอยลงเมออณหภมเพมขน (โลหะเบา มความหนาแนนนอย เชน Li , Na , K และโลหะหนกมความหนาแนนมาก เชน Fe , Cu , Zn)

อโลหะ ไมนาไฟฟา หรอนาไฟฟาไดนอยมาก

กงโลหะ นาไฟฟาไดบางทอณหภมปกต และนาไฟฟาไดมากขนเมออณหภมเพมขน

46

แนวโนมของสมบตทางเคม

เลขออกซเดชน : สารประกอบมกจะแสดงเลขออกซเดชนทมคาเทากบเลขหมนน

• ธาตกลม s หม IA และ IIA มเลขออกซเดชนเปน +1 และ +2

ตามลาดบ

• ธาตกลมอน ๆ สวนใหญจะมเลขออกซเดชนไดมากกวาหนงคา

47

แนวโนมของสมบตทางเคม

ศกยไฟฟามาตรฐาน (E0)

แนวโนมของศกยไฟฟามาตรฐานเปนดงรป

ลบมาก

ใหอเลกตรอนบวกนอย

บวกมาก

รบอเลกตรอน

Li+ + e- Li

Cs+ + e- Cs I2 + 2e- 2I-

F2 + 2e- 2F-

ตวออกซไดซ

ตวรดวซ

Li F

Cs I

เปนบวกมากขน

48

- โลหะทางดานซายของตารางธาตเปนตวรดวซท

ดมาก เสยอเลกตรอนไดงาย และโลหะหนก

เปนตวรดวซท ดข น

- อโลหะเปนตวออกซไดซท ดมากรบอเลกตรอน

ไดด สอดคลองกบคา IE, EN

13

49

แนวโนมของสมบตทางเคม

การเขาทาปฏกรยา

• โลหะหม 1A : พนธะโลหะไมแขงแรง พลงงานไอออไนเซชนตา

ทสด ไวตอการเกดปฏกรยาทสด

• ในหมเดยวกน โลหะหนกจะวองไวกวา (ขนาดอะตอมใหญ เสย e-

ไดงาย) • อโลหะทวองไวทสด คอ ฟลออรน เนองจากมคาอเลกโตรเนกาตวต

สงทสด พนธะ F-F ออน (รบ e- ไดงาย)

50

หม

IA 6Li + N2 2Li3N อณหภมหอง

IIA 3Be + N2 Be3N2 เผาจนรอนแดง

IIIA 2Al + N2 2AlN เมอใหความรอน

IVA Sn + N2 /

Li F

โลหะ อโลหะ

Cs I วองไวมาก วองไวมาก

วองไวมาก

51

• อโลหะสามารถทาปฏกรยากบอโลหะดวยกนเกดเปน

สารประกอบโคเวเลนตได

• ปฏกรยามกเกดเมอใหความรอนจานวนหนงเพอ

ทาลายพนธะโคเวเลนตทมอยเดม

2H2(g) เผาไหม 2H2O(l)

N2(g) + 3H2(g) อณหภม, ความดนสง 2NH3(g)

52

แนวโนมความเปนกรด-เบสของสารประกอบ

ออกไซดและไฮดรอกไซดออกไซด ไดแก สารประกอบ ระหวางธาตหนงๆ กบ

ออกซเจน โดยทออกซเจนมเลขออกซเดชนเปน -2 เชน Na2O B2O3 , P2O5

ไฮดรอกไซด ไดแก สารประกอบทมหม –OH โดยเฉพาะกรณทธาตกอพนธะดวยเปนโลหะ สตรทวไปเปน M(OH)n หม –OH มประจเปน -1

14

53

• พนธะระหวาง M ใด ๆ กบ O ในสารประกอบออกไซดและ

ไฮดรอกไซดเปนพนธะไอออนกหรอโคเวเลนตกได

ขนกบ ความแตกตางของคาอเลกโตรเนกาตวตของธาต ทงสอง

• ออกไซดและไฮดรอกไซดของธาตทางซายมอมฤทธเปนเบส เมอเลอนมาทางขวา ความเปนเบสจะลดลง จนเปนกรดในทสด

• ในหมเดยวกน ออกไซดและไฮดรอกไซดของธาตหนกจะเปน

เบสมากขนตามแนวดง (ให e- ไดงาย)

54

IA VIIA

IA VIIAเปนกรดมากขน

เปนโคเวเลนตมากขน

เปนเบสมากขน

เปนไอออนก

มากขน

กรดเบส

แอมโฟเทอรก

โคเวเลนต

ไอออนก กากง

แนวโนมของออกไซด

เกยวกบพนธะ

แนวโนมของออกไซด

เกยวกบความเปนกรด-เบส

55

• กรณทธาตหนงมเลขออกซเดชนไดหลายคา ความเปนกรดจะแรง

ขนตามลาดบของเลขออกซเดชนจากตาไปสง (รบ e- ไดงาย) +1 +3 +5 +7

HOCl < HClO2 < HClO3 < HClO4

+4 +6

H2SO3 < H2SO4

กรดออน กรดแก

56

ไฮไดรดหมายถง สารประกอบระหวางธาตหนง กบไฮโดรเจน แบงได 3

ชนด ตามลกษณะของพนธะ1. ไฮไดรดไอออนก มพนธะระหวาง M+ กบ H- (ไอออนไฮไดรด)

ไดแก ไฮไดรดของธาตกลม s เกอบทงหมด2. ไฮไดรดเมตาลก มอะตอมของไฮโดรเจนแทรกอยในผลก บางท

เรยกวา interstitial hydride ไดแก ไฮไดรดของธาตแทรนซชน รวมทงกลมแลนทาไนดและแอกทไนด

3. ไฮไดรดโคเวเลนต มพนธะโคเวเลนตระหวางธาต M กบไฮโดรเจน ซงสวนมากมเลขออกซเดชนเปน +1 ไดแก ไฮไดรดของธาตกลม p เกอบทงหมด

15

57

สารประกอบไฮไดรดไอออนก

• มสมบตเปนเบส เนองจาก H - สามารถใหใชคอเลกตรอนรวมกนได

• ความเปนเบสของไฮไดรดจะลดลงจากซายไปขวา แตเพมขนจาก

บนลงลาง

สารประกอบไฮไดรดโคเวเลนต

• ธาตหนกยงเปนกรดแรงขน ตามปจจย 3 ประการคอ– อเลกโตรเนกาตวต

– ความแขงแรงของพนธะ M-H ซงเปลยนตามขนาดของ M

– พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลของไฮไดรด

58

• ธาตในคาบเดยวกน

อเลกโตรเนกาตวตมความสาคญมาก เพราะขนาดของธาตใกลเคยงกน ความเปนกรดเรยงตามแนวโนมของอเลกโตรเนกาตวต

• ธาตในหมเดยวกน

ขนาดของ M และพนธะไฮโดรเจนมความสาคญ เชน

HF นาจะเปนกรดทแรง แตพนธะไฮโดรเจนทเปนระเบยบและความแขงแรงของ H-F ทาใหเปนเพยงกรดออน เมอเทยบกบ HBr และ HI

ทพนธะไมแขงแรงและไมมพนธะไฮโดรเจน

H

F

59

สมบตของสารประกอบออกไซด

Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(aq)

MgO(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2O(l)

Al2O3(s) + 6HCl(aq) 2AlCl3(aq) + 3H2O(l)

Al2O3(s) + 2NaOH(aq) + 3H2O(l) 2NaAl(OH)4(aq)

SiO2(s) + 2NaOH(aq) 2Na2SiO3(aq) + H2O(l)

60

สมบตของสารประกอบออกไซดNa2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cl2O7

กรด-เบส เบส แอมโฟเทรก กรด

ชนด

สารประกอบไอออนก โควาเลนต

จดหลอมเหลว (oC) 1275 2800 2045 1610 580 16.8 -91.5

โครงสราง รางแห 3 มต โมเลกล

จดเดอด(oC) ? 3600 2980 2230 ? 44.8 82