ตารางธาตุ (Periodic table)

1. ตารางธาตุ (Periodic table) By Dr.Jutatip Namahoot

2. เนื้อหา • การจัดหมวดหมู่และความสัมพันธ์กับการจัดเรียงอิเล็กตรอน • แนวโน้มของสมบัติตามตารางธาตุเบื้องต้น X = element symbol A = Mass number (เลขมวล) = n+p Z = Atomic number (เลขอะตอม) = p

3. History of the Periodic Table • ปลาย ค.ศ. ที่ 18 Antoine Lavoisier ได้รวบรวมธาตุที่ค้นพบได้ 23 ธาตุ • ปลายปี ค.ศ. 1870 พบธาตุรวม 65 ธาตุ • ค.ศ. 1925 พบธาตุเพิ่ม 23 ธาตุ • ปัจจุบันพบธาตุ > 118 ธาตุ

4. History of the Periodic Table • ค.ศ. 1817 Johann Wolfgang Döbereiner • จัดธาตุเป็นหมู่ ๆ ละ 3 ธาตุ ตามสมบัติที่คล้ายคลึงกัน • ธาตุตัวกลางมี มวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยโดยประมาณของธาตุบนกับธาตุล่าง Triad

5. History of the Periodic Table Example Johann Wolfgang Döbereiner

6. History of the Periodic Table • ค.ศ. 1865John Newlands เสนอ Law of Octaves • เมื่อจัดเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปมาก พบว่าธาตุตัวที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนธาตุตัวที่ 1 (ไม่รวม H, noble gas) • กฎนี้ใช้ได้กับธาตุที่มีมวลอะตอมไม่เกินน้ำหนักของ Cl เท่านั้น

7. History of the Periodic Table ค.ศ. 1969-1970 • ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปมาก และแบ่งเป็นแถวให้เหมาะสม • ธาตุที่มีสมบัติคล้ายกัน จะปรากฏอยู่ตรงกันเป็นช่วง ๆ Julius Lothar Meyer Dmitri Ivanovich Mendeleev

8. History of the Periodic Table

9. ตารางธาตุปัจจุบัน

11. ตารางธาตุปัจจุบัน

12. ตารางธาตุปัจจุบัน

13. ตารางธาตุปัจจุบัน การแบ่งประเภทของธาตุ สามารถแบ่งได้หลายแบบ เช่น • คาบ (periods) 7 คาบ สมบัติทางเคมีและทางกายภาพของธาตุในคาบเดียวกันมีความแตกต่างกัน • หมู่ (groups) 18 หมู่ สมบัติทางเคมีและทางกายภาพของธาตุในหมู่เดียวกันมีความคล้ายคลึงกัน

14. ตารางธาตุปัจจุบัน ธาตุเรพรีเซนเตตีฟ(representative elements)ได้แก่ ธาตุหมู่ IA-VIIIA s-block elements ได้แก่ หมู่ IA, IIA p-block elements ได้แก่ หมู่ IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA และหมู่ O ธาตุทรานสิชัน (transition elements)ได้แก่ธาตุหมู่ IB – VIIIB d-block elements ได้แก่ หมู่ IIIB ถึง IIB (หมายเหตุ ยกเว้นหมู่ IIB ถึงแม้จะจัดอยู่ในกลุ่ม d แต่ไม่จัดว่าเป็นธาตุ ทรานซิชัน เพราะธาตุหมู่นี้มีสมบัติบางประการเท่านั้นที่คล้ายคลึงกับธาตุทรานซิชัน)

15. ตารางธาตุปัจจุบัน ธาตุทรานสิชันชั้นใน (inner transition elements)ได้แก่ ธาตุในอนุกรมแลนทาไนด์ (lanthanides) และ อนุกรมแอกทิไนด์ (actinides) ธาตุทรานสิชันชั้นใน.......f-block elements

16. ตารางธาตุปัจจุบัน ชื่อเฉพาะตามหมู่ หมู่ IA: โลหะอัลคาไล (alkali metals) หมู่ IIA: โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (alkaline earth metals) หมู่ VIA: chalcogens หมู่ VIIA: เฮโลเจน (halogens) หมู่ VIIIA: แก๊สมีตระกูล (noble gases)

17. ตารางธาตุปัจจุบัน • รูปแบบของตารางธาตุเน้นถึงความสัมพันธ์ตามแนวตั้ง • ธาตุในหมู่เดียวกันมีการจัดรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานสูงสุดเหมือนกัน • มีสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน • ความสัมพันธ์ตามแนวนอน : การเปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอจากซ้ายไปขวา

18. แนวโน้มของสมบัติตามตารางธาตุแนวโน้มของสมบัติตามตารางธาตุ • ขนาดอะตอม • รัศมีอะตอมและรัศมีไอออน • Ionization energy • Electronegativity • Electron Affinity

19. ขนาดอะตอม (Atomic size)

21. ขนาดอะตอม ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดอะตอม • เลขควอนตัมหลัก n ของเวเลนซ์อิเล็กตรอน • แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอน ธาตุหมู่เดียวกัน ขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นจากบนลงล่าง • เมื่อเลขควอนตัมหลัก (n) เพิ่มขึ้น ระยะทางจากนิวเคลียสถึงe-ชั้นนอกสุดจะมากขึ้น จึงส่งผลให้รัศมีอะตอมมีค่ามากขึ้น

22. ขนาดอะตอม ธาตุในคาบเดียวกัน ขนาดอะตอมเล็กลงจากซ้ายไปขวา • มีเวเลนซ์ e- ที่มี nเท่ากัน แต่ธาตุด้านขวามือจะมีประจุบวกที่นิวเคลียสเพิ่มขึ้น • ดังนั้น แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนวงนอกสุดจึงเพิ่มขึ้น รัศมีอะตอมจึงลดลง

23. รัศมีอะตอม (Atomic radius)

24. ขนาดอะตอม

25. รัศมีอะตอมและรัศมีไอออนรัศมีอะตอมและรัศมีไอออน

26. รัศมีอะตอมและรัศมีไอออนรัศมีอะตอมและรัศมีไอออน • Ion + ของธาตุใดๆ เป็นการดึงเอา e- ออกจากอะตอม ทำให้มีขนาดรัศมีเล็กลงกว่าอะตอมเดิม • Ion- ของธาตุใดๆ จะเป็นการเพิ่มจำนวน e-ทำให้มีขนาดรัศมีเพิ่มขึ้นจากอะตอมเดิม • ไอออนที่มีจำนวน e- เท่ากัน (isoelectronic series) ถ้าประจุของนิวเคลียสเพิ่มขึ้น รัศมีของไอออนจะมีขนาดเล็กลง เช่น O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+

28. Ionization Energy พลังงานไอออไนเซชัน (Ionization energy) คือ พลังงานปริมาณน้อยที่สุดที่ทำให้ e- หลุดจากอะตอมในสถานะแก๊ส

29. Ionization Energy (IE) • พลังงานไอออไนเซชันที่หนึ่ง (IE1) เป็นพลังงานที่ต้องใช้ในการดึงe- ตัวแรกออกจากอะตอมอิสระในสถานะแก๊ส • Na(g)  Na+(g) + e- • พลังงานไอออไนเซชันที่สอง (IE2) เป็นพลังงานที่ต้องใช้ในการดึง e- ออกจากไอออนที่มีประจุ +1 ในสถานะแก๊ส • Na+(g)  Na2+(g) + e- • ค่าพลังงานไอออไนเซชันสูงแสดงว่าการดึง e- ออกไปทำได้ยาก

31. Ionization Energy(IE)

32. Ionization Energy(IE) ในหมู่เดียวกัน IEจะลดลงจากบนลงล่าง • เนื่องจากธาตุคาบล่างมี e- วงนอกสุดที่สามารถดึงออกได้ง่าย ในคาบเดียวกัน แนวโน้ม IE1จะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา • เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับ e- เพิ่มขึ้น ยกเว้นบางธาตุ

33. Ionization Energy (IE) การจัด e- แบบบรรจุเต็มและบรรจุครึ่งส่งผลให้อะตอมมีความเสถียรมากกว่า

34. Ionization Energy (IE) ข้อยกเว้น • เช่น IE1ของ Be > B Be 1s2 2s2และ B 1s2 2s2 2p1 IE1ของ N > O N 1s2 2s2 2p3และ O 1s2 2s2 2p4

35. Ionization Energy (IE) Ionization energy ในแต่ละธาตุ จะมีค่าสูงเพิ่มขึ้นมาก เมื่อเกี่ยวข้องกับการดึง e- ออกจากสภาวะที่มีการจัดเรียง e- คล้ายแก๊สมีตระกูล

36. Ionization Energy (IE)

37. Electronegativity(EN) อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electroneganivity, EN) คือ ความสามารถในการดึง e- ของอะตอม

38. Electronegativity(EN)

39. Electronegativity(EN)

40. Electron Affinity (EA) สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity, EA) คือ พลังงานที่เกี่ยวข้องในกระบวนการเติม e- 1 โมล ให้กับอะตอม 1 โมล ในสถานะแก๊ส

41. Electron Affinity(EA) EA สามารถเป็นได้ทั้งการคายพลังงาน (EA มีเครื่องหมายลบ) หรือเป็นการดูดพลังงาน (EA มีเครื่องหมายบวก) เช่น Be(g) + e- Be-(g) EA = 241 kJ/mol Cl(g) + e-  Cl-(g) EA = -348 kJ/mol

42. Electron Affinity (EA)

43. Electron Affinity (EA)

44. แนวโน้มของสมบัติทางกายภาพแนวโน้มของสมบัติทางกายภาพ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุ ความหนาแน่น (Density) จุดหลอมเหลว (Melting point) และจุดเดือด (Boiling point) การนำไฟฟ้าและความร้อน

45. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุแรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุ • ธาตุกลุ่ม s กลุ่ม d กลุ่ม f และกลุ่ม p บางส่วนยึดกันด้วยพันธะโลหะ • ธาตุบริเวณทางขวา เช่น N, O, Cl จะเกิดพันธะโคเวเลนต์ได้เป็นโมเลกุลเดี่ยว เช่น N2, O2, Cl2 • ธาตุหมู่ VIIIA ยึดกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์

46. พันธะโควาเลนต์ (โครงร่างตาข่าย) มาก มาก ขนาดอะตอมเล็ก น้อย น้อย ขนาดใหญ่ แรงลดลง พันธะโลหะ มาก น้อย ขนาดอะตอมใหญ่ แรงแวนเดอร์วาลส์ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุ

47. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุแรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุ พันธะโลหะ • เป็นแรงดึงดูดระหว่าง ไอออนบวกของโลหะกับทะเล e- • ความแข็งแรงขึ้นกับปริมาณ e- ในโครงผลึก ขนาดของประจุบวกและขนาดของอะตอม • แข็งแรงมากขึ้นเมื่ออะตอมมีขนาดเล็กลง

48. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุแรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุ พันธะโควาเลนต์แบบโครงร่างตาข่าย - อะตอมของธาตุยึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์และติดต่อกันไปเรื่อย ๆ ไม่สามารถบอกได้ว่าโมเลกุลหนึ่งประกอบด้วยกี่อะตอม นั่นคือ โครงร่างเป็นโครงร่างแบบตาข่าย - แรงยึดเหนี่ยวแบบนี้จึงแข็งแรงมาก - ขนาดอะตอมใหญ่ขึ้น ความแข็งแรงลดลง แรงแวนเดอร์วาลส์ - เป็นแรงที่อ่อนมาก พบในอะตอมและโมเลกุลทุกชนิด

49. Density

50. Density ขึ้นกับ ขนาด มวลของอะตอม โครงสร้างผลึกและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกัน • ขนาดเล็ก มวลมาก และพันธะโลหะแข็งแรง ความหนาแน่นสูง Be > Li, Ti > Ca • โมเลกุลอะตอมเดี่ยว ความหนาแน่นต่ำ • กลุ่มที่มีโครงร่างตาข่าย ความหนาแน่นปานกลาง • ธาตุทรานซิชัน มีความหนาแน่นสูงสุด