ตารางธาตุโลหะ อโลหะ กึ่งโลหะ

ธาตุและสารประกอบ เป็นโครงสร้างพื้นฐานของสารต่างๆ บนโลกใบนี้ รวมถึงเป็นองค์ประกอบในทุกสรรพชีวิต

ธาตุและสารประกอบ สสารทุกชนิดบนโลกของเรามีหน่วยที่เล็กที่สุดเป็น “อะตอมของธาตุ” การทำปฏิกิริยารวมตัวของธาตุเป็นผลให้เกิด “สารประกอบ” และจากปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบจึงก่อกำเนิดสสารที่มีความหลากหลายในทุกวันนี้ การแบ่งสารตามองค์ประกอบทางเคมี แบ่งได้ดังนี้

ธาตุ (Elements) หมายถึง สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบอย่างเดียว ธาตุไม่สามารถแยกสลายให้กลายเป็นสารอื่นโดยวิธีการทางเคมี ธาตุมีคุณสมบัติทั้ง 3 สถานะ ได้แก่ ของแข็ง เช่น ธาตุสังกะสี ตะกั่ว เงิน ของเหลว เช่น ปรอท และก๊าซ เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน เป็นต้น ธาตุยังสามารถจำแนกคุณสมบัติออกเป็น ธาตุโลหะ ธาตุอโลหะ และธาตุกึ่งโลหะ

ธาตุโลหะ (metal) เป็นธาตุที่มีสถานะเป็นของแข็ง (ยกเว้นปรอท ที่เป็นของเหลว ) มีผิวที่มันวาว นำความร้อน และไฟฟ้าได้ดี มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง (ช่วงอุณหภูมิระหว่างจุดหลอมเหลวกับจุดเดือดต่างกันมาก) เช่น โซเดียม เหล็ก แคลเซียม ปรอท อะลูมิเนียม เป็นต้น

ธาตุอโลหะ (non-metal) เป็นกลุ่มธาตุที่มีสมบัติไม่นำไฟฟ้า มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เปราะบาง และมีการแปรผันทางด้านคุณสมบัติทางกายภาพมากกว่าโลหะ เช่น ออกซิเจน กำมะถัน ฟอสฟอรัส เป็นต้น

ธาตุกึ่งโลหะ (metalloid) เป็นกลุ่มธาตุที่มีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะและอโลหะ เช่น ธาตุซิลิคอน และเจอเมเนียม  มีสมบัติบางประการคล้ายโลหะ เช่น นำไฟฟ้าได้บ้างที่อุณหภูมิปกติ และนำไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เป็นของแข็ง เป็นมันวาวสีเงิน จุดเดือดสูง แต่เปราะแตกง่ายคล้ายอโลหะ

ตารางธาตุ (Periodic table of elements) คือ ตารางที่นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมธาตุต่างๆ ไว้เป็นหมวดหมู่ตามลักษณะ และคุณสมบัติที่เหมือนกัน เพื่อเป็นประโยชน์ในการศึกษา ในแต่ละส่วนของตารางธาตุ โดยคาบ (Period) เป็นการจัดแถวของธาตุแนวราบ ส่วนหมู่ (Group) เป็นการจัดแถวของธาตุในแนวดิ่ง ซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

สารประกอบ (compounds) หมายถึง สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่เกิดจาก “ธาตุตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไป” เป็นองค์ประกอบ สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของธาตุโดยวิธีการทางเคมี สามารถแยกสลายให้เกิดเป็นสารใหม่หรือกลับคืนเป็นธาตุเดิมได้ สารประกอบมีสมบัติเฉพาะตัวที่แตกต่างจากธาตุเดิม เช่น น้ำ มีสูตรเคมีเป็น H2O เป็นสารประกอบที่เกิดจากธาตุไฮโดรเจน (H) และธาตุออกซิเจน (O) แต่มีสมบัติแตกต่างจากธาตุไฮโดรเจนและออกซิเจน เป็นต้น

สารประกอบแต่ละชนิดมีอัตราส่วนของธาตุที่เป็นองค์ประกอบคงที่ เช่น น้ำ ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน และออกซิเจน โดยมีอัตราส่วนโดยมวลของ H : O = 1 : 8 คาร์บอนไดออกไซด์ประกอบด้วยธาตุคาร์บอนและออกซิเจนโดยมีอัตราส่วนโดยมวลของ C : O = 3 : 8 เป็นต้น

สารประกอบมีทั้ง 3 สถานะ ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ เช่น กลูโคส (C6H12O6) หินปูน (CaCo3 ) เป็นของแข็ง เอธานอล (C2H5OH) และอะซิโตน (CH3COCH3) เป็นของเหลว มีเธน (CH4) และ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) เป็นก๊าซ

ของผสม (Mixture) หมายถึง สารที่ไม่บริสุทธิ์ซึ่งเกิดจากสารบริสุทธิ์ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปผสมกัน อาจจะเป็นการผสมกันระหว่างธาตุกับธาตุ สารประกอบกับสารประกอบ หรือธาตุกับสารประกอบก็ได้ เช่น อากาศเป็นของผสมระหว่างก๊าซไนโตรเจน ออกซิเจน และก๊าซอื่นๆ เล็กน้อย พริกกับเกลือ เป็นของผสมระหว่างพริกกับเกลือ น้ำเกลือเป็นของผสมระหว่าง น้ำกับเกลือ และทองเหลือง ซึ่งเป็นของผสมระหว่างทองแดง (Cu) กับสังกะสี (Zn) เป็นต้น

เมื่อทราบการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุต่างๆ แล้ว จะเห็นว่าสามารถจัดกลุ่มธาตุได้ง่ายขึ้น โดยธาตุที่มีระดับพลังงานเท่ากัน ก็จะถูกจัดอยู่ในคาบเดียวกัน ส่วนธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดเท่ากัน ก็จะถูกจัดอยู่ในหมู่เดียวกัน ดังภาพ

ภาพการจัดเรียงธาตุลงในตารางธาตุ

ประเภทของธาตุในตารางธาตุ

ธาตุโลหะ (metal) โลหะทรานซิชันเป็นต้นฉบับของโลหะ ธาตุโลหะเป็นธาตุที่มีสถานะเป็นของแข็ง ( ยกเว้นปรอท ที่เป็นของเหลว) มีผิวที่มันวาว  นำความร้อน และไฟฟ้าได้ดี  มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ( ช่วงอุณหภูมิระหว่างจุดหลอมเหลวกับจุดเดือดจะต่างกันมาก)   ได้แก่  โซเดียม (Na)    เหล็ก (Fe) แคลเซียม (Ca) ปรอท (Hg) อะลูมิเนียม (Al) แมกนีเซียม (Mg)   สังกะสี (Zn) ดีบุก (Sn)  เป็นต้น

ธาตุอโลหะ ( Non metal ) มีได้ทั้งสามสถานะ  สมบัติส่วนใหญ่จะตรงข้ามกับอโลหะ  เช่น ผิวไม่มันวาว ไม่นำไฟฟ้า ไม่นำความร้อน จุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ  เป็นต้น   ได้แก่  คาร์บอน( C ) ฟอสฟอรัส (P) กำมะถัน (S) โบรมีน (Br)   ออกซิเจน (O 2)   คลอรีน (Cl 2) ฟลูออรีน (F 2) เป็นต้น

ธาตุกึ่งโลหะ (metalloid)  เป็นธาตุกึ่งตัวนำ  คือ  มันจะสามารถนำไฟฟ้าได้เฉพาะในภาวะหนึ่งเท่านั้น  ธาตุกึ่งโลหะเหล่านี้จะอยู่บริเวณเส้นขั้นบันได ได้แก่  โบรอน (B) ซิลิคอน ( Si) เป็นต้น

ธาตุกัมมันตรังสี เป็นธาตุที่มีส่วนประกอบของ นิวตรอน กับโปรตอน ไม่เหมาะสม (>1.5) ธาตุที่ 83ขึ้นไปเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีทุกไอโซโทปมีครึ่งชีวิต

สมบัติของธาตุในแต่ละหมู่

ธาตุหมู่ I A หรือโลหะอัลคาไล (alkaline metal)

   - โลหะอัลคาไล ได้แก่ ลิเทียม โซเดียม โพแทสเซียม รูบิเดียม ซีเซียม และแฟรนเซียม
   - เป็นโลหะอ่อน  ใช้มีดตัดได้
   - เป็นหมู่โลหะมีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ จึงต้องเก็บไว้ในน้ำมัน
   -ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลละลายน้ำได้สารละลายเบสแก่
   - เมื่อเป็นไอออน  จะมีประจุบวก
   - มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ  มีความหนาแน่นต่ำเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ
   - มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 1

ธาตุหมู่ II A หรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ (alkaline earth)

   - โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ได้แก่ เบริลเลียม แมกนีเซียม แคลเซียม สตรอนเชียม แบเรียม เรเดียม
   - มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามาก แต่น้อยกว่าโลหะอัลคาไล
   - ทำปฏิกิริยากับน้ำได้สารละลายเบส สารประกอบโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธพบมากในธรรมชาติ
   - โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธมีความว่องไวแต่ยังน้อยกว่าโลหะอัลคาไล
   - โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 2

ธาตุหมู่ III
  - ธาตุหมู่ III ได้แก่ B Al Ga In Tl
  - มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 3

ธาตุหมู่ IV
  - ธาตุหมู่ IV ได้แก่ C Si Ge Sn Pb
  - มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 4

ธาตุหมู่ V
  - ธาตุหมู่ V ได้แก่ N P As Sb Bi
  - มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 5

ธาตุหมู่ VI
  - ธาตุหมู่ VI ได้แก่ O S Se Te Po
  - มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 6

ธาตุหมู่ VII หรือหมู่แฮโลเจน (Halogen group)

   - หมู่ธาตุแฮโลเจน ได้แก่ ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน ไอโอดีน และแอสทาทีน
   - เป็นหมู่อโลหะที่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด (F ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด)
   - เป็นธาตุที่มีพิษทุกธาตุและมีกลิ่นแรง
   - โมเลกุลของธาตุแฮโลเจนประกอบด้วย 2 อะตอม (Cl 2 Br 2 I 2)
   - แฮโลเจนไอออนมีประจุบลบหนึ่ง (F - C - Br - I - At -)

ธาตุหมู่ VIII หรือก๊าซเฉื่อย หรือก๊าซมีตระกูล (Inert gas )

   - ก๊าซมีตระกูล ได้แก่ ฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน ซีนอน และเรดอน
   - มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเต็ม 8 อิเล็กตรอน จึงทำให้เป็นก๊าซที่ไม่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา
   - ก๊าซมีตระกูลอยู่เป็นอะตอมเดี่ยว แต่ยกเว้น Kr กับ Xe ที่สามารถสร้างพันธะได้

ขนาดอะตอมของธาตุ

หน่วยพิโกเมตร

ขนาดอะตอมของธาตุต่างๆ

ขนาดของอะตอมนั้นถ้าจะพิจารณาถึงปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลกระทบต่อขนาดของอะตอมนั้น อาจแบ่งแยกออกได้เป็นข้อ เรียงตามลำดับความสำคัญได้ดังนี้

1. จำนวนระดับพลังงาน
2. จำนวนโปรตอน
3. จำนวนอิเล็กตรอน

ขนาดไอออนของธาตุ

สมบัติอื่นๆ ของธาตุ

พลังงานไอโอไนเซชัน (Ionization Energy : IE) หมายถึง พลังงานปริมาณน้อยที่สุด ที่ทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอม ในสถานะก๊าซ เช่น

ธาตุที่มีอิเล็กตรอนมากกว่า 1 ตัว เช่น ธาตุลิเทียม(Li)
                                        Li(g)Li +(g) + e -                IE 1 = 520 kJ/mol
                                        Li +(g)Li 2+(g) + e -             IE 2 = 7,394 kJ/mol
                                        Li 2+(g)Li 3+(g) + e -            IE 3 = 11,815 kJ/mol

จากการสังเกตจากค่าพลังงานไอออไนเซชันจะพบว่า IE 1 คือพลังงานที่ให้แก่อะตอมเพื่อดึงอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุดมีค่าน้อยที่สุด เพราะอิเล็กตรอนที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสหลุดออกได้ง่าย

อิเล็กโทรเนกาติวิตี (Electronegativity : EN) หมายถึง ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนในพันธะเข้ามาหาตัวเอง

Na + -------> Cl -

จากภาพจะเห็นว่า อะตอมของ Cl มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองได้ดีกว่า Na แสดงว่า Cl มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่า Na

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน ( Electron Affinity : EA ) คือ พลังงานที่อะตอมในสถานะก๊าซคายออกมาเมื่อได้รับอิเล็กตรอน สมการเป็นดังนี้