บทที่3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ(สารประกอบของธาตุทรานซิชัน)

สารประกอบของธาตุทรานซิชัน 

1.การเกิดสี
              1.สีของธาตุทรานซิชันจะเปลี่ยนเมื่อเลขออกซิเดชันเปลี่ยน เช่น Si

สูตร	ชื่อ	สี
Cr2+	โครเมียม(II)ไอออน	น้ำเงิน
Cr3+	โครเมียม(III)ไอออน	เขียว
CrO42-	โครเมตไอออน	เหลือง
Cr2O72-	ไดโครเมตไอออน	ส้ม
Mn2+	แมงกานีส(II)ไอออน	ชมพูอ่อน, ไม่มีสี
Mn(OH)3*	แมงกานีส(III)ไฮดรอกไซด์	น้ำตาล
MnO2*	แมงกานีส(IV)ออกไซด์	ดำ
MnO42-	แมงกาเนตไอออน	เขียว
MnO4-	เปอร์แมงกาเนตไอออน	ม่วงแดง

                 2.สีจะเปลี่ยนถ้าสารหรือไอออนต่างชนิดกันมาล้อมรอบ เช่นCuSO₄.5H₂O สีฟ้า  และ Cu(NH₃)₄SO₄ สีคราม
               3.สีเปลี่ยนเพราะจำนวนสารที่มาเกาะไม่เท่ากัน เช่น CrO₄^2-สีเหลือง และ Cr₂O₇^2-
2.สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุทรานซิชัน
               สารประกอบของธาตุทรานซิชันชนิดต่างๆ เช่น KMnO₄ ประกอบด้วย K⁺ และ MnO^-₄     ซึ่ง MnO^-₄ จัดเป็นไอออนเชิงซ้อน ที่มีธาตุทรานซิชันเป็นอะตอมกลางและยึดเหนี่ยวกับอะตอมหรือไอออนอื่นๆที่มาล้อมรอบด้วยพันธะโคเวเลนต์
               สารประกอบที่ประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนจัดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน  ธาตุทรานซิชันส่วนใหญ่จะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีสีต่างกัน
               ปัจจัยที่มีผลต่อสีของสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุทรายซิชัน
                - เลขออกซิเดชันของธาตุทรานซิชัน               - ชนิดของธาตุทรานซิชัน
               - จำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบธาตุทรานซิชัน

ธาตุกึ่งโลหะ 

               มีคุณสมบัติดังนี้
               1.มีค่า IE และ EN  ค่อนข้างสูง
               2.จุดเดือด จุดหลอมเหลว สูง
               3.มีความหนาแน่นสูง
               4.สามารถนำไฟฟ้าได้
               5.สามารถเกิดสารประกอบได้ ทั้งสารประกอบไอออนนิกและสารประกอบโคเวเลนต์

ธาตุกำมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี คือ ธาตุที่มีสมบัติในการแผ่รังสี
กัมมันตภาพรังสี คือ ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้อย่างต่อเนื่อง
    การแผ่รังสี เป็นการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโทปที่ ไม่เสถียร(ไอโซโทปของนิวเคลียสที่มีอัตราส่วนระหว่างจำนวนนิวตรอนต่อจำนวนโปรตอนไม่เหมาะสม)   เนื่องจากนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีมีพลังงานสูงมากและไม่เสถียร จึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสีบางชนิด แล้วธาตุเหล่านั้นก็จะเปลี่ยนเป็นธาตุใหม่


ชนิดและสมบัติของรังสีบางชนิด

รังสีแอลฟาหรือ อนุภาคแอลฟา 
  - อนุภาคประกอบด้วย 2 โปรตอน 2 นิวตรอน เหมือนนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม มีเลขมวล 4
  - มีประจุไฟฟ้า +2
  - มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำมาก ไม่สามารถผ่านแผ่นกระดาษหรือโลหะบางๆได้
  - เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก โดยเบนเข้าหาขั่วลบ
รังสีบีตา หรือ อนุภาคบีตา
  - มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน
  - มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับมวลอิเล็กตรอน
  - มีอำนาจทะลุทะลางมากกว่า รังสีแอลฟา ถึง 100 เท่า  สามารถผ่านโลหะแผ่นบางๆ
  - มีความเร็วใกล้เคียงความเร็วแสง
  - เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก โดยเบนเข้าหาขั่วบวก
รังสีแกมมา 
  - เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก
  - ไม่มีประจุไม่มีมวล
  - มีอำนาจทะลุทะลวงสูงมาก สามารถผ่านแผ่นคอนกรีตหนาๆได้

ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี 
               ธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดจะสลายตัวได้เร็วหรือช้าแตกต่างกัน ปริมาณการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะบอกเป็น ครึ่งชีวิต(ระยะเวลาที่นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี สลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม)   ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป

ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี 
ด้านธรณีวิทยา 
               C-14                      หาอายุของวัตตุโบราณที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ
ด้านการแพทย์
               I-131     ตรวจดูความปกติของต่อมไธรอยด์
               I-132     ตรวจดูภาพสมอง
                Na-24    ตรวจดูระบบการไหลเวียนของเลือด
                Co-60,Ra-226   รักษาโรคมะเร็ง
                P-32       รักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว
ด้านการเกษตร 
                P-32                       ตรวจวัดรังสีที่ใบของพืช
                ปรับปรุงเมล็ดพันธุ์พืช
                Co-60    ทำลายแบคทีเรีย,ถนอมอาการ
ด้านการอุสาหกรรม
                รังสีทำให้อัญมณีมีสีสันสวยงามขึ้น
                ตรวจหารอยรั่วของท่อส่งน้ำมัน
ด้านพลังงาน

                U-235,U-238,Pu-239   ผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าปรมาณู

  โทษของธาตุกัมมันตรังสี
               เมื่อร่างกายได้รับรังสีจำนวนมากทำให้โมเลกุลของน้ำ สารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ต่างๆ ในร่างกายเสียสมดุล  ทำให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ในร่างกาย ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ  อาจทำให้เซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงหรือกลายพันธุ์  และรังสีแอลฟาจะทำลายเซลล์เม็ดเลือดแดง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ 
                เป็นการเปลี่ยนแปลง ในนิวเคลียสของธาตุ และมีพลังงานเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาจำนวนมหาศาล
ปฏิกิริยาฟิชชัน
               คือ กระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิดแตกออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่า ในการเกิดปฏิกิริยาในแต่ละครั้งจะคายพลังงานออกมาจำนวนมาก และได้ไอโซโทปกัมมันตรังสีหลายชนิด รวมถึงได้นิวตรอน ถ้านิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้ชนกับนิวเคลียสอื่นๆ ก็จะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชันต่อไปเรื่อยๆเรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่

ปฏิกิริยาฟิวชัน
                คือ กรณีที่นิวเคลียสของธาตุเบาสองชนิดหลอมรวมกันเกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ที่มีมวลสูงกว่าเดิม และให้พลังงานปริมาณมาก  การเกิดปฏิกิริยาฟิวชันจะต้องใช้พลังงานเริ่มต้นสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงผลักระหว่างนิวเคลียสที่จะเข้ารวมกัน
 

บทที่3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ(ตำแหน่งของธาตุไฮโดรเจนในตารางธาตุ )

การจัดธาตุให้อยู่ในหมู่ของตารางธาตุจะใช้สมบัติที่คล้ายกันเป็นเกณฑ์

สมบัติ	ธาตุหมู่ IA	ธาตุไฮโรเจน	ธาตุหมู่ VIIA
จำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอน	1	1	7
เลขออกซิเดชันในสารประกอบ	+1	+1และ-1	+1  +3 +5 +7 -1
ค่า IE	382-526	1318	1015-1687
อิเล็กโทรเนกาติวิตี	1.0-0.7	2.1	4.0-2.2
สถานะ	ของแข็ง	แก๊ส	แก๊ส/ของเหลว/ของแข็ง
การนำไฟฟ้า	นำ	ไม่นำ	ไม่นำ

สรุป ธาตุไฮโดรเจนมีสมบัติคล้ายหมู่ VIIA หลายหระการ แต่ไม่สามารถนำธาตุไฮโดรเจนมาจัดในหมู่ VIIA ได้ เพราะ จะทำให้แนวโน้มของสมบัติบางประการของธาตุหมู่VIIA เสียไป ปัจจุบันจึงจัดธาตุไฮโดรเจน อยู่ในคาบที่ 1 อยู่ระหว่างหมู่ IA กับ VIIA  

ธาตุทรานซิชัน 
                ธาตุทรานซิชัน ประกอบด้วยธาตุ หมู่ IB ถึงหมู่ VIIIB รวมทั้งกลุ่มแลนทาไนด์กับกลุ่มแอกทิไนด์ 
1. อยู่ระหว่างหมู่IIA กับหมู่ IIIA เริ่มตั้งแต่คาบ 4 เริ่มที่เลขอะตอม 21 
2.การจัดเรียงอิเล็กตรอนจะต่างจากธาตุโดยทั่วไป คือ จะจัดเรียงอิเล็กตรอนวงนอกสุดก่อน แล้วจัดอิเล็กตรอนวงรองจากวงนอกสุดเป็นวงสุดท้าย3.การดึงอิเล็กตรอนให้หลุดจากอะตอม จะดึงอิเล็กตรอนวงนอกสุดก่อน เช่นเดียวกับธาตุปกติ4.ธาตุทรานซิชัน จะมีเวเลนต์อิเล็กตรอน เป็น 2,1 เท่านั้น  ยกเว้น Cr กับ Cu มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1
5.ธาตุทรานซิชัน จะมีสมบัติเหมือนกันเป็นคาบมากกว่าเป็นหมู่
6.ความหนาแน่นของธาตุทรานซิชันจะสูงมาก และในคาบเดียวกันจะมีความหนาแน่นที่ใกล้เคียงกัน
7.จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของธาตุทรานซิชันจะสูงมาก และสูงมากกว่าหมู่IAและหมู่IIA
8.ค่า IE , EN , E⁰ ของธาตุทรานซิชันจะสูงมากกว่าโลหะโดยทั่วไป9.ขนาดอะตอมของธาตุทรานซิชันที่เรียงตามคาบจากซ้ายไปขวาจะมีขนาดเล็กลง แต่ใกล้เคียงกันมาก เพราะโลหะทรานซิชัน มีความหนาแน่นสูง 10.ธาตุทรานซิชัน มีเลขออกซิเดชันหลายค่า  ยกเว้น Sc กับ Zn มีเลขออกซิเดชันเพียงค่าเดียว

บทที่3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ

สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ

- สมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบ 2 และ 3 

สารประกอบดลอไรด์ คุณสมบัติ	สารประกอบคลอไรด์ของโลหะ	สารประกอบคลอไรด์ของอโลหะ
จุดเดือด	สูง	ต่ำ
จุดหลอมเหลว	สูง	ต่ำ
ความเป็นกรด-เบสของสารละลาย	กลาง ยกเว้นBeCl2 และ NaCl3 ซึ่งป็นกรด	กรด
สารที่ไม่ละลายน้ำ	CCl4  NCl5	-

- สมบัติของสารประกอบออกไซด์ของธาตุในคาบ 2 และ 3

สารประกอบออกไซด์ คุณสมบัติ	สารประกอบออกไซด์ของโลหะ	สารประกอบออกไซด์ของอโลหะ
จุดเดือด	สูง	ต่ำ
จุดหลอมเหลว	สูง	ต่ำ
ความเป็นกรด-เบสของสารละลาย	เบส	กรด
สารที่ไม่ละลายน้ำ	BeO  Al3O3	SiO2

สมบัติของธาตุแต่ละหมู่

ธาตุหมู่ I โลหะอัลคาไลน์ 1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 2. มีเลขออกซิเดชัน +1

3. ทำปฏิกิริยาได้ดีมาก จึงไม่พบโลหะหมู่ I ในธรรมชาติ แต่จะพบในสารประกอบ สารประกอบทุกตัวเป็นพันธะไอออนิก 4. สารประกอบของโลหะหมู่ I ละลายน้ำได้ทุกตัว5. ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ  ได้ด้างและแก๊ส H₂
6. ความหนาแน่นต่ำ ลอยน้ำได้ จุดเดือด จุดหลอมเหลว ไม่สูงนัก  ธาตุหมู่ II โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท

1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 2. มีเลขออกซิเดชัน +2

3.ทำปฏิกิริยาได้ดี พบโลหะหมู่ II ในธรรมชาติและพบในรูปสารประกอบ สารประกอบส่วนใหญ่เป็นพันธะไอออนิก ยกเว้น Be

4. สารประกอบของโลหะหมู่ II ส่วนใหญ่ ละลายน้ำได้ดี แต่จะไม่ละลายน้ำถ้าเป็นสารประกอบของ CO₃^2-    SO₄^2-    PO₄^3- ยกเว้น MgSO₄

5. ทำปฏิกิริยากับน้ำ  ได้ด่างและแก๊ส H₂

ธาตุหมู่ VI ชาลโคเจน 1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6
2. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ตั้งแต่ -2 ถึง+6
3. จุดเดือด จุดหลอมเหลวสูงมากเมื่อเทียบกับหมู่VII  ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบประเภทโครงร่างตาข่าย

ธาตุหมู่ VII เฮโลเจน 1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7
2. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ตั้งแต่ -1 ถึง +7
3. เป็นธาตุหมู่เดียวที่1 โมเลกุล มี 2 อะตอมเรียกว่า Diatomic Molecule
4. พบเป็นธาตุอิสระในธรรมชาติ และพบในรูปของสารประกอบไอออนิกและโคเวเลนต์5. สารประกอบของหมู่ VII ส่วนใหญ่ละลายน้ำได้ดี ยกเว้นเป็นสารประกอบของ  Ag  Hg     Pb

ธาตุหมู่ VIII แก๊สเฉื่อย , แก๊สมีตระกูล , Inert gas , Noble gas1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้น He มีเท่ากับ 2
2. เฉื่อยชาต่อการเกิดปฏิกิริยามาก แต่สามารถสังเคราะห์ได้ 
3. มีค่า IE (Ionization Energy) สูงสุดในตาราง   และ He มีค่า IE สูงที่สุดในตารางธาตุ 4. เป็นธาตุเดียวที่ไม่มีค่า EN 

พันธะเคมี (พันธะโลหะ)

พันธะโลหะ

พันธะโลหะ (Metallic Bond ) คือ แรงดึงดูดระหว่างไออนบวกซึ่งเรียงชิดกันกับอิเล็กตรอนที่อยู่โดยรอบหรือเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดจากอะตอมในก้อนโลหะใช้เวเลนส์อิเล็กตรอนทั้งหมดร่วมกัน อิเล็กตรอนอิสระเกิดขึ้นได้ เพราะโลหะมีวาเลนส์อิเล็กตรอนน้อยและมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำ จึงทำให้เกิดกลุ่มของอิเล็กตรอนและไอออนบวกได้ง่าย

พลังงานไอออไนเซชันของโลหะมีค่าน้อยมาก   แสดงว่าอิเล็กตรอนในระดับนอกสุดของโลหะถูกยึดเหนี่ยวไว้ไม่แน่นหนา   อะตอมเหล่านี้จึงเสียอิเล็กตรอนกลายเป็นไอออนบวกได้ง่าย   เมื่ออะตอมของโลหะมารวมกันเป็นกลุ่ม  ทุกอะตอมจะนำเวเลนซ์อิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกัน   โดยอะตอมของโลหะจะอยู่ในสภาพของไอออนบวก   ส่วนเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดจะอยู่เป็นอิสระ   ไม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ   แต่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ทั่วทั้งก้อนโลหะ   และเนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วมาก   จึงมีสภาพคล้ายกับมีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนปกคลุมก้อนโลหะนี้นอยู่   เรียกว่า ทะเลอิเล็กตรอน โดยมีไอออนบวกฝังอยู่ในกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนซึ่งเป็นลบ   จึงเกิดแรงดึงดูดที่แน่นหนาทั่วไปทุกตำแหน่งภายในก้อนโลหะนั้น ดังภาพ

สมบัติของโลหะ

• เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดี เพราะมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปได้ง่ายทั่วทั้งก้อนของโลหะ   แต่โลหะนำไฟฟ้าได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น   เนื่องจากไอออนบวกมีการสั่นสะเทือนด้วยความถี่และช่วงกว้างที่สูงขึ้นทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไม่สะดวก
• โลหะนำความร้อนได้ดี  เพราะมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้   โดยอิเล็กตรอนซึ่งอยู่ตรงตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูง  จะมีพลังงานจลน์สูง และอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์สูงจะเคลื่อนที่ไปยังส่วนอื่นของโลหะจึงสามารถถ่ายเทความร้อนให้แก่ส่วนอื่น ๆ ของแท่งโลหะที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าได้ 
• โลหะตีแผ่เป็นแผ่นหรือดึงออกเป็นเส้นได้   เพราะไอออนบวกแต่ละไอออนอยู่ในสภาพเหมือนกันๆ กัน   และได้รับแรงดึงดูดจากประจุลบเท่ากันทั้งแท่งโลหะ ไอออนบวกจึงเลื่อนไถลผ่านกันได้โดยไม่หลุดจากกัน   เพราะมีกลุ่มของอิเล็กตรอนทำหน้าที่คอยยึดไอออนบวกเหล่านี้ไว้
• โลหะมีผิวเป็นมันวาว   เพราะกลุ่มของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้โดยอิสระจะรับและกระจายแสงออกมา   จึงทำให้โลหะสามารถสะท้อนแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้
• โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง  เพราะพันธะในโลหะ   เป็นพันธะที่เกิดจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างวาเลนซ์อิเล็กตรอนอิสระทั้งหมดในด้อนโลหะกับไอออนบวกจึงเป็นพันธะที่แข็งแรงมาก