วิชาเคมี ม.4: บทที่ 3 สมบัติของธาตุและสารประกอบ

บทที่ 3

สมบัติของธาตุและสารประกอบ

สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ

- สมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบ 2 และ 3

- สมบัติของสารประกอบออกไซด์ของธาตุในคาบ 2 และ 3

ธาตุหมู่ I โลหะอัลคาไลน์

1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ

2. มีเลขออกซิเดชัน +1

3. ทำปฏิกิริยาได้ดีมาก จึงไม่พบโลหะหมู่ I ในธรรมชาติ แต่จะพบในสารประกอบ สารประกอบทุกตัวเป็นพันธะไอออนิก

4. สารประกอบของโลหะหมู่ I ละลายน้ำได้ทุกตัว

5. 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 CO32- SO42- PO43-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 gas

1. มีเวเลนส์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้น He มีเท่ากับ 2

2. เฉื่อยชาต่อการเกิดปฏิกิริยามาก แต่สามารถสังเคราะห์ได้

3. มีค่า IE (Ionization Energy) สูงสุดในตาราง และ He มีค่า IE สูงที่สุดในตารางธาตุ

4. เป็นธาตุเดียวที่ไม่มีค่า EN

ตำแหน่งของธาตุไฮโดรเจนในตารางธาตุ

การจัดธาตุให้อยู่ในหมู่ของตารางธาตุจะใช้สมบัติที่คล้ายกันเป็นเกณฑ์

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 แล้วจัดอิเล็กตรอนวงรองจากวงนอกสุดเป็นวงสุดท้าย

3.การดึงอิเล็กตรอนให้หลุดจากอะตอม จะดึงอิเล็กตรอนวงนอกสุดก่อน เช่นเดียวกับธาตุปกติ

4.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 ของธาตุทรานซิชันจะสูงมากกว่าโลหะโดยทั่วไป

9.ขนาดอะตอมของธาตุทรานซิชันที่เรียงตามคาบจากซ้ายไปขวาจะมีขนาดเล็กลง แต่ใกล้เคียงกันมาก เพราะโลหะทรานซิชัน มีความหนาแน่นสูง

10.ธาตุทรานซิชัน มีเลขออกซิเดชันหลายค่า ยกเว้น Sc กับ Zn มีเลขออกซิเดชันเพียงค่าเดียว

สารประกอบของธาตุทรานซิชัน

1.การเกิดสี

1.สีของธาตุทรานซิชันจะเปลี่ยนเมื่อเลขออกซิเดชันเปลี่ยน เช่น Si

2.สีจะเปลี่ยนถ้าสารหรือไอออนต่างชนิดกันมาล้อมรอบ เช่นCuSO4.5H2O สีฟ้า และ Cu(NH3)4SO4 สีคราม

3.สีเปลี่ยนเพราะจำนวนสารที่มาเกาะไม่เท่ากัน เช่น CrO42-สีเหลือง และ Cr2O72-

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 ทั้งสารประกอบไอออนิกและสารประกอบโควาเลนต์

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 ตรวจวัดรังสีที่ใบของพืชปรับปรุงเมล็ดพันธุ์พืช

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