สมบัติของธาตุ

0 ชื่อ……………………………….…………….เลขที่………………….

1 สมบัติของธาตุ ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก ตารางธาตุ ที่ใช้ในปัจจุบันมีลักษณะดังนี้ ลักษณะของตารางธาตุ 1. จัดเรียงตามเลขอะตอมที่เพิ่งขึ้นจากซ้ายไปขวา แนวนอนเรียกว่า “คาบ” และแนวตั้งเรียกว่า “หมู่” 2. ตารางธาตุมีทั้งหมด 18 แถว โดยแบ่งเป็นหมู่ย่อย A (หมู่ I A-VIIIA) และหมู่ย่อย B (หมู่ I B-VIIIB) 3. ธาตุในหมู่ย่อย A เรียกว่า ธาตุเรพรีเซนเททีฟ ส่วนหมู่ B เรียกว่า ธาตุทรานซิชัน (รวมสองแถวด้าน ล่วงด้วย) 4. ธาตุโลหะ คือ ธาตุที่อยู่ด้านซ้ายของขั้นบันใด ธาตุอโลหะคือ ธาตุที่อยู่ด้านขวาของขั้นบันไดและธาตุกึ่ง โลหะหรือเมทัลลอยด์คือ ธาตุที่อยู่ติดกับขั้นบันไดทั้งด้านซ้ายและด้านขวา ( B, Si, Ge, As, Te, Po และ At) 5. ธาตุ H ไม่ได้อยู่ในหมู่ใดๆ เพราะมีสมบัติบางอย่างคล้ายทั้งหมู่ IA และ VIIA 6. หมู่ IA เรียกว่า โลหะแอลคาไล 7. หมู่ IIA เรียกว่า โลหะแลคาไลเอิร์ท 8. หมู่ VIA เรียกว่า ชาลโคเจน 9. หมู่ VIIA เรียกว่า แฮโลเจน 10. หมู่ VIIIA เรียกว่า แก๊สเฉื่อยหรือแก๊สมีตระกูล 11. ปัจจุบันได้มีการค้นพบธาตุสังเคราะห์ใหม่คือธาตุที่มีเลขอะตอม 113 115 117 และ 118ทำให้ธาตุใน คาบที่ 7 ของตารางธาตุถูกบรรจุครบทั้งคาบแล้ว

2 สมบัติของธาตุตามหมู่

3 ประโยชน์ของก๊าซเฉื่อย 1. ก๊าซฮีเลียม (He) เป็นก๊าซที่มีมวลโลเลกุลน้อยไม่ติดไฟ จึงใช้บรรจุบอลลูนแทนก๊าซแก๊สไฮโดรเจน และใช้ผสมกับ ก๊าซออกซิเจนในอัตราส่วน 4 ต่อ 1 โดยปริมาตร เพื่อใช้ในการหายใจสำหรับผู้ที่ลงไปทำงานในทะเลลึก 2. ก๊าซอาร์กอน (Ar) ใช้เป็นก๊าซบรรจุในหลอดไฟฟ้าเพื่อให้ไส้หลอดมีอายุการใช้งานนานมากขึ้นใช้บรรจุในหลอดไฟ โฆษณาเพื่อให้แสงมีสีม่วงน้ำเงิน และใช้ในอุตสาหกรรมการเชื่อมโลหะ 3. ก๊าซนีออน (Ne) ใช้บรรจุในหลอดไฟโฆษณาให้แสงไฟสีแดงส้ม 4. ก๊าซคริปทอน (Kr) ใช้ในหลอดไฟแฟลซสำหรับการถ่ายรูปด้วยความเร็วสูง 5. ก๊าซเรดอน (Rn) ใช้รักษาโรคมะเร็ง 6. ก๊าซซีนอน (Xe) เป็นก๊าซที่ช่วยให้สลบ มีราคาแพงมาก 7. ในปัจจุบันมีการนำก๊าซเฉื่อยบางชนิด เช่น Ar และ Kr บรรจุในหลอดผลิตแสงเลเซอร์เพื่อใช้เป็นตัวกลางทำให้ เลเซอร์มีความถี่ต่าง ๆ กันได้ 8. ก๊าซเฉื่อยใช้บรรจุหลอดไฟโฆษณาโดยใช้ความดันต่ำ เมื่อผ่านกระแสไฟศักย์สูงจะได้แสงสีต่าง ๆ เช่น He ให้แสง สีชมพู – ม่วง, Ne ให้แสงสีแดง – ส้ม, Ar ให้แสงสีม่วง – น้ำเงิน, Kr ให้แสงสีม่วงอ่อน, Xe ให้แสงสีน้ำเงิน – เขียว เป็นต้น 9. สามารถแยกก๊าซเฉื่อยออกจากอากาศด้วยวิธีกลั่นลำดับส่วนโดยการวัดอากาศภายใต้ความดันสูงๆ และลด อุณหภูมิให้ต่ำจนกลายเป็นอากาศเหลว แล้วทำให้อากาศเหลวร้อนขึ้นอย่างช้าๆ ก๊าซต่าง ๆ จะแยกออกมาตามลำดับจุดเดือด

4 2.5 ธาตุแทรนซิชัน ธาตุทรานซิชัน เป็นธาตุที่มี ตำแหน่งอยู่ระหว่างหมู่ IA และ IIA ประกอบด้วยธาตุหมู่ IB ถึงหมู่ VIIIB รวมทั้งกลุ่ม แลนทาไนด์กับกลุ่มแอกทิไนด์ ดังรูป 1. ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า จึงทำให้ธาตุแทรนซิชันสามารถเกิดสารประกอบได้ มากมายหลายชนิด Ti : +4 +3 +2 V : +5 +4 +3 +2 Mn : +7 +6 +4 +3 +2 Co : +3 +2 2. สารประกอบไอออนของธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่จะมีสีต่างกันขึ้นอยู่กับ - ชนิดของธาตุแทรนซิชัน - เลขออกซิเดชัน - ชนิดและจำนวนของสารที่รวมตัวกับธาตุแทรนซิชัน - สีที่เห็นนั้นเนื่องจากอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชัน สามารถดูดแสงในช่วงที่มีมองเห็นได้ คลื่นแสงที่ไม่ ดูดกลืนก็คือ สีของสารประกอบหรือของไอออนนั้น สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน โลหะแทรนซิชันมีโครงสร้างทางอิเล็กตรอนที่แตกต่างไปจากโลหะ หมู่ IA และหมู่ IIA คือสามารถ รวมกับไอออน หรือหมู่ไอออน โมเลกุลหรือสารบางชนิดที่มีอิเล็กตรอนคู่ว่างอยู่ จึงเกิดเป็นสารประกอบโคเว เลนต์ที่เรียกว่า สารประกอบโคออดิเนชันหรือสารเชินซ้อน (Complex Compoud) สมบัติทั่วไปของธาตุแทรนซิชัน

5 แบบฝึกหัด สมบัติของธาตุตามหมู่ 1. ให้นักเรียนทำนายสมบัติต่อไปนี้ของธาตุ x ซึ่งมีเลขอะตอม 53 (1) ธาตุ x ควรอยู่หมู่ใดและคาบใดในตารางธาตุ ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… (2) ธาตุ x ควรจัดเป็นโลหะหรืออโลหะ ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… (3) ธาตุ x ควรมีสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมีอย่างไร ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. ธาตุ A ทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิห้องได้ไฮดรอกไซด์กับแก๊สไฮโดรเจน ดังสมการเคมี 2A(s) + 2H2O(l) 2AOH (aq) + H2 (g) ธาตุ A ควรอยู่หมู่ใดของตารางธาตุ ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. โลหะแทรนซิชัน มีเลขออกซิเดชันหลายค่า แค่โลหะ หมู่ IA และหมู่ IIA มีเลขออกซิเดชันเพียงค่าเดียว เพราะอะไร ตอบ 4. สารประกอบต่อไปนี้ NaCl, Al2O3 , MnO2 , CrO4 2- , Na2CoCl4 สารประกอบใดบ้างที่มีสี ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. ธาตุที่มีองค์ประกอบแบบ atomic molecule คือธาตุหมู่ใด และมีชื่อเรียกว่าอย่างไร ตอบ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6 สมบัติของธาตุตามคาบ สารประกอบคลอไรด์ สารประกอบคลอไรด์ของโลหะ สารประกอบคลอไรด์ของอโลหะ 1. สมบัติเป็นกลาง สมบัติเป็นกรด 2. pH =7 pH < 7 3. ไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัส เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง 4. จุดเดือด จุดหลอมเหลว สูง จุดเดือด จุดหลอมเหลว ต่ำ ยกเว้น Cl2O7 เพราะ มีมวลโมเลกุลสูง สารประกอบคลอไรด์ ที่ไม่ละลายน้ำได้แก่ CCl4 NCl3 สารประกอบออกไซด์ สารประกอบออกไซด์ของโลหะ สารประกอบออกไซด์ของอโลหะ 1. สมบัติเป็นเบส สมบัติเป็นกรด 2. pH > 7 pH < 7 3. เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง 4. จุดเดือด จุดหลอมเหลว สูง จุดเดือด จุดหลอมเหลว ต่ำ ยกเว้น N2O5 , P2O5 , Cl2O7 เพราะมีมวลโมเลกุลสูง สรุปสมบัติคลอไรด์และออกไซด์ สารประกอบ โลหะ อโลหะ สารที่ไม่ละลายน้ำ คลอไรด์ ออกไซด์ สารแอมโฟเทอริก (Amphoteric) คือ สารที่มีสมบัติเป็นได้ทั้งกรดและเบส

7 แบบฝึกหัด สมบัติของธาตุตามคาบ 1. สารประกอบคลอไรด์ต่อไปนี้ NaCl, MgCl2 , AlCl3 , SiCl4 , PCl3 , SCl2 , Cl2 เมื่อละลายในน้ำแล้ว สารละลายคลอไรด์ชนิดใดมีสมบัติเป็นกลาง ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2. สารประกอบออกไซด์ของอโลหะเมื่อละลายน้ำจะมีสมบัติเป็นอย่างไร ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. กำหนดสารประกอบออกไซด์ให้ดังต่อไปนี้ SO2 , CO2 , MgO, N2O, SiO2 และ Al2O3 (1) ออกไซด์ชนิดใดเป็นกรดมากที่สุด ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………… (2) ออกไซด์ชนิดใดเป็น เบส มากที่สุด ตอบ…………………………………………………………………………………………………………………………………………… (3) ออกไซด์ชนิดใดเป็นได้ทั้งกรดและเบส ตอบ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

8 ธาตุกัมมันตรังสี ธาตุกัมมันตรังสี(radioactive element) หมายถึง ธาตุที่ปล่อยกัมมันตรังสีออกมาได้อย่าง ต่อเนื่องตลอดเวลา พบในธรรมชาติเช่น โคบอลต์-60 (Co – 60) ไอโอดีน-131 (I – 131) ยูเรเนียม-235 (U - 235) เรเดียม-226 (Ra - 226) เป็นต้น ส่วนธาตุกัมมันตรังสีที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นได้แก่ โซเดียม-24 (Na-24) เป็นต้น กัมมันตภาพรังสี(radioactivity) หมายถึง รังสีที่ออกมาจากภายในของธาตุกัมมันตรังสี กัมมันตภาพรังสีมี3 ชนิด แต่ละชนิดมีพลังงานแตกต่างกัน ดังตารางที่1 ชนิดและสมบัติของกัมมันตรังสี กัมมันตรังสี สัญลักษณ์ ประจุไฟฟ้า สมบัติ แอลฟา α หรือ 4 2He +2 1. มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำ 2. ไม่สามารถผ่านแผ่นกระดาษบาง ๆ ได้ 3. มีความเร็วประมาณ 1.4-2.4 x109 m/s 4. หักเหในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (เบน เข้าหาขั้วลบ) บีตา หรือ 0 -1e -1 1. มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟา 2. ผ่านกระดาษบาง ๆ และแผ่นอลูมิเนียม หนา 1 มิลลิเมตรได้ 3. มีความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง 4. หักเหในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (เบน เข้าหาขั้วบวก) แกมมา 0 1. มีอำนาจทะลุทะลวงสูง 2. เป็นกลางทางไฟฟ้า ไม่มีประจุ 3. มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง (3 x 108 m/s) 4. ไม่มีมวล และไม่หักเหหรือเบี่ยงเบน ใน สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก การทะลุผ่านของรังสีแอลฟา (α) บีตา() และแกมมา ()

9 ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นปฏิกิริยาที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอม แล้วได้นิวเคลียสของธาตุใหม่เกิดขึ้น และให้พลังงานจำนวนมหาศาล แบ่งออกได้ 2 ประเภท ▪ ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) คือ กระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิด แตกตัวออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่า ▪ ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fussion reaction) คือ การรวมตัวของไอโซโทปที่มีมวลอะตอมต่ำ ทำให้ เกิดไอโซโทปใหม่ที่มีมวลมากขึ้นกว่าเดิม และพลังงานจำนวนมหาศาล และโดยทั่วไปจะให้ พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิสชัน ข้อแตกต่างของปฏิกิริยาฟิวชันและฟิสชัน ข้อแตกต่าง ฟิสชัน ฟิวชัน ปฏิกิริยา โมเลกุลใหญ่แตกเป็นโมเลกุลเล็ก โมเลกุลเล็กรวมเป็นโมเลกุลใหญ่ การควบคุม สามารถควบคุมได้ ควบคุมไม่ได้ รังสีตกค้าง มีรังสีตกค้าง ไม่มีรังสีตกค้าง การนำธาตุไปใช้ประโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต ธาตุกัมมันตรังสี ประโยชน์ โซเดียม-24 (Na-24) ตรวจสอบระบบการไหลเวียนของเลือด คาร์บอน-14 (C-14) ใช้คำนวณหาอายุซากพืช ซากสัตว์ดึกดาบรรพ์วัตถุโบราณ ศึกษาการ สังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ไอโอดีน-131 (I-131) ตรวจสอบความผิดปกติของต่อมไทรอยด์คอพอก โคบอลต์-60 (Co-60) รักษาโรคมะเร็ง ถนอมอาหาร ยืดอายุผลไม้ช่วยยับยั้งจุลินทรีย์และทาลาย แมลง ยูเรเนียม-235 (U-235) พลูโทเนียม-239 (Pu-239) เป็นวัตถุดิบในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ฟอสฟอรัส-32 (P-32) ใช้ศึกษาการดูดซึมของปุ๋ยพืช เทคนิเซียม-99 (Tc-99) ตรวจต่อมไทรอยด์ทางเดินน้าดีไต ต่อมน้าเหลือง

10 สมการนิวเคลียร์ สมการที่แสดงปฏิกิริยานิวเคลียร์ สมการต้องดุลด้วย ซึ่งการดุลสมการนั้น ต้องดุลทั้งเลขมวลและเลข อะตอมทั้งด้านซ้าย และขวาของสมการเคมีให้เท่ากัน กล่าวคือผลบวกของเลขมวล และเลขอะตอมของสารตั้ง ต้นเท่ากับของผลิตภัณฑ์ แบบฝึกหัด ธาตุกัมมันตรังสี ให้นักเรียนเติมอะตอมที่เกี่ยวข้องกับการสลายให้รังสีต่อไปนี้ลงในช่องว่าง 1) 241 95Am + 2He 4 2) 80Hg 200 + 2He 4 3) 82Pb 210 + 2He 4 4) 19 39 + 5) 79Au 195 + −1 0 6) Cl 17 35 + 16S 35 + 1H 1

11 ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี ครึ่งชีวิต ครึ่งชีวิต (half life) ของธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือ เพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ใช้สัญลักษณ์ t1 2 ตัวอย่าง การสลายของธาตุกัมมันตรังสี เช่น ไอโอดีน-131 มีครึ่งชีวิต 8 วัน หมายถึง ถ้าเริ่มต้นมี ไอโอดีน-131 20 กรัม เมื่อเวลาผ่านไป 8 วัน จะเหลือเพียง 10 กรัม เมื่อเวลาผ่านไปอีก 8 วันจะเหลือเพียง 5 กรัม และจะเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ นั่นคือ เมื่อเวลาผ่านไปทุกๆ 8 วัน ไอโอดีน-131 จะสลายไปเหลือครึ่งหนึ่ง ของปริมาณเดิม ดังแผนภาพ สูตรการหาครึ่งชีวิตของธาตุ N เหลือ = Nเริ่มต้น 2 n หรือ N เหลือ = Nเริ่มต้น 2 T t1/2 T = nt1/2 โดยกำหนดให้ N เหลือ= กัมมันตรังสีที่เหลือ T = จำนวนเวลาที่ธาตุสลายตัว N เริ่มต้น = กัมมันตรังสีเริ่มต้น n = จำนวนครั้งในการลายตัวของครึ่งชีวิต ตัวอย่างการคำนวณ Na-23 มีครึ่งชีวิต 8 ชั่วโมง จะต้องทิ้งไว้ 10 กรัม นานกี่ชั่วโมง จึงจะมี Na-23 เหลือจำนวน 2.5 กรัม วิธีทำ โจทย์กำหนด t1/2 = 8 ชั่วโมง , N เริ่มต้น = 10 g , N เหลือ = 2.5 g, หา T = ? จากสูตร N เหลือ = Nเริ่มต้น 2 T t1/2 แทนค่า 2.5 = 10 2 T 8 2 T 8 = 10 2.5 2 T 8 = 4 2 T 8 = 2 2 T 8 = 2 ∴ T = 2×8 =16

12 ตอบ ต้องใช้เวลาทั้งหมด 16 ชั่วโมง แบบฝึกหัด ครึ่งชีวิต 1. สารกัมมันตรังสี 40 กรัม เมื่อทิ้งไว้ 60 วัน จะมีสารเหลืออยู่ 1.25 กรัม ครึ่งชีวิตของสารนี้มีค่าเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2. ทิ้งไอโซโทปกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งจำนวน 20 กรัม เป็นเวลา 1 เดือน พบว่ามีไอโซโทปเหลืออยู่ 2.5 กรัม อยากทราบว่าสารนี้มีครึ่งชีวิตเท่าไหร่ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3. จากการทดลองพบว่าเมื่อเวลาผ่านไป 120 วัน จะมีซีเซียม-137 เหลืออยู่ 300g ถ้าครึ่งชีวิตของซีเซียม 137 เท่ากับ 30 วัน จงหาว่าเมื่อเริ่มต้นมีซีเซียม 137 อยู่เท่าใด ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

13 มีประจุบวก (+) หรือประจุ (-) อยู่ มุมบนขวา เลขออกซิเดชัน 1) ธาตุอิสระทุกชนิดที่อยู่ในรูปอะตอมหรือโมเลกุลมีเลขออกซิเดชันเท่ากับศูนย์ เช่น Ca Na He และ O2 เป็นต้น 2) O ทั่วไปมี ON = -2 3) H มี ON = +1 4) หมู่ 7A มีค่า = -1 5) หมู่ 1A มี ON = +1 2A มี ON = +2 3A มี ON = +3 6) ผลรวมค่า ON ของสารประกอบเท่ากับศูนย์เช่น KMnO4 , H2SO4 , HClO3 7) ผลรวมค่า ON ของสารประกอบไอออน เท่ากับประจุนั้นๆ เช่น SO4 2- ผลรวมค่า ON = -2 PO4 3- ผลรวมค่า ON = -3 NH4 + ผลรวมค่า ON = + สรุปเรื่องเลขออกซิเดชัน 1. ธาตุที่เป็นธาตุอิสระ เช่น O2 , Cl2 , Cu , ....... , ......... มีON เท่ากับ.......... 2.ผลรวม ON ของธาตุที่เป็นสารประกอบ (ไม่ใช่ธาตุใดธาตุหนึ่ง) เช่น KMnO4 , H2SO4 มีON เท่ากับ.......... 3. ผลรวม ON ของสารประกอบไอออนต่อไปนี้ PO4 3― มี ON = ………. ClO2 ― มี ON =……….. SO4 2- มี ON = ……….. ตัวอย่าง H2S KMnO4 MnO4 - Cr2O7 2- คือ ค่าประจุของธาตุแต่ละ อะตอมในโมเลกุล

14 แบบฝึกหัด 1) จงหาเลขออกซิเดชันของธาตุ S จากสารประกอบหรือไอออนต่อไปนี้พร้อมแสดงวิธีทำ ………………. 1. MgS …………………………………………. …………………………………….. ดังนั้นเลขออกซิเดชัน ของธาตุS คือ……………….. 2. SCl2 …………………………………………. …………………………………….. ดังนั้นเลขออกซิเดชัน ของธาตุS คือ……………….. 3. SO2 …………………………………………. …………………………………….. ดังนั้นเลขออกซิเดชัน ของธาตุS คือ……………….. 4. H2SO4 …………………………………………. …………………………………….. ดังนั้นเลขออกซิเดชัน ของธาตุS คือ……………….. 5. K2SO4 …………………………………………. …………………………………….. ดังนั้นเลขออกซิเดชัน ของธาตุS คือ……………….. 6. SO4 2- …………………………………………. …………………………………….. ดังนั้นเลขออกซิเดชัน ของธาตุS คือ……………….. 2) เลขออกซิเดชันของธาตุ Cr ใน Na2CrO4 มีค่าเท่าใด ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3) เลขออกซิเดชันของธาตุ P ใน H3PO4 มีค่าเท่าใด ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

15