<< PREVIOUS          NEXT >>

สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ

 

จากการศึกษาการจัดเรียงธาตุในตารางธาตุ  ช่วยให้ทราบว่าตารางธาตุในปัจจุบันจัดเป็นหมู่และคาบโดยอาศัยสมบัติบางประการที่คล้ายกัน  สมบัติของธาตุตามหมู่และคาบได้แก่  ขนาดอะตอม  รัศมีไอออน  พลังงานไอออไนเซชัน  อิเล็กโทรเนกาติวิตี  สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน  จุดหลอมเหลวและจุดเดือด  และเลขออกซิเดชัน  จะมีแนวโน้มแปรเปลี่ยนไปตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น  ซึ่งเรียกว่า “สมบัติตามตารางธาตุ” (periodic properties)

 

1. ขนาดอะตอม  
 

จากการศึกษาโครงสร้างอะตอมตามทฤษฎีของโบร์ (Bohr Theory) อิเล็กตรอนในอะตอมจะมีระดับพลังงานได้หลายค่า และเมื่ออิเล็กตรอนอยู่ห่างนิวเคลียสมากก็จะยิ่งมีพลังงานสูง ดังนั้นขนาดของอะตอมจะเล็กหรือใหญ่จึงขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดว่าอยู่ในระดับพลังงานใด และขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ซึ่งจะมีความสัมพันธ์กับหมู่และคาบของธาตุในตารางธาตุด้วย เมื่อจะศึกษาแนวโน้มของขนาดอะตอมจึงต้องพิจารณาแนวโน้มของขนาดอะตอมตามหมู่และตามคาบ เนื่องจากแนวโน้มนี้จะแปรเปลี่ยนไปตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้นและจำนวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน

การวัดขนาดที่แน่นอนของอะตอมเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก เพราะการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอมตามแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกนั้นบอกไม่ได้ว่าสิ้นสุดตรงไหนเพียงแต่คาดว่าเมื่อไกลนิวเคลียสออกไปมาก ๆ โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนมีน้อยจนเกือบเป็นศูนย์ และการที่จะแยกอะตอมออกมาเพียงอะตอมเดียวเพื่อวัดขนาดให้แน่นอนก็ทำไม่ได้เพราะอะตอมมีขนาดเล็กมาก นักเคมีมีวิธีที่จะบอกขนาดของอะตอมได้เมื่ออะตอมรวมกันเกิดเป็นโมเลกุล โดยกำหนดให้อะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลม การบอกขนาดอะตอมจึงบอกเป็นรัศมีอะตอม (Atomic radius) รัศมีอะตอมมี 3 แบบ คือรัศมีโคเวเลนต์ รัศมีแวนเดอร์วาลส์ และรัศมีไอออน


Back to Top

 

  1.1  รัศมีโคเวเลนต์ (Covalent radius)


โมเลกุล H2

หาได้จากระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมหนึ่งกับอิเล็กตรอนที่ใช่ร่วมกันในการเกิดพันธะโคเวเลนต์ของอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน ในการวัดรัศมีโคเวเลนต์จะวัดระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของ 2 อะตอมที่เกิดพันธะโคเวเลนต์ แล้วนำค่าที่ได้มาหารด้วย 2 ก็จะเป็นรัศมีโคเวเลนต์ เช่น ระยะระหว่างนิวเคลียสของ H 2 อะตอมในโมเลกุล H2 เท่ากับ 74 พิโกเมตร (pm) ะได้ว่า

            ความยาวพันธะ H–H         =             74           pm

            รัศมีโคเวเลนต์ของ H         =                      pm

                                                =             37           pm

Back to Top

 


โมเลกุล  Cl2


โมเลกุล CCl4


โมเลกุล NH3

 

ในโมเลกุลของคลอรีน (Cl2 ) ความยาวพันธะของ Cl–Cl เท่ากับ 198 พิโกเมตร (pm) ดังนั้น

            ความยาวพันธะ Cl–Cl       =             198         pm

            รัศมีโคเวเลนต์ของ Cl        =                    pm

                                                =             99           pm

สำหรับโมเลกุลโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมต่างชนิดกัน สามารถหารัศมีโคเวเลนต์ของอะตอมชนิดหนึ่งได้ถ้าทราบรัศมีโคเวเลนต์ของอีกอะตอมหนึ่ง และทราบระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองหรือความยาวพันธะ เช่น ถ้าต้องการหารัศมีโคเวเลนต์ของ C ใน CCl4 ามารถหาได้เมื่อทราบรัศมีโคเวเลนต์ของ Cl และทราบความยาวพันธะ C–Cl ดังนี้

            ความยาวพันธะ C–Cl        =             176         pm

            รัศมีอะตอมของ Cl           =             99           pm

            รัศมีโคเวเลนต์ของ C        =             176 – 99  pm

                                               =             77           pm

Back to Top

 

1.2  รัศมีแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals radius)

คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด การวัดรัศมีแวนเดอร์วาลส์ทำโดยวัดระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่สัมผัสกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์แล้วหาร 2 อะตอมที่มาสัมผัสกันต้องเป็นอะตอมชนิดเดียวกันจึงจะหารด้วย 2 ได้ เช่น  รัศมีอะตอมของ Kr  หรือหาจากโมเลกุลโคเวเลนต์ 2 โมเลกุลที่มาสัมผัสกัน เช่น  โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจน 2 โมเลกุล

 

 

 

 

 

1.3  รัศมีโลหะ (Metalic radius)

มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะห่างระหว่างอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด  เช่น  ธาตุแมกนีเซียม  มีระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอม 2 อะตอมอยู่ใกล้กันมากที่สุดเท่ากับ 320 pm   รัศมีอะตอมของโลหะ Mg =  = 160 pm

การศึกษารัศมีอะตอมของธาตุ  ทำให้ทราบขนาดอะตอมของธาตุ  และสามารถเปรียบเทียบขนาดอะตอมของธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันหรือในหมู่เดียวกันได้

 

Back to Top

 

แนวโน้มขนาดอะตอมตามหมู่และตามคาบ

 เมื่อพิจารณาแนวโน้มของขนาดอะตอม มีแนวโน้มดังนี้

1.  เมื่อพิจารณาตามคาบ ธาตุในคาบเดียวกันมีขนาดอะตอมลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น เช่น ในคาบที่ 3 ขนาดอะตอม Na > Mg > Al > Si > P > S > Cl เป็นต้น ทั้งนี้เพราะธาตุในคาบเดียวกันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานเดียวกันแต่มีจำนวนโปตอนในนิวเคลียสต่างกัน ธาตุที่มีโปรตอนมากกว่าจะดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้แรงกว่าจึงทำให้ขนาดอะตอมเล็กกว่า นั่นคือขนาดอะตอมจะลดลงจากซ้ายไปขวา

2.  เมื่อพิจารณาตามหมู่ ธาตุในหมู่เดียวกันมีขนาดอะตอมเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอม เช่น ในหมู่ IA ขนาดอะตอม Li < Na < K < Rb < Cs <Rb ทั้งนี้เพราะธาตุในหมู่เดียวกันแม้จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเพิ่มขึ้น แต่แรงดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนมีน้อยเนื่องจากจำนวนระดับพลังงานที่มีอิเล็กตรอนอยู่เพิ่มขึ้น จึงเป็นเสมือนฉากกั้นแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนในนิวเคลียสกับ เวเลนซ์อิเล็กตรอน มีผลทำให้ขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นตามเลขอะตอม แสดงว่าในกรณีนี้การเพิ่มระดับพลังงานมีผลมากกว่าการเพิ่มจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส

สำหรับธาตุในคาบที่ 4 คาบที่ 5 และคาบที่ 6 พบว่าขนาดอะตอมไม่เป็นไปตามแนวโน้มที่ต่อเนื่องกัน

 

REF: http://www.camsoft.co.kr/CrystalMaker/support/tutorials/crystalmaker/AtomicRadii.htm

 

<< PREVIOUS          NEXT >>




Copyright © 2012 PROMMANUSORN : Online Learning
บทเรียนออนไลน์นี้จัดทำโดย ครูจุฑามาศ วงษ์สวาท โรงเรียนพรหมานุสรณ์จังหวัดเพชรบุรี
อำเภอเมือง  จังหวัดเพชรบุรี 76000
[jutamas.toi@gmail.com].
Last updated: 24/04/2013 16:51:43 +0700.
Hit Counter