สมบัติของธาตุและสารประกอบ
ปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู่
หมู่ 1A 2M(s) + 2H2O
(l) → 2M+(aq)
+ 2OH-(aq) + H2(g)
เช่น 2Na(s) + (2H2O
l) → 2Na+(aq)
+ 2OH-(aq) + H2(g)
• โลหะหมู่ IA และ IIA ทำปฏิกิริยากับน้ำได้สารละลายเบสและก๊าซไฮโดรเจน โดยโลหะหมู่ IA จะเกิดปฏิริยากับน้ำได้ดังสมการ
2Na(s) + 2H2O(l) ® 2NaOH(aq) + H2(g)
• โลหะหมู่ IIA จะทำปฏิริยากับน้ำร้อนได้ดีกว่าน้ำเย็น
Mg(s) + 2H2O(l) ® Mg(OH)2(aq) + H2(g)
**
สรุปความว่องไวในการทำปฏิกิริยากับน้ำได้ดังนี้ ธาตุหมู่ IA > หมู่ IIA > หมู่ IIIA
การละลายน้ำของสารประกอบธาตุหมู่ IA และ IIA
สารประกอบ
|
ธาตุ
|
ตัวอย่างสารประกอบ
|
||
หมู่ IA
|
หมู่ IIA
|
หมู่ IA
|
หมู่ IIA
|
|
คลอไรด์
|
Ö
|
Ö
|
LiCl
, NaCl
|
MgCl2 ,
CaCl2 , BaCl2
|
ไนเตรต
|
Ö
|
Ö
|
LiNO3 , KNO3
|
Ca(NO3)2 ,
Ba(NO3)2
|
ซัลเฟต
|
Ö
|
´ ยกเว้น MgSO4
|
Na2SO4 , K2SO4
|
CaSO4 ,
BaSO4
|
คาร์บอเนต
|
Ö
|
´
|
Li2CO3 ,
Na2CO3
|
MgCO3 ,
CaCO3
|
ไฮโดรเจนฟอสเฟต
|
Ö
|
´
|
Na2HPO4 ,
K2HPO4
|
MgHPO4 ,
BaHPO4
|
สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ
1.ความเป็นกรดของสารประกอบเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา
2.
ความเป็นเบสของสารประกอบเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง
3. ธาตุหมู่ IA IIA และ IIIA เมื่อเกิดเป็นสารประกอบจะมีออกซิเดชันได้เพียงค่าเดียว คือ +1 +2 และ +3 ตามลำดับ
4. ธาตุหมู่ IVA VA และ VIIA เมื่อเกิดเป็นสารประกอบจะมีออกซิเดชันได้หลายค่า
5.
สารประกอบคลอไรด์ของธาตุหมู่ IA IIA มีสมบัติเป็นกลาง ยกเว้น BeCl2 มีสมบัติเป็นกรด ส่วนสาร
ประกอบคลอไรด์ของธาตุหมู่ IIIA ถึง VIIA มีสมบัติเป็นกรด
6.
สารประกอบคลอไรด์ที่ไม่ละลายน้ำได้แก่ CCl4 , NCl3
7. เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาของสารประกอบคลอไรด์กับน้ำได้ดังนี้
PCl5 + 4H2O ® H3PO4 + 5HCl
SiCl4 + 2H2O ® SiO2 + 4HCl
สมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุตามคาบ
1.
สารประกอบคลอไรด์ของธาตุหมู่ IA IIA มีสมบัติเป็นกลาง ยกเว้น BeCl2 มีสมบัติเป็นกรด ส่วนสาร
ประกอบคลอไรด์ของธาตุหมู่ IIIA ถึง VIIA มีสมบัติเป็นกรด
2.
สารประกอบคลอไรด์ที่ไม่ละลายน้ำได้แก่ CCl4 ,
NCl3
3. เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาของสารประกอบคลอไรด์กับน้ำได้ดังนี้
PCl5 + 4H2O ® H3PO4 + 5HCl
SiCl4 + 2H2O ® SiO2 + 4HCl
สารประกอบคลอไรด์ที่ควรรู้จัก
• CaCl2 ใช้ในเครื่องทำความเย็นในอุตสาหกรรมห้องเย็น
ใช้ทำฝนเทียม
• KCl ใช้ทำปุ๋ย
• NH4Cl ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ของเซลล์ถ่านไฟฉาย
ใช้เป็นน้ำประสานดีบุก
• DDT และดีลดริน ใช้เป็นยาฆ่าแมลง กำจัดศัตรูพืช
• เกลือแกง ใช้ปรุงแต่งอาหาร ถนอมอาหาร และใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต NaHCO3 (โซดาทำ
ขนม) Na2CO3 (โซดาแอช) NaOH (โซดาไฟ) และ HCl นอกจากนี้ยังใช้ละลายน้ำแข็งในหิมะ
จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบของธาตุตามคาบ
* แนวโน้มจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบที่
2 และคาบที่ 3 จะลดลงจากซ้ายไปขวา เพราะคลอไรด์ของโลหะเป็นสารประกอบไอออนิก ส่วนคลอไรด์ของอโลหะสารประกอบโคเวเลนต์
*
จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบออกไซด์ของโลหะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงเพราะสารประกอบเหล่านี้เป็นสารประกอบไอออนิก
มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบเกิดขึ้นต่อเนื่องกันทั่วทั้งสาร ส่วนสารประกอบออกไซด์ของอโลหะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ
เพราะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเหล่านี้คือแรงแวนเดอร์วาส์ล การทำให้สารระเหยหรือกลายเป็นไอจึงใช้พลังงานต่ำ
สมบัติของธาตุแทรนซิชัน
การที่ธาตุแทรนซิชันมีสมบัติแตกต่างจากโลหะทั่วๆ
ไป ทำให้ต้องแยกออกเป็นกลุ่ม ๆ ต่างหาก ลักษณะที่สำคัญของธาตุแทรนซิชันเป็นดังนี้
1. มีเลขออกซิเดชันมากกว่า 1 ค่า ยกเว้นหมู่ IIIB เช่น Sc เป็น +3 ค่าเดียว
และหมู่ IIB (Zn, Cd) เป็น +2 ค่าเดียว
2. ธาตุแทรนซิชันเป็นโลหะ
จึงดึงดูดกับแม่เหล็ก และมีบางธาตุ เช่น Fe, Co, และ Ni สามารถแสดงสมบัติเป็นแม่เหล็กได้เมื่อนำไปวางไว้ในสนามแม่เหล็กนาน ๆ
นอกจากนี้ยังมีสารประกอบของธาตุแทรนซิชันอีกหลายชนิดที่สามารถดูดกับแม่เหล็กได้
3. สารประกอบส่วนใหญ่
มีสี (ยกเว้นหมู่ IIIB) ซึ่งเป็นสีของไอออนเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน
4. ธาตุแทรนซิชันมีแนวโน้มที่จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนได้
5. มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2
(ยกเว้น Cr, และ Cu มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1) และอิเล็กตรอนถัดจากวงนอกสุดไม่ครบ 18
(ยกเว้น Cu และ Zn)
6.รัศมีอะตอมมีแนวโน้มลดลงจากซ้ายไปขวาของคาบ (หรือเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น
รัศมีอะตอมจะเล็กลง) ซึ่งเหมือนกับธาตุในคาบเดียวกันทั่วๆ ไป)
7.มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดค่อนข้างสูง
เพราะมีพันธะโลหะ
8.หนาแน่นเพิ่มขึ้น
เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น เนื่องจากมวลเพิ่มขึ้นในขณะที่ขนาดเล็กลง
9.ค่า IE1
, IE2 , และ IE3 มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น
แต่ค่าต่างกันไม่มากนัก เพราะขนาดใกล้เคียงกัน
10.อิเล็กโทรเนกาติวิตีมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น
เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น
11.เป็นโลหะที่นำความร้อนและนำไฟฟ้าได้ดีเหมือนกับโลหะทั่ว
ๆ ไป ทั้งนี้เพราะมีพันธะโลหะ
สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน
ตารางแสดงสารประกอบเชิงซ้อนบางชนิดและไอออนองค์ประกอบ
สารประกอบเชิงซ้อน
|
ไอออนบวก
|
ไอออนลบ
|
สีของสารประกอบ
|
KMnO4
|
K+
|
[MnO4]-
|
ม่วงแดง
|
K2MnO4
|
K+
|
[MnO4]2-
|
เขียว
|
PbCrO4
|
Pb2+
|
[CrO4]2+
|
เหลือง
|
K3[Fe(CN)6]
|
K+
|
[Fe(CN)6]3-
|
ส้มแดง
|
Cu[(NH3)4SO4]
|
[Cu(NH3)4]2+
|
[SO4]2-
|
คราม
|
Cu[(H2O)5SO4]
|
[Cu(H2O)5]2+
|
[SO4]2-
|
น้ำเงิน
|
สารกัมมันตรังสี
คือ
สารที่สามารถแผ่รังสีและกลายเป็นอะตอมของธาตุอื่นๆได้
ชนิดของรังสี
อนุภาคเบตา (Beta) เป็นอิเลคตรอน
ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง มากกว่าความเร็วของอนุภาคแอลฟา ถึงสิบเท่า หรือ
อาจจะมากกว่าขึ้นไป อนุภาคเบตานี้มีประจุไฟฟ้าลบ
สามารถเบี่ยงเบนได้ในสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก เนื่องจาก ขนาดของอนุภาคนี้เล็ก
และมีความเร็วสูง จึงสามารถทะลุผ่านวัตถุหนา ได้ดีกว่าอนุภาคแอลฟา
โดยสามารถทะลุเข้าในเนื้อเยื่อ ได้ถึง 1-2 เซนติเมตร
อาจกั้นอนุภาคเบตานี้ได้ด้วยชิ้นโลหะบาง ๆ
รังสีแกมมา (Gamma rays) เป็นรังสีช่วงความถี่สูงมากกว่ารังสีเอ็กซ์ไม่มีน้ำหนักและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่า
กับแสง คือ ประมาณ 297,600 กิโลเมตรต่อวินาที มีสมบัติเหมือนรังสีเอ็กซ์ คือ
สามารถทะลุผ่านร่างกายมนุษย์หรือเนื้อวัตถุ หนามาก ๆ เช่น ไม้ หรือ โลหะได้
และยังพบว่า มีอำนาจ ทางการทะลุผ่าน ดีกว่ารังสีเอ็กซ์ จากการทดลองพบว่า
รังสีแกมมา สามารถทะลุผ่านคอนกรีตหนาประมาณ 1 ฟุตได้ แต่จะสามารถดูดซับได้หมดในคอนกรีตหนา
1 เมตร
รังสีเอ็กซ์ (X-rays) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เช่นเดียวกับรังสีแกมมา แต่แผ่ออกมาจากวงโคจร ของอิเลคตรอน
รังสีเอ็กซ์มีพลังงานต่ำกว่ารังสีแกมมา
Half-life
ครึ่งชีวิต (half life) ของสารกัมมันตรังสี
หมายถึง ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม
ใช้สัญลักษณ์เป็น t1/2
ตัวอย่าง
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ คือ การเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งต่างจากปฏิกิริยาเคมี
อันเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นบริเวณอิเล็กตรอนวงนอก • ปฏิกิริยานิวเคลียร์ แบ่งเป็น
2 ชนิด 1. ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) 2. ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fusion
reaction) ปฏิกิริยาฟิชชัน
(Fission reaction) คือ กระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิด
แตกตัวออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่า
ประโยชน์ของปฏิกิริยาฟิชชัน
ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ในฟิชชันได้
และนำมาใช้ประโยชน์ทางสันติ เช่น ใช้สร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณู
เพื่อผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสี เพื่อใช้ในทางการแพทย์ การเกษตร และอุตสาหกรรม
ในขณะที่พลังงานที่ได้ก็สามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้
ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fusion reaction) คือ
ปฏิกิริยาที่เกิดการรวมตัวของไอโซโทปที่มีมวลอะตอมต่ำ
ทำให้เกิดไอโซโทปใหม่ที่มีมวลมากขึ้นกว่าเดิม และให้พลังงานจำนวนมหาศาล
และโดยทั่วๆ ไปจะให้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิสชัน
21H + 21H →
42He + energy
ประโยชน์ของปฏิกิริยาฟิวชัน
พลังงานในปฏิกิริยาฟิวชันถ้าควบคุมให้ปล่อยออกมาช้า ๆ
จะเป็นประโยชน์ต่อมนุษย์อย่างมากมาย และมีข้อได้เปรียบกว่าปฏิกิริยาฟิสชัน
เพราะสารตั้งต้นคือไอโซโทปของไฮโดรเจนนั้นหาได้ง่าย นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากฟิวชันยังเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีอายุและอันตรายน้อยกว่า
ซึ่งจัดเป็นข้อได้เปรียบในแง่ของสิ่งแวดล้อม
(เกิดเป็นแหล่งพลังงานมหาศาลที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์)
ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม
1. ธาตุอะลูมิเนียม
อะลูมิเนียม (Al) พบมากในเปลือกโลกประมาณ 7.5%
โดยมวล ในรูปของสารประกอบ เช่น
บอกไซต์
(Al2O3
•2H2O)
ไครโอไลต์
(Na3 AlF6)
โลหะอะลูมิเนียมเตรียมได้จากการหลอมเหลวแร่บอกไซต์แล้วแยกด้วยกระแสไฟฟ้าจะได้โลหะอะลูมิเนียมที่แคโทด โลหะอะลูมิเนียมมีสีเงิน มีความหนาแน่นต่ำ เหนียวและแข็ง
ดัดโค้งงอได้
ทุบให้เป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้
นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดีมาก
สารประกอบออกไซต์ของอะลูมิเนียมคือ
Al2 O3
มีจุดหลอมเหลวสูงมาก
ทนความร้อนสูง
ละลายได้ทั้งกรดและเบส
ออกไซต์ที่เกิดในธรรมชาติเรียกว่า
คอรันดัม
มีความแข็งมากและมีหลายสี
จึงนิยมใช้ทำเครื่องประดับ
สารประกอบซัลเฟตของอะลูมิเนียมที่ตกผลึกร่วมกับโลหะแอลคาไลน์จะได้ผลึกของอะลัม (Alum)
ชนิดหนึ่งซึ่งมีสูตรทั่วไปคือ M 2SO4•Al2 (SO4 )
• 24H2 O
หรือ Mal(SO
4)2•12H2 O
โดย M ในที่นี้คือไออนบวกของโลหะ เช่น Na? หรือ K ? ส่วนสารส้มที่ใช้ตามบ้านเรือนคือสารส้มโพแทส
มีสูตรKAl(SO4
)2• 12H2
O มีลักษณะเป็นผลึกใส
ใช้มากในกระบวนการผลิตกระดาษและกระบวนการทำน้ำประปา
อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีประโยชน์มากในทางอุตสาหกรรม ใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องครัว
ของใช้ในบ้าน ห่ออาหาร และห่อของใช้
ทำโลหะเจือหลายชนิดที่นำไปเป็นส่วนประกอบของเครื่องบิน เรือ
รถไฟ และรถยนต์
พบในเปลือกโลกประมาณ 5.4% โดยมวล
พบในรูปของสารประกอบที่มี CaCO
3 เป็นองค์ประกอบ
เช่นหินงอก หินย้อย เปลือกหอย
ดินมาร์ล และพบในสารประกอบ ซัลเฟต
เช่น ยิปซัม
แคลเซียมเตรียมได้โดยการแยกสารประกอบคลอไรด์ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้าแคลเซียมเป็นโลหะที่มีความแข็ง มีจุดหลอมเหลว
จุดเดือดและความหนาแน่นสูงกว่าโลหะแอลคาไลน์ สารประกอบของแคลเซียมที่น่าสนใจ ออกไซด์ของแคลเซียม คือ CaO (ปูนดิบ)
เมื่อผสมกับน้ำจะได้ Ca(OH)2 (ปูนสุก) สารละลาย Ca(OH) 2
เรียกว่า น้ำปูนใส
ประโยชน์ของสารประกอบแคลเซียมในรูป CaCO 3
จากหินปูนขาว ชอล์ก ดินสอพอง
ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซดาแอช
(Na2 CO 3)
สำหรับ CaSO4• 2H2 O หรือยิปซัม ใช้ผลิตแผ่นยิปซัมบอร์ด เป็นวัสดุก่อสร้าง ใช้ทำเครื่องปั้นดินเผาชนิดโบนไชนา (Bone
china) ซึ่งมีคุณภาพดี ราคาแพง
นอกจากนี้แคลเซียมยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน
ถ้าร่างกายขาดธาตุแคลเซียมจะทำให้เป็นโรคกระดูกเสื่อม กระดูกผุ
และฟันไม่แข็งแรง
3.ธาตุทองแดง
ทองแดงเป็นโลหะชนิดแรกๆ
ที่มนุษย์รู้จักและนำมาใช้งาน จากหลักฐานพบว่า มนุษย์รู้จัก การถลุงทองแดงขึ้นมา
ใช้ทำเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ มาตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์
แม้ว่าทองแดงจะมีปริมาณน้อยมาก ในเปลือกโลก (เพียง 0.0001%)
เมื่อเทียบกับโลหะอื่นอย่างเหล็ก (5%) หรืออลูมินัม (8%) แต่ทองแดงเป็นโลหะมีตระกูล ซึ่งสามารถพบได้ทั้งในรูปอิสระ
และในรูปสารประกอบ ซึ่งสามารถถลุงออกมาเป็นโลหะได้ง่าย การถลุงทองแดงปัจจุบัน
จะนำสินแร่ทองแดง เช่น แร่ ชาลโคไซต์ (Chalcocite, Cu2S)
แร่ชาลโคไพไรต์
(Chalcopyrite, CuFeS2)
เป็นต้น มาเผาในอากาศ จะได้ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์ประมาณ 97-99%
จากนั้นจึงนำมาผ่าน กระบวนการแยกด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง
เพื่อให้ได้ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99%
ประโยชน์ของทองแดง ที่เราคุ้นเคยกันดีที่สุดในสมัยนี้ก็คือ
การนำมาใช้ทำลวดส่งกระแสไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดต่างๆ
เนื่องจากทองแดงเป็นโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีเป็นอันดับสองรองจากเงิน แต่ราคาถูกกว่าเงินมาก
การที่ทองแดงนำไฟฟ้าได้ดี ช่วยลดพลังงานที่สูญเสียไป ในรูปของความร้อน
ขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟ และยังช่วยป้องกันอันตราย จากการไหม้ของสายไฟอีกด้วย
นอกจากนั้น ทองแดงยังเป็นส่วนผสมสำคัญ ของโลหะผสมหลายชนิด เช่น ทองเหลือง
(ทองแดงผสมกับสังกะสี) สำริด (ทองแดงผสมกับดีบุก) โมเนล (ทองแดง นิกเกิล เหล็ก
และแมงกานีส) รวมทั้งยังใช้ผสมในเงินและทอง
เพื่อเพิ่มความแข็งของโลหะมีค่าเหล่านั้น
สำหรับใช้ทำเครื่องประดับและเหรียญตราต่างๆ
จุดเด่นอีกอย่างหนึ่งของทองแดงก็คือ ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก
แม้ในสภาวะกัดกร่อนอย่างรุนแรง เช่น ในน้ำทะเล จากการสำรวจซากเรือที่จมอยู่ใต้ทะเล
ตั้งแต่คริสตศตวรรษที่ 16 ครั้งหนึ่งพบว่ารอก (pulley) ที่ทำจากทองแดง
ยังสามารถใช้งานได้ดี สมบัติพิเศษอีกประการหนึ่งคือ
ทองแดงเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตเล็กๆ หลายชนิด จึงถูกนำมาใช้เป็นปลอกหุ้มแผ่นไม้
ที่ใช้ต่อเรือเดินทะเลเพื่อป้องกันไม่ให้แมลงหรือเพรียงทำลายไม้
รวมทั้งทำเป็นท่อส่งน้ำดื่ม สารประกอบทองแดงบางชนิด เช่น จุนสี (blue
vitriol) หรือ คอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต (Cu(H2O)4SO4.4H2O)
ใช้เป็นยาฆ่าเชื้อโรคและเชื้อราในแหล่งน้ำ การใช้ ทองแดงในการกำจัดสิ่งมีชีวิตเล็กๆ
ในแหล่งน้ำดังกล่าวนี้ ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์แต่อย่างใด หากว่า
ร่างกายไม่ได้รับทองแดงเป็นปริมาณมาก จนเกินกว่าที่จะขับออกได้ทัน