บทที่ 7 · web viewเร อง ธาต และสารประกอบ 1. ปฏ...

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.

หนวยการเรยนรท 6 (2)เรอง ธาตและสารประกอบ

*****************************************************************************

1. ปฏกรยาของธาตและสารประกอบตามหมนกเรยนไดศกษาสมบต ของธาตในตารางธาต และสมบต ของ

สารประกอบของคาบท 2 และ 3 มาแลว ตอไปนจะไดศกษาสมบตบางประการของธาตและสารประกอบตามหม โดยใชธาตหม IA, IIA และ VIIA เปนหลก

ตารางท 1 สมบตบางประการของธาตหม IAสมบต \ ธาต Li Na K Rb Csเลขอะตอมก า ร จ ด เ ร ย งอเลกตรอนมวลอะตอมไอโซโทปทสำาคญรศมอะตอม (pm)IE1 (kJ/mol)อเลกโทรเนกาตวตอ เล กตรอนอ ฟฟน ต(kJ/mol)จดหลอมเหลว (0C)จดเดอด(0C)ความหนาแน น (g/cm3)% โดยมวลทพบบนโลกสของเปลวไฟ

32,1

6.941

6Li, 7Li

1525260.9857

180133

00.530.0065แดงสด

112, 8,

122.990

23Na1865020.922198

8920.972.6

เหลอง

192, 8, 8,

139.09839K,40K,

41K2274250.82

-64

7600.862.4มวง

นำาเงน

372,8,18,

8,185.468

85Rb, 87Rb2484090.82

-39

6881.53

0.031มวงแดง

552,8,18,18,8,1132.90

5133Cs2653820.79

-29

6901.87

0.0007นำาเงน

97


จากขอมลในตารางและจากขอมลอนๆ จะสรปสมบตทวๆ ไปของธาตหม IA ไดดงน

1. เปนธาตทม 1 เวเลนตอเลกตรอน2. เปนของแขง ยกเวน Cs เปนของเหลว แตจดวาเปนประเภท

โลหะออน สามารถตดดวยมดไดงาย ทำาใหเปนชน แผน หรอดงเปนเสนลวดไดงาย

3. เปนโลหะทนำาไฟฟาและนำาความรอนไดดมาก เพราะมพนธะโลหะ4. ความเปนโลหะเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน5. ทำาปฏกรยากบนำา เกดปฏกรยารนแรง คายความรอนมาก และ

ตดไฟไดไดสารละลายทแสดงสมบตเปนเบส จงเรยกวา โลหะแอลคาไลนเขยนสมการทวๆ ไป สำาหรบแสดงปฏกรยากบนำาไดดงน

2M + 2H2O ® 2MOH + H2เชน 2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2

2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2เนองจากเกดปฏกรยากบนำาไดงาย และยงสามารถทำาปฏกรยากบ O2

ไดดวย ดงนนจงตองเกบโลหะแอลคาไลนในนำามน6. เ ป น ธ า ต ท ช อ บ ใ ห อ เ ล ก ต ร อ น แ ก ธ า ต อ น ๆ เ ร ย ก ว า

electropositive element แลวกลายเปนไอออนทประจ +17. รศมอะตอมและรศมไอออนเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน8. มคา IE1 นอยทสด ในคาบเดยวกน และคา IE1 จะลดลงเมอเลข

อะตอมเพมขน เพราะขนาดอะตอมใหญขน9. มค าอเล กโทรเนกาตวต น อย เม อเท ยบกบธาตอนๆ ในคาบ

เดยวกน และคาอเลกโทรเนกาตวตจะลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน10. เปนโลหะทมจดหลอมเหลวตำากวาโลหะอนๆ ในคาบเดยวกน

นอกจากนจดหลอมเหลวและจดเดอดจะลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน เพราะความแรงของพนธะโลหะลดลง

11. เปนตวรดวซทดมาก โดยเฉพาะ Li เปนตวรดวซทดทสด12. ความหนาแนนนอยกวาโลหะอนๆ ทอยในคาบเดยวกน แตความ

หนาแนนมแนวโนมเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน

98


13. ทำาปฏกรยากบธาตตางๆ เกดเปนสารประกอบไดงาย และเปนสารประกอบไอออนก สารประกอบคลอไรด คารบอเนต ซลเฟต ไนเตรต ฟอสเฟต โดยมจดหลอมเหลวสงมาก (ดงตาราง 7.34)

14. สารประกอบของธาตหม IA ละลายนำาไดดมาก ดงแสดงในตารางท 7.35

15. เมอเผาสารประกอบของหม IA จะไดเปลวไฟทมสตางๆ กน เชน Li มสแดงสด หรอแดงเลอดนก Na ใหสเหลอง K ใหสมวงนำาเงน เปนตน

ตารางท 2 แสดงจดหลอมเหลวของสารประกอบของธาตหม IA บางชนดธาต จดหลอมเหลวของสารประกอบ (0C)

Cl- SO42- CO3

2- NO32- PO4

3-

LiNaK

RbCs

610801770772645

857884

107410601010

618854897837610*

261310338305414

-13401340

--

* สลายตวขณะหลอมเหลวตารางท 3 แสดงการละลายของสารประกอบของธาตหม IA บางชนด (25

0C)ธาต การละลายของเกลอ (g/H2O 100 g)

เกลอ Cl-

เกลอ CO3

2-เกลอ NO3

-เกลอ SO4

2-

LiNaKRbCs

LiCl.H2ONaClKClRbClCsCl

853635941

Li2CO3Na2CO3.10H2OK2CO3. 23H2ORb2CO3Cs2CO3

1.29

2.94

112

450

มาก

LiNO3.3H2ONaNO3KNO3RbNO3CsNO3

859238652

Li2SO4.H2ONa2SO4.10H2OK2SO4 Rb2SO4Cs2SO4

35281251182

99


90

7

สำาหรบสมบตของธาตหม IIA และสารประกอบของธาตหม IIA เปนดงน

ตารางท 4 แสดงสมบตบางประการของธาตหม IIAสมบต \ ธาต Be Mg Ca Sr Baเลขอะตอมก า ร จ ด เ ร ย งอเลกตรอนรศมอะตอม (pm)ความหนาแน น (g/cm3)จดหลอมเหลว (0C)จดเดอด(0C)IE1 (kJ/mol)อเลกโทรเนกาตวตอ เล กตรอนอ ฟฟน ต(kJ/mol)E0 (V)ไอโซโทปทสำาคญ

มวลอะตอม% โดยมวลทพบบนโลกสของเปลวไฟ

42,21121.85128027709061.6-66-1.859Be

9.0120.0006-

122, 8, 21601.7446911107441.3-67-2.3624Mg25Mg26Mg24.3121.9-

202, 8, 8, 21971.5583914405961.0--2.8740Ca42Ca44Ca40.083.4แดงอฐ

382,8,18,8,22152.6077013805560.9--2.8986Sr , 87Sr88Sr , 89Sr

87.620.030แดงเขม

562,8,18,18,8,22173.5071416405090.9--2.90136Ba137Ba138Ba137.340.025เขยว

100


สรปสมบตทวๆ ไปของธาตหม IIA ไดดงน1. เปนธาตทม 2 เวเลนตอเลกตรอน เมอเปนไอออนจงมประจเปน

+22. เปนธาตทจดอยในกลมของโลหะ ความเปนโลหะเพมมากขนเมอ

เลขอะตอมเพมขน3. เปนโลหะทนำาความรอนและนำาไฟฟาไดด เพราะมพนธะโลหะ4. มความหนาแนนมากกวาโลหะหม IA ดงนนจงมความแขงแรง

มากกวาโลหะหม IA และความหนาแนนมแนวโนมเพมมากขน เมอเลขอะตอมเพมขน

5. รศมอะตอมเลกกวาหม IA และคอยๆ เพมขนเมอเลขอะตอมเพมขน

6. จดหลอมเหลวและจดเดอดมคาคอนขางสง แตมแนวโนมทลดลงเมอมวลอะตอมเพมขน

7. IE1 มคาคอนขางนอย (แตมากกวาหม IA ในคาบเดยวกน) และมแนวโนมลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน

8. อเลกโทนเนกาตวตมคานอย และมคาลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน

9. เปนตวรดวซทด คา E0 มคาลดลงตามลำาดบเมอเลขอะตอมเพมขน แสดงวาความสามารถในการเปนตวรดวซจะเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน

10. ทำาปฏกรยากบนำาไดกาซ H2 และสารละลายแสดงสมบตเปนเบส แตปฏกรยาไมรนแรงเหมอนกบธาตหม IA เมอเลขอะตอมเพมขน การทำาปฏกรยากบนำาจะเกดไดเรวขน

เขยนสมการทวๆ ไปไดดงนM + 2H2O ® M(OH)2 + H2

เชน Mg + 2H2O ® Mg(OH)2 + H2

Ca + 2H2O ® Ca(OH)2 + H211. เกดเปนสารประกอบตางๆ ไดเชน คลอไรด ออกไซด ซลไฟด

ซลเฟต เปนตน โดยมสตรและสมบตตางๆ คลายๆ กน

101


12. สารประกอบของหม IIA สวนมากเปนสารประกอบไอออนก (ยกเวนสารประกอบของธาต Be เชน BeCl2 , BeSO4 เปนสารประกอบโคเวเลนต ) ดงนน สวนมากจงละลายนำาได เชน เกลอไนเตรต เกลอคลอไรด ละลายนำาได แตเกลอคารบอนเนต เกลอซลเฟต (ยกเวน MgSO4) และเกลอฟอสเฟต ละลายนำาไดนอยมาก

13. เมอเผาสารประกอบของธาตหม IIA จะใหเปลวไฟสตางๆ กน เชน

สารประกอบของ

ตวอยาง สของเปลวไฟ

CaSrBa

CaCO3 CaCl2SrCO3 SrSO4

BaCO3 BaSO4

แดงเขมแดงเขม แดง

เลอดนกเขยว

ตารางท 5 แสดงการละลายท 250C ของสารประกอบของหม IIA บางชนด

ธาต การละลายของเกลอ (g/H2O 100 g)เกลอ SO4

2- คาการละลาย เกลอ CO3 2- คาการละลาย

MgCaSrBa

MgSO4CaSO4SrSO4BaSO4

0.361.1 x 10-3

6.2 x 10-5

9.0 x 10-7

MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3

1.3 x 10-4

1.3 x 10-5

7.0 x 10-6

9.0 x 10-6

ตารางท 6 แสดงสมบตบางประการของธาตหม VIIA

102

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.สมบต \ ธาต F Cl Br Iเลขอะตอมก า ร จ ด เ ร ย งอเลกตรอนมวลอะตอมรศมอะตอม (pm)*จดหลอมเหลว (0C)จดเดอด(0C)ความหนาแน น (g/cm3)**IE1 (kJ/mol)อเลกโทรเนกาตวตอ เล กตรอนอ ฟฟน ต(kJ/mol)E0 (V)สถานะปกตสไอโซโทปทสำาคญ% โดยมวลทพบบนโลก

92,718.99871-220-1881.5116874.0333+2.87กาซเ ห ล อ งออน19F0.027

172, 8, 735.45399-101-34.51.5612573.0348+1.36กาซเขยวออน35Cl, 37Cl0.19

352, 8, 8, 779.909144-7593.1211462.8340+1.09ของเหลวนำาตาลแดง79Br, 81Br0.00016

532,8,18,8,7126.9041331141844.9310152.5297+0.54ของแขงมวงเขม127I0.00003

* หมายถงรศมโคเวเลนต** ความหนาแนนของ F2 , Cl2 ในสถานะของเหลว ถาเปนกาซจะ

เทากบ 0.00170 และ 0.00312 g/cm3 ตามลำาดบ

สรปสมบตทวๆ ไปของธาตหม VIIA ไดดงน1. เปนพวกอโลหะ มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 7 สภาวะปกต F2

และ Cl2 เปนกาซสเหลองออนและเขยวออนตามลำาดบ Br2 เปนของเหลวส

103

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.นำาตาลแดง และ I2 เปนของแขงสมวง ซงสของธาตแฮโลเจนจะเขมขน เมอเลขอะตอมเพมขน ทกตวเปนสารพษ

2. ความเปนอโลหะจะลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน หรอความเปนโลหะจะเพมขนเมอเลขอะตอมเพมขน

3. ธาตแฮโลเจนทกตวอยในสภาพโมเลกลอะตอมค (diatomic molecule) ทกสถานะทงของแขง ของเหลวและกาซ โดยยดเหนยวกนดวยพนธะโคเวเลนต

4. ไมนำาความรอนและไฟฟาเพราะเปนอโลหะ5. อะตอมมขนาดเลกเมอเปรยบเทยบกบธาตในคาบเดยวกน แตม

ขนาดใหญขนเมอเลขอะตอมเพมขน6. ธาตหม VIIA ละลายในนำาไดเลกนอยและใหสตางๆ กน เนองจาก

เปนโมเลกลไมมขวจงละลายไดดในตวทำาละลายอนทรย เชน ใน CCl4Cl2 ใน CCl4 ไมมสBr2 ใน CCl4 สสมI2 ใน CCl4 สมวง

ซงในตวทำาละลายดงกลาวนธาตหม VIIA ทกชนดจะอยในรปของโมเลกลอสระเหมอนกบในสภาวะเปนกาซ

ในตวทำาละลายทมขว เชน H2O, C2H5OH , CH3COCH3 , ทง Br2

และ I2 จะมสนำาตาลแดง เนองจากเกดสารประกอบเชงซอนขน7. ความหนาแนนนอย แตความหนาแนนจะเพมขนเมอเลขอะตอม

เพมขน8. มจดหลอมเหลว จดเดอดและความรอนแฝงของการเกดไอตำา

เนองจากมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล (คอแรงวนเดอรวาลส) นอย แตจดหลอมเหลว จดเดอดและความรอนแฝงของการเกดไอเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน เพราะมแรงวนเดอรวาลสเพมขน นอกจากนการระเหยของธาตหม VIIA จะคอยๆ ลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน เพราะแรงวนเดอรวาลสเพมขน

104


9. มคาอเลกโทรเนกาตวตสงทสด ในคาบเดยวกน และคาอเลกโทรเนกาตวตจะคอยๆ ลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน

10. ม IE1 คอนขางสง และคา IE1 จะคอยๆ ลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน เนองจากขนาดใหญขน

11. มเลขออกซเดชนไดหลายคา เนองจากม 7 เวเลนตอเลกตรอน ซงสามารถจะใหหรอรบอเลกตรอนจากธาตอน หรอใชอเลกตรอนรวมกบธาตอนๆ ซงมคาอเลกโทรเนกาตวตตางๆ กนได ทำาใหมเลขออกซเดชนหลายคา เชน ตวอยางของธาต Cl มเลขออกซเดชนตวแต -1 ถง +7

12. เกดสารประกอบไดหลายชนด เชน NaCl CaF2 HF KI และยงเกดสารประกอบทมธาตองคประกอบชนดเดยวกนไดหลายชนด เพราะมเลขออกซเดชนหลายคา

เชน NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4

Cl2O ClO2 ClO3 และ Cl2O7 เปนตน13. ธาตทอยตอนบนของหม สามารถทำาปฏกรยากบสารประกอบแฮ

ไลดของธาตทอยตอนลางได แตธาตอยตอนลางจะไมทำาปฏกรยากบสารประกอบแฮไลดของธาตทอยตอนบน จงสรปไดวา ความสามารถในการทำา“ปฏกรยาของธาตหม VIIA จะลดลงจากบนลงลาง เชน”

F2 ทำาปฏกรยากบ NaCl ได แต Cl2 ไมทำาปฏกรยากบ NaF

F2 + 2NaCl ® 2NaF + Cl2Cl2 + NaF ® ไมเกดปฏกรยา

ธาตอนๆ กเชนเดยวกนCl2 + 2NaBr ® 2NaCl + Br2Br2 + NaCl ® ไมเกดปฏกรยา

14. การเตรยมธาตแฮโลเจนบางธาตทำาไดดงน2KMnO4 + 16HCl (conc) ® KCl + 2MnCl2 +

8H2O + 5Cl2MnO2 + 4HCl (conc) ® MnCl2 + 2H2O + Cl22NaBr + MnO2 + 3H2SO4 (conc) ® 2NaHSO4 +

MnSO4 + 2H2O + Br2

105


15. ปฏกรยาทสำาคญของสารประกอบแฮไลด เปนดงในตารางตอไปน

ตารางท 7 ปฏกรยาของสารประกอบแฮไลดเมอเตมสาร ผลทสงเกตได

F- (aq) Cl- (aq) Br- (aq) I- (aq)Pb(NO3)2

AgNO3 (aq)

ก า ร ล ะ ล า ย ข อ ง AgX ในก. Dil. NH3

ข. conc.NH3

AgX เมอถกแสง

ต ะ ก อ นขาวPbF2-

ละลายละลาย-

ตะกอนขาวPbCl2ตะกอนขาวAgCl

ละลายละลายAgCl กลายเปนสมวงเทา

ต ะ ก อ นเหลองPbBr2ต ะ ก อ นเหลองออน AgBr

ไมละลายละลายAgBr กลายเปนสเ ข ย วเหลอง

ต ะ ก อ นเหลองPbBr2ต ะ ก อ นเหลองAgI

ไมละลายละลาย-

ปฏกรยากบสารละลาย AgNO3 และ NH3 หรอแสงสวาง จดไดวาเปนวธการทดสอบแฮไลดไอออน

F- (aq) ไมใหตะกอนกบ AgNO3 (aq) Cl- (aq) ใหตะกอนขาว AgCl ซงเปลยนเปนสเทาเมอถกแสงและละลายไดใน NH3 (aq) Br- (aq) ใหตะกอนเหลองออน AgBr ซงเปลยนเปนสเขยว-เหลอง เมอถกแสงและละลายได ใน NH3 เขมขน I- (aq) ใหตะกอนเหลอง AgI ซงไมเปลยนสเมอถกแสงและไมละลายใน NH3

การละลายไดใน NH3 (aq) เพราะเกดสารประกอบเชงซอนทละลายได

106

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท. AgCl (s) + 2NH3 (aq) ® [Ag(NH3)2]+ (aq) + Cl- (aq)

2. ธาตแทรนซชน หมายถง กลมธาตซงอยระหวางหม IIA และหม IIIA หรอธาตทอย

ในเขต d และเขต f

รป แสดงตำาแหนงของกลมธาตแทรนซชนในตารางธาตเขต s และ เขต p คอ ธาตกลม A เรยกวา ธาตเรพพรเซนเตทฟ

เขต d และ เขต f คอกลม B เรยกวา ธาตแทรนซชนโดยทวไปธาตแทรนซชนจะมการจดเรยงอเลกตรอนใน d หรอใน f -

orbital ไมเตม พวกทมอเลกตรอนใน d - orbital ไมเตม จดวาเปนกลมธาตแทรนซชนหลก (main transition element) พวกทมอเลกตรอนใน f - orbital ไม เต ม เ ร ยกว า ธาต อ น เนอร แทรนซช น (inner transition element) สำาหรบ Zn , Cd และ Hg แมวาจะมอเลกตรอนเตมใน d - orbital กอนโลมวาเปนธาตแทรนซชน

ธาตแทรนซชนจดเปนหม และคาบแบบเดยวกบโลหะและอโลหะทวๆ ไป ธาตแทรนซชนทมสมบตคลายกนจะอยในหมเดยวกน โดยแบงเปน 8 หม คอหมท IB ถง VIIIB สำาหรบหม VIIIB ม 3 แถวในแนวดง ทำาใหธาตแทรนซชนมทงหมด 10 แถวในแนวดง

107


รป ตารางธาตแสดงเฉพาะธาตแทรนซชนธาตแทรนซชนแบงออกเปนคาบ โดยทแตละคาบมชอเรยกตางๆ

กนดงน1. อนกรมแทรนซชนท 1 (first transition series) คอ ธาต

แทรนซชนแถวแรกตงแต Sc ถง Cu (เลขอะตอม 21 - 29 ) ธาตเหลานอเลกตรอนใน 3d - orbital ไมครบ

2. อนกรมแทรนซชนท 2 (second transition series) คอ ธาตแทรนซชนแถวท 2 ตงแตธาต Y ถง Ag (เลขอะตอม 39 - 47 ) ธาตเหลานอเลกตรอนใน 4d - orbital ไมครบ

3. อนกรมแทรนซชนท 3 (third transition series) คอ ธาตแทรนซชนในแถวท 3 ตงแต La ถง Au (เลขอะตอม 57 - 79 ) ธาตเหลานอเลกตรอนใน 5d - orbital ไมครบ

4. อนกรมแลนทาไนด (lanthanide series) คอธาตอนเนอรแทรนซชนตงแตธาต Ce ถง Lu (เลขอะตอมตงแต 58 - 71) ธาตเหลานมอเลกตรอนใน 4f - orbital ไมครบ

5. อนกรมแอคตไนด (actinide series) คอ ธาตอนเนอรแทรน

108

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.ซชนตงแต Th ถง Lr (เลขอะตอม 90 - 103) ธาตเหลานมอเลกตรอนใน 5f - orbital ไมครบ

สำาหรบอนกรมแลนทาไนดและแอคตไนด จดอยในสวนลางของตารางธาต แยกออกจากกลมธาตหลกของแทรนซชน

ธาตแทรนซชนทงหมดรวมกนมจำานวนมากกวาคร งหนงของธาตท งหมด บางธาตไมมอยในธรรมชาตแตมนษยสงเคราะหข น (man made element) เชน ธาตเลขอะตอมตงแต 93 - 103

บางธาตเปนกมมนตรงส เชน Es, Am, Pu ธาตแทรนซชนทงหมดจดวาเปนโลหะ เปนตวนำาไฟฟาและนำาความรอนทด (Ag มการนำาความรอนและไฟฟาดท สด) เป นของแขงทมจ ดหลอมเหลวสง (W เป นธาตท ม จดหลอมเหลวสงสดถง 3400 0C )3. สมบตของธาตแทรนซชน

การทธาตแทรนซชนมสมบตแตกตางจากโลหะทวๆ ไป ทำาใหตองแยกออกเปนกลมๆ ตางหาก ลกษณะทสำาคญของธาตแทรนซชนเปนดงน

1. มเลขออกซเดชนมากกวา 1 คา ยกเวนหม IIIB เชน Sc เปน +3 คาเดยว และหม IIB (Zn, Cd) เปน +2 คาเดยว

2. ธาตแทรนซชนเปนโลหะ จงดงดดกบแมเหลก และมบางธาต เชน Fe, Co, และ Ni สามารถแสดงสมบตเปนแมเหลกไดเมอนำาไปวางไวในสนามแมเหลกนานๆ นอกจากนยงมสารประกอบของธาตแทรนซชนอกหลายชนดทสามารถดดกบแมเหลกได

3. สารประกอบสวนใหญ มส (ยกเวนหม IIIB) ซงเปนสของไอออนเชงซอนของธาตแทรนซชน

4. ธาตแทรนซชนมแนวโนมทจะเกดสารประกอบเชงซอนได5. มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 2 (ยกเวน Cr, และ Cu มเวเลนต

อเลกตรอนเทากบ 1) และอเลกตรอนถดจากวงนอกสดไมครบ 18 (ยกเวน Cu และ Zn)

6. รศมอะตอมมแนวโนมลดลงจากซายไปขวาของคาบ (หรอเมอเลขอะตอมเพมขน รศมอะตอมจะเลกลง) ซงเหมอนกบธาตในคาบเดยวกน

109

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.ทวๆ ไป)

7. มจดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางสง เพราะมพนธะโลหะ8. ความหนาแนนเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน เนองจากมวลเพม

ขนในขณะทขนาดเลกลง9. คา IE1 , IE2 , และ IE3 มแนวโนมเพมขนเมอเลขอะตอมเพม

ขน แตคาตางกนไมมากนก เพราะขนาดใกลเคยงกน10. อเลกโทรเนกาตวตมแนวโนมเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน11. เปนโลหะทนำาความรอนและนำาไฟฟาไดดเหมอนกบโลหะทวๆ ไป

ทงนเพราะมพนธะโลหะ

4. ธาตกมมนตรงส (Radioactive element)กมมนตรงส (radioactivity) หมายถง ปรากฏการณทธาต

สามารถแผรงสไดเองอยางตอเนอง ปรากฏการณนเปนการเปลยนแปลงทเกดขนภายในนวเคลยสของไอโซโทปทไมเสถยร

ธาตกมมนตรงส หมายถง ธาตทมสมบตในการแผรงส สามารถแผรงสและกลายเปนอะตอมของธาตอนได

ในป พ.ศ. 2439 อองตวน อองร แบกเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดพบวาแผนฟลมถายรปทมกระดาษดำาหอหมอย และเกบรวมกนไวกบสารประกอบของยเรเนยม มลกษณะเหมอนถกแสง จงทำาการทดสอบกบสารประกอบของยเรเนยมชนดอนๆ กพบวาใหผลการทดลองเชนเดยวกน แบคเกอเรลจงสรปเปนเบองตนวา มการแผรงสออกมาจากธาตยเรเนยม ตอมาปแอร กร (Pierre Curie) และมาร กร (marie Curie) นกวทยาศาสตรชาวฝร งเศส กไดพบวาธาตอน ๆ เชน พลอโลเนยม (Po) เรเดยม (Ra) และทอเรยม (Th) กสามารถแผรงสไดเชนเดยวกน และลอรด เออรเนสต รทเทอรฟอรด (Lord Ernest Rutherford) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ กไดคนพบเพมเตมอก และไดแสดงใหเหนวารงสทแผออกมาจากสารกมมนตรงสอาจเปน รงสแอลฟา ( - ray ) รงสเบตา (-ray) หรอรงสแกรมมา (-ray)

รงสดงกลาวมสมบตตางๆ กนดงน

110


รงสแอลฟา มสญลกษณนวเคลยรเปน He42 บางครงอาจเรยก

วา อนภาคแอลฟา และใชสญลกษณเปน He42

รงสแอลฟาเป นนวเคลยสของธาตฮ เลยม ซ งประกอบดวย 2 โปรตอน และ 2 นวตรอนจงมประจไฟฟาเปน +2 มมวล 4.00276 amu รงสแอลฟาอำานาจทะลทะลวงตำา ไมสามารถทะลผานแผนกระดาษ หรอโลหะบางๆ ได และเนองจากมประจบวก เมออยในสนามไฟฟาจงเบยงเบนไปทางขวลบ เมอวงผานอากาศอาจจะทำาใหอากาศแตกตวเปนไอออนได

รงสบตา บางคร งเรยกวาอนภาคบตา ใชสญลกษณเปน หรอ e01

รงสบตา มสมบตเหมอนอเลกตรอน คอ มประจไฟฟา -1 มมวลเทากบ 0.000540 amu เทากบมวลของอเลกตรอน รงสบตามอำานาจในการทะลทะลวงสงกวารงสแอลฟาประมาณ 100 เทา มความเรวในการเคลอนทใกลเคยงกบแสง เนองจากมประจลบจงเบยงเบนไปทางขวบวก เมออยในสนามไฟฟา

รงสแกมมา ใชสญลกษณ รงสแกมมาเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสนมาก คอ

ประมาณ 0.001-1.5 pm ไมมมวลและไมมประจ มอำานาจทะลทะลวงสงสด สามารถทะลผานสงกดขวางไดเปนอยางด ดงนนวตทจะกนรงสแกรมมาได จะตองมความหนาแนนและความหนามากพอทจะกนรงสได เนองจากไมมประจไฟฟา จงไมเบยงเบนในสนามไฟฟา

นอกจากรงส 3 ชนดดงกลาวแลว ยงอาจจะพบอนภาคอน ๆ แผรงสออกมาจากนวเคลยสไดเชน โพสตรอน นวตรอน และโปรตอน ซงมประจและมวลเปรยบเทยบกบรงสทง 3 ชนดดงในตารางตอไปน

ตาราง แสดงประจและมวลของอนภาคชนดตางๆ ทเกดจากการแผรงสอนภาค สญลกษณ ชนดของประจ มวล(amu)*

แอลฟาบตาแกรมมา

, He42

, e01

, e01

+2-10

+1

4.002760.000540

00.000540

111


โพซตรอนนวตรอนโปรตอน

n10 , nH11 , P

0+1

1.00871.0073

* 1 amu = 1 atomic mass unit = 1.66 x 10-24 g.

ธาตกมมนตรงสในธรรมชาตธาตตางๆ ทพบในธรรมชาตนน ธาตทมเลขอะตอมสงกวา 83 ลวน

แตแผรงสไดทงสน ตวอยางเชน U23892 , U235

92 , Th23290 , Ra226

88 และ Rn22286 ซง

อาจเขยนใหมเป น U-238, U-235, Th-232, Rn-222 และ Ra-226

นอกจาก ธาตกมมนตรงสในธรรมชาตแลว นกวทยาศาสตรยงสามารถสงเคราะหธาตกมมนตรงสขนมาได ซงสามารถนำาไปใชประโยชนในดานตางๆ ไดมากมาย

วธการสงเคราะหธาตกมมนตรงสวธการสงเคราะหวธหนงคอ การยงนงเคลยสของไอโซโทปทเสถยร

ดวยอนภาคทเหมาะสมและมความเรวสงรทเทอรฟอรด เปนนกวทยาศาสตรคนแรกทคนพบวธการดงกลาว

โดยยงอนภาคแอลฟาทมความเรวสงซ งได จากธาตก มมนตรงสในธรรมชาต คอ Po214

84 เขาไปทนวเคลยสนวเคลยสของ N147 ผลทไดคอ อนภาค

โปรตอน และ O178 ซงเขยนสมการแสดงไดดงน

Po21484 ® He4

2 + Pb21082

He42 + N14

7 ® O178 + H11

ในบางกรณไอโซโทปทสงเคราะหข น อาจจะสลายตวตอไปไดอก ตวอยางเชน การยงนวเคลยสของ Mg-24 ดวยอนภาคแอลฟา จะได Al-28 ซงไมเสถยร จะสลายตวตอไปเปน Si-28 ซงเปนไอโซโทปทเสถยรดงน

He42 + Mg24

12 ® Al2813 + e01

Al2813 ® Si28

14 + e01

การยงอนภาคแอลฟาไปทนวเคลยสของ B-10 จะได N-13 ซง

112

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.สลายตวตอไปจนเปน 13C

He42 + B10

5 ® N137 + n10

N137 ® C13

6 + e01

ธาตกมมนตรงสสงเคราะหนำามาใชประโยชนได เชน Ra22688 ใชรกษา

โรคมะเรง Co6027 ใชปรบปรงพนธพช และ I131

53 ใชในการศกษาความผดปกตของตอมไธรอยด เปนตน

4.1. การสลายตวของธาตกมมนตรงสการทธาตกมมนตรงสออกมากเพราะวา นวเคลยสของธาตไมเสถยร

เนองจากมพลงงานสวนเกนอยภายใน ดงนน จงจ ำาเป นตองถายเทพลงงานสวนเกนนออกไปเพอใหนวเคลยส เสถยรในทสด พลงงานสวนทเกน ทปลอยออกมานจะอยในรปของอนภาคหรอรงสตางๆ เชน รงสแอลฟา บตา และแกมมา

จากการศกษาไอโซโทปของธาตตางๆ จำานวนมากพบวา ไอโซโทปทนวเคลยสมอตราสวนระหวางจำานวนนวตรอนตอโปรตอนไมเหมาะสม คอ มน วตรอนมากกวาหรอนอยกวาโปรตอน มกจะไมเสถยร ท ำาใหมการเปลยนแปลงภายในนวเคลยสเป นน วเคลยสใหมท เสถ ยรกวา โดยการแผรงสออกมาดงทกลาวแลว นอกจากนยงพบวาจำานวนโปรตอนและน วตรอนท เป นจ ำานวนค หรอค ในน วเคล ยสน น มความสมพนธก บเสถยรภาพของนวเคลยสดวย กลาวคอ ธาตท มจ ำานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขคจะเสถยรกวาธาตทมจ ำานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขค

การแผรงสแอลฟา เกดขนในกรณทไอโซโทปนนมเลขอะตอมมากกวา 82 และนวเคลยสมจำานวนโปรตอนและนวตรอนไมเหมาะสม ทำาใหเกดแรงผลกกนในนวเคลยสมากกวาแรงยดกน นวเคลยสจงพยายามลดจำานวนอนภาคลงใหมากทสด เพอใหไดนวเคลยสทเสถยร ดงนนหลงจากการแผรงสแอลฟา นวเคลยสทเกดขนใหมจะมเลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดงตวอยางตอไปน

Pb20482 ® Hg200

80 + He42

113


U23892 ® U234

90 + He42

Ra22688 ® Rn222

86 + He42

การแผรงสบตา เกดขนในกรณทนงเคลยสมจ ำานวนนวตรอนมากกวาโปรตอน จงพยายามลดอตราสวนระหวางนวตรอนตอโปรตอน โดยนวตรอนจะเปลยนไปเปนโปรตอนและอเลกตรอน ทำาใหเลขอะตอมเพมขน 1 แตเลขมวลคงเดม ดงตวอยางเชน

Pb21082 ® Bi210

83 + e01

P3215 ® S32

16 + e01

การแผรงสแกมมาการแผรงสแกมมา มกจะเกดขน ในกรณทไอโซโทปมการสลายตวให

รงสแอลฟาหรอบตาแลว ยงไดนวเคลยสใหมไมเสถยร ยงอยในสภาวะกระตน มพลงงานเกนกวาปกต เมอกลบสสภาวะปกตจงปลอยพลงงานสวนเกนออกมาในรปของรงสแกมมา ดงนนการแผรงสแกมมาจงไมทำาใหเลขมวลและเลขอะตอมเปลยนแปลง ดงตวอยางเชน

Ra22688 Rn222

86 * + He42

Rn22286 +

Cs13755 Ba137

56 * + e01

Ba13756 +

(* หมายถง อะตอมทไมเสถยร)นอกจากนยงมการแผรงสใหโพซตรอน ซงเกดขนเมอนวเคลยสม

โปรตอนมากกวานวตรอน ทำาใหไดนวเคลยสใหมทมโปรตอนลดลง 1 แตเลขมวลคงเดม ดงในตวอยางตอไปน

N127 ® C12

6 + e01

Na2211 ® Ne22

10 + e01

การแผรงสทกลาวมาแลว สรปการเปลยนแปลงในนวเคลยสไดดงน

ตารางสรปการแผรงสของธาตกมมนตรงส

114


การแผรงส การเปลยนแปลงในนวเคลยส

ชนด เลขมวล

ประจ เลขมวล เลขอะตอม

แอลฟา ()บตา ()แกมมา ()โพซตรอน (

)

4000

+2-10

+1

ลดลง 4ไมเปลยนไมเปลยนไมเปลยน

ลดลง 2เพมขน 1ไมเปลยนลดลง 1

สมการนวเคลยรปฏกรยานวเคลยร คอ ปฏกรยาทมการสลายตวในนวเคลยสใหรงส

แอลฟา บตา หรอแกมมาดงทกลาวมาแลวสมการนวเคลยร คอ สมการทแสดงปฏกรยานวเคลยร ซงการดล

สมการนนตองพจารณาทงเลขมวลและเลขอะตอมของสารทกตวในปฏกรยา กลาวคอ ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมของสารตงตนจะตองเทากบผลตภณฑดงตวอยางตอไปน

U23892 ® Th234

90 + He42

Bi21083 ® Po210

84 + e01

Na2211 ® Ne22

10 + e01

Be94 + He4

2 ® C126 + n10

เครองมอตรวจการแผรงสวธตรวจการแผรงสทำาไดงายๆ โดยนำาฟลมถายรปมาหมสารทคด

วามสารกมมนตรงสปนอย เกบในทมด เมอนำาฟลมไปลาง ถาปรากฏวาเปนสดำาแสดงวามการแผรงส หรออาจจะทำาไดโดยนำาสารทจะทดสอบไปวางใกลสารเรองแสง ถามการเรองแสงเกดขนแสดงวามการแผรงสเกดขน อยางไรกตามการตรวจอยางงายๆ ดงกลาวไมสามารถบอกปรมาณของรงสได จงตองใชเครองมอตรวจสอบโดยเฉพาะเรยกวา ไกเกอรมลเลอร“เคานเตอร ” (Geiger-Muller counter) ซงประกอบดวยกระบอกรบ

115

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.รงส และมเตอรทมหนาปดบอกปรมาณรงสได

รป แสดงเครองไกเกอรมลลอรเคานเตอรลกษณะของไกเกอรประกอบดวยกระบอกซงบรรจกาซอารกอนไว

เมอนำาไปวางไวในบรเวณทมการแผรงส รงสจะผานเขาทางชองดานหนาของกระบอก กระทบกบอะตอมของอารกอน ทำาใหอเลกตรอนของอารกอนหลดออกไป กลายเปน Ar+ กอใหเกดความตางศกยระหวาง Ar+ กบ e- ในหลอด ซงจะแปลงคาความตางศกยออกมาเปนตวเลขบนหนาปด คาทไดนจะมากหรอนอยกขนอยกบชนดของรงส และความเขมขนของรงสทจะทำาให Ar กลายเปน Ar+ ไดมากหรอนอย

4.2 ครงชวตของธาต (half life)ครงชวต (half life) ของสารกมมนตรงส หมายถง ระยะเวลาท

สารกมมนตรงสสลายตวไปจนเหลอเพยงคร งหนงของปรมาณเดม ใชสญลกษณเปน t1/2

นวเคลยสของธาตกมมนตรงสทไมเสถยร จะสลายตวและแผรงสไดเองตลอดเวลาโดยไมขนอยกบอณหภมหรอความดน อตราการสลายตว จะเปนสดสวนโดยตรงกบจำานวนอนภาคในธาตกมมนตรงสนน ปรมาณการสลายตวจะบอกเปนคร งชวต โดยครงชวตเปนสมบตเฉพาะตวของแตละไอโซโทป

ตวอยางเชน C-14 มครงชวต 5730 ป หมายความวา ถาม C-

116

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.14 1 กรม เมอเวลาผานไป 5730 ป จะเหลอ C-14 อย 0.5 กรม และเมอเวลาผานไปอก 5730 ป จะเหลออย 0.25 กรม เปนดงนไปเร อยๆ กลาวไดวาทกๆ 5730 ป จะเหลอ C-14 เพยงครงหนงของปรมาณเดม

ตารางครงชวตของธาตกมมนตรงสบางชนดธาต

กมมนตรงส

ครงชวต รงสทแผออก

Po21484

Na2511

Kr9436

O158

La14057

I13153

Ba14056

Co6027

C146

U23892

1.6 x 10-4

วนาท1 วนาท

1.4 วนาท118 วนาท40 ชวโมง

8.1 วน12.5 วน

5.3 ป5730 ป

4.5 x 109 ป

ครงชวต อาจจะหาไดจากการทดลองโดยการตรวจวดรงสในชวงเวลาทเหมาะสม แลวเขยนกราฟระหวางปรมาณของรงสกบเวลา

117


รป การหาครงชวตจากกราฟแสดงการสลายตวชวงเวลาทปรมาณรงสเปลยนจาก 50% เหลอครงหนงคอ 25 %

คอ 2 -1 = 1 หนวย-เวลา ดงนนครงชวตจากกราฟคอ 1 หนวยเวลาหรออาจจะหาครงชวตไดจากความสมพนธ

0NNln = - t

และ t1/2 = 693.0

0NNln = 2/1t

t693.0

= คาคงทของการสลายตวN, N0 = จำานวนอะตอมของธาตเมอเวลา t และเวลา

0 (เวลาเรมตน)ตวอยาง Rn-222 จำานวน 10 ไมโครกรม เมอปลอยใหสลายตวไป พบวาในเวลา 7 วนจะเหลอเพยง 2.82 ไมโครกรม จงคำานวณคร งชวตของ Rn-222วธทำา จาก 0N

Nln = 2/1tt693.0

N0 = 10, N = 2.82, และ t = 71082.2ln = 2/1t

7x693.0

t1/2 = 3.82 วนครงชวตของ R-222 เทากบ 3.82 วน

ประโยชนของครงชวตครงชวตสามารถใชหาอายของวตถโบราณทมธาตคารบอนเปนองค

ประกอบ เรยกวา วธ Radiocarbon Dating ซงคำาวา dating หมายถง การหาอายจง

118

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 6 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.มกใชหาอายของวตถโบราณทมคณคาทางประวตศาสตร

ห ล ก ก า ร ท ส ำา ค ญ ข อ ง ก า ร ห า อ า ย ว ต ถ โ บ ร า ณ โ ด ย ว ธ Radiocarbon Dating เปนหลกการทอาศยความรเกยวกบกมนตภาพรงสท เก ดข นเองในอากาศ ตวการทส ำาคญคอ รงสคอสมก ซงอยในบรรยากาศเหนอพนโลก มความเขมสงจนทำาใหนวเคลยสขององคประกอบของอากาศแตกตวออก ใหอนภาคนวตรอน แลวอนภาคนวตรอนชนกบไนโตรเจนในอากาศ ทำาใหเกดไอโซโทปของ C-14 ดงน

N147 + n10 ® C14

6 + H11

C-14 เปนไอโซโทปกมมนตรงส ใหรงสบตามคร งชวต 5730 ปในบรรยากาศ คารบอนทำาปฏกรยากบออกซเจน ไดเปน CO2 ซงทำาใหมทง 12CO2 และ 14CO2 ปนกน เมอพชนำาไปใชในการสงเคราะหแสง C-14 จะอยในพชและเมอสตวกนพชเปนอาหาร C-14 กจะเขาไปอยในรางกาย ในขณะทพชและสตวมชวต 14CO2 จะเขาไปและขบออกมาอยตลอดเวลา ทำาใหม C-14 ดวยสดสวนคงทแนนอน แตเมอสงมชวตตายลงการรบ C-14 กจะหยดลง ปรมาณ C-14 กจะลดลงเพราะเกดการสลายตวตวตลอดเวลา ดงนนถาทราบอตราการสลายตวของ C-14 ในขณะทยงมชวตอยและทราบอตราการสลายตวขณะนน กสามารถคำานวณอายได

ตวอยาง 1. จากการวดปรมาณรงสของกระดกสตวทตายแลวชนดหนงได 2.80 ครง/นาท/กรมของคารบอน ถาอตราเฉลยของปรมาณรงสทเกดจาก C-14 เมอมชวตอยเทากบ 15.3 ครง/นาท/กรมของคารบอน กระดกสตวนนมอายกป (กำาหนดครงชวตของ C-14 เทากบ 5,730 ป)วธทำา จาก t1/2 =

693.0

5730 = 693.0

= 1.21 x 10-4 ตอปจาก 0N

Nln = - t8.23.15ln = - 1.21 x 10-4 t

t = 1.40 x 104 ป

119


กระดกสตวดงกลาวมอาย 1.40 x 104 ปตวอยาง 2 จากการศกษาอายของวตถโบราณชนดหนงพบวาอตราสวนของ 14C : 12C ของวตถนนมคาเปน 0.617 เทาของอตราสวนของ 14C : 12C ในพชทมชวต จงคำานวณอายของวตถโบราณนนวธทำา จาก 0N

Nln = - t 0N

N = 0.617และ = 2/1t

693.0 = 5730693.0

เพราะฉะนน ln0.617 = 5730t693.0

t = 3992 ป วตถโบราณมอาย 3,992 ป ตอบ5. ธาตกงโลหะ 5.1 อลมเนยม (Al)

อลมเนยม เปนโลหะอยในหม IIIA พบมากในบรเวณเปลอกโลก อยในร ปของสารประกอบตางๆ เชน บอกไซด (Al2O3.2H2O) และไครโอไลต (Na3AlF6) เปนตน โลหะอลมเนยมเตรยมไดจากการแยกบอกไซดทหลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา

ประโยชนสวนใหญของอลมเนยม ไดแก การเจออลมเนยมในโลหะตางๆ ทำาใหไดโลหะผสมทมความหนาแนนตำา ใชทำาเคร องเงน ยานอวกาศ กลอนประต-หนาตาง เครองใชตางๆ ในครวเรอน นอกจากนยงใชทำาเปนกระปองบรรจนำาอดลม นำาผลไม ใชทำาอลมเนยมแผนบางสำาหรบหอวสด ใชทำาลวดตวนำาไฟฟา สำาหรบสารประกอบบางชนดของอลมเนยม เชน สารสม ใชในกระบวนการทำากระดาษและทำานำาประปา

5.2 ซลคอน (Si)ซลคอนเปนธาตทพบอยในควอรตและทราย ในรปของ SiO2 หรอท

เรยกวา ซลกาประโยชนของซลคอน1. ซลคอนใชเปนสารกงตวนำา สำาหรบทำาวงจรไฟฟาขนาดเลก เพอ

ใชในอปกรณไฟฟา เชน ไมโครคอมพวเตอร วทย โทรทศน และเซลลสรยะ

120


2. SiC เปนพวกโครงผลกรางตาขายทแขงมาก จงใชทำาเครองสบ เครองบด เครองโม

3. SiO2 ใชเปนวตถดบในการทำาแกว ทำาสวนประกอบนาฬกาควอรต

4. ซลกาเจลใชเปนสารดดความชน และใชในเทคนคโคมาโทกราฟ5. ซลเกตใชในอตสาหกรรมทำาแกว เคร องป นดนเผา เสนใยแกว

เสนใยนำาแสง6. ซลโคนซงเปนโพลเมอรของซลคอน เปนพวกทไมรวมตวกบนำา

ไมวองไวในการเกดปฏกรยา ทนความรอน จงใชเปนฉนวนไฟฟา และใชเคลอบผววตถตางๆ เพอปองกนไมใหเกดปฏกรยาเคม*******************************************************

****************************

121

บทที่ 7 · web viewเร อง ธาต และสารประกอบ 1. ปฏ...

Documents