บทที่1
อะตอมและตารางธาตุ
อะตอม ส่วนที่เล็กที่สุดของธาตุซึ่งเข้าทําปฏิกิริยาเคมีได้ อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่สําคัญ คือ นิวเคลียสเป็นแกนกลางและมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่โดยรอบ สรุปคืออะตอม
หมายถึงหน่วยที่เล็กที่สุดของสสารที่ยังคงสภาพความเป็นสสารอยู่ได้
แบบจำลองอะตอม ตามทฤษฏี มีอยู่ 5 แบบ คือ
1.แบบจำลองอะตอมของดอลตัน
*สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุดเรียกว่า
อะตอม ซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก
*อะตอมไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายไปได้
*อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันย่อมเหมือนกัน
กล่าวคือมีสมบัติเหมือนกันทั้งทางกายภาพและทางเคมี
*อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันย่อมมีมวลหรือน้ำหนักเท่ากัน
*สารประกอบเกิดจากการรวมตัวทางเคมีระหว่างอะตอมของธาตุต่างชนิดกันด้วยอัตราส่วนของจำนวนอะตอมเป็นเลขลงตัวน้อยๆ
*อะตอมของธาตุสองชนิดขึ้นไปอาจรวมกันเป็นสารประกอบด้วยอัตราส่วนที่มากกว่าหนึ่งอย่างเพื่อเกิดสารประกอบมากกว่า
1 ชนิด
2.แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ
ได้ทำการศึกษาและทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซโดยใช้หลอดรังสีแคโทด
ได้ผลสรุปด้งนี้ ค่าอัตราส่วนประจุต่อมวลของอนุภาคลบหรืออิเล็กตรอน
มีค่าเท่ากับ คูลอมบ์ต่อกรัม
ซึ่งมีค่าคงที่เสมอไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซและโลหะที่ใช้ทำแคโทด
สรุปแบบจำลองอะตอมของทอมสัน
อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม มีอนุภาคที่มีประจุบวก เรียกว่า โปรตอน
อนุภาคที่มีประจุลบ เรียกว่า อิเล็กตรอน
และจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนกระจายอยู่ทั่วไปในทรงกลม
3.แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด พบว่าอนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่วิ่งผ่านไปได้เป็นแนวเส้นตรง มีอนุภาคบางส่วนสะท้อนกลับ ซึ่งทำให้เกิดความคิดเห็นไม่สอดคล้องกับของทอมสัน รัทเทอร์ฟอร์ดจึงได้อธิบายผลการทดลองว่า
*การที่อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่วิ่งผ่านแผ่นทองคำไปเป็นแนวเส้นตรง แสดงว่าภายในอะตอมควรจะมีที่ว่างเป็นจำนวนมาก
*การที่อนุภาคแอลฟาบางอนุภาคที่หักเหออกจากแนวเส้นตรงเดิม เพราะภายในอะตอมมีอนุภาคที่มีมวลมากและมีประจุไฟฟ้าบวกสูงและมีขนาดเล็ก ดังนั้นเมื่ออนุภาคแอลฟาเข้าใกล้อนุภาคนี้ จะถูกผลักให้เบนออกจากทางเดิม หรือเมื่ออนุภาคแอลฟาเข้ามากระทบอย่างก็จะสะท้อนกลับ
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลางนิวเคลียสมีขนาดเล็กมีจำนวนมากและเป็นประจุบวก ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบและมีมวลน้อยมากวิ่งอยู่รอบๆนิวเคลียส
4.แบบจำลองอะตอมของนีลโบร์
ข้อสรุปจากการศึกษาสเปกตรัม
*เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นจะไปอยู่ในระดับพลังงานสูงขึ้นจากนั้นอิเล็กตรอนจะพยายามปรับตัวเองโดยการ คายพลังงาน ออกมาในรูปของแสงที่มีความถี่เฉพาะค่า เพื่อให้อะตอมเสถียร
*อิเล็กตรอนอาจมีการเคลื่อนไปสู่ชั้นต่างๆได้ไม่จำเป็นต้องเป็นชั้นที่อยู่ติดกันเมื่อได้รับพลังงานสูงขึ้น
*ระดับพลังงานยิ่งสูงจะมีความแตกต่างของพลังงานน้อบกว่าระดับพลังงานต่ำๆ
*อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสจะมีระดับ พลังงานต่ำ กว่าอิเล็กตรอนที่อยู่ไกลนิวเคลียส
ข้อสรุปแบบจำลองอะตอมของโบร์
*อิเล็กตรอนจะอยู่เป็นชั้นๆ แต่ละชั้นเรียกว่า ระดับพลังงาน
*อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน
*อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานวงในอยู่ใกล้นิวเคลียสจะเสถียรมาก เพราะประจุบวกจากนิวเคลียสดึงดูดเอาไว้อย่างดี ส่วนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดจะไม่เสถียรเพราะนิวเคลียสส่งแรงไปดึงดูดไปได้น้อยมาก จึงทำให้อิเล็กตรอนเหล่านี้หลุดออกจากอะตอมได้ง่าย
*ระดับพลังงานวงในจะอยู่ห่างกันมาก ส่วนระดับพลังงานวงนอกจะอยู่ชิดกันมาก
*การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนในระดับถัดกัน อาจเปลี่ยนข้ามระดับพลังงานก็ได้
5.แบบจำลองอะตอมกลุ่มหมอก
อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส มีลักษณะเป็นทรงกลม บริเวณกลุ่มหมอกทึบแสดงว่าโอกาสพบอิเล็กตรอน มาก และบริเวณที่กลุ่มหมอกจางโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน น้อย
*อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสอย่างรวดเร็วตลอดเวลาด้วยความเร็วสูง ด้วยรัศมีที่ไม่แน่นอน
*การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอาจเป็นรูปทรงกลมหรือรูปอื่นๆ ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานของอิเล็กตรอน แต่ผลรวมของกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนทุกระดับพลังงานจะเป็นรูปทรงกลม
**รูปทรงต่างๆของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอน จะขึ้นอยู่กับระดับพลังงานของอิเล็กตรอน การใช้ ทฤษฎี
ควอนตัม จะสามารถอธิบายการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสได้ว่า อิเล็กตรอนจัดเรียงตัวเป็น
ออร์บิทัล (Orbital)
6.การจัดเรียงอิเล็กตรอน
ระดับพลังงาน (Shell)
n คือ ระดับพลังงานหลัก (principal energy level) หรือเชลล์ (Shell) ซึ่งเป็นเลขจำนวนเต็ม
หลักการ
-อิเล็กตรอนมากที่สุดในแต่ละระดับพลังงาน = 2(n กำลังสอง)(n คือระดับชั้นของพลังงาน)
-อิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดมีได้ไม่เกิน 8
-อิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ถัดจากชั้นนอกสุดเข้ามามีได้ไม่เกิน 18
ความสัมพันธ์ระหว่างการจัดเรียงอิเล็กตรอนกับตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุ
*อิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอนสามารถบอกหมู่ของธาตุในตารางธาตุได้
*จำนวนของระดับพลังงานสามารถบอกคาบของธาตุในตารางธาตุได้
ระดับพลังงานย่อย (sub shell)
ในแต่ละระดับพลังงานยังแบ่งออกเป็นระดับพลังงานย่อยดังนี้
S มาจากคำว่า sharp มี 1 ออร์บิทัล มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด 2 ตัว
p มาจากคำว่า principal
มี 3 ออร์บิทัล มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด
6 ตัว
d มาจากคำว่า diffuse
มี 5 ออร์บิทัล มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด
10 ตัว
f มาจากคำว่า fundamental
มี 7 ออร์บิทัล มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด
14 ตัว
7.ตารางธาตุ
ตารางธาตุ หมายถึง ตารางที่นักวิทยาศาสตร์จัดทำขึ้นเพื่อรวบรวมธาตุต่างๆ เอาไว้ด้วยกันให้เป็นหมวดหมู่ เพื่อสะดวกในการศึกษา อ่านเพิ่มเติม คลิก!!!!
สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ
*ขนาดอะตอมและไอออน ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดอะตอมหรือไอออน ก็คือความสามารถในการดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส ซึ่งขึ้นกับ ระยะทางระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส(พิจารณาตามหมู่)และ จำนวนประจุบวกในนิวเคลียส(พิจารณาตามคาบ) อ่านเพิ่มเติมคลิก!!!!
*ขนาดอะตอมและไอออน ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดอะตอมหรือไอออน ก็คือความสามารถในการดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส ซึ่งขึ้นกับ ระยะทางระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส(พิจารณาตามหมู่)และ จำนวนประจุบวกในนิวเคลียส(พิจารณาตามคาบ) อ่านเพิ่มเติมคลิก!!!!
*พลังงานไอออนไนเซชัน (Ionization Energy = IE) หมายถึง พลังงานที่ใช้ในการทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมของธาตุและกลายเป็นไอออนบวกในสถานะเเก๊ส (หน่วย MJ/mol)
****ค่าพลังงานไอออนไนเซชัน He แสดงว่าการดึงอิเล็กตรอนออกไปทำได้ยาก
****ค่าพลังงานไอออนไนเซชัน
Fr แสดงว่าการดึงอิเล็กตรอนออกไปทำได้ง่าย
*อิเล็กโทรเนกาติวิตี (Electronegativity = EN) หมายถึง ความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอิเล็กตรอนในโมเลกุลของสาร
**ตามหมู่ EN ของธาตุจะมีค่า ลดลง เนื่องจากอะตอมมีขนาดใหญ่ขึ้น การดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองจึงยาก ทำให้มีค่าต่ำ
**ตามคาบ EN ของธาตุจะมีค่า เพิ่มขึ้น เนื่องจากขนาดอะตอมเล็กลง การดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองจึงง่าย ทำให้มีค่าสูง
***ค่า EN ธาตุหมู่ 8 จะไม่มีค่า EN เนื่องจากอะตอมของธาตุพวกนี้จะไม่รวมตัวกับธาตุอื่นอยู่ในภาวะเสถียรแล้ว ดังนั้น ค่า EN จะมีค่ามากที่สุด คือ หมู่ 7 (ธาตุที่มากที่สุด คือ F ) ส่วน EN จะมีค่าน้อยที่สุด คือ หมู่ 1 (ธาตุที่น้อยที่สุด คือ Fr )
*สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน(Electron Affinity = EA ) หมายถึง พลังงานที่เปลี่ยนแปลงเมื่ออะตอมในสถานะแก๊สได้รับอิเล็กตรอนเพิ่ม 1 อิเล็กตรอน
**ค่า EA มีค่าเป็นลบ เนื่องจากเป็นการคายพลังงาน ยิ่งถ้ามีค่าลบมาก แสดงว่าอะตอมมีแนวโน้มที่จะรับอิเล็กตรอนได้ดี แนวโน้มของค่า EA ตามหมู่และคาบ จะมีความสอดคล้องกับ IE และ En กล่าวคือ หมู่เดียวกัน ค่า EA จะเพิ่มขึ้น จากบนลงล่าง คาบเดียวกัน ค่า EA จะลดลงจากซ้ายไปขวา
*เลขออกซิเดชัน เป็นตัวเลขที่แสดงประจุทางไฟฟ้าของธาตุต่างๆ
ข้อกำหนดของเลขอออกซิเดชัน
-เลขออกซิเดชันจะมีค่าเป็นบวก ลบ หรือศูนย์ก็ได้
-ธาตุหรือโมเลกุลจะมีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ 0
-สารประกอบจะมีผลรวมของเลขออกซิเดชัน เท่ากับ 0
-สารประกอบไอออนิก โลหะจะมีเลขออกซิเดชันเป็นบวก และอโลหะจะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ
-สารที่มีพันธะโคเวเลนต์ ธาตุที่มีค่า EN สูงจะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ และธาตุที่มีค่า EN น้อยจะมีเลขออกซิเดชันเป็นบวก
-ไอออนของธาตุ หรืออนุมูลของสารจะมีเลขออกซิเดชันเท่ากับประจุของมัน
-H มีเลขออกซิเดชันเป็น +1 ถ้าเป็น พันธะโคเวเลนต์ และเป็น -1 เมื่อเป็น พันธะไอออนิก
- o ปกติมีเลขออกซิเดชัน
เท่ากับ -2
-ธาตุหมู่ IA,IIA และ III จะมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1,+2,+3 ตามลำดับ
-ธาตุหมู่ IVA,VA,VIA และ VIIA มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น
หมู่ 4 มีเลขออกซิเดชันได้ตั้งแต่ -4 ถึง +4
หมู่ 5 มีเลขออกซิเดชันได้ตั้งแต่ -3 ถึง +5
หมู่ 6 มีเลขออกซิเดชันได้ตั้งแต่ -2 ถึง +6
หมู่ 7 มีเลขออกซิเดชันได้ตั้งแต่ -1 ถึง +7
-ธาตุทรานซิชันมีเลขออกซิเดชันหลายค่า
-เลขออกซิเดชันของอนุมูลกลุ่ม เช่น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น