สมบัติของธาตุและสารประกอบ

 สมบัติของธาตุและสารประกอบ


สมบัติของสารประกอบของธาตุตามคาบ

                การเกิดและสมบัติของสารประกอบคลอไรด์ ออกไซด์ของธาตุในคาบที่ 2 และคาบที่ 3 สรุปได้ดังนี้

                1. เนื่องจากในคาบเดียวกันประกอบด้วยโลหะ( ทางซ้าย ) กึ่งโลหะ และอโลหะ( ทางขวา ) แต่ละธาตุมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนไม่เท่ากัน ดังนั้นการเกิดสารประกอบของธาตุในคาบเดียวกันจึงต่างกันและสารประกอบที่ได้ส่วนใหญ่มีสมบัติต่างกัน

                2. อโลหะซึ่งอยู่ทางขวาทำปฏิกิริยากับธาตุชนิดหนึ่งเกิดสารประกอบได้หลายชนิด จึงทำให้มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ส่วนธาตุโลหะซึ่งอยู่ทางซ้าย เมื่อทำปฏิกิริยากับอโลหะชนิดหนึ่งมักเกิดสารประกอบได้ชนิดเดียว จึงทำให้มีเลขออกซิเดชันได้เพียงค่าเดียว

                3. สารประกอบคลอไรด์ และออกไซด์ ของโลหะเป็นสารประกอบไอออนิก ยกเว้น BeCl₂ เป็นสารประกอบโคเวเลนต์ จึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง เพราะการหลอมเหลวและการเดือดต้องสลายพันธะไอออนิก ซึ่งเป็นพันธะที่แข็งแรง ส่วนสารประกอบคลอไรด์และออกไซด์ของอโลหะ เป็นสารประกอบโคเวเลนต์ จึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เพราะการหลอมเหลวและการเดือดทำลายเพียงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ซึ่งอาจเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ชนิดแรงลอนดอน ( โมเลกุลไม่มีขั้ว ) หรือแรงแวนเดอร์วาลส์ชนิดแรงดึงดูดระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบของโมเลกุล ( โมเลกุลมีขั้ว ) เนื่องจากแรงแวนเดอร์วาลส์เป็นแรงที่อ่อนจึงทำให้สารประกอบของอโลหะมีจุดหลอมเหลว จุดเดือดต่ำ ยกเว้นโมเลกุลที่มีมวลโมเลกุลมาก เช่น P₂O₅ , P₂S₅ , PCl₅ มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง สำหรับสารประกอบของธาตุกึ่งโลหะ คือ B และ Si บางชนิดมีจุดหลอมเหลวจุดเดือดค่อนข้างสูง ได้แก่ B₂O₃ , B₂S₃ บางชนิดมีจุดหลอมเหลวจุดเดือดสูงมาก ได้แก่ SiO₂ เพราะเป็นสารโครงผลึกร่างตาข่าย แต่บางชนิดมีจุดหลอมเหลวต่ำ ได้แก่ BCl₃ , SiCl₄

                4. สารประกอบของธาตุที่เป็นโลหะที่ภาวะปกติมีสถานะเป็นของแข็ง ไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวนำไฟฟ้าได้ เพราะเป็นสารประกอบไอออนิก ส่วนสารประกอบของธาตุที่เป็นอโลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นก๊าซหรือของเหลว เพราะเป็นสารประกอบโคเวเลนต์

                5. สารละลายของสารประกอบออกไซด์ของโลหะ ส่วนใหญ่มีสมบัติเป็นเบส ( เบสิกออกไซด์ ) ส่วนสารประกอบออกไซด์ของอโลหะมีสมบัติเป็นกรด

                6. สารประกอบของธาตุในคาบที่ 2 และคาบที่ 3 บางชนิดไม่ละลายน้ำ ได้แก่ BeO , Al₂O₃ , SiO₂ , BeS , CS₂ , P₂S₅ , NCl₃ และ CCl₄

                7. SiO₂ ไม่ละลายน้ำ แต่มีสมบัติเป็นกรด เพราะ SiO₂ สามารถละลายในสารละลายเบสได้

( ทำปฏิกิริยากับเบสได้ ) เช่น สารละลาย NaOH

* สารที่ทำปฏิกิริยากับสารละลายเบสได้คือกรด และสารที่ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดได้คือเบส

                8. BeO และ Al₂O₃ ไม่ละลายน้ำแต่มีสมบัติเป็นได้ทั้งกรดและเบส เพราะ BeO และ Al₂O₃ ละลายได้ทั้งสารสารละลายกรด เช่น สารละลายกรดไฮโดรคลอริก ( HCl ) และสารละลายเบส เช่น สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ( NaOH ) ( ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดและสารละลายเบสได้ )

เบส

แสดงว่า BeO มีสมบัติเป็นกรด        

               

กรด

แสดงว่า BeO มีสมบัติเป็นเบส

                9. สารประกอบคลอไรด์ของโลหะมีสถานะเป็นของแข็ง มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดสูง เพราะเป็นสารประกอบไอออนิก ส่วนสารประกอบคลอไรด์ของอโลหะ ส่วนใหญ่มีสถานะเป็นก๊าซหรือของเหลว มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ ส่วนคลอไรด์ของกึ่งโลหะ ( BCl₃ และ SiCl₄ ) มีสถานะเป็นของเหลว มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดต่ำ เพราะคลอไรด์ของอโลหะและของกึ่งโลหะเป็นสารประกอบโคเวเลนต์

                10. สารประกอบคลอไรด์ของโลหะมีสมบัติเป็นกลางหรือกรด ( คลอไรด์ของหมู่ IA และ IIA เป็นกลาง ยกเว้น BeCl₂ ซึ่งเป็นสารประกอบโคเวเลนต์เป็นกรด และคลอไรด์ของโลหะหมู่ IIIA เป็นกรด ) ส่วนคลอไรด์ของอโลหะมีสมบัติเป็นกรด

                11. แนวโน้มความเป็นกรดและความเป็นเบสของสารประกอบออกไซด์ในตารางธาตุ คือ ความเป็นกรดเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาภายในคาบเดียวกัน และความเป็นกรดลดลงจากบนลงล่างภายในหมู่เดียวกัน ส่วนความเป็นเบสลดลงจากซ้ายไปขวาภายในคาบเดียวกันและเพิ่มขึ้นจากบนลงล่างภายในหมู่เดียวกัน ( แนวโน้มความเป็นกรดของสารประกอบออกไซด์ เหมือนแนวโน้มของความเป็นอโลหะ ส่วนแนวโน้มความเป็นเบสของสารประกอบออกไซด์เหมือนแนวโน้มของความเป็นโลหะ )

ตาราง แสดงสมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุคาบที่ 2 และคาบที่ 3

 

ตาราง  แสดงสมบัติของสารประกอบออกไซด์ของธาตุคาบที่ 2 และคาบที่ 3

ปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู่

ปฏิกิริยาของธาตุหมู่ VIIA

                ธาตุหมู่ VIIA หรือที่เรียกว่า ธาตุแฮโลเจน (Halogen) มีทั้งหมด 5ธาตุ เรียงลำดับจากบนลงล่าง ดังนี้ F, Cl, Br, I, At มีสมบัติของธาตุที่ควรทราบ คือ

                1. มีทั้ง 3 สถานะ คือ F เป็นก๊าซสีเหลือง Cl เป็นก๊าซสีเหลืองแกมเขียว Br เป็นของเหลวสีน้ำตาลแดง I เป็นของแข็งสีม่วงดำ เมื่อเป็นไอมีสีม่วง และ At เป็นของแข็ง แต่ไม่มีในธรรมชาติ เป็นกัมมันตรังสีที่สังเคราะห์ขึ้น สีของแฮโลเจนจะเข้มขึ้นจากบนลงล่าง

                2. ธาตุแฮโลเจนเป็นพิษทุกชนิด F มีพิษมากที่สุด

                3. โมเลกุลประกอบด้วย 2 อะตอม คือ F₂ Cl₂ Br₂ I₂

4. เป็นอโลหะ ไม่นำไฟฟ้า

                5. มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดต่ำ (ทำลายแรงลอนดอนประเภทแรงแวนเดอร์วาลส์)

                6. มีค่าพลังงานไอออไนเซชันค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี ( EN ) และสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูง และเมื่อเปรียบเทียบกับธาตุอื่นในคาบเดียวกันจะมีค่าสูงที่สุด

                7. ละลายน้ำได้น้อย ( At ไม่ละลายน้ำ ) F เมื่อละลายน้ำจะทำปฏิกิริยากับน้ำ ได้ O₂

                8. ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่มีขั้ว เช่น CS₂ CCl₄ ในตัวทำละลายเหล่านี้ I จะมีสีม่วง สารละลายของ Br มีสีส้ม และสารละลายของ Cl ไม่มีสี แต่ถ้าละลายในเอทานอล จะได้สารละลายสีน้ำตาล (โดยเฉพาะ I )

9. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนมาก จึงรวมตัวกับธาตุอื่นได้หลายอัตราส่วน

                10. ความว่องไวในการทำปฏิกิริยาลดลงจากบนลงล่างในหมู่เดียวกัน F มีความว่องไวมากที่สุด

                11. I ทำปฏิกิริยากับน้ำแป้งได้สารละลายสีน้ำเงินเข้ม เกิดจากโมเลกุลของ I ถูกดูดซับเข้าไปในโครงสร้างของแป้ง ( ในห่วงโซ่ของกลูโคส )

                12. ธาตุแฮโลเจนตัวบนสามารถทำปฏิกิริยากับไอออนของแฮโลเจนตัวล่างในสารประกอบแฮไลด์ได้ โดย F₂ สามารถทำปฏิกิริยากับ Cl^- Br^- I^- ได้ ส่วน Cl₂ สามรถทำปฏิกิริยากับ Br^-  I^- ได้ และ Br₂ สามารถทำปฏิกิริยากับ I^- ได้

                13. F สามารถทำปฏิกิริยากับ H แล้วเกิดระเบิดได้ในที่มืด Cl สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ในที่มีแสงสว่าง Br ทำปฏิกิริยากับ H ได้เมื่อมี Pt ช่วยเร่งปฏิกิริยาที่ 200°C และปฏิกิริยาระหว่าง I กับ H เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้

                สารประกอบของธาตุหมู่ VIIA  เนื่องจากธาตุหมู่ VIIA เป็นธาตุที่รับอิเล็กตรอนได้ง่าย จึงสามรถรวมตัวกับโลหะหรืออโลหะเกิดเป็นสารประกอบมากมายหลายชนิด

            สมบัติบางประการของสารประกอบของธาตุหมู่ VIIA

                1. สามารถเกิดได้ทั้งสารประกอบไอออนิกและสารประกอบโคเวเลนต์ คือ ถ้ารวมตัวกับโลหะจะเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก แต่ถ้ารวมตัวกับอโลหะก็จะเกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์

                2. เกิดเป็นสารประกอบที่มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น ในสารประกอบ KClO , KClO₂ , KClO₃ , KClO₄ นั้น Cl มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 ,+3 ,+5 ,+7 ตามลำดับ

                3. สารประกอบออกไซด์และซัลไฟต์ เมื่อละลายจะมีสมบัติเป็นกรด

                ประโยชน์ของธาตุหมู่ VIIA

                1. F₂ ใช้เตรียมสารประกอบฟลูออโรคาร์บอน เช่น ฟรีออน ได้แก่ ฟรีออน-12 ( CCl₂F )  ฟรีออน-21 ( CHCl₂F ) ฟรีออน-142 ( CH₃CClF₂ )  ซึ่งมีความสำคัญและใช้มากในเครื่องทำความเย็น   F₂CCF₂ ( เทฟลอน ) เป็นพลาสติกที่มีความเสถียร ทนความร้อน ผิวลื่น นิยมใช้เคลือบภาชนะต่าง ๆ นอกจากนั้นสารประกอบของฟลูออรีนในรูปของฟลูออไรด์ ใช้ผสมในน้ำดื่มและยาสีฟัน เพื่อป้องกันฟันผุ

                2. Cl₂ ใช้ประโยชน์ในการเตรียมสารประกอบต่าง ๆ เช่น น้ำยาซักแห้ง พลาสติกพีวีซี ( โพลีไวนิลคลอไรด์, (-H₂CCHCl-)_n ผงฟอกขาว DDT ผงชูรส เป็นต้น ใช้ฆ่าเชื้อโรคในน้ำประปา และสารประกอบของคลอรีน เช่น CCl₄ ใช้เป็นตัวทำละลาย

                3. Br₂ ใช้เตรียมสารประกอบเอทิลีนไดโบรไมด์ หรือไดโบรมีนอีเทน ( C₂H₄Br₂ ) ใช้สำหรับเติมในน้ำมันเพื่อปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันให้ดีขึ้น ( เป็นสารป้องกันการน็อคของเครื่องยนต์ ) นอกจากนั้น ยังใช้ทำสีย้อมผ้า ฟิล์มถ่ายรูป กระดาษพิมพ์ เป็นต้น

                4. I₂ ใช้ป้องกันโรคคอพอก

ตำแหน่งของไฮโดรเจนในตารางธาตุ 

โดยทั่วๆ ไปการจัดธาตุให้อยู่ในหมู่เดียวกันจะใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนและสมบัติของธาตุเป็นเกณฑ์ ถ้ามีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากัน และมีสมบัติต่างๆ คล้ายกันจะจัดว่าอยู่ในหมู่เดียวกัน 

สำหรับไฮโดรเจนมีเลขอะตอมเท่ากับหนึ่ง เมื่อพิจารณาการจัดเรียงอิเล็กตรอน จะพบว่ามีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 และอยู่ในระดับพลังงานแรก ซึ่งถ้าใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นเกณฑ์ควรจะจัดให้ไฮโดรเจนอยู่ในหมู่ IA คาบ 1 ได้ แต่อย่างไรก็ตาม อาจจะพิจารณาว่าอยู่ในหมู่ VIIA ได้เหมือนกัน เพราะยังขาดอิเล็กตรอน เพียง 1 ตัวจะมีการจัดอิเล็กตรอนเหมือนHe เมื่อพิจารณาสมบัติบางประการของธาตุไฮโดรเจนเทียบกับสมบัติของธาตุหมู่ IA  และหมู่ VIIA จะได้ดังนี้

ตารางสมบัติบางประการของไฮโดรเจนเทียบกับธาตุหมู่ IA และหมู่ VIIA

สมบัติ	ไฮโดรเจน	ธาตุหมู่ IA	ธาตุหมู่ VIIA
เวเลนต์อิเล็กตรอน จำนวนอะตอมในโมเลกุล เลขออกซิเดชันในสารประกอบ การนำไฟฟ้าในสถานะของแข็ง IE1 (kJ/mol) อิเล็กโทรเนกาติวิตี	1 2 -1, +1 ไม่นำไฟฟ้า 1318 2.1	1 ไม่แน่นอน +1 นำไฟฟ้า 382-526 1.0 - 0.7	7 2 -1,+1, +3, +5, +7 ไม่นำไฟฟ้า 1015-1687 4.2 - 2.2

จากตารางจะเห็นได้ว่า ไฮโดรเจนมีสมบัติบางประการเหมือนธาตุหมู่ VIIA เช่น มีเลขออกซิเดชันมากกว่า 1 ค่า ไม่นำไฟฟ้า มีค่า IE₁ และอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง ในขณะเดียวกันมีสมบัติบางประการเหมือนธาตุหมู่  IA เช่น มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 การที่ไฮโดรเจนมีสมบัติบางประการคล้ายทั้งหมู่ IA และ VIIA จึงได้แยกไฮโดรเจนออกจากหมู่ทั้งสอง                 ดังปรากฏอยู่ในตารางธาตุ

 นอกจากนั้นตารางธาตุยังสามารถทำนายสมบัติทางเคมีของธาตุได้ว่า ธาตุใดควรจะมีสมบัติคล้ายกับธาตุใด และถ้าธาตุมีสมบัติคล้ายกัน สารประกอบประเภทเดียวกันของธาตุเหล่านั้นก็น่าจะมีสมบัติในทำนองเดียวกันเช่น NaCl มีสมบัติส่วนใหญ่คล้าย KCl, RbCl, เพราะ Na, K และ Rb ต่างก็อยู่ในหมู่ IA หรือ ธาตุที่ 104 ( Rf ) และ 105 (Ha) ซึ่งเป็นธาตุที่สร้างขึ้นมีสมบัติคล้ายกับ(Hf)และ(Ta)ตามลำดับ

 

นอกจากนี้ยังสามารถระบุได้อีกว่าธาตุต่างๆ จะมีสมบัติใดที่แตกต่างกัน เช่น ( H 2 SO 4 ) และ ( H 2 TeO 4 ) แม้ว่า S และ Te จะอยู่ในหมู่ VIA ด้วยกัน แต่สมบัติของสารประกอบทั้งสองมีความแตกต่างกันอยู่

 

           สรุปได้ว่า ตารางธาตุมีประโยชน์ ดังนี้

 

1. การจัดธาตุเป็นหมู่และคาบ ทำให้ทราบสมบัติของธาตุในหมู่เดียวกันได้

2. สามารถที่จะทราบสมบัติต่าง ๆ จากธาตุในหมู่เดียวกัน

3. นำไปทำนายสมบัติของธาตุต่าง ๆ ที่ยังไม่ทราบในปัจจุบันไว้ล่วงหน้าได้

4. ทำให้การศึกษาเรื่องสมบัติของธาตุ เป็นไปอย่างรวดเร็ว

 

           ฉะนั้น ตารางธาตุจึงมีความสำคัญในการศึกษาธาตุต่างๆเป็นอย่างมาก เป็นการเรียบเรียงธาตุอย่างเป็นระบบ เพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถเข้าใจได้ง่าย และมีระบบการคิดและจดจำธาตุต่างๆ