Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
4 โครงสรางอะตอมและตารางธาต
4.1 โครงสรางอะตอม 4.2 พนฐานโครงสรางอะตอม 4.3 การจดเรยงตวของอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก 4.4 การจดเรยงตวของอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย 4.5 หลอดรงสแคโทด 4.6 ตารางธาต 4.7 การจดตารางธาต 4.8 ลกษณะทสาคญของแตละหม 4.9 ประโยชนของตารางธาต
บทนา อะตอม (atom) เปนหนวยทเลกทสดของสสารทมสมบตของอะตอมนนๆ
เปนกรกวา atomos ( a = not, tomus = to cut) หมายถงสงทไมสามารถแบงไดอก เมอ 400 ปกอนครสตศกราช นกปราชญชาวกรกโบราณทชอ ลซพปส (Leucippus) และดโมครตส (Democritus) ใชสาหรบเรยกอนภาคทเลกทสดของสสารทไมสามารถแบงแยกตอไปไดอก โดยเขาไดพยายามศกษาเกยวกบวตถทมขนาดเลกระดบจลภาคและมแนวคดเกยวกบโครงสรางของสสารวา สสารทงหลายประกอบดวยอนภาคทเลกมาก ไมสามารถมองเหนไดและไมสามารถแบงแยกใหเลกลงกวานนไดอก แตในสมยนนกยงไมมการทดลอง เพอพสจนและสนบสนนแนวความคดดงกลาว จนมาถง ค.ศ. 1805 จอหน ดาลตนไดเสนอทฤษฏทเรยกกนวา ทฤษฏของดาลตน ซงทาใหมการศกษาคนควาเรองโครงสรางของอะตอมอยางตอเนอง นกวทยาศาสตรจงยกยองใหเขาเปนบดาแหงอะตอม
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 61
4.1 โครงสรางอะตอม แนวความคดของ ลซพปส (Leucippus) และดโมครตส (Democritus) ยงคง
แพรหลายอยหลายสบป สสารทงหลายประกอบดวยอนภาคทเลกทสด จนกระทงตอมาวทยาศาสตรไดเจรญกาวหนาขนและเกดทฤษฎอะตอมขนมาในป ค.ศ.1808 จากแนวความคดของจอหน ดาลตน ผเสนอจดเรมตนของเคมยคใหม สมมตฐานเกยวกบธรรมชาตของสสารทดาลตน ไดเสนอคอแบบจาลองอะตอม เปนทยอมรบและสนบสนนจากนกวทยาศาสตรในสมยนน โดยทฤษฎอะตอมของดาลตนไดกลาวไววา
1. สสารทกชนดประกอบดวยอะตอม ซงเปนหนวยทเลกทสด ไมสามารถแบงแยก ไมอาจสรางขนหรอทาลายได
2. ธาตประกอบดวยอนภาคทเรยกวาอะตอม อะตอมของธาตชนดเดยวกนมลกษณะเหมอนกน คอ มมวล ขนาด และสมบตทางเคมเหมอนกน และแตกตางจากอะตอมของธาตชนดอน
3. สารประกอบเกดจากการรวมตวของอะตอมของธาตตงแต 2 ชนดขนไป มารวมตวกนดวยสดสวนอะตอมทคงทและเปนเลขจานวนเตมหรอเศษสวนอยางงาย
4. การเกดปฏกรยาเคมเกยวของกบการแยก การรวม และการจดอะตอมใหมเทานน ไมมการสรางหรอการสญหายของอะตอม
รปท 4.1 แบบจาลองอะตอมตามทฤษฎอะตอมของดาลตน
ในปลายปศตวรรษท 19 ไดมการคนพบรงสชนดหนง เรยกวา รงสแคโทด (cathode ray) ทไดจากการทดลองของนกวทยาศาสตรชอ Julius Plicker ซงประดษฐหลอดรงสแคโทดใชหลอดแกวทสบอากาศออก และมอเลกโทรดอยคนละขาง (แอโนดเปนแผนประจบวกและแคโทดเปนแผนประจลบ) ของหลอดแกว และตอเขากบไฟฟาทมศกยสง ทาใหเกดรงสขนภายในหลอดแกว เรยกวา รงสแคโทด หลอดรงสแคโทดเปนตนแบบของหลอดทใชในโทรทศน
62 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
ทมา : http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks
รปท 4.2 หลอดรงสแคโทด
รปท 4.3 เจ เจ ทอมสน กบหลอดรงสแคโทดในการคนพบอเลกตรอน
และ ในป 1898 เจ เจ ทอมสน (Sir Joseph John Thomson) ไดทาการทดลองโดยใชหลอดรงสแคโทดน คนพบวามอนภาคทมประจไฟฟาลบหรออเลกตรอน (electron) ทออกมาจากขวแคโทด และถกดดเขาไปทแผนประจบวกของแอโนด ดงนนความเชอทเขาใจกนวาอะตอมแบงแยกอกไมไดจงไมถกตองอกตอไป เมอทอมสนไดคนพบอนภาคทเลกกวาอะตอม เจ เจ ทอมสนไดเสนอแบบจาลองอะตอมขนใหม วา "อะตอมมลกษณะเปนรปทรงกลมประกอบ
Joseph John Thomson (ค.ศ. 1856-1940) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ ไดรบรางวลโนเบลในสาขาฟสกส
ใน ค.ศ. 1906 จากการคนพบอเลกตรอน
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 63
รปท 4.4 แบบจาลองโครงสรางอะตอมของทอมสน
และในตนศตวรรษท 20 จากการศกษาของ เจ เจ ทอมสน พบวาอตราสวนประจตอมวลของอเลกตรอน มคาเปน –1.76 x 108 คลอมปตอกรม แตแบบจาลองอะตอมของทอมสนนยงไมสามารถอธบายขอสงสยบางอยางได เชน ประจไฟฟาบวกอยกนไดอยางไรในอะตอม และไมสามารถอธบายสมบตบางอยางของอะตอม เชน สเปกตรมทแผออกมาจากธาต ทาใหนกวทยาศาสตรรนหลงตองคนควาและทดลองเพอหาขอเทจของโครงสรางอะตอมกนตอมา
ในป 1910 เออรเนสต รทเธอรฟอรด (Ernest Rutherford) ไดเสนอแบบจาลองอะตอมใหม เกยวกบการกระจายตวของประจลบของอเลกตรอนและประจบวกภายในนวเคลยสของอะตอม รทเธอรฟอรดและคณะไดทาการทดลองยงอนภาคแอลฟา ไปทแผนโลหะทองคาบาง ดงรปท 4.5 พบวาอนภาคแอลฟาสวนใหญสามารถผานแผนโลหะได โดยมการกระเจงจากแนวการเคลอนทเดมไปในทศทางตางๆ ของอนภาคนอยมาก และมบางอนภาคกระเจงจากแนวเดมเปนมมกวางและบางอนภาคสะทอนกลบในทศทางเดม ทาให
รทเทอรฟอรด (ค.ศ. 1871-1937) เปนนกฟสกสชาวนวซแลนด ทสรางผลงานในองกฤษ และเคยเปนลก
ศษยของทอมสน อนภาคแอลฟาเปนนวเคลยสของอะตอมฮเลยม ซงไดจากการสลายของธาตกมมนตรงส เชน เรเดยม
64 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
รทเธอรฟอรดจงไดเสนอแบบจาลองอะตอมขนใหมวา อะตอมประกอบดวย แกนกลางทมความหนาแนนของประจบวกรวมกนอย เรยกวานวเคลยส ซงเปนทรวมมวลเกอบทงหมดของอะตอม มอเลกตรอนเคลอนทรอบๆ นวเคลยส โดยมพนทสวนใหญของอะตอมเปนทวาง ดงรปท 4.6
เนองจากแบบจาลองอะตอมของรทเธอรฟอรด ยงมขอบกพรองบางประการ เชน ไมสามารถอธบายไดวาทาไมอเลกตรอนจงเคลอนทรอบนวเคลยสได โดยไมสญเสยพลงงาน และทาไมประจไฟฟาบวกจงรวมกนอยภายในนวเคลยสได โดยไมเกดแรงผลกกนของประจไฟฟาชนดเดยวกน จงทาใหนกวทยาศาสตรพยายามหาแบบจาลองอะตอมขนใหม
ทมา : http://wps.prenhall.com/wps/media
รปท 4.5 การทดลองเกยวกบการกระเจงของรงสของรทเธอรฟอรด
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 65
รปท 4.5 (ตอ) แบบจาลองอะตอมการทดลองของรทเธอรฟอรด
ทมา : http://wps.prenhall.com/wps/media
รปท 4.6 แบบจาลองโครงสรางอะตอมของรทเธอรฟอรด
a) ผลการทดลองทรทเธอรฟอรดคาดวานาจะเกดขน
b) สรปผลการทดลองทเกดขนจากการทดลองจรงของรทเธอรฟอรด
66 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
ในป 1913 นกฟสกสชาวเดนมารกชอ นล บอหร (Niels Bohr) เปนผหนงพยายามหาคาอธบายเพมเตมเกยวกบแบบจาลองอะตอมของรทเธอรฟอรด ไดนาทฤษฎกลศาสตรควอนตมมาประยกตใชในการทดลอง เพอพฒนาแบบจาลองอะตอมของรทเธอรฟอรด อเลกตรอนซงมประจลบเคลอนทรอบนวเคลยสทมประจบวกดวยแรงดงดดทางไฟฟาตามกฎของคลอมบ (Coulomb) ทสามารถอธบายสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนทมเพยงอเลกตรอนตวเดยวไดโดยไดเสนอแบบจาลองอะตอมของไฮโดรเจนวา
1. อเลกตรอนจะเคลอนทเปนวงกลมรอบนวเคลยส โดยมวงโคจรเพยงบางวงทมอเลกตรอนไมแผคลนแมเหลกไฟฟาออกมาในวงโคจรดงกลาว คลายดาวเคราะหทโคจรรอบดวงอาทตย
2. อเลกตรอนจะรบหรอปลอยพลงงานออกมา เมอมการเปลยนวงโคจรทกลาวในขอท 1 พลงงานทอเลกตรอนรบหรอปลอยออกมาจะอยในรปคลนแมเหลกไฟฟา
สมมตฐานของบอหร สามารถอธบายปญหาปรากฏการณของอะตอมไฮโดรเจนได คอ 1. เหตผลทอเลกตรอนโคจรรอบนวเคลยสของไฮโดรเจนไดโดยไมแผคลน
แมเหลกไฟฟา เพราะอเลกตรอนโคจรในระดบพลงงานของอะตอมบางวง ซงวงในสดจะเสถยร
2. สเปกตรมของไฮโดรเจนเกดจากการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอน จากสถานะกระตนมายงสถานะตากวา หรอสถานะพน จะแผคลนแมเหลกไฟฟาออกมา อาจเหนเปนเสนสวางทไมตอเนอง และอาจมความถอนๆ อกทตามองไมเหน
รปท 4.7 แบบจาลองโครงสรางอะตอมของบอหร
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 67
4.2 พนฐานโครงสรางอะตอม จากการศกษาและทดลองตางๆ พอทจะสรปเกยวกบโครงสรางของอะตอมได
วา ทกอะตอมประกอบดวยอนภาคทสาคญคอ โปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน โดยมโปรตอนกบนวตรอนอยภายในนวเคลยส นวเคลยสนจะครอบครองเนอทภายในอะตอมเพยงเลกนอยแตมมวลมาก และมอเลกตรอนวงรอบๆ ดวยความเรวสงคลายกบมกลมประจลบปกคลมอยโดยรอบ
ประจสมพทธ ประจ(C) มวล(g) อนภาค มวล(amu)
-1 1.6 x 10-19 0.00055 1/1840 อเลกตรอน
+1 1.6 x 10-19 1.0073 1 โปรตอน
นวตรอน 0 0 1.0087 1
จานวนโปรตอนในนวเคลยสเรยกวา เลขอะตอม (atomic number, Z) ผลบวกของจานวนโปรตอนกบนวตรอนเรยกวา เลขเชงมวล (mass number, A)
การเขยนสญลกษณนวเคลยร
68 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
อะตอมโดยทวไปแลวจะแบงตามเลขอะตอม ซงเทากบจานวนโปรตอนในอะตอม เลขอะตอมจะเปนตวระบวาอะตอมนนเปนอะตอมของธาตอะไร ตวอยางเชน อะตอมของคารบอน มจานวนโปรตอน 6 ตว อะตอมทมเลขอะตอมเทากนจะมสมบตทางกายภาพสมบตทางเคมทเหมอนกน ในตารางธาต ธาตถกจดเรยงตามคาเลขอะตอม
เลขเชงมวลของธาตคอจานวนรวมของโปรตอนและนวตรอน โดยโปรตอนและนวตรอนแตละตวนนจะมมวล 1 amu จานวนนวตรอนในอะตอมนนไมไดเปนตวกาหนดชนดของธาต ธาตแตละชนดนนจะมจานวนโปรตอนและอเลกตรอนทแนนอน แตอาจมจานวนนวตรอนทแตกตางไป เรยกวา ไอโซโทปของธาต การเรยกชอของไอโซโทปจะขนตนดวยชอของธาตและตามดวยเลขมวล ตวอยางเชน อะตอมของ คารบอน-14 และคารบอน-12 ดงรปขางลาง เปนไอโซโทปทมจานวนโปรตอนเทากนคอ 6 ตว แตมจานวนนวตรอนตางกนคอ 8 และ 6 ตว ตามลาดบ
146 C 12
6 Cหรออะตอมของ ไฮโดรเจน มเลขอะตอมเทากบ 1 และ มจานวนโปรตอน 1
ตว จานวนอเลกตรอน 1 ตว ไอโซโทปของไฮโดรเจน ซงมนวตรอน 1 ตว เรยกวา ดวทเรยม หรอไฮโดรเจน-2 สวนไอโซโทปของไฮโดรเจนซงมนวตรอน 2 ตว จะเรยก ทรเทยม หรอ ไฮโดรเจน-3
(D) 3 H (T)
11H 2
1 H 1
เลขเชงมวลอะตอมของธาตทระบในตารางธาต เปนคาเฉลยมวลของไอโซโทปทพบตามธรรมชาต โดยเฉลยแบบถวงนาหนกตามปรมาณทปรากฏในธรรมชาต
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 69
สาหรบแบบจาลองอะตอมทไดรบการยอมรบมากทสดคอ แบบจาลองเชงคลน
(wave model) ทพฒนามากจากแบบจาลองของบอหร ไดกลาววา • อะตอม ประกอบดวยอนภาคทขนาดเลกกวา คอ โปรตอน อเลกตรอน
และนวตรอน บรเวณสวนใหญของอะตอมนนเปนทวางเปลา • ทจดกงกลางอะตอม ประกอบดวยอนภาคขนาดเลกเรยก นวเคลยสหรอน
วคลออน ประกอบดวยโปรตอนและนวตรอน มสมบตทางไฟฟาเปนประจบวก นวเคลยสนมขนาดเลกกวา 100,000 เทาของขนาดของอะตอม •
70 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
4.3 การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก (Arrangement of Electron in Principal Energy Levels)
บรเวณสวนใหญของอะตอมนนจะใชเปนบรเวณของวงโคจรของอเลกตรอน ตามรปแบบการจดเรยงอเลกตรอน (electron configuration) วงโคจรของอเลกตรอนนนไมไดเปนรปรางเปนวง แตจะเปนในรปแบบของการกระจายความนาจะเปนของจดทอเลกตรอนนนอย โดยอเลกตรอนอสระทเขาไปรวมตวกบอะตอมนนจะอยในวงโคจรทมพลงงานตาทสด ซงกคอวงโคจรทอยใกลนวเคลยสทสด (first shell) อเลกตรอนทอยบนวงโคจรนอกสด (valence shell) เทานนทสามารถสรางพนธะได
จากโครงสรางอะตอมทมอเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสเปนชน ในแตละชนจะมระดบพลงงานเฉพาะตว ชนทอยใกลนวเคลยสมระดบพลงงานตาสด สวนชนทอยหางนวเคลยสมระดบพลงงานสงขน จานวนของอเลกตรอนสงสดในแตละระดบพลงงานมไดเปนจานวนไมเกน 2n2 เมอ n แทน ระดบพลงงาน เชน
คอระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสทสด จานวนอเลกตรอนทมไดสงสด 2x12 = 2 n = 1
คอระดบพลงงานท 2 จานวนอเลกตรอนทมไดสงสด 2x22 = 8 n = 2
สาหรบอเลกตรอนทอยในระดบพลงงานนอกสดของอะตอมซงเปนระดบทมพลงงานสงทสด จะเรยกวา "เวเลนซอเลกตรอน" จะมอเลกตรอนไมเกน 8 ระดบพลงงานหลก มได 7 ระดบ นบจาก นวเคลยสออกไป มชอเรยกดงตาราง
ตารางท 4.1 แสดงระดบพลงงานและจานวนอเลกตรอนสงสด ของแตละชนรอบนวเคลยส
K L M N P Q R ระดบพลงงาน (n) 1 2 3 4 5 6 7 จานวนอเลกตรอนทมไดสงสด = 2n2 2 8 18 32 50 72 98
ตวอยางการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานของธาตตางๆ ดงตาราง
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 71
72 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
แผนภมแสดงคาพลงงานในแตละระดบพลงงานหลก
4.4 การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย (Arrangement of Electron in Sublevels)
จากการศกษาสเปกตรมและกลศาสตรควอนตมของคลน ทาใหทราบวา ระดบพลงงานของอเลกตรอนในระดบพลงงานหลกเดยวกน แบงเปนระดบพลงงานยอยตางๆ อกหลายระดบพลงงานยอย ทแทนดวยสญลกษณตวพมพเลก ไดแก s, p, d, f, g subshell แตละระดบพลงงานยอย มจานวนอเลกตรอนตางกนตามออรบตลทมอย ดงรป
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 73
ในระดบพลงงาน n=1 ม 1 ระดบพลงงานยอย เขยนสญลกษณเปน 1s ในระดบพลงงาน n=2 ม 2 ระดบพลงงานยอย เขยนสญลกษณเปน 2s, 2p ในระดบพลงงาน n=3 ม 3 ระดบพลงงานยอย เขยนสญลกษณเปน 3s, 3p, 3d
จานวนอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย
ระดบพลงงานหลก ระดบพลงงานยอย รวมจานวนอเลกตรอนในระดบพลงงานใหญ
n=1 1s 2 2
n=2 2s, 2p 2, 6 8
n=3 3s, 3p, 3d 2, 6,10 18
N=4 4s, 4p, 4d, 4f 2, 6, 10, 14 32
N=5 5s, 5p, 5d, 5f, 5g 2, 6, 10, 14, 18 50
ระดบพลงงานยอยทมคามากจะมจานวนออรบตลเชงอะตอมดงน s - subshell ม 1 ออรบตล p - subshell ม 3 ออรบตล d - subshell ม 5 ออรบตล f - subshell ม 7 ออรบตล g - subshell ม 9 ออรบตล
อเลกตรอนในอะตอมตางๆ ในออรบทลเชงอะตอม มการจดเรยงตว โดยอาศยหลกเรยกวา Aufbau principle สาหรบอะตอมทมความเสถยรมากทสด (มพลงงานตาทสด คอทสถานะพน) ดงน 1. การบรรจอเลกตรอนในระดบพลงงานตองบรรจในระดบพลงงาน (n) ททาใหอะตอมมพลงงานตากวากอนจนเตมจงตองไปบรรจในระดบพลงงานทสงขนไป 2. การบรรจอเลกตรอนลงไปในระดบพลงงานยอยตางๆ ตองใหไดพลงงานรวมตาทสดซงลาดบการบรรจอเลกตรอนลงในระดบพลงงานยอยตางๆ ดงไปน
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s
74 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
แผนภมแสดงลาดบการเตมอเลกตรอนในออรบตลของอะตอมทมอเลกตรอนจานวนมาก
ตวอยางเชน การจดเรยงอเลกตรอนของ Mg ม 12 อเลกตรอน เขยนไดเปน Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 Ni ม 28 อเลกตรอน เขยนไดเปน Ni : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
4.5 หลอดรงสแคโทด (Cathode Rays Tube) ในป ค.ศ. 1830 เซอรวลเลยม ครค ไดประดษฐเครองมอทมความสาคญตอ
การคนพบอเลกตรอน คอหลอดรงสแคโทด ทเปนหลอดแกวสญญากาศ ใหดงรป
หลอดแกวดงกลาวมปลายหลอดปดทงสองดาน และมขวโลหะทตอเขาไปยงแบตเตอร หลงจากนนผานกระแสไฟฟาทมแรงเคลอนสงๆ เขาไป พบวาผนงหลอดแกวใกลขวแอโนด (ขวลบ) เกดการเรองแสง
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 75
ในป ค.ศ. 1897 เจ.เจ.ทอมสน (1856-1940) ไดศกษาแนวคดทวา กาซสามารถนาไฟฟาได จากผลการทดลองของไมเคล ฟาราเดย ทคดวาไฟฟาเปนอนภาค และถาสารใดๆ ตางมอะตอมเปนองคประกอบแลว ถาใหกระแสไฟฟาจานวนหนงแกสาร จะมผลทาอะตอมสวนหนงหลดออกมาได แสดงวาในแตละอะตอมตองมอนภาคไฟฟาตดอยดวย
เจ. เจ. ทอมสน พบวาเมอใชหลอดแกวสญญากาศทภายในบรรจกาซเพยงเลกนอย ซงประกอบดวยวงจรไฟฟากระแสตรงทมความตางศกย 1.0x104 โวลต ทวางฉากเรองแสงทฉาบดวยซงคซลไฟต(ZnS) ไวภายในหลอด ขวไฟฟาทตอกบขวบวก เรยกวา แอโนด และขวลบ เรยกวาแคโทด เมอผานไฟฟาเขาไปในหลอดพบวา กาซนาไฟฟาไดและเกดลาแสงเสนเรองสเขยวพงออกจากแคโทดไปยงแอโนด เรยกลาแสงนวา รงสแคโทด แสดงวารงสนมสมบตเปนประจไฟฟาลบ เจ เจ ทอมสนจงไดตงสมมตฐานวารงสแคโทดประกอบดวยอนภาค และใชชอวา อเลกตรอน ตามทสโตนนเคยใชมากอน การทดลองของทอมสนทาใหหาอตราสวนระหวางประจและมวล (e/m) ของ อเลกตรอนในรงสแคโทดได โดยใชสนามแมเหลกและสนามไฟฟา ดงรป โดยทดลองใหรงสแคโทดอยในสนามแมเหลก พบวารงสเบนไปอกทศทางหนง ซงตรงกนขามกบรงสแคโทดทอยในสนามไฟฟา จะไดวาเมอรงสแคโทดอยในสนามไฟฟาหรอสนามแมเหลก รงสจะเบนไปจากแนวเดม โดยรงสจะวงไปหาขวบวกของสนามไฟฟา สวนสนามแมเหลกนนรงสวงไปหาขวใต ดงนนเขาจงผานสนามไฟฟาหรอสนามแมเหลกไปยงรงสแคโทด แลวใชอกสนามหนงมาทาใหรงสเบนกลบเปนเสนตรง
76 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
คาทไดคอ 1.75x108 คลอมบตอกรม และพบวาไมวาจะใชแกสชนดใดในหลอดรงสแคโทด อตราสวนนยงคงทเสมอ แสดงวาในอะตอมทกชนดมอนภาคเลกๆ ของอเลกตรอนเหมอนกน
4.6 ตารางธาต ธาต (Elements) เปนสารบรสทธทประกอบดวยอะตอมเพยงชนดเดยว ไมสามารถยอยสลายใหเปนสารอนไดโดยวธทางเคม อะตอมของธาตแตละชนดจะเขยนแทนไดดวยสญลกษณ (Symbol) เปนภาษาองกฤษ สาหรบธาตใชสญลกษณทมตวอกษรสองตว ใหเขยนอกษรตวแรกเปนตวใหญและอกษรตวถดมาเปนตวเลก ทงนขนอยกบชอของธาตนนๆ เชน Ni ใชแทนนกเกล (Nickel) Cl ใชแทนคลอรน (Chlorine) Ca ใชแทนแคลเซยม (Calcium) มสญลกษณของธาตบางชนดทไมสมพนธกบชอภาษาองกฤษ ไดแก Fe เปนสญลกษณของเหลก (Iron) Pb เปนสญลกษณของตะกว (Lead) Au เปนสญลกษณของทอง (Gold) Ag เปนสญลกษณของเงน (Silver) Sn เปนสญลกษณของสงกะส (Tin) Cu เปนสญลกษณของทองแดง (Copper) และ Hg เปนสญลกษณของปรอท (Mercury) ทงนเพราะโลหะเหลานเปนทรจกกนมาแตโบราณและใชชอภาษาลาตนมาแตเดม สญลกษณทใชแทนจงเปนตวยอของภาษาลาตน ดงตารางท 4.2
ตารางท 4.2 ธาตทใชสญลกษณมาจากภาษาลาตน ชอของธาต ชอภาษาลาตน สญลกษณ Antimony Stibium Sb Copper Cuprum Cu Gold Aurum Au Iron Ferrum Fe Lead Plumbum Pb Potassium Kalium K Silver Argentum Ag Sodium Natrium Na Tin Stannum Sn Tungsten Wolfram W
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 77
จากทไดมการคนพบธาตใหมเพมขนเรอยๆ จงเรมมการคดคนเพอจดการกบธาตทพบใหเปนระบบมาตงแตตนปศตวรรษท 19 เมอนกเคมพบวามหลายธาตทมสมบตทางเคมและทางกายภาพทคลายกน ซงไดนาไปสการพฒนาตารางธาตในปจจบน
ตารางธาต (Periodic table) เปนตารางทแสดงสญลกษณและสมบตของธาต มการจดหมวดหมของธาตอยางมระบบ ววฒนาการของการจดธาตในตาราง ตามลาดบปครสตศกราช ดงน
1. เดอเบอไรเนอร, โยฮนน วอฟกน (Döbereiner, Johann Wolfgang) (1780-1849) เปนนกเคมชาวเยอรมน ในป ค.ศ. 1817 เดอเบอไรเนอร ไดเสนอการจดกลมของธาตแบบ กฎชดสาม (Law of Triads) โดยพบวาสมบตของธาตสามธาต คอ แคลเซยม แบเรยม และสทรอนเทยม มสมบตคลายกนมาก มวลอะตอมของสทรอนเทยมจะอยระหวางแคลเซยมกบแบเรยม จงจดธาตทงสามไวในชดเดยวกน เรยกวา “ชดสาม” (Triad) และยงพบธาตชดสามแบบนอกเจดกลม โดยแตละกลมทพบนน ธาตทอยตรงกลางจะมมวลอะตอมประมาณครงหนงของธาตทหนงและสาม แนวคดของเดอเบอไรเนอรไมไดรบความนยมมากนก แตกเปนแนวทางในการเรมศกษาเรองตารางธาต
ตวอยางของการจดกลมของเดอเบอไรเนอร
ชดสามท 1 ชดสามท 2 ชดสามท 3
ลาดบธาต ชอธาต มวลอะตอม ชอธาต มวลอะตอม ชอธาต มวลอะตอม
ธาตทหนง Ca 40.1 Li 6.9 Cl 35.5 ธาตทสาม Ba 137.3 K 39.1 I 126.9 มวลเฉลย มวลเฉลย มวลเฉลย 88.7 23.0 81.2
ธาตทสอง Sr 87.6 Na 23.0 Br 79.9
2. นวแลนด, จอหน เอ อาร (Newlands, John A. R.) (1837-1898) ในป ค.ศ. 1867 นกเคมชาวองกฤษ ไดจดหมวดหมของธาตเปนอนกรรมโดยเรยงลาดบตามมวลอะตอมทเพมขนในแนวนอน พบวาธาตตวท 8 มสมบตคลายธาตตวแรกของอนกรม นวแลนดไดเรยกอนกรมนวา ‘the Law of Octaves’ แตกฎดงกลาวใชไมไดกบธาตหลงแคลเซยมเปนตนไป
78 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
3. เมนเดเลเอฟ, ดมทร อวาโนวช (Mendeleyev, D.I.) (1834-1907) นกเคมชาวรสเซย และไมเออร, ยลอส โลทาร (Meyer, J.L.) (1830-1895)
เมนเดเลเอฟ ไดพฒนากฎพรออดก (periodic law) โดยอาศยสมบตทางเคมของธาต เรยงลาดบตามนาหนกอะตอม ในป ค.ศ. 1869 เขาไดนาเสนอตารางธาตขนครงแรกในเวลาใกลเคยงกบ ไมเออร, ยลอส โลทาร
ไมเออร นกฟสกสชาวเยอรมน ไดใหความสนใจในการจดตารางธาตอาศยสมบตทางกายภาพของธาต เชน จดหลอมเหลว ปรมาตรเชงอะตอม (atomic volume) และไดนาเสนอตารางธาตในป ค.ศ. 1870
เมนเดเลเอฟนาเสนอตารางธาต ดงรปท 4.8 เรยงลาดบตามนาหนกอะตอมจากนอยไปมาก ดงกฎพรออดกทวา “สมบตทางเคมและทางกายภาพของธาตเปนฟงกชนพรออดกแบบเปนคาบๆ กบนาหนก” ตอมาเมนเดเลเอฟไดรบการเสนอชอเขารบรางวลโนเบล ในป ค.ศ. 1906
รปท 4.8 ตารางธาตของเมนเดลอฟ ในป ค.ศ. 1872 สวนทเวนวางไวสาหรบธาตทยงไมพบใน
ขณะนน และทานายสมบตของธาตดงกลาวไดอยางถกตองในเวลาตอมา สญลกษณทอยดานบนของแตละชอง (เชน R2O และ RH4) เปนสตรโมเลกลทเขยนในปทศวรรษ
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 79
การจดตารางธาตของเมนเดลอฟ ยงสามารถทานายธาตทเวนวางไวไดลวงหนา เชน ไดทานายธาตทยงไมเคยคนพบทอยดานลางของธาตอลมเนยม โบรอน และซลกอน โดยใชชอ eka-Al eka-B และ eka-Si ตามลาดบ และตอมามนกวทยาศาสตรไดคนพบธาตทงสามทมสมบตตามทเมนเดลอฟไดทานายไว ธาตทงสามคอ แกลเลยม (Gallium, eka-Al) สแกนเดยม (Scandium, eka-B) และเจอรมาเนยม (Germanium, eka-Si)
4. เซอร วลเลยม แรมเซย (Ramsay, Sir William) (1852-1916) นกเคมชาวองกฤษ เปนผทคนพบธาตอารกอน (Ar) ในป 1894 และยงพบกาซเฉอยอนๆ ซงทาใหไดรบรางวลโนเบลในป 1904 การคนพบธาตอารกอน (นาหนกอะตอม 39.9) จดอยในกลมกาซเฉอย และอยกอนธาตโพแทสเซยม (นาหนกอะตอม 39.1) ซงแสดงถงวาสมบตของธาตไมจาเปนตองเปนฟงกชนกบนาหนกเสมอไป
5. โมสลย, เฮนร จ เจ (Moseley, Henry G. J.) (1887-1915) นกเคมชาวองกฤษ เปนลกศษยของรทเทอรฟอรด ในป ค.ศ. 1913 ไดศกษาโครงสรางอะตอมของธาตตางๆ จากเสนสเปกตรมของรงสเอกซ และไดคนพบจานวนของประจบวกในนวเคลยส เปนทมาของเลขเชงอะตอม โดยมความสมพนธระหวางความถของเสนสเปกตรมและเลขเชงอะตอมของธาตเปนสมการเชงเสน ดงรปท 1.2 โดยรากทสองของความถของเสนสเปกตรมจะเพมขนเปนคาคงทจากธาตหนงไปยงอกธาตหนงตามลาดบ จากการศกษาเลขเชงอะตอมของธาตทาใหสามารถแกปญหาเรองการเรยงลาดบธาตทไมเปนระบบตามนาหนกอะตอมได
80 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
รปท 4.9 แสดงความสมพนธระหวางความถของเสนสเปกตรมและเลขเชงอะตอมของธาต
4.7 การจดตารางธาต ตารางธาตในปจจบน ในตารางมการจดเรยงธาตตามลาดบแนวนอน ซงเรยกวาคาบ (periods) แตละคาบมความยาวแตกตางกน สวนในแนวดงของตารางเรยกวาหม (groups) โดยมความสมพนธกบสมบตของธาตทงทางเคมและทางกายภาพตามกฎพรออดกทวา “เมอนาธาตมาเรยงลาดบเปนหมวดหมจากเลขเชงอะตอมนอยไปหามาก สมบตทางเคมและทางกายภาพจะแปรผนไปอยางพรออดกตามเลขเชงอะตอมทเพมขน”
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 81
82 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
คาบ ในตารางธาตมทงหมด 7 คาบ โดยมจานวนธาตในแตละคาบแตกตาง
กน ดงตารางท 1.2 พบวาเรมตงแตคาบท 4 เปนตนไป จะมธาตทรานซชน (transition elements) ประกอบอยดวย
ตารางท 1.3 พรออดกของธาตในตารางธาตตามคาบ
คาบท จานวนของธาต
1 2
2 8
3 8
4 18
5 18
6 32
7 32
หม เปนชอเรยกสาหรบธาตในตารางธาตทอยในแนวดงเดยวกน มทงหมด
18 หม การเรยกชอแตละหม มสองวธคอ
1. ทางการคา ชอเรยกแตละหมจะใชตวเลขโรมน และตวอกษร A และ B กากบ เชน IA IIA IIIB เปนตน
2. ระบบ IUPAC (The International Union of Pure and Applied Chemistry) มการเรยกชอใหมตามระบบจานวนนบ คอหมท 1-18
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 83
ธาตทอยในหมเดยวกน จะมจานวนอเลกตรอนทอยในรอบนอกสด หรอ ”วา
เลนซอเลกตรอน” เทากบตวเลขของหมนนๆα เชน โลหะในหมท 1 หรอ IA
จานวนอเลกตรอน
การจดเรยงอเลกตรอน** ธาตหม 1 วาเลนซ-
อเลกตรอน
3 1s2 2s1 1 ลเทยม, Li
11 1s2 2s2 2p6 3s1 1 โซเดยม, Na
19 1s2 2s2
2p6 3s2 3p6 4s1 1 โปแตสเซยม, K 37 1s2
2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s24p6 5s1 1 รบเดยม, Rb
** อเลกตรอนทอยวงนอกสดจะพมพตวหนา
ลเทยม (Li) มอเลกตรอน 3 อเลกตรอน และวาเลนซอเลกตรอนเทากบหนง เปนธาตทอยในหมท IA เชนเดยวกบ โซเดยม (Na) มอเลกตรอน 11 อเลกตรอน มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 1 เปนตน
4.8 ลกษณะทสาคญของแตละหม
โลหะ
หมท 1 (IA) โลหะแอลคาไล (Alkali metals)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 1
• ทาปฏกรยากบนาเยนไดสารละลายเบสแอลคาไลไฮดรอกไซด
• มความเปนโลหะสง สามารถดงเปนเสนได
• ไฮโดรเจนไมจดเปนโลหะแอลคาไล
α เกณฑนไมสามารถใชไดกบธาตทรานซชน
Na Li
K Rb Cs Fr
84 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
Mg Be
Ca Sr Ba Ra
หมท 2 (IIA) โลหะแอลคาไลน เอรธ (Alkaline earth metals)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 2 ไดแก Be Mg Ca Sr Ba Ra
• มความเปนโลหะสง สามารถดงเปนเสนได
• ในธรรมชาตไมพบธาตทเปนอสระ
• สามารถเกดสารประกอบแอลคาไลนออกไซดและไฮดรอกไซด
หมท 3-12 (IIIB-VIIIB,IB-IIB) โลหะทรานซชน (Transition metals)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 2
• มเลขออกซเดชนมากกวาหนงคา
• สามารถทาปฏกรยากบออกซเจนไดสารประกอบออกไซด
• เกดสารประกอบสวนใหญมส
• มธาตทรานซชนชนในประกอบดวย
โลหะทรานซชนชนใน (Inner transition metals) หรอ โลหะแรรเอรธ (Rare earth metals)
• ธาตหนกอยในสองแถวตอนลางของตารางธาต
• มอเลกตรอน 2 อเลกตรอน ในวงนอก
• เลขออกซเดชนเรมตนทคา +3
• ประกอบดวยอนกรม 2 อนกรม คอ
1. อนกรมแลนธาไนด (Lanthanide series) ธาตท 57-71 เปนธาตในคาบท 6 โลหะทนาไฟฟาไดสง
2. อนกรมแอกทไนด (Actinide series) ธาตท 89-103 เปนธาตในคาบท 7 โลหะในอนกรมนทงหมดเปนธาตกมมนตภาพรงส
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 85
อโลหะ
หมท 13 (IIIA) หมโบรอน (Boron family)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 3
• อลมเนยม (Al) เปนโลหะทพบสวนใหญ
• ใชในการแกนากระดาง
• ใชทาสารกงตวนา
หมท 14 (IVA) หมคารบอน (Carbon family)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 4 ไดแก C Si Ge Sn Pb
• ซลคอน (Si) เปนธาตกงโลหะ เปนธาตทพบมาก
• พบในเพชรและกราไฟต หมท 15 (VA) หมไนโตรเจน (Nitrogen family)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 5
• ไนโตรเจนเปนธาตทพบในกาซมากทสดในธรรมชาต
• สวนใหญเปนสารประกอบโควาเลนท
หมท 16 (VIA) หมออกซเจน (Oxygen family)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 6
• มออกซเจนเปนธาตทพบมากทสดในธรรมชาต
• ออกซเจนเปนธาตทใชในการเผาไหม
หมท 17 (VIIA) หมแฮโลเจน (Halogen family)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 7
• แฮโลเจนสามารถทาปฏกรยากบโลหะไดสารประกอบเกลอ
• ธาตทกธาตในหมแฮโลเจนเปนอโลหะ
• ฟลออรนและคลอรน มสถานะเปนกาซทอณหภมหอง
Cl F
Br I
At
S O
Se Te Po
P N
As Sb Bi
Al B
Ga In Ti
86 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
หมท 18 (VIIIA) หมกาซเฉอย (Nobel gasses family)
• มวาเลนซอเลกตรอนเทากบ 8
• มการจดเรยงอเลกตรอนครบแปด จงไมสามารถทาปฏกรยากบธาตอนไดอก นยมใชปองกนการเกดปฏกรยาของโลหะ
• ทกธาตเปนกาซไมมส
การอานตารางธาต เมอพจารณาตารางธาต พบวาในชองของแตละธาต
ประกอบดวย ชอ สญลกษณ เลขเชงอะตอม และมวลเชงอะตอม ดงตวอยางเชน
6
C Carbon
12.01
เลขเชงอะตอม เปนจานวนโปรตอนในนวเคลยสของอะตอมของธาตนนๆ ซงมคาเทากบจานวนอเลกตรอนในอะตอมดวย ในตารางธาตมทงหมด 7 คาบ
มวลเชงอะตอมเฉลย เปนตวเลขแสดงมวลของอะตอมของธาต โดยเปรยบเทยบกบมวลของอะตอมของธาตมาตรฐาน ทงนเนองจากมวลของอะตอมแตละธาตมคานอยทาใหไมสามารถชงนาหนกไดโดยตรง เชน ไฮโดรเจนมมวลของอะตอม 1.66x10-24 กรม ออกซเจนมมวลของอะตอม 2.65X10-24 กรม ดงนนดาลตนจงเสนอใหหามวลของอะตอมจากการเปรยบเทยบกบมวลเชงอะตอมของธาตไฮโดรเจน โดยกาหนดหนวยเปนหนวยมวล
อะตอม (amu , atomic mass unit) โดยทใหไฮโดรเจน 1 อะตอม มมวลเปน 1 หนวยมวล
1 amu = 1 D (Dalton) คานวณจากเลขอะโวกาโด (6.022 x 10-23)
เลขเชงอะตอม (atomic number)
สญลกษณของธาต (symbol of element)
ชอธาต (name of element)
มวลเชงอะตอมเฉลย (average atomic mass)
Ne He
Ar Kr
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 87
มวลเชงอะตอมของธาต = อะตอม 1 รเจนมวลของไฮโด
อะตอม 1 มวลของธาต
ตอมานกวทยาศาสตรไดมขอตกลงใชคารบอน-12[ เปนอะตอมของธาต
มาตรฐานในการเปรยบเทยบมวลเชงอะตอม เพราะคารบอนสามารถทาปฏกรยากบธาตอนๆ เกดเปนสารประกอบไดจานวนมาก โดยกาหนดให
หนงอะตอมของคารบอน-12 มมวล = 12 หนวยมวลอะตอม (amu)
1 amu = มวลเชงอะตอมของคารบอน-12
= 1.66 x 10-24 กรม 12
ดงนนคาของมวลเชงอะตอมของธาตใดๆ จงเขยนเปนความสมพนธไดดงน
มวลเชงอะตอมของธาต = มวลเชงอะตอมของธาต 1 อะตอม
1/12 มวลเชงอะตอมของคารบอน-12
แตละธาตในธรรมชาตนนมหลายไอโซโทป และแตละไอโซโทปกมปรมาณทแตกตางกน และเพอใหสอดคลองกบคามวลเชงอะตอมของธาตทปรากฏในธรรมชาต คามวลเชงอะตอมของธาตใดๆ ในตารางธาตจงเปนคามวลเชงอะตอมเฉลยทขนอยกบคามวลเชงอะตอมและปรมาณของแตละไอโซโทปทพบในธรรมชาต ปจจบนนกวทยาศาสตรหามวลเชงอะตอมและปรมาณของไอโซโทปของธาตโดยใชเครองมอทเรยกวา แมสสเปกโตรมเตอร (massspectrometer) เพอใหไดคาทแนนอนและมความถกตองสง
มวลเชงอะตอมของธาต = Σ (มวลธาต × ปรมาณ%ของไอโซโทป) 100
[ C-12 เปนคารบอนไอโซโทปทมปรมาณมากทสดในธรรมชาต
88 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
ตวอยางเชนการคานวณหามวลเชงอะตอมของคารบอน จากขอมลตอไปน
ไอโซโทป มวลอะตอม %ทมอยในธรรมชาต 12C 12.00000 98.89% 13C 13.00335 1.11%
มวลอะตอมของธาตคารบอน = 1001.11)(13.0033598.93)(12.0000 ×+×
= 12.01 amu
4.9 ประโยชนของตารางธาต ธาตในตารางธาตมความสมพนธกน ตามสมบตทสาคญๆ ในแตละหม แตละคาบ สามารถพจารณาถงแนวโนมของธาตตางๆ ได และยงนามาใชประโยชนในการทานายสมบตของธาต สตรของสารประกอบ ตลอดจนการเกดสารประกอบไดอกดวย เชน ธาตทอยในหมเดยวกนเมอเกดเปนสารประกอบจะมสตรของสารประกอบคลายกน ดงเชน แคลเซยมและเรเดยมเปนธาตทอยในหม IIA เชนเดยวกน เมอเกดการรวมตวกบโบรมน จะไดสารประกอบแคลเซยมโบรไมด (CaBr2) และเรเดยมโบรไมด (RaBr2) ตามลาดบ ซงความสมพนธของธาตนนทาไดโดยการเปรยบเทยบจากซายไปขวา และจากบนลงลางของตารางธาต สมบตทสาคญของธาต ไดแก
1. สมบตการนาไฟฟา ธาตทมความสามารถในการนาไฟฟาไดด จะมความเปนโลหะสง สวน
ธาตทไมนาไฟฟา เปนพวกอโลหะ เมอพจารณาจากธาตในตารางธาตพบวาถาแบงตามเกณฑการนาไฟฟาได 3 จาพวก คอ โลหะ (metal) อโลหะ (non-metal) และกงโลหะ (metalloid) ซงนาไฟฟาไดเฉพาะทอณหภมสง จงมกนยมใชเปนสารกงตวนา (semiconductors) แนวโนมความเปนโลหะจะลดลงจากซายไปขวา แตนาไฟฟาเพมขนจากบนลงลาง เมอเลขเชงอะตอมเพมขน
2. ขนาดอะตอมและไอออน ขนาดอะตอมและไอออนของธาต ใชรศมอะตอม (atom radius) เปน
ตวกาหนดขนาด ซงรศมอะตอมหาไดจากระยะหางระหวางอะตอมหนงถงอกอะตอมหนงของ
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 89
แนวโนมขนาดของอะตอมและความเปนโลหะ
โลหะสง
3. พลงงานไอออไนเซชน (Ionization energy)
พลงงานไอออไนเซชนหมายถงพลงงานทใชในการดงอเลกตรอนจากอะตอมอสระในสถานะกาซทสภาวะพน ทาใหเกดเปนไอออนบวก หรอ พลงงานทใชในการแตกตวเปนไอออนของอะตอมอสระนนเอง เขยนเปนสมการทวไปไดดงน
พลงงาน + M(g) → M+(g) + e-
พลงงานไอออไนเซชนของอะตอมมไดหลายคา ขนอยกบวาดงอเลกตรอนตวใด พลงงานไอออไนเซชนทดงอเลกตรอนตวทอยไกลจากนวเคลยสมากทสด (พลงงานไอออไนเซชนทหนง) จะมคาตาทสด และมแนวโนมเพมขนจากซายไปขวาของตารางธาต (ตามหวลกศร) ทงนเพราะขนาดของอะตอมทเลกลงทาใหนวเคลยสสามารถดงดดอเลกตรอนไวไดด ดงตาราง
90 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
พลงงานไอออนไนเซชนทหนง
พลงงานทใชดงอเลกตรอนตวแรกออกจากอะตอม
4. สมพรรคภาพอเลกตรอน (Electron Affinity)
สมพรรคภาพอเลกตรอนหมายถงพลงงานทเปลยนไปเมออะตอมในสถานะกาซรบอเลกตรอนเขาไปหนงตว ทาใหเกดเปนไอออนลบ ดงสมการทวไป
M(g) + e- → M-(g) + พลงงาน
ดงเชนฟลออรนเมอรบหนงอเลกตรอน จะเกดเปนฟลออไรดและทาใหเกดการเปลยนแปลงพลงงานโดยคายพลงงานออกมาเทากบ 331.4 kJ/mol
F(g) + e- → F-(g) ΔHo = 331.4 kJ/mol
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 91
แนวโนมสมพรรคภาพอเลกตรอนของธาตในตารางจะเพมขนจากซายไปขวา และลดลงจากบนลงลางของตารางธาต
5. อเลกโตรเนกาตวต (Electronegativity) อเลกโตรเนกาตวตเปนความสามารถของอะตอมในการดงดดอเลกตรอน
เขาหาตวมนเอง เปนสมบตทสาคญในการพจารณาการเกดพนธะภายในโมเลกล ซงไมสามารถวดไดโดยตรง ในป ค.ศ. 1930 ไลนส พอลง (Linus Pauling, 1901-1994) นกเคมชาวอเมรกน ไดศกษาเกยวกบการดงดดของอะตอมกบอเลกตรอน และไดรบรางวลโนเบลในป ค.ศ. 1954 ความสามารถในการดงดดอเลกตรอนเขาหาตวมนเองนนทาใหเกดพนธะได
เมอพจารณาความแตกตางของอเลกโตรเนกาตวตของธาตทเกดเปนโมเลกล สามารถทานายพนธะภายในของโมเลกลได ทาใหแบงประเภทของพนธะภายในโมเลกลไดดงตาราง
ตารางท 4.4 แสดงการจาแนกประเภทของพนธะตามผลตางของ EN
ผลตางของ EN ระหวางอะตอม ชนดของพนธะ
ตากวา 0.5 non-polar covalent 0.5 - 1.9 polar covalent
มากกวา 1.9 ionic
แนวโนมของคาอเลกโตรเนกาตวตของธาตในตารางธาต จะเพมขนจากซายไปขวาและลดลงจากบนลงลาง เชนเดยวกบคาสมพรรคภาพอเลกตรอน
92 โครงสรางอะตอมและตารางธาต CM 103
1. พนธะไอออนก (Ionic bond) เปนพนธะทเกดขนระหวางอะตอมทมคาอเลกโตรเนกาตวตตางกนมากๆ ไดแก พนธะระหวางโลหะกบอโลหะ โลหะมคาอเลกโตรเนกาตวตตาจงสญเสยอเลกตรอนใหกบอโลหะทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง ทาใหเกดเปนประจบวกและลบตามลาดบ
2. พนธะโควาเลนท (Covalent bond) เปนพนธะทเกดขนระหวางอะตอมทมคาอเลกโตรเนกาตวตเทากนหรอใกลเคยงกน ไดแก พนธะระหวางโลหะกบโลหะ พนธะระหวางอโลหะดวยกนเอง เกดการใชอเลกตรอนรวมกนระหวางนวเคลยสทงสอง
ผลตางของ EN พนธะ อะตอมทเปนลบ ชนดของพนธะ
H - H 0.0 N/A pure covalent C - H 0.4 C (weakly) polar covalent O - H 1.4 O polar covalent H - F 1.9 F polar covalent S - O 1.0 O polar covalent C - O 1.0 O polar covalent Al - C 1.0 C polar covalent Na - Cl 2.1 Cl ionic Mg - O 2.3 O ionic Mg - C 1.3 C polar covalent
∗EN คอ คาอเลกโตรเนกาตวต
CM 103 โครงสรางอะตอมและตารางธาต 93