ตารางธาตุ Periodic Table

วิวัฒนาการของตารางธาตุ ศตวรรษที่ 19 ค.ศ. 1866 ค.ศ 1869 ค.ศ 1869 ค.ศ. 1913 วิวัฒนาการของตารางธาตุ

โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ ศตวรรษที่ 19 ไดนําธาตุตาง ๆ ที่พบในสมัยนั้นมาจัดเรียงเปนหมวดหมูโดยนําธาตุที่มีสมบัติคลายกันมาจัดไวในหมวดหมูเดียวกัน หมูละ 3 ธาตุ เรียงตามมวลอะตอม* จากนอยไปมากและธาตุ แต่ละหมูมวลอะตอมที่อยูตรงกลางจะเปน คาเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีก 2 ธาตุโดยประมาณ กฎนี้ เรียกวา Law of Triads (กฏชุดสาม) *มวลอะตอม คือตัวเลขแสดงค่าเปรียบเทียบระหว่างมวลของธาตุนั้น 1 อะตอมกับ 1/12 ของมวลของคาร์บอน-12 1 อะตอม โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ (Johann Dobereiner)

ที่มาภาพ : https://goo.gl/V8qVgu ตาราง แสดงมวลอะตอมเฉลี่ย ของธาตุบางกลุมตามกฎชุดสาม ภาพ : กฏชุดสาม. ที่มาภาพ : https://goo.gl/V8qVgu

ไดจัดธาตุตาง ๆ เปนหมวดหมู โดยถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอม ใน ค.ศ. 1866 ไดจัดธาตุตาง ๆ เปนหมวดหมู โดยถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอม จากนอยไปมากพบวาธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ แตกฎนี้ใช้ได้กับธาตุที่มีมวลอะตอมไม่เกินมวลอะตอมของ (Ca) เทานั้น จอห์น นิวแลนด์ (John Newlands)

ภาพ : การจัดตารางธาตุของ John Newlands

ยุลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ ได้จัดตารางธาตุเปนหมวดหมู โดยนํามวลอะตอมของธาตุตาง ๆ มาเขียนกราฟกับสมบัติทางกายภาพตาง ๆ ของธาตุ เรียกวา Lothar Meyer’s Curves กราฟที่ไดจะพบวาสมบัติตาง ๆ ของธาตุจะเพิ่มขึ้นแล้วลดลง แล้วเพิ่มขึ้นอีกซ้ำ ๆ กันเปนชวง ๆ เมื่อมวลอะตอมของธาตุเพิ่มขึ้น ใน ค.ศ 1869 ยุลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ (Julius Lothar Meyer)

มีนักเคมีชาวรัสเซียไดเสนอการจัดตารางธาตุออกมาในลักษณะคลาย ๆ กัน โดยพบว่าสมบัติตาง ๆ ของธาตุมีความสัมพันธกับมวลอะตอมของธาตุ Periodic Law คือ “สมบัติของธาตุเปนไปตามมวลอะตอมของธาตุโดยเปลี่ยนแปลงเปนชวง ๆ ตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น” ในช่วงเวลาเดียวกับ Meyer ดมีตรี เมนเดเลเยฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev)

ชองวางที่เวนไวคือตำแหนงของธาตุที่ยังไมพบในสมัยนั้น ภาพ : การจัดตารางธาตุของ Mendeleev ชองวางที่เวนไวคือตำแหนงของธาตุที่ยังไมพบในสมัยนั้น ตําแหนงของธาตุในตารางธาตุสัมพันธกับสมบัติของธาตุ → สามารถทํานายสมบัติของธาตุไวลวงหนาได

การทํานายสมบัติของธาตุ โดยการศึกษาสมบัติเกี่ยวกับ จุดหลอมเหลว จุดเดือด ความถวงจําเพาะ ความรอนจําเพาะ สมบัติเกี่ยวกับสารประกอบคลอไรด และออกไซด

ตัวอยาง เชน ธาตุที่อยูในชองวางใต Si เมนเดเลเอฟเรียกชื่อวาธาตุเอคาซิลิคอน อีก 15 ปตอมาคือในป พ.ศ.2429 (ค.ศ. 1886) เคลเมนส วิงคเลอร (Clemens Winkler) นักวิทยาศาสตรชาวเยอรมันจึงไดพบธาตุนี้และเรียกชื่อวาธาตุเจอรเมเนียม (Ge) นั่นเอง

ตาราง เปรียบเทียบสมบัติของเอคาซิลิคอนกับเจอรเมเนียม

นอกจากธาตุเอคาซิลิคอนแลว ยังมีธาตุอื่นที่เมนเดเลเยฟ ไดเรียกชื่อไวลวงหนา เชน ธาตุที่อยูใต B เรียกวาเอคาโบรอน → ซึ่งปจจุบันก็คือธาตุ Se ธาตุที่อยูใต Al เรียกวา เอคาอะลูมิเนียม → ซึ่งปจจุบันก็คือธาตุ Ga

การจัดตารางธาตุของเมนเดเลเอฟนั้น ถายึดหลักการเรียงตามมวลอะตอมจากนอยไปหามากอยางเครงครัดจะทําใหธาตุบางธาตุซึ่งมีสมบัติแตกตางกันอยูในหมูเดียวกัน ทําใหตอง ยกเวนไมเรียงตามมวลอะตอมบาง แตเมนเดเลเอฟก็ไมสามารถใหเหตุผลไดวาเปนเพราะ เหตุใดจึงตองเรียงลําดับธาตุเชนนั้น ซึ่งยังไมมีความเขาใจเกี่ยวกับโครงสรางของอะตอมมากพอ

ตอมานักวิทยาศาสตรจึงสรางแนวคิดใหมวา ตําแหนงของธาตุในตารางธาตุไมควรขึ้นอยูกับ มวลอะตอม แตควรจะขึ้นอยูกับสมบัติอื่น ๆ ที่สัมพันธกับมวลอะตอม

ค.ศ. 1913 ไดจัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมจากนอยไปหามาก ดังนั้นในปจจุบัน Periodic Law มีความหมายวา “สมบัติ ตาง ๆ ของธาตุจะขึ้นอยูกับเลขอะตอมของธาตุนั้น และขึ้นอยูกับ การจัดอิเล็กตรอนของธาตุเหลานั้น” เฮนรี่ โมสลีย์ (Henry Moseley)

ตารางธาตุในปัจจุบัน

ปจจุบันการจัดธาตุตามเลขอะตอมจากนอยไปหามาก โดยแบงธาตุ เปนหมู (groups) ในแนวตั้ง ทั้งหมด 18 หมู เป็นคาบ (periods) ในแนวนอน ทั้งหมด 7 คาบ ธาตุที่พบทั้งหมดในตารางธาตุมี 118 ธาตุ

การให้หมายเลขแก่ธาตุหมู่ต่าง ๆ นิยม 2 ระบบ คือ ระบบแรกแบ่งธาตุออกเป็น 2 กลุ่ม คือ A และ B และใช้เลขโรมันหรือเลขอารบิกเป็นเลขระบุหมู่

การให้หมายเลขแก่ธาตุหมู่ต่าง ๆ นิยม 2 ระบบ คือ ระบบที่สองเสนอโดยสหพันธ์นานาชาติของเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ (International Union of Pure and Applied Chemistry : IUPAC) ระบบนี้ใช้เลขอารบิกเป็นตัวกำหนดหมู่ของธาตุโดยใช้เลขเรียงลำดับ 1 - 18 จากซ้ายไปขวา

ในที่นี้จะใช้ระบบแรก ธาตุที่อยู่ในหมู่เดียวกันจะมีความคล้ายคลึงกันในหลายแง่ บางครั้งอาจเรียกธาตุในหมู่เดียวกันว่า ธาตุในตระกูลเดียวกัน (family) เดียวกัน สามารถแบ่งธาตุออกเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ ได้ดังนี้ 1. ธาตุเรพรีเซนเททีฟ (representative element) หรือธาตุหมู่หลัก (main group element) : ได้แก่ ธาตุในหมู่ A ทั้ง 8 หมู่ โดย 2 หมู่อยู่ทางด้านซ้ายและ 6 หมู่อยู่ทางด้านขวา

representative element • ธาตุหมู I ธาตุหมู I เรียกวา alkali metals และมีอิเล็กตรอนวงนอกสุดอยู 1 ตัว • ธาตุหมู II ธาตุหมู่ II เรียกว่า alkaline earth metals มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 2 ตัว • ธาตุหมู III จะเริ่มประกอบดวยโลหะและอโลหะ มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว • ธาตุหมู IV มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว

representative element • ธาตุหมู V ในตอนตน ๆ จะเปนอโลหะ สารหนู (As) และ อันติโมนี (Sb) จะแสดงคุณสมบัติระหวางโลหะและอโลหะ ลักษณะเชนนี้เรียกวามีสมบัติเปน metalloid • ธาตุหมู VI มีชื่อเรียกว่า Chalcogen มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 6 ตัว • ธาตุหมู VII มีชื่อเรียกวา Halogen group ธาตุหมูนี้เปน อโลหะ ที่วองไวในการผสมธาตุมาก • ธาตุหมู VIII จัดเปนธาตุ Inert gas หรือ noble gas จึงไม่ทําปฏิกิริยากับธาตุอื่น เพราะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุดเทากับ 8

transition element 2. ธาตุทรานซิชัน (transition element) : ได้แก่ ธาตุในหมู่ B ทั้ง 10 หมู่ ซึ่งอยู่ส่วนกลางของตารางธาตุระหว่างธาตุหมู่ A ฝั่งซ้ายและฝั่งขวา

inner transition 3. ธาตุอินเนอร์ทรานซิชัน (inner transition) : ได้แก่ธาตุบางส่วนในคาบที่ 6 และ ซึ่งนำมาเขียนแยกไว้ 2 แถว ที่ด้านล่างของตารางธาตุซึ่งแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มได้แก่ 3.1 ธาตุแลนทาไนด์ (lanthanide element) หรืออีกชื่อหนึ่งคือธาตุแรร์เอิร์ท (rare earth) ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 57 ถึง 71 3.2 ธาตุแอกทิไนด์ (actinide element) ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 89 ถึง 103

inner transition

กลุ่ม s, p, d และ f-block สามารถจัดกลุ่มได้ดังรูป

การตั้งชื่อธาตุที่คนพบใหม่ การที่นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาและค้นพบธาตุเพิ่มขึ้นจำนวนมาก จึงทำให้ในบางครั้งนักวิทยาศาสตร์ได้เสนอธาตุที่ค้นพบใหม่เป็นธาตุตัวเดียวกัน แต่มีการเรียกชื่อที่ต่างกัน ดังนั้นจึงมีการกำหนดข้อตกลงในการเรียกชื่อธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 100 ขึ้นไป โดย อ่านชื่อธาตุตามตัวเลขภาษาละติน ซึ่งลงท้ายเสียงของธาตุด้วยเอียม (-ium) การเขียนสัญลักษณ์ของธาตุนั้นให้ใช้ตัวอักษรตัวแรกของตัวเลขมาเขียนเรียงกัน

อักษรตัวแรกให้เป็นอักษรตัวใหญ่แล้วตามด้วยอักษรตัวเล็ก ซึ่งเลขละตินอ่านได้ ดังนี้ เช่น ธาตุที่ 104 ตามระบบ IUPAC อานวา Unnilquadium สัญลักษณ Unq

ตัวอยาง จงอานชื่อตามระบบ IUPAC พรอมทั้งเขียนสัญลักษณของธาตุตอไปนี้ 1. ธาตุที่ 106 =_____________สัญลักษณ___________ 2. ธาตุที่ 208 =_____________สัญลักษณ___________ 3. ธาตุที่ 119 =_____________สัญลักษณ___________

เฉลย จงอานชื่อตามระบบ IUPAC พรอมทั้งเขียนสัญลักษณของธาตุตอไปนี้ 1. ธาตุที่ 106 = Unnilhexium สัญลักษณ์ Unh 2. ธาตุที่ 208 = Biniloctium สัญลักษณ์ Bno 3. ธาตุที่ 119 = Ununennium สัญลักษณ Uue

จบละจ้า