ธาตุในตารางธาตุ Chaiwat Chueamang

คำทำนายของ Dmitri Mendeleev (1869) Eka-Aluminum (Ea) Gallium (Ga) Atomic mass 68 amu 69.9 amu Melting point Low 30.15 oC Density 5.9 g/cm3 5.94 g/cm3 Formula of oxide Ea2O3 Ga2O3

ลำดับการค้นพบธาตุ

การจัดเรียงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของธาตุ ns2np6 การจัดเรียงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของธาตุ ns1 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2 d10 d1 d5 4f 5f 8.2

การแบ่งประเภทของธาตุ 8.2

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของแคทไอออนและแอนไอออน ของธาตุ Representative Na [Ne]3s1 Na+ [Ne] อะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อทำให้แคทไออออนมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนกับ Noble Gas. Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar] Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne] H 1s1 H- 1s2 or [He] อะตอมรับอิเล็กตรอนเพื่อทำให้แอนไอออนมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนกับ Noble Gas F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 or [Ne] O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 or [Ne] N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 or [Ne] 8.2

แคทไอออนและแอนไอออนของธาตุ Representative +1 +2 +3 -3 -2 -1 8.2

มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน Na+: [Ne] Al3+: [Ne] F-: 1s22s22p6 or [Ne] O2-: 1s22s22p6 or [Ne] N3-: 1s22s22p6 or [Ne] Na+, Al3+, F-, O2-, และ N3- เป็น isoelectronic กับ Ne มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน อะตอมของธาตุใด isoelectronic กับ H- ? He มี 2 อิเล็กตรอนเหมือน H- 8.2

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของโลหะทรานสิชัน การเกิดแคทไอออนของธาตุทรานสิชันได้จากการดึงอิเล็กตรอนจากออร์บิทัล ns ก่อนแล้วจึงดึงออกจากออร์บิทัล (n-1)d เช่น Fe: [Ar]4s23d6 Fe2+: [Ar]4s03d6 or [Ar]3d6 Fe3+: [Ar]4s03d5 or [Ar]3d5 Mn: [Ar]4s23d5 Mn2+: [Ar]4s03d5 or [Ar]3d5 8.2

ธาตุชนิดหนึ่งมีเลขอะตอมเป็น 15 แสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนโดยไม่ดูตารางธาตุ ระบุว่าธาตุนี้เป็น paramagnetic หรือ diamagnetic และระบุประเภทของธาตุนี้ 15 อิเล็กตรอน: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 p orbital ไม่เต็ม (มี 3 unpaired spin) เป็น paramagnetic เป็นธาตุ representative

Effective nuclear charge (Zeff) คือ ประจุบวกของนิวเคลียส ที่อิเล็กตรอนวงนอกสุดรับรู้ Zeff = Z - s 0 < s < Z (s = shielding constant) Zeff ~ Z – number of inner or core electrons Zeff Core Z Radius Na Mg Al Si 11 12 13 14 10 1 2 3 4 186 160 143 132 ในคาบเดียวกัน เมื่อ Zeff เพิ่ม รัศมีอะตอมลด 8.3

8.3

ขนาดอะตอม 8.3

เรียงลำดับรัศมีอะตอมของธาตุต่อไปนี้จากเล็กไปหาใหญ่ P, Si, N N < P < Si Li, C, Be, C < Be < Li Na, Al, P, Cl, Mg Cl < P < Al < Mg < Na

ขนาดไอออนเทียบกับขนาดอะตอม 8.3

แคทไอออน มีขนาด เล็กกว่า ขนาดอะตอมของมันเสมอ แอนไอออน มีขนาด ใหญ่กว่า ขนาดอะตอมของมันเสมอ 8.3

รัศมีของไอออน 8.3

ไอออนใดมีขนาดใหญ่กว่าในแต่ละคู่ต่อไปนี้ N3-, F- N3- Mg2+, Ca2+ Ca2+ Fe2+, Fe3+ Fe2+ O2-, Cl- Cl-

Ionization energy คือพลังงานที่น้อยที่สุด (kJ/mol) ที่ต้องใช้ในการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมที่สภาวะพื้น I1 first ionization energy I1 + X (g) X+(g) + e- I2 second ionization energy I2 + X (g) X2+(g) + e- I3 third ionization energy I3 + X (g) X3+(g) + e- I1 < I2 < I3 8.4

ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไอออไนซ์ขั้นที่ 1 กับเลขอะตอม Filled n=1 shell Filled n=2 shell Filled n=3 shell Filled n=4 shell Filled n=5 shell 8.4

ธาตุใดต่อไปนี้มีค่า first ionization energy สูงกว่า Li, Be Be O, S O ธาตุใดต่อไปนี้มีค่า second ionization energy สูงกว่า Li Li, Be O, S O

แนวโน้มพลังงงานไอออไนซ์ขั้นที่ 1 First Ionization Energy เพิ่มขึ้น First Ionization Energy เพิ่มขึ้น 8.4

Electron affinity (EA) คือพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากการรับอิเล็กตรอนของอะตอมธาตุแล้วเกิดเป็นแอนไอออน ณ สถานะแก๊ส X (g) + e- X-(g) DH = -328 kJ/mol EA = +328 kJ/mol F (g) + e- X-(g) O (g) + e- O-(g) DH = -141 kJ/mol EA = +141 kJ/mol 8.5

ความสัมพันธ์ระหว่าง Electron affinity กับเลขอะตอม 8.5

ทำไมโลหะหมู่ 2A จึงรับอิเล็กตรอนได้ยากกว่าโลหะหมู่ 1A โลหะหมู่ 2A มีอิเล็กตรอนอยู่เต็ม subshell s แล้ว อิเล็กตรอนที่เข้ามาใหม่จะอยู่ห่างจากนิวเคลียสและถูก shield มากกว่า ในกรณีของโลหะหมู่ 1A ที่ยังมีที่ว่างใน subshell s ธาตุใดมีค่า electron affinity สูงกว่า Li, Na Li O, F F

ความสัมพันธ์แบบทะแยงมุม (diagonal relationships) 8.6

H (1S1) ไฮโดรเจนควรอยู่ที่ไหนในตารางธาตุ ? หมู่ 1A ? H H+ + e- ไฮโดรเจนควรจัดแยกเป็นประเภทของมันเอง

ธาตุใน Group 1A (ns1, n ไม่ต่ำกว่า 2) low ionization energy M M+1 + 1e- ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ไฮดรอกไซด์เบส 2M(s) + 2H2O(l) 2MOH(aq) + H2(g) เกิดออกไซด์ได้ง่าย Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2 4M(s) + O2(g) 2M2O(s) Increasing reactivity 8.6

8.6

Group 2A Elements (ns2, n ไม่ต่ำกว่า 2) M M+2 + 2e- Be(s) + 2H2O(l) No Reaction Mg(s) + 2H2O(g) Mg(OH)2(aq) + H2(g) M(s) + 2H2O(l) M(OH)2(aq) + H2(g) M = Ca, Sr, or Ba Increasing reactivity 8.6

8.6

Group 3A Elements (ns2np1, n ไม่ต่ำกว่า 2) B เป็นกึ่งโลหะ 4Al(s) + 3O2(g) 2Al2O3(s) 2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g) 8.6

8.6

Group 4A Elements (ns2np2, n ไม่ต่ำกว่า 2) ตัวอย่างออกไซด์: CO2, CO, SiO2 (oxidation No. 4 เสถียรกว่า 2) (oxidation No. 4 และ 2 เสถียรพอๆกัน) Sn(s) + 2H+(g) Sn2+(s) + H2 (g) (oxidation No. 2 เสถียรกว่า 4) Pb(s) + 2H+(aq) Pb2+(aq) + H2(g) 8.6

8.6

Group 5A Elements (ns2np3, n ไม่ต่ำกว่า 2) ตัวอย่างออกไซด์: N2O, NO2, N2O4, N2O5, P4O6, P4O10 N2O5(s) + H2O(l) 2 HNO3(aq) P4O10(s) + 6H2O(l) 4 H3PO4(aq) 8.6

8.6

Group 6A Elements (ns2np4, n ไม่ต่ำกว่า 2) ตัวอย่างออกไซด์: SO2, SO3 SO3(s) + H2O(l) H2SO4(aq) 8.6

8.6

Group 7A Elements (ns2np5, n ไม่ต่ำกว่า 2) X + 1e- X-1 X2(g) + H2(g) 2HX(g) Increasing reactivity 8.6

8.6

Group 8A Elements (ns2np6, n ไม่ต่ำกว่า 2) 8.6

8.6

8.6

สมบัติของสารประกอบออกไซด์ Na2O(s) + H2O(l) 2 NaOH(aq) MgO(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + H2O(l) Al2O3(s) + 6 HCl(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2O(l) Al2O3(s) + 2 NaOH(aq) + 3 H2O(l) 2 NaAl(OH)4(aq) SiO2(s) + 2 NaOH(aq) 2 Na2SiO3(aq) + H2O(l) P4O10 (s), SO3(g), Cl2O7 + H2O ? 8.6

สมบัติของสารประกอบออกไซด์ Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cl2O7 กรด-เบส เบส แอมโฟเทริก กรด ชนิดสารประกอบ ไอออนิก โคแวเลนต์ โครงสร้าง ร่างแห 3 มิติ โมเลกุล จุดหลอมเหลว (oC) 1275 2800 2045 1610 580 16.8 -91.5 จุดเดือด(oC) ? 3600 2980 2230 44.8 82 8.6