การอ่านตารางธาตุ(เบื้องต้น)
สิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่แห่งโลกเคมี
สสารและวัสดุรอบตัวเราล้วนแล้วแต่ประกอบขึ้นจากธาตุ ซึ่งที่ผ่านมานักเคมีหลายยุคสมัยค้นพบธาตุเป็นจำนวนมาก แต่ละธาตุมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไป
จุดเปลี่ยนสำคัญในประวัติศาสตร์เคมีคือ การที่นักเคมีอย่าง ดมีตรี เมนเดเลเยฟ (Dmitri Mendeleev) นำธาตุมาเรียงกันตามน้ำหนักอะตอมจนค้นพบว่าธาตุที่ดูไม่เกี่ยวข้องกันหลายธาตุมีคุณสมบัติคล้ายกันปรากฏขึ้นซ้ำๆ การจัดเรียงดังกล่าวจึงถูกเรียกว่า periodic table (ตารางธาตุ) ซึ่งคำว่า periodic นั้นมีความหมายสื่อถึงการปรากฏซ้ำๆนั่นเอง อย่างไรก็ตาม ทุกวันนี้ตารางธาตุสมัยใหม่ได้รับการพัฒนาจนมีความแตกต่างไปจากสมัยก่อนพอสมควรเพราะความก้าวหน้าของเคมีและฟิสิกส์
บทความนี้จะอธิบายให้ฟังว่าหากมองในแง่ของภาพรวมแล้ว ตารางธาตุบอกอะไรกับเราบ้าง โดยที่เราไม่จำเป็นต้องรู้จักธาตุที่ประกอบขึ้นเป็นตารางธาตุเลยแม้แต่ธาตุเดียว
เมื่อมองในภาพรวม ธาตุทั้งหมดจะจัดเรียงจากบนลงล่างและจากซ้ายมาขวา เรียงตามมวลอะตอม ดังนั้นอะตอมของธาตุต่างๆในแถวบนๆจึงเบากว่าแถวล่างๆ
คราวนี้หากมองจากซ้ายมาขวา จะพบว่าธาตุฝั่งซ้ายมือมีความเป็นโลหะมากกว่าฝั่งขวามือ คำว่าโลหะนั้นเป็นคุณสมบัติกว้างๆ ได้แก่ ความมันวาว นำไฟฟ้าได้ดี นำความร้อนได้ดี จุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง โดยธาตุที่เป็นโลหะจะกินอาณาบริเวณกว้างมาจนถึงบริเวณที่เป็นรอยต่อรูปขั้นบันได ธาตุบริเวณรอยต่อเรียกว่า ธาตุกึ่งโลหะ (metalloid) ที่คุณสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะ ส่วนทางขวาจะเป็นกลุ่มอโลหะ ซึ่งคุณสมบัติตรงข้ามกับพวกโลหะ
ทั้งหมดนี้คือ ภาพรวมแบบกว้างๆมากๆที่เราสามารถเห็นได้จากตารางธาตุ
คราวนี้ถ้าเราเริ่มมองแบบเจาะลึกมากขึ้น ก่อนอื่นจะพบว่าการเรียงธาตุไม่ได้เรียงเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าธรรมดาๆ แต่มีการเรียงด้วยรูปแบบแปลกๆ เหตุผลที่ว่าทำไมต้องเรียงแบบนี้ขอข้ามไปก่อน
ธาตุบริเวณซ้ายสุดกับขวาสุดจะมีคุณสมบัติคล้ายๆกันตามแนวตั้ง โดยการเรียงในแนวตั้งจะเรียกว่าหมู่ (Group) โดยซ้ายสุดของตารางธาตุประกอบด้วยธาตุแนวตั้ง 2 หมู่ บริเวณส่วนขวาสุดจะประกอบไปด้วยธาตุแนวตั้ง อีก 6 หมู่ รวมเป็น 8 หมู่ ซึ่งธาตุในแต่ละหมู่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน ยกตัวอย่างเช่น ธาตุหมู่ 8 ที่อยู่ขวามือสุดล้วนแล้วแต่เฉื่อยต่อปฏิกิริยาเคมีอย่างมาก ทำให้พวกมันถูกเรียกว่า แก๊สเฉื่อย เป็นต้น
ส่วนที่เหลือบริเวณตรงกลาง ล้วนแล้วแต่มีคุณสมบัติคล้ายกันตามคาบ (Period)ในแนวนอน เรียกว่า โลหะทรานสิชัน (Transition metal)
ทีนี้ถ้าสังเกตดีๆจะพบว่ามีสองบรรทัดล่างสุดที่แยกตัวเองออกไป เรียกว่า ธาตุอินเนอร์แทรนซิชัน (Inner transition metal) ซึ่งจริงๆแล้วมันจะต้องอยู่ระหว่างธาตุโลหะทรานสิชันกับธาตุหมู่สอง แต่ถูกเขียนแยกออกมาด้วยเหตุผลบางอย่าง(ที่ผมยังไม่ได้อธิบาย)
ธาตุอินเนอร์แทรนซิชัน บรรทัดบนเรียกว่า lanthanides ซึ่งทั้งหมดมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน ส่วนบรรทัดล่างเรียกว่า actinides ซึ่งล้วนแล้วแต่เป็นธาตุกัมมันตรังสี
ในตอนนี้ทุกท่านจะเห็นแนวโน้มกว้างๆของคุณสมบัติของธาตุทั้งตารางธาตุแล้ว ส่วนเหตุผลที่ว่าทำไมพวกมันจึงเป็นเช่นนี้ และทำไมแต่ละกลุ่มจึงถูกแบ่งแบบนี้จำเป็นจะต้องเข้าใจองค์ประกอบภายในของธาตุต่างๆเสียก่อน แต่เนื้อหาตั้งแต่ตรงนี้จะซับซ้อนกว่าเดิมมาก (ขอให้ทำใจไว้ด้วย)
ในวิชาเคมีทั่วไป อะตอมของธาตุ ประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอน อัดแน่นอยู่ที่ใจกลาง เรียกว่า นิวเคลียส รอบๆจะเป็นอิเล็กตรอนโคจรอยู่ ขนาดของวงโคจรอิเล็กตรอนจะเป็นตัวบ่งบอกรัศมีของอะตอม ยิ่งอิเล็กตรอนกระจายอยู่ห่างนิวเคลียสมาก อะตอมก็ยิ่งมีขนาดใหญ่
อะตอมธาตุบนๆมีแนวแนวโน้มจะเล็กกว่าธาตุล่างๆ เพราะยิ่งอยู่ด้านล่างอิเล็กตรอนยิ่งเพิ่มมากขึ้นและกระจายตัวกว้างขึ้นอย่างชัดเจน แต่หากมองธาตุในแนวนอน ธาตุที่อยู่ทางด้านขวากลับมีแนวโน้มจะเล็กลง ทั้งที่อิเล็กตรอนมีจำนวนเพิ่มขึ้น เนื่องจากอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นไม่มาก ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนตังนอกสุดจึงแทบจะไม่ได้เพิ่มขึ้นมากนัก แต่โปรตอนที่เพิ่มขึ้นนั้นได้ส่งแรงดึงดูดทางไฟฟ้าต่ออิเล็กตรอนอย่างมาก จนอิเล็กตรอนด้านนอกอยู่ไม่ห่างจากนิวเคลียส อะตอมจึงมีขนาดเล็ก
ขนาดของอะตอมอาจสรุปออกมาเป็นภาพได้ดังนี้
เนื่องจากอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบๆนิวเคลียส ปฏิกิริยาเคมีต่างๆจึงเป็นการทำปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนอก โดยอิเล็กตรอนที่มีโอกาสทำปฏิกิริยามากที่สุดก็คือ อิเล็กตรอนวงนอกสุด เรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน (Valence electron) ส่วนนิวเคลียสที่อยู่ตรงกลางไม่มีโอกาสออกไปทำปฏิกิริยาเคมีกับใครต่อใครได้ จึงกล่าวได้ว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน เป็นตัวสะท้อนคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของธาตุต่างๆ
ซ้ายสุดของตารางธาตุ เรียกว่า s block
ขวาสุดของตารางธาตุ เรียกว่า p block
ส่วนตรงกลางโลหะทรานซิชัน เรียกว่า d block
และล่างสุด อินเนอร์แทรนซิชัน เรียกว่า f block
การจัดกลุ่มเหล่านี้สะท้อนถึงเวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุต่างๆ กล่าวคือ ธาตุใน s block มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน อยู่ในระดับพลังงาน s ส่วนธาตุใน p block มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนในระดับพลังงาน p ส่วนธาตุใน d block และ f block นั้น ซับซ้อนกว่าตรงที่ "อิเล็กตรอนชั้นนอกๆ" (ไม่ใช่อิเล็กตรอนตัวนอกสุด) มีการเข้าไปอยู่ในระดับพลังงาน p และ f ด้วย
กล่าวได้ว่าการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นตัวกำหนดรูปร่างของตารางธาตุที่เราใช้กันทุกวันนี้นั่นเอง
ทั้งหมดนี้เป็นภาพรวมการอ่านและทำความเข้าใจตารางธาตุในเบื้องต้น จะเห็นได้ว่าตำแหน่งของธาตุนั้นบรรจุข้อมูลธาตุต่างๆไว้อย่างมากมายและลึกซึ้ง สมกับการเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่แห่งโลกเคมี
- 25
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
