เคมมีบทที่1

                                                                      
อะตอม คือหน่วยที่เล็กที่สุดของสสารที่ยังคงสภาพความเป็นสสารอยู่ได้

      แบบจำลองอะตอม ตามทฤษฏี มีอยู่  5 แบบ  คือ

           1. แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

     สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุดเรียกว่า อะตอม ซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก

  2.   แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

            - ค้นพบอิเล็กตรอน ที่ มีประจุไฟฟ้าลบ  มีมวลประมาณ1/2000 ของมวลของ H

              - โดยศึกษาพฤติกรรมของ หลอดรังสีแคโทด ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

3. แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด            

           การกระเจิง (scattering) ของอนุภาค a โดยแผ่นทองคำบางๆ

          รัทเทอร์ฟอร์ดพบว่ารังสีส่วนใหญ่ไม่เบี่ยงเบน และส่วนน้อยที่เบี่ยงเบนนั้น ทำมุมเบี่ยงเบนใหญ่มาก บางส่วนยังเบี่ยงเบนกลับทิศทางเดิมด้วย จำนวนรังสีที่เบี่ยงเบนจะมากขึ้นถ้าความหนาแน่นของแผ่นโลหะเพิ่มขึ้น

    อนุภาคมูลฐาน

                         

อนุภาค	ประจุ(หน่วย)	ประจุ(C)	มวล(g)	มวล(amu)
อิเล็กตรอน	-1	1.6 x 10-19	0.000549	9.1096 x 10-28
โปรตรอน	+1	1.6 x 10-19	1.007277	1.6726 x 10-24
นิวตรอน	0	0	1.008665	1.6749 x 10-24

     

    การเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์

          AZX  :  เลขมวล คือผลบวกของโปรตอน และนิวตรอนในนิวเคลียส  

                          เลขอะตอม คือ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ซึ่ง =จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอม

         

          ตัวอย่าง การเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์

   ดังนั้น อะตอมของธาตุLithium  ( Li )
       มีจำนวนโปรตอน = 3 ตัว
  อิเล็กตรอน = 3 ตัว
    และนิวตรอน = 4 ตัว

                คำศัพท์ที่ควรทราบ

     1. ไอโซโทป ( Isotope )

        หมายถึง  อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน มีเลขอะตอมเท่ากัน   แต่มีเลขมวลต่างกัน 

     2. ไอโซบาร์ (  Isobar )  

       หมายถึง  อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีเลขมวลเท่ากัน   แต่มีเลขอะตอมไม่เท่ากัน

      3. ไอโซโทน   ( Isotone ) 

       หมายถึง   อะตอมของธาตุต่างชนิดกันแต่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน

      4.ไอโซอิเล็กทรอนิกส์(Isoelectronic)

         หมายถึง ธาตุหรือไอออนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน

  4.  แบบจำลองอะตอมของนีลส์โบร์ 

                        

       นักวิทยาศาสตร์จึงมีการศึกษาข้อมูลใหม่มาสร้างแบบจำลองที่เน้นรายละเอียดเกี่ยวกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียส โดยศึกษาจากสเปกตรัมและค่าพลังงานไอออไนเซชัน

สเปกตรัม

สเปกตรัมเป็นแสงที่ถูกแยกกระจายออกเป็นแถบสีต่าง ๆ และแสงเป็นรูปหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

แถบสีต่างๆในแถบสเปคตรัมของแสง

สเปกตรัม	ความยาวคลื่น (nm)
ม่วง น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม แดง	400 - 420 420 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700

 สเปกตรัมของธาตุ

      

       แมกซ์ พลังค์ได้เสนอทฤษฎีควอนตัม (quantum theory) และอธิบายเกี่ยวกับการเปล่งรังสีว่า รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปล่งออกมามีลักษณะเป็นกลุ่มๆ ซึ่งประกอบด้วยหน่วยเล็กๆ เรียกว่า ควอนตัม (quantum) ขนาดของควอนตัมขึ้นกับความถี่ของรังสี และแต่ละควอนตัมมีพลังงาน (E) โดยที่ E เป็นปฏิภาคโดยตรงกับความถี่ (u) ดังนี้

    5.แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

           แบบจำลองอะตอมของโบร์ ใช้อธิบายเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนได้ดีแต่ ไม่สามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนได้จึงได้มีการศึกษาเพิ่มเติมจนได้แบบจำลองใหม่ที่เรียกว่าแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

การจัดเรียงอิเล็กตรอน(electron configuration)

     ระดับพลังงานหลัก  (shell)

n คือระดับพลังงานหลัก(principal energy level) หรือเชลล์(shell) ซึ่งเป็นเลขจำนวนเต็ม
หลักการ
อิเล็กตรอนมากสุดในแต่ละดับชั้นพลังงาน = 2n^2(n คือระดับชั้นพลังงาน)

n = 1 ⇨ K 💨 2

n = 2 ⇨ L 💨  8

n = 3 ⇨ M 💨18

n = 4 ⇨ N 💨 32

n = 5 ⇨ O 💨 50

n = 6 ⇨ P 💨 72

n = 7 ⇨ Q 💨 98

     ระดับพลังงานย่อย (sub shell)                                                                                                                               แบ่งออกเป็นดังนี้
🌳s มี 1 ออร์บิทัล  มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด 2 ตัว
🌳p มี 3 ออร์บิทัล  มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด 6 ตัว
🌳d มี 5 ออร์บิทัล  มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด 10 ตัว
🌳f มี 7 ออร์บิทัล  มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด 14 ตัว

การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย ยังสามารถแบ่งออกเป็นออร์บิทัล(Orbital)ซึ่งในแต่ละออร์บิทัลจะมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 2 ตัว และมีทิศทางตรงกันข้าม

ตัวอย่าการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย

ตารางธาตุ

ปี พ.ศ. 2360 โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์ เป็นนักเคมีคนแรกที่พยายามจัดธาตุเป็นกลุ่มๆ ละ 3 ธาตุ ตามสมบัติที่คล้ายคลึงกันเรียกว่า “ชุดสาม” โดยพบว่าธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีกสองธาตุที่เหลือ เช่น Na เป็นธาตุกลางระหว่าง Li กับ K มีมวลอะตอม 23 ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยนของมวลอะตอมของธาตุ Li ซึ่งมีมวล 7 กับธาตุ K ซึ่งมีมวลอะตอม 39 ดังรูป

 หลักการนี้ใช้ไม่ได้กับธาตุบางชนิด ชุดสามของกลุ่มธาตุบางชนิด ธาตุตรงกลาง มีมวลอะตอมไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของธาตุที่เหลือทั้ง 2ปี พ.ศ. 2407 จอห์น นิวแลนด์ ได้เสนอกฎในการจัดเรียงธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า “ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามากพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ” (ไม่รวมธาตุไฮโดรเจนและแก๊สเฉื่อย)

ปี พ.ศ. 2412 ยูลิอุสโลทาร์ ไมเออร์ และ ดิมิทรี อิวา–โนวิช เมนเดเลเอฟ ได้จัดธาตุโดยเรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากโดยพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ เมนเดเลเอฟจึงตั้งกฎที่เรียกว่า กฏพิริออดิก และเรียกตารางธาตุว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ

ต่อมา เฮนรี โมสลีย์ ได้เสนอให้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆ ของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ดังนั้น ตารางธาตุปัจจุบันจึงจัดเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก
 ตารางธาตุปัจจุบัน เรียงตามเลขออะตอมจากน้อยไปมาก

สรุปเกี่ยวกับตารางธาตุ แบ่งธาตุในแนวตั้ง (หมู่) แบ่งออกเป็น 18 แถว โดยธาตุทั้งหมด 18 แถว แบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ
 กลุ่ม A  มี  8  หมู่ คือ  IA  ถึง VIIIA
 กลุ่ม B  มี  8  หมู่ คือ  IB  ถึง VIIIB  เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน (Transition)โดย
     ธาตุหมู่ที่ IA  เรียกว่า “โลหะแอลคาไลน์”  ได้แก่   Li   Na   K   Rb  Cs  และ  Fr
     ธาตุหมู่ที่ IIA  เรียกว่า  “ โลหะอัลคาไลน์ เอิร์ท”  ได้แก่  Be  Mg  Ca  Sr  Ba และ  Ra
     ธาตุหมู่ที่  VIIA  เรียกว่า “ธาตุเฮโลเจน (Halogen)” ได้แก่   F , Cl , Br , I  และ  At
     ธาตุหมู่ที่ VIIIA  เรียกว่า “ก๊าซเฉื่อย (Inert gas or Noble gas)” ได้แก่   He , Ne , Ar , Kr , Xe  และ  Rn
ตารางธาตุในแนวนอนเรียกว่า “คาบ”  แบ่งได้  7  คาบ
คาบที่ 6 แบ่งธาตุเป็น 2 กลุ่ม
      กลุ่มแรกมี 18 ธาตุ คือ Cs ถึง Rn
      กลุ่มที่สองมี 14 ธาตุ คือ Ce ถึง Lu เรียกกลุ่มนี้ว่าLantanides
คาบที่ 7 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม
      กลุ่มแรกเริ่มจาก Fr เป็นต้นไปและมีการค้นพบเกิดขึ้นตลอดเวลา
     กลุ่มสองมี 14 ธาตุคือ Th ถึง Lr เรียงกลุ่มนี้ว่า Actinides

องค์การนานาชาติทางเคมี (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) ได้ตกลงให้เรียกชื่อธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่  100  ขึ้นไปตามระบบตัวเลขเป็นภาษาละตินและลงท้ายเสียงของชื่อธาตุเป็น -ium เป็นชื่อเรียกสำหรับธาตุที่ยังไม่มีชื่อที่ยอมรับเป็นสากล
จำนวนนับในภาษาละตินเป็นดังนี้
0      1      2    3        4         5        6         7       8         9
nil    un    bi    tri    quad    pent    hex     sept    oct      enn
นิล    อูน   ไบ  ไตร   ควอด   เพนต์   เฮกซ์   เซปต์   ออกต์   เอนน์
สำหรับการเขียนสัญลักษณ์ของธาตุ ให้ใช้อักษรตัวแรกของจำนวนนับแต่ละตัวมาเขียนเรียงกัน เช่น ธาตุที่มีเลขอะตอม  110  จะมีสัญลักษณ์เป็น Uun

สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ

     ขนาดอะตอม

การบอกขนาดอะตอมจะบอกโดยใช้รัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่มีแรงยึดเหนี่ยวอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน รัศมีอะตอมมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม

รัศมีโคเวเลนต์ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของความยาวพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน

รัศมีแวนเดอร์วาลล์ คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด

รัศมีโลหะ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด

แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ

 รัศมีไอออน

 ไอออน  คือ อะตอมของธาตุ  หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่มีประจุ  คือ ไอออนทุกชนิดจะต้องมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับอิเล็กตรอนถ้าจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนบวก  และถ้ามีจำนวนโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนลบ

การบอกขนาดไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดอะตอม ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก

แนวโน้มของขนาดไอออนในตารางธาตุ

   พลังงานไออนไนเซชัน (Ionization Energy; IE)

คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุที่เป็นแก๊สครั้งละ 1 อิเล็กตรอนทำให้กลายเป็นไอออนบวกที่เป็นแก๊ส

แนวโน้มค่า IE 

  อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electronegativity; EN)

คือ  ค่าที่แสดงความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองของอะตอมของธาตุ  ในพันธะเคมีหนึ่ง  อะตอมที่มีค่า EN สูงจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมที่มี  EN ต่ำ

แนวโน้มค่า EN

    สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity; EA)

 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงาน ที่อะตอมในสถานะแก๊ส คายออกมา เมื่อได้ รับอิเล็กตรอน

 แนวโน้มค่า EA

จุดเดือดและจุดหลอมเหลว

แนวโน้มจุดเดือดและจุดหลอมเหลว

ตามหมู่

หมู่ IA IIA และ IIIA ลดลงจากบนลงล่าง (ลดตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น)

หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA เพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง (เพิ่มตามเลขอะตอม)

หมู่ IVA มีแนวโน้มที่ไม่แน่นอน

ตามคาบ

หมู่ IA IIA IIIA และ IVA แนวโน้มสูงขึ้น

หมู่ IVA มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงที่สุด เพราะบางธาตุมีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย

หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีค่าต่ำมาก

    เลขออกซิเดชัน (Oxidation Number)

เลขออกซิเดชัน คือ เลขที่แสดงถึงค่าประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ

ธาตุแต่ละชนิดมีเลขออกซิเดชันเป็นเท่าไหร่ให้เป็นไปตามเกณฑ์ดังนี้