Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Chemistry I
1 Properties of the periodic table
เรอง สมบตของสารประกอบของธาตตามคาบ ในหวขอนจะไดศกษารายละเอยดเกยวกบสมบตของสารประกอบของธาตทอยในคาบเดยวกนโดยเฉพาะสารประกอบคลอไรด ออกไซด และซลไฟด ธาตในคาบเดยวกนทจะศกษาเกยวกบสมบตของสารประกอบ ไดแก ธาตคาบท 2 และ 3 ธาตในคาบท 2 ม 8 ธาต เรยงตามเลขอะตอมจากนอยไปหามากคอ Li, Be, B, C, N, O, F และ Ne ธาตในคาบท 3 ม 8 ธาต เรยงลาดบตามเลขอะตอมจากนอยไปหามากคอ Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl และ Ar ธาตเหลานมสมบตตางๆ พอจะสรปเปรยบเทยบไดดงน
ตารางท 1 สมบตบางประการของธาตในคาบท 2
สมบต \ ธาต Li Be B C
แกรไฟตN O F Ne
เลขอะตอม การจดเรยงอเลกตรอน มวลอะตอม IE1 (kJ/mol) อเลกโทรเนกาตวต รศมอะตอม (pm)* ความหนาแนน(g/cm3) ปรมาตรตอโมล (cm3) จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด(0C) ความรอนแฝงของการหลอมเหลว (kJ/mol) ความรอนแฝงของการเกดไอ (kJ/mol) การนาไฟฟา(ohm-1cm-4) การนาความรอนท 25 0C (J/cm.S.K)
3 2,1 6.9 526 1.0 123 0.53 13.1 180 1330 3.0
135
8
0.71
42,2 9.0 906 1.5 89
1.85 4.9
1280 2480 11.7
295
51 1.6
52,3 10.8 807 2.0 80
2.34 4.6
2030 3930 22.2
539
-
0.01
62,4 12.0 1093 2.5 77
2.26 5.3
3500 - -
717
0.14 0.24
72,5 14.0 1407 3.0 74 0.8 17.3 -210 -200 0.36
2.8
- -
8 2,6 16.0 1320 3.5 74
1.15 14.0 -218 -180 0.22
3.4
-
0.00025
9 2,7 19.0 1687 4.0 72 1.5 17.1 -220 -190 0.26
3.3
-
0.00025
102,8 20.2 2087
- 160 1.2 16.7 -249 -245 0.33
1.8
-
0.00042
ชนดของธาต โลหะ โลหะ กงโลหะ กงโลหะ อโลหะ อโลหะ อโลหะ อโลหะชนดโครงสราง โลหะโมเลกลใหญ โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลอะตอมค อะตอมชนดของพนธะ พนธะโลหะ พนธะโคเวเลนต - * หมายถง รศมโคเวเลนต ยกเวน Ne หมายถงรศมวนเดอรวาลส ** ความหนาแนนของ N, O, F และ Ne พจารณาจากสถานะของเหลว
Chemistry I
2 Properties of the periodic table
ตารางท 2 สมบตบางประการของธาตในคาบท 3 สมบต \ ธาต Na Mg Al Si P
(ขาว) S
รอมบก Cl Ar
เลขอะตอม การจดเรยงอเลกตรอน มวลอะตอม IE1 (kJ/mol) อเลกโทรเนกาตวต รศมอะตอม (pm)* ความหนาแนน(g/cm3) ปรมาตรตอโมล (cm3) จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด(0C) ความรอนแฝงของการหลอมเหลว (kJ/mol) ความรอนแฝงของการเกดไอ (kJ/mol) การนาไฟฟา(ohm-1cm-4) การนาความรอนท 25 0C (J/cm.S.K)
11 2,8,1 23.0 502 0.9 157 0.97 23.7 98 890 2.60
89.0
10
1.34
122,8,2 24.3 744 1.2 136 1.74 14.6 649 1120 8.95
128.7
16 1.6
132,8,3 27.0 504 1.5 125 2.7 10.0 660 2450 10.75
293.7
38 2.1
142,8,4 28.1 793 1.8 117 2.33 12.1 1410 2680 46.4
376.7
4
0.84
152,8,5 31.0 1018 2.1 110 2.35 16.9 44 280 0.63
12.4
10-16
-
16 2,8,6 32.1 1006 2.5 104 2.07 15.6 113 445 1.41
9.6
10-22
0.00029
17 2,8,7 35.5 1257 3.0 99
1.56 22.8 -101 -34 3.20
10.2
-
0.00008
182,8,8 39.9 1527
- 192 1.40 28.5 -189 -186 -1.18
6.5
-
0.00017
ชนดของธาต โลหะ กงโลหะ อโลหะ ชนดโครงสราง โลหะโมเลกลใหญ โมเลกลใหญ โมเลกลค อะตอมชนดของพนธะ พนธะโลหะ พนธะโคเวเลนต - * หมายถง รศมโคเวเลนต ยกเวน Ar หมายถงรศมวนเดอรวาลส ** ความหนาแนนของ Cl และ Ar พจารณาจากสถานะของเหลว
Chemistry I
3 Properties of the periodic table
จากสตรของสารประกอบของธาตในคาบท 2 และ 3 ตอไปจะศกษาสมบตบางประการ เชน จดหลอมเหลว จดเดอด ความเปนกรดเบสของออกไซดของสารประกอบดงกลาว
ตารางท 3 สมบตบางประการของสารประกอบคลอไรดของธาตในคาบท 2 สมบต \ สตร LiCl BeCl2 BCl3 CCl4 NCl3 Cl2O ClF
สถานะ ของแขง ของแขง กาซ ของเหลว ของเหลว กาซ กาซโครงสรางโมเลกล โมเลกลใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)
610 1350
405520
-10712
-2377
-2771
-20 4
-154-101
การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย
ละลาย กลาง
ละลายกลาง
ละลายกรด
ไมละลาย-
ไมละลาย -
ละลาย กรด
ละลายกรด
การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว
นา นาเลกนอย
ไมนา ไมนา ไมนา ไมนา ไมนา
ตารางท 4 สมบตบางประการของสารประกอบคลอไรดของธาตในคาบท 3 สมบต \ สตร NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl3 SCl2 Cl2
สถานะ ของแขง ของแขง ของเหลว ของเหลว ของเหลว ของเหลว กาซโครงสรางโมเลกล โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)
810 1465
7121418
193180
-6857
-9174
-80 54
-101-35
การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย pH ของสารละลาย
ละลาย กลาง
7.0
ละลายกลาง
7.0
ละลายกรด
ละลายกรด
3.0
ละลายกรด
2.0
ละลาย กรด
2.0
ละลายกรด
2.0
การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว
นา นา
นาเลกนอย ไมนา ไมนา ไมนา ไมนา
Chemistry I
4 Properties of the periodic table
จะเหนไดวาคลอไรดของธาตในคาบท 2 และคาบท 3 มแนวโนมการเปลยนแปลงสมบตตางๆ คลายกน เชน 1. คลอไรดของโลหะจะเปนของแขงทโมเลกลขนาดใหญ เปนสารประกอบไอออนก จงมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก ทาใหจดหลอมเหลวและจดเดอดสง และเมอหลอมเหลวจะนาไฟฟาไดเพราะไอออนสามารถเคลอนทได คลอไรดของอโลหะเปนโมเลกลเลกๆ ซงยดเหนยวกนดวยแรงวนเดอรวาลสทาใหจดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางตา จะเหนไดวาจดหลอมเหลวและจดเดอดของคอลไรดมแนวโนมลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน 2. การละลายนาของสารประกอบคลอไรด ถาเปนคลอไรดของโลหะ เมอละลายนาจะแตกตวเปนไอออนโดยมโมเลกลของนามาลอมรอบสวนใหญสารละลายจะแสดงสมบตเปนกลางหรอเปนกรดเลกนอย เชน
NaCl (s) OH2 Na+ (aq) + Cl- (aq)
MgCl2 (s) OH2 Mg2+ (aq) + 2Cl- (aq) ในขณะทคลอไรดของอโลหะ เมอละลายนาจะเกดปฏกรยากบนา ทาใหสารละลายแสดงสมบตเปนกรด เชน
PCl3 (l) + 3H2O (l) H3PO3 (aq) + 3H+ (aq) + 3Cl- (aq)
SiCl4 (l) + 2H2O (l) SiO2 (s) + 4H+ (aq) + 4Cl- (aq)
2S2Cl2 (l) + 2H2O (l) 3S (s) + SO2 (aq) + 4H+ (aq) + 4Cl- (aq)
ตารางท 5 สมบตบางประการของสารประกอบออกไซดของธาตในคาบท 2
สมบต \ สตร Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5 OF2
สถานะปกต ของแขง ของแขง ของแขง กาซ ของแขง กาซโครงสรางโมเลกล โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)
1700 1200
25303900
4601860
-57-78.5
30 47
-224-144.8
การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย สมบตกรด-เบสของออกไซด
ละลาย เบส
เบส
ไมละลาย-
แอมโฟเทอรก
ละลายเลกนอยกรด
กรด
ละลายกรด
กรด
ละลาย กรด
กรด
ละลายกรด
กรด
การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว
นา นา
นาเลกนอย ไมนา ไมนา ไมนา
Chemistry I
5 Properties of the periodic table
ตารางท 6 สมบตบางประการของสารประกอบออกไซดของธาตในคาบท 3 สมบต \ สตร Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO2 Cl2Oสถานะปกต ของแขง ของแขง ของแขง ของแขง ของแขง กาซ กาซ
โครงสรางโมเลกล โมเลกลขนาดใหญ โมเลกลเดยว จดหลอมเหลว (0C) จดเดอด (0C)
1275 -*
28563600
20722980
17032230
580-585 300*
-72.7 -10
-203.8*
การละลายนา สมบตกรด-เบสของสารละลาย สมบตกรด-เบสของออกไซด
ละลาย เบส
เบส
ละลายเบส
เบส
ไมละลาย-
แอมโฟ เทอรก
ไมละลาย-
กรด
ละลาย กรด
กรด
ละลาย กรด
กรด
ละลายกรด
กรด
การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว
นา นา
นา นาไดเลกนอย
ไมนา ไมนา ไมนา
* ระเหด จากสมบตตางๆ ของออกไซดในตารางจะเหนวามแนวโนมการเปลยนแปลงคลายกนทงคาบท 2 และคาบท 3 1. จดหลอมเหลวและจดเดอด จดหลอมเหลวและจดเดอดของออกไซดของธาตทางซายของคาบท 2 และ 3 ซงเปนโลหะมคาสงเนองจากเปนสารประกอบไอออนก มโครงสรางของโมเลกลใหญมาก แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก ในขณะทออกไซดของธาตทางขวาของคาบ ซงเปนอโลหะ จะมจดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางตา เพราะเปนสารโคเวเลนต เปนโมเลกลเดยวขนาดเลกมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอย ดงนน Li2O, Na2O , MgO และ Al2O3 จงมจดหลอมเหลวสง CO2 NO2 OF2 SO3 และ Cl2O7 จงมจดหลอมเหลวตา สาหรบ B2O3 และ SiO2 แมวาจะเปนสารประกอบโคเวเลนต แตเนองจากเปนสารประกอบประเภทโครงผลกรางตาขาย จงทาใหจดหลอมเหลวและจดเดอดสง 2. การนาไฟฟาเมอหลอมเหลว ออกไซดของโลหะและกงโลหะ เชน Li2O , BeO , B2O3 Al2O3 MgO มสมบตของสารประกอบไอออนก เมอทาใหหลอมเหลวจงสามารถนาไฟฟาได ในขณะทออกไซดของอโลหะเปนสารประกอบโคเวเลนต ถงแมวาจะทาใหหลอมเหลวกไมสามารถนาไฟฟาได
Chemistry I
6 Properties of the periodic table
3. การละลายนาและสมบตกรด-เบสของออกไซด เนองจากโครงสรางออกไซดของธาตในคาบเดยวกนมแนวโนมเปลยนจากไอออนกเปนโคเวเลนต เมอเลขอะตอมเพมขน ซงจะเปนเหตผลหนงในการใชอธบายเกยวกบการทาปฏกรยากบนาของออกไซด พวกไอออนกออกไซดจะม O2- อยในโครงผลกซงทาใหออกไซดเหลานทาปฏกรยากบนาอยางรนแรง ไดสารละลายเบส เชน ออกไซดของหม IA
Li2O (s) + H2O (l) 2Li+ (aq) + 2OH- (aq)
Na2O (s) + H2O (l) 2Na+ (aq) + 2OH- (aq) นอกจากจะทาปฏกรยากบนาอยางรนแรงแลวยงทาปฏกรยากบกรดไดอยางรนแรงดวย เชน
Na2O (s) + 2H+ (aq) 2Na+ (aq) + H2O (l) สาหรบออกไซดของหม IIA ถงแมวาจะม O2- แบบหม IA แตเนองจาก O2- ยดเหนยวกบแคทไอออนหม IIA แนนเกนไป ดงนนจงทาปฏกรยากบนาหรอกรดอยางชาๆ ไมรนแรงเหมอนหม IA ทาใหการละลายของออกไซดหม IIA เกดขนเพยงเลกนอย เชน
MgO (s) + H2O (l) Mg2+ (aq) + 2OH- (aq)
MgO (s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2O (l) สาหรบ BeO ไมละลายนาแตทาปฏกรยาทงกรดแลเบส จงเรยกวา แอมโฟเทอรกออกไซด (amphoteric oxide)
BeO (s) + 2H+ (aq) Be2+ (aq) + H2O (l)
BeO (s) + 2OH- (aq) + H2O (l) Be(OH)42- (aq)
สาหรบออกไซดทเหลอในคาบท 2 และคาบท 3 จะมสมบตเปนกรดคอ ละลายนาแลวไดสารละลายแสดงสมบตเปนกรด หรอสามารถทาปฏกรยากบเบสได ยกเวน CO, OF2 , N2O , NO และ ClO2 จดวาเปน nutral oxide เนองจากไมละลายนา ไมทาปฏกรยากบกรดหรอเบส
B2O3 (s) + 3H2O (l) 2H3BO3 (aq)
CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq)
CO2 (g) + OH- (aq) HCO3- (aq)
หรอ CO2 (g) + 2OH- (aq) CO32- + H2O (l)
2NO2 (g) + H2O (l) HNO3 (aq) + HNO3 (aq) SiO2 ไมทาปฏกรยากบนาแตทาปฏกรยากบเบส ออกไซดทเหลอทาปฏกรยากบนา
SiO2 (s) + 2OH- (aq) SiO32- (aq) + H2O (l)
P4O10 (s) + 6H2O (l) 4H3PO4 (aq)
โดยสรป ออกไซดของโลหะ แสดงสมบตเปนเบส ออกไซดของกงโลหะแสดงสมบตเปนทงกรดและเบส (แอมโฟเทอรก) และออกไซดของอโลหะแสดงสมบตเปนกรด สรปแนวโนมไดดงน
Chemistry I
7 Properties of the periodic table
ตารางท 7 แนวโนมในการเปนกรด-เบสของออกไซดในคาบท 2 และ 3 มาก ความเปนกรดเพมขน มากทสด
คาบท 2 Li2O เบส
BeOเบส-กรด
B2O3
กรด CO2
กรด N2O5 กรด
O2 -
OF2
กรด คาบท 3 Na2O
เบส MgOเบส
Al2O3
เบส SiO2
กรด P4O10 กรด
SO2 กรด
Cl2Oกรด
นอย เลขอะตอม
8 Prop
เข d - orbเรยกวา orbital ในหมเดแถวในแ
perties of t
ธาตแทรนซ
ขต s และ เขต
โดยทวไปธาital ไมเตม จดวธาตอนเนอรแทกอนโลมวาเปน
ธาตแทรนซยวกน โดยแบง
แนวดง
the periodic
******ซชน หมายถง ก
รปท
p คอ ธาตกลมาตแทรนซชนจะวาเปนกลมธาตทรนซชน (inneนธาตแทรนซชนซชนจดเปนหม เปน 8 หม คอห
c table
เร**************กลมธาตซงอยระ
ท 1 แสดงตาแห
ม A เรยกวา ธาะมการจดเรยงอแทรนซชนหลก
er transition eน และคาบแบบเดหมท IB ถง VIIIB
Chemistry
รอง ธาตแทรน**************ะหวางหม IIA แ
นงของกลมธาต
าตเรพพรเซนเตอเลกตรอนใน ก (main transielement) สาห
ดยวกบโลหะแลB สาหรบหม V
y I
นซชน **************และหม IIIA หรอ
ตแทรนซชนในต
ตทฟ เขต d และd หรอใน f ition elementหรบ Zn , Cd
ละอโลหะทวๆ VIIIB ม 3 แถวใ
*********** อธาตทอยในเขต
ตารางธาต
ะ เขต f คอกลม- orbital ไม
t) พวกทมอเลกและ Hg แมว
ไป ธาตแทรนซในแนวดง ทาให
ต d และเขต f
ม B เรยกวา ธามเตม พวกทมอกตรอนใน f - oาจะมอเลกตรอ
ซชนทมสมบตคหธาตแทรนซชน
ตแทรนซชน อเลกตรอนใน rbital ไมเตม
อนเตมใน d -
ลายกนจะอยนมทงหมด 10
9 Prop
29 ) ธาต อะตอม 57 - 79 - 71) ธา เหลานม ชน สงเคราะ ทด (Ag 3400 0C
perties of t
ธาตแทรนซ1. อนกรมแ
ตเหลานอเลกตร2. อนกรมแ
39 - 47 ) ธาต3. อนกรมแ
) ธาตเหลานอ4. อนกรมแ
าตเหลานมอเลก5. อนกรมแ
อเลกตรอนใน 5สาหรบอนก
ธาตแทรนซะหขน (man m
บางธาตเปนมการนาความ
C )
the periodic
ซชนแบงออกเปนแทรนซชนท 1 (รอนใน 3d - orแทรนซชนท 2 เหลานอเลกตรอแทรนซชนท 3 เลกตรอนใน 5dแลนทาไนด (lanกตรอนใน 4f - oแอคตไนด (acti5f - orbital ไมกรมแลนทาไนด
ซชนทงหมดรวมmade elementนกมมนตรงส เชมรอนและไฟฟา
c table
รปท 2 ตารานคาบ โดยทแต(first transitiorbital ไมครบ(second tran
อนใน 4d - orb(third transitiod - orbital ไมnthanide serieorbital ไมครบinide series) คมครบ และแอคตไนด
กนมจานวนมากt) เชน ธาตเลขอชน Es, Am, Puดทสด) เปนขอ
Chemistry
างธาตแสดงเฉพตละคาบมชอเรยn series) คอ ธ
nsition seriesbital ไมครบ on series) คอ
มครบ es) คอธาตอนเ คอ ธาตอนเนอ
จดอยในสวนล
กกวาครงหนงขอะตอมตงแต 9u ธาตแทรนซชองแขงทมจดหล
y I
พาะธาตแทรนซชยกตางๆ กนดงนธาตแทรนซชนแ
s) คอ ธาตแทร
อ ธาตแทรนซชน
นอรแทรนซชน
รแทรนซชนตงแ
ลางของตารางธ
ของธาตทงหมด 93 - 103 ชนทงหมดจดวาอมเหลวสง
ชน น แถวแรกตงแต S
รนซชนแถวท 2
นในแถวท 3 ตง
ตงแตธาต Ce ถ
แต Th ถง Lr (
ธาต แยกออกจ
บางธาตไ
เปนโลหะ เปนต (W เปนธา
Sc ถง Cu (เลข
2 ตงแตธาต Y
งแต La ถง Au
ถง Lu (เลขอะต
(เลขอะตอม 90
จากกลมธาตหล
ไมมอยในธรรมช
ตวนาไฟฟาและาตทมจดหลอม
ขอะตอม 21 -
ถง Ag (เลข
u (เลขอะตอม
ตอมตงแต 58
0 - 103) ธาต
กของแทรนซ
ชาตแตมนษย
ะนาความรอนเหลวสงสดถง
10 Prop
สมบตข ธาตแทร เดยว แมเหลกแมเหลก นอกสดไ เหมอนก กน
perties of t
ของธาตแทรนการทธาตแท
รนซชนเปนดงน 1. มเลขออ
2. ธาตแทรกไดเมอนาไปวางกได
3. สารประก4. ธาตแทร5. มเวเลนต
ไมครบ 18 (ยกเ6. รศมอะ
กบธาตในคาบเด7. มจดหลอ8. ความหน9. คา IE1 ,
10. อเลกโท11. เปนโลห
the periodic
นซชน ทรนซชนมสมบกซเดชนมากกว
รนซชนเปนโลหงไวในสนามแมเ
กอบสวนใหญ มนซชนมแนวโนมตอเลกตรอนเทาเวน Cu และ Zะตอมมแนวโนมดยวกนทวๆ ไป)อมเหลวและจดนาแนนเพมขน เ, IE2 , และ IE3
ทรเนกาตวตมแนหะทนาความรอ
รปท 3 ก
c table
บตแตกตางจากโ
วา 1 คา ยกเวน
ะ จงดงดดกบแเหลกนานๆ นอ
มส (ยกเวนหม มทจะเกดสารปากบ 2 (ยกเวนn) ลดลงจากซายไป) เดอดคอนขางสเมอเลขอะตอมเ
3 มแนวโนมเพ
นวโนมเพมขน เอนและนาไฟฟาไ
กราฟแสดง IE1
Chemistry
โลหะทวๆ ไป ท
นหม IIIB เชน
แมเหลก และมอกจากนยงมสาร
IIIB) ซงเปนสขประกอบเชงซอนน Cr, และ Cu
ปขวาของคาบ
สง เพราะมพนธเพมขน เนองจามขนเมอเลขอะ
เมอเลขอะตอมไดดเหมอนกบโ
, IE2 , และ IE3
y I
ทาใหตองแยกออ
Sc เปน +3 คา
บางธาต เชน Fรประกอบของธ
ของไอออนเชงซนได มเวเลนตอเลก
(หรอเมอเลขอ
ะโลหะ ากมวลเพมขนขะตอมเพมขน แต
เพมขน โลหะทวๆ ไป ท
3 ของธาตแทรน
อกเปนกลมๆ ต
าเดยว และหม
Fe, Co, และ าตแทรนซชนอ
อนของธาตแทร
กตรอนเทากบ 1
อะตอมเพมขน
ณะทขนาดเลกลตคาตางกนไมม
ทงนเพราะมพนธ
นซชนคาบท 4
ตางหาก ลกษณ
IIB (Zn, Cd)
Ni สามารถแสอกหลายชนดทส
รนซชน
1) และอเลกตร
รศมอะตอมจะ
ลง มากนก เพราะข
ธะโลหะ
ะทสาคญของ
เปน +2 คา
สดงสมบตเปนสามารถดดกบ
รอนถดจากวง
ะเลกลง) ซง
นาดใกลเคยง
Chemistry I
11 Properties of the periodic table
ตารางท 8 ตวอยางสารประกอบของธาตกลม A เปรยบเทยบกบกลม B กลม A กลม B
หม ตวอยางสตรสารประกอบ หม ตวอยางสตรสารประกอบ IA IIA IVA VA VIA VIIA
NaCl, KCl CaCl2 BaCl2 CCl4 CO2 SO4
2- , POCl3 SO4
2- S2O72-
ClO4- , Cl2O7
IBIIB IVB VB VIB VIIB
CuCl , AgClZnCl2 , CdCl2 TiCl4 , TiO2 VO4
3- , VOCl3 CrO4
2- , Cr2O72-
MnO4- , Mn2O7
การจดอเลกตรอนของธาตแทรนซชน โดยทวๆ ไป การจดอเลกตรอนลงใน orbital ตางๆ ของธาตจะตองจดในระดบพลงงานทตากวาจนเตมกอนแลวจงจะจดใหอยในระดบทสงขน สาหรบธาตแทรนซชนมการจดอเลกตรอน ใน d-orbital ดวย ซงระดบพลงงานของ 3d-orbital สงกวา 4s-orbital ดงนนอเลกตรอนจงตองจดลงใน 4s-orbital กอนจนเตมแลวจงจดลงใน 3d-orbital เปนผลให อเลกตรอนใน d-orbital ไมครบ ซงกเรยกธาตทมลกษณะนวาธาตแทรนซชน อยางไรกตามธาตแทรนซชนกลายเปนไอออนจะเสยอเลกตรอน ใน 4s-orbital กอนและในบางกรณกเสยอเลกตรอนใน 3d-orbital ดวย ทาใหอเลกตรอนธาตแทรนซชนสามารถเกดเปนไอออนไดหลายชนดและมเลขออกซเดชนไดหลายคา ตวอยางเชน การจดอเลกตรอนของธาต Mn เปนดงน 25 Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 หรอเขยนเปน block diagram คอ
เนองจากโครงสรางของอเลกตรอน ในชวงแรกคอ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เหมอนกบธาต Ar ดงนนเพอใหสะดวกแกการเขยนโครงสรางอเลกตรอน จะแสดงเฉพาะในระดบ 3d และ 4s เทานน ในสวนทตากวานจะใชเปนโครงสราง Ar แทน [Ar] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เพราะฉะนน 25Mn จงมการจดอเลกตรอนเปน [Ar] 4s2 3d5 หรอแบบ block diagram คอ
เมอ Mn เกดเปนไอออน จะเสยอเลกตรอนใน 4s กลายเปน Mn2+ และสามารถเสยอเลกตรอนใน 3d ไดดวยกลายเปน Mn3+ ซงมการจดเรยงอเลกตรอนเปรยบเทยบกนไดดงน
1s 2s 2p 3p3s 3d 4s
4s3d
25 Mn [Ar]
Chemistry I
12 Properties of the periodic table
สาหรบการจดเรยงอเลกตรอนของอะตอมและไอออนของธาตแทรนซชนในคาบท 4 สรป ไดดงน
ตารางท 9โครงสรางอเลกตรอนของธาตแทรนซชนในคาบท 4 ขนาดของอะตอมและขนาดไอออน เลขอะตอม ธาต โครงสรางอเลกตรอน รศมอะตอม
(pm) ไอออน โครงสรางของไอออน รศมไอออน
(pm) 21 22 23 24 25
26
27
28
29
30
Sc Ti V Cr Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
[Ar] 3d1 4s2 [Ar] 3d2 4s2 [Ar] 3d3 4s2 [Ar] 3d5 4s1 [Ar] 3d5 4s2 [Ar] 3d6 4s2 [Ar] 3d7 4s2 [Ar] 3d8 4s2 [Ar] 3d10 4s1 [Ar] 3d10 4s2
160150 140 130 140
130
130
130
130
130
Sc3+
Ti2+ V2+ Cr2+ Mn2+ Mn3+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Co3+ Ni2+ Ni3+ Cu+ Cu2+ Zn2+
[Ar][Ar] 3d2
[Ar] 3d3 [Ar] 3d4 [Ar] 3d5 [Ar] 3d4 [Ar] 3d6 [Ar] 3d5 [Ar] 3d7 [Ar] 3d6 [Ar] 3d8 [Ar] 3d7 [Ar] 3d10 [Ar] 3d9 [Ar] 3d10
8190 88 84 80 66 76 64 74 63 72 62 96 70 74
จะเหนไดวาเมอเลขอะตอมเพมขน ขนาดอะตอม หรอรศมอะตอมจะเลกลงเลกนอย แตคอนขางใกลเคยงกน ทงนเพราะการเพมอเลกตรอน เปนการเพมในระดบพลงงานวงใน ไมใชวงนอกสด และเมอเปนไอออน (M2+) จะเหนวาขนาดของไอออนใกลเคยงกนมาก เนองจากเปนการเสยอเลกตรอนวงนอกคอ 4s-orbital แตอยางไรกตามขนาดของไอออนกยงคงมแนวโนมลดลงเลกนอยเมอเลขอะตอมเพมขน
4s3d Mn [Ar]
[Ar] Mn2+[Ar] Mn3+
Chemistry I
13 Properties of the periodic table
เลขออกซเดชนของธาตแทรนซชน ดงทไดกลาวแลววาลกษณะทเดนชดประการหนงของธาตแทรนซชน คอ มเลขออกซเดชนหลายตาทงน เนองจากโครงสรางของอเลกตรอนของธาตแทรนซชน มทงทอยใน 3d และ 4s- orbital ซงพลงงานใกลเคยงกน เมอเกดปฏกรยาจะสามารถเสยอเลกตรอนไดทงใน 3d และ 4s-orbital จานวนตางๆ กน ซงทาใหมเลขออกซเดชนไดหลายคา (ยกเวน Sc และ Zn มเลขออกซเดชนคาเดยวคอ +3 และ +2 ตามลาดบ) ขอมลโดยสรปทวๆ ไปเกยวกบเลขออกซเดชนของธาตแทรนซชนคาบท 4 เปนดงน 1. เลขออกซเดชนสามญของธาตคอ +2 และ +3 โดยท +3 เปนเลขออกซเดชนสามญของธาตซายของคาบ และ +2 เปนของธาตทางขวา 2. เลขออกซเดชนสงสดคอ +7 ซงเปนของ Mn เนองจาก Mn มอเลกตรอนวงนอกเปน 3d5 4s2 ม 7 อเลกตรอน ในขณะทหมอนๆ เลขออกซเดชนสงสดคอเลขประจาหม เชน Sc อยหม IIIB เลขออกซเดชนสงสดคอ +3 Ti อยหม IVB เลขออกซเดชนสงสดคอ +4 V อยหม VB เลขออกซเดชนสงสดคอ +5 Cr อยหม VIB เลขออกซเดชนสงสดคอ +6 Mn อยหม VIIB เลขออกซเดชนสงสดคอ +7 แตหลงจากหม VIIB ไปแลวคอหม VIIIB IB และ IIB จะไมเปนไปตามหลกเกณฑน เนองจากเมอประจในนวเคลยสเพมมากขนจะสงผลกระทยถงอเลกตรอนใน 3d-orbital ทาใหเลขออกซเดชนสวนใหญเกยวของกบ 4s-orbital ซงม 2e- ดงนนจงมกจะพบเลขออกซเดชน +2 3. เลขออกซเดชนทเสถยรของธาตทางซายของคาบ มกจะเปนเลขออกซเดชนทมคาสง และเลขออกซเดชนทเสถยรของธาตทางขวาของคาบ มกจะเปนเลขออกซเดชนทมคาตา 4. เลขออกซเดชนสงสดของธาตแทรนซชน มกจะพบในสารประกอบของออกซเจน และฟลออรน เชน เลขออกซเดชนสงสดของ Mn คอ +7 ใน MnO4
- ตวอยางเลขออกซเดชนของธาตแทรนซชนและตวอยางของสารประกอบทมเลขออกซเดชนตางๆ พจารณาไดจากตารางตอไปน
ตารางท 10 เลขออกซเดชนทพบทวๆ ไปของธาตแทรนซชนในคาบท 4 ธาต เลขอะตอม หม เลขออกซเดชน ตวอยาง ความเสถยรภาพของเลขออกซเดชนSc 21 IIIB +2
+3 -Sc2O3
ไมปรากฏวามเสถยรทสด
Ti 22 IVB +2+3 +4
TiCl2TiCl3 TiCl4
ไมเสถยรเมออยในนา เตรยมโดยรดวซ Ti4+ ดวย Zn เสถยรทสด
V 23 VB +2+3 +4 +5
VCl2V2O3 VCl4 V2O5
ถกออกซไดสไดงาย เสถยร เสถยรทสด เปนตวออกซไดสแรงปานกลาง
Cr 24 VIB +2+3 +6
CrCl2CrCl3 Cr2O7
2-
ถกออกซไดสไดงาย เสถยรทสด เปนตวออกซไดสทด
14 Prop
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn เขยนเปร
หมายเห
perties of t
25
26
27
28
29
30
จะเหนไดวารยบเทยบกนจะ
หต ตวเลขทเปน
the periodic
VIIB
VIIIB
VIIIB
VIIIB
IB
IIB
าธาตแทรนซชนะไดดงน
รปนตวดา คอ เลข
c table
+2+3 +4 +6 +7 +2+3 +6 +2+3 +2+2 +1+2 +2
น (ยกเวน Sc ,Z
ปท 4 เลขออกซออกซเดชนทพ
Chemistry
MnOMnCl3 MnO2 MnO4
2- MnO4
- FeCl2FeCl3 - CoCl2CoCl3 NiCl2NiCl3 Cu2OCuO ZnCl2
Zn ) มเลขออก
ซเดชนของธาตบมาก
y I
เสถยรทเสถยรใเสถยร เสถยรใเปนตวเสถยรเสถยรทหายากเสถยรโเสถยรใเสถยรทหายากไมคอยเสถยรมเสถยร
กซเดชนไดหลาย
แทรนซชนในคา
ทสดในรปสารเชงซอ, ตวออกซไดสในสารละลายเบวออกซไดสทแรงแตถกออกซไดสทสด ก โดยเฉพาะในนาในรปไอออนเชงทสดก ยเสถยรในสารลมากในนา
ยคา ซงถานาเล
าบท 4
อน ทด บส ง สงาย
า งซอน
ะลาย
ลขออกซเดชนทเปนไปได มา
15 Prop
ของธาต
บางอยาเมอธาตน ตารางท
----------สารประ ธาตหม คลอรน โดยเฉพาอเลกตรอสารประCoBr2.6
perties of t
สาหรบธาตอโลหะ
การทธาตแทงของสารประกนนมเลขออกซเ
11 สมบตกรด ออก
VVVVC
CrC
-------------------ะกอบของธาตแ
ธาตแทรนซIA และ IIAและกามะถนตา
สารประกอาะกรณทมเลขออนของไอออนลกอบโคเวเลนต
6H2O ละลายไดใ
the periodic
แทรนซชนในคา
รปททรนซชนมเลขออบ เชน ความเดชนสงขน ดงต
- เบสของออกไกไซดVO
2O3 VO2
2O5 CrO r2O3 rO3 -------------------แทรนซชน ซชนสวนมากสามA เชน สามารามลาดบ บธาตแทรนซชนออกซเดชนสงๆ ลบไดมาก
จงทาใหสารปใน C2H5OH แล
c table
าบอนๆ กเชน
ท 5 เลขออกซเดออกซเดชนหลาเปนกรด-เบสขอ
ตวอยางออกไซด
ไซดของธาตแทเลขออกซเ
+2+3+4+5+2+3+6
-------------------
มารถทาปฏกรยถเกดเปนสารป
นมกจะมลกษณเนองจากเม
มแนวโนประกอบของธาละ FeCl3 สาม
Chemistry
เดยวกน มเลข
ดชนของธาตแทายคา นอกจากจองออกไซด จาดของธาต V แล
ทรนซชนทมเลขเดชน
------------------
ยาโดยตรงกบอโระกอบออกไซด
ณะโคเวเลนตแฝมอเปนไอออนจนมทจะรวมกนาตแทรนซชนหลมารถละลายไดท
y I
ขออกซเดชนไดห
ทรนซชนคาบท จะทาใหเกดสารกการศกษาพบวละ Cr ตอไปน
ออกซเดชนตางสมบตกรด-เบสออกไซดเบสออกไซดเบส ออกไซดแอมโฟออกไซด ออกไซดเบสออกไซดแอมโฟออกไซดกรด
-------------------
โลหะได เมอไดด คลอไรด แล
งอยมากกวาสาะมขนาดเลก ระหวางไอออนลายชนดสามารถทงใน C2H5OH
หลายคา ในทา
4 และ 5 รประกอบไดหลวาความเปนกรด
ๆ กน สออกไซด
ฟเทอรก
ฟเทอรก
-------------------
ดรบความรอน ละซลไฟด เมอท
รประกอบของโทมประจบวก
บวกและไอออนถละลายในตวทและ C2H5OC2
านองเดยวกบเล
ลายชนดแลวยงมดของออกไซดจ
--
แตปฏกรยาไมรทาปฏกรยากบธ
โลหะหม IA กมากจงดงกลมหนลบไดดกลายเปทาละลายอนทร
2H5 เปนตน
ลขออกซเดชน
มผลตอสมบตจะเพมมากขน
รนแรงเทากบธาตออกซเจน
และ IIA หมอกเวเลนตปนสมบตของยได เชน
Chemistry I
16 Properties of the periodic table
สาหรบสารประกอบหรอไอออนของธาตแทรนซชนคาบท 4 มกจะมสตางๆ กนซงขนอยกบชนดของธาต เลขออกซเดชน ชนดของไอออนลบทมาเกดพนธะดวย และโครงสรางของสารทเกดขน การทมสเนองจากอเลกตรอนใน 3d-orbital ซงอยในสถานะพน (ground state) ไดรบพลงงานแสงในชวงแสงขาว (visible light) ทาใหเปลยนจากระดบพลงงานตาขนไปสระดบพลงงานสงกวา (exited state) และใหสตางๆ ตามความถของแสงทถกดดกลนเขาไป
ตารางท 12 สของสารประกอบและไอออนของธาตแทรนซชนคาบท 4 บางธาต
ธาต ไอออน เลขออกซเดชนของโลหะ ส ตวอยาง Sc Ti V
Cr
Mn
Fe
Co Ni Cu Zn
Sc3+ Ti2+ Ti3+ V2+ V3+
VO2+ VO2
+ Cr2+ Cr3+
CrO42-
Cr2O72-
Mn2+ Mn3+ MnO2 MnO3
- MnO4
2- MnO4
- Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+
+3+2 +3 +2 +3 +4 +5 +2 +3 +6 +6 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +2 +3 +2 +2 +2 +2
ไมมสนาตาล มวงออน
มวง เขยว นาเงน เหลอง นาเงน เขยว เหลอง สม
ชมพออน เขยว ดา
นาเงน เขยว มวง
เขยวออน เหลอง* ชมพ เขยว นาเงน ไมมส
ScCl2 TiCl2 TiCl3 VCl2 VCl3 VOCl2 VO2Cl CrCl2 CrCl3 Na2CrO4 K2Cr2O7 Mn(OH)2 Mn(OH)3 MnO2 KMnO3 K2MnO4 KMnO4 FeCl2 FeCl3 CoCl2 NiCl2 CuCl2 ZnCl2
* สารละลายของ Fe3+ ปกตในนาจะเปน [Fe(H2O)6]
3+ ซงเปนสมวงออน แตเสถยรเฉพาะในสารละลายทเปนกรดมาก การทเหนเปนสเหลองเพราะถกไฮโดรไลสกลายเปน [Fe(H2O)5OH]2+ การทไอออนของธาตแทรนซชนมสตางๆ กน ทาใหสามารถนามาศกษากลไกของการเกดปฏกรยาหรอขนตอนการเปลยนแปลงในปฏกรยา ทาใหทราบวาปฏกรยากาลงดาเนนไปอยางไร ถงขนตอนใด ทงนพจารณาจากสของสารละลายดงตวอยางตอไปน
17 Prop
1. กรณธ สารละลและสมว
2. กรณธ สารละลไดสารละในตอนแ
perties of t
ธาต V เมอนา NH
ายสเหลอง เมอวงตามลาดบ จา
VO V2+ สมวง ดงนน เมอส
ธาต Mn เมอนา Mn
ายสเขยวมาเตมะลายไมมส พรแรก และคอยๆ
ถาทราบสข
Mn
Mn
Mn
Mnเขยนเปนแผ
the periodic
H4VO3 จานวนอเตม Zn หรอ ากสทเปลยนไปท
3- (aq) + 2H+
V3+ สเขยว สงเกตจากสของ
nO2 (สดา) ไปเม H2SO4 จานวรอมกบเกดตะกอเขมขนในตอนห
องไอออน จะท
nO42-(aq)
nO4- (aq)
n2+ (aq)
n3+ (aq) ผนภาพใหมไดด
MnO2 สดา
NaOH
c table
นหนงละลายในZn(Hg) ลงในสทาใหทราบวาข+ (aq) V
VO2+
สนาเงนงสารละลาย จะ
ผารวมกบ NaOวนหนง จะเปลยอนขนขาว นาสหลง
ทาใหทราบการด
สเขยว
สมวงแดง
ไมมสหรอชมพ
สนาตาลแดง ดงน
สเข
ตะกอนส
H (s)
Chemistry
สารละลาย Nสารละลายสเหลนตอนของการเ
VO2+ (aq) + H
สเหลอง Zn (aq)
น ะทาใหทราบวา
OH(s) จะหลอมยนเปนสมวงแดสารละลายไมมส
ดาเนนไปของปฏ
พออนมาก
ขยว
สนาตาล
H2SO
N
y I
aOH แลวเตมลองน สจะเปลยเปลยนแปลงเปน
H2O (l)
ปฏกรยากาลงด
มเหลวรวมกน ง เมอเตมสารลสไปเตมสารละล
ฏกรยา
สม
ไม
O4
NaOH (aq)
มกรด H2SO4 ยนเปนสนาเงน นดงน
ดาเนนไปตามขน
แลวเตมนาลงไปละลาย Na2S ลงลาย NaOH จะ
มวงแดง
มมส + ตะกอ
Na2S (aq)
ลงไปใหมากเกและเปลยนตอไ
นตอนใด
ปจะไดสารละลงในสารละลายสะไดตะกอนเบา
นขา
กนพอ จะไดไปเปนสเขยว
ายสเขยว นาสมวงแดง จะสนาตาลออน
Chemistry I
18 Properties of the periodic table
เขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนไดดงน
2MnO2 + O2 + 4OH- MnO42- + 2H2O
สดา สเขยว
4MnO42- + 4H+ + O2 4MnO4
- + 2H2O สเขยว สมวง
2MnO4- + 5S2- + 16H+ 2Mn2+ + 8H2O + 5S
สมวงแดง ไมมส ตะกอนขาว
4Mn2+ + O2 + 2H2O 4Mn3+ + 4OH- 4Mn(OH)3 ไมมส ตะกอนสนาตาลแดง 3. กรณของธาต Cr เมอนาสารละลาย K2Cr2O7 สสม เตมกรด H2SO4 และสารละลาย H2O2 ลงไป จะไดเปนสารละลายสเขยวพรอมกบมฟองกาซเกดขน และเมอเตมสารละลาย Na2S ลงในสารละลายสเขยวจะกลายเปนสฟาพรอมทงมตะกอนขนขาว
K2Cr2O7 (aq) 22 OH42SOH
สเขยว + ฟองกาซ Na2S (aq) สฟา + ตะกอนขาว จากแผนภาพเขยนเปนสมการไดดงน
Cr2O72- + 3H2O2 + 8H+ 2Cr3+ + 3O2 + 7H2O
สสม สเขยว
2Cr3+ + S2- 2Cr2+ + S สเขยว สฟา ตะกอนขาว จากตวอยางของ V, Mn, Cr จะเหนไดวา สามารถนาสของสารประกอบแทรนซชนมาใชศกษาขนตอนของการเกดปฏกรยาได
Chemistry I
19 Properties of the periodic table
เรอง สารประกอบเชงซอนของธาตแทรนซชน สารประกอบเชงซอน เปนสารประกอบทมไอออนเชงซอน สารหลายชนดของธาตแทรนวชนทรจกกนดเชน KMnO4 K2Cr2O7 และ K4Fe(CN)6 กเปนสารประกอบเชงซอน โดยทวๆ ไปสารประกอบชนดหนงๆ จะประกอบดวยไอออน 2 ชนดคอ ไอออนบวกและลบ ไอออนทประกอบดวยธาตตงแต 2 ธาตขนไปเรยกวา ไอออนเชงซอน ซงอาจจะเปนไอออนบวกหรอลบกได เชน [Fe(CN)6
3- และ [Cu(NH3)4]2+ ไอออนเชงซอนเหลานจะมธาตแทรนซชนเปนอะตอมกลางและม
ไอออน อะตอมหรอโมเลกลอนๆ มาลอมรอบ โดยเรยกไอออน หรออะตอม หรอโมเลกลทมาลอมรอบธาตแทรนซชนนวา ลแกนด (ligand) สวนมากลแกนดมกจะยดเหนยวกบธาตแทรนซชนดวยพนธะโคเวเลนต หรอพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ตวอยางของไอออนเชงซอนคอ [Fe(CN)6
3- ม Fe เปนอะตอมกลางและม CN- เปนลแกนด โดย CN- จะยดเหนยวกบ Fe ดวยพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตดงน
ในกรณของ MnO4
- กเชนเดยวกน จดวาเปนไอออนเชงซอนทม Mn เปนอะตอมกลางและม O เปนลแกนดอยรอบๆ Mn ดงน
โดยทวๆ ไปสารประกอบเชงซอนหรอไอออนเชงซอนมกจะมสตรโครงสรางและรปทรงเรขาณตหลายแบบ ตามเลขออกซเดชน ซงมหลายคา และมกจะมสมบตอนๆ เชน มสตางๆ กน ถกดดโดยแมเหลกได เปนตน จานวนอะตอมทมาใชพนธะรวมกบธาตแทรนซชนในไอออนเชงซอนเรยกวา เลขโคออรดเนชน (coordination number) ซงอาจจะมเลขโคออรดเนชนตงแต 2 ถง 8 (ถาม 6 อะตอม มาสรางพนธะกบธาตแทรนซชน ธาตแทรนซชนนนจะมเลขโคออรดเนชน = 6 ถาม 4 อะตอม มาสรางพนธะกบธาตแทรนซชน ธาตแทรนซชนนนจะมเลขโคออรดเนชน = 4) เชน MnO4
- ม Mn เปนอะตอมกลาง และมธาต O 4 อะตอมมาสรางพนธะกบ Mn ดงนน Mn มเลขโคออรดเนชน = 4 [COCl6]
3- ม Co เปนอะตอมกลาง และม Cl 6 อะตอมมาสรางพนธะกบ Co
ดงนน Co จงมเลขโคออรดเนชน = 6
Fe
CN
CN
CN
CN
CN
CN
3-
Mn
O
OO
O
-
CoCl
Cl
Cl
ClCl
Cl 3-
Chemistry I
20 Properties of the periodic table
โดยทวๆ ไป เลขโคออรดเนชนของธาตกคอ จานวนลแกนดมาสรางพนธะกบอะตอมของธาตนนนนเอง เชน Cu2+ มเลขโคออรดเนชน = 4 ในไอออนเชงซอน [Cu(H2O)4]
2+ [Cu(NH3)4] 2+ และ [CuCl4]
2+ , Fe2+ มเลขโคออรดเนชน = 6 ใน [FeF6]
3- [Fe(CN)6] 3- และ [Fe(H2O)6]
3+ เปนตน ตารางท 13 ตวอยางลแกนดสามญบางตวในสารประกอบเชงซอน
H2O water NH3 ammonia CN- cyanide ion OH- hydroxide ion F- fluoride ion
Br- bromide ion I- iodide ion NO2
- nitrite ion SCN- thiocyanate ion S2O3
2- thiosulfate ion เลขโคออรดเนชนของสารประกอบเชงซอนทพบกนมากไดแก 2, 4 และ 6 การทจะมเลขโคออรดเนชนเปนเทาใดขนอยกบชนดของธาตแทรนซชน และเลขออกซเดชนของโลหะแทรนซชนนน นอกจากนยงขนอยกบชนดของลแกนดดวย โดยทวๆ ไปสารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 2, 4 หรอ 6 จะมรปโมเลกลตามรปทรงเรขาคณตดงน สารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 6 จะเปนทรงเหลยมแปดหนา สารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 4 จะเปนทรงเหลยมสหนา และบางสวนเปน square planar สารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 2 จะเปนเสนตรง
ตารางท 14 แสดงรปทรงเลขาคณตของสารประกอบเชงซอนทมเลขโคออรดเนชน 2, 4 และ 6 เลขโคออรดเนชน รปราง ตวอยาง
2
[AgCl2] -
4
[NiCl4]2- , [MnO4]
- , [Zn(NH3)4]2+
4
[Ni(NH3)4]
2+ , [PtCl4]2-
6
[Co(H2O)6]
2+ , [Cr(NH3)6]3+
H3N : Ag+ : NH3
Fe3+
Cl-
Cl-Cl-
Cl-
Cu2+
NH3H3N
NH3H3N
Fe3+
CN-
CN-
CN-
CN-CN-
CN-
Chemistry I
21 Properties of the periodic table
สารประกอบของธาตแทรนซชน นอกจากจะมสแตกตางกนเพราะเกดจากธาตตางชนดกนแลว สารประกอบชนดเดยวกนทมสตรเหมอนกนแตสตรโครงสรางตางกน กจะมสตางกนดวย ตวอยางของสารประกอบเชงซอนทมสตางกน เพราะมการจดโครงสรางของโมเลกลตางกน 1. กรณของสารประกอบ Cr ซงมสตรโมเลกลเปน Cr(H2O)6Cl3 ถาโรงสรางของโมเลกล ตางกน สจะตางกนดงน [Cr(H2O)6]Cl3 สมวง [Cr(H2O)5Cl Cl2.H2O สเขยวออน [Cr(H2O)4Cl Cl.2H2O สเขยวเขม [Cr(H2O)3Cl3] .3H2O สนาตาล 2. กรณของสารประกอบ Co ซงมสตรโมเลกลเปน Co(NH3)6Cl3 ถาโครงสรางโมเลกลตางกน สจะตางกนดงน [Co(NH3)6]Cl3 สเหลอง [Co(NH3)5Cl]Cl2 สมวง [Co(NH3)4Cl2]Cl สเขยว ตวอยางของไอออนเชงซอนทมสตางกน เพราะมลแกนดตางชนดกน 1. กรณไอออนเชงซอนของ Co3+ มสตางกนตามชนดของลแกนดดงน [Co(H2O)6]
3+ สชมพ [Co(NH3)6]
3+ สเหลอง [Co(NO2)6]
3- สเหลอง [Co(H2NCH2CH2NH2)3]
3+ สเหลองสม [Co(C2O4)3]
3- สเขยว [Co(CN)6]
3- สเหลองออน [Co(EDTA)]- สมวง [Co(H2NCH2CH2NH2)(C2O4)2]
- สมวงแดง 2. กรณของไอออนเชงซอนของ Cu2+ มสตางกนเนองจากลแกนดตางกนดงน [Cu(H2O)6]
2+ สนาเงน [Cu(NH3)4]
2+ สนาเงนเขม [Cu(H2NCH2CH2NH2)]
2+ สมวง [CuCl4]
2- สเหลอง
ตารางท 15 ตวอยางของสารประกอบและไอออนเชงซอนของธาตแทรนซชนในคาบท 4 ธาต ไอออนเชงซอน สารประกอบเชงซอน Ti [Ti(H2O)6]
3+ [Ti(CN)6]
3+ [CoCl6]
3-
[Ti(H2O)6]Cl3K3[Ti(CN)6] Na3[CoCl6]
V [V(H2O)6]3+
[V(H2O)6]2+
[VCl6]3-
[V(H2O)6]Cl3[V(H2O)6]Cl2 Na3[VCl6]
Cr [Cr(H2O)4Cl2]+
[Cr(NH3)5SO4]+
[Cr(NH3)4Cl2]2+
[Cr(H2O)6]Cl3[Cr(H2O)4Cl Cl.2H2O [Cr(H2O)3Cl3] .3H2O
Chemistry I
22 Properties of the periodic table
ธาต ไอออนเชงซอน สารประกอบเชงซอน Mn [Mn(CN)6]
3-
[MnF6]3-
[MnO4]-
Na3[Mn(CN)6]Na3[MnF6] K[MnO4]
Fe [Fe(CN)6] 4-
[Fe(C2O4)3] 3-
[Fe(H2O)5(SCN)] 2+
Kfe[Fe(CN)6]Na3[Fe(C2O4)3] [Fe(H2O)5(SCN)]Cl2
Co [Co(NH3)6]3+
[Co(C2O4)3] 3-
[Co(NO2)6]3-
[Co(NH3)6]Cl3K3[Co(C2O4)3] K3[Co(NO2)6]
Ni [Ni(CN)4]2-
[Ni(NH3)4] 2+
[Ni(H2O)6]3+
Na2[Ni(CN)4] [Ni(NH3)4]Cl2 [Ni(H2O)6]Cl3
Cu [Cu(H2O)4]2+
[Cu(NH3)4]2+
[Cu(CN)4]2-
[Cu(H2O)4]SO4
[Cu(NH3)4]SO4 K2[Cu(CN)4]
Zn [Zn(NH3)4]2+
[Zn(OH)4]2-
[ZnCl4]2-
[Zn(NH3)4]Cl2Na2[Zn(OH)4] Na2[ZnCl4]
การเรยกชอสารประกอบและไอออนเชงซอน ตามขอตกลงระหวางนกเคมนานาชาตใหใชระบบ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ในการเรยกชอสารประกอบเชงซอนดงน 1. เรยกชอไอออนบวกกอนไอออนลบ ซงเปนหลกเกณฑเดยวกบการเรยกชอสารประกอบไอออนกทวไป เชน [Co(NH3)6] Cl3 ใหเรยกชอสวน [Co(NH3)6]
3+ กอน แลวจงตามดวยชอของ Cl, K3[Co(C2O4)3] ใหเรยกชอสวน K+ กอนแลวจงตามดวยชอของ [Co(C2O4)3
3- 2. ในการเรยกชอไอออนเชงซอน ใหเรยกชอลแกนดกอนแลวตามดวยชอของไอออนของธาตแทรนซชน เชน [Ni(NH3)4]
2+ ใหเรยกชอ NH3 กอน แลวจงเรยกชอของ Ni2+ [Fe(CN)6
3- ใหเรยกชอ CN- กอน แลวจงเรยกชอของ Fe3+
Chemistry I
23 Properties of the periodic table
3. การเรยกชอไอออนลบทเปนลแกนด จะลงทายดวย “O” โดยมหลกเกณฑดงน ก. ไอออนลบทลงทายดวย -ide เมอเปนสารประกอบเชงซอนใหเปลยนจาก -ide เปน -o ตวอยางเชน
ไอออนลบ ชอทวไป ชอเมอเปนลแกนดCl- Br- I-
CN- O2-
คลอไรดโบรไมด ไอโอไดด ไซยาไนด ออกไซด
คลอโรโบรโม ไอโอโด ไซยาโน ออกโซ
ข. ไอออนลบทลงทายดวย -ite หรอ -ate ใหเปลยนเปน -ito หรอ -ato ตามลาดบ ตวอยางเชน ไอออนลบ ชอทวไป ชอเมอเปนลแกนด
CO32-
S2O32-
SCN-
C2O42-
NO2-
carbonatethiosulfate thiocyanate thiocyanate oxalate nitrite nitrite
carbonatothiosulfato thiocyanato เมอเกดพนธะท S isothiocyanato เมอเกดพนธะท N oxalato nitrito เมอเกดพนธะท O nitro เมอเกดพนธะท N
4.สาหรบลแกนดทไมมประจหรอเปนกลาง (neutral ligand) ใหเรยกชอเหมอนกบโมเลกลทเปนกลาง เชน NH2CH2CH2NH2 เมอเปนโมเลกลเรยกวา ethylenediamine เมอเปนลแกนดกยงคงเรยกวา ethylenediamine ยกเวนลแกนดทเปนกลางบางชนดใหเรยกชอเฉพาะตว เชน H2O เรยก aquo NH3 เรยก ammine CO เรยก carbonyl 5.ถาสารประกอบเชงซอนนนมลแกนดชนดเดยวกนมากกวาหนงใหบอกจานวนทซากนไวหนาชอของลแกนด โดยระบจานวนดวยภาษากรกดงน
จานวนลแกนดทซากน เรยก2 3 4 5 6
ditri
tetra penta hexa
เชน (CN)6 เรยก hexacyano (C2O4)3 เรยก trioxalato
Chemistry I
24 Properties of the periodic table
ในกรณทเปนพวก polydentate ligand (ลแกนดทสามารถเกดพนธะกบไอออนไดตงแต 2 ตาแหนงขนไปใน 1 ลแกนด) ใหใชดงน
จานวนลแกนดทซากน เรยก2 3 4
bistris
tetrakis สาหรบ ethylenediamine ถาม 2 โมเลกล เนองจากมคาวา di อยแลวจงใช bis แทน di โดยเขยน bis ไวขางหนาและ ethylenediamine อยในวงเลบดงน bis(ethylenediamine) 6. ถาไอออนเชงซอนมประจเปนลบ ใหเรยกชอลแกนดกอนแลวตามดวยชอโลหะ พรอมกนเปลยนคาลงทายของโลหะใหเปน -ate และใสเลขออกซเดชนไวในวงเลบตอจากชอของโลหะดวยเลขโรมน
โลหะ ชอโลหะ ชอโลหะในไอออนเชงซอนทมประจลบ Al Cr Mn Ni Co Zn Mo W
Aluminium chromium manganese nickel cobalt zinc molybdenum tungsten
alminatechromate manganate nickelate cobaltate zinccate molybdate tungatate
โลหะบางตวมชอเรยกเปนภาษาละตน ใหใชภาษาละตนและลงทายดวย -ate ดงตวอยาง
ธาต ชอโลหะ ชอโลหะในไอออนเชงซอน ภาษาองกฤษ ภาษาละตน ทมประจเปนลบ
Fe Cu Pb Ag Au Sn
iron copper lead silver gold tin
ferrumcuprum
plumbum argentum
aurum stannum
ferratecuprate
plumbate argentate
aurate stannate
เชน [Fe(CN)6]3- เรยกวา hexa cyano ferrate (III) ion
[Co(C2O4)3]3- เรยกวา tris oxalato cobalttate (II) ion
[Cr(NO2)6]3- เรยกวา hexa nitro chromate(III) ion
Chemistry I
25 Properties of the periodic table
สาหรบไอออนเชงซอนทมประจบวกและสารประกอบเชงซอนทเปนกลาง ใหอานชอของโลหะตามชอโลหะเดม โดยไมตองเปลยนคาลงทาย เชน [Cu(NH3)4]
2+ เรยกวา tetra amminne copper (II) ion [Co(H2O)6
3+ เรยกวา hexa aquo cobalt (III) ion [Cr(H2O)6]
3+ เรยกวา hexa aquo chromium (III) ion 7.ในกรณทสารประกอบเชงซอนนนมลแกนดหลายชนด ใหเรยกชอลแกนดทมประจลบกอน ตามดวยลแกนดทเปนกลาง และลแกนดทมประจบวกไวทายสด
ตารางท 16 ตวอยางการเรยกชอสารประกอบเชงซอนตามระบบ IUPAC สารเชงซอน ชอ
[Ag(NH3)2]+
[Co(NH3)6]3+
[Zn(NH3)4]2+
[Co(NH3)4]Cl2]+
[CoCl3]3-
[Ni(CN)4]2-
[Ag(CN)2]-
[Fe(CN)6]4-
Na3[Cr(NO2)6] [Co(NH2CH2CH2NH2)3Cl3 [Cr(NH3)3Cl3] [Cr(NH3)5SO4]Br [Pt(NH3)4Cl2]Cl2 [Cr(CO)6] [Co(NH3)5CO3]2[CuCl4] [Cr(H2O)4Cl2]ClO4 Na[Ni(CN)4] [Ag(NH3)2]4[Fe(CN)6]
diaminesilver (I) ionhexaamminecobalt (III) ion tetraaminezinc (II) ion dichlorotetraamminecobalt (II) ion hexachlorocobalate (III) ion tetracyanonikelate (II) ion dicyanoagentate(I) ion hexacyanoferrate (II) ion sodium hexanitrochromate (III) tris(ethylene diamine)cobalt (III) chloride trichlorotriamminechromium (III) sulfatopentaaminechromium (III) bromide dichlorotetraamineplatinum (IV) chloride hexacarbonylchromium (O) carbonnatopentaaminecobalt (III)tetrachlorocuprate(II) dichlorotetraaquochromium (III) perchlorate sodium tetracyanonickelater (II) diaminesilver (I) hexacyanoferrate (II)
สมบตในการเปนตวเรงปฏกรยาของธาตแทรนซชน โลหะและสารประกอบของโลหะแทรนซชนหลายชนดเปนตวเรงปฏกรยาทสาคญในอตสาหกรรมหลายประเภท และในระบบของสงมชวต โลหะบงชนดเชน Cu, Fe, Mn, Co, Ni และ Cr เปนตวเรงปฏกรยาในระบบของอนไซมในสงมชวต เอนไซมทสาคญอยางหนงคอ ไซโตโครมออกซเดส (cytochrome oxydase) ม Cu เปนสวนประกอบดวย เอนไซมชนดนเกยวของกบกระบวนการสรางพลงงานทไดจากปฏกรยาออกซเดชนของอาหาร สาหรบในอตสาหกรรม ไดใชธาต และสารประกอบของธาตแทรนซชน เปนตวเรงปฏกรยาจานวนมาก ดงตวอยางตอไปน
Chemistry I
26 Properties of the periodic table
ตารางท 17 ตวอยางของโลหะและสารประกอบของโลหะแทรนซชนทเปนตวเรงปฏกรยา ธาต สารทใชเปนตวเรง ปฏกรยาทตองใชตวเรงปฏกรยา Ti TiCl3/Al2(C2H5)6 nC2H4 (-C-C-)n
ethene tionpolymeriza polyethene V V2O5 หรอ VO3
- 2SO2 + O2 2SO3 Fe Fe หรอ Fe2O3 N2 + 3H2 2NH3
haber process Ni Ni RCH=CH2 + H2 RCH2CH3
ปฏกรยาไฮโดรจเนชนในนามนพช เพอทาใหแขงสาหรบทามาการน (magarine)
Cu Cu หรอ CuO CH3CH2OH + ฝ O2CH3CHO+H2O การเตรยม acetaldehyde โดยการออกซเดชน เอานอล
Pt Pt 2SO2 + O2 2SO3 contact process นกเคมเชอกนวา ความสามารถในการเปนตวเรงปฏกรยาของโลหะแทรนซชนขนอยกบการทธาตแทรนซชนสามารถมเลขออกซเดชนไดหลายคา ตวอยางเชน ใน contact process ซงเปนการเตรยมกาซ SO3 เมอใช V2O5 หรอ V5+ เปนตวเรงปฏกรยาจะชวยใหการออกซไดส SO2 ใหเปน SO3 ไดเรวขน
SO2 + 1/2O2 52OV SO3 การเปลยนแปลงทเกดขน สามารถเขยนเปนขนตอนตางๆ ไดดงน
2V5+ + O2- + SO2 2V4+ + SO3
2V4+ + 1/2 2V5+ + O2-
2V5+ + SO2 + 1/2O2 2V5+ + SO3
โลหะหรอสารประกอบของโลหะแทรนซชนสามารถทาหนาทเปนตวเรงปฏกรยาได เนองจากสามารถเปลยนแปลงกลไกของการเกดปฏกรยา ทาใหมพลงงานกระตนตาลง ปฏกรยาจงเกดเรว
Chemistry I
27 Properties of the periodic table
เรอง ธาตกมมนตรงส ********************************************************
กมมนตรงส (radioactivity) หมายถง ปรากฏการณทธาตสามารถแผรงสไดเองอยางตอเนอง ปรากฏการณนเปนการเปลยนแปลงทเกดขนภายในนวเคลยสของไอโซโทปทไมเสถยร ธาตกมมนตรงส หมายถง ธาตทมสมบตในการแผรงส สามารถแผรงสและกลายเปนอะตอมของธาตอนได ในป พ.ศ. 2439 อองตวน อองร แบกเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดพบวาแผนฟลมถายรปทมกระดาษดาหอหมอย และเกบรวมกนไวกบสารประกอบของยเรเนยม มลกษณะเหมอนถกแสง จงทาการทดสอบกบสารประกอบของยเรเนยมชนดอนๆ กพบวาใหผลการทดลองเชนเดยวกน แบคเกอเรลจงสรปเปนเบองตนวา มการแผรงสออกมาจากธาตยเรเนยม ตอมาปแอร กร (Pierre Curie) และมาร กร (marie Curie) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส กไดพบวาธาตอน ๆ เชน พลอโลเนยม (Po) เรเดยม (Ra) และทอเรยม (Th) กสามารถแผรงสไดเชนเดยวกน และลอรด เออรเนสต รทเทอรฟอรด (Lord Ernest Rutherford) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ กไดคนพบเพมเตมอก และไดแสดงใหเหนวา
รงสทแผออกมาจากสารกมมนตรงสอาจเปน รงสแอลฟา( - ray ) รงสเบตา(-ray) หรอรงสแกรมมา(-ray) รงสดงกลาวมสมบตตางกน ดงน
รงสแอลฟา มสญลกษณนวเคลยรเปน He42 บางครงอาจเรยกวา อนภาคแอลฟา และใชสญลกษณเปน
He42 รงสแอลฟาเปนนวเคลยสของธาตฮเลยม ซงประกอบดวย 2 โปรตอน และ 2 นวตรอนจงมประจไฟฟาเปน +2 มมวล 4.00276 amu รงสแอลฟาอานาจทะลทะลวงตา ไมสามารถทะลผานแผนกระดาษ หรอโลหะบางๆ ได และเนองจากมประจบวก เมออยในสนามไฟฟาจงเบยงเบนไปทางขวลบ เมอวงผานอากาศอาจจะทาใหอากาศแตกตวเปนไอออนได
รงสบตา บางครงเรยกวาอนภาคบตา ใชสญลกษณเปน หรอ e01
มสมบตเหมอนอเลกตรอน คอ มประจไฟฟา -1 มมวลเทากบ 0.000540 amu เทากบมวลของอเลกตรอน มอานาจในการทะลทะลวงสงกวารงสแอลฟาประมาณ 100 เทา มความเรวในการเคลอนทใกลเคยงกบแสง เนองจากมประจลบจงเบยงเบนไปทางขวบวก เมออยในสนามไฟฟา
รงสแกมมา ใชสญลกษณ รงสแกมมาเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสนมาก คอประมาณ 0.001-1.5 pm ไมมมวลและไมมประจ มอานาจทะลทะลวงสงสด สามารถทะลผานสงกดขวางไดเปนอยางด ดงนนวตถทจะกนรงสแกรมมาได จะตองมความหนาแนนและความหนามากพอทจะกนรงสได เนองจากไมมประจไฟฟา จงไมเบยงเบนในสนามไฟฟา นอกจากรงส 3 ชนดดงกลาวแลว ยงอาจจะพบอนภาคอน ๆ แผรงสออกมาจากนวเคลยสไดเชน โพสตรอน นวตรอน และโปรตอน ซงมประจและมวลเปรยบเทยบกบรงสทง 3 ชนดดงในตารางตอไปน
ตารางท 18 แสดงประจและมวลของอนภาคชนดตางๆ ทเกดจากการแผรงส อนภาค สญลกษณ ชนดของประจ มวล(amu)*
แอลฟา บตา แกรมมา โพซตรอน นวตรอน โปรตอน
, He42
, e01
, e0
1
n10 , n
H11 , P
+2-1 0 +1 0 +1
4.00276 0.000540
0 0.000540 1.0087 1.0073
* 1 amu = 1 atomic mass unit = 1.66 x 10-24 g.
Chemistry I
28 Properties of the periodic table
ธาตกมมนตรงสในธรรมชาต
ธาตตางๆ ทพบในธรรมชาตนน ธาตทมเลขอะตอมสงกวา 83 ลวนแตแผรงสไดทงสน ตวอยางเชน U23892 ,
U23592 , Th232
90 , Ra22688 และ Rn222
86 ซงอาจเขยนใหมเปน U-238, U-235, Th-232, Rn-222 และ Ra-226 นอกจาก ธาตกมมนตรงสในธรรมชาตแลว นกวทยาศาสตรยงสามารถสงเคราะหธาตกมมนตรงสขนมาได ซงสามารถนาไปใชประโยชนในดานตางๆ ไดมากมาย วธการสงเคราะหธาตกมมนตรงส วธการสงเคราะหวธหนง คอ การยงนวเคลยสของไอโซโทปทเสถยรดวยอนภาคทเหมาะสมและมความเรวสง รทเทอรฟอรด เปนนกวทยาศาสตรคนแรกทคนพบวธการดงกลาว โดยยงอนภาคแอลฟาทมความเรวสงซงไดจาก
ธาตกมมนตรงสในธรรมชาต คอ Po21484 เขาไปทนวเคลยสนวเคลยสของ N14
7 ผลทไดคอ อนภาคโปรตอน และ O178 ซง
เขยนสมการแสดงไดดงน
Po21484 He4
2 + Pb21082
He42 + N14
7 O178 + H1
1 ในบางกรณไอโซโทปทสงเคราะหขน อาจจะสลายตวตอไปไดอก ตวอยางเชน การยงนวเคลยสของ Mg-24 ดวยอนภาคแอลฟา จะได Al-28 ซงไมเสถยร จะสลายตวตอไปเปน Si-28 ซงเปนไอโซโทปทเสถยรดงน
He42 + Mg24
12 Al2813 + e0
1
Al2813 Si28
14 + e01
อกตวอยางหนงคอการยงอนภาคแอลฟาไปทนวเคลยสของ B-10 จะได N-13 ซงสลายตวตอไปจนเปน 13C
He42 + B10
5 N137 + n1
0
N137 C13
6 + e01
ธาตกมมนตรงสสงเคราะหนามาใชประโยชนได เชน Ra22688 ใชรกษาโรคมะเรง Co60
27 ใชปรบปรงพนธพช
และ I13153 ใชในการศกษาความผดปกตของตอมไธรอยด เปนตน
การสลายตวของธาตกมมนตรงส การทธาตกมมนตรงสออกมากเพราะวา นวเคลยสของธาตไมเสถยร เนองจากมพลงงานสวนเกนอยภายในจงจาเปนตองถายเทพลงงานสวนเกนออกไปเพอใหนวเคลยสเสถยรในทสด พลงงานสวนทเกน ทปลอยออกมาจะอยในรปของอนภาคหรอรงสตางๆเชน แอลฟา บตา แกมมา จากการศกษาไอโซโทปของธาตตางๆ จานวนมากพบวา ไอโซโทปทนวเคลยสมอตราสวนระหวางจานวนนวตรอนตอโปรตอนไมเหมาะสม คอ มนวตรอนมากกวาหรอนอยกวาโปรตอน มกจะไมเสถยร ทาใหมการเปลยนแปลงภายในนวเคลยสเปนนวเคลยสใหมทเสถยรกวา โดยการแผรงสออกมาดงทกลาวแลว นอกจากนยงพบวาจานวนโปรตอนและนวตรอนทเปนจานวนคหรอคในนวเคลยสนน มความสมพนธกบเสถยรภาพของนวเคลยสดวย กลาวคอ ธาตทมจานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขคจะเสถยรกวาธาตทมจานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขค
Chemistry I
29 Properties of the periodic table
การแผรงสแอลฟา เกดขนในกรณทไอโซโทปนนมเลขอะตอมมากกวา 82 และนวเคลยสมจานวนโปรตอนและนวตรอนไมเหมาะสม ทาใหเกดแรงผลกกนในนวเคลยสมากกวาแรงยดกน นวเคลยสจงพยายามลดจานวนอนภาคลงใหมากทสด เพอใหไดนวเคลยสทเสถยร ดงนนหลงจากการแผรงสแอลฟา นวเคลยสทเกดขนใหมจะมเลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดงตวอยางตอไปน
Pb20482 Hg200
80 + He42
U23892 U234
90 + He42
Ra22688 Rn222
86 + He42
การแผรงสบตา การแผรงสบตาเกดขนในกรณทนงเคลยสมจานวนนวตรอนมากกวาโปรตอน จงพยายามลดอตราสวนระหวางนวตรอนตอโปรตอน โดยนวตรอนจะเปลยนไปเปนโปรตอนและอเลกตรอน ทาใหเลขอะตอมเพมขน 1 แตเลขมวลคงเดม ดงตวอยางเชน
Pb21082 Bi210
83 + e01
P3215 S32
16 + e01
การแผรงสแกมมา การแผรงสแกมมา มกจะเกดขน ในกรณทไอโซโทปมการสลายตวใหรงสแอลฟาหรอบตาแลว ยงไดนวเคลยสใหมไมเสถยร ยงอยในสภาวะกระตน มพลงงานเกนกวาปกต เมอกลบสสภาวะปกตจงปลอยพลงงานสวนเกนออกมาในรปของรงสแกมมา ดงนนการแผรงสแกมมาจงไมทาใหเลขมวลและเลขอะตอมเปลยนแปลง ดงตวอยางเชน
Ra22688 Rn222
86 * + He42
Rn22286 +
Cs13755 Ba137
56 * + e01
Ba13756 +
(* หมายถง อะตอมทไมเสถยร) นอกจากนยงมการแผรงสใหโพซตรอน ซงเกดขนเมอนวเคลยสมโปรตอนมากกวานวตรอน ทาใหไดนวเคลยสใหมทมโปรตอนลดลง 1 แตเลขมวลคงเดม ดงในตวอยางตอไปน
N127 C12
6 + e01
Na2211 Ne22
10 + e01
การแผรงสทกลาวมาแลว สรปการเปลยนแปลงในนวเคลยสไดดงน
30 Prop
สมการน อะตอมขตวอยาง
เครองมอ ฟลมไปลการเรองจงตองใชบอกรบร
perties of t
ชนด
แอลฟา ()
บตา ()
แกมมา ()
โพซตรอน (
นวเคลยร ปฏกรยานวสมการนวเ
ของสารทกตวในตอไปน
2392
218
2211
B94
อตรวจการแผรวธตรวจการ
ลาง ถาปรากฏงแสงเกดขนแสดชเครองมอตรวจรงส และมเตอร
the periodic
การแผรงเลข
)
วเคลยร คอ ปฏคลยร คอ นปฏกรยา ก
U82 2
Bi03 2
Na 21
Be + He42
รงส รแผรงสทาไดงาฏวาเปนสดาแสดดงวามการแผรงจสอบโดยเฉพาะทมหนาปดบอก
c table
ตารางท 19 สงส ขมวล ปร4 0 0 0
+
+
ฏกรยาทมการสลสมการทแสดงปกลาวคอ ผล
Th3490 + H4
2
Po21084 + 0
Ne20 + e0
1
C126 +
ายๆ โดยนาฟดงวามการแผรงงสเกดขน อยาะเรยกวา “ไกเกกปรมาณรงสได
รปท 1 แสดง
Chemistry
สรปการแผรงสข
ระจ+2-1 0 +1
ลายตวในนวเคลปฏกรยานวเคลลรวมของเลขมว
He
e01
e
+ n10
ฟลมถายรปมาหงส หรออาจจะงไรกตามการตรกอรมลเลอรเคา
งเครองไกเกอรม
y I
ของธาตกมมนตการเปลยนแ
เลขมวลลดลง 4ไมเปลยน ไมเปลยน ไมเปลยน
ลยสใหรงสแอลยร ซงการดลวลและเลขอะตอ
หมสารทคดวามสะทาไดโดยนาสารวจอยางงายๆ านเตอร” (Geig
มลลอรเคานเตอ
รงส แปลงในนวเคลย
เลขอลดลเพมขไมเปลดล
ฟา บตา หรอแลสมการนนตองอมของสารตงตน
สารกมมนตรงสรทจะทดสอบไปดงกลาวไมสาม
ger-Muller co
อร
ยส อะตอม ลง 2 ขน 1 ปลยน ลง 1
แกมมาดงทกลาวงพจารณาทงเลขนจะตองเทากบ
สปนอย เกบในปวางใกลสารเรมารถบอกปรมา
ounter) ซงประ
วมาแลว ขมวลและเลขบผลตภณฑดง
ทมด เมอนารองแสง ถามาณของรงสได กอบดวยกระ
31 Prop
ผานเขาทAr+ กอใจะมากหครงชวต ของปรม ความดนชวต เป 14 อย 0C-14 เพ
ของรงสก
perties of t
ลกษณะของทางชองดานหนใหเกดความตางหรอนอยกขนอยตของธาต (hal
ครงชวต (hมาณเดม ใชสญล
นวเคลยสขอน อตราการสลาปนสมบตเฉพาะต
ตวอยางเชน0.5 กรม และเมพยงครงหนงของ
ครงชวต อกบเวลา
the periodic
งไกเกอรประกอนาของกระบอก งศกยระหวาง Aยกบชนดของรงf life)
half life) ของลกษณเปน t1/2 องธาตกมมนตรายตว เปนสดสตวของแตละไอโน C-14 มครงมอเวลาผานไปองปรมาณเดม
ธาตกมมนตร
Po21484
Na2511
Kr9436
O158
La14057
I13153
Ba14056
Co6027
C146
U23892
อาจจะหาไดจาก
ร
c table
อบดวยกระบอกกระทบกบอะ
Ar+ กบ e- ในหส และความเขม
สารกมมนตรงส
รงสทไมเสถยร สวนโดยตรงกบจโซโทป ชวต 5730 ป อก 5730 ป จะ
ตารางท 20 ครรงส
1.6
14
4กการทดลองโดย
รปท 4 การหาค
Chemistry
กซงบรรจกาซอาะตอมของอารกอหลอด ซงจะแปมขนของรงสทจ
ส หมายถง ระ
จะสลายตจานวนอนภาคใ
หมายความวาะเหลออย 0.25
รงชวตของธาตกครงชวต
x 10-4 วนาท1 วนาท
1.4 วนาท 118 วนาท40 ชวโมง
8.1 วน 12.5 วน
5.3 ป 5730 ป
4.5 x 109 ปยการตรวจวดรง
ครงชวตจากกรา
y I
ารกอนไว เมอนอน ทาใหอเลกลงคาความตางจะทาให Ar กล
ยะเวลาทสารก
ตวและแผรงสไดในธาตกมมนตร
า ถาม C-14 1กรม เปนดงนไ
กมมนตรงสบางรง
ท
งสในชวงเวลาท
าฟแสดงการสล
นาไปวางไวในบกตรอนของอารกศกยออกมาเปนายเปน Ar+ ได
มมนตรงสสลาย
ดเองตลอดเวลาโงสนน ปรมาณ
กรม เมอเวลาผไปเรอยๆ กลาวไ
ชนด งสทแผออก
เหมาะสม แลว
ายตว
บรเวณทมการแผกอนหลดออกไปนตวเลขบนหนาดมากหรอนอย
ยตวไปจนเหลอ
โดยไมขนอยกบณการสลายตวจะ
ผานไป 5730 ปไดวาทกๆ 573
วเขยนกราฟระ
ผรงส รงสจะป กลายเปน าปด คาทไดน
เพยงครงหนง
บอณหภมหรอะบอกเปนครง
ป จะเหลอ C-0 ป จะเหลอ
หวางปรมาณ
Chemistry I
32 Properties of the periodic table
ชวงเวลาทปรมาณรงสเปลยนจาก 50% เหลอครงหนงคอ 25 % คอ 2 -1 = 1 หนวย-เวลา ดงนนครงชวตจากกราฟคอ 1 หนวยเวลา หรออาจจะหาครงชวตไดจากความสมพนธ
0N
Nln = - t
และ t1/2 = 693.0
0N
Nln = 2/1t
t693.0
= คาคงทของการสลายตว N, N0 = จานวนอะตอมของธาตเมอเวลา t และเวลา 0 (เวลาเรมตน) ประโยชนของครงชวต ครงชวตสามารถใชหาอายของวตถโบราณทมธาตคารบอนเปนองคประกอบ เรยกวาวธ Radiocarbon Dating ซงคาวา dating หมายถง การหาอายจงมกใชหาอายของวตถโบราณทมคณคาทางประวตศาสตร หลกการสาคญของการหาอายวตถโบราณโดยวธ Radiocarbon Dating เปนหลกการทอาศยความรเกยวกบกมนตภาพรงสทเกดขนเองในอากาศ ตวการทสาคญคอ รงสคอสมก ซงอยในบรรยากาศเหนอพนโลก มความเขมสงจนทาใหนวเคลยสขององคประกอบของอากาศแตกตวออก ใหอนภาคนวตรอน แลวอนภาคนวตรอนชนกบไนโตรเจนในอากาศ ทาให
เกดไอโซโทปของ C-14 ดงน N147 + n1
0 C146 + H1
1 C-14 เปนไอโซโทปกมมนตรงส ใหรงสบตามครงชวต 5730 ปในบรรยากาศ คารบอนทาปฏกรยากบออกซเจน ไดเปน CO2 ซงทาใหมทง 12CO2 และ 14CO2 ปนกน เมอพชนาไปใชในการสงเคราะหแสง C-14 จะอยในพชและเมอสตวกนพชเปนอาหาร C-14 กจะเขาไปอยในรางกาย ในขณะทพชและสตวมชวต 14CO2 จะเขาไปและขบออกมาอยตลอดเวลา ทาใหม C-14 ดวยสดสวนคงทแนนอน แตเมอสงมชวตตายลงการรบ C-14 กจะหยดลง ปรมาณ C-14 กจะลดลงเพราะเกดการสลายตวตวตลอดเวลา ดงนนถาทราบอตราการสลายตวของ C-14 ในขณะทยงมชวตอยและทราบอตราการสลายตวขณะนน กสามารถคานวณอายได ตวอยางท 1 จากการวดปรมาณรงสของกระดกสตวทตายแลวชนดหนงได 2.80 ครง/นาท/กรมของคารบอน ถาอตราเฉลยของปรมาณรงสทเกดจาก C-14 เมอมชวตอยเทากบ 15.3 ครง/นาท/กรมของคารบอน กระดดสตวนนมอายกป (กาหนดครงชวตของ C-14 เทากบ 5730 ป)
วธทา จาก t1/2 = 693.0
5730 = 693.0
= 1.21 x 10-4 ตอป
จาก 0N
Nln = - t
8.23.15ln = - 1.21 x 10-4 t
t = 1.40 x 104 ป กระดกสตวดงกลาวมอาย 1.40 x 104 ป
Chemistry I
33 Properties of the periodic table
ตวอยางท 2 จากการศกษาอายของวตถโบราณชนดหนงพบวาอตราสวนของ 14C : 12C ของวตถนนมคาเปน 0.617 เทาของอตราสวนของ 14C : 12C ในพชทมชวต จงคานวณอายของวตถโบราณนน
วธทา จาก 0N
Nln = - t
0N
N = 0.617
และ = 2/1t
693.0 = 5730
693.0
เพราะฉะนน ln0.617 = 5730
t693.0
t = 3992 ป นนคอ วตถโบราณมอาย 3992 ป ปฏกรยานวเคลยร ปฏกรยานวเคลยร เปนปฏกรยาทเกดขนทนวเคลยสของธาต แลวทาใหเกดธาตใหมขนและใหพลงงานจานวนมหาศาล ซงตางจากปฏกรยาเคม เพราะปฏกรยาเคมเกดขนทอเลกตรอนรอบๆ นวเคลยส ไมทาใหเกดธาตใหม แตไดสารใหมทแตกตางจากสารเดม รวมทงมพลงงานเกยวของไมมาก ปฏกรยานวเคลยรอาจเกดจากการแตกตวของนวเคลยสของอะตอมขนาดใหญเรยกวาปฏกรยาฟชชน หรอจากการรวมตวของนวเคลยสของอะตอมขนาดเลกเรยกวา ปฏกรยาฟวชนกได 1. ปฏกรยาฟชชน (Fission reaction) ฟชชนเปนกระบวนการทนวเคลยสของธาตหนกบางชนด แตกตวออกเปนไอโซโทปของธาตทเบากวา ในป พ.ศ. 2482 นกวทยาศาสตรพบวาเมอใชนวตรอนยงไปทนวเคลยสของ U-235 จะทาใหเกดการแตกตวไดธาตใหมคอ Ba-139, กบ Kr-97 หรอ Ba-142 กบ Kr-91 การใชนวตรอนยงไปทนวเคลยสจดวาเปนปฏกรยาฟชชนทสาคญ ปฏกรยาฟชชน สามารถเกดไดกบนวเคลยสของธาตหนกเชน U-233 , U-235, U-238, และ Pu-239 เปนตน เมอเกดปฏกรยาฟชชน จะมความรอนคายออกมาจานวนมหาศาล นอกจากจะไดไอโซโทปหลายชนด ซงจดวาเปนวธผลตไอโซโทปกมมนตรงสทสาคญแลว ยงไดนวตรอนจานวนหนงดวย ซงนวตรอนทเกดขนใหมนจะชนกบนวเคลยสอนๆ เกดฟชชนแบบตอเนองเปนปฏกรยาลกโซ พจารณาตวอยางของปฏกรยาฟชชนตอไปน
U23592 + n1
0 Kr9036 + Ba144
56 + 2( n10 )
นวตรอนทเกดขนจะทาใหเกดปฏกรยาลกโซจนกระทงไดนวเคลยสทเสถยร คอ Zr-90 และ Nd-144 ดงน
Kr9036 Rb90
37 Sr9038 Y90
39 Zr9040
Ba14456 La144
57 Ce14458 Pr144
59 Nd14460
ปฏกรยาฟชชนทเกดขนภายใตสภาวะทเหมาะสม จะทาใหเกดพลงงานอยางมหาศาล ซงใชหลกการของฟชชนมาทาระเบดปรมาณ ในสงครามโลกครงท 2 ปจจบนนกวทยาศาสตรสามารถควบคมปฏกรยาลกโซในฟชชนได นามาใชประโยชนทางสนต เชน ใชสรางเตาปฏกรณปรมาณ เพอผลตไอโซโทปกมมนตรงส เพอใชในทางการแพทย การเกษตร และอตสาหกรรม ในขณะทพลงงานทไดกสามารถนาไปใชผลตกระแสไฟฟาได
Chemistry I
34 Properties of the periodic table
2.ปฏกรยาฟวชน (Fusion reaction) ปฏกรยาฟวชน เปนปฏกรยาทเกดการรวมตวของไอโซโทปทมมวลอะตอมตา ทาใหเกดไอโซโทปใหมทมมวลมากขนกวาเดม และใหพลงงานจานวนมหาศาล และโดยทวๆ ไปจะใหพลงงานมากกวาปฏกรยาฟชชน ตวอยางปฏกรยาไดแก
H21 + H3
1 He42 + n1
0 + พลงงาน
He32 + H2
1 He42 + H1
1 + พลงงาน
Li63 + H2
1 He42 + พลงงาน
Li63 + H2
1 Li73 + H1
1 + พลงงาน ปฏกรยาฟวชนจะเกดขนไดทอณหภมสงมากเทานน เพอเอาชนะแรงผลกระหวางนวเคลยสทจะมารวมกน ประมาณวาตองมอณหภมสงประมาณ 2 x 108 0C ความรอนดงกลาวนอาจไดจากปฏกรยาฟชชน ซงเปรยบเสมอนเปนชนวนใหเกดปฏกรยาฟวชน พลงงานในปฏกรยาฟวชน ถาปลอยออกมาอยางรวดเรว จะเกดการระเบดอยางรนแรง แตถาควบคมใหปลอยออกมาชาๆ จะเปนประโยชนตอมนษยอยางมากมาย และมขอไดเปรยบกวาปฏกรยาฟชชน เพราะสารตงตนคอไอโซโทปของไฮโดรเจนนนหาไดงาย นอกจากนผลตภณฑทเกดจากฟวชนยงเปนธาตกมมนตรงสทมอายและอนตรายนอยกวา ซงจดเปนขอไดเปรยบในแงของสงแวดลอม
***************************************************************************