แผนการสอนประจาหนวยท 9 วชา เคมสาหรบวศวกร

หนวยท 9 ธาตเรฟพรเซนเททฟ อโลหะและธาตแทรนซชน 6 คาบ (300 นาท)

9.1 ธาตเรฟพรเซนเททฟ

9.1.1 ธาตหม IA

9.1.2 ธาตหม IIA

9.1.3 ธาตหม IIIA

9.2 อโลหะ

9.2.1 ธาตหม IVA

9.2.2 ธาตหม VA

9.2.3 ธาตหม VIA

9.2.4 ธาตหม VIIA

9.2.5 ธาตหม VIIIA

9.3 ธาตแทรนซชน

9.3.1 สมบตทวไปของธาตแทรนซชน

9.3.2 การจดอเลกตรอนของธาตแทรนซชน

9.3.3 สารประกอบโคออรดเนชน

แนวคด สามารถอธบายสมบตตาง ๆ ความสมพนธ และลกษณะพเศษของธาตในตารางธาตทง 2

กลม คอ ธาตเรฟพรเซนเททฟ และธาตแทรนซชนได

356

วตถประสงค เมอศกษาหนวยท 9 จบแลว นกศกษาสามารถ 9.1 เขาใจเกยวกบธาตเรฟพรเซนเททฟ

9.1.1 อธบายเกยวกบธาตหม IAได

9.1.2 อธบายเกยวกบธาตหม IIAได

9.1.3 อธบายเกยวกบธาตหม IIIAได

9.2 เขาใจเกยวกบอโลหะ

9.2.1 อธบายเกยวกบธาตหม IVAได

9.2.2 อธบายเกยวกบธาตหม VAได

9.2.3 อธบายเกยวกบธาตหม VIAได

9.2.4 อธบายเกยวกบธาตหม VIIAได

9.2.5 อธบายเกยวกบธาตหม VIIIAได

9.3 เขาใจเกยวกบธาตแทรนซชน

9.3.1 อธบายสมบตทวไปของธาตแทรนซชนได

9.3.2 อธบายการจดอเลกตรอนของธาตแทรนซชนได

9.3.3 อธบายเกยวกบสารประกอบโคออรดเนชนได

กจกรรมการเรยน

1. ทาแบบประเมนผลตนเองกอนเรยน

2. ศกษาเอกสารการสอน ตอนท 9.1 – 9.3.3

3. ปฏบตกจกรรมตามทไดรบมอบหมายทายเอกสารการสอน ตอนท 9.3.3

357

สอการสอน

1. เอกสารการสอน , แผนโปรงใส , CD-ROM

2. แบบฝกหด

3. การสอนเสรม

การประเมนผล

1. ประเมนผลจากแบบประเมนตนเองกอนเรยนและหลงเรยน

2. ประเมนผลกจกรรมจากการทาแบบฝกหด

3. การสอบประจาภาคการศกษา

เมออานแผนการสอนแลว ขอใหทาแบบประเมนตนเองกอนเรยนหนวยท 9 ในแบบฝกหด

แลวจงศกษาเอกสารตอไปน

358

แบบประเมนกอนเรยน หนวยท 9

ธาตเรฟพรเซนเททฟ อโลหะ และธาตแทรนซชน

1. ธาตหม IA เรยกอกอยางหนงวา.........................................สมบตทางกายภาพและทางเคม

ทสาคญคอ.....................................................................................................................

2. ธาตหม IIA เรยกออยางหนงวา........................................สมบตทางกายภาพและทางเคม

ทสาคญคอ......................................................................................................................

3. ธาตหม IIIA มการจดเรยงอเลกตรอนวงนอก เปน............................................................

ตวอยางธาตในหมน ไดแก................................................................................................

4. ธาตหม IVA มการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกเปน............................................ตวอยางธาต

ในหมน ไดแก................................................................................................................

5. ธาตหม VA มการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกเปน...........................................ตวอยางธาต

ในหมน ไดแก.................................................................................................................

6. ธาตหม VIA มการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกเปน...................................................ตวอยาง

ธาตในหมน ไดแก.............................................................................................................

7. ธาต VIIA เรยกอกอยางวา.............................................มการจดเรยงอเลกตรอนวงนอก

เปน...............................ตวอยางธาตในหมนไดแก............................................................

8. สารประกอบโคออรดเนชน หมายถง.......................................ลแกนด หมายถง..................

9. สมบตทเดนของสารประกอบโคออรดเนชน คอ...................................................................

10. เลขโคออรดเนชน หมายถง...............................................................................................

359

หนวยท 9 ตารางธาตและระบบพรออดก

(Periodic Table and Periodic)

ในการศกษาวชาเคม ตารางธาต (periodic table) นบเปนสงสาคญสงหนงทชวยให

การศกษาเกยวกบธาตและสารประกอบตางๆ เปนระบบ ซงสามารถนาไปใชอธบายถงพฤตกรรม

ตาง ๆ ศกษาเกยวกบโครงสรางอะตอม โครงสรางโมเลกล แรงระหวางโมเลกล การเกดปฏกรยาเคม

เทอรโมไดนามกส จลนศาสตร ปฏกรยาออกซเดชน-รดกชน กรด-เบส เปนตน ในหวขอนจะไดอธบาย

เกยวกบธาตเรฟพรเซนเททฟ อโลหะและธาตแทรนซชนทอยในตารางธาต

ธาตเรฟพรเซนเททฟ (representative elements) หรอธาตหมหลก (main group elements)

ไดแก ธาตทมอเลกตรอนบรรจในออรบทล s (s-block) และธาตทมอเลกตรอนบรรจในออรบทล p

(p-block) หมายถง ธาตในหม IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA รวมทงแกสมตระกล

ธาตแทรนซชน (transition elements) ไดแก ธาตพวกบลอก d (d-block) และบลอก f (f-block)

ซงเปนธาตทมอเลกตรอนในออรบทล d และ f ไมครบ

ธาตทอยในกลมธาตทง 2 จะมสมบตและแนวโนมตามหมในขณะท ธาตไฮโดรเจน (H) ไม

สามารถจดกลมเขาในธาตทงสองกลมไดจงตองอธบายในรายละเอยดตอไป

9.1 ธาตเรฟพรเซนเททฟ ธาตในหม IA – VIIA เปนธาตเรฟพรเซนเททฟดงไดกลาวมาแลว หมายถงธาตทเปนตวแทน

ของธาตตาง ๆ โดยธาตทอยในหมเดยวกน จะมสมบตเหมอนกนมจานวนเวเลนซอเลกตรอนเทากน ซง

จะไดอธบายรายละเอยดของธาตในหมตาง ๆ ตอไป

สาหรบธาตไฮโดรเจน (H) นกวทยาศาสตรไดจดไวในหมท IA ทงนเพราะไฮโดรเจนมเวเลนซ

อเลกตรอนเทากบ 1 (H มอเลกตรอนเพยงตวเดยว) เชนเดยวกบธาตอน ๆ ในหม IA แตมสมบตอน

แตกตางไปจากธาตหม IA ดงนน นกวทยาศาสตรบางคนไดดงไฮโดรเจนมาจดไวตรงกลางธาต โดยไม

จดอยในหมใด ทงนเนองจากสมบตของไฮโดรเจนทแตกตางออกไปจากธาตหม IA ดงจะไดกลาว

ตอไป

ไฮโดรเจน (Hydrogen) ไฮโดรเจนเปนธาตทมเลขอะตอมเปน 1 มการจดเรยงอเลกตรอนคอ 1s1 เปนธาตทมมากเปน

อนดบสามในเปลอกโลกในรปของสารประกอบกบธาตอน ประกอบดวย 3 ไอโซโทป คอ ไฮโดรเจน

(Hydrogen, ) ดวทเรยม (deuterium, ) และทรเทยม (tritium, ) โดยในธรรมชาต พบ

ไฮโดรเจน 99.985% และดวทเรยม 0.015% สวนทรเทยมเปนไอโซโทปกมมนตรงส

H11 H2

1 H31

360

ในการอธบายเกยวกบไฮโดรเจนจะแยกอธบายจากธาตหมอน ๆ เนองจากไฮโดรเจนมสมบต

คลายโลหะแอลคาไล คอ เกดเปน H+ ไอออนไดและยงสามารถเกดเปนไฮไดรดไอออน (hydrideion,

H– ) ไดดวย เปนธาตทพบไดทวไปในกรด ใชในการศกษาระยะแรก ๆ เกยวกบกลศาสตรควอนตม ใน

ธรรมชาตมกพบในสภาพทเปนโมเลกลอะตอมคในรปของแกสไฮโดรเจน (H2) มากกวาอะตอม

ไฮโดรเจนอสระ

การเตรยมแกสไฮโดรเจน ซงเปนแกสทไมมส ไมมกลน และไมมพษ ถาตองการในปรมาณ

นอย ๆ และเตรยมในหองปฏบตการ มกเตรยมโดยปฏกรยาระหวางสงกะส (Zn) กบสารละลายกรด

ไฮโดรคลอรก (HCl) ดงปฏกรยา

Zn(s) + 2HCI(aq) ZnCI2(aq) + H2(g)

นอกจากนยงสามารถใชโลหะในหม IA และหม IIA ทาปฏกรยากบนา เกดผลตภณฑเปนแกส

ไฮโดรเจนและไอออนไฮดรอกไซด (ionic hydroxide) ดงปฏกรยา

2M(s) + 2H2O(I) 2MOH(aq) + H2(g) เมอ M คอโลหะบางตวในหม IA

M(s) + 2H2O(I) M(OH)2 (aq) + H2(g) เมอ M คอ Ca, Sr, Ba, หรอ Ra

อกกระบวนการหนงทใชในการเตรยมแกสไฮโดรเจน คอ การเตรยมโดยปฏกรยาระหวางไอนา

กบสารประกอบของคารบอน เชน ถานหน (coal, coke) และไอนากบคารบอนมอนอกไซด หรอไอนา

กบสารประกอบไฮโดรคารบอน (เชน มเทน) ปฏกรยาเกดทอณหภมสงและตองการตวเรงปฏกรยา

ปฏกรยาการเตรยมแกสไฮโดรเจน มดงน

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) 1000°C

CO(g) + H2O(g) CO(g) + H2(g) 1000°C

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) 1000°C

ปฏกรยาระหวางไอนากบคารบอนเกดผลตภณฑทเรยก แกสนา (water gas) ซงเปนสารผสม

ทมองคประกอบสวนใหญเปนคารบอนมอนอกไซดและแกสไฮโดรเจน คารบอนมอนอกไซดใชในการ

361

เพมปรมาณแกสไฮโดรเจน ปฏกรยาระหวางไอนากบไฮโดรคารบอนเปนการผลตแกสไฮโดรเจนในเชง

พาณชย

การเตรยมแกสไฮโดรเจนในเชงอตสาหกรรม ซงตองการปรมาณมาก ๆ จะเตรยมโดยปฏกรยา

ระหวางโพรเพน (C3H8) กบไอนา โดยมตวเรงอยดวยท 900oC ดงปฏกรยา

C3H8(g) + 3H2O(g) 3CO(g) + 7H2(g)

ไฮโดรเจนเปนผลตภณฑพลอยไดจากกระบวนการกลนปโตรเลยมทเรยกวา คะตะไลตกรฟอรมมง

(catalytic reforming) ไฮโดรเจนผลตออกมาในรปอลเคน เชน เฮกเซน (hexane) และเปลยนไปเปน

ไฮโดรคารบอน เชน เบนซน (benzene)

C6 H14 C6 H6 + 4H2catalyst

Hexane Benzene

วธทใชในการผลตไฮโดรเจนโดยตรง คอ การสลายโมเลกลของนา (decomposition of water)

โดยการใหความรอนเพอแตกพนธะเคม เชน การใหความรอน 2,000oC นาประมาณ 1% จะถกสลาย

เปนแกสไฮโดรเจนและแกสออกซเจน นอกจากน อาจใชวธการแยกสลายดวยไฟฟา (electrolysis) คอ

โปรตอนในสารละลายกรดซลฟวรกเจอจางจะถกรดวซไปเปนแกสไฮโดรเจนทขวแคโทด สวนโมเลกล

นาถกออกซไดซเปนแกสออกซเจนทขวแอโนด แสดงดงรปท 9.1

แคโทด แอโนด

H2SO4(aq) เจอจาง

รปท 9.1 การผลตแกสไฮโดรเจนโดยวธการแยกสลายดวยไฟฟา ทมา : Petrucci, 2005 : 835

362

สวนปฏกรยาเคมแสดงการแยกสลายดวยไฟฟา มดงน

รดกชน (แคโทด) 2{2H+ (aq) + 2e- H2 (g)}

ออกซเดชน (แอโนด) 2H2 O(I) 4H+ (aq) + O2 (g) + 4e-

ปฏกรยารวม 2H2 O(I) 2H2 (g) + O2 (g)

E°cell = E° (cathode) – E° (anode) = 0.000V – 1.229V = -1.229V

โดยสรป 2H2O(I) 2H2(g) + O2(g) E°cell = -1.229V electrolysis

ไฮโดรเจนสามารถเกดปฏกรยากบอโลหะอน ๆ เกดเปนไฮไดรดเชงโมเลกล (Molecular

hydrides) ดงปฏกรยา

H2(g) + Cl2 (g) 2HCI(g) ΔH° = -184.62 kJ;Kp = 2.5 x 1033 ท 298 K

3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) ΔH° = -92.22 kJ;Kp = 6.2 x 105 ท 298 K

ถาแกสไฮโดรเจนทาปฏกรยากบโลหะทวองไวบางตว เชน โลหะโซเดยม (Na) หรอ แคลเซยม

(Ca) ไดไฮไดรดไอออน ดงปฏกรยา

Na(s) +2

1H2(g) NaH(s) ΔHf° = -56.3 kJ

Ca(s) + H2(g) CaH2(s) ΔHf° = -186 kJ

พวกไฮไดรดยงสามารถเกดในรปของโลหะไฮไดรด (metallic hydrides) แสดงดงรปท 9.2

จากรปอะตอมไฮโดรเจนแสดงเปนจดเลกทอยระหวางชองวางแบบบรรจชดของอะตอมโลหะทเปนทรง

กลมลกใหญ

รปท 9.2 โลหะไฮไดรด ทมา : Hill Petrucci, 2005 : 836

363

สาหรบกลมธาตเรฟฟรเซนเททฟ จะอธบายถงความแตกตางของสมบตทางกายภาพและทาง

เคมในแตละหมธาตนซงจะมทงความเปนโลหะ อโลหะ และกงโลหะ ยกเวนธาตหม แกสเฉอย 9.1.1 ธาตหม IA ธาตหม IA หรอ โลหะแอลคาไล (Alkali metals) ประกอบดวยลเทยม (Lithium, Li) โซเดยม

(Sodium, Na) โพแทสเซยม (Potassium, K) รบเดยม (Rubidium, Rb) ซเซยม (Cesium, Cs) และ

แฟรนเซยม (Francium, Fr) ในธรรมชาตมกไมพบในรปของอะตอมอสระ เนองจากการเกดปฏกรยา

อยางรวดเรวและเกดปฏกรยาอยางสมบรณกบอโลหะอน ๆ โดยเฉพาะออกซเจน เนองจากแฟรนเซยม

ทเกดในธรรมชาตมปรมาณนอยมากและไอโซโทปของธาตดงกลาวมกมมนตรงส จงมกกลาวถง

ลเทยม (Li) ถงซเซยม (Cs) เทานน สมบตบางประการของธาตในหมนแสดงดงตารางท 9.1

ตารางท 9.1 สมบตบางประการของโลหะแอลคาไล

สมบต Li Na K Rb Cs

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)

รศมไอออน (M+) (pm)

คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 1 (kJ/mol)

คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 2 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท 20oC (g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

คาการนาไฟฟาa

คาความแขงb

สของเปลวไฟ

3

6.941

[He]2s1

152

76

520

7,298

1.0

0.534

180.54

1347

18.6

0.6

carmine

11

22.99

[Ne]3s1

186

102

496

4,562

0.9

0.968

97.81

881

37.9

0.4

yellow

19

39.10

[Ar]4s1

227

138

419

3,052

0.8

0.856

63.65

766

25.9

0.5

violet

37

85.47

[Kr]5s1

248

152

403

2,633

0.8

1.532

39.1

688

12.7

0.3

bluish red

55

132.9

[Xe]6s1

265

167

376

2,233

0.7

1.873

28.40

705

8.0

0.2

blue

a เปนสเกลทเทยบกบเงน ซงมคาการนาไฟฟาเปน 100 ในการเปรยบเทยบ คาการนาไฟฟาของ ทองแดง

ตามสเกลนคอ 95.0 และของทองคาเปน 67.7 bMohs scale ซงมคาตงแต 1-10 โดยคา 10 มความแขงมากทสด

364

สมบตกายภาพ

โลหะแอลคาไลเปนโลหะเนอออนทสามารถตดเปนชนไดงาย ขดขดไดงาย ขณะตดเปนชน

ใหม ๆ พนผวมลกษณะเปนมนวาว และผวจะหมองลงเนองจากทาปฏกรยากบออกซเจนในบรรยากาศ

ไดด โลหะหมนมนาหนกเบา จดหลอมเหลวตา โดยเฉพาะซเซยมและรบเดยมทสามารถกลายเปน

ของเหลวไดถาอากาศรอนจด รศมอะตอมและรศมไอออนเพมขนจากลเทยม (Li) ถงซเซยม (Cs) จาก

บนลงลางตามหม คาการแตกตวเปนไอออนขนทหนง (IE1) มคาลดลง เนองจากเมอขนาดอะตอมใหญ

ขน อเลกตรอนวงนอกซงอยในออรบทล ns1 หลดออกไดงายกวาอะตอมทมขนาดเลกกวา และเมอ

อเลกตรอนใน ns1 หลดออกไปแลว ไอออนทไดจะมการจดเรยงอเลกตรอนเหมอนแกสมตระกล ทาให

คาการแตกตวเปนไอออนขนทสองมคาสงกวาคาการแตกตวเปนไอออนขนทหนงมาก คาสภาพไฟฟา

ลบมคาลดลงจากบนลงลางของหม มการเพมลกษณะของโลหะ (metallic character) ซงมความ

สมพนธกบการเพมของรศมอะตอมและการลดลงของคาพลงงานการแตกตวเปนไอออน ความหนา

แนนตา เมอเลขเชงอะตอมเพมขน ขนาดอะตอมใหญขน อตราการเพมมวลมากกวาอตราการเพม

ขนาดอะตอม ความหนาแนนจงเพมจาก Li ถง Cs ยกเวน K ทมความหนาแนนตากวา Na เลกนอย

มจดเดอดและจดหลอมเหลวมคาลดลง เมอเลขเชงอะตอมในหมเพมขน สมบตตาง ๆ ของโลหะ

แอลคาไลมกเกดจากการทอเลกตรอนวงนอกหลดไดงาย เกดเปนไอออนทมโครงสรางการจดเรยง

อเลกตรอนเหมอนแกสเฉอยหรอแกสมตระกล จงมความเสถยร โลหะแอลคาไลมความสามารถในการ

นาไฟฟา โลหะแอลคาไลทกชนดและเกลอของมนเผาไฟจะใหสตาง ๆ ในเปลวไฟ ซงเปนสเฉพาะแต

ละชนดของอะตอมได เนองจากอเลกตรอนทถกกระตนขนไปทระดบพลงงานสงขน เมอตกกลบส

สถานะพน จะมการปลดปลอยพลงงานในชวงคลนทมองเหนได

สมบตทางเคม

สมบตทางเคมของโลหะแอลคาไลเกดเนองจากการสญเสยอเลกตรอนวงนอก ซงอยในออร

บทล ns1 แลวเกดเปน M+ ไอออน สารประกอบของโลหะแอลคาไลจงเปนสารประกอบไอออน ยกเวน

สารประกอบพวกออรแกโนเมทลลกทมโลหะแอลคาไลเกดพนธะกบอะตอมของคารบอน โลหะแอล

คาไลมคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนตาสดในแตละแถวของธาต เปนผลใหมความวองไวในการ

เกดปฏกรยาเคมมาก จงมกเกบไวในทไมใหถกความชนหรออากาศ เชน เกบไวในไฮโดรคารบอน เชน

นามนกาดหรอนามนปโตรเลยม เกบภายใตนามนพาราฟฟน (paraffin) หรอภาชนะสญญากาศ โลหะ

แอลคาไลสามารถทาปฏกรยากบออกซเจน ซลเฟอร แฮโลเจน และนา เมอเกดปฏกรยากบนาหรอ

365

อากาศจะเกดแกสไฮโดรเจนและไฮดรอกไซดทละลายนาไดด (ยกเวน ลเทยมไฮดรอกไซดทละลายนา

ปานกลาง) แสดงดงตารางท 9.2 ตารางท 9.2 ตวอยางปฏกรยาเคมของโลหะแอลคาไล

โลหะ สารทเขาทาปฏกรยา ปฏกรยา

Li

Na

K, Rb, Cs

ทกธาต

ทกธาต

Li

ทกธาต

Oxygen

Oxygen

Oxygen

Halogen

Sufur

Nitrogen

Water

4Li (s) + O2 (g) 2Li2O (s)

2Na (s) + O2 (g) Na2O2 (s)

M (s) + O2 (g) MO2 (s)

2M (s) + X2 2MX (s)

2M (s) + S (s) M2S (s)

6Li (s) + N2 (g) 2Li3N (s)

2M (s) + 2H2O (l) 2M+ (aq) + 2OH- (aq) + H2 (g)

โลหะแอลคาไลสามารถละลายไดในแอมโมเนยเหลว เกดสารละลายสฟาทนาไฟฟาไดด ถา

เกดการลกไหมในอากาศหรอออกซเจน จะเกดเปนออกไซด เปอรออกไซดและซปเปอรออกไซด

สารประกอบของโลหะแอลคาไลเมอถกเผาดวยเปลวไฟ จะเกดการเปลงแสงทมสเฉพาะตว เกลอของ

โลหะแอลคาไล มลกษณะไอออนมากทสด เชน โซเดยมคลอไรด ละลายนาได มขอยกเวนไมกชนด

สวนใหญเปนเกลอไมมส นอกจากวาแอนไอออนจะมสเอง เชน MnO4-

เกลอทมแอนไอออนขนาดเลก ความหนาแนนประจสง เชน F- พลงงานโครงผลกจะมคาลดลง

ตามหมจาก Li ถง Cs ในอตราทเรวกวาการลดลงของคาพลงงานไฮเดรชน สวนเกลอทมแอนไอออน

ขนาดใหญความหนาแนนประจตา เชน เกลอไอโอไดด เกลอซลเฟต แนวโนมของสภาพละลายไดจะ

ตรงกนขามคอ เกลอละลายไดนอยลง

โลหะโซเดยม เปนตวรดวซทแรง จงใชในการทาใหไดโลหะจากโลหะเฮไลด เชน ไทเทเนยม

สามารถเตรยมไดจากสารประกอบคลอไรดของตวมนเอง โดยทาใหเกดปฏกรยารดกชนกบโซเดยม ดง

สมการ

TiCl4 (s) + 4 Na (s) Ti (s) + 4 NaCl (s)

366

โลหะโซเดยม เตรยมโดยใชกระบวนการทเรยกวา กระบวนการดาวน (Downs Process) แสดงดงรป

ท 9.3 ซงโลหะโซเดยมจะเกดขนทขวแคโทด ททาจากทองแดงหรอเหลก สวนขวแอโนดทาจากแทง

แกรไฟตจะเกดแกสคลอรนเกดขนทอณหภมประมาณ 600 °C

แคโทด

แอโนด

โซเดยม ออกจากระบบ

เกลอแกง เขาสระบบ

แกสคลอรน แกสคลอรน ออกจากระบบ

โลหะ โซเดยม เหลว

ฉาก เหลก

รปท 9.3 กระบวนการดาวน สาหรบการเตรยมโซเดยม

ทมา : Kotz , 2003 : 891 9.1.2 ธาตหม IIA ธาตหม IIA หรอ โลหะแอลคาไลนเอรท (Alkaline earth metals) เปนธาตทวองไวตอการ

เกดปฏกรยา มความแขงกวาโลหะแอลคาไล มความหนาแนนสงและหลอมเหลวทอณหภมสงกวา

สามารถทบ มวนได มความเปนมนเงา สามารถนาไฟฟาไดด โลหะหมนประกอบดวย แบรลเลยม

(Beryllium, Be) แมกนเซยม (Magnesium, Mg) แคลเซยม (Calcium, Ca) สทรอนเทยม (Strontium,

Sr) แบเรยม (Barium, Ba) และเรเดยม (Radium, Ra) สมบตบางประการของโลหะแอลคาไลเอรท

แสดงดงตารางท 9.3

367

ตารางท 9.3 สมบตบางประการของโลหะแอลคาไลนเอรท

สมบต Be Mg Ca Sr Ba

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)

รศมไอออน (M2+) (pm)

คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 1 (kJ/mol)

คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 2 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท 20oC (g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

คาการนาไฟฟาa

ความแขง b

สของเปลวไฟ

4

9.012

[He]2s2

112

31

899

1757

1.5

1.848

1278

∼2500

40

≈5

None

12

24.30

[Ne]3s2

160

72

738

1451

1.2

1.738

649

1105

36

2.0

None

20

40.08

[Ar]4s2

197

100

590

1145

1.0

1.550

839

1494

46

1.5

Orange-red

38

87.62

[Kr]5s2

215

118

549

1064

1.0

2.540

768

1381

6.9

1.8

Scarlet

56

137.3

[Xe]6s2

222

135

503

965

0.9

3.594

727

1850

3.2

≈2

Green

aเปนสเกลทเทยบกบเงน ซงมคาการนาไฟฟาเปน 100 ในการเปรยบเทยบ คาการนาไฟฟาของทองแดง

ตามสเกลนคอ 95.0 และของทองคาเปน 67.7 bMohs scale ซงมคาตงแต 1-10 โดยคา 10 มความแขงมากทสด

สมบตของธาตแอลคาไลนเอรท โลหะแอลคาไลนเอรท เปนธาตทมอเลกตรอนวงนอกอยในออรบทล ns2 เปนธาตทมความ

วองไวตอการเกดปฏกรยาได มความแขงกวาโลหะแอลคาไล มความหนาแนนสงกวาโลหะแอลคาไล

สามารถทบมวนได เปนมนเงา สามารถนาไฟฟาโลหะแอลคาไลนเอรธ จากตารางท 9.3 แสดงคาการ

แตกตวเปนไอออนขนท 1 และขนท 2 เนองจากโลหะแอลคาไลนเอรทเกดการสญเสยอเลกตรอนวง

นอกเพอเกดเปน M2+ ไอออน คาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 1 ของ Be และ Mg สงกวาธาต

ในหมเดยวกนทเหลอ ขนาดอะตอมของโลหะแอลคาไลเอรทเลกกวาขนาดอะตอมของโลหะแอลคาไล

มาก ความหนาแนนสงกวาโลหะแอลคาไล จดเดอด จดหลอมเหลวและเอนทลปของการระเหดสงกวา

โลหะแอลคาไล Be และ Mg ไมแสดงสในเปลวไฟ ขณะท Ca Sr และ Ba ทาใหเปลวไฟเกดส คา

สภาพไฟฟาลบมคาลดลงจากบนลงลางของหม เนองจากมการเพมสมบตความเปนโลหะ (metallic

character) ของอะตอม

368

คา molar solubility ของโลหะไฮดรอกไซดในนาท 20oC จะไดวา

Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2

0.0002 M 0.021 M 0.066 M 0.23 M

ขนาดของไอออนบวกเพมขนจากซายไปขวา แรงดงดดระหวางไอออนททาใหคงความเปน

ผลกมคาลดลง เมอแรงออนลง ทาใหละลายนาไดงายขน Ba(OH)2 จงใชเปนไทแทรนตในการไทเทรต

กรด-เบส

พวกแมกนเซยมและแคลเซยมสามารถเกดปฏกรยากบออกซเจน เกดเปนสารประกอบออกไซดได

สวนสทรอนเทยมและแบเรยม มกเกดสารประกอบเปอรออกไซด แบรลเลยมออกไซดมกเกดทอณหภม

สงกวา 600oC สารประกอบเปอรออกไซดของโลหะหมน (ยกเวน BeO) เกดปฏกรยากบนาได

สารประกอบไฮดรอกไซด แบรลเลยมไมเกดปฏกรยากบนา สวนแมกนเซยมเกดปฏกรยากบไอนาท

อณหภมสงกวา 100oC แคลเซยมกบสทรอนเทยมเกดปฏกรยาชาๆ กบนาทอณหภมหอง แตแบเรยม

เกดปฏกรยาไดอยางรวดเรว ธาตทกตวในหมนเกดปฏกรยาโดยตรงกบไนโตรเจนไดสารประกอบ

ไนไตรด ซงสามารถทาปฏกรยากบนา เกดเปนสารประกอบไฮดรอกไซดและแกสแอมโมเนย การ

เกดปฏกรยาแฮโลจเนชนของโลหะ ทาใหเกดเกลอเฮไลดไอออน (ionic halide salt) ทมสตรทวไปคอ

MX2 ธาตแอลคาไลนเอรท ยกเวนแบรลเลยม เกดปฏกรยาโดยตรงกบไฮโดรเจนไดสารประกอบ

ไฮไดรดทมสตรทวไป MH2 และกบคารบอนเกดสารประกอบคารไบด (MC2)

แมกนเซยมมนาหนกเบาเกดการลกไหมจะไดแสงสวางจาสขาว มกนาไปใชผลตอลลอย โดย

ผสมกบอลมนม อลลอยสามารถใชทาลอเครองบน (aircraft wheel) ตวถงรถบรรทก ทาบนได

สารประกอบแคลเซยมและแมกนเซยม เชน หนปน (limestone, CaCO3) ซงเมอนาไปเผาจะไดปน

(CaO) ทเรยกวา quick lime (Ca(OH)2) ซงใชทวไปในทางอตสาหกรรม แมกนเซยมเกดสารประกอบ

ออรแกโนเมทลลกทเรยกวา สารกรญาร(Grignard reagent) ซงมสตรทวไปคอ RMgX โดยท R คอ

หมอลคล และ X คอ แฮโลเจน ใชในการเตรยมสงเคราะหสารประกอบอนทรย

ทงลเทยมและแมกนเซยมเปน diagonal relationship เนองจากมขนาดรศมอะตอมและรศม

ไอออนทใกลเคยง (Li 152 pm; Mg 160 pm; Li+ 76 pm Mg2+ 72 pm) มสมบตเปนตวรดวซทดมาก

โลหะพวกนเกดสารประกอบไอออนทไมมสทาปฏกรยากบนาไดแกสไฮโดรเจนและไฮดรอก

ไซดคลายโลหะแอลคาไลเกดการเผาไหมในอากาศหรอออกซเจนใหออกไซด

369

สมบตทางเคมของโลหะแอลคาไลนเอรท ธาตหม IIA สามารถทาปฏกรยากบนาไดดจากบนลงลางของหม Be ไมทาปฏกรยากบนา

หรอไอนา ในกรณของ Mg เมอทาปฏกรยากบนาแลว Mg(OH)2 ทเกดขนจากปฏกรยาจะแผคลม

พนผวไวและหยดปฏกรยาได Mg ไมทาปฏกรยากบไอนา แตจะเกด MgO มากกวา Mg(OH)2

ดงปฏกรยา

Mg(s) + H2O(g) MgO(s) + H2(g)

ตงแต Ca จนถง Ba พบวา การทาปฏกรยากบนาเกดไดดขน ปฏกรยาเกดดงน

Ca(s) + 2H2O(I) Ca(OH)2 + H2(g)

Sr(s) + 2H2O(I) Sr(OH)2 + H2(g)

Ba(s) + 2H2O(I) Ba(OH)2 + H2(g)

โลหะแอลคาไลนเอรททกธาตสามารถทาปฏกรยากบสารละลายกรดเจอจาง ดงปฏกรยา

M(s) + 2H+(aq) M2+(aq) + H2(g)

สาหรบปฏกรยาของโลหะแอลคาไลนเอรทกบแฮโลเจน (X2) ออกซเจน และไนโตรเจน

ดงแสดงในตารางท 9.4 ตารางท 9.4 ปฏกรยาของโลหะแอลคาไลนเอรท

โลหะ สารทเขาทาปฏกรยา ปฏกรยา

Be, Mg, Ca

Sr, Ba

ทกธาต

ทกธาต

(ทอณหภมสง)

Ca, Sr, Ba

Mg, Ca, Sr, Ba

Mg, Ca, Sr, Ba

Oxygen

Oxygen

Halogens

Nitrogen

Water

Hydrogen

Carbon

2M (s) + O2 (g) → 2MO (s)

M (s) + O2 (g) → MO2 (s)

2M (s) + X2 → MX2 (s) ; X=F, Cl, Br, I

3M (s) + N2 (g) → M3N2 (s) ; M = Be, Mg, Ca,

Sr, Ba, Ra

M(s) +2 H2O (l) → M(OH)2 (aq) + H2 (g)

M (s) + H2 (g) → MH2 (s)

M (s) + 2C (s) → MC2 (s)

370

การเตรยมโลหะแอลคาไลนเอรท การเตรยม Be จาก beryl นน beryl จะเปลยนไปเปน BeF2 จากนนถกรดวซเปน แบรลเลยม

โดยใชแมกนเซยมเปนตวรดวซ (Reducing agent) ดงปฏกรยา

BeF2(g) + Mg(I) Be(s) + MgF2(s)

แคลเซยมไดจากกระบวนการแยกสลายดวยไฟฟาของแคลเซยมคลอไรดทหลอมเหลว

สทรอนเทยมและแบเรยมกสามารถเตรยมไดจากกระบวนการแยกสลายดวยนา แตโดยทวไปไดจาก

กระบวนการรดกชนของสารประกอบออกไซดของมนทอณหภมสง โดยใชอะลมเนยมเปนตวรดวซ

การผลตแมกนเซยม ผลตโดยใชนาทะเลเปนวตถดบ ซงจะนามาผานกระบวนการตาง ๆ

ตงแตตกตะกอน กรอง จากนนทาปฏกรยากบกรดไฮโดรคลอรก เกดแมกนเซยมคลอไรด (MgCl2)

นาไประเหยแหง แลวผานกระบวนการทเรยกวา กระบวนการโดว (Dow process) ผลตภณฑทได

คอ โลหะแมกนเซยมและแกสคลอรน

การเผาแคลเซยมคารบอเนต (หนปนหรอเปลอกหอย) สลายเปน CaO(s) และ CO2 (g) นา

CaO(s) ทไดไปผสมนาเกดเปน Ca(OH)2 แหลงของ OH- สาหรบการตกตะกอน Mg(OH)2(s) จาก

สารละลายในนาทม Mg2+

Mg2+(aq) + 2OH– (aq) Mg(OH)2(s)

ลางและกรองเอาตะกอน Mg(OH)2(s) ทได กอนนาไปละลายใน HCl(aq)

Mg(OH)2(s) + 2HCI(aq) MgCI2(aq) + 2H2O(I)

สารละลายทไดนาไประเหยจนแหง MgCl2 ทไดนาไปหลอมและแยกสลายดวยไฟฟาจะเกด

โลหะแมกนเซยมและแกสคลอรน ดงสมการ

MgCI2(I) Mg(I) + CI2(g) electrolysis

แกสคลอรนทไดจะถกเปลยนเปน HCl และนาไปใชไดอก

371

9.1.3 ธาตหม IIIA ธาตหม IIIA ประกอบดวย โบรอน (Boron, B) อะลมเนยม (Aluminium, Al) แกลเลยม

(Gallium, Ga) อนเดยม (In, Indium) และทลเลยม (Thallium, Tl) สมบตทางกายภาพและและทาง

เคมของธาตในหม IIIA ดงแสดงในตารางท 9.5

ตารางท 9.5 สมบตบางประการของธาตหม IIIA

สมบต B Al Ga In Tl

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)a

รศมไอออน (pm)b

คาพลงงานการแตกตวเปน

ไอออนขนท 1 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท 20oC (g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

คาการนาไฟฟาc

5

10.81

[He]2s22p1

85

800

2.0

2.35

2,180

∼3,650

9×10-11

13

26.98

[Ne]3s23p1

143

54 (Al3+)

577

1.5

2.70

660

2467

59.9

31

69.72

[Ar]4s24p1

135

62 (Ga3+)

579

1.6

5.91

29.8

2403

5.9

49

114.8

[Kr]5s25p1

167

80 (In3+)

558

1.7

7.31

157

2080

19.0

81

204.4

[Xe]6s26p1

170

150 (Tl+)

589

1.8

11.85

304

1457

8.8

aสาหรบโบรอน รศมโคเวเลนตเชงเดยว สวนธาตอน ๆ รศมเชงโลหะ

bสาหรบไอออน M3+

cเทยบกบสเกล ซงคาการนาไฟฟาของเงนมคา 100

โดยทวไปธาตในหม IIIA มการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกเปน ns2sp1 ธาตโบรอน (B) เปน

เมทลลอยด (metalloid) ทมขนาดเลกทสดและมคาการแตกตวเปนไอออนขนทสงทสดในหม ม

แนวโนมในการเกดพนธะโคเวเลนตกบอโลหะอน สามารถทาปฏกรยากบไฮโดรเจนเกดเปน

สารประกอบโบเรน (boranes) ซงมสตรทวไปคอ BnHn+4 หรอ BnHn+6 เชน B2H6 และ B5H11 ตามลาดบ

372

สาหรบอะลมเนยม มการนามาใชประโยชนมากมาย เนองจากมนาหนกเบา ความหนาแนน

ตา (2.70 g/cm3) สามารถทาใหเปนเสนลวด เปนแผน ทาบนได ชนสวนเครองบนเครองยนตและอน ๆ

อกมาก มสมบตตานทานการกดกรอน ปองกนการเกดออกซเดชน

4Al (s) + 3O2 (g) 2Al2O3 (s)

อะลมเนยมมแนวโนมการเกดพนธะโคเวเลนต และมโอกาสเกดการสญเสยอเลกตรอนวงนอก

3s23p1 ดงตวอยาง

2 Al (s) + 6H+ (aq) 2Al3+

(aq) + 3H2 (g)

เนองจาก Al3+ มขนาดเลก มประจไอออนสง จงเกดเปน [Al(H2O)6]

3+

สมบตเคม สามารถรวมกบ O2 เกดเปน M2O3 ออกไซด (ยกเวน Tl2O) เมอนาไปเผาไฟในอากาศ เผากบ

แฮโลเจนให MX3 (ยกเวน TlX) เผากบกามะถนให M2S3 (ยกเวน Tl2S) เผากบไนโตรเจน B และ Al ให

ไนไตรด BN, TlN เผากบคารบอน B และ Al ใหคารไบด B4C และ Al4C3

9.2 อโลหะ (Non metal) เปนธาตทมคาสภาพไฟฟาลบสง ชอบรบอเลกตรอนเปนไอออนลบ ธาตอโลหะทจะกลาว

ตอไปนอยในหม IVA ถงหม VIIA และจะกลาวถงธาตทเปนแกสมตระกลหรอแกสเฉอย ในหมท VIIIA

ดวย

9.2.1 ธาตหม IVA ธาตหม IVA ประกอบดวย คารบอน (Carbon, C) ซลกอน (Silicon, Si) เจอรมาเนยม

(Germanium, Ge) ดบก (Tin, Sn) และตะกว (Lead, Pb) สมบตบางประการของธาตในหมน

ดงแสดงในตารางท 9.6

373

ตารางท 9.6 สมบตบางประการของธาตหม IVA

สมบต C Si Ge Sn Pb

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)

รศมไอออน (pm)

คาพลงงานการแตกตวเปน

ไอออนขนท 1 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท 20oC (g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

6

12.01

[He]2s22p2

77

1,086

2.5

2.27

4,100

ไมเสถยร

14

28.09

[Ne]3s23p2

118

786

1.8

2.34

1,420

∼3,280

32

72.61

[Ar]4s24p2

122

761

1.8

5.32

945

2,850

50

118.7

[Kr]5s25p2

140

118 (Sn2+)

708

1.8

7.26

232

2,623

82

207.2

[Xe]6s26p2

146

119 (Pb2+)

715

1.9

11.34

327

1,751

โดยทวไป ธาตหมนมการจดเรยงอเลกตรอนวงนอก คอ ns2np2 จดหลอมเหลวและจดเดอด

เพมขนเมอเลขเชงอะตอมเพมขน ธาตแรกในหมนคอ คารบอน ซงมอเลกตรอนวงนอกจานวน 4

อเลกตรอน สาหรบธาตตอไป 2 ธาตคอ ซลกอน (Silicon, Si) และเจอรมาเนยม (Germanium, Ge)

มกเกดพนธะโคเวเลนต ทงคเปนกงโลหะหรอเมทลลอยด (metalloid) และมสมบตกงตวนา

(semiconductor) สาหรบ ดบก และ ตะกว แสดงพฤตกรรมเปนโลหะ ทงในสภาพไอออนทมประจ 2+

และ 4+

พนธะทเกดในสารประกอบของธาตแฮโลเจนแสดงเอกลกษณของพนธะโคเวเลนตมากกวา

พนธะไอออน ซงแตกตางจากสารประกอบของธาตในหม IA-IIIA ทกลาวแลว สาหรบดบก และ ตะกว

เลขออกซเดชน +2 จะสาคญกวา +4 สารประกอบของ Sn(II) และ Pb(II) มลกษณะเปนผลกสขาว

สวนสารประกอบ Sn(IV) และ Pb(IV) จะมลกษณะเปนของเหลวระเหยได ซงภายในโมเลกล

ประกอบดวยพนธะโคเวเลนต

ปฏกรยาสวนใหญจงเปนการรบอเลกตรอนจากธาตอน เกดเปนไอออนเฮไลด สามารถทา

ปฏกรยาโดยตรงกบโลหะเกดเปนสารประกอบไอออนเฮไลด ถาทาปฏกรยากบไฮโดรเจนจะเกดแกส

ไฮโดรเจนเฮไลด

สารประกอบเฮไลดทกชนดละลายนาไดดและใหกรดไฮโดรเฮลก

374

9.2.2 ธาตหม VA โดยทวไป เรยกกลมไนโตรเจน (Nitrogen Family) ธาตในหม VA ประกอบดวย ไนโตรเจน

(Nitrogen, N) ฟอสฟอรส (Phosphorus, P) อารเซนกหรอสารหน (Arsenic, As) แอนตโมน

(Antimony, Sb) และบสมท (Bismuth, Bi)

การจดเรยงอเลกตรอนวงนอกของธาตหม VA คอ ns2np3 ธาตในหมน ยกเวน ไนโตรเจน

สามารถเกดสารประกอบเชน PCl5 และ BiCl5 ในขณะทไนโตรเจนเกดไดเฉพาะสารประกอบไตรเว

เลนต เชน NH3 และ NCl3 สมบตบางประการของธาตในหม VA ดงแสดงในตารางท 9.7 ตารางท 9.7 สมบตบางประการของธาตหม VA

สมบต N P As Sb Bi

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)1

รศมไอออน (pm)2

คาพลงงานการแตกตวเปน

ไอออนขนท 1 (kJ/mol) คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท 20oC g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

7

14.01

[He]2s22p3

75

146 (N3-)

1,402

3.0

0.879

-210

-196

15

30.97

[Ne]3s23p3

110

212 (P3-)

1,012

2.1

1.82

44.1

280

33

74.92

[Ar]4s24p3

120

947

2.0

5.78

816

(39 atm)

615 (subl)

51

121.8

[Kr]5s25p3

140

834

1.9

6.70

631

1,587

83

209.0

[Xe]6s26p3

150

103 (Bi3+)

703

1.9

9.81

327

1,564

ไนโตรเจนเหลวมอณหภมประมาณ -196oC ในอตสาหกรรมอาหารแชแขง ใชไนโตรเจนเหลว

ในการรกษาคณภาพอาหารระหวางการขนสง นอกจากนไนโตรเจนเหลวยงไมวองไวตอการเกดปฏกรยาเคม

ทอณหภมหอง จงมกใชเปนตวทาใหเกดบรรยากาศเสถยรสาหรบการเชอม (welding)

ไนโตรเจน ฟอสฟอรสและโพแทสเซยม เปนสารอาหารสาหรบพช ถงแมวาในบรรยากาศจะม

ปรมาณของไนโตรเจนมาก แตพชกไมสามารถนาไปใชไดโดยตรง เนองจากตองใชพลงงานสงในการ

375

แตกพนธะสามของแกสไนโตรเจน ในธรรมชาตพชสามารถใชประโยชนจากไนโตรเจนโดยผาน

กระบวนการทเรยกวา การตรงไนโตรเจน (nitrogen fixation) เพอเปลยนแปลงไนโตรเจน

ในบรรยากาศเปนสารประกอบทละลายไดในนา และดดซมผานรากไปยงสวนตาง ๆ ของ

ตนกระบวนการนเปนสวนหนงของวฏจกรไนโตรเจน (nitrogen cycle) ดงแสดงในรปท 9.4 ใน

กระบวนการตรงไนโตรเจน แบคทเรยชนด nitrogen-fixing bacteria จะเปลยนแกสไนโตรเจน (N2) ไป

เปนแอมโมเนย (NH3) แอมโมเนยถกเปลยนโดยแบคทเรยชนดอนไปเปนไนเตรต (nitrate, NO3–) ซง

พชนาไปใชได เมอพชหรอสงมชวตตายลง จะมกระบวนการในการเปลยนไนเตรตไปเปนแกส

ไนโตรเจน และเปลยนสารประกอบไนโตรเจนอนทรยไปเปนแอมโมเนยวนเวยนเปนวฏจกร

แบคทเรยในดนและแบคทเรย ตรงไนโตรเจน ในรากพชเปลยน N2 และ NH3 ไปเปน NO3

-

ไนโตรเจน ถกตรงโดยภเขา ไฟและแสง แบคทเรยใน รากของพชและในปย

สารประกอบไนโตรเจนอนทรยสลายกลายเปนแอมโมเนย

ไนเตรต (NO3-)

แอมโมเนย (NH3)

ดไนตรฟเดชน Denitrification

ไนโตรเจนใน บรรยากาศ

การตรงไนโตรเจน

โรงงานผลต

พชดด NO3- และเปลยน

ไปเปนสารอนทรย

แบคทเรยเปลยน NO3

- ไปเปน N2

รปท 9.4 วฏจกรไนโตรเจน ทมา : M. Stanitski Jure , 2005 : 1030

9.2.3 ธาตหม VIA ธาตหม VIA ประกอบดวย ออกซเจน (O) ซลเฟอรหรอกามะถน (S) ซลเนยม (Se) เทลลเลยม

(Te) และโปโลเนยม (Po) สาหรบซลเฟอร ซลเนยมและ เทลลเลยมนนเปนททราบกนในชอ ชาลโคเจน

(Chalcogens) สมบตบางประการของธาตในหมนแสดงในตารางท 9.8

376

ตาราง 9.8 สมบตบางประการของธาตหม VIA

สมบต O S Se Te Po

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)

รศมไอออน (pm)

คาพลงงานการแตกตวเปน

ไอออนขนท 1 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท 20oC (g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

คาการนาไฟฟา

8

16.00

[He]2s22p4

73

140 (O2-)

1,314

3.5

1.50

-219

-183

16

32.07

[Ne]3s23p4

103

184 (S2-)

999

2.5

2.07

113

445

34

78.96

[Ar]4s24p4

119

198 (Se2-)

941

2.4

4.28

217

685

52

127.6

[Kr]5s25p4

142

869

2.1

6.25

452

990

84

(209)

[Xe]6s26p4

168

94 (Po4+)

813

2.0

9.14

254

962

สมบตและการใชออกซเจน ออกซเจน เปนอโลหะทมความสาคญมาก สามารถเกดเปนสารประกอบไดกบหลายธาต

ยกเวน ฮเลยม นออนและอารกอน โดยทวไป ออกซเจนเกดสารประกอบไอออนกบโลหะและเกด

สารประกอบโคเวเลนตกบอโลหะอนๆ ในสารประกอบสวนใหญ ออกซเจนมเลขออกซเดชน -2 ใน

สารประกอบเปอรออกไซดมเลขออกซเดชน -1 และมเลขออกซเดชน 1- 2 ในสารประกอบซปเปอร

ออกไซด

. 2 . ..O O .. . . . .

.. -. .

O . . . .

.. 2 -

แกสออกซเจน ไดจากการนาเอาอากาศเหลว (liquid air) มากลนลาดบสวน แกสออกซเจนใช

ในการผลตเหลก เหลกกลา เชอมโลหะ บาบดนา ใชเปนออกซไดเซอรในเชอเพลงจรวด ใชในทาง

การแพทยเปนตน

377

ปฏกรยาการเตรยมแกสออกซเจน 1. การสลายโพแทสเซยมคลอเรต (Potassium chlorate) โดยใชตวเรงปฏกรยา MnO2

2KCIO3(s) 2KCI(s) + 3O2(g) MnO2(s)

2. การใหความรอนแกปรอท(II) ออกไซด (Mercury(II) oxide)

2HgO(s) 2Hg(I) + O2(g)

3. การสลายตวของไฮโดรเจนเปอรออกไซด

2H2O2 (aq) 2H2O(1) + O2(g)

4. ปฏกรยาโพแทสเซยมซปเปอรออกไซด (potassium superoxide) กบแกสคารบอน

ไดออกไซด

4KO2(s) + 2CO2(g) 2K2CO3(s) + 302(g)

โอโซน (ozone) เปนอกอญรปของออกซเจน มสมบตเปนตวออกซไดซทแรง โดยเฉพาะใน

สารละลายกรดดงปฏกรยาขางลาง มกใชเปนตวออกซไดซในปฏกรยาของสารอนทรยและการทานา

ดมบรสทธ การบาบดของเสยทางอตสาหกรรม การฟอกกระดาษและสงทอ

O3(g) + 2H+ (aq) + 2e- O2 (g) + H2O(I)

การผลตโอโซนโดยตรงจากออกซเจน (O2)

3O2 (g) 2O3 (g) ΔH° = + 285 kJ

ออกซเจนเหลว (liquid oxygen) สามารถเกบและขนสงไดทอณหภมจดเดอดคอ -183oC ภายใต

ความดนบรรยากาศ

378

ออกซเจนทาปฏกรยากบโลหะแมกนเซยม เกดเปลวไฟสขาวสวางจา ดงปฏกรยา

2Mg (s) + O2 (g) 2MgO(s) + ความรอน + แสง

ในสภาวะบรรยากาศทวไป ออกซเจนเกดจากกระบวนการสงเคราะหแสง (Photosynthesis)

พชจะทาการเปลยนนาและคารบอนไดออกไซดเปนกลโคสและออกซเจนเกดขน ซงปรมาณของออกซเจน

ในบรรยากาศมผลกระทบตอการดารงชวตของสงมชวตบนโลกอยางมาก ถามปรมาณออกซเจน 25%

อตราการเกดปฏกรยาออกซเดชนจะเพมขน

สมบตและการใชซลเฟอร ซลเฟอรพบไดใน 2 อญรป คอ รอมบค (rhombic) ทมจดหลอมเหลว 115oC และโมโนคลนก

ซงมจดหลอมเหลว 119oC ในรปของ S8 เมอใหความรอนแกซลเฟอรทอณหภมสงกวา 150oC จะแตก

วง S8 ออกเปนสายโซ จงเพมความหนดของซลเฟอรเหลว เมอใหความรอนตอไป สจะเปลยนจาก

เหลองเปนแดงเขม เนองจากอเลกตรอนทไมเกดพนธะทปลายสายโซ ถาใหความรอนสงกวา 210oC

และเทลงในนาเยน จะเกดเปนพอลเมอรทไมเปนผลก (uncrystallized polymer) ทเรยก ซลเฟอร

พลาสตก (plastic sulfur)

ซลเฟอรเปนสงทมความจาเปนในรางกาย สาหรบการผลตกรดอะมโนทชอ เมไทโอนน

(methionine) ซงเปนกรดอะมโนทจาเปนสาหรบรางกาย โดยการเกด –S-S- ไดซลไฟดลงเกจ ท

ระหวางสายโซของกรดอะมโน ซงการเชอมไดซลไฟด (disulfide linkage) ทาใหเกดโปรตนและ

เอนไซมทมรปรางโมเลกลทสาคญ นอกจากน ซลเฟอรยงนาไปใชในกระบวนการวลคาไนเซชน

(vulcanization) ของยาง เพอใหเกดสายพอลเมอร (cross-link polymer chains) ทาใหยางมความ

หยนมากขน และปองกนการเยมในสภาวะอากาศรอน

ซลเฟอรไดออกไซดสามารถทาปฏกรยากบนาเกดเปนสารละลายกรดซลฟวรส (Sulfurous

acid, H2SO3) ซงไมเสถยร เกลอของกรดซลฟวรสเรยกซลไฟต (Sulfite) ซงเปนตวรดวซทดในปฏกรยา

ตอไปน

2 22 2 43

- - -Cl (g) + SO (aq) + H O(I) + 2CI (aq) + SO (aq) + 2H (aq)

ซลไฟตสามารถเปนตวออกซไดซ (Oxidizing agent) ดงปฏกรยา

2H2S(g) + 2H+ (aq) + SO (aq) 3H2-3 2O(I) + 3S(s)

379

ซลเฟอรไดออกไซดและซลไฟตใชกนอยางกวางขวางในอตสาหกรรมอาหาร โดยใชเปนสาร

ฟอกส (decolorizing agent) และถนอมอาหาร ซลไฟตใชกนมากในอตสาหกรรมเยอกระดาษ

อตสาหกรรมกระดาษ

การผลตกรดซลฟวรก กรดซลฟวรกเปนกรดแก สามารถเกดปฏกรยากบแกสไฮโดรเจนและทา

ปฏกรยากบคารบอเนตเพอใหเกดแกสคารบอนไดออกไซด กรดซลฟวรกเขมขนทาปฏกรยากบ

โลหะทองแดงเกด Cu2+(aq) และ SO2(g)

กรดซลฟวรกเขมขนใชแยกนาจากคารโบไฮเดรตและเกดตะกอนคารบอน (carbon residue)

C12H22O11(s) 12C(s) + 11H2O(l ) H+(conc.)

Sucrose

ซลเฟอรสามารถผลตเปนกรดซลฟวรกไดใน 4 ขนตอน ในกระบวนการคอนแทค (contact

process) ในขนตอนแรก เปนการเผาซลเฟอรในอากาศ เพอใหเกดเปนซลเฟอรไดออกไซด ดง

ปฏกรยา

S8 (s) + 8O2 (g) 8SO2 (g)

ซลเฟอรไดออกไซดเปลยนไปเปนซลเฟอรไตรออกไซด (SO3) โดยมตวเรงปฏกรยาพวกโลหะ

แพลททนม หรอ วานาเดยม(V) ไดออกไซด ดงปฏกรยา

2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) ตวเรงปฏกรยา

ขนตอนตอไปคอ เปลยนซลเฟอรไตรออกไซดเปนกรดซลฟวรก โดยการเตมนา โดยการผาน

ซลเฟอรไตรออกไซด เพอใหเกดกรดไพโรซลฟวรก (pyrosulfuric acid, H2S2O7) และเจอจางดวยนา

ปฏกรยาสทธคอ 1 โมลของกรดซลฟวรก สาหรบทก ๆ 1 โมลของซลเฟอรไตรออกไซด

SO3 (g) + H2SO4 (l) H2S2O7 (l)

H2S2O7 (l) + H2O (l) 2H2SO4 (aq)

SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (aq)

380

เกลอของกรดซลฟวรก คอเกลอซลเฟตสามารถประยกตใชไดหลากหลาย เชน ยปซม

(CaSO4.2H2O gypsum) ใชในอตสาหกรรมกอสราง อะลมเนยมซลเฟต (aluminium sulfate) ใชใน

การบาบดนา คอปเปอร(II)ซลเฟต ใชในอตสาหกรรมการชบเคลอบ (electroplating) สารฆาฟงไจ

(fungicide, algicide)

ไธโอซลเฟต ( ) เตรยมโดยตมซลเฟอรในสารละลายดาง (alkaline solution) ของ

โซเดยมซลไฟต ซลเฟอรจะถกออกซไดซเปนไธโอซลเฟตไอออน และซลไฟตไอออนถกรดวซเปนไธโอ

ซลเฟตไอออน

2-2 3S O

2- 2-(s) 3 2SO (aq)+S S O (aq)3

ไธโอซลเฟตเปนตวรดวซทด ใชในการวเคราะหทางเคม ใชเปนลแกนดกบอะตอมกลางในไอออน

เชงซอน

9.2.4 ธาตหม VIIA ธาตในหม VIIA หรอเรยกวา ธาตแฮโลเจน ประกอบดวย ฟลออรน (F) คลอรน (Cl) โบรมน

(Br) ไอโอดน (I) และแอสทาทน (At) สาหรบแอสทาทน (At) เปนธาตทอยลางสดของหมแฮโลเจน เปน

ธาตกมมนตรงส (radioactive element) ทกไอโซโทปมอายสน เกดการสลายตวแลวใหกมมนตรงส

ออกมา จงไมคอยมขอมลเกยวกบสมบตของธาตน ธาตในหมนมการจดเรยงอเลกตรอนวงนอก

โดยทวไปคอ ns2np5 ซงมกจะเกดการรบอเลกตรอนมาอกหนงอเลกตรอน แลวเกดเปนไอออนทม

ประจ 1- หรอใชอเลกตรอนรวมกนในการเกดพนธะเพอใหเปนไปตามกฎออกเตต สมบตบางประการ

ของธาตในหมน ดงแสดงในตารางท 9.9

381

ตาราง 9.9 สมบตบางประการของธาตหม VIIA

สมบต F Cl Br I At

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)

รศมไอออน (pm)

คาพลงงานการแตกตวเปน

ไอออนขนท 1 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนน (g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

คาการนาไฟฟา

9

19.00

[He]2s22p5

72

133 (F-)

1,681

4.0

1.51

(-118oC)

-219

-118

17

35.45

[Ne]3s23p5

100

181 (Cl-)

1,256

3.0

1.66

(-70oC)

-101

-34.0

35

79.90

[Ar]4s24p5

114

196 (Br-)

1,143

2.8

3.19

(0oC)

-7.2

59.5

53

126.9

[Kr]5s25p5

133

220 (I-)

1,009

2.5

3.96

(120oC)

114

185

85

(210)

[Xe]6s26p5

(140)

ไมมขอมล

(926)

2.2

แฮโลเจนมกจะพบเปนโมเลกลอะตอมค (diatomic molecules) ทมสตรทวไปเปน X2 โดย

X=F, Cl, Br, I ปฏกรยาทพบเกยวของกบปฏกรยารดอกซ และคาศกยไฟฟามาตรฐาน (standard

electrode potentials) ดงแสดงในตารางท 9.10

ตารางท 9.10 ศกยไฟฟามาตรฐานของแฮโลเจน

ครงปฏกรยารดกชน Eo (V)

)aq(F2e2)g(F2−− →+ 2.886

)aq(Cl2e2)g(Cl2−− →+ 1.358

)aq(Br2e2)g(Br2−− →+ 1.065

)aq(I2e2)g(I2−− →+ 0.535

จากตารางท 9.10 พบวา F2 ถกรดวซไดงาย จงเปนสารออกซไดซทแรง (strong oxidizing

agent) สาหรบทกธาต

382

แหลงและการใชแฮโลเจน ฟลออรน เปนธาตทมความวองไวตอปฏกรยามาก มคาสภาพไฟฟาลบสงทสดในบรรดาธาต

ตาง ๆ ธาตแฮโลเจนเปนสารออกซไดซในหลาย ๆ ปฏกรยา เชน การเกดปฏกรยาออกซเดชนของ

เฮไลดไอออน โดยแฮโลเจนซงเบากวา ตวอยาง เชน คลอรน เปนสารออกซไดซทแรง ทสามารถจะ

ออกซไดซโบรไมดไอออนไปเปนโบรมน

-+ + 2 2Cl (g) 2Br (aq) 2Cl (aq) Br (aq)−

ปฏกรยาดงกลาวใชสาหรบการแยกโบรมนจากนาทะเล ซงมปรมาณโบรไมดไอออนถง 30 พพ

เอม

แกสฟลออรน เตรยมโดยวธมอยสสน (Moissan’s method) ซงคนพบโดย เฮนร มอยสสน

(Henri Moissan) ในป 1886 โดยการแยกสลายดวยไฟฟา HF ทละลายในโพแทสเซยมฟลออไรดท

หลอมเหลวดงปฏกรยา

การแยกสลายดวยไฟฟา 2 22H F H (g) F (g)+ −+ +

ฟลออรนใชในการผลต UF6(g) สาหรบการแยกไอโซโทป U-235 และไอโซโทป U-238 โดย

gaseous diffusion ซง U-235 ไอโซโทปใชเปนเชอเพลงนวเคลยรและอาวธนวเคลยร

ฟลออรนยงใชทา SF6(g) เกดขนเมอเผาซลเฟอรในแกสฟลออรน SF6 เปนแกสทไมตดไฟ ไม

วองไวตอปฏกรยา ใชเปนแกสฉนวน (insulating gas) ในอปกรณไฟฟา

ฟลออรนเกดสารประกอบกบทกธาต ยกเวน แกสมตระกลหรอแกสเฉอย He และ Ne

ไฮโดรเจนฟลออไรด เปนสารตงตนสาหรบการเตรยมสารประกอบฟลออรนอนๆ กรด HF มความ

สามารถในการกดแกว ซงเปนพวกซลกา (Silica)

)2 2SiO (s) 4HF(aq) H O(l) SiF (g+ + 4

คลอรน มการนามาใชในการทาใหนาบรสทธ ใชฟอกกระดาษและสงทอ ใชผลตยาฆาหญา

ยาฆาแมลง และสารประกอบคลอรเนเตดอนทรย ใชผลตไวนลคลอไรด (vinyl chloride) และใชแยก

โลหะไทเทเนยมจากสนแร

แกสคลอรน (Cl2) มการผลตครงแรกในป 1774 โดยคารล วลเฮม ซล (Carl Wilhelm

Scheele) โดยใชปฏกรยาระหวาง MnO2 และ HCl ดงปฏกรยา

383

2 2MnO (s)+ 4HCl(aq) MnCl (aq)+ 2H O(l)+ Cl (g)2 2

Δ

ปฏกรยานใชทวไปในหองปฏบตการ แตในเชงพาณชยแลว มกใชการแยกสลายดวยไฟฟา

ของ NaCl ทหลอมเหลวหรอ MgCl2คลอรนทใชในเชงพาณชยม 3 รป ปรมาณ 70% ใชผลตสารประกอบอนทรยทมคลอรนเปน

องคประกอบ (chlorinated organic compounds) ปรมาณอก 20% ใชในอตสาหกรรมฟอกกระดาษ

และสงทอ และใชสาหรบการบาบดนาสระวายนา สวนอก 10% ใชผลตสารประกอบอนนทรยทม

คลอรนเปนองคประกอบ (chlorine-containing inorganic compounds)

คลอรนเกดเปนสารประกอบทเสถยรกบหลายธาตยกเวน แกสมตระกล ทสาคญคอ สารประกอบ

คลอรนทมคารบอนเปนองคประกอบ คอ สารประกอบคลอรนอนทรย (organic chlorine compound)

คลอรนทาปฏกรยากบสารประกอบไฮโดรคารบอน เกด chlorinated hydrocarbons ตวอยางเชน การ

ทาปฏกรยาระหวาง Cl2(g) กบ CH4(g) อะตอมของคลอรนไปแทนทอะตอมไฮโดรเจนเกดผลตภณฑ

ตงแต CH3Cl จนถง CCl4 และได HCl เปนผลตภณฑพลอยได

โบรมน เปนอโลหะทเปนของเหลวทอณหภมหอง ใชในการเตรยมเมธลโบรไมด (Methyl

bromide, CH3Br) ทใชในยาฆาแมลง และใชในเครองดบเพลง นอกจากนยงใชทาซลเวอรโบรไมดทไว

ตอแสงสาหรบทาฟลมถายรป เปนตน

ไอโอดน เปนแฮโลเจนสามญทเปนของแขงทอณหภมหอง มสเทาเขม ของแขงคลายโลหะท

สามารถระเหดเปนไอสมวงได ไอโอดนมความจาเปนทใชในการผลตฮอรโมนไทรอกซน (thyroxine) ท

ผลตโดยตอมไทรอยด

การขาดไอโอดน ทาใหตอมไทรอยดโตกวาปกต เรยกผทมอาการแบบนวา กอยทเตอร

(Goiter) โพแทสเซยมไอโอไดด (0.01%) ใชเตมในเกลอแกง (table salt หรอ iodized salt) เพอ

ปองกนการเกดโรคเออ

ไฮโดรเจนเฮไลด ในสารละลายทมนาเปนตวทาละลาย ไฮโดรเจนเฮไลดเปนกรด ยกเวน HF

ซงเปนกรดแก มจดเดอดสงสดในบรรดาไฮโดรเจนเฮไลดดวยกน และมมวลโมเลกลตาสด ไฮโดรเจน

เฮไลดเตรยมโดยปฏกรยาการรวมตวกนของธาต ดงปฏกรยา

H2(g) + X2(g) 2HX(g)

ปฏกรยาระหวาง H2 และ F2 เกดปฏกรยารนแรง สารผสม H2(g) กบ Cl2(g) เสถยรในทมด แต

เกดปฏกรยารนแรงถามแสง ทง Br2(g) และ I2(g) เกดปฏกรยาไดชากบ H2(g) ตองมตวเรงปฏกรยา

384

นอกจากนไฮโดรเจนเฮไลดยงเตรยมโดยใหความรอนแกเกลอเฮไลด เชน CaF2 หรอ NaCl กบ

กรดซลฟวรก

2 2 4 4CaF (s)+H SO (conc.) CaSO (s)+ 2HF(g)

2 4 2 42NaCl(s) H SO (conc.) Na SO (s) 2HCl(g)+ +

อยางไรกตาม ไมสามารถใชกรดซลฟวรกในการเตรยม HBr(g) กบ HI(g) ได ซงกรดซลฟวรก

เปนตวออกซไดซทดเกนไป จะไปออกซไดซ Br- ไปเปน Br2 และ I- เปน I2 ในการเตรยมจงใชกรด

ฟอสฟอรก (phosphoric acid, H3PO4) ในการเตรยม HBr

9.2.5 ธาตหม VIIIA

ธาตหมหลกหมสดทายซงอยทางขวามอสดของตารางธาตนน เปนธาตหมทเรยกวา แกสเฉอย

(inert gas) หรอแกสมตระกล (noble gas) แตละธาตมลกษณะเดน คอ มความเฉอยตอการ

เกดปฏกรยากบอะตอมอน ๆ ธาตหมนประกอบดวยฮเลยม (Helium, He) นออน (Neon, Ne)

อารกอน (Argon, Ar) ครปตอน (Krypton, Kr) ซนอน (Xenon, Xe) และเรดอน (Radon, Rn) สมบต

บางประการของธาตหมนดงแสดงในตารางท 9.11

ตารางท 9.11 สมบตบางประการของแกสมตระกลหรอแกสเฉอย

สมบต He Ne Ar Kr Xe Rn

เลขเชงอะตอม

มวลเชงอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน

รศมอะตอม (pm)

คาพลงงานการแตกตวเปน

ไอออนขนท1 (kJ/mol)

คาสภาพไฟฟาลบ

ความหนาแนนท STP(g/cm3)

จดหลอมเหลว (oC)

จดเดอด (oC)

2

4.003

1s2

31

2,372

0.178

-269

10

20.18

2s22p6

71

2,080

0.900

-249

-246

18

39.95

3s23p6

98

1,520

1.78

-189

-186

36

83.80

4s24p6

112

1,351

3.0

3.75

-157

-153

54

131.3

5s25p6

131

1,170

2.6

5.90

-112

-108

86

(222)

6s26p5

(140)

1,037

9.73

-71

-62

3 4 2 4NaBr(s)+H PO (conc.) NaH PO (s)+HBr(g)

385

9.3 ธาตแทรนซชน (Transition Elements)

ธาตแทรนซชน คอ ธาตทมอเลกตรอนในบลอค d (d-block) ไมเตม หรอ เมอกลายเปน

ไอออนแลวจะมอเลกตรอนใน d ออรบทลไมเตม เปนกลมธาตทอยระหวางโลหะทมอเลกตรอนใน

บลอก s (s-block) และธาตทอยในบลอค p (p-block) 9.3.1 สมบตทวไปของธาตแทรนซชน

ธาตแทรนซชนทงหมดเปนโลหะทมความสามารถในการนาไฟฟาไดด มความแขง สวนใหญ

สามารถทาใหเปนเสนและตเปนแผนได สวนใหญมสเงน ยกเวนทองคาและทองแดง มจดเดอด จด

หลอมเหลวสงกวาธาตในหมหลก (main group elements) เชน ทงสเตนทมจดหลอมเหลวสง

(3,410oC) ยกเวนปรอททเปนโลหะทมสถานะเปนของเหลวทอณหภมหอง หลอมเหลวทอณหภมสง

ความหนาแนนสง มสถานะออกซเดชนหลายคา มกเกดไอออนเชงซอน สารประกอบจะมสตาง ๆ

สารประกอบเปนสารพาราแมกเนตก (paramagnetic) บางชนดสวนนอยทเปนสารเฟอรโรแมกเนตก

(ferromagnetic) และบางชนดเปนตวเรงปฏกรยา

ถาพจารณาธาตในคาบใด ๆ จากซายไปขวา เลขเชงอะตอมมคาเพมขน อเลกตรอนวงนอก

สดมจานวนเพมขน และประจทนวเคลยสเพมขนเนองจากโปรตอนมจานวนเพมขน สาหรบธาตใน

คาบท 3 คอ ตงแตโซเดยมถงอารกอน อเลกตรอนชนนอกกาบงกนเองจากแรงดงดดของโปรตอนท

เพมขนในนวเคลยสไดไมดนก ดงนน รศมอะตอมจงลดลงอยางรวดเรวจากโซเดยมถงอารกอน ใน

ขณะเดยวกน คาสภาพไฟฟาลบและคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนมคาเพมขนเรอย ๆ จากซาย

ไปขวา สาหรบธาตแทรนซชนจากสแกนเดยมถงทอง ประจทนวเคลยสมคาเพมขนแตอเลกตรอนท

เพมขนนนเขาไปอยใน 3d ออรบทลและสามารถกาบงอเลกตรอนใน 4s ออรบทลจากแรงดงดดของ

ประจทเพมขนในนวเคลยสไดด รศมอะตอมจากซายไปขวาจงลดลงอยางชา ๆ ดวยเหตผลเดยวกน คา

สภาพไฟฟาลบ และคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนเพมขนเพยงเลกนอยจากสแกนเดยมไปถง

ทองแดง ถาพจารณาคาศกยไฟฟามาตรฐานจะเหนวาธาตแทรนซชนทกชนด ยกเวนทองแดง ทา

ปฏกรยากบกรดแก เชน กรดไฮโดรคลอรก ไดแกสไฮโดรเจน อยางไรกตาม โลหะแทรนซชนสวนใหญ

มกไมทาปฏกรยากบกรดหรอทาปฏกรยาไดชา ๆ เนองจากเกดออกไซดเคลอบผวโลหะเอาไว เชน

โครเมยมมศกยรดกชนมาตรฐานเปนลบ แตกคอนขางเฉอยตอปฏกรยาเคม เนองจากเกดโครเมยม(II)

ออกไซด (Cr2O3) เคลอบอยบนผวโลหะ จงในการใชประโยชนนามาใชเคลอบผวโลหะชนดอนใหม

ความทนทานตอการกดกรอน เชน ใชเคลอบกนชนและขอบตวถงรถยนต

386

โลหะแทรนซชนสวนใหญมโครงสรางแบบชดทสด ซงแตละอะตอมจะมเลขโคออรดเนชน

เทากบ 12 ขนาดอะตอมคอนขางเลก ทาใหเกดพนธะโลหะทแขงแรง มความหนาแนน จดหลอมเหลว

จดเดอด ความรอนของการหลอมเหลวและความรอนของการกลายเปนไอสงกวาโลหะหม IA IIA และ

IIB 9.3.2 การจดอเลกตรอน ของธาตแทรนซชน

ธาตแทรนซชนทกตวมการจดเรยงอเลกตรอนในรปทวไป คอ [noble gas](n-1)dxnsy เมอ n

คอ เลขแสดงคาบ (ธาตแทรนซชนอยในคาบท 4-7) x คอ จานวนอเลกตรอนใน d ออรบทล (1-10)

และ y คอ จานวนอเลกตรอนใน s ออรบทล (1-2 ยกเวน palladium)

สภาวะออกซเดชน

ลกษณะเฉพาะตวอกประการหนงของโลหะแทรนซชนคอ มเลขออกซเดชนไดหลายคาเมออย

ในสารประกอบ สภาวะออกซเดชนสงทสดคอ +7 สาหรบแมงกานส สวนธาตทอยทางดานขวา

(Fe ถง Cu) มเลขออกซเดชนทตาลง ตามปกตโลหะแทรนซชนจะแสดงสภาวะออกซเดชนสงสดใน

สารประกอบกบธาตทมสภาพไฟฟาลบสง เชน ออกซเจนและฟลออรน ตวอยางไดแก V2O5, CrO3

และ Mn2O7

9.3.3 สารประกอบโคออรดเนชน (Coordination Compound)

สารประกอบโคออรดเนชน คอ สารไมมประจประกอบดวยไอออนเชงซอนตงแตหนงชนดขนไป

เปนสารประกอบทอะตอมหรอไอออนโลหะตวกลางมโมเลกลหรอไอออนซงเรยกวา ลแกนด (ligand)

หรอหมโคออรดเนตลอมรอบ แตละลแกนดจะมอเลกตรอนคโดดเดยวทสามารถเกดพนธะโคออรดเนต

โคเวเลนตกบอะตอมกลางได สารประกอบโคออรดเนชนเรยกอกอยางหนงวา สารประกอบเชงซอน

(complex compound) โมเลกลหรอไอออนทเชอมกบโลหะไอออนหรออะตอม โดยการเกดพนธะ

โคออรดเนตโคเวเลนต ทเรยกวา เกดไอออนเชงซอน (complex ion) ในการเขยนสตรไอออนเชงซอน ล

แกนดจะแสดงในวงเลบตอจากไอออนของโลหะ เชน nickel(III) complex ; [Ni(H2O)6]2+ ทมลแกนด

จานวน 6 ลแกนด จากตวอยางน โลหะทเปนอะตอมกลาง คอ Ni สวนลแกนดคอ H2O ซงเปนลแกนด

ทไมมประจ ดงนน ประจของไอออนเชงซอนน คอ Ni2+

สารประกอบโคออรดเนชนมสมบตพเศษ คอ มสตาง ๆ และเปนสารทถกดดดวยแมเหลก

ทฤษฎเกยวกบสารประกอบโคออรดเนชนเรมจากผลงานของอลเฟรด เวอรเนอร (Alfred Werner) ในป

ค.ศ. 1893 เรยกวา ทฤษฎโคออรดเนชนของเวอรเนอร (Werner’s coordination theory) ซงกลาววา

387

อะตอมโลหะตวกลางมเวเลนซ (valency) สองชนด ชนดแรกขนอยกบจานวนเวเลนซอเลกตรอนทหลด

ไปในการเกดไอออนโลหะ สวนชนดทสองนนสาหรบมพนธะกบลแกนด เชน Co มคลอไรดปกตเปน

CoCl3 โดยอเลกตรอนสามตวถายโอนจากอะตอม Co ไปยงอะตอม Cl แตถาม NH3 อยดวย โคบอลต

(III) คลอไรดจะเกดสารประกอบ เชน CoCl3·6NH3 ซงอาจเขยนสตรเปน [Co(NH3)6]Cl3 NH3 เปนล

แกนดทมพนธะโดยตรงกบไอออน Co3+ ไอออนโลหะรวมกบลแกนดเรยกวา ไอออนเชงซอน สารนม

[Co(NH3)6]3+ เปนไอออนเชงซอน

อนตรกรยาระหวางอะตอมโลหะกบลแกนดนนอาจจดวาเปนปฏกรยาระหวางกรดลวอสกบ

เบสลวอส ลแกนดทกชนดจะมอเลกตรอนคโดดเดยวอยอยางนอย 1 ค ลแกนดจงทาหนาทเปนเบสลว

อส (Lewis bases) สวนอะตอมของโลหะแทรนซชน ซงอาจอยในรปของอะตอมทไมมประจหรอในรป

ของไอออนบวกกไดทาหนาทเปนกรดลวอส (Lewis acids) คอ รบคอเลกตรอนจากลแกนด พนธะ

ระหวางโลหะกบลแกนดจงจดวาเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต

ในลแกนด อะตอมทมอเลกตรอนคโดดเดยวหรอคอเลกตรอนทสามารถสรางพนธะกบอะตอม

โลหะโดยตรง เรยกวา อะตอมผให (donor atom) เชน ในไอออนเชงซอน [Cu(NH3)4]2+ อะตอมผใหคอ

ไนโตรเจน ในสารประกอบโคออรดเนชน เลขโคออรดเนชน (coordination number) หมายถง จานวน

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนตระหวางลแกนดและโลหะอะตอมกลาง หรอหมายถง จานวนอะตอมผใหท

อยลอมรอบอะตอมโลหะในไอออนเชงซอน เชน

Ag+ ใน [Ag(NH3)2]+ มเลขโคออรดเนชนเทากบ 2

Cu2+ ใน [Cu(NH3)4]2+ มเลขโคออรดเนชนเทากบ 4

Fe3+ ใน [Fe(CN)6]3+ มเลขโคออรดเนชนเทากบ 6

เลขโคออรดเนชนของสารเชงซอนมคาตงแต 2 ถง 8 แตทพบโดยทวไปคอ 2, 4 และ 6 การทโลหะจะม

เลขโคออรดเนชนเปนเทาใดนนขนอยกบธรรมชาตของโลหะและเลขออกซเดชนของโลหะนน

นอกจากนน เลขโคออรดเนชนยงขนอยกบชนดของลแกนดและสงแวดลอมทอยรอบ ๆ สารเชงซอน

สารเชงซอนทมเลขโคออรดเนชนเทากบ 2 4 และ 6 มรปทรงเรขาคณตเปนเสนตรง ทรงสหนาหรอ

จตรสระนาบ และทรงแปดหนา ตามลาดบ

388

ตารางท 9.12 ตวอยางลแกนดสามญบางชนด

ลแกนดทไมมประจ ชอลแกนด ลแกนดทมประจ ชอลแกนด

NH3

CO

H2NCH2CH2NH2

H2O

Ammonia

Carbonyl

Ethylenediamine,

(en)

aqua

Br-

CO32-

Cl-

CN-

F-

OH-

C2O42-

NCS-

SCN-

Bromo

Carbonato

Chloro

Cyano

Fluoro

Hydroxo

Oxalato, ox

Isothiocyanato

Thiocyanato

ลแกนดแบงไดตามจานวนอะตอมผใหทมอย คอ ชนดโมโนเดนเตต (monodentate) ชนดไบเดนเตต

(bidentate) ชนดพอลเดนเตต (polydentate) ดงแสดงในตารางท 9.13

ตารางท 9.13 ตวอยางลแกนดชนดตาง ๆ

ลแกนดชนดโมโนเดนเตต (Monodentate ligands)

สตร ชอลแกนด สตร ชอลแกนด สตร ชอลแกนด

ลแกนดทเปนกลาง (Neutral molecule)

NH3 Ammine NO Nitrosyl H2O Aqua

CH3NH2 Methylamine CO Carbonyl C5H5N Pyridine

ลแกนดทมประจลบ (anions)

F- Fluoro OH- Hydroxo NCS- Thiocyanato-N

Cl- Chloro NO2- Nitrito-N SCN- Thiocyanoto-S

Br- Cromo ONO- Nitrito-O OSO32- Sulfato

I- Iodo CN- Cyano SSO32- Thiosulfato

ลแกนดชนดโพลเดนเตต (Polydentate ligands)

ชอลแกนด ตวยอ สตร

en H2NCH2CH2NH2

ox [OOCCOO]2-

Ethylenediamine

Oxalato

Ethylenediaminetetraacetato EDTA [(OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO)2]4-

389

การอานชอไอออนเชงซอนและสารประกอบโคออรดเนชน 1. อานชอไอออนบวก ตามดวยชอของไอออนลบ เชนเดยวกบการอานชอสารประกอบ

ไอออนทวไป เชน ใน K3[Fe(CN)6] ตองอานชอของ K+ กอน แลวตามดวย [Fe(CN)6]3- ดงนน

K3[Fe(CN)6] จงอานวา potassium hexacyanoferrate(III)

2. สาหรบไอออนเชงซอน ตองอานชอของลแกนดกอน เรยงตามลาดบพยญชนะ โดยไม

คานงถงคานาหนาทเปนภาษากรก แลวจงอานชอโลหะเปนลาดบสดทาย เชน

[Cu(NH3)4]2+ ในไอออนเชงซอนน NH3 คอ ลแกนดซงมจานวน 4 ลแกนด (โดย

พจารณาระบจานวนกลมลแกนดดงขอ 2 ทลอมรอบอะตอมโลหะคอ Cu ดงนน จงอานวา

tetraamminecopper(II) ion

3. ในกรณทมลแกนดหลายชนด ใหเรยกชอ ลแกนดทเปนไอออนลบกอนแลวจงตาม

ดวยลแกนดทเปนกลางและเปนไอออนบวก ตามลาดบ เชน

[CuCl(NH3)3]+ ในไอออนเชงซอนน อะตอมกลางคอ Cu สวนลแกนดคอ Cl (อานวา

chloro) ซงเปนลแกนดทเปนไอออนลบ และ NH3 (อานวา ammine) ซงเปนลแกนดทไมมประจ ดงนน

จงตองอานชอของ NH3 กอน (โดยระบจานวนกลมลแกนดดวย tri-) ตามดวย Cl และชออะตอมกลาง

คอ Cu ตามลาดบ [CuCl(NH3)3]+ จงอานวา triamminechlorocopper(II) ion

4. อานชอลแกนดทเปนไอออนลบลงทายวา –โอ สวนลแกนดทไมมประจ (neutral

ligand) ใหอานชอโมเลกลตามปกต ตวอยางเชน NH2-CH2-CH2-NH2 ปกตอานวา ethylenediamine

เมอเปนลแกนดกเรยกชอวา ethylenediamine เชนกน ยกเวน H2O ใหอานวา aquo, CO อานวา

carbonyl, NH3 อานวา ammine

5. ถามลแกนดชนดใดชนดหนงมากกวาหนงไอออนหรอโมเลกล ใหบอกจานวนโดยใช

คานาหนาเปนภาษากรกวา di-, tri-, tetra-, penta- และ hexa- เชน ลแกนดใน [Co(NH3)4Cl2]+ อาน

ชอวา tetraamminedichloro (สงเกตวาคานาหนาไมมสวนในการเรยงชนดของลแกนดตามลาดบ

ตวอกษร ถาในชอลแกนดมคานาหนาเปนภาษากรกอยแลว ใหบอกจานวนลแกนดดวยคานาหนาดงน

bis (2), tris (3) tetrakis (4) เชนในชอ ethylenediammine มคา di อยแลว ถามลแกนดนสองโมเลกล

ใหอานวา bis(ethylenediamine)

6. ใหระบเลขออกซเดชนของโลหะเปนเลขโรมนในวงเลบตอทายชอโลหะ โดยใสใน

วงเลบตามหลงชอของโลหะ เชน ใชเลขโรมน III เพอแสดงสภาวะออกซเดชน +3 ของโครเมยมใน

[Cr(NH3)4Cl2]+ ซงมชอเรยกวา tetraamine dichlorochromium(III) ion

7. ถาไอออนเชงซอนเปนไอออนลบ ใหลงทายชอดวย –ate เชน aluminium อานเปน

aluminate ในบางกรณ อาจตองใชชอทมาจากรากเดมในภาษาลาตน เชน

390

Copper อานวา Cuprate

Gold อานวา Aurate

Iron อานวา Ferrate

Lead อานวา Plumbate

Silver อานวา Argentate

Tin อานวา Stannate เปนตน

ขอสงเกต

มสารประกอบโคออรดเนชน 2 ตว ทสามารถอานชอตามความนยมได คอ K4[Fe(CN)6] อาน

วา potassium ferrocyanide และ K3[Fe(CN)6] อานวา potassium ferricyanide ซง “o” ใน ferro

และ “i” ใน ferri ใชเปนทสงเกตวาอะตอมกลาง Fe คอ ferrous (Fe2+) และ ferric (Fe3+) ตามลาดบ

อยางไรกตาม ถาอานชอตามกฎเกณฑการอานชอ จะอานไดดงน K4[Fe(CN)6] อานวา potassium

hexacyanoferrate(II) และ K3[Fe(CN)6] อานวา potassium hexacyanoferrate(III)

391

คาถามทบทวนหนวยท 9 คาถามทบทวน 9.1

1. จงใหนยามของธาตเรฟพรเซนเททฟวาหมายถงธาตชนดใด

2. ธาตหม IA และหม IIA มชอหมวาอยางไร และมสมบตแตกตางกนอยางไร

3. จงเปรยบเทยบคาพลงงานการแตกตวเปนไอออนขนท 1 ของธาต Be Mg Ca Sr และ

Ba จากนอยไปมาก

คาถามทบทวน 9.2

1. อโลหะมคาสภาพไฟฟาลบอยางไร เมอเทยบกนโลหะในหม IA และ IIA

2. อโลหะเมอรบอเลกตรอนแลวจะมประจอยางไร ในหมเดยวกนจะเพมขนหรอลดลง อยางไรในตารางธาต

3. ธาตแฮโลเจนจะเปนไปตามกฎออกเตตตองรบอเลกตรอนกตว

คาถามทบทวน 9.3

1. โลหะแทรนซชนจะตางจากโลหะในหม IA IIA และ IIIA อยางไร

2. โลหะแทรนซชนจะมสภาวะออกซเดชนอยางไร

3. เปนลแกนดทเรยกชอวาอยางไร ( )3 4+

CO NH⎡⎢⎣

⎤⎥⎦

392

แบบฝกหดหนวยท 9

1. จงอธบายกระบวนการผลตแกสไฮโดรเจน โดยการแยกสลายดวยไฟฟา

2. โลหะแอลคาไลมรศมอะตอมเพมขนหรอลดลงอยางไรในตารางธาต(หมท IA)

3. จงเปรยบเทยบสมบตของธาตหม IA กบหม IIA เกยวกบรศมไอออนและคาพลงงานการ

แตกตวเปนไอออนขนท 1

4. การผลตโลหะแมกนเซยม โดยใชนาทะเลเปนวตถดบมกระบวนการอยางไร

5. ออกไซด M2O3 มสมบตตางจากออกไซด MO2 อยางไร (M = โลหะ)

6. ธาตในหม IVA เปนธาตทอยบรเวณใดของตารางธาตและมชอเรยกอยางไร มสมบตเดน

ในดานใด

7. ธาตแฮโลเจนอยในหม VIIA มเวเลนซอเลกตรอนเทาใด และมคาสภาพไฟฟาลบเปน

อยางไร เมอเปรยบเทยบกบธาตหมอน

8. จงเปรยบเทยบรศมอะตอมของธาตตอไปน โดยเรยงจากมากไปนอย C N O F Ne

9. จงบอกสมบตของคลอรนและโปรมนและการนาไปใชประโยชน 10. จงแสดงการจดเรยงอเลกตรอนของ 18 Ar และ 54 Xe

11. ธาตแทรนซชนเปนธาตทอยในบลอกใดของตารางธาตและมสมบตอยางไร 12. สารประกอบโคออรดเนชนเปนสารประกอบอยางไร และมสมบตพเศษอยางไรบาง 13. ลแกนด หมายถงสารใด จงยกตวอยางประกอบ

14. ในไอออนเชงซอน หมใดเปนลแกนดและมจานวนเทาใด ( )2

3 4+

Cu NH⎡⎢⎣

⎤⎥⎦

หนงสออเลกทรอนกส

ฟสกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสกส 1 (ความรอน)

ฟสกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวทยาฟสกส เอกสารคาสอนฟสกส 1ฟสกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสกสดวยภาษา c ฟสกสพศวง สอนฟสกสผานทางอนเตอรเนต

ทดสอบออนไลน วดโอการเรยนการสอน หนาแรกในอดต แผนใสการเรยนการสอน

เอกสารการสอน PDF กจกรรมการทดลองทางวทยาศาสตร

แบบฝกหดออนไลน สดยอดสงประดษฐ

การทดลองเสมอน

บทความพเศษ ตารางธาต)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานกรมฟสกส ลบสมองกบปญหาฟสกส

ธรรมชาตมหศจรรย สตรพนฐานฟสกส

การทดลองมหศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหดกลาง

แบบฝกหดโลหะวทยา แบบทดสอบ

ความรรอบตวทวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐ( คดปรศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คาศพทประจาสปดาห ความรรอบตว

การประดษฐแของโลก ผไดรบโนเบลสาขาฟสกส

นกวทยาศาสตรเทศ นกวทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพศวง การทางานของอปกรณทางฟสกส

การทางานของอปกรณตางๆ

การเรยนการสอนฟสกส 1 ผานทางอนเตอรเนต

1. การวด 2. เวกเตอร3. การเคลอนทแบบหนงมต 4. การเคลอนทบนระนาบ5. กฎการเคลอนทของนวตน 6. การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน7. งานและพลงงาน 8. การดลและโมเมนตม9. การหมน 10. สมดลของวตถแขงเกรง11. การเคลอนทแบบคาบ 12. ความยดหยน13. กลศาสตรของไหล 14. ปรมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอทหนงและสองของเทอรโมไดนามก 16. คณสมบตเชงโมเลกลของสสาร

17. คลน 18.การสน และคลนเสยง การเรยนการสอนฟสกส 2 ผานทางอนเตอรเนต

1. ไฟฟาสถต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตวเกบประจและการตอตวตานทาน 5. ศกยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหลก 8.การเหนยวนา9. ไฟฟากระแสสลบ 10. ทรานซสเตอร 11. สนามแมเหลกไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเหน13. ทฤษฎสมพทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นวเคลยร

การเรยนการสอนฟสกสทวไป ผานทางอนเตอรเนต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตม 4. ซมเปลฮารโมนก คลน และเสยง

5. ของไหลกบความรอน 6.ไฟฟาสถตกบกระแสไฟฟา 7. แมเหลกไฟฟา 8. คลนแมเหลกไฟฟากบแสง9. ทฤษฎสมพทธภาพ อะตอม และนวเคลยร

ฟสกสราชมงคล