วิวัฒนาการของการสร้างตารางธาตุ
ภายหลังการค้นพบธาตุต่างๆ และศึกษาสมบัติของธาตุเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้หาความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติต่างๆ ของธาตุและนำมาใช้จัดธาตุเป็นกลุ่มได้หลายลักษณะ ในปี พ.ศ.2360 (ค.ศ. 1817) โยฮันน์ เดอเบอไรเนอร์เป็นนักเคมีคนแรกที่พยายามจัดธาตุเป็นกลุ่มๆ ละ 3 ธาตุตามสมบัติที่คล้ายคลึงกันเรียกว่า ชุดสาม โดยพบว่าธาตุกลางจะมีมวลอะตอม *เป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีกสองธาตุที่เหลือ ตัวอย่างธาตุชุดสามของเดอเบอไรเนอร์ เช่น Na เป็นธาตุกลางระหว่าง Li กับ K มีมวลอะตอม 23 ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของธาตุ Li ซึ่งมีมวลอะตอม 7 กับธาตุ K ซึ่งมีมวลอะตอม 39 แต่เมื่อนำหลักของชุดสามไปใช้กับธาตุกลุ่มอื่นที่มีสมบัติคล้ายกัน พบว่าค่ามวลอะตอมของ ธาตุกลางไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของสองธาตุที่เหลือ หลักชุดสามของเดอเบอไรเนอร์จึงไม่เป็นที่ยอมรับในเวลาต่อมา
ในปี พ.ศ. 2407 จอห์น นิวแลนด์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอกฎในการจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ (ไม่รวมธาตุไฮโดรเจนและแก๊สเฉื่อย) เช่น เริ่มต้นเรียงโดยใช้ธาตุ Li เป็นธาตุที่ 1 ธาตุที่ 8 จะเป็น Na ซึ่งมีสมบัติคล้ายธาตุ Li ดังตัวอย่างการจัดต่อไปนี้
ในปี พ.ศ. 2407 จอห์น นิวแลนด์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอกฎในการจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากพบว่าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนกับธาตุที่ 1 เสมอ (ไม่รวมธาตุไฮโดรเจนและแก๊สเฉื่อย) เช่น เริ่มต้นเรียงโดยใช้ธาตุ Li เป็นธาตุที่ 1 ธาตุที่ 8 จะเป็น Na ซึ่งมีสมบัติคล้ายธาตุ Li ดังตัวอย่างการจัดต่อไปนี้
การจัดเรียงธาตุตามแนวคิดของนิวแลนด์ใช้ได้ถึงธาตุแคลเซียมเท่านั้น กฎนี้ไม่สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดมวลอะตอมจึงเกี่ยวข้องกับสมบัติที่ คล้ายคลึงกันของธาตุ ทำให้ไม่เป็นที่ยอมรับในเวลาต่อมา
ยูลิอุสโลทาร์ ไมเออร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันและดิมิทรี อิวา-โนวิช เมนเดเลเอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ได้ศึกษารายละเอียดของธาตุต่างๆ มากขึ้นทำให้มีข้อสังเกตเช่นเดียวกันว่า ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากจะพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ การที่ธาตุต่างๆ มีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงเช่นนี้เมนเดเลเอฟตั้งเป็นกฎเรียกว่า กฎพิริออดิก และได้เสนอความคิดนี้ในปี พ.ศ. 2412 ก่อนที่ไมเออร์จะเผยแพร่ผลงานของเขาหนึ่งปีเพื่อเป็นการให้เกียรติแก่เมนเด เลเอฟ จึงเรียกตารางนี้ว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ ในปีต่อมาเมนเดเลเอฟได้ปรับปรุงตารางธาตุใหม่ ดังสำเนาภาพในรูป 1.21
ยูลิอุสโลทาร์ ไมเออร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันและดิมิทรี อิวา-โนวิช เมนเดเลเอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ได้ศึกษารายละเอียดของธาตุต่างๆ มากขึ้นทำให้มีข้อสังเกตเช่นเดียวกันว่า ถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากจะพบว่าธาตุมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงๆ การที่ธาตุต่างๆ มีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงเช่นนี้เมนเดเลเอฟตั้งเป็นกฎเรียกว่า กฎพิริออดิก และได้เสนอความคิดนี้ในปี พ.ศ. 2412 ก่อนที่ไมเออร์จะเผยแพร่ผลงานของเขาหนึ่งปีเพื่อเป็นการให้เกียรติแก่เมนเด เลเอฟ จึงเรียกตารางนี้ว่า ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ ในปีต่อมาเมนเดเลเอฟได้ปรับปรุงตารางธาตุใหม่ ดังสำเนาภาพในรูป 1.21
รูป 1.21 ตารางธาตุของเมนเดเลเอฟที่ปรับปรุงใหม่
อย่างไรก็ตามเมนเดเลเอฟไม่สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดจึงต้องจัดเรียง ธาตุตามมวลอะตอม เนื่องจากสมัยนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังศึกษาโครงสร้างของอะตอมและไอโซโทปได้ไม่ ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาเกิดแนวความคิดว่า ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุไม่น่าจะขึ้นอยู่กับมวลอะตอมของธาตุ แต่น่าจะขึ้นอยู่กับสมบัติอื่นที่มีความสัมพันธ์กับมวลอะตอม เฮนรี โมสลีย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้เสนอให้จัดธาตุเรียงตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆ ของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ตารางธาตุในปัจจุบันจึงได้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปมากซึ่งสอดคล้อง กับกฎพิริออดิกที่ได้กล่าวมาแล้ว
ตารางธาตุที่นิยมใช้ในปัจจุบันได้ปรับปรุงมาจากตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ แต่เรียงธาตุตามลำดับเลขอะตอมแทนการเรียงตามมวลอะตอม ดังรูป 1.22
ตารางธาตุที่นิยมใช้ในปัจจุบันได้ปรับปรุงมาจากตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ แต่เรียงธาตุตามลำดับเลขอะตอมแทนการเรียงตามมวลอะตอม ดังรูป 1.22
รูป 1.22 ตารางธาตุในปัจจุบัน
– การจัดธาตุเป็นหมู่และคาบมีความสัมพันธ์กับการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุหรือไม่อย่างไร
– จงสืบค้นข้อมูลและนำเสนอภาพการแบ่งธาตุเป็นกลุ่ม s p d และ f ตามลักษณะการจัดอิเล็กตรอนในออร์บิทัล
– จงสืบค้นข้อมูลและนำเสนอภาพการแบ่งธาตุเป็นกลุ่ม s p d และ f ตามลักษณะการจัดอิเล็กตรอนในออร์บิทัล
ตารางธาตุที่ใช้อยู่ในปัจจุบันแบ่งธาตุในแนวตั้งออกเป็น 18 แถว โดยเรียกแถวในแนวตั้งว่า หมู่ ธาตุในแนวตั้งยังแบ่งเป็นกลุ่มย่อย A กับ B กลุ่ม A มี 8 หมู่ คือ IA ถึง VIIIA หมู่ IA มีชื่อเรียกว่า โลหะแอลคาไล หมู่ IIA เรียกว่า โลหะแอลคาไลน์เอิร์ทหมู่ VIIA เรียกว่า หมู่ธาตุแฮโลเจน และหมู่ VIIA เรียกว่า แก๊สเฉื่อยหรือแก๊สมีตระกูล กลุ่ม B มี 8 หมู่เช่นเดียวกันคือ IB ถึง VIIIB แต่ใน VIIIB จะมี 3 แถวธาตุกลุ่ม B ทั้งหมดเรียกว่ากลุ่ม ธาตุแทรนซิชัน
ธาตุที่อยู่ในแนวนอนมี 7 แถว แต่ละแถวจัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้นตามลำดับ และเรียกแถวในแนวนอนว่า คาบจำนวนธาตุในแต่ละคาบจะเป็นดังนี้ คาบที่ 1 มี 2 ธาตุ คาบที่ 2 และ 3 มีคาบละ 8 ธาตุ คาบที่ 4 และ 5 มีคาบละ 18 ธาตุ คาบที่ 6 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม กลุ่มแรกมี 18 ธาตุ คือ Cs ถึง Rn กลุ่มที่สองมี 14 ธาตุ คือ Ce ถึง Lu และเรียกกลุ่มนี้ว่า กลุ่มธาตุ แลนทาไนด์ คาบ ที่ 7 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม กลุ่มแรกเริ่มจาก Fr เป็นต้นไปและมีการค้นพบเพิ่มขึ้นอยู่ตลอดเวลา ส่วนกลุ่มหลังมี 14 ธาตุคือ Th ถึง Lr ซึ่งมีชื่อเรียกว่า กลุ่มธาตุ แอกทิไนด์
เมื่อพิจารณาการจัดอิเล็กตรอนของธาตุในตารางธาตุพบว่าธาตุในแนวตั้งที่อยู่ ในกลุ่มย่อย A จะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากันและจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะตรงกับเลขหมู่ สำหรับธาตุตามแนวนอนที่อยู่ในคาบเดียวกัน พบว่าธาตุในกลุ่มย่อย A มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน และจำนวนระดับพลังงานจะตรงกับเลขที่คาบ เช่น
ธาตุ Na มีเลขอะตอมเท่ากับ 11 จัดอิเล็กตรอนเป็น
ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานเป็น 2 8 1
ธาตุ K มีเลขอะตอมเท่ากับ 19 จัดอิเล็กตรอนเป็น
ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานเป็น 2 8 8 1
ดังนั้น ธาตุ Na และ K จึงอยู่ในหมู่ IL เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1
Na อยู่ในคาบที่ 3 เพราะมีจำนวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเท่ากับ 3
K จะอยู่ในคาบที่ 4 เพราะมีจำนวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเท่ากับ 4
การจัดอิเล็กตรอนในออร์บิทัล s p d และ f ของธาตุในตารางธาตุนั้น ถ้าพิจารณจากออร์บิทัลที่มีพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ในแต่ละ ธาตุสามารถแบ่งกลุ่มธาตุในตารางธาตุได้ดังนี้คือ ธาตุกลุ่ม s ได้แก่ธาตุในหมู่ IA และ IIA กลุ่ม p ได้แก่ธาตุในหมู่ IIIA จนถึง VIIA และแก๊สเฉื่อย กลุ่ม d ได้แก่ธาตุในหมู่ IIIB จนถึง IIB ส่วนธาตุในกลุ่ม f ได้แก่กลุ่มธาตุแลนทาไนด์และแอกทิไนด์
จากการที่นักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษาทดลองจนค้นพบธาตุเพิ่มขึ้นอีกหลายธาตุแต่ ยังไม่มีการกำหนดสัญลักษณ์ที่แน่นอน บางครั้งธาตุชนิดเดียวกันถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงทำให้มีชื่อ เรียกแตกต่างกันองค์การนานาชาติทางเคมี (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
– นักเรียนคิดว่าธาตุที่มีเลขอะตอม 112 จะมีชื่อว่าอย่างไร และธาตุที่มีสัญลักษณ์ Unh และ Uno มีเลขอะตอมเท่าใด
ธาตุที่อยู่ในแนวนอนมี 7 แถว แต่ละแถวจัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้นตามลำดับ และเรียกแถวในแนวนอนว่า คาบจำนวนธาตุในแต่ละคาบจะเป็นดังนี้ คาบที่ 1 มี 2 ธาตุ คาบที่ 2 และ 3 มีคาบละ 8 ธาตุ คาบที่ 4 และ 5 มีคาบละ 18 ธาตุ คาบที่ 6 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม กลุ่มแรกมี 18 ธาตุ คือ Cs ถึง Rn กลุ่มที่สองมี 14 ธาตุ คือ Ce ถึง Lu และเรียกกลุ่มนี้ว่า กลุ่มธาตุ แลนทาไนด์ คาบ ที่ 7 แบ่งเป็น 2 กลุ่ม กลุ่มแรกเริ่มจาก Fr เป็นต้นไปและมีการค้นพบเพิ่มขึ้นอยู่ตลอดเวลา ส่วนกลุ่มหลังมี 14 ธาตุคือ Th ถึง Lr ซึ่งมีชื่อเรียกว่า กลุ่มธาตุ แอกทิไนด์
เมื่อพิจารณาการจัดอิเล็กตรอนของธาตุในตารางธาตุพบว่าธาตุในแนวตั้งที่อยู่ ในกลุ่มย่อย A จะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากันและจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะตรงกับเลขหมู่ สำหรับธาตุตามแนวนอนที่อยู่ในคาบเดียวกัน พบว่าธาตุในกลุ่มย่อย A มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน และจำนวนระดับพลังงานจะตรงกับเลขที่คาบ เช่น
ธาตุ Na มีเลขอะตอมเท่ากับ 11 จัดอิเล็กตรอนเป็น
ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานเป็น 2 8 1ธาตุ K มีเลขอะตอมเท่ากับ 19 จัดอิเล็กตรอนเป็น
ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานเป็น 2 8 8 1ดังนั้น ธาตุ Na และ K จึงอยู่ในหมู่ IL เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1
Na อยู่ในคาบที่ 3 เพราะมีจำนวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเท่ากับ 3
K จะอยู่ในคาบที่ 4 เพราะมีจำนวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเท่ากับ 4
การจัดอิเล็กตรอนในออร์บิทัล s p d และ f ของธาตุในตารางธาตุนั้น ถ้าพิจารณจากออร์บิทัลที่มีพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ในแต่ละ ธาตุสามารถแบ่งกลุ่มธาตุในตารางธาตุได้ดังนี้คือ ธาตุกลุ่ม s ได้แก่ธาตุในหมู่ IA และ IIA กลุ่ม p ได้แก่ธาตุในหมู่ IIIA จนถึง VIIA และแก๊สเฉื่อย กลุ่ม d ได้แก่ธาตุในหมู่ IIIB จนถึง IIB ส่วนธาตุในกลุ่ม f ได้แก่กลุ่มธาตุแลนทาไนด์และแอกทิไนด์
จากการที่นักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษาทดลองจนค้นพบธาตุเพิ่มขึ้นอีกหลายธาตุแต่ ยังไม่มีการกำหนดสัญลักษณ์ที่แน่นอน บางครั้งธาตุชนิดเดียวกันถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงทำให้มีชื่อ เรียกแตกต่างกันองค์การนานาชาติทางเคมี (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
– นักเรียนคิดว่าธาตุที่มีเลขอะตอม 112 จะมีชื่อว่าอย่างไร และธาตุที่มีสัญลักษณ์ Unh และ Uno มีเลขอะตอมเท่าใด
การที่นักวิทยาศาสตร์จัดธาตุเป็นหมู่และเป็นคาบในรูปของตารางธาตุเพื่อให้ ง่ายต่อการศึกษาสมบัติของธาตุต่างๆ รายละเอียดเกี่ยวกับสมบัติของธาตุตามตารางธาตุเป็นอย่างไร
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น