ขนาดไอออน

1. “ไอออนของอโลหะในหมู่เดียวกัน จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น”และ “ไอออนของอโลหะในคาบเดียวกันจะมีขนาดเล็กลง เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น” ขนาดไอออน “ไอออนของโลหะในหมู่เดียวกันจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น”และ“ไอออนของโลหะในคาบเดียวกันจะมีขนาดเล็กลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น” ธาตุที่กลายเป็นไอออนบวกจะมีขนาดเล็กลง ธาตุที่กลายเป็นไอออนลบจะมีขนาดใหญ่ขึ้น

2. Ionization Energy (IE) พลังงานที่ใช้ในการดึง e-หลุดออกจากอะตอมในสภาวะก๊าซ กลายเป็นไอออนบวกในสภาวะก๊าซ อะตอมใดมีขนาดเล็ก จะทำให้ดึง e- ออกยาก IE สูง อะตอมใดมีขนาดใหญ่ จะทำให้ดึง e- ออกง่าย IE ต่ำ

3. Ionization Energy (IE) -We can remove any number of electrons in sequence, forming ions with greater charge -Each successively removed electron has successively greater ionization energy: First ionization energy IE1: A(g) A+(g) + e-(g) Second ionization energy IE2: A+(g) A2+(g) + e-(g) Third ionization energy IE3: A2+ A3+(g) + e-(g)

4. Successive Ionization Energies (kJ/mol)

5. First Ionization Energy เพิ่มขึ้น First Ionization Energy เพิ่มขึ้น ตามคาบจำนวนประจุบวกเพิ่มมากขึ้น e- ถูกดึงดูดมาอยู่ใกล้ Nu ได้มากe- หลุดยาก IE สูง ตามหมู่ระดับพลังงานมากขึ้น e- อยู่ไกล Nu มาก e- หลุดง่าย IE ต่ำ

6. X (g) + e- X-(g) O (g) + e- O-(g) F (g) + e- F-(g) Electron Affinity(EA) คือพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากการรับอิเล็กตรอนของอะตอมธาตุแล้วเกิดเป็นแอนไอออน ณ สถานะแก๊ส Electron Affinity ธาตุที่มี EA สูง จะคายพลังงานออกมามากเมื่อรับอิเล็กตรอนเข้าไป ทำให้เกิดไอออนลบที่มีความเสถียรมาก ดังนั้นค่า EA จึงใช้ทำนายความสามารถในการเป็นไอออนลบ กล่าวคือ ธาตุที่มี EA สูง จะสามารถเกิดเป็นไอออนลบได้ง่ายกว่าธาตุที่มี EA ต่ำ H = -328 kJ/mol EA = +328 kJ/mol H = -141 kJ/mol EA = +141 kJ/mol

7. ธาตุในหมู่เดียวกัน ค่า EA เพิ่มขึ้นจากล่างขึ้นบน เพราะธาตุข้างบนมีขนาดเล็กกว่าธาตุข้างล่าง จึงมีแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกที่นิวเคลียสกับอิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้าในอะตอมได้มากกว่า ระยะทางจากนิวเคลียสถึงขอบเขตของอะตอมสั้นกว่าอะตอมที่มีขนาดใหญ่ที่อยู่ข้างล่างของหมู่ ธาตุข้างบนรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าธาตุข้างล่าง EA จึงมากกว่า Electron Affinity ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า EA เพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาของตารางธาตุ เพราะธาตุทางขวามีขนาดเล็กกว่าธาตุทางซ้าย จึงรับ e- ได้ดีกว่า e- ที่เข้ามาใหม่จะถูกดึงดูดด้วย Nucleus ได้มากกว่า EA จึงมากกว่า

8. Electronegativity อิเล็กโตรเนกาติวิตี้ ( Electronegativity ) เป็นค่าสมบัติที่แสดงความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจาก Nucleus e- คู่ร่วมพันธะของอะตอมที่มีขนาดเล็ก จะได้รับแรงดึงดูดจาก Nucleus มาก  EN สูง e- คู่ร่วมพันธะของอะตอมที่มีขนาดใหญ่ จะได้รับแรงดึงดูดจาก Nucleus น้อย  EN ต่ำ

9. Electronegativity ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า EN จะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาเพราะขนาดอะตอมเล็กลงทำให้ได้รับแรงดึงดูดจากนิวเคลียสมากกว่าอะตอมที่มีขนาดใหญ่ EN จึงสูงขึ้น ธาตุหมู่เดียวกัน ค่า EN จะลดลงจากบนลงล่าง เพราะขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นทำให้นิวเคลียสมีโอกาสดึงดูดอิเล็กตรอนได้น้อยกว่าอะตอมที่มีขนาดเล็ก EN จึงต่ำลง

10. จุดหลอมเหลวและจุดเดือดจุดหลอมเหลวและจุดเดือด ก. โลหะในหมู่เดียวกันคือ หมู่ IA , IIA, และ IIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้มลดลง เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น”เนื่องจากความแข็งแรงของพันธะโลหะลดลง เพราะมีขนาดอะตอมใหญ่ขึ้น ข. โลหะในคาบเดียวกันคือ โลหะในหมู่ IA , IIA, และ IIIA ในคาบต่างๆ “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้มสูงขึ้น เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น”เนื่องจากมีพันธะโลหะที่แข็งแรงมากขึ้น ทั้งนี้เพราะอะตอมมีขนาดเล็กลงและมีจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น หมายเหตุสำหรับธาตุหมู่ IVA และ VA จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงไม่ชัดเจน เนื่องจากมีโครงสร้างและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่แตกต่างกัน สูง หมู่ IA หมู่IVA (โลหะ) ต่ำ

11. จุดหลอมเหลวและจุดเดือดจุดหลอมเหลวและจุดเดือด ก.อโลหะในหมู่เดียวกันคือ หมู่ VIA , VIIA, และ VIIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น”เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลคือแรงวันเดอร์วาลส์เพิ่มขึ้น เพราะมวลโมเลกุลและขนาดโมเลกุลเพิ่มขึ้น ข. อโลหะในคาบเดียวกันคือ อโลหะ หมู่ VA, VIA , VIIA, และ VIIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้มลดต่ำลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น” เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลคือ แรงวันเดอร์วาลส์มีค่าลดลง เพราะขนาดของโมเลกุลเล็กลง โดยเฉพาะก๊าซเฉื่อยเป็นก๊าซประเภทโมเลกุลเดี่ยว และมีขนาดเล็ก มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำมาก หมู่ VA หมู่VIIIA ต่ำ (อโลหะ) สูง

12. Oxidation Number เลขออกซิเดชัน เป็นตัวเลขเพื่อแสดงค่าประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเลขจำนวนเต็มรวมทั้งศูนย์และอาจมีเครื่องหมายเป็นบวกหรือลบก็ได้ การกำหนดค่าเลขออกซิเดชัน มีกฎดังนี้ คือ 1. อะตอมของธาตุต่าง ๆ ในสภาวะอิสระ ไม่ว่าจะอยู่ในรูปที่เป็นอะตอมเดียว หรือโมเลกุล จะมีเลขออกซิเดชันเท่ากับศูนย์ เช่น Na, Be, He, O2, S8 2. ไอออนที่มีอะตอมเดี่ยวเลขออกซิเดชันจะมีค่าเท่ากับประจุของไอออนนั้น เช่น Na+ มีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ +1 Be2+ มีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ +2 O2- มีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ -2 3. เลขออกซิเดชันของโลหะอัลคาไล (หมู่ IA) และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (หมู่ IIA) ในสารประกอบต่าง ๆ มีค่าเท่ากับ +1 และ +2 ตามลำดับ

13. Oxidation Number • 4. เลขออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบส่วนมากมีค่าเท่ากับ -2 ยกเว้น • สารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น H2O2 และ Na2O2 ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน -1 • สารประกอบซุปเปอร์ออกไซด์ เช่น KO2  ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน -1/2 • สารประกอบ OF2  ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน +2 • 5. เลขออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนมากมีค่าเท่ากับ +1 ยกเว้นในสารประกอบพวกไฮไดรด์ไอออนิก ซึ่งไฮโดรเจนมีค่าเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 เช่น LiAlH4 และ NaBH4 • 6. ผลรวมทางพีชคณิตของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในสูตรเคมีใด ๆ จะมีค่าเท่ากับประจุสำหรับกลุ่มของอะตอมที่เขียนแสดงในสูตรนั้น ๆ เช่น ผลรวมของเลขออกซิเดชันของ KMnO4 เท่ากับ 0 ผลรวมของเลขออกซิเดชันของ NO3- เท่ากับ -1

14. Oxidation Number ตัวอย่างที่1 จงหาเลขออกซิเดชันของ S ใน H2SO4 สมมติเลขออกซิเดชันของ S = x, เลขออกซิเดชันของ H = +1 2 อะตอมของ H มีเลขออกซิเดชันรวม = (+1  2) = +2 เลขออกซิเดชันของ O = -2 4 อะตอมของ O มีเลขออกซิเดชันรวม = (-2 4) = -8 ผลรวมของเลขออกซิเดชันธาตุทั้งหมดในสารประกอบเท่ากับ 0 ดังนั้น +2 + x + (-8) = 0 x = +6 เลขออกซิเดชันของ S ใน H2SO4 = +6

15. Oxidation Number ตัวอย่างที่2 จงหาเลขออกซิเดชันของ Co ใน [Co(CN)6]4- สมมติเลขออกซิเดชันของ Co = x, เลขออกซิเดชันของ CN = -1 ผลรวมเลขออกซิเดชันของ CN = (-1  6) = -6 ผลรวมเลขออกซิเดชันธาตุทั้งหมดในไอออนเท่ากับประจุของไอออนเท่ากับ -4 ดังนั้น x + (-6) = -4 x = +2 เลขออกซิเดชันของ Co ใน [Co(CN)6]4- = +2

16. Oxidation Number

17. โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ

18. โลหะ • โลหะส่วนใหญ่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี ตีแผ่ให้เป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้ ออกไซด์ของโลหะเป็นเบส มักมีเลขออกซิเดชันเป็นบวกเมื่อเกิดเป็นสารประกอบ • ธาตุหมู่เดียวกัน ความเป็นโลหะจะเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง • ธาตุคาบเดียวกัน ความเป็นโลหะจะลดลงจากซ้ายลงไปขวา • โลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ • โลหะส่วนใหญ่มักจะถูกออกซิไดส์มากกว่าถูกรีดิวซ์

19. โลหะ • เมื่อโลหะถูกออกซิไดส์ โลหะจะกลายเป็นไอออนบวก • โลหะหมู่ 1A จะเกิดไอออน M+ • โลหะหมู่ 2A จะเกิดไอออน M2+ • ขณะที่โลหะทรานสิชันสามารถมีประจุได้หลายค่า • ออกไซด์ของโลหะเป็นออกไซด์เบส: • Metal oxide + water  metal hydroxide • Na2O(s) + H2O(l)  2NaOH(aq)

20. อโลหะ • เมื่ออโลหะทำปฎิกิริยาหรือเกิดเป็นสารประกอบกับโลหะ • อโลหะจะมีแนวโน้มเป็นตัวรับอิเล็กตรอน: • metal + nonmetal  salt • 2Al(s) + 3Br2(l)  2AlBr3(s) • ออกไซด์ของอโลหะเป็นออกไซด์กรด: • nonmetal oxide + water  acid • P4O10(s) + H2O(l)  4H3PO4(aq)

21. กึ่งโลหะ • กึ่งโลหะเป็นธาตุที่มีสมบัติอยู่ระหว่างโลหะและอโลหะ เช่น ซิลิกอน เป็นธาตุที่มีความมันวาว แต่เปราะ • ธาตุกึ่งโลหะมีการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ

22. หมู่ I A (Alkaline Metals) • หมู่ I A มี Valence e- = 1 ได้แก่ Li, Na, K, Rb, Cs, Fr • เป็นโลหะที่ว่องไวที่สุด ต้องเก็บไว้ในน้ำมันแร่ เช่น น้ำมันก๊าด เพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยากับอากาศ ความชื้น

24. โลหะหมู่ IA (โลหะอัลคาไล) • โลหะอัลคาไล มีลักษณะอ่อนซึ่งตัดได้ง่าย • โลหะหมู่นี้มีแนวโน้มที่จะสูญเสีย s อิเล็กตรอน • M  M+ + e- • ความว่องไวจะเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง • เมื่อทำปฎิกิริยากับน้ำจะเกิดเป็นสารประกอบไฮดรอกไซด์กับแก๊สไฮโดรเจน: • 2M(s) + 2H2O(l)  2MOH(aq) + H2(g)

25. โลหะหมู่ IA • โลหะอัลคาไลเมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนสามารถเกิดเป็นออกไซด์ชนิดต่างๆเช่น: • 4Li(s) + O2(g)  2Li2O(s) (ออกไซด์) • 2Na(s) + O2(g)  Na2O2(s) (เปอร์ออกไซด์) • K(s) + O2(g)  KO2(s) (ซุปเปอร์ออกไซด์) • เมื่อนำโลหะอัลคาไลไปวางในเปลวไฟ จะให้แสงที่มีสีออกมาเนื่องจาก s อิเล็กตรอนในสถานะกระตุ้นคายพลังงานกลับคืนสถานะพื้น

26. Li line: 2p  2s transition Na line (589 nm): 3p  3s transition K line: 4p  4s transition โลหะหมู่ IA

27. สมบัติบางประการของโลหะหมู่ IA

28. หมู่ II A (Alkaline earth) • หมู่ II A มี Valence e- = 2 ได้แก่ Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra • เป็นส่วนประกอบของเปลือกโลกมีความว่องไวน้อยกว่าหมู่ I A

30. โลหะหมู่ IIA (โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท) • โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท มีความแข็งและความหนาแน่นมากกว่าโลหะอัลคาไล • โลหะหมู่นี้มีแนวโน้มที่จะสูญเสีย s อิเล็กตรอน 2 ตัว: • M  M2+ + 2e-. • Mg(s) + Cl2(g)  MgCl2(s) • 2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s)

31. สมบัติบางประการของโลหะหมู่ IIA

32. ธาตุหมู่ VIA • ความเป็นโลหะจะเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง (O2เป็นแก๊ส Te เป็นกึ่งโลหะ Po เป็นโลหะ) • ออกซิเจนนอกจากจะเกิดในรูปของ O2ซึ่งเสถียรดีแล้ว ยังเกิดในรูปของโอโซน O3 ได้อีกด้วย • โอโซนสามารถเตรียมโดยผ่านประกายไฟฟ้าเข้าไปในออกซิเจน O2 • 3O2(g)  2O3(g) H = +284.6 kJ • โอโซนมีสีน้ำเงิน กลิ่นฉุนและเป็นพิษ

33. ธาตุหมู่ VIA • ออกซิเจน(O2) เป็นตัวออกซิไดส์ที่ดี และไอออน O2-มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนแก๊สมีตระกูล • ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน 2- (เช่น H2O) 1- (เช่น H2O2) • กำมะถันเป็นธาตุอีกตัวที่มีความสำคัญในหมู่นี้ โครงสร้างที่เสถียรประกอบด้วยกำมะถัน 8 อะตอม • เมื่อเกิดเป็นสารประกอบ กำมะถันจะเกิดเป็นไอออนลบ S2- (ซัลไฟด์)

34. สมบัติบางประการของธาตุหมู่ VIA

35. หมู่ VII A (Halogen) • หมู่ VII A มี Valence e- = 7 ได้แก่ F, Cl, Br, I, At ในรูปอิสระจะเป็นพิษ อาจทำให้ตายได้ หากอยู่ในรูปไอออนจะมีประโยชน์ • Halogen = ทำให้เกิดเกลือ (มีโลหะไปแทนที่จะได้เกลือ)

37. ธาตุหมู่ VIIA (ฮาโลเจน) • เฮโลเจนจะรับอิเล็กตรอน กลายเป็นไอออนลบ: • X2 + 2e- 2X- • ฟลูออรีนเป็นธาตุที่ว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา: • 2F2(g) + 2H2O(l)  4HF(aq) + O2(g) • H = -758.7 kJ • เฮโลเจนทุกตัวจะเป็นโมเลกุลคู่X2

38. สมบัติบางประการของธาตุหมู่ VIIA

39. หมู่ VIII A (Inert Gas หรือ Noble Gas) • หมู่ VIII A มี Valence e- = 8 ได้แก่ He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn • He ใช้บรรจุในบอลลูน บรรจุในถังแก๊สของนักประดาน้ำโดยผสมกับ O • Ne ใช้ในหลอดไฟ • Ar ผลิตรังสี เลเซอร์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง

40. Group 8A Elements (ns2 np6, n ไม่ต่ำกว่า 2)

41. แก๊สมีตระกูล(แก๊สเฉื่อย)แก๊สมีตระกูล(แก๊สเฉื่อย) • ทุกตัวเป็นอโลหะและเป็นอะตอมเดี่ยว • ทุกตัวมีอิเล็กตรอนใน s และ p ออร์บิทัลที่เต็ม • ในปี 1962 ได้มีการเตรียมสารประกอบของแก๊สมีตระกูลของซีนอนเป็นตัวแรก: XeF2 XeF4และ XeF6 • ปัจจุบันได้มีการเตรียมสารประกอบของแก๊สมีตระกูลมากขึ้นเช่น KrF2และ HArF

42. สมบัติบางประการของแก๊สมีตระกูลสมบัติบางประการของแก๊สมีตระกูล

43. สรุป

44. แบบฝึกหัด ขนาดอะตอมของธาตุในคาบเดียวกันเป็นอย่างไรจากซ้ายไปขวาของตารางธาตุ 1) ขนาดอะตอมจะเล็กลงเนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนมากขึ้น 2) ขนาดอะตอมจะเล็กลงเนื่องจากจำนวนชั้นของอิเล็กตรอนมากขึ้น 3) ขนาดอะตอมจะใหญ่ขึ้นเนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนมากขึ้น 4) ขนาดอะตอมจะใหญ่ขึ้นเนื่องจากจำนวนชั้นของอิเล็กตรอนมากขึ้น 5) ขนาดอะตอมจะเท่ากันสำหรับธาตุในคาบเดียวกัน

45. แบบฝึกหัด ข้อใดไม่ใช่คุณสมบัติของโลหะ 1) นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี 2) ออกไซด์ของโลหะเป็นเบส 3) โลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ 4) โลหะส่วนใหญ่มักจะให้อิเล็กตรอนมากกว่ารับอิเล็กตรอน 5) เมื่อโลหะถูกออกซิไดส์โลหะจะกลายเป็นไอออนลบ ข้อใดไม่ใช่คุณสมบัติของธาตุหมู่ 1 1) อิเล็กตรอนวงนอกเท่ากับ 1 2) มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาสูง 3) มีความเป็นโลหะ 4) ทำปฏิกิริยาน้ำได้เบส 5) ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยากับกรด

46. แบบฝึกหัด • จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนของ 20Ca และ 35Br • 2,8,10 และ 2,8,18,7 2) 2,8,8,2 และ 2,8,7,18 • 3) 2,8,8,2 และ 2,8,18,7 4) 2,8,10 และ 2,8,8,8,8,1 • 5) 2,8,8,2 และ 2,8,8,2,7 • จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของ A,B,C,X,Y • ก. A < B < C • ข. X > Y • ค. X < A • จงพิจารณาว่าข้อใดต่อไปนี้ไม่ถูกต้อง • 1) ก. และ ข. และ ค. 2) ก. และ ข. 3) ก. 4) ข. 5) ค.

47. แบบฝึกหัด • ธาตุใดต่อไปนี้อยู่ในหมู่เดียวกัน • Na, Cl, Br, C 2) C, O, N, F 3) N, P, K, Mo • 4) O, S, Se, Te 5) He, Ne, Br, Ar