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

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

รูป 1.21  ตารางธาตุของเมนเดเลเอฟที่ปรับปรุงใหม่

อย่างไรก็ตามเมนเดเลเอฟไม่สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดจึงต้องจัดเรียง ธาตุตามมวลอะตอม เนื่องจากสมัยนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังศึกษาโครงสร้างของอะตอมและไอโซโทปได้ไม่ ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาเกิดแนวความคิดว่า ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุไม่น่าจะขึ้นอยู่กับมวลอะตอมของธาตุ แต่น่าจะขึ้นอยู่กับสมบัติอื่นที่มีความสัมพันธ์กับมวลอะตอม เฮนรี โมสลีย์  นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้เสนอให้จัดธาตุเรียงตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆ ของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ตารางธาตุในปัจจุบันจึงได้จัดเรียงธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปมากซึ่งสอดคล้อง กับกฎพิริออดิกที่ได้กล่าวมาแล้ว
ตารางธาตุที่นิยมใช้ในปัจจุบันได้ปรับปรุงมาจากตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ แต่เรียงธาตุตามลำดับเลขอะตอมแทนการเรียงตามมวลอะตอม ดังรูป 1.22

 

 

 

 

รูป 1.22  ตารางธาตุในปัจจุบัน

 -  การจัดธาตุเป็นหมู่และคาบมีความสัมพันธ์กับการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุหรือไม่อย่างไร
-  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 โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท หมู่ 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 คาบ จำนวนธาตุในแต่ละคาบจะเป็นดังนี้ 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  \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^1  ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานเป็น  2  8   1
ธาตุ  K  มีเลขอะตอมเท่ากับ  19  จัดอิเล็กตรอนเป็น \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานเป็น 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

การที่นักวิทยาศาสตร์จัดธาตุเป็นหมู่และเป็นคาบในรูปของตารางธาตุเพื่อให้ ง่ายต่อการศึกษาสมบัติของธาตุต่างๆ รายละเอียดเกี่ยวกับสมบัติของธาตุตามตารางธาตุเป็นอย่างไร

credit   :     http://www.vcharkarn.com

แสดงความคิดเห็น

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

Create a free website or blog at WordPress.com. The Adventure Journal Theme.

ติดตาม

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: