คลิกที่น - โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

Report
Inorganic Chemistry
Aj. Chatuporn Sawatruksa
Department of Chemistry Room 3501
[email protected]
Facebook: Chatuporn sawatruksa
08-6528-9482
Periodic table
• วิวัฒนาการตารางธาตุ และแนวโน้ มตามตารางธาตุ
• สมบัตทิ างกายภาพ ปฏิกริ ิยาเคมี และสารประกอบ
ของธาตุหมู่ 1, 2 ของธาตุกลุ่ม s-block
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
2
Periodic Table
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
3
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
4
• วิวัฒนาการตารางธาตุ และแนวโน้ มตามตารางธาตุ
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
5
1817 Johann Dobereiner
Li Na K (7 + 39) ÷ 2 = 23
7 23 39
Ca Sr Ba (40 + 137) ÷ 2 = 88
40 88 137
But
Cu Ag
63.6 108
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
Au
197
จัดธาตุเป็ นหมวดหมูๆ่ ละ 3 ธาตุ
ตามสมบัติที่คล้ ายคลึงกัน เรี ยกว่า
triads โดยธาตุตวั กลางจะมีน ้าหนัก
อะตอมเป็ นค่าเฉลี่ยของน ้าหนัก
อะตอมของธาตุที่เหลือกฎนี ้เรี ยกว่า
Law of Triads
(63.6 + 197) ÷ 2 = 130.3
6
1864 John Newlands
Li
Be
B
C
N
O
F
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
Ca
Cr
Ti
Mn
Fe
Co,Ni
Cu
Zn
Y
In
As
Se
Br
Law of Octaves ถ้ านาธาตุมาเรี ยงลาดับตามน ้าหนักอะตอม จะพบว่า ธาตุ
ตัวที่ 8 จะมีสมบัติคล้ ายธาตุตวั ที่ 1 โดยเริ่มจากธาตุใดก็ได้ ไม่รวม
ไฮโดรเจน กับแก๊ สมีตระกูล
* กฎนี ้ใช้ ได้ กบั ธาตุที่มีน ้าหนักอะตอมไม่เกินน ้าหนักอะตอมของแคลเซียม
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
7
1869-1870 Julius Lothar Meyer and
Dmitri Ivanovich Mendeleev
 ถ้ าเรี ยงตามน ้าหนักอะตอมจากน้ อยไปหามาก แล้ ว
แบ่งเป็ นแถวให้ เหมาะสม ธาตุที่มีสมบัติทางเคมีและ
กายภาพคล้ ายกันจะปรากฎอยูต่ รงกันเป็ นช่วงๆ
สมบัติของธาตุตา่ งๆ เป็ นฟั งก์ชนั พิริออดิกของน ้าหนัก
อะตอมของธาตุเหล่านัน้ เรี ยกว่า Periodic Law
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
8
ตารางธาตุฉบับแรกของเมนเดเลเอฟ
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
9
ตาราง เปรียบเทียบสมบัตขิ องธาตุเอคาซิลิคอนกับเจอร์ เมเนียมที่ทานายและที่ค้นพบ
เอคาซิลิคอนทานาย เจอร์ เมเนียมพบเมื่อ
เมื่อ พ.ศ. 2414 พ.ศ. 2429 (ค.ศ.1886)
(ค.ศ. 1871)
มวลอะตอม
72
72.6
สีของธาตุ
เป็ นโลหะสีเทา
เป็ นโลหะสีเทา
ความหนาแน่ น (g/cm3)
5.5
5.36
จุดหลอมเหลว (0C )
สูง
958
สูตรของออกไซด์
GeO2
GeO2
ความหนาแน่ นของออกไซด์ (g/cm3)
4.7
4.70
เมื่อผสมกับกรดไฮโดรคลอริก
ละลายได้ เล็กน้ อย ไม่ ละลายที่ 25 0C
สมบัติ
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
10
1913 Henry G.J. Moseley
 ต าแหน่ ง ของธาตุ ใ นตารางธาตุ น่ า จะขึ น้ อยู่ กั บ สมบั ติ อื่ นที่ มี
ความสัมพันธ์กบั น ้าหนักอะตอม นัน่ คือ เลขอะตอม
 Periodic Law มีความหมายว่ า “สมบัติต่าง ๆ ของธาตุจะ
ขึน้ อยู่กับเลขอะตอมของธาตุนัน้ และขึน้ อยู่กับการจัดอิเล็กตรอน
ของธาตุเหล่ านัน้ ”
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
11
Gallium arsenide
(GaAs)
ekaaluminium
As
Ga
(จากภาษาละติน Gallia
แปลว่ า ฝรั่ งเศส)
ใช้ เป็ นแหล่งกาเนิดแสง
เลเซอร์ ในเครื่ องเล่นซีดี
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
12
Periodic Table
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
13
ตารางธาตุในปั จจุบนั
Periodic Table
p-BLOCK
ns2np1-6
d-BLOCK
s-BLOCK
ns1, ns2
f-BLOCK
s-block
p-block
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
d-block
f-block
15
การตั้งชื่อธาตุทคี่ ้ นพบใหม่
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
16
การตั้งชื่อธาตุทคี่ ้ นพบใหม่
การตังชื
้ ่อธาตุที่ค้นพบในยุคแรกจะใช้ ชื่อนักวิทยาศาสตร์ ที่ค้นพบ ธาตุบางธาตุถกู
ค้ นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ หลายคณะ ทาให้ มีชื่อเรี ยกและสัญลักษณ์ต่างกัน
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
17
การตั้งชื่อธาตุทคี่ ้ นพบใหม่
การที่คณะนักวิทยาศาสตร์ ตา่ งคณะตังชื
้ ่อแตกต่างกัน ทาให้ เกิดความสับสน
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) จึงได้ กาหนด
ระบบการตังชื
้ ่อขึ ้นใหม่ โดยใช้ กบั ชื่อธาตุที่มีเลขอะตอมเกิน 100 ขึ ้นไป ทังนี
้ ้ให้
ตังชื
้ ่อธาตุโดยระบุเลขอะตอมเป็ นภาษาละติน แล้ วลงท้ ายด้ วย -ium
ระบบการนับเลขในภาษาละตินเป็ นดังนี ้
0 = nil (นิล)
2 = bi (ไบ)
4 = quad (ควอด)
6 = hex (เฮกซ์)
8 = oct (ออกตฺ)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
1
3
5
7
9
=
=
=
=
=
un (อุน)
tri (ไตร)
pent (เพนท์)
sept (เซปท์)
enn (เอนน์)
18
การตั้งชื่อธาตุทคี่ ้ นพบใหม่
ตัวอย่างที 1่ จงอ่านชื่อตามระบบ IUPAC พร้ อมทังเขี
้ ยนสัญลักษณ์ของธาตุตอ่ ไปนี ้
1. ธาตุที่ 106 =________________________________สัญลักษณ์___________
2. ธาตุที่ 208 =________________________________สัญลักษณ์___________
3. ธาตุที่ 119 =________________________________สัญลักษณ์___________
4. ธาตุที่ 135 =________________________________สัญลักษณ์___________
5. ธาตุที่ 374 =________________________________สัญลักษณ์___________
ตัวอย่างที 2่ ธาตุที่มีสญ
ั ลักษณ์ตอ่ ไปนี ้มีเลขอะตอมเท่าไร
1. Unh =________________
2. Uno =_________________
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
19
แนวโน้ มของสมบัตติ ามตารางธาตุ
 แนวโน้ มของสมบัตทิ างกายภาพ
1. ขนาดอะตอม
2. รั ศมีไอออน
3. พลังงานไอออไนเซชัน
4. อิเล็กโตรเนกาติวิตี
5. สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน
6. จุดเดือดจุดหลอมเหลว
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
20
ขนาดอะตอม
ธาตุในคาบเดียวกัน เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ ้น ขนาดอะตอมจะเล็กลง เนื่องจากธาตุในคาบ
เดียวกันมีจานวนระดับพลังงานเท่ากัน แต่เมื่อเลขอะตอมเพิ่ม จานวนโปรตอนจะเพิ่มขึ ้นด้ วย
แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพิ่มขึ ้น ขนาดจึงลดลง
ธาตุใ นหมู่ เ ดี ย วกัน เมื่ อ เลข
อะตอมเพิ่มขึ ้น ขนาดอะตอม
จะใหญ่ ขึ น้ เพราะเมื่ อ เลข
อะตอมเพิ่ ม ขึน้ จะมี จ านวน
ระดับพลังงานเพิ่มขึน้ แม้ ว่า
จ านวนโปรตอนจะเพิ่ ม ขึ น้
ด้ ว ยก็ ต าม แต่ แ รงดึง ดูด ต่ อ
เวเลนซ์อิเล็กตรอนมีน้อย จึง
ทาให้ ขนาดใหญ่ขึ ้น กล่าวได้
ว่ า ก ร ณี นี ก้ า ร เ พิ่ ม ร ะ ดั บ
พลัง งานมี ผ ลมากกว่ า การ
เพิ
่มจยานวนโปรตอน
โรงเรี
นมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
21
รัศมีไอออน
Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2
160 pm
รัศมีไอออน คือระยะระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่
หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึง่ กันและกันในโครงผลึก
Mg2+ : 1s2 2s2 2p6
65 pm
O : 1s2 2s2 2p4
73 pm
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
O2- : 1s2 2s2 2p6
140 pm
22
“ไอออนของโลหะ
ในหมู่เดียวกันจะมี
ขนาดใหญ่ขึ้นเมื อ่
เลขอะตอม
เพิ่ มขึ้น” และ
“ไอออนของโลหะ
ในคาบเดียวกันจะ
มีขนาดเล็กลงเมื อ่
เลขอะตอม
เพิ่ มขึ้น”
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
ขนาดไอออน
“ไอออนของ
อโลหะในหมู่
เดียวกัน จะมี
ขนาดใหญ่ขึ้น
เมือ่ เลขอะตอม
เพิ่ มขึ้น” และ
“ไอออนของ
โลหะในคาบ
เดียวกันจะมี
ขนาดเล็กลง
เมือ่ เลขอะตอม
เพิ่ มขึ้น”
23
Ionization energy
:พลังงานที่ใช้ ในการดึง e- หลุดออกจากในสภาวะก๊ าซ
 อะตอมใดมีขนาดเล็ก จะทาให้ ดงึ e- ออกยาก
 อะตอมใดมีขนาดใหญ่ จะทาให้ ดงึ e- ออกง่าย
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
 IE สูง
 IE ต่า
24
ตามคาบ จานวนประจุบวกเพิ่มมากขึ ้น
e- อยู่ไกล
Nu มาก
e- หลุด
ง่าย
IE ต่า
e- หลุดยาก
IE สูง
First Ionization Energy เพิ่มขึ้น
First Ionization Energy เพิม่ ขึ้น
ตามหมู่
ระดับ
พลังงาน
มากขึ ้น
e- ถูกดึงดูดมาอยู่ใกล้ Nu ได้ มาก
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
25
Electron Affinity
Electron affinity (EA) คือพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากการรับอิเล็กตรอน
ของอะตอมธาตุแล้วเกิดเป็ นแอนไอออน ณ สถานะแก๊ส
X (g) + e-
X-(g)
F (g) + e-
F-(g)
O (g) + e-
O-(g)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
ธาตุที่มี EA สูง จะคายพลังงานออกมามากเมื่ อรับ
อิ เ ล็ก ตรอนเข้ า ไป ท าให้ เ กิ ด ไอออนลบที่ มี ค วาม
เสถี ย รมาก ดั ง นั น้ ค่ า EA
จึ ง ใช้ ท านาย
ความสามารถในการเป็ นไอออนลบ กล่าวคือ ธาตุที่
มี EA สูง จะสามารถเกิดเป็ นไอออนลบได้ ง่ายกว่า
ธาตุที่มี EA ต่า
26
Electron Affinity
ธาตุใ นหมู่ เ ดี ย วกัน ค่ า EA
ลดลงจากบนลงล่าง เพราะ
ธาตุข้ า งบนมี ข นาดเล็ ก กว่ า
ธาตุข้า งล่า ง จึง มี แ รงดึ ง ดูด
ระหว่างประจุบวกที่นิวเคลียส
กั บ อิ เ ล็ ก ตรอนที่ เ พิ่ ม เข้ าใน
อะตอมได้ มากกว่า ระยะทาง
จากนิวเคลียสถึงขอบเขตของ
อะตอมสั น้ กว่ า อะตอมที่ มี
ขนาดใหญ่ ที่อ ยู่ข้า งล่ างของ
ห มู่ ธ า ตุ ข้ า ง บ น รั บ
อิ เ ล็ ก ตร อ น ได้ ดี ก ว่ า ธ า ตุ
ข้ างล่าง EA จึงมากกว่า
ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า EA เพิ่มขึ ้นจากซ้ ายไปขวาของตารางธาตุ
เพราะธาตุทางขวามีขนาดเล็กกว่าธาตุทางซ้ าย จึงรับ e- ได้ ดกี ว่า
e- ที่เข้ ามาใหม่จะถูกดึงดูดด้ วย Nucleus ได้ มากกว่า EA จึงมากกว่า
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
27
Electronegativity
อิเล็กโตรเนกาติวิตี ้ ( Electronegativity ) เป็ นค่าสมมติที่แสดงความสามารถในการ
ดึงดูดอิเล็กตรอนคูร่ ่วมพันธะจาก Nucleus
e- คูร่ ่วมพันธะของอะตอมที่มีขนาดเล็ก จะได้ รับแรงดึงดูดจาก Nucleus มาก
 EN สูง
 e- คูร่ ่วมพันธะของอะตอมที่มีขนาดใหญ่ จะได้ รับแรงดึงดูดจาก Nucleus น้ อย
 EN ต่า
อะตอมที่มีสภาพไฟฟ้าลบมาก จะดึงอิเล็กตรอนที่ใช้ ร่วมกันในการเกิด พันธะโคเว
เลนต์เข้ าหาตัวเองได้ มากกว่า ได้ มีผ้ หู าค่าสภาพไฟฟ้าลบไว้ หลายแบบ แต่ ที่นิยมใช้
อ้ างอิงมากที่สดุ คือ ของพอลิง โดยกาหนดให้ ฟลูออรี นมีค่าสภาพไฟฟ้าลบมากที่สดุ
คือ เท่ากับ 4.0 และซีเซียม ( Cs ) มีสภาพไฟฟ้าลบน้ อยที่สดุ คือเท่ากับ 0.7
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
28
Electronegativity
ธาตุในคาบเดียวกัน ค่า EN จะเพิ่มขึ ้นจากซ้ ายไปขวา เพราะขนาดอะตอมเล็กลงทาให้
ได้ รับแรงดึงดูดจากนิวเคลียสมากกว่าอะตอมที่มีขนาดใหญ่ EN จึงสูงขึ ้น
ธาตุหมู่เดี ยวกัน ค่า EN
จะลดลงจากบนลงล่ า ง
เพราะขนาดอะตอมใหญ่
ขึ น้ ท า ใ ห้ นิ ว เ ค ลี ย ส มี
โอกาสดึงดูดอิเล็กตรอน
ได้ น้ อยกว่ า อะตอมที่ มี
ขนาดเล็ก EN จึงต่าลง
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
29
จุดหลอมเหลวและจุดเดือด
ก. โลหะในหมู่เดียวกัน คือ หมู่ IA , IIA, และ IIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมี
แนวโน้ มลดลง เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ ้น” เนื่องจากความแข็งแรงของพันธะโลหะลดลง เพราะมีขนาด
อะตอมใหญ่ขึ ้น
ข. โลหะในคาบเดียวกัน คือ โลหะในหมู่ IA , IIA, และ IIIA ในคาบต่างๆ “จุดหลอมเหลว
และจุดเดือดมีแนวโน้ มสูงขึ ้น เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ ้น” เนื่องจากมีพนั ธะโลหะที่แข็งแรงมากขึ ้น ทังนี
้ ้
เพราะอะตอมมีขนาดเล็กลงและมีจานวนเวเลนต์อิเล็กตรอนเพิ่มขึ ้น
หมายเหตุ สาหรับธาตุหมู่ IVA และ VA
จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้ มของการ
เปลี่ยนแปลงไม่ชดั เจน เนื่องจากมีโครงสร้ าง
และแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่แตกต่าง
กัน
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
หมู่ IA
หมูI่ VA
สูง
(โลหะ)
ต่า
30
จุดหลอมเหลวและจุดเดือด
ก.อโลหะในหมู่เดียวกัน คือ หมู่ VIA , VIIA, และ VIIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีแนวโน้ ม
เพิ่มขึ ้น เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ ้น” เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลคือแรงวันเดอร์ วาลส์เพิ่มขึ ้น
เพราะมวลโมเลกุลและขนาดโมเลกุลเพิ่มขึ ้น
ข. อโลหะในคาบเดียวกัน คือ อโลหะ หมู่ VA,
VIA , VIIA, และ VIIIA “จุดหลอมเหลวและจุดเดือด
มีแนวโน้ มลดต่าลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ ้น” เนื่องจาก
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลคือ แรงวันเดอร์ วาลส์มี
ค่าลดลง เพราะขนาดของโมเลกุลเล็กลง โดยเฉพาะ
ก๊ าซเฉื่อยเป็ นก๊ าซประเภทโมเลกุลเดี่ยว และมีขนาด
เล็ก มีจดุ หลอมเหลวและจุดเดือดต่ามาก
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
หมู่ VA
หมูV่ IIIA
ต่า
(อโลหะ)
สูง
31
Trends in Size, IE, EA and EN
Size
Ionization energy
Electron Affinity
Electronegativity
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
Larger
Larger
Larger
Larger
Larger
Larger
Larger
Larger
32
แนวโน้ มของสมบัตติ ามตารางธาตุ
 แนวโน้ มของสมบัตทิ างเคมี
1. เลขออกซิเดชัน
2. ศักย์ รีดักชันมาตรฐาน (E๐)
3. การเข้ าทาปฏิกิริยา
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
33
Oxidation Number
เลขออกซิเดชัน ( Oxidation Number ) เป็ นตัวเลขเพื่อแสดงค่าประจุไฟฟ้าหรื อประจุไฟฟ้า
สมมติของไอออนหรื ออะตอมของธาตุ ซึง่ ส่วนใหญ่เป็ นเลขจานวนเต็มรวมทังศู
้ นย์และอาจ
มีเครื่ องหมายเป็ นบวกหรื อลบก็ได้
การกาหนดค่าเลขออกซิเดชัน มีกฎดังนี ้ คือ
1. อะตอมของธาตุตา่ ง ๆ ในสภาวะอิสระ ไม่วา่ จะอยูใ่ นรูปที่เป็ นอะตอมเดียว หรื อ
โมเลกุล จะมีเลขออกซิเดชันเท่ากับศูนย์ เช่น Na Be He O2 S8
2. ไอออนที่มีอะตอมเดี่ยวเลขออกซิเดชันจะมีคา่ เท่ากับประจุของไอออนนัน้ เช่น
Na+ มีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ +1
Be2+ มีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ +2
O2- มีเลขออกซิเดชัน เท่ากับ -2
3. เลขออกซิเดชันของโลหะอัลคาไล ( หมู่ IA ) และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท ( หมู่ IIA )
ในสารประกอบต่าง ๆ มีคา่ เท่ากับ +1 และ +2 ตามลาดับ
34
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
Oxidation Number
4. เลขออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบส่วนมาก มีคา่ เท่ากับ -2 ยกเว้ น
•สารประกอบเปอร์ ออกไซด์ เช่น H2O2 และ Na2O2 ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน -1
•สารประกอบซุปเปอร์ ออกไซด์ เช่น KO2  ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน -1/2
•สารประกอบ OF2  ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน +2
5. เลขออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนมากมีคา่ เท่ากับ +1 ยกเว้ นใน
สารประกอบพวกไฮไดรด์ไอออนิก ซึง่ ไฮโดรเจนมีคา่ เลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 เช่น
LiAlH4 และ NaBH4
6. ผลรวมทางพีชคณิตของเลขออกซิเดชันของอะตอมทังหมดในสู
้
ตรเคมีใด ๆ จะมีคา่
เท่ากับประจุสาหรับกลุม่ ของอะตอมที่เขียนแสดงในสูตรนัน้ ๆ เช่น ผลรวมของเลข
ออกซิเดชันของ KMnO4 เท่ากับ 0 ผลรวมของเลขออกซิเดชันของ NO3- เท่ากับ -1
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
35
Oxidation Number
ตัวอย่างที่1 จงหาเลขออกซิเดชันของ S ใน H2SO4
สมมติเลขออกซิเดชันของ S = x
ตัวอย่างที่2 จงหาเลขออกซิเดชันของ Co ใน
[Co(CN)6]4-
เลขออกซิเดชันของ H = +1
สมมติเลขออกซิเดชันของ Co = x
2 อะตอมของ H มีเลขออกซิเดชันรวม = (+1  2) = +2
เลขออกซิเดชันของ CN- = -1
เลขออกซิเดชันของ O = -2
ผลรวมเลขออกซิเดชันของ CN = (-1  6) = -6
4 อะตอมของ O มีเลขออกซิเดชันรวม = (-2 4) = -8
ผลรวมเลขออกซิเดชันธาตุทงหมดในไอออนเท่
ั้
ากับ
ประจุของไอออน
ผลรวมของเลขออกซิเดชันธาตุทงหมดในสารประกอบ
ั้
เท่ากับ 0
ดังนัน้ +2 + x + (-8) = 0
x = +6
เลขออกซิเดชันของ S ใน H2SO4 = +6
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
เท่ากับ -4
ดังนัน้ x + (-6) = -4
x = +2
เลขออกซิเดชันของ Co ใน [Co(CN)6]4- = +2
36
Oxidation Number
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
37
ศักย์รีดกั ชันมาตรฐาน (E๐)
Li+ + e-  Li
Li
Cs+ + e-  Cs
Cs
เป็ นบวกมากขึ ้น
F
F2 + 2e-  2F-
I
I2 + 2e-  2I-
 ด้ านซ้ าย เป็ นตัวรี ดิวซ์ที่ดีมาก เสียอิเล็กตรอนได้ ง่าย
ด้ านขวา โลหะเป็ นตัวรี ดิวซ์ที่เลวลง
อโลหะจะเป็ นตัวออกซิไดส์ คือรับอิเล็กตรอน
 กึ่งโลหะ เฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยา เนื่องจากมาโครงสร้ างแบบร่ างตาข่ายที่มี
ความแข็งแรง
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
38
การเข้าทาปฏิกิริยา
6Li + N2  2Li3N
3Be + N2  Be3N2
2Al + N2  2AlN
Sn + N2  ไม่เกิดปฏิกิริยา
Sn + O2  SnO2
อุณหภูมิห้อง
เผาจนร้ อนแดง
เมื่อให้ ความร้ อน
เมื่อให้ ความร้ อน
Li
F
โลหะ
ว่ องไวมาก
Cs
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
ว่ องไวมาก
อโลหะ
I
40
แนวโน้ มของสมบัตติ ามตารางธาตุ
 แนวโน้ มความเป็ นกรด-เบสของสารประกอบ
1. ออกไซด์ และไฮดรอกไซด์
2. ไฮไดรด์
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
41
• ออกไซด์ และไฮดรอกไซด์
– ออกไซด์เป็ นสารประกอบระหว่างธาตุกบั ออกซิเจน
Na2O, B2O3, P2O5
– ไฮดรอกไซด์เป็ นสารประกอบที่มีหมู่ –OH เช่น NaOH
เป็ นโคเวเลนต์มากขึ ้น
IA/1
เป็ นไอออนิก
มากขึ ้น
เป็ นกรดมากขึ ้น
VIIA/17
โคเวเลนต์
ไอออนิก
ก ้ากึ่งระหว่างไอออนิก
และโคเวเลนต์
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
IA/1
เป็ นเบส
มากขึ ้น
VIIA/17
โคเวเลนต์
ไอออนิก
แอมโฟเทอริ ก
42
• สารประกอบออกไซด์ของธาตุทางซ้ ายมือในตารางธาตุ เป็ นเบสเนื่องจาก
เมื่อละลายในน ้า จะได้ สารประกอบไฮดรอกไซด์ ซึง่ สามารถแตกตัวให้ หมู่
ไฮดรอกไซด์ เช่น
CaO + H2O  Ca(OH)2  Ca2+ + 2OH• สารประกอบออกไซด์ของธาตุทางขวามือในตารางธาตุ เป็ นกรดเนื่องจาก
เมื่อละลายในน ้า จะได้ สารประกอบ ซึง่ สามารถแตกตัวให้ H+ ดังนี ้
SiO2 + H2O  H2SiO3  SiO32+ + 2H+
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
43
Na2O
NaOH
MgO
Al2O2
Mg(OH)2 Al(OH)3
เบสแก่
เบสอ่ อน
SiO2
P2O5
SO3
SiO2.xH2O H3PO4 H2SO4
กรดอ่ อน/เบสอ่ อน กรดอ่ อน
HOCl < HClO2 <
กรดแก่ ขึน้
HClO3
Cl2O7
HClO4
กรดแก่
< HClO4
H2SO3 < H2SO4
* สารประกอบที่มีออกซิเจนเป็ นองค์ประกอบอยูม่ าก จะมีความเป็ นกรดสูง เนื่องจาก
ออกซิเจนมีคา่ EN สูง สามารถดึงอิเล็กตรอนได้ ดี ทาให้ พนั ธะระหว่าง H-O อ่อนลง H+
จึงถูกปลดปล่อยออกได้ ง่าย
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
44
• ความเสถียรของสารประกอบไฮดรอกไซด์ ของโลหะและการละลาย
 โลหะไอออนที่มีขนาดเล็ก ประจุสงู จะเกิดสารประกอบไฮดรอกไซด์ที่เสถียร เช่น
Al3+, Fe3+, Cr3+ เป็ นต้ น ((OH- มีขนาดเล็ก ชอบจับกับแคตไอออนที่มีขนาด
เล็ก) ดังนัน้ Al(OH)3 จะเสถียรกว่า Mg(OH)2 เนื่องจาก Al3+ มีขนาดเล็กกว่า
และประจุสงู กว่า Mg2+ทาให้ Al(OH)3 ละลายได้ ยากกว่า
 ในหมูเ่ ดียวกันความเสถียรลดลง จากบนลงล่าง นัน่ คือการละลายมากขึ ้น เมื่อไอออน
โลหะมีขนาดใหญ่ขึ ้น ดังค่า Ksp ที่สงู ขึ ้น
Be(OH)2
1.6 × 10-26
Mg(OH)2
8.9 × 10-12
Ca(OH)2
1.3 × 10-6
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
45
• ความเสถียรของสารประกอบซัลเฟตของโลหะและการละลาย
 แนวโน้ มจะตรงกันข้ ามกับสารประกอบไฮดรอกไซด์ นัน่ คือ
ความเสถียรมากขึ ้น การละลายลดลง เมื่อโลหะไอออนมีขนาดใหญ่ขึ ้น
(SO42- มีขนาดใหญ่ ชอบจับกับแคตไอออนขนาดใหญ่)
CaSO4
2.4 × 10-4
SrSO4
7.6 × 10-7
BaSO4
1.5 × 10-9
 สารประกอบ C2O42- และ CrO42- ก็ทานองเดียวกันกับสารประกอบซัลเฟต
สรุ ปว่ า size difference น้ อย  จะเสถียร
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
46
• สารประกอบไฮไดรด์
• สารประกอบระหว่างธาตุ (M) กับไฮโดรเจน (H)
1. ไฮไดรด์ไอออนิก มีพนั ธะไอออนิกระหว่าง M+ กับ H- ได้ แก่ไฮไดรด์
ของธาตุกลุม่ s เกือบทังหมด
้
2. ไฮไดรด์เมตาลิก มีอะตอมไฮโดรเจนแทรกอยูใ่ นผลึกโลหะ
(interstitial hydride) ได้ แก่ ไฮไดรด์ของธาตุแทรนซิชนั
3. ไฮไดรด์โคเวเลนต์ มีพนั ธะโคเวเลนต์ระหว่างธาตุ M กับไฮโดรเจน
(+1) ได้ แก่ไฮไดรด์ของธาตุกลุม่ p เกือบทังหมด
้
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
47
• แนวโน้ มความเป็ นกรด-เบส ของสารประกอบไฮไดรด์
s
เบสแก่
p
กรดแก่
แนวโน้ มความเป็ นกรด-เบสของไฮไดรด์
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
• ค่า EN ของ M ยิ่งสูงมาก โอกาสที่ H จะ
กลายเป็ น H+ เกิดได้ ง่ายขึ ้น
• ความแข็งแรงของพันธะ M-H จะเปลี่ยน
ตามขนาดของ M ถ้ า M มีขนาดใหญ่ขึ ้น
พันธะจะยิ่งอ่อนลง
• พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของไฮโดรด์
ยิ่งมีมาก โอกาสที่ H จะหลุดไปเป็ น H+ ก็
ยิ่งน้ อยลง
48
 ในคาบเดียวกัน
• ธาตุ M ที่มีคา่ EN สูง จะดึงอิเล็กตรอนเข้ าหาตัวเองได้ ดี ทาให้
H หลุดไปเป็ น H+ ได้ ง่าย จึงมีความเป็ นกรดสูง
NH3 < H2O < HF
 ในหมู่เดียวกัน
• ธาตุ M ที่มีขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนวงนอกซึง่ สร้ างพันธะกับ H อยู่
ไกลกับนิวเคลียสมาก พันธะ M-H จะอ่อนลง ทาให้ H หลุดไป
เป็ น H+ ได้ ง่าย จึงมีความเป็ นกรดสูง
HF < HCl < HBr < HI
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
49
Main Group
Hydrogen is the simplest element in
the Periodic Table
Hydrogen has, in simplistic terms,
three different ways in which it forms
chemical compounds:
lose its single electron to form a
proton: H+
share an electron through
formation of covalent bonds
gain an electron, to form the
hydride ion: H-
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
50
Occurrence and Manufacture
Hydrogen is the most abundant element in the universe, followed by helium.
H2 can be prepared by several methods:
1) Electrolysis
Or
2) Reforming of hydrocarbons
3) Hydrolysis of an ionic hydride
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
51
Occurrence and Manufacture
Group 1 metals, calcium, strontium and barium react with water
2Na + 2H2O  2NaOH + H2
Less reactive metals such as Mg Zn and Tn dissolved in acids such as HCl:
Mg + 2HCl  MgCl2 + H2
4 g of hydrogen is 2 moles, so 484 kJ of energy would be produced. Hydrogen is an
energy-rich fuel, and combustion product is simply water
So hydrogen is a very attractive fuel and is increasingly being used in transportation
systems worldwide.
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
52
Isotopes of Hydrogen
Tritium is formed by cosmic ray bombardment of 14N in the upper atmosphere, or in a
nuclear reactor, where Li is bombarded with neutrons (n)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
53
Hydrides
Hydride react with water:
Group
13
B2H6
(AlH3)n
14
CnH2n+2
CnH2n
CnH2n-2 etc.
SinH2n+2 (n8)
15
NH3
N2H4
16
H2O
H2O2
17
HF
PH3
H2S
HCl
GenH2n+2 (n9)
P2H4
AsH3
H2Sn
H2Se
HBr
SnH4
SbH3
H2Te
HI
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
54
Reaction
1) Direct combination
2) Reduction of halide
3) Hydrolysis
4) Interconversion of hydride
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
55
a) Na2S + HCl  H2S + 2NaCl
b) 2PhPCl2 + LiAlH4  2PhPH2 + LiAlCl4
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
56
The Group 1 (Alkali Metal)
Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Caesium and Francium
The chemistry of the alkali metals is dominated by the tendency to
lose the single s-electron and attain a noble gas electronic
configuration
600
First ionization energies
500
Have e- in d-orbital
kJ/mol
400
300
200
Low shielding
100
0
Li
Na
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
K
Rb
Cs
57
Slater’s rule
The rules for determining S for a specific electron are as follows:
 The electronic structure of the atom is written in groupings as follows: (1s) (2s,2p)
(3s,3p) (3d) (4s,4p) (4d) (4f) (5s,5p), etc.
 Electrons in higher groups (to the right in the list above) do not shield those in lower
groups.
 For ns or np valence electrons:
• Electrons in the same ns, np group contribute 0.35, except the 1s, where 0.30 works
better.
• Electrons in the n - 1 shell contribute 0.85.
• Electrons in the n - 2 or lower contribute 1.00.
 For nd and nf valence electrons:
• Electrons in the same nd or nf group contribute 0.35.
• Electrons in groups to the left contribute 1.00.
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
58
Physical properties
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
59
E0 of group 1
M(s)  M+(aq) + e-
Hnet = Hsub + IE + Hhyd
Hnet คือ เอนทาลปีสทุ ธิ
Hsub คือ พลังงานการระเหิด
IE คือ พลังงานไอออไนเซชัน
Hhyd คือ พลังงานไฮเดรชัน
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
60
Alkali metal crystalline
The alkali metals crystallize in body-centred cubic lattices
Blue
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
61
Reaction
The metals react with water, lithium relatively slowly, but with increasing vigor going down the
group
The hydroxides absorb CO2 to give the alkali metal carbonate M2CO3 or the hydrogencarbonate (bicarbonate)
MHCO3. The hydrogencarbonates decompose on heating to give the carbonates, which themselves
decompose on stronger heating to give the oxide plus carbon dioxide
The nitrates MNO3 (M = Na, K, Rb, Cs) decompose to the nitrites on heating while, in
contrast, LiNO3 decomposes to Li2O (+ NO2 + O2).
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
62
Alkali metal halides
0.732 – 1.00 CsCl
a) CsCl
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
0.414 – 0.732 NaCl
b) NaCl
63
Reaction
Compound with nitrogen: Only Li react with nitrogen
N3-
Lithium azide
Compound with phosphorus: include P As Sb
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
64
Reaction
Compound with Oxygen and Sulfur
โลหะ
Li
Na
K, Rb, Cs
Li2O
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
ผลิตภัณฑ์ทข่ี น้ึ
Li2O
Na2O2
MO2
Na2O2
Anion ของผลิตภัณฑ์ทเ่ี กิดขึน้
O2- (oxide)
O22- (peroxide)
O2- (superoxide)
MO2
65
Reaction
Compound with halogen
Compound with hydrogen
Alkali metal complex
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
66
Diagonal relation
โดยทัวไป
่ ธาตุหมูเ่ ดียวกันจะมีสมบัตคิ ล้ายกัน แต่พบว่า Li มีสมบัตคิ ล้ายคลึงกับ Mg
ทีอ่ ยูใ่ นธาตุหมู่ 2 เช่น Li กับ Mg ทาปฏิกริ ยิ ากับ N2 ทีอ่ ุณหภูมสิ งู ได้โลหะไนไตรด์แต่
โลหะตัวอื่นไม่ทา
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
67
Group2: Alkali earth metals
The Group 2 Elements: Beryllium, Magnesium,
Calcium, Strontium, Barium and Radium
Relative abundances in the Earth’s crust of the alkaline earth metals
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
68
Physical properties
Some physical properties of the alkaline earth metals, M, and their ions, M2+
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
69
Ca2+ Ca+ and Ca3+
หากพิจารณาพลังงานไอออไนเซชันที่ 1, 2 และ 3 พบว่า
เหตุใดหมู่ 2 จึงไม่มีเลขออกซิเดชัน +1 แต่จะพบเลข
ออกซิเดชัน +2 ค่าเดียว เหตุผลเนื่องจาก พลังงานไฮเดร
ชันมีผลต่อความเสถียรของไอออน และพลังงานไฮเดรชัน
ขึ ้นกับศักย์ไอออนิก ดังนั ้นไอออน +2 มีขนาดเล็กกว่า
ไอออน +1 ย่อมมีพลังงานไฮเดรชันสูงกว่า เมื่อพิจารณา
แผนภาพพลังงานพบว่า ถึงแม้ ว่าการเกิดเป็ น Ca2+(g) จะ
ใช้ พลังงานมากกว่าการเกิด Ca+(g) แต่พลังงานไฮเดรชัน
ของ Ca2+ ที่มากกว่า Ca+ ทาให้ Ca2+(aq) มีพลังงาน
ที่ต่ากว่า Ca+(aq) และสถานะของแข็ง Ca2+ มีพลังงาน
แลตติซสูงกว่า Ca+ เนื่องจากมีประจุมากกว่าและขนาด
ไอออนเล็กกว่า ดังนั ้นผลึกไอออนิก Ca2+ จึงเสถียรกว่า
Ca+ ทาให้ โลหะหมู่ 2 มีเลขออกซิเดชัน +2 ส่วน Ca3+
ไม่ เกิดเพราะพลังงานในการเกิดไอออน +3 สูงมาก
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
70
Solubility
Be2+
Mg2+
Ca2+
Sr2+
Ba2+
SO42-
CO32-
C2O42-
CrO42-
OH-
F-
2.4x10-4
7.6x10-7
1.5x10-9
1.0x10-5
4.7x10-9
7.0x10-10
1.6x10-9
8.6x10-5
1.3x10-9
5.6x10-8
1.5x10-12
7.1x10-4
3.6x10-5
8.5x10-11
1.6x10-26
8.9x10-12
1.3x10-6
3.2x10-4
5.0x10-3
8.0x10-8
1.7x10-10
7.9x10-10
2.4x10-5
การละลาย พลังงานแลตติซ (r+ กับ r- ) และพลังงานไฮเดรชัน (ขนาดของแต่ละไอออน)
สารประกอบ ซัลเฟต คาร์ บอเนต ออกซาเลต และโครเมต ขึ ้นกับ พลังงานไฮเดรชัน
สารประกอบ ไฮดรอกไซด์ และฟลูออไรด์ ขึ ้นกับ พลังงานแลตติซ
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
71
• หากพิจารณาสมบัติการละลายซึง่ เราสามารถพิจารณาได้ จากพลังงานแลตติซซึง่ ขึ ้นกับ
ระยะห่างระหว่าง r+ กับ r- และพลังงานไฮเดรชันขึ ้นกับขนาดของแต่ละไอออนในสารประกอบ
ไอออนิก ผลการละลายพบว่า
•
1) สารประกอบ ซัลเฟต คาร์ บอเนต ออกซาเลต และโครเมต ขนาดไอออนของโลหะ
ใหญ่ขึ ้น การละลายน้ อยลง ไอออนลบมีขนาดใหญ่ การเพิ่มไอออนบวกจะไม่มีผลให้ r++rเปลี่ยนแปลงน้ อย พลังงานแลตติซจึงเกือบคงที่ แต่พลังงานไฮเดรชันจะลดลง  ประจุต่อ
ขนาดอะตอมน้ อยลงการละลายน้ อยลง
•
2) สารประกอบ ไฮดรอกไซด์ และฟลูออไรด์ ขนาดไอออนของโลหะใหญ่ขึ ้นการละลาย
เพิ่มขึ ้น ไอออนลบมีขนาดเล็ก ดังนันท
้ าให้ r++r- เพิ่ม พลังงานแลตติซจึงลดลง (พลังงาน
แลตติซแปลผกผันกับ (r++ r-)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
72
Compound Group 2
simple anhydrous compounds of beryllium tend to be covalent in nature
[Be( H2O)4]2+ therefore only exists in strong acid solutions
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
73
Compound Group 2
Ans: The major difference between beryllium and aluminium is due to
absolute size: aluminum, being larger, froms six-coordidate [Al(H2O)6]3+ while
beryllium forms four-coordinate [Be(H2O)4]2+
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
74
MX2 gas
> The structures of gaseous group 2 metal fluoride and later halide molecules are
summarized in Table and are the subject of ongoing theoretical interest. The term
‘quasilinear’ refers to a species for which the calculated energy difference between linear
and bent structures
> Two main point describe the shape of molecule that is polarization and and orbital.
> Be and Mg form only linear gaseous dihalides. These two metals have only s and p atomic
orbitals For Ca, Sr and Ba, vacant 3d, 4d and 5d orbitals, respectively, are available, but can
only overlap efficiently with orbitals on the X atoms if the MX2 molecule is bent
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
75
Solid state
The structure is based on a facecentred cubic lattice of Ca2+ ions,
with F- ions in all of the
tetrahedral holes
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
76
Reaction of Group 2
Reaction with water
Be does not react with water
Hot water
Ca Sr และ Ba ทาปฏิกิริยาที่อณ
ุ หภูมิห้อง
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
77
Reaction of Group 2
When heated, all the group 2 metals combine with O2, N2, sulfur or halogens
the nitrides react with water to produce ammonia
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
78
Hydrides
All of the Group 2 metals except beryllium form an ionic dihydride,
MH2, on heating the metal in hydrogen. BeH2, which is stable, must
be synthesized indirectly by pyrolysis of di-tert-butylberyllium
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
79
Q: propose mechanism of BeH2 from pyrolysis of di-tertbutylberyllium
BeH2 ที่เป็ นของแข็งเกิด Be-H-Be bridges เกิดพันธะที่เรี ยกว่ า tree-centretwo-electron bonds ซึ่งการเกิด bridge ดังกล่ าวเหมือนกับการเกิด diborane
(B2H6)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องค์การมหาชน
80

similar documents