สมบัติต่างๆ
ของธาตุที่จะศึกษาในที่นี้ได้แก่สมบัติเกี่ยวกับขนาดอะตอม ขนาดไอออน
พลังงานไอออนไนเซชัน จุดหลอมเหลว จุดเดือด และอิเล็กโทรเนกาติวิตี
โดยศึกษาถึงแนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงว่ามีความสัมพันธ์กับตารางธาตุ
ตามหมู่และคาบอย่างไร
ขนาดอะตอม
ขนาดอะตอมหาได้จากเทคนิคทาง x-ray
diffraction และ microwave spectroscopy
ถ้าอะตอมเรียงตัวอย่างมีระเบียบแบบชิดกันมากที่สุด
ขนาดของอะตอมจะหาได้จากความสัมพันธ์ ดังนี้
ขนาดของ 1
อะตอม =
ปริมาตรของ 1
โมล =
จากแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก
อะตอมมีขอบเขตที่ไม่แน่นอน ระยะระหว่างนิวเคลียสถึงผิวอะตอมมีค่าไม่คงที่
ทำให้หาขนาดของอะตอมที่แท้จริงไม่ได้ จากแบบจำลองของอะตอมตามทฤษฎีของโบร์ อิเล็กตรอนในไฮโดรเจนอะตอมอาจมีพลังงานได้หลายค่า
ขนาดอะตอมของไฮโดรเจนจึงขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานใด
ถ้าอยู่ในระดับพลังงานสูง จะอยู่ห่างจากนิวเคลียสมาก ขนาดอะตอมจะใหญ่
และถ้าอยู่ในระดับพลังงานต่ำ จะอยู่ใกล้นิวเคลียส ขนาดอะตอมจะเล็ก ดังนั้นจึงทำให้หาขนาดของอะตอมที่แท้จริงไม่ได้
ในทางปฏิบัตินิยมบอกขนาดอะตอมด้วยรัศมีอะตอม
โดยพิจารณาจากเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลอะตอมคู่ หรือ อะตอม 2 อะตอมที่อยู่ชิดกัน โดยแบ่งรัศมีอะตอมเป็น 3
ประเภท
ก. รัศมีโลหะ (metallic radii) เนื่องจากโลหะมีการจัดเรียงอะตอมแบบชิดกัน
รัศมีอะตอมโลหะจึงหาได้จากความยาวพันธะโลหะหารด้วย 2 หรือระยะระหว่างนิวเคลียสของโลหะ
2 อะตอมหารด้วย 2
ข. รัศมีโคเวเลนต์ (covalent radii) ได้จากความยาวของพันธะโคเวเลนต์หารด้วย 2 หรือ
ระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอม 2 อะตอมที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์หารด้วย
2
เช่น
ความยาวพันธะของ Cl - Cl =
198 พิโคเมตร (pm)
เพราะฉะนั้นรัศมีโคเวเลนต์ของ Cl =
198/2 = 99 พิโคเมตร
ค. รัศมีวันเดอร์วาลส์
(van der wall radii) ได้จากความยาวระหว่างนิวเคลียสของอโลหะ 2
อะตอม ที่ไม่เกิดพันธะกันหารด้วย 2
เช่น
รัศมีวันเดอร์วาลส์ของ Cl =
155 พิโกเมตร
จะเห็นได้ว่าโลหะมีรัศมีอะตอมชนิดเดียวคือ
รัศมีโลหะ แต่อโลหะมีรัศมีอะตอม 2 ชนิดคือ รัศมีโคเวเลนต์และรัศมีวันเดอร์วาลส์
ซึ่งในอะตอมชนิดเดียวกันรัศมีวันเดอร์วาลส์จะยาวกว่ารัศมีโคเวเลนต์
ตารางที่ 7.1 เปรียบเทียบความยาวของรัศมีอะตอมระหว่างรัศมีโคเวเลนต์
และรัศมีวันเดอร์วาลส์ของโลหะบางชนิด
ธาตุ
|
ความยาวของ
|
|
รัศมีโคเวเลนต์ (pm)
|
รัศมีวันเดอร์วาลส์ (pm)
|
H
O
Cl
P
S
|
37
73
99
110
104
|
120
140
155
180
190
|
ดังนั้นการกล่าวถึงรัศมีอะตอมจึงควรอ้างถึงด้วยว่าเป็นรัศมีอะตอมชนิดใด
และการเปรียบเทียบขนาดอะตอมจะต้องใช้รัศมีอะตอมประเภทเดียวกันด้วย
อย่างไรก็ตามการบอกค่ารัศมีอะตอมโดยทั่วไป จะหมายถึง รัศมีโคเวเลนต์ซึ่งรัศมีโคเวเลนต์สามารถหาได้จาก
ความยาวของพันธะโคเวเลนต์ดังกล่าวมาแล้ว และถ้าตั้งสมมติฐานว่ารัศมีของอะตอมหนึ่งๆ
ในโมเลกุลใดๆ มีค่าเท่ากัน จะสามารถหารัศมีอะตอมของธาตุต่างๆ ได้ เช่น
ก. ในโมเลกุลไฮโดรเจน
ความยาวพันธะของ H - H
= 72 pm
เพราะฉะนั้นรัศมีอะตอมของ
H = 74/2
= 37 pm
ข. ในโมเลกุล HCl
ความยาวพันธะของ H-Cl
= 136 pm
รัศมีอะตอมของ H =
37 pm (จาก ข้อ ก.)
เพราะฉะนั้นรัศมีอะตอมของ
Cl = 137 - 37
= 99 pm
ค. ในโมเลกุล CCl4
ความยาวพันธะของ C-Cl
= 176 pm
รัศมีอะตอมของ Cl =
99 pm (จาก ข้อ ข.)
เพราะฉะนั้นรัศมีอะตอมของ
C = 176 - 99
= 77 pm