เคมี

 บทที่2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

 บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

แนวคิดที่ว่าสิ่งต่างๆประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่

ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าได้เริ่มขึ้นในสมัยกรีกโบราณ

โดยดิโมคริตุสนักปราชญ์ชาวกรีกผู้หนึ่งได้เสนอแนวคิดว่าถ้า

แบ่งสิ่งต่างๆให้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ จะได้หน่วยย่อยซึ่งไม่สามารถ

แบ่งให้เล็กได้อีกเรียกว่าอะตอมซึ่งอะตอมในภาษากรีกแปลว่า

แบ่งแยกอีกไม่ได้
    2.1 แบบจำลองอะตอม
        2.1.1 แบบจำลองอะตอมของดอลตัน
ในปีพ.ศ 2346 จอห์นดอลตัน นักวิทยาศาสตร์

ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการ

เปลี่ยนแปลงของมวลของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยาเคมีรวมทั้ง

อัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบหนึ่งหนึ่งซึ่ง

มีสาระสำคัญดังนี้
1.ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กๆเหล่านี้เรียกว่า

อะตอมซึ่งแบ่งแยกและทำให้สูญหายไม่ได้
2.อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน

เช่นมีมวลเท่าแต่จะมีสมบัติแตกต่างจาก อะตอมของธาตุอื่น
3.สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่า

หนึ่งชนิดทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ
ทฤษฎีอะตอมของดอลตันช่วยให้นักวิทยาศาสตร์

ในสมัยนั้นสามารถอธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียง

ระดับหนึ่งต่อมาได้มีการศึกษาเกี่ยวกับอะตอมเพิ่มขึ้นและค้นพบว่า

มีข้อมูลแบบประกันไม่สอดคล้องกับแนวคิดของดอลตัน เช่นคำว่า

ต่อมของธาตุชนิดเดียวกันมีมวลแตกต่างกันได้อะตอมสามารถ

แบ่งแยกได้อีกแนวคิดเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอมของดอลตันจึงไม่ถูกต้อง

                                         

   

แบบจําลองอะตอมตามทฤษฎีอะตอมของดาลตัน

2.1.2 แบบจําลองอะตอมของทอมสัน

นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ศึกษาการนำไฟฟ้า

ของแก๊สโดยทดลองเกี่ยวกับผลของการใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้า

สูงต่อกับการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าของอะตอมแก๊สเพื่อให้ได้

ข้อมูลที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างภายในอะตอมโดยผ่าน

กระแสไฟฟ้าตรงเข้าไปในหลอดแก้วบรรจุแก๊สความดันต่ำซึ่งที่

ภาวะนี้มีจำนวนอะตอมของแก๊สไม่หนาแน่นประจุไฟฟ้าสามารถ

เดินทางผ่านได้ไกลและพบว่าเมื่อเพิ่มความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้า

ให้สูงขึ้นจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตลอด ขณะเดียวกันจะมีรังสีออกจาก

แคโทดไปยังแอโนดรังสีนี้เรียกว่ารังสีแคโทดเรียกหลอดแก้วชนิดนี้ว่า

หลอดรังสีแคโทด นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลอง เพื่อศึกษาการ

เคลื่อนที่ของรังสีแคโทดโดยให้เคลื่อนที่ผ่านสนามไฟฟ้าดังรูป

พบว่าแนวการเคลื่อนที่เบนไปจากเดิมโดยเบนเข้าหาขั้วบวกของ

สนามไฟฟ้าเนื่องจากรังสีแคโทดเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า

จึงสรุปได้ว่า รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าลบ

จากข้อมูลการทดลองร่วมกับทฤษฎีทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้ทอมสัน

นำมาใช้คำนวณอัตราส่วนของประจุต่อมวลของรังสีแคโทดได้ทอมสัน

ได้ทดลองเพื่อศึกษาอัตราส่วนของประจุต่อมวลของรังสีแคโทดซ้ำ

หลายครั้งโดยเปลี่ยนชนิดของแก๊สและชนิดของโลหะที่ใช้ทำเป็นขั้วแคโทด

ปรากฏว่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลของรังสีแคโทดมีค่าโดยประมาณ

เท่ากันคือ 1.76 × 10^8 คูลอมบ์/กรัมจึงสรุปได้ว่าอนุภาครังสีแคโทดที่

ออกมาจากโลหะต่างชนิดกันเป็นอนุภาคเดียวกันซึ่งต่อมาได้ด้วยอนุภาค

นี้ว่า อิเล็กตรอน

รู้หรือไม่? ในปีพ.ศ 2429 ออยเกนโกลด์ชไตน์ ได้ศึกษา

หลอดรังสีแคโทดและได้ค้นพบรังสีแอโนดหรือรังสีแคแนล ซึ่งมีประจุบวก

แต่ยัง ลงรายละเอียดไม่ได้ในยุคนั้น จากการค้นพบของโกลด์สไตน์ และ

การศึกษาเพิ่มเติมของนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนในยุคต่อมาทำให้ได้

ข้อสรุปว่าในอะตอมนอกจากจะมีอิเล็กตรอนแล้วยังมีอนุภาคที่เป็นประจุ

บวกอีกด้วยทำให้อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า
การค้นพบอิเล็กตรอนของทอมสันทำให้สรุปได้ว่าอะตอม

ทุกชนิดมีอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบซึ่งลบล้างแนวคิดที่ว่าอะตอมแบ่งแยก

ไม่ได้และเนื่องจากสารต่างๆที่อยู่ในสภาวะปกติจะเป็นกลางทางไฟฟ้า

นักวิทยาศาสตร์จึงสรุปว่าอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งจากข้อมูลดังกล่าว

ทำให้ทอมสันเสนอแบบจำลองของอะตอมว่า อะตอมเป็นรูปทรงกลม

ประกอบด้วยเนื้ออะตอมซึ่งมีประจุบวกและอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ

กระจายอยู่ทั่วดังรูป

แบบจําลองโครงสร้างอะตอมของทอมสัน

 2.1.3 แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

                    เมื่อปีพ.ศ 2454 รัทเทอร์ฟอร์ดนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ 

และ ฮันส์ ไกเกอร์ นักวิทยาศาสตร์ ชาวเยอรมัน ได้ที่สุดแบบจำลองของ

อะตอมของทอมสันโดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำบางๆ

ผลการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลอง

อะตอมของทอมสันรัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายลักษณะภายในอะตอมว่าการที่

รังสีแอลฟาส่วนใหญ่ผ่านแผ่นทองคำไปได้แสดงว่าภายในแผ่นทองคำ

ต้องมีที่ว่างอยู่เป็นบริเวณกว้างการที่รังสีแอลฟาบางอนุภาคเบี่ยงเบนหรือ

สะท้อนกลับมาบริเวณด้านในของฉากเรืองแสงแสดงว่าภายในอะตอมน่าจะ

มีกลุ่มอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากมีมวลสูงมากกว่ารังสีแอลฟาและมีประจุบวก

และทดสอบจึงได้เสนอแบบจำลองใหม่ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มี

ขนาดเล็กอยู่ภายในและมีประจุไฟฟ้าโดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบรอบ

ดังรูป

แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด ไม่ได้อธิบายว่าอิเล็กตรอน

อยู่รอบนิวเคลียสในลักษณะใดนักวิทยาศาสตร์จึงได้ทำการทดลอง

เพื่อรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอน เพื่อนำมา

สร้างเป็นแบบจำลองที่มีความสมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น

2.1.4 แบบจำลองอะตอมของโบร์

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ที่มีความยาวคลื่นต่างกันและมีความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วงกว้างมีทั้งที่

มองเห็นได้และมองเห็นไม่ได้มีชื่อเรียกต่างกันแสงที่ประสาทตาของ

มนุษย์สามารถรับรู้ได้เรียกว่าแสงที่ตามองเห็นมีความยาวคลื่นอยู่ใน

ช่วง 400 ถึง 700 นาโนเมตร ซึ่งประกอบด้วยแสงสีต่างๆแต่ประสาทตา

ของมนุษย์ไม่สามารถแยกแสงที่มองเห็นเป็นสีต่างๆได้เองทำให้มองเห็นสี

รวมกันซึ่งเรียกว่าแสงขาวและเมื่อแสงขาว ส่องผ่านปริซึม แสงขาวจะ

แยกออกเป็นแสงสีรุ้งต่อเนื่องกันเรียกว่าแถบสเปกตรัมของแสงขาว
มักซ์ พลังค์ นักวิทยาศาสตร์ ชาวเยอรมันได้ศึกษาพลังงานของคลื่น

แม่เหล็กไฟฟ้าและได้ข้อสรุปเกี่ยวกับความสำคัญระหว่างพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับความถี่ของคลื่นนั้นว่าพลังงานของคลื่นแม่เหล็ก

ไฟฟ้าจะแปรผันตามความถี่ของคลื่นและแปรผกผันกับความยาวของคลื่น

ดังความสัมพันธ์ต่อไปนี้

E แปรผันตรงกับ v

                                                                       หรือ E = hv 

เนื่องจาก E = c/แลมดาร์

ดังนั้น E = hc/แลมดาร์ช

เมื่อ E คือพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล

h คือค่าคงตัวของพลังค์ มีค่า 6.626 × 10^-34 จูลต่อวินาที

v คือความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์

c คือความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เท่ากับ 3 × 10^8 เมตรต่อวินาที

และ แลมดาร์ คือ ความยาวคลื่นมีหน่วยเป็นเมตร

ความสัมพันธ์ดังกล่าว เมื่อนำมาคำนวณพลังงานของแถบสีต่างๆ

ในสเปกตรัมของแสงขาวซึ่งมีความยาวคลื่นต่างๆจะได้ดังนี้

จากการทดลองการใช้เกรตติงส่องดูแสงอาทิตย์

และแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ สังเกตสิ่งที่ปรากฏแล้ว

พบว่าสเปกตรัมจากแสงอาทิตย์มีสีต่อเนื่องกันเป็น แถบสเปกตรัม

เส้นสเปกตรัมที่มองเห็นจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ นอกจากจะ

มองเห็นเป็นแถบสเปกตรัมของสีชนิดต่างๆแล้วพื้นยังมีเส้นสีต่างๆ

ปรากฏในแถบสเปกตรัมอีกด้วยและจากการสังเกตสเปกตรัมของ

ไฮโดรเจนฮีเลียม นีออน และปรอท เพราะว่าถ้าแต่ละชนิดให้สเปกตรัม

ที่มีแสงสีต่างกันและมีจำนวน เส้นสีเฉพาะตัวเส้นสีนี้เรียกว่า เส้นสเปกตรัม

ธาตุต่างๆ เมื่อได้รับพลังงานจะเปล่งแสงเป็นสีต่างๆหลายสี

เมื่อสีเหล่านั้นรวมกันแล้วจะสังเกตเห็นเป็นสีเดียวกันซึ่งทางเรา

ไม่สามารถบอกความแตกต่างได้แต่เมื่อใช้แผ่นเกรตติงส่องดูจะเห็น

เส้นสเปกตรัมของแต่ละธาตุที่มีลักษณะเฉพาะเช่นจำนวนสี จำนวนเส้น

หรือตำแหน่งที่เกิดต่างกันไปการเกิดเส้นสเปกตรัมของธาตุอธิบายได้ว่า

อิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่อยู่รอบบริเวณนิวเคลียสมีพลังงานเฉพาะตัวที่ต่ำ

หรือกล่าวได้ว่าอะตอมอยู่ใน สถานะพื้น เมื่ออะตอมได้รับ พลังงานเพิ่มขึ้น

ทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูงขึ้นหรือ อะตอมอยู่ใน

สถานะกระตุ้น ที่สถานะอะตอมจะไม่เสถียรเนื่องจากมีพลังงานสูง

อิเล็กตรอนจึงคายพลังงานออกมาส่วนหนึ่งทำให้อะตอมมีพลังงานลดลง

และกลับเข้าสู่สภาพที่มีพลังงานต่ำลงเพื่อให้อะตอมมีความเสถียรมากขึ้น

พลังงานส่วนใหญ่ที่ขายออกมาจะปรากฏในรูปพลังงานแสงและสามารถ

คำนวณได้โดยใช้ความสัมพันธ์ตามสมการของพลังค์ ซึ่งได้กล่าวไว้แล้ว

ในข้างต้นถ้าแสงสีเหล่านี้แยกออกจากกันอย่างชัดเจนจะปรากฏเป็นเส้น

สเปกตรัมแต่ถ้าแสงสีที่ปรากฏออกมามีลักษณะต่อเนื่องกันเป็นเส้นเดียว

อย่างกับรุ้งหรือจากไส้หลอดไฟฟ้า ซึ่งเป็นโลหะร้อนและมีอะตอมอยู่กัน

อย่างหนาแน่นจะให้สเปกตรัมเป็นแถบสเปกตรัมซึ่งยากแก่การวิเคราะห์

และแปลผลต่อภาวะอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่างๆเรียกว่า ระดับพลังงาน

ของอิเล็กตรอน การเปลี่ยนแปลงพลังงาน ของอิเล็กตรอนระหว่างสถานะ

การ์ตูนและสถานะพื้นสามารถ อุปมานได้กับการกลิ้งลงบันไดของลูกบอล

จากรูปจะเห็นว่าพลังงานศักย์หน้าบันไดแต่ละท่านมีค่าไม่เท่ากันโดยลูกบอล

ที่อยู่บันไดขั้นต่ำจะมีพลังงานศักย์ต่ำกว่าบันไดขั้นสูงและผลต่างของพลังงาน

ระหว่างบันได 2 ขั้นมีค่าเฉพาะตัวที่แน่นอนโดยบันไดที่อยู่ห่างกันมากๆจะมี

ผลต่างของพลังงานมากกว่าบันไดที่อยู่ติดกัน

จากการศึกษาเส้นสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนทำให้

สรุปได้ว่า

        1.เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานในปริมาณที่เหมาะสม อิเล็กตรอน

จะขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าระดับพลังงานเดิมแต่จะอยู่ในระดับใด

ขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ได้รับการที่เล็กตามขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานใหม่

ทำให้ อะตอมไม่เสถียรอิเล็กตรอนจะกลับมาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าซึ่ง

การเปลี่ยนตำแหน่งของแต่ละระดับพลังงานนี้อิเล็กตรอนจะคายพลังงาน

ออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยความถี่เฉพาะค่าหนึ่งหรือ

กล่าวได้ว่าการดูดหรือคายพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมต้องมีค่าเฉพาะ

ตามทฤษฎีของคลังโดยมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นคุณด้วย

ค่าคงที่ของพลังค์ดังกล่าวมาแล้ว

         2.การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน

ไประดับพลังงานที่อยู่ติดกันอาจมีการเปลี่ยนข้ามระดับพลังงานได้และจะ

อยู่ระหว่างระดับพลังงานไม่ได้

        3.ผลต่างระหว่างพลังงานของระดับพลังงานต่ำจะมีค่ามากกว่าผลต่าง

ของระดับพลังงานที่สูงขึ้นไป สร้างความรู้เรื่องการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงาน

ของอิเล็กตรอนและการเกิดสเปกตรัมช่วยให้โบร์นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก

สร้างแบบจำลองอะตอมเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอม

ดังกล่าวโดยกล่าวว่าอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงกลมคล้ายกับ

วงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์แต่ละวงจะมีระดับพลังงานเฉพาะตัวระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสที่สุดมีระดับพลังงานต่ำที่สุดเรียกว่า

ระดับเขตและระดับพลังงานที่อยู่ถัดออกมาเรียกเป็น L M N … ตามลำดับ

ต่อมาได้มีการใช้ตัวเลขแสดงถึงระดับพลังงานของอิเล็กตรอน

คือ n = 1 หมายถึงระดับพลังงานที่ 1 ซึ่งอยู่ใกล้กับบริเวณนิวเคลียส

และผ่านมา n = 2 หมายถึงระดับพลังงานที่ 2 ต่อจากนั้น N = 3 4 …

หมายถึงระดับพลังงานที่ 3 4 และสูงขึ้นไปตามลำดับ

2.1.5 แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

     แบบจำลองอะตอมของโบร์มีข้อจำกัดคือไม่สามารถใช้อธิบายสเปกตรัม

ของอะตอมที่มีลายเล็กตรอนได้นักวิทยาศาสตร์จึงได้ศึกษาเพิ่มเติมจนได้รับ

ข้อมูลเพียงพอที่เชื่อถือว่าอิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นทางอนุภาพและคลื่นโดย

เคลื่อนที่รอบนิวเคลียสบริเวณที่พบอิเล็กตรอนมีหลายลักษณะเป็นรูปทรง

ต่างๆกันตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจากการประยุกต์ใช้สมการทาง

คณิตศาสตร์และใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการคำนวณเพื่อหาโอกาสที่จะพบ

อิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆพบว่าสามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของ

ธาตุได้ถูกต้องกว่าแบบจำลองของโบร์ และสามารถอธิบายได้ว่าอิเล็กตรอน

มีขนาดเล็กมาก และเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอมจึง

ไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้อย่างไรก็ตาม

นักวิทยาศาสตร์พบว่ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบาง

บริเวณเท่านั้นทำให้สามารถมโนภาพได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอก

อิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบริเวณที่กลุ่มออกหรือแสดงว่ามีโอกาสที่จะพบ

อิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มออกจากเรื่องแบบจำลองนี้ว่าแบบจำลอง

อะตอมแบบกลุ่มหมอกดังรูป

2.2 อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป
ในหัวข้อที่ผ่านมานักเรียนได้ทราบแล้วว่าทอมสันค้นพบ

อิเล็กตรอนและค่าประจุต่อมวลในหัวข้อนี้นักเรียนจะได้รู้ เกี่ยวกับ

อนุภาคชนิดอื่นที่เป็นองค์ประกอบของอะตอม
2.2.1 อนุภาคในอะตอม
ในปีพ.ศ 2451 โรเบิร์ตแอนดรูส์มิลลิแกน นักวิทยาศาสตร์

ชาวอเมริกันได้ทำการหาค่าประจุของอิเล็กตรอนโดยการอาศัยสังเกต

หยดน้ำมันในสนามไฟฟ้าดังรูป

เมื่อไรน้ำมันที่ร่วงผ่านรูบนขั้วไฟฟ้าบวกกระทบรังสีจะมีประจุ

ไฟฟ้าเกิดขึ้นทำให้ละอองน้ำมันบังหมดเคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าบวก

บางหยดเคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าล็อคและปลดลอยนิ่งอยู่ระหว่าง

สนามไฟฟ้าขนาดของหยดน้ำมันที่ลอยนิ่งอยู่ระหว่างสนามไฟฟ้า

สามารถสังเกตได้จากกล้องจุลทรรศน์และนำมาคำนวณหามวล

ของหยดน้ำมันที่สร้างความหนาแน่นของน้ำมันและจากความสำคัญ

ของน้ำหนักของหยดน้ำมันที่ลอยนิ่งเท่ากับแรงที่เกิดจากสนามไฟฟ้า

ทำให้สามารถคำนวณค่าประจุไฟฟ้าบนหยดน้ำมันได้ ซึ่งพบว่าค่าประจุ

ไฟฟ้าบนหยดน้ำมันมีค่าเป็นจำนวนเท่ากับ 1.60 × 10^-19 คูลอมบ์

มิลลิแกนจึงสรุปว่าประจุของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 1.60 × 10^-19 คูลอมบ์

ไม่นำมาใช้คำนวณร่วมกับค่าประจุต่อมวลที่รายงานไว้โดยทอมสันจะได้

หมดอิเล็กตรอนเท่ากับ 9.11 × 10^-28 กรัม

        ในปีพศ. 2429 ออยเกนโกลด์ ชไตน์ ได้ทำการดัดแปลงหลอดรังสี

แคโทดโดยการสลับตำแหน่งของแคโทดแอโนดซึ่งเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า

เข้าไปพบว่าจะเกิดการเรืองแสงแสดงว่ามีรังสีจากแอโนดซึ่ง เรียกรังสีนี้ว่า

รังสีแคแนลหรือรังสีแอโนดซึ่งมีประจุบวก

ออยเกนโกลด์ชไตน์ได้ทำการทดลองกับแก๊สหลายชนิดพบว่ารังสีเอกซ์

มีค่าประจุต่อมวลไม่คงที่จนกระทั่งกลุ่มนักวิจัยนำทีมโดยรัฐศาสตร์และ

ทอมสันได้ทำการศึกษาหล่อในลักษณะเดียวกันที่บรรจุแก๊สไฮโดรเจน

ทำให้ได้ข้อสรุปว่าอนุภาคบวกมีค่าประจุเท่ากับอิเล็กตรอนและหาค่ามวล

ของประจุได้เป็น 1.673 × 10^-24 กรัมซึ่งมากกว่ามวลอิเล็กตรอนประมาณ

1840 เท่าที่อนุภาคนี้ว่าโปรตอน
        ในปีพศ 2475 เจมส์แชดวิก นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ทดลอง

ยิงอนุภาคแอลฟาเพลงอะตอมของธาตุต่างๆและทดสอบผลการทดลองด้วย

เครื่องมือที่มีความเสี่ยงสูงทำให้ทราบว่าในนิวเคลียสมีอนุภาคที่เป็นกลาง

ทางไฟฟ้าและเรียกว่านิวตรอนซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับมวลของโปรตอนการ

ค้นพบนิวตรอนช่วยอธิบายและสนับสนุนข้อมูลเกี่ยวกับมวลของอะตอมซึ่ง

คำว่ามีค่ามากกว่ามวลรวมของโปรตอนเสื้อผ้าคาร์บอนมีมวลของโปรตอน

รวมกัน 6 หน่วยประมวลของอะตอมมีค่า 12 หน่วยและมวลของธาตุส่วนใหญ่

มีค่าเป็น 2 เท่าหรือมากกว่า 2 เท่าของมวลโปรตอนทั้งหมดรวมกันดังนั้น

อิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอนจึงเป็นอนุภาคในอะตอมซึ่งอนุภาคแต่ละ

ชนิดมีรายละเอียดดังนี้

2.2.2 เลขอะตอมเลขมวลและไอโซโทป

อะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน

เป็นนิวเคลียสของอะตอมและมีอิเล็กตรอนซึ่งมีจำนวนเท่ากับจำนวน

โปรตอนเคลื่อนที่อยู่รอบๆอะตอมของธาตุแต่ละชนิดมีจำนวนโปรตอน

เฉพาะตัวไม่ซ้ำกับธาตุอื่นตัวเลขที่แสดงจํานวนโปรตอน เรียกว่า เลขอะตอม

และเนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนมีค่าน้อยมากดังนั้นเมื่อของอะตอม

ส่วนใหญ่จึงเป็นมวลของนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน

ผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน ว่า เลขมวล สัญลักษณ์ที่แสดง

รายละเอียดเกี่ยวกับสัญลักษณ์ของธาตุเลขอะตอมและเลขมวลของอะตอม

เรียกว่า สัญลักษณ์นิวเคลียส อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีจำนวน

โปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันแต่จำนวนนิวตรอนอาจมีได้หลายค่า

ทำให้อะตอมของธาตุเดียวกันมีมวลต่างกัน เฟรเดอริก ซอดดี นักเคมี

ชาวอังกฤษอะตอมของธาตุเดียวกันที่มีเลขมวลต่างกันว่าไอโซโทป

นอกจากนี้ยังมี ไอโซโทน ซึ่งหมายถึง ธาตุต่างชนิดกันแต่มีนิวตรอนเท่ากัน

ไอโซบาร์ หมายถึง ธาตุต่างชนิดกันเลขมวลเท่ากันแต่ละอะตอมต่างกัน

และไอโซอิเล็กทรอนิกส์ หมายถึง ธาตุหรือไอออนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน

2.3 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

2.3.1 จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน

จากการศึกษาแบบจำลองอะตอมทำให้ทราบว่าอะตอม

ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียสโดยอิเล็กตรอน

เคลื่อนที่อยู่รอบรอบและอยู่ในระดับพลังงานต่างกันเล็กตอนเหล่านั้น

อยู่กันอย่างไรและในแต่ละระดับพลังงานจะมีอิเล็กตรอนสูงสุดเท่าไหร่

ให้พิจารณาข้อมูลแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุดังตาราง

เมื่อพิจารณาข้อมูลแล้วจะพบว่าจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 1

มีได้มากที่สุดคือ 2 อิเล็กตรอนระดับพลังงานที่ 2 มีได้มากที่สุดคือแบบ

อิเล็กตรอนสำหรับระดับพลังงานที่ 3 จากการสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมทำให้

ทราบว่ามีมากที่สุด 18 อิเล็กตรอนด้วยคือจำนวนอิเล็กตรอนมากที่สุด

ที่มีได้ในแต่ระดับพลังงานจะมีค่าเท่ากับ 2n^2 เมื่อ n คือตัวเลขแสดงระดับ

พลังงานถ้าพิจารณาตามหลัก 2n^2 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ K และ

Ca ควรเป็น 289 และจากการศึกษาพบว่าการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ K

และ Ca เป็น 2 8 8 1 และ 2 8 8 2 ตามลำดับซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนใน

ระดับพลังงานที่ 3 ของธาตุทั้งสองมีเพียง 8 อิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนที่

เพิ่มมา 1 และ 2 อิเล็กตรอนนั้นเข้าไปอยู่ในระดับพลังงานที่ 4 ทำให้ระดับ

พลังงานที่ 3 มีอิเล็กตรอนไม่ครบ 18 อิเล็กตรอน

2.3.2 ระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย
     นักเรียนทราบมาแล้วว่าโบเสนอแบบจำลองโดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับ

เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนซึ่งแสดงให้เห็นว่าอะตอมของไฮโดรเจน

มีพลังงานหลายระดับและความแตกต่างระหว่างพลังงานของแต่ละ

ระดับที่อยู่ถัดไปก็ไม่เท่ากันโดยความแตกต่างของพลังงานจะมีค่าน้อยลง

เมื่อระดับพลังงานสูงขึ้นการอธิบายเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของโบว์ได้

จุดประกายให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนเกิดความสนใจและศึกษาเกี่ยวกับ

เส้นสเปกตรัมมากขึ้น และพบว่าเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่เปล่งแสง

ออกมาและมองเห็นเป็นหนึ่งเส้นแท้จริงนั้นประกอบด้วยเส้นสเปกตรัม

มากกว่า 1 เส้นซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปที่ว่าเส้นสเปกตรัมที่เกิดขึ้นนอกจากเป็น

การคายพลังงานของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานหลักซึ่งแทนด้วย n

แล้วยังเป็นการ พลังงานของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานย่อยของแต่ละ

ระดับพลังงานหลักอีกด้วยนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดระดับพลังงานย่อยเป็น

ตัวอักษร s p d และ f ตามลำดับ
ระดับพลังงานที่ 1 (n = ) มี 1 ระดับพลังงานย่อยคือ s ระดับพลังงานหลักที่ 2

(n = 2) มี 2 ระดับพลังงานย่อยคือ s p ระดับพลังงานที่ 3 (n = 3) มี 3 ระดับ

พลังงานย่อยคือ s p d และระดับพลังงานหลักที่ 4 (n = 4) มี 4 ระดับพลังงาน

ย่อยคือ s p d f

 

2.3.3 ออร์บิทัล

     อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาความหนาแน่นของกลุ่มหมอก

อิเล็กตรอน ซึ่งอยู่ในรูปของโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนซึ่งมีอาณาเขตและ

รูปร่างใน 3 มิติแตกต่างกันบริเวณรอบนิวเคลียสซึ่งมีโอกาสที่จะพบ

อิเล็กตรอนและมีพลังงานเฉพาะนี้เรียกว่าออเรนทอลการศึกษา พบว่า

จำนวนออร์บิทัลในแต่ละพลังงานย่อยมีค่าแตกต่างกันซึ่งสรุปได้ดังนี้

ระดับพลังงานย่อย s มี 1 ออร์บิทัล ระดับพลังงานย่อย p มี 3 ออร์บิทัล

ระดับพลังงานย่อยดีมี 5 ออร์บิทัล รอบพลังงานย่อย f มี 7 ออร์บิทัล

    อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุด

ของอะตอมเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน การบรรจุอิเล็กตรอน

ตามลำดับระดับพลังงานโดยอาศัยแผนภาพตามหลัก อาฟบาว

ดังที่กล่าวมาแล้ว มีบางธาตุที่การบรรจุอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน

ย่อยไม่ได้เป็นไปตามหลักการนั้น เช่น Cr มีเลขอะตอม 24 Cu มี

เลขอะตอม 29         ธาตุที่ได้รับหรือเสียอิเล็กตรอน สามารถเขียนการจัดเรียง

อิเล็กตรอนได้ดังนี้ 1.กรณีที่ถ้าได้รับอิเล็กตรอน ให้บรรจุอิเล็กตรอน

ปกติรวมกับอิเล็กตรอนที่รับเข้ามาตามลำดับระดับพลังงานโดยอาศัย

แผนภาพตามหลัก อาฟบาว 2.กรณีที่ถ้าเสียอิเล็กตรอนให้บรรจุ

อิเล็กตรอน ตามปกติก่อนจากนั้นจึงนำอิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นนอกสุดออก

2.4 ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบธาตุแล้วเป็นจำนวนมาก

ถ้าเรานั้นอาจมีสมบัติบางประการคล้ายกัน และบางประการ

แตกต่างกันจึงยากที่จะจดจำสมบัติต่างๆของแต่ละธาตุได้ทั้งหมด

นักวิทยาศาสตร์จึงหาเกณฑ์ในการจัดธาตุที่มีสมบัติคล้ายการให้

อยู่ในกลุ่มเดียวกันเพื่อง่ายต่อการศึกษา

2.4.1 วิวัฒนาการของตารางธาตุ

เมื่อมีการค้นพบธาตุและศึกษาสมบัติของธาตุเหล่านี้

แล้วเราวิทยาศาสตร์ได้หาความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติต่างๆ ของธาตุ

และนำมาใช้จัดตารางธาตุเป็นกลุ่มได้หลายแบบ

ในปีพศ. 2360 โยฮันน์เดอเบอไรเนอร์ เต้นนักเคมี

คนแรกที่พยายามจัดตารางธาตุเป็นกลุ่มกลุ่มกลุ่มละ 3 ช่าตอนสมบัติ

ที่คล้ายคลึงกันเรียกว่าชุดสาม โดยพบว่าท่าทางจะมีมวลอะตอมเป็น

ค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีก 2 ธาตุที่เหลือ ดังรูป

ในปีพ.ศ. 2427 จอห์นนิวแลนด์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอ

ในการจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า ถ้าเรียนต่างชาติหมดอะตอมจากน้อยไปมาก

พบว่าถ้าที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนท่าที่หนึ่งเสมอ โดยไม่รวมค่าไฮโดรเจน

และแก๊สมีสกุล การจัดเรียงธาตุตามแนวคิดของนิวตันใช้ได้ถึงธาตุแคลเซียม

เท่านั้นกดนี้ไม่สามารถอธิบายได้เพราะว่า เหตุใดมวลอะตอมจึง

เกี่ยวข้องกับสมบัติที่คล้ายคลึงกันของธาตุทำให้ไม่เป็นที่ยอมรับในเวลาต่อมา

ดังรูป

ในปีพศ 2412 ยูลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน

และ ดิมิทรี เมนเดเลเอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียศึกษารายละเอียด

ของทอดต่างๆมากขึ้นทำให้มีข้อสังเกตว่าถ้าท่านเองตามมวลอะตอม

จากน้อยไปมากจะพบว่าท่านมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงช่วงการที่ธาตุต่างๆ

มีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงช่วงเช่นนี้ จึงต้องเป็นกรดเรียกว่ากฎพิริออดิก

การจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ของเมนเดเลเอฟ ไม่ได้หยุดการเรียงลำดับ

ตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากเพียงอย่างเดียวแต่ได้นำสมบัติที่

คล้ายคลึงกันของธาตุที่ปรากฏซ้ำกันเป็นช่วงๆมาพิจารณาด้วย

นอกจากนี้ยังได้เว้นช่องว่างไว้โดยคิดว่าน่าจะเป็นตำแหน่งของธาตุ

ที่ยังไม่ได้มีการค้นพบโดยที่ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุมีความสัมพันธ์

กับสมบัติของธาตุเมนเดเลเอฟ จึงได้ทำนายสมบัติของธาตุ ที่ยังไม่ได้

มีการค้นพบ 3 ธาตุและให้ชื่อว่า เอคา-โบรอน เอคา-อะลูมิเนียม และ

เอคา-ซิลิกอน ในเวลาต่อมา ก็ได้ค้นพบธาตุสแกนเดียม แกลเลียม

และเจอร์เมเนียมตามลำดับ ซึ่งสมบัติใกล้เคียงกับที่ได้ทำนายไว้

ในปีพ. ศ. 2456 เฮนรี โมสลีย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ

เสนอให้จัด ธาตุเรียงตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆของธาตุมี

ความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม

ตารางธาตุในปัจจุบันจึงได้ปรับปรุงมาจากตารางธาตุของเมนเดเลเอฟแต่

เรียงธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก ดังรูป

แบ่งธาตุในแนวตั้งเป็น 18 แถวโดยเรียกแถวในแนวตั้งว่าหมู่

และแบ่งธาตุในแนวนอนเป็น 7 แถวโดยเรียกแถวในแนวนอนว่าคาบ

2.4.2 กลุ่มของธาตุในตารางธาตุ

การที่นักวิทยาศาสตร์จัดธาตุในตารางธาตุเป็น

หมู่และคาบเพื่อให้ง่ายต่อการศึกษาสมบัติของธาตุต่างๆถ้าแบ่ง

กลุ่มของธาตุตามสมบัติความเป็นโลหะจะแบ่งได้ 3 กลุ่มคือธาตุ

โลหะเป็นธาตุที่นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีธาตุกึ่งโลหะเป็นธาตุ

ที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดีที่อุณหภูมิห้องจะจะนำไฟฟ้าได้ดีเมื่ออุณหภูมิ

สูงขึ้นและธาตุอโลหะซึ่งเป็นธาตุที่ไม่นำไฟฟ้าเลยยกเว้นคาร์บอน

และฟอสฟอรัสดำเมื่อพิจารณาตำแหน่งของธาตุพบว่าธาตุโลหะ

อยู่ทางซ้ายมือของตารางธาตุ ธาตุอโลหะจะอยู่บริเวณที่เป็นขั้นบันได

และธาตุอโลหะจะอยู่ขวามือของตารางธาตุยกเว้นไฮโดรเจนอยู่

ทางซ้ายมือของตารางธาตุ

ถ้าแบ่งกลุ่มธาตุในตารางธาตุโดยพิจารณาการจัดเรียงอิเล็กตรอน

ในออร์บิทัล s p d f ที่มีพลังงานสูงสุด และมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่

จะแบ่งธาตุได้เป็น 4 กลุ่มใหญ่คือถ้ากลุ่ม s ได้แก่ธาตุในหมู่ที่ 1 และ 2

ธาตุกลุ่ม p ได้แก่ธาตุในหมู่ที่ 13 ถึง 18 ยกเว้นฮีเลียมธาตุกลุ่มดีได้แก่

ธาตุในหมู่ที่ 3 ถึง 12 ส่วนธาตุในกลุ่ม f ได้แก่กลุ่มธาตุที่อยู่ด้านล่าง

ของตารางธาตุที่นิยมมาจากหมู่ 3 คาบที่ 6 และ 7

ธาตุกลุ่ม s และธาตุกลุ่ม p เรียกรวมกันว่า ถ้ากลุ่ม a

ซึ่งเป็นกลุ่มของธาตุเรพรีเซนเททีฟ หรืออาจเรียก กลุ่มธาตุหมู่หลัก

เมื่อพิจารณาการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุกลุ่มเอพบว่าถ้าใน

แนวตั้งที่อยู่ในกลุ่มเอจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนและจำนวน

เวเลนซ์อิเล็กตรอน เท่ากัน จะตรงกับเลขหมู่ธาตุบางหมู่มีการกำหนด

ชื่อที่เป็นสากลเช่น 5 หมู่ IA มีชื่อเรียกว่าโลหะแอลคาไล ธาตุหมู่ IIA

มีชื่อเรียกว่าโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ธาตุหมู่ VIIA มีชื่อเรียกว่า ธาตุแฮโลเจน

และธาตุหมู่ VIIIA ยกเว้น Og เรียกว่าแก๊สมีสกุล กลุ่ม d และ f เรียก

รวมกันว่าธาตุกลุ่ม B หรือกลุ่มแทรนซิชัน ซึ่งแบ่งเป็นทรานซิชัน

ชั้นนอกและธาตุแทรนซิชันชั้นในได้แก่กลุ่ม d และ f ตามลำดับ

ยังสามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มย่อยกลุ่มได้อยู่คาบที่ 6 และมีเลขอะตอม

ตั้งแต่ 57 ถึง 71 เมื่อกลุ่มนี้ว่าแลนทานอยด์ กลุ่มที่ 2 อยู่คาบที่ 7

และมีเลขอะตอมตั้งแต่ 89 ถึง 130 กลุ่มนี้ว่ากลุ่มธาตุแอกทินอยด์

เมื่อพิจารณา การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชันพบว่า

จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนส่วนใหญ่เท่ากับ 2 เมื่อพิจารณาธาตุ

กลุ่มนี้ตามแนวนอนพบว่าจำนวนระดับพลังงานจะตรงกับเลขที่

คาบเช่นเดียวกับธาตุในกลุ่มธาตุหมู่หลัก จากการศึกษาการจัดเรียง

ธาตุในตารางธาตุช่วยให้ทราบถึงตารางธาตุในปัจจุบันจัดธาตุเป็น

หมู่และคาบโดยอาศัยสมบัติบางประการที่คล้ายกันสมบัติของธาตุ

หมู่หลักตามหมู่และตามคาบซึ่งได้แก่ขนาดอะตอม รัศมีไอออน

พลังงานไอออไนเซชัน อิเล็กโทรเนกาติวิตี สัมพันธภาพอิเล็กตรอน

2.4.3 ขนาดอะตอม
ตามแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกอิเล็กตรอน

ที่อยู่รอบนิวเคลียสจะเคลื่อนที่ตลอดเวลาด้วยความเร็วสูงและ

ไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนรวมทั้งไม่สามารถกำหนด

ขอบเขตที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้นอกจากนี้อะตอมโดยทั่วไป

ไม่อยู่เป็นอะตอมเดียวแต่จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมไว้ด้วยกัน

ถึงเป็นเรื่องยากที่จะวัดขนาดอะตอมที่อยู่ในสภาวะอิสระหรือเป็น

อะตอมเดี่ยวในทางปฏิบัติจึงบอกขนาดอะตอมด้วยรัศมีอะตอมซึ่ง

กำหนดให้มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะทางระหว่างนิวเคลียสของ

อะตอมทั้ง 2 ที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน

เพื่อศึกษา รัศมีอะตอมของธาตุทำให้ทราบขนาดอะตอมของธาตุและ

สามารถเปรียบเทียบขนาดอะตอมของธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันหรือ

หมู่เดียวกันได้ดังรูป

เมื่อพิจารณาขนาดอะตอมของธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกัน

พบว่า ขนาดอะตอมมีแนวโน้มลดลงหมายเลขอะตอมเพิ่มขึ้นอธิบาย

ได้ว่าเนื่องจากธาตุในคาบเดียวกันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ในระดับ

พลังงานเดียวกันแต่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสต่างกันเท่าที่มี

จำนวนโปรตอนมากจะดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนด้วยอะไรที่มากกว่า

ธาตุที่มีจำนวนโปรตอนน้อยเวเลนซ์อิเล็กตรอนจึงเข้าใกล้นิวเคลียส

ได้มากกว่าทำให้อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กลงส่วนธาตุในหมู่เดียวกัน

เมื่อใดอะตอมเพิ่มขึ้นจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและจำนวนระดับ

พลังงานที่มีต่ออีก 1 ตอนเพิ่มขึ้นด้วยอิเล็กตรอนที่อยู่ในชั้นในจึง

เป็นคล้ายฉากกั้นแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนในนิวเคลียสกับ

เวเลนซ์อิเล็กตรอนทำให้แรงดึงดูดต่อ เวเลนซ์อิเล็กตรอน มีน้อย

เป็นผลให้ธาตุในหมู่เดียวกันมีขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นตามเลขอะตอม
2.4.4 ขนาดไอออน
อะตอมซึ่งมีจำนวนโปรตอนเท่ากับอิเล็กตรอน

เมื่อรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามาหรือเสียอิเล็กตรอนออกไปอะตอม

จะกลายเป็นไอออนการบอกขนาดของไอออนทำได้เช่นเดียวกับ

การบอกขนาดของอะตอม กล่าวคือ จะบอกเป็นค่ารัศมีไอออนซึ่ง

พิจารณาจากระยะทางระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งหนึ่งที่

ยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก

เมื่อโลหะ ทำปฏิกิริยากับอโลหะอะตอมของโลหะจะ

เสียเวลาแต่เล็กจนกลายเป็นไอออนบวกจำนวนอิเล็กตรอน

ในอะตอมจึงลดลงทำให้แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนลดลงด้วย

หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือแรงดึงดูดระหว่าง ประจุในนิวเคลียส

กับอิเล็กตรอนจากเพิ่มมากขึ้น Iron ห่วงจึงมีขนาดเล็กกว่าอะตอม

เดิม ส่วนอะตอมของอโลหะนั้นส่วนใหญ่จะรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามา

และเกิดเป็นไอออนลบเนื่องจากมีการเพิ่มขึ้นของจำนวนอิเล็กตรอน

ขอบเขตของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนจะขยายออกไปจากเดิมไอออนลบ

จึงมีขนาดใหญ่กว่าอะตอมเดิม ดังรูป

2.4.5 พลังงานไอออไนเซชัน

พลังงานปริมาณน้อยที่สุดที่ทำให้อิเล็กตรอน

หลุดจากอะตอมในสถานะแก๊สเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน

โดยค่า IE แสดงถึงความยากง่ายในการทำให้ อะตอมในสถานะ

แก๊สกลายเป็นไอออนบวก โดยอีน้อยแสดงว่าทำให้เป็นไอออน

บวกได้ง่ายแต่ถ้า IE มากแสดงว่าทำให้เป็นไอออนบวกได้ยากก็

ทำให้ไฮโดรเจนอะตอมในสถานะแก๊สกลายเป็นไรโดยเช่นไอออน

และสถานะแก๊สเขียนได้ดังนี้

H(g) ----> H^+(g) + e^-

การทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมของ

ไฮโดรเจนจะต้องใช้พลังงานอย่างน้อยที่สุด 1318 กิโลจูลต่อโมล

นั่นคือ พลังงานไอออไนเซชันของไฮโดรเจนอะตอมเท่ากับ 1318

กิโลจูลต่อโมล ธาตุไฮโดรเจน มี 1 อิเล็กตรอนจึงมีค่าพลังงาน

ไอออไนเซชันเพียงค่าเดียวถ้าธาตุที่มีหลายอิเล็กตรอน ก็จะมี

พลังงานไอออไนเซชันหลายค่าพลังงานที่น้อยที่สุดที่ทำให้

อิเล็กตรอนตัวแรกหลุดออกมาจากอะตอม ที่อยู่ในสถานะแก๊ส

เรียกว่าพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 เขียนย่อเป็น IE 1 พลังงาน

ที่ทำให้อิเล็กตรอนในลำดับต่อๆมาหลุดออกมาจากอะตอมเรียกว่า

พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 2 3 ... และเขียนย่อเป็น IE 2 IE 3

ตามลำดับ

2.4.6 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน
พลังงานที่ถูกคายออกมาเมื่ออะตอมในสถานะแก๊ส

ได้รับอิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอนเลขว่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน

เขียนสมการการเปลี่ยนแปลงได้ดังนี้
A(g) + e^- ---> A^-(g)
หาค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน มีค่าเป็นบวก

หมายความว่าอะตอมคายพลังงานเมื่อได้รับอิเล็กตรอนแสดงว่า

อะตอมของธาตุนั้นมีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอนได้ดี ถ้าค่า

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเป็นลบแปลว่าต้องใช้พลังงานเพิ่มเข้าไป

เพื่อให้และรับอิเล็กตรอนได้เพิ่มขึ้น 1 อิเล็กตรอน เมื่อพิจารณาตาม

ข้อพบว่าค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของธาตุอโลหะยกเว้น หมู่ VIIIA

มีค่ามากกว่าธาตุโลหะแสดงว่าธาตุอโลหะมีแนวโน้มที่จะได้รับ

อิเล็กตรอนได้ดีกว่าถ้าโลหะเมื่อพิจารณาโดยภาพรวมทั้งหมด

จะพบว่าธาตุหมู่ VIIA มีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูงที่สุดแสดงว่า

มีแนวโน้มในการรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าท่านผู้อื่นที่เป็นเช่นนี้อาจ

อธิบายได้ว่าการรับ 1 อิเล็กตรอนของธาตุในหมู่นี้จะทำให้มีอะตอม

ที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุหมู่ VIIA หรือแก๊สมีสกุลซึ่ง

มีความเสถียรมาก

2.4.7 อิเล็กโทรเนกาติวิตี
อิเล็กโทรเนกาติวิตีความสามารถของอะตอมในการดึงดูด

อิเล็คตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันในโมเลกุลของสารแนวโน้มค่า

อิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุในตารางเป็นดังนี้
เมื่อพิจารณาค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุในคาบเดียวกันพบว่า

มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอมเนื่องจากในคาบเดียวกันอะตอม

ของธาตุหมู่ IA มีขนาดใหญ่ที่สุดและหมู่ VIIA มีขนาดเล็กที่สุด

ความสามารถในการดึงดูดอีเล็คตรอนตามข้ามจึงเพิ่มขึ้นจาก

หมู่ IA ไปหมู่ VIIA ดังนั้นในคาบเดียวกันธาตุหมู่ IA จึงมีค่า

อิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำที่สุดควรธาตุหมู่ VIIA มีค่า

อิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุดธาตุในหมู่เดียวกันมีแนวโน้มของ

ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี ลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้นเนื่องจาก

ขนาดของอะตอมที่เพิ่มขึ้นเป็นผลให้นิวเคลียสดึงดูดอิเล็กตรอนลดลง