ธาตุและสมบัติบางประการของธาตุ

ธาตุและสมบัติบางประการของธาตุ

ธาตุ (Element)  

            ธาตุ หมายถึง  สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบอะตอมของธาตุเพียงชนิดเดียวเท่านั้น  ธาตุไม่สามารถจะนำมาแยกสลายให้กลายเป็นสารอื่นโดยวิธีการทางเคมี  แต่อาจแยกออกโดยวิธีนิวเคลียร์  

            ธาตุเป็นองค์ประกอบหลักของสารทุกชนิด ธาตุเกือบทุกชนิดนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาคันพบแล้ว ปัจจุบันมีการค้นพบธาตุแล้วไม่ต่ำกว่า 119 ธาตุ เป็นธาตุที่อยู่ในธรรมชาติ  89 ธาตุ ที่เหลือเป็นธาตุที่สังเคราะห์ขึ้น ธาตุบางธาตุอาจค้นพบแล้ว แต่ไม่มีการเปิดเผยเพราะเป็นประโยชน์ทางธุรกิจ

ธาตุแบ่งออกได้เป็น 3 สถานะ

            1.  ของแข็ง เช่น ตะกั่ว (Pb), เงิน (Ag) และดีบุก (Sn) เป็นต้น

            2.  ของเหลว ได้แก่ โบรมีน (Br2) และปรอท (Hg) เป็นต้น

            3.  ก๊าซ เช่น  ไนโตรเจน (N2), ฮีเลียม (He) และออกซิเจน (O2) เป็นต้น

สมบัติของธาตุ

            ในภาวะปกติ ธาตุบางชนิดดำรงอยู่สถานะของแข็ง บางชนิดเป็นของเหลว และบางชนิดเป็นก๊าซ  เราสามารถแบ่งสมบัติของธาตุทั้งหมดออกได้เป็นสามพวกใหญ่ๆ คือ โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ

ตารางที่ 1 แสดงตัวอย่างของธาตุโลหะและอโลหะที่เราพอรู้จักกันดี

โลหะ		อโลหะ
ทองคำ เงิน เหล็ก ปรอท ตะกั่ว สังกะสี อะลูมิเนียม โซเดียม แมกนีเซียม	(ของแข็ง) (ของแข็ง) (ของแข็ง) (ของเหลว) (ของแข็ง) (ของแข็ง) (ของแข็ง) (ของแข็ง) (ของแข็ง)	ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน คลอรีน โบรมีน ไอโอดีน กำมะถัน อาร์กอน คาร์บอน	(ก๊าซ) (ก๊าซ) (ก๊าซ) (ก๊าซ) (ของเหลว) (ของแข็ง) (ของแข็ง) (ก๊าซ) (ของแข็ง)

 การที่เราจำแนกธาตุทั้งหลายออกเป็นโลหะกับอโลหะนั้น ก็เนื่องจากธาตุต่างๆ มีสมบัติเฉพาะตัวแตกต่างกัน  แต่ก็มีสมบัติบางประการเหมือนกันหรือคล้ายกัน ซึ่งพอจะแยกออกเป็นสามพวกได้ดังนี้

          1. โลหะ (metal) เป็นกลุ่มธาตุที่มีสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ นำความร้อนที่ดี เหนียว มีจุดเดือดสูง ปกติเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง (ยกเว้น ปรอท) เช่น แคลเซียม อะลูมิเนียม เหล็ก เป็นต้น

          2. อโลหะ (non-metal) เป็นกลุ่มธาตุที่มีสมบัติไม่นำไฟฟ้า มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เปราะบาง และมีการแปรผันทางด้านคุณสมบัติทางกายภาพมากกว่าโลหะ เช่น ออกซิเจน กำมะถัน ฟอสฟอรัส เป็นต้น

ตารางที่ 2 แสดงสมบัติบางประการของโลหะกับอโลหะ  

สมบัติ	โลหะ	อโลหะ
1. สถานะ	เป็นของแข็งในสภาวะปกติ ยกเว้นปรอทซึ่งเป็นของเหลว ไม่มีโลหะที่เป็นก๊าซในภาวะปกติ	มีอยู่ได้ทั้ง 3 สถานะ ธาตุที่เป็นก๊าซในภาวะปกติจะเป็นอโลหะทั้งสิ้น อโลหะที่เป็นของเหลว คือ โบรมีน ของแข็ง ได้แก่ คาร์บอน กำมะถัน ฟอสฟอรัส เป็นต้น
2. ความมันวาว	มีวาวโลหะ ขัดขึ้นเงาได้	ส่วนมากไม่มีวาวโลหะ ยกเว้น แกรไฟต์ (ผลึกคาร์บอน) เกล็ดไอโอดีน (ผลึกไอโอดีน)
3. การนำไฟฟ้าและน้ำความร้อน	นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดี เช่น สายไฟฟ้ามักทำด้วยทองแดง	นำไฟฟ้าและนำความร้อนไม่ได้ยกเว้นแกรไฟต์  นำไฟฟ้าได้ดี
4. ความเหนียว	ส่วนมากเหนียว ดึงยืดเป็นเส้นลวด  หรือตีเป็นแผ่นบ่างๆ ได้	อโลหะที่เป็นของแข็ง  มีเปราะดึงยืดออกเป็นเส้นลวดหรือตีเป็นแผ่นบางๆ ไม่ได้
5. ความหนาแน่น  หรือความถ่วงจำเพาะ	ส่วนมากมีความหนาแน่นสูง	มีความหนาแน่นต่ำ
6. จุดเดือนและจุดหลอดเหลว	ส่วนมากสูง เช่น เหล็ก มีจุดหลอดเหลว 1,536 oC  จุดเดือด3,000 oC	ส่วนมากต่ำโดยเฉพาะพวกอโลหะที่เป็นก๊าซ
7. การเกิดเสียงเมื่อเคาะ	มีเสียงดังกังวาน	ไม่มีเสียงดังกังวาน
8. เกี่ยวกับอิเล็กตรอนและประจุไอออน	เป็นพวกชอบให้อิเล็กตรอน ทำให้เกิดเป็นไอออนบวก	เป็นพวกชอบรับอิเล็กตรอน ทำให้เกิดเป็นไอออนลบ
9. สารประกอบออกไซด์	โลหะออกไซด์เป็นเบส	อโลหะออกไซด์เป็นกรด

        
          3. กึ่งโลหะ (metalloid) เป็นกลุ่มธาตุที่มีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะและอโลหะ เช่น ธาตุซิลิคอน และเจอเมเนียม มีสมบัติบางประการคล้ายโลหะ เช่น นำไฟฟ้าได้บ้างที่อุณหภูมิปกติ และนำไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เป็นของแข็ง  เป็นมันวาวสีเงิน จุดเดือดสูง แต่เปราะแตกง่ายคล้ายอโลหะ

 สมบัติอื่น ๆ บางประการของธาตุบางชนิด

ธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82

กัมมันตภาพรังสี หมายถึง ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีเบต้า และรังสีแกมมา

ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี

1.  ทำเตาปฏิกรณ์ปรมาณู ทำโรงงานไฟฟ้าพลังงานปรมาณู และเรือดำน้ำปรมาณู
2.  ใช้สร้างธาตุใหม่หลังยูเรเนียม สร้างขึ้นโดยยิ่งนิวเคลียสของธาตุหนักด้วยอนุภาคแอลฟา หรือด้วยนิวเคลียสอื่นๆ ที่ค่อนข้างหนัก และมีพลังงานสูง
3.  ใช้ศึกษากลไกของปฏิกิริยาเคมี เช่น การเกิดปฏิกิริยาของเอสเทอร์
4.  ใช้ในการหาปริมาณวิเคราะห์
5.  ใช้ในการหาอายุของซากสิ่งมีชีวิต (C - 14)
6.  การรักษาโรค เช่น มะเร็ง (Ra - 226)
7. ใช้ในการถนอมอาหารให้อยู่ได้นานๆ ( Co-60)
8. ใช้ ศึกษาความต้องการปุ๋ยของพืช และปรับปรุงเมล็ดพันธุ์ที่ต้องการ (P - 32)

โทษของธาตุกัมมันตรังสี

ถ้าร่างกายได้รับจะทำให้โมเลกุลภายในเซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงไม่สามารถทำงานตามปกติได้ ถ้าเป็นเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมก็จะเกิดการผ่าเหล่า โดยเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์ เมื่อเข้าไปในร่างกายจะไปสะสมในกระดูก ส่วนผลที่ทำให้เกิดความป่วยไข้จากรังสี เมื่ออวัยวะส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายได้รับรังสี โมเลกุลของธาตุต่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตัว ทำให้เกิดอาการป่วยไข้และเกิดมะเร็งได้

ธาตุและสารประกอบในชีวิตประจำวัน

1. โซเดียมคลอไรด์ ( NaCl ) ใช้ปรุงรสอาหาร ถนอมอาหาร เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO 3 ) หรือโซดาทำขนม โซเดียมคาร์บอเนต (NaCO 3 )หรือโซดาแอส โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH ) หรือโซดาไฟ และไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl ) ในต่างประเทศใช้ NaCl สำหรับละลายน้ำแข็งในหิมะ เป็นสารจำเป็นในร่างกาย คือ Na + เป็นส่วนประกอบของของเหลวในร่างกาย

2. แคลเซียมคลอไรด์ ( CaCl 2 )  ใช้เป็นสารดูดความชื้น ใช้ในเครื่องทำความเย็นในอุตสาหกรรมห้องเย็น ใช้ทำฝนเทียม

3. โพแทสเซี่ยมคลอไรด์ ( KCl ) ใช้ทำปุ๋ย

4. แอมโมเนียมคลอไรด์ ( NH 4Cl ) ใช้เป็นน้ำประสารดีบุก ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์เซลล์ถ่านไฟฉาย

5. โซเดียมหรือแคลเซียมคลอเรต ( NaClO 3 , Ca (ClO 3 ) 2   ใช้เป็นสารฟอกสี ฟอกขาวเยื่อกระดาษ ใช้ฆ่าแบคทีเรีย และสาหร่ายในน้ำประปา และในน้ำสระ

6. HCl    ใช้กำจัดสนิมเหล็กก่อนที่จะฉาบสารกันสนิม

7. DDT   ใช้เป็นยาฆ่าแมลง (ปัจจุบันเป็นสารต้องห้าม)

8. ฟรีออน หรือสาร CFC ใช้ทำความเย็น เป็นตัวขับดันในกระป๋องสเปรย์

9. โบรโมคลอโรไดฟลูออโรมีเทน ( BFC ) เป็นสารที่ใช้ดับเพลิงในรถยนต์    และเครื่องบิน

10. แคลเซียม ( Ca ) เป็นธาตุหมู่ 2 มีความแข็งแรงพอใช้เป็นโลหะที่มีเงาวาว เบา ถ้าถูกับไอน้ำในอากาศมันจะหมดเงาทันที ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ไฮโดรเจน

11. แคลเซียมคาร์บอเนต ( CaCO 3 ) พบมากในธรรมชาติเกิดอยู่ในแบบของ Limestone Marble ชอล์ก หอย เปลือกหอยกาบ และไข่มุก CaCO 3 ที่บริสุทธิ์ จะมีสีขาว CaCO 3 ที่อยู่ในรูปแบบของ Marble ใช้ประโยชน์ในการก่อสร้าง แต่ถ้าอยู่ในรูป Limestone ผสมClay แล้วให้ความร้อนจะให้ซีเมนต์

12. แคลเซียมฟอสเฟต [ Ca 3 (PO 4 ) 2] พบมากในมลรัฐฟลอริดา อยู่ในกระดูก มีประโยชน์ใช้ทำปุ๋ยซึ่งอยู่ในรูป Super phosphate

13. แคลเซียมซัลเฟต ( CaSO 4 .2H 2O ) มีอยู่ในธรรมชาติในชื่อ ยิปซัม ใช้ในการกสิกรรมเพื่อทำให้ดินดี และยังใช้ในอุตสาหกรรมทำปูนปลาสเตอร์

14. อะลูมิเนียม ( Al ) เป็นธาตุที่มีมากเป็นที่ 3 ในโลก ผู้พบอะลูมิเนียมเป็นคนแรกคือ Hans Christan Oersted อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่สำคัญมากและยังราคาถูก ในอุตสาหกรรมใช้อะลูมิเนียมมากที่สุด โดยการผสมกับธาตุอื่นเป็นโลหะผสม (Alloys ) สารประกอบอะลูมิเนียม ได้แก่ อะลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2O 3 ) บางทีเรียกคอรันดัม มีความแข็งมากเกือบเท่าเพชร บางที่เรียก Emery บุษราคัม Sapphire ทับทิมก็เป็นพวกอะลูมิเนียมออกไซค์ที่ไม่บริสุทธิ์

15. สารส้ม ( Al 2O 3.14H 2O) ใช้แกว่งน้ำให้ตะกอนตกลงก้นตุ่ม

16. เกาลิน หรือ ดินขาว ( H 4 Al 2 Si 2 O 9 ) ใช้ประโยชน์คือ เอาทำเครื่องเคลือบดินเผา

17. เหล็ก ( Fe ) เป็นธาตุที่มีมากเป็นที 4 ในโลก ซึ่งเหล็กนี้ได้จากการถลุงเหล็ก โดยใช้เตาบลาสเฟอร์เนส (Blast Furnace ) เหล็กที่ได้มาจาก Blast Furnace เป็นเหล็กที่ไม่บริสุทธิ์เรียก Pigiron

18. เหล็กกล้า เป็นเหล็กที่ใช้ประโยชน์มาก เช่น ทำขัน ทำขบวนรถไฟ

19. เหล็กกล้าผสม คุณสมบัติและประโยชน์ที่เหล็กกล้าถูกสารอื่นผสม ดังนี้

- เติมโครเมียม ( Cr ) ทำให้เหล็กเหนียว แข็ง ใช้ทำมีดโกน เกียร์รถยนต์ เหล็กกล้ากันสนิม (Stainless Steel )
- เติมนิเกิล ( Ni ) ทำให้เหล็กเหนี่ยวไม่เปราะ ใช้ทำชิ้นส่วนรถยนต์
- เติมแมงกานีส ( Mn )ทำให้เหล็กแข็งและเหนียวใช้ทำตู้นิรภัยชิ้นส่วนเรือรบ
- เติมทังสเตน ( W ) ทำให้เหล็กเหนียว ใช้ทำชิ้นส่วนรถยนต์

20. ทองแดง ( Cu ) ซึ่งพบมากในธรรมชาติเกิดในรูปของสินแร่ต่างๆ และมีอยู่ในเลือดของสัตว์บางชนิด คือ มีใน Haemocyanin (ฮีมี)ทองแดงมีคุณสมบัติเป็นโลหะ เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมากลงมาจากเงิน

21. ทองเหลือง ( Brass ) คือ ทองแดงผสมกับสังกะสี ใช้ทำกุญแจ ปลอกกระสุนปืน กรอบประตู

22. บรอนซ์ ( Bronze ) บางทีเรียกสัมฤทธิ์ ลงหินหรือทองม้าล่อ คือ ทองแดงผสมกับดีบุก ในอัตราส่วนต่างๆ

23. จุนสี เป็นสารประกอบที่สำคัญของทองแดง บางทีเรียก Blue Vitriol มนุษย์ใช้จุนสีฆ่าเห็ดรา (Fungicide ) ฆ่าเชื้อโรคจัดเป็นพวกยาประเภท Germicide

24. เงิน ( Ag ) เป็นสื่อไฟฟ้าและความร้อนที่ดีที่สุด ทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดอินทรีย์ และโซดาไฟ

25. ทองคำ ( Au ) เป็นธาตุที่หายากมาก มีในโลกประมาณ 1 เท่าของเงิน ความบริสุทธิ์ของทองคำใช้วัดเป็นกะรัต ทองคำที่บริสุทธิ์จริงคือ ทองคำ 24 กะรัต ทองคำนี้ใช้ทำทองขาวเทียม (White gold ) ซึ่งมีสีคล้ายทองขาว ประกอบด้วยทอง 80 % นิกเกิล 20%

26. โคบอลท์ ( Co ) โลหะนี้ผสมกับเหล็กกล้าเพื่อใช้เป็นเครื่องมือตัดโลหะ ประโยชน์สำคัญมากใช้ทำโคบอลท์ 60 เพื่อการรักษามะเร็ง

27. ทังสเตน ( W ) ปัจจุบันใช้ทำไส้หลอดไฟฟ้า ใช้ผสมกับเหล็กใช้ทำ Tungsten carbideซึ่งจัดว่าเป็นสารที่แข็งมาก ใช้ประกอบเครื่องมือตัดโลหะด้วยความเร็วสูง

28. เยอรเมเนียม ( Ge ) เป็นธาตุที่หายากมาก ใช้เป็นส่วนประกอบ ของเครื่องทรานซิสเตอร์ และใช้ในเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ