ตารางธาตุคืออะไร

เรียงตามเลขอะตอม

ธาตุทุกธาตุมีเลขอะตอมเป็นของตัวเอง ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว เลขอะตอมจึงเป็น 1 ฮีเลียมมี 2 คาร์บอนมี 6 เหล็กมี 26 และออกานีสซอน ซึ่งเป็นธาตุที่หนักที่สุดที่ได้รับการตั้งชื่อแล้ว มี 118 เมื่ออ่านแต่ละแถวจากซ้ายไปขวา เลขอะตอมจะเพิ่มขึ้นทีละหนึ่งในแต่ละช่อง ยกเว้นตรงที่แลนทาไนด์และแอกทิไนด์ถูกย้ายไปไว้ที่แถวด้านล่าง

อะตอมที่เป็นกลางมีอิเล็กตรอนเท่ากับโปรตอน เลขอะตอมจึงบอกจำนวนอิเล็กตรอนด้วย อิเล็กตรอนเหล่านั้น โดยเฉพาะที่อยู่ชั้นนอกสุด เป็นตัวกำหนดว่าธาตุจะทำปฏิกิริยาอย่างไร การเรียงตามเลขอะตอมจึงทำให้สมบัติซ้ำกันเป็นช่วงสม่ำเสมอ รูปแบบที่ซ้ำกันนี้คือความหมายของคำว่า “เป็นคาบ”

ใครเป็นผู้สร้างตารางธาตุ

นักเคมีหลายคนพยายามจัดเรียงธาตุในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 1800 แต่ดมีตรี เมนเดเลเยฟ นักเคมีชาวรัสเซีย เป็นผู้ตีพิมพ์ตารางฉบับที่ทำให้ตารางธาตุโด่งดังในปี 1869 เขาจัดเรียงธาตุ 63 ธาตุที่รู้จักในขณะนั้นตามมวลอะตอม และจัดธาตุที่มีสมบัติคล้ายกันไว้ด้วยกัน

เมนเดเลเยฟเว้นช่องว่างไว้ในที่ซึ่งรูปแบบของเขาบอกว่าควรมีธาตุอยู่ และทำนายสมบัติของธาตุที่ขาดหายไปเหล่านั้น ต่อมา แกลเลียม (ค้นพบในปี 1875) สแกนเดียม (1879) และเจอร์เมเนียม (1886) ได้เติมช่องว่างไปสามช่อง โดยมีสมบัติใกล้เคียงกับที่เขาทำนายไว้

ในปี 1913 เฮนรี โมสลีย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ แสดงให้เห็นว่าเลขอะตอม ไม่ใช่มวลอะตอม คือเกณฑ์ที่แท้จริงของการเรียงลำดับ ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมธาตุบางคู่ เช่น เทลลูเรียม (มวลอะตอม 127.6) และไอโอดีน (126.9) ต้องวางสลับลำดับมวลจึงจะอยู่ในหมู่ที่ถูกต้อง

วิธีอ่านช่องของธาตุ

ช่องสี่เหลี่ยมแต่ละช่องบนตารางอธิบายธาตุหนึ่งธาตุ ตารางส่วนใหญ่แสดงอย่างน้อยสี่อย่าง คือเลขอะตอม สัญลักษณ์ทางเคมีที่มีหนึ่งหรือสองตัวอักษร ชื่อธาตุ และมวลอะตอม

ลองดูเหล็กเป็นตัวอย่าง เลขอะตอม 26 สัญลักษณ์ Fe มวลอะตอม 55.845 มวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของมวลไอโซโทปตามธรรมชาติของธาตุ จึงมักไม่ใช่จำนวนเต็ม ตัวเลขเดียวกันนี้ยังบอกมวลของธาตุ 1 โมลเป็นกรัม ซึ่งเป็นเหตุผลที่มวลโมลาร์ของเหล็กคือ 55.845 g/mol

สัญลักษณ์ขึ้นต้นด้วยตัวพิมพ์ใหญ่เสมอ และตัวอักษรตัวที่สอง ถ้ามี จะเป็นตัวพิมพ์เล็ก Co คือโคบอลต์ ส่วน CO คือคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นสารประกอบของคาร์บอนและออกซิเจน

หมู่และคาบ

คอลัมน์แนวตั้ง 18 คอลัมน์เรียกว่าหมู่ ธาตุในหมู่เดียวกันโดยทั่วไปมีจำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกเท่ากัน จึงทำปฏิกิริยาคล้ายกัน โลหะแอลคาไลในหมู่ 1 ทั้งหมดทำปฏิกิริยากับน้ำ ส่วนแก๊สมีตระกูลในหมู่ 18 แทบไม่ทำปฏิกิริยากับอะไรเลย

แถวแนวนอน 7 แถวเรียกว่าคาบ หมายเลขคาบบอกว่าอะตอมใช้ชั้นอิเล็กตรอนกี่ชั้น โซเดียมอยู่ในคาบที่ 3 จึงมีอิเล็กตรอนอยู่ใน 3 ชั้น เมื่อเคลื่อนไปตามคาบ ธาตุแต่ละธาตุมีโปรตอนและอิเล็กตรอนมากกว่าธาตุก่อนหน้าอย่างละหนึ่งตัว และธาตุเปลี่ยนไปทีละขั้นจากโลหะทางซ้ายไปเป็นอโลหะทางขวา

โลหะ อโลหะ และสองแถวด้านล่าง

เส้น “ขั้นบันได” แบบซิกแซกทางด้านขวาของตารางแบ่งโลหะออกจากอโลหะ ธาตุมากกว่า 80 ธาตุเป็นโลหะ และอยู่ครอบคลุมด้านซ้ายและตรงกลาง อโลหะ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฮาโลเจน และแก๊สมีตระกูล อยู่ที่มุมขวาบน ไฮโดรเจนก็เป็นอโลหะเช่นกันแม้จะวางไว้บนสุดของหมู่ 1 กึ่งโลหะ เช่น ซิลิคอน อยู่ตามแนวขั้นบันไดและมีสมบัติของทั้งสองประเภท

สองแถวที่แยกออกมาใต้ตารางหลักคือแลนทาไนด์ (ธาตุที่ 57–71) และแอกทิไนด์ (ธาตุที่ 89–103) ธาตุเหล่านี้อยู่ในคาบที่ 6 และ 7 แต่พิมพ์ไว้ด้านล่างเพื่อให้ตารางมีความกว้างที่สะดวกต่อการใช้งาน

ทำไมตารางธาตุจึงมีประโยชน์

เมื่อรู้ตำแหน่งของธาตุ คุณก็ทำนายได้ว่าธาตุนั้นมีพฤติกรรมอย่างไร โซเดียมอยู่ในหมู่ 1 จึงให้อิเล็กตรอน 1 ตัวเกิดเป็น Na⁺ คลอรีนอยู่ในหมู่ 17 จึงรับอิเล็กตรอน 1 ตัวเกิดเป็น Cl⁻ อย่างละหนึ่งก็สมดุลพอดี นี่คือเหตุผลที่เกลือแกงคือ NaCl การให้เหตุผลแบบเดียวกันนี้ช่วยให้คุณทำนายสูตร ประจุ และชนิดของพันธะได้โดยไม่ต้องจำข้อเท็จจริงทุกข้อ