ธาตุ คือ สารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีสถานะต่าง ๆ ทั้งของแข็ง ของเหลวและก๊าซ ธาตุต่างชนิดกันสามารถรวมตัวหรือทำปฏิกิริยากันกลายเป็นสารประกอบชนิดต่าง ๆ ด้วยอัตราส่วนโดยมวลคงที่
เนื่องจากธาตุต่าง ๆ ในปัจจุบันนี้มีจำนวนมากกว่า 105 ธาตุ แต่ละธาตุมีสมบัติแตกต่างกันเป็นส่วนใหญ่ การที่จะศึกษาสมบัติของธาตุแต่ละชนิดนั้นเป็นเรื่องยุ่งยากและเสียเวลา ในทางปฏิบัติจึงจัดธาตุเป็นหมวดหมู่โดยตั้งเกณฑ์กำหนดต่าง ๆ กัน เช่น โดยอาศัยการนำไฟฟ้า โดยอาศัยสถานะ โดยอาศัยการจัดเรียงอิเล็กตรอน เป็นต้น ในบทนี้จะจัดธาตุออกเป็นหมวดหมู่โดยอาศัยสมบัติคลอไรด์ ออกไซด์ และซัลไฟด์ของธาตุ โดยในขั้นแรกจะศึกษาสมบัติของสารประกอบดังกล่าวสำหรับธาตุเพียง 20 ธาตุแรก แล้วนำสมบัติที่ได้มาจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ ซึ่งจะเป็นจุดเริ่มต้นของการศึกษาสมบัติของธาตุอื่น ๆ และเป็นจุดเริ่มต้นของการจัดตารางธาตุที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

สมบัติของธาตุ

   ในที่นี้จะได้ศึกษาสมบัติของธาตุในแง่ของความเป็นมันวาว การนำความร้อน การนำไฟฟ้า ความเปราะ (หรือความเหนียว) จุดหลอมเหลว จุดเดือด รวมทั้งสมบัติความเป็นกรด - เบสของออกไซด์ ซึ่งใช้เป็นเกณฑ์สำหรับการแบ่งธาตุออกเป็นโลหะและอโลหะ

ตารางที่ 5.1 เปรียบเทียบสมบัติของโลหะและอโลหะ

โลหะมีสมบัติบางอย่างคล้ายกับสารประกอบไอออนิก เช่นเป็นของแข็ง มีจุดหลอมเหลวสูง และมีสมบัติเฉพาะตัวของโลหะเช่น นำไฟฟ้า นำความร้อน รีดเป็นแผ่น ดึงเป็นเส้น รวมทั้งสะท้อนแสงได้ อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบการนำไฟฟ้าของโลหะกับสารไอออนิกจะพบว่าต่างกันมาก สารไอออนิกที่หลอมเหลวจะมีการนำไฟฟ้าได้น้อยกว่าโลหะมาก แม้ว่าจะมีอุณหภูมิสูง

การที่โลหะเป็นพวกชอบให้อิเล็กตรอน เพราะมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำ แต่พวกอโลหะมีพลังงานไอออไนเซชัน และอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูง จึงเป็นพวกชอบรับอิเล็กตรอน

การที่โลหะนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี เพราะมีพันธะโลหะซึ่งเวเลนซ์อิเล็กตรอนของโลหะสามารถเคลื่อนที่นำไฟฟ้าได้

การที่ทำโลหะให้เป็นแผ่นได้เพราะการตีโลหะแผ่ออกเป็นการผลักอนุภาคของโลหะให้เลื่อนไถลผ่านกันโดยไม่หลุดออกจากกันเนื่องจากมีพันธะหรือมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนยึดอนุภาคเหล่านี้ไว้ด้วยกัน

นอกจากสมบัติเกี่ยวกับความเป็นโลหะแล้ว ยังได้ศึกษาสมบัตอื่น ๆ อีกบางประการเพื่อใช้ประกอบการจัดธาตุออกเป็นหมวดหมู่ สถานะ สี ความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา จุดหลอมเหลวและความหนาแน่น เป็นต้น ดังในตารางที่ 5.2

ตารางที่ 5.2 สมบัติบางประการของ 20 ธาตุแรก เรียงตามมวลอะตอม

mp. = จุดหลอมเหลว d = ความหนาแน่น * = ความหนาแน่นขณะเป็นของเหลว

นอกจากนี้ยังได้พิจารณาสมบัติเกี่ยวกับความมันวาว การนำความร้อน การนำไฟฟ้า และความเหนียวของธาตุบางชนิด ดังในตารางที่ 5.3

ตารางที่ 5.3 สมบัติอื่น ๆ บางประการของธาตุบางชนิด

จะเห็นได้ว่า ธาตุที่เป็นโลหะจะมีสมบัติของโลหะทั้งหมดดังที่กล่าวมาแล้ว แต่มีธาตุหลายชนิดที่มีสมบัติทั้งของโลหะและอโลหะผสมกัน คือสมบัติบางประการเป็นโลหะและสมบัติบางประการเป็นอโลหะ มีธาตุไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่มีสมบัติของโลหะ หรืออโลหะอย่างใดอย่างหนึ่งครบถ้วนทุกประการ อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าธาตุต่าง ๆ จะมีทั้งสมบัติของโลหะและอโลหะผสมกัน ธาตุใดที่มีสมบัติส่วนใหญ่ของโลหะจะจัดว่าเป็นโลหะ และธาตุที่มีสมบัติส่วนใหญ่ของอโลหะจะจัดว่าเป็นอโลหะ ในกรณีที่ธาตุนั้นมีสมบัติของโลหะและอโลหะก้ำกึ่งกัน จนไม่สามารถจำแนกได้ว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ ธาตุประเภทนั้นจะจัดไว้เป็นอีกกลุ่มหนึ่งต่างหากเรียกว่าธาตุกึ่งโลหะ ดังเช่น ในตารางที่ 5.2

หมายเหตุ ธาตุกึ่งโลหะยังอาจจะจัดได้เป็น 2 พวก ตามเกณฑ์ที่กำหนดที่แตกต่างกัน คือใช้การนำไฟฟ้าและใช้สมบัติของออกไซด์

กรณีที่ใช้การนำไฟฟ้าเป็นเกณฑ์ จะแบ่งเป็นโลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะดังนี้

โลหะ หมายถึง ธาตุที่นำไฟฟ้าไดดีในทุกทิศทาง และนำไฟฟ้าได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (โลหะอาจจะจัดเป็นโลหะเบา ซึ่งมีความหนาแน่นน้อย เช่น Li , Na , K และโลหะหนักซึ่งมีความหนาแน่นมาก เช่น Fe , Cu , Zn)

อโลหะ หมายถึง ธาตุที่ไม่นำไฟฟ้า หรือนำไฟฟ้าได้น้อยมาก

กึ่งโลหะ หมายถึง ธาตุที่นำไฟฟ้าได้บ้างที่อุณหภูมิปกติ และนำไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่างของธาตุที่เป็นโลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ

สำหรับธาตุกึ่งโลหะในแง่ออกไซด์ จะได้กล่าวถึงรายละเอียดในหัวข้อสารประกอบออกไซด์ต่อไป

โดยอาศัยสมบัติต่าง ๆของธาตุที่กล่าวมาแล้ว จะพบว่าธาตุทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบันจะมีธาตุโลหะประมาณ 3/4 ของธาตุทั้งหมด

นอกจากนี้ยังพบว่าธาตุบางชนิดถึงแม้ว่าจะเป็นอะตอมชนิดเดียวกัน แต่อาจจะมีสมบัติต่าง ๆ ไม่เหมือนกัน ถ้าธาตุดังกล่าวนั้นมีโครงสร้างของการจัดเรียงอะตอมต่างกัน เช่น ธาตุคาร์บอนจะมีสมบัติพิเศษกว่าธาตุอื่น ๆ คือ คาร์บอนที่อยู่ในรูปแกร์ไฟต์จะมีสมบัติของโลหะ เช่น นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ แต่คาร์บอนที่เป็นเพชร จะมีสมบัติแตกต่างจากแกร์ไฟต์โดยสิ้นเชิงในแง่ของการนำไฟฟ้าและความร้อน คือไม่นำไฟฟ้าและไม่นำความร้อนซึ่งจัดว่าเป็นอโลหะ นอกจากคาร์บอนแล้วยังมีธาตุอื่น ๆ ซึ่งมีลักษณะในทำนองเดียวกันนี้อีก เช่น กำมะถัน ฟอสฟอรัส เป็นต้น

จากสมบัติของธาตุในตารางที่ 5.2 และ 5.3 พบว่า ถ้าใช้ความเป็นโลหะเป็นเกณฑ์ในการจัดกลุ่มธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกัน จะจัดได้ 3 กลุ่มคือ โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ ซึ่งสามารถแบ่งย่อยต่อไปได้อีกเมื่อใช้สถานะเป็นเกณฑ์ รวมทั้งเมื่อใช้ความแข็ง สี และความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา ก็จะสามารถแบ่งกลุ่มย่อยต่อไปได้อีก ดังแผนภาพในรูปที่ 5.2

รูปที่ 5.2 แผนผังการจัดธาตุ 20 ธาตุแรกออกเป็นหมวดหมู่

อย่างไรก็ตามการจัดธาตุออกเป็นหมวดหมู่ในรูปที่ 5.2 ยังไม่สมบูรณ์ เนื่องจากธาตุในแต่ละกลุ่มย่อยยังมีสมบัติบางประการที่แตกต่างออกไป รวมทั้งการจัดหมวดหมู่ในลักษณะดังกล่าวนี้ก็ยังไม่ได้ให้การศึกษาสมบัติต่าง ๆ ของธาตุทั้ง 105 ธาตุง่ายขึ้นจึงต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมต่อไป

สารบัญ

ตารางธาตุ

สมบัติของธาตุ ...

.สารประกอบคลอไรด์

สารประกอบออกไซด์ ..

. ก๊าซเฉื่อย . .

การจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ ...

. .การจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ของนักเคมียุคต่างๆ .

.ตารางธาตุในปัจจุบัน

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

เรื่องการทดลองเสมือนจริง