วิธีการจำแนกองค์ประกอบในตารางธาตุ

ตารางธาตุซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและเกิดขึ้นอย่างบ้าคลั่งเป็นเสาหลักของห้องเรียนเคมีทุกแห่ง วิธีการจัดหมวดหมู่นี้มีขึ้นเป็นหนังสือเรียนตั้งแต่ปี 1869 เขียนโดย Dmitri Ivanovich Mendeleev นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียสังเกตว่าเมื่อเขาเขียนองค์ประกอบที่รู้จักโดยเรียงลำดับตามน้ำหนักอะตอมที่เพิ่มขึ้น เขาสามารถจัดเรียงพวกมันเป็นแถวตามลักษณะที่คล้ายคลึงกันได้อย่างง่ายดาย น่าแปลกที่ความคล้ายคลึงกันนั้นโดดเด่นมากจน Mendeleev สามารถเว้นที่ว่างสำหรับองค์ประกอบที่ยังไม่ได้ค้นพบหลายอย่างในการจำแนกตามระยะของเขา

ในตารางธาตุ องค์ประกอบถูกกำหนดโดยกลุ่มแนวตั้งและคาบแนวนอน แต่ละคาบซึ่งมีเลขหนึ่งถึงเจ็ดมีองค์ประกอบของเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น ตารางธาตุสมัยใหม่ต่างจากรายการดั้งเดิมของ Mendeleev ตารางธาตุสมัยใหม่ใช้เลขอะตอมหรือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสอะตอมของธาตุ หมายเลขโปรตอนเป็นทางเลือกที่เหมาะสมในการจัดระเบียบองค์ประกอบ เนื่องจากโปรตอนเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ทางเคมีของอะตอม ในขณะที่น้ำหนักอะตอมจะแตกต่างกันไปตามไอโซโทปของอะตอมที่ต่างกัน สิบแปดคอลัมน์อยู่ในตารางธาตุ ปกติจะเรียกว่ากลุ่ม แต่ละกลุ่มประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่างที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่คล้ายคลึงกันเนื่องจากโครงสร้างอะตอมพื้นฐาน

อะตอมเป็นส่วนที่เล็กที่สุดของสสารที่คงไว้ซึ่งเอกลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมี มันเป็นนิวเคลียสกลางที่ล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอน นิวเคลียสมีประจุบวกเนื่องจากโปรตอนซึ่งดึงดูดอิเล็กตรอนขนาดเล็กที่มีประจุลบ อิเล็กตรอนและโปรตอนมีจำนวนเท่ากันสำหรับอะตอมที่เป็นกลาง อิเล็กตรอนถูกจัดเรียงเป็นออร์บิทัลหรือเปลือกหอยตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งจำกัดจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละเปลือก ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างอะตอมมักจะส่งผลกระทบเฉพาะอิเล็กตรอนภายนอกในเปลือกสุดท้ายที่เรียกว่าวาเลนซ์อิเล็กตรอน ธาตุในแต่ละกลุ่มมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน ทำให้มีปฏิกิริยาเหมือนกันเมื่อได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนไปยังอะตอมอื่น เปลือกอิเล็กตรอนมีขนาดเพิ่มขึ้น ทำให้ตารางธาตุมีขนาดคาบยาวขึ้น

ด้านซ้ายสุดของตารางธาตุประกอบด้วยโลหะที่มีปฏิกิริยาสูงสองกลุ่ม ยกเว้นไฮโดรเจน คอลัมน์แรกประกอบด้วยโลหะอัลคาไลที่อ่อนนุ่มและเป็นมันเงา โลหะเหล่านี้มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในเปลือกเวเลนซ์ ซึ่งสามารถบริจาคให้กับอะตอมอื่นได้ง่ายในปฏิกิริยาเคมี เนื่องจากปฏิกิริยาที่ระเบิดได้ทั้งในอากาศและในน้ำ โลหะอัลคาไลจึงไม่ค่อยพบในรูปแบบธาตุในธรรมชาติ ในกลุ่มที่สอง โลหะอัลคาไลน์เอิร์ทมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสองตัว ทำให้แข็งขึ้นเล็กน้อยและมีปฏิกิริยาน้อยลง อย่างไรก็ตาม โลหะเหล่านี้ยังไม่ค่อยพบในรูปของธาตุ

ธาตุส่วนใหญ่ในตารางธาตุจัดอยู่ในประเภทโลหะ โลหะทรานซิชันจะอยู่ตรงกลางโต๊ะ ครอบคลุมกลุ่มตั้งแต่ 3 ถึง 12 องค์ประกอบเหล่านี้เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ยกเว้นปรอท และมีสีโลหะและความอ่อนตัวตามที่คาดไว้ของโลหะ เนื่องจากวาเลนซ์เชลล์มีขนาดใหญ่มาก โลหะทรานซิชันบางส่วนจึงตัดตอนมาจากตารางธาตุและต่อท้ายแผนภูมิ เหล่านี้เรียกว่า Lanthanides และ Actinides โลหะทรานซิชันหลายชนิดใกล้กับด้านล่างของตารางธาตุหายากและไม่เสถียร

ทางด้านขวาของตารางธาตุ เส้นทแยงมุมหยาบจะแบ่งโลหะทางด้านซ้ายออกจากอโลหะทางด้านขวา คร่อมเส้นนี้เป็นโลหะ เช่น เจอร์เมเนียมและสารหนู ซึ่งมีคุณสมบัติทางโลหะบางอย่าง นักเคมีจัดประเภทองค์ประกอบทั้งหมดทางด้านขวาของเส้นแบ่งนี้เป็นอโลหะ ยกเว้นกลุ่ม 18 ทางด้านขวาสุด อโลหะจำนวนมากเป็นก๊าซ และทั้งหมดมีความโดดเด่นในแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอนและเติมเปลือกเวเลนซ์ของพวกมัน

กลุ่มที่ 18 ทางด้านขวาสุดของตารางธาตุประกอบด้วยก๊าซทั้งหมด องค์ประกอบเหล่านี้มีเปลือกความจุเต็ม และมักจะไม่ได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน เป็นผลให้ก๊าซเหล่านี้มีอยู่เกือบเฉพาะในรูปของธาตุเท่านั้น นักเคมีจัดว่าเป็นก๊าซมีตระกูลหรือก๊าซเฉื่อย ก๊าซมีตระกูลทั้งหมดไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่ทำปฏิกิริยา