วันพฤหัสบดีที่ 6 สิงหาคม พ.ศ. 2563

ธาตุ

ตารางธาตุ

ตารางธาตุ (อังกฤษ: Periodic table) คือ การจัดเรียงธาตุเคมีในรูปแบบของตารางตามเลขอะตอม การจัดเรียงอิเล็กตรอน และสมบัติทางเคมีที่ซ้ำกัน โดยจะใช้แนวโน้มพิริออดิกเป็นโครงสร้างพื้นฐานของตาราง แถวแนวนอนทั้ง 7 ของตารางเรียกว่า "คาบ" โดยปกติโลหะอยู่ฝั่งซ้ายและอโลหะอยู่ฝั่งขวา ส่วนแถวแนวตั้งเรียกว่า "หมู่" ประกอบด้วยธาตุที่มีสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน มี 6 หมู่ที่ได้รับการตั้งชื่อที่ยอมรับกันทั่วไปและเลขหมู่ เช่น ธาตุหมู่ 17 มีชื่อว่า แฮโลเจน และธาตุหมู่ 18 มีชื่อว่า แก๊สมีตระกูล ตารางธาตุยังมีอาณาเขตรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าอย่างง่าย 4 รูปที่เรียกว่า "บล็อก" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเติมออร์บิทัลเชิงอะตอมที่แตกต่างกัน

ในทางเคมี ธาตุ คือ สารบริสุทธิ์ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานเลขอะตอม อันเป็นจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้น ตัวอย่างธาตุที่คุ้นเคยกัน เช่น คาร์บอ

น ออกซิเจน อะลูมิเนียม เหล็ก ทองแดง ทองคำ ปรอทและตะกั่ว

จนถึงเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 มีการบ่งชี้ธาตุแล้ว 118 ธาตุ ล่าสุดคือ ออกาเนสซอน ใน พ.ศ. 2545[1] ในบรรดาธาตุที่รู้จักกัน 118 ธาตุนั้น มีเพียง 94 ธาตุแรกเท่านั้นที่เชื่อกันว่าเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนโลก และมี 80 ธาตุที่เสถียรหรือโดยพื้นฐานแล้วเสถียร ขณะที่ที่เหลือเป็นธาตุกัมมันตรังสี ซึ่งจะสลายตัวไปเป็นธาตุที่เบากว่าในระยะเวลาที่แตกต่างกันจากเสี้ยววินาทีไปจนถึงหลายพันล้านปี ธาตุใหม่ ๆ ซึ่งมีเลขอะตอมสูงกว่าที่มีอยู่ตามธรรมชาติ สังเคราะห์ขึ้นจากผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานิวเคลียร์

ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นธาตุที่พบได้มากที่สุดในเอกภพ อย่างไรก็ดี ออกซิเจนเป็นธาตุที่พบได้มากที่สุดในเปลือกโลก ประกอบกันเป็นครึ่งหนึ่งของมวลทั้งหมด[2] แม้สสารเคมีทั้งหมดที่ทราบกันจะประกอบด้วยธาตุอันหลากหลายเหล่านี้ แต่สสารเคมีนั้นประกอบกันขึ้นเป็นเพียงราวร้อยละ 15 ของสสารทั้งหมดในเอกภพ ส่วนที่เหลือนั้นเป็นสสารมืด ซึ่งมิได้ประกอบด้วยธาตุเคมีที่มนุษย์รู้จัก เพราะไม่มีโปรตอน นิวตรอนหรืออิเล็กตรอน

เชื่อกันว่าธาตุเคมีเกิดขึ้นจากกระบวนการของเอกภพหลายอย่าง รวมทั้งไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเทียม เบริลเลียมและโบรอนปริมาณน้อยกว่า เกิดขึ้นระหว่างบิกแบงและปฏิกิริยาการแตกเป็นเสี่ยงของรังสีคอสมิก (cosmic-ray spallation) การเกิดขึ้นของธาตุที่หนักขึ้นตั้งแต่คาร์บอนไปจนถึงธาตุที่หนักที่สุดนั้นเป็นผลจากการสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์ และมหานวดาราได้ทำให้ธาตุเหล่านี้มีสำหรับระบบสุริยะเนบิวลาและการก่อตัวของดาวเคราะห์ และเหตุการณ์ของเอกภพซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ซึ่งระเบิดธาตุที่สร้างขึ้นใหม่เหล่านี้จากดาวฤกษ์ออกสู่อวกาศ[3] ขณะที่ธาตุส่วนใหญ่มักถูกมองว่าเสถียร แต่การแปรนิวเคลียส (nuclear transformation) ตามธรรมชาติของธาตุหนึ่งเป็นอีกธาตุหนึ่งนั้นยังดำเนินอยู่ในปัจจุบัน โดยการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี เช่นเดียวกับกระบวนการนิวเคลียร์อื่น ๆ เช่น การยิงรังสีคอสมิกและนิวเคลียร์ฟิชชันตามธรรมชาติของนิวเคลียสธาตุหนักหลายชนิด

เมื่อธาตุแตกต่างกันสองธาตุรวมตัวกันทางเคมี โดยมีอะตอมยึดเข้าด้วยกันด้วยพันธะเคมี ผลที่ได้เรียกว่า สารประกอบเคมี สองในสามของธาตุเคมีที่พบได้บนโลกพบเฉพาะในรูปของสารประกอบ และในหลายกรณี หนึ่งในสามที่เหลือนั้นก็มักพบเป็นสารประกอบเป็นส่วนใหญ่ สารประกอบเคมีอาจประกอบด้วยธาตุที่รวมเข้าด้วยกันในสัดส่วนจำนวนเต็มแน่นอน ดังเช่น น้ำ เกลือแกง และแร่ อย่างควอตซ์ แคลไซต์ และแร่โลหะบางชนิด อย่างไรก็ดี พันธะเคมีของธาตุหลายประเภทส่งผลให้เกิดเป็นของแข็งผลึกและอัลลอยโลหะ ซึ่งไม่มีสูตรเคมีแน่นอน สสารของแข็งส่วนใหญ่บนโลกเป็นประเภทหลังนี้ คือ อะตอมก่อเป็นสสารของเปลือกโลก แมนเทิล และแก่นโลกชั้นในก่อสารประกอบเคมีที่มีองค์ประกอบหลากหลาย แต่ไม่มีสูตรเอมพิริคัลแน่ชัด

ในการนำเสนอเหล่านี้ทั้งหมด คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของธาตุบริสุทธิ์แต่ละธาตุนั้นไม่ชัดเจน ซึ่งเป็นเช่นนั้นแม้ธาตุที่เกิดในรูปไม่ผสม หากธาตุเหล่านี้เกิดเป็นสารผสม ซึ่งส่วนใหญ่เป็น ขณะที่ธาตุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติทั้งหมด 94 ธาตุ จะได้รับการบ่งชี้ในตัวอย่างแร่จากเปลือกโลก มีเพียงธาตุส่วนน้อยพบเป็นแร่ค่อนข้างบริสุทธิ์ที่สามารถรู้ได้ ส่วน "ธาตุธรรมชาติ" ที่หาพบได้ง่ายกว่า เช่น ทองแดง เงิน ทองคำ คาร์บอน (ในรูปถ่านหิน แกรไฟต์ หรือเพชร) กำมะถันและปรอท ธาตุเฉื่อยแทบทั้งหมด เช่น แก๊สเฉื่อยและโลหะมีตระกูล มักพบบนโลกในรูปผสมทางเคมี เป็น สารประกอบเคมี ขณะที่ธาตุเคมีราว 32 ธาตุ พบบนโลกในรูปไม่ผสมตามธรรมชาติ แต่ธาตุเหล่านี้หลายชนิดเกิดเป็นสารผสม ตัวอย่างเช่น อากาศชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่เป็นสารผสมไนโตรเจน ออกซิเจนและอาร์กอน ธาตุของแข็งตามธรรมชาติยังมักเกิดเป็นสารผสมหลายชนิด เช่น อัลลอยของเหล็กและนิกเกิล

ประวัติศาสตร์การค้นพบและการใช้ธาตุเคมีเริ่มขึ้นด้วยสังคมมนุษย์ยุคแรกเริ่มที่พบธาตุธรรมชาติอย่างทองแดงหรือทองคำ และสกัด (หลอม) เหล็กและโลหะอื่นบางชนิดจากแร่โลหะนั้น นักเล่นแร่แปรธาตุและนักเคมีภายหลังบ่งชี้ธาตุเพิ่มขึ้นอีกมาก ซึ่งธาตุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเกือบทั้งหมดเป็นที่ทราบกันใน ค.ศ. 1900 คุณสมบัติของธาตุเคมีมักสรุปโดยใช้ตารางธาตุ ซึ่งจัดธาตุเรียงตามเลขอะตอม แบ่งเป็นแถว ("คาบ") ซึ่งธาตุที่อยู่ในคอลัมน์ ("หมู่") เดียวกันจะมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีเกิดเวียนซ้ำ เกือบทุกธาตุมีประโยชน์ใช้งานสำคัญต่อมนุษย์อย่างน้อยหนึ่งอย่าง ซึ่งอาจอยู่ในรูปบริสุทธิ์หรืออยู่ในสารประกอบเคมีหรือสารผสมหลายชนิด ยกเว้นธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตสั้น ธาตุทั้งหมดหลังยูเรเนียม และรวมไปถึงอะเมริเซียม ปัจจุบันมีผลิตเป็นอุตสาหกรรม ซึ่งส่วนใหญ่มีความบริสุทธิ์สูง

ประมาณยี่สิบสี่ธาตุมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ธาตุหายากส่วนใหญ่บนโลกไม่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต (ยกเว้น เซเลเนียมหรือไอโอดีน) ขณะที่ธาตุส่วนน้อยที่พบได้ค่อนข้างทั่วไป (อะลูมิเนียมและไทเทเนียม) ไม่จำเป็น สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีความต้องการธาตุร่วมกัน แต่มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างพืชและสัตว์ ตัวอย่างเช่น สาหร่ายมหาสมุทรใช้โบรมีน แต่พืชบกและสัตว์ดูเหมือนไม่ต้องการเลย สัตว์ทุกชนิดต้องการโซเดียม แต่พืชบางชนิดไม่ต้องการ พืชต้องการโบรอนและซิลิกอน แต่สัตว์ไม่ต้องการหรืออาจต้องการในปริมาณเล็กน้อยมาก) มีเพียงหกธาตุ ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน แคลเซียม และฟอสฟอรัส ประกอบกันขึ้นเป็นเกือบ 99% ของมวลร่างกายมนุษย์ นอกเหนือไปจากหกธาตุหลักซึ่งประกอบเป็นร่างกายมนุษย์ส่วนใหญ่นั้น มนุษย์ยังต้องการบริโภคธาตุอีกอย่างน้อยสิบสองธาตุ


รายชื่อของธาตุตามหมายเลข


เลขอะตอมสัญลักษณ์ชื่อภาษาไทยชื่อภาษาอังกฤษหมู่คาบน้ำหนักอะตอม
u (±)


ความหนาแน่น
g/cm3


เหลว
K


เดือด
K


ความจุความร้อนจำเพาะ
J/g·K


อิเล็กโตรเนกาทิวิตี10ความอุดม
mg/kg


 
1HไฮโดรเจนHydrogen111.0082 3 4 90.0000898814.0120.2814.3042.201400
2HeฮีเลียมHelium814.002602(2)2 40.00017850.9564.225.193–0.008
3LiลิเทียมLithium126.942 3 4 5 90.534453.6915603.5820.9820
4BeเบริลเลียมBeryllium229.012182(3)1.85156027421.8251.572.8
5BโบรอนBoron3210.812 3 4 92.34234942001.0262.0410
6Cคาร์บอนCarbon4212.0112 4 92.267380043000.7092.55200
7NไนโตรเจนNitrogen5214.0072 4 90.001250663.1577.361.043.0419
8OออกซิเจนOxygen6215.9992 4 90.00142954.3690.200.9183.44461000
9FฟลูออรีนFluorine7218.9984032(5)0.00169653.5385.030.8243.98585
10NeนีออนNeon8220.1797(6)2 30.000899924.5627.071.03–0.005
11NaโซเดียมSodium1322.98976928(2)0.971370.8711561.2280.9323600
12MgแมกนีเซียมMagnesium2324.30591.73892313631.0231.3123300
13AlอะลูมิเนียมAluminium3326.9815386(8)2.698933.47[1]27920.8971.6182300
14SiซิลิคอนSilicon4328.0854 92.3296168735380.7051.9282000
15PฟอสฟอรัสPhosphorus5330.973762(2)1.82317.305500.7692.191050
16SกำมะถันSulfur6332.062 4 92.067388.36717.870.712.58350
17ClคลอรีนChlorine7335.452 3 4 90.003214171.6239.110.4793.16145
18Arอาร์กอนArgon8339.948(1)2 40.001783783.8087.300.52–3.5
19KโพแทสเซียมPotassium1439.0983(1)0.862336.5310320.7570.8220900
20CaแคลเซียมCalcium2440.078(4)21.54111517570.647141500
21ScสแคนเดียมScandium3444.955912(6)2.989181431090.5681.3622
22TiไทเทเนียมTitanium4447.867(1)4.54194135600.5231.545650
23VวาเนเดียมVanadium5450.9415(1)6.11218336800.4891.63120
24CrโครเมียมChromium6451.9961(6)7.15218029440.4491.66102
25MnแมงกานีสManganese7454.938045(5)7.44151923340.4791.55950
26Feเหล็กIron8455.845(2)7.874181131340.4491.8356300
27Coโคบอลต์Cobalt9458.933195(5)8.86176832000.4211.8825
28NiนิกเกิลNickel10458.6934(4)8.912172831860.4441.9184
29CuทองแดงCopper11463.546(3)48.961357.77[1]28350.3851.960
30ZnสังกะสีZinc12465.38(2)7.134692.8811800.3881.6570
31GaแกลเลียมGallium13469.723(1)5.907302.914624770.3711.8119
32Geเจอร์เมเนียมGermanium14472.630(8)5.3231211.4031060.322.011.5
33Asอาร์ซีนิกArsenic15474.92160(2)5.7761090 78870.3292.181.8
34SeซีลีเนียมSelenium16478.96(3)44.8094539580.3212.550.05
35BrโบรมีนBromine17479.90493.122265.8332.00.4742.962.4
36KrคริปทอนKrypton18483.798(2)2 30.003733115.79119.930.24831×10−4
37RbรูบิเดียมRubidium1585.4678(3)21.532312.469610.3630.8290
38SrสตรอนเชียมStrontium2587.62(1)2 42.64105016550.3010.95370
39YอิตเทรียมYttrium3588.90585(2)4.469179936090.2981.2233
40Zrเซอร์โคเนียมZirconium4591.224(2)26.506212846820.2781.33165
41NbไนโอเบียมNiobium5592.90638(2)8.57275050170.2651.620
42MoโมลิบดีนัมMolybdenum6595.96(2)210.22289649120.2512.161.2
43TcเทกนีเทียมTechnetium75[98]111.524304538–1.9~ 3×10−9
44RuรูทีเนียมRuthenium85101.07(2)212.37260744230.2382.20.001
45RhโรเดียมRhodium95102.90550(2)12.41223739680.2432.280.001
46PdแพลเลเดียมPalladium105106.42(1)212.021828.0532360.2442.20.015
47AgเงินSilver115107.8682(2)210.5011234.93[1]24350.2351.930.075
48CdแคดเมียมCadmium125112.411(8)28.69594.2210400.2321.690.159
49InอินเดียมIndium135114.818(1)7.31429.7523450.2331.780.25
50SnดีบุกTin145118.710(7)27.287505.0828750.2281.962.3
51SbพลวงAntimony155121.760(1)26.685903.7818600.2072.050.2
52TeเทลลูเรียมTellurium165127.60(3)26.232722.6612610.2022.10.001
53IไอโอดีนIodine175126.90447(3)4.93386.85457.40.2142.660.45
54XeซีนอนXenon185131.293(6)2 30.005887161.4165.030.1582.63×10−5
55CsซีเซียมCaesium16132.9054519(2)1.873301.599440.2420.793
56BaแบเรียมBarium26137.327(7)3.594100021700.2040.89425
57LaแลนทานัมLanthanum6138.90547(7)26.145119337370.1951.139
58CeซีเรียมCerium6140.116(1)26.77106837160.1921.1266.5
59PrเพรซีโอดิเมียมPraseodymium6140.90765(2)6.773120837930.1931.139.2
60NdนีโอดิเมียมNeodymium6144.242(3)27.007129733470.191.1441.5
61PmโพรมีเทียมPromethium6[145]17.2613153273–1.132×10−19
62SmซาแมเรียมSamarium6150.36(2)27.52134520670.1971.177.05
63EuยูโรเพียมEuropium6151.964(1)25.243109918020.1821.22
64GdแกโดลิเนียมGadolinium6157.25(3)27.895158535460.2361.26.2
65Tbเทอร์เบียมTerbium6158.92535(2)8.229162935030.1821.21.2
66DyดิสโพรเซียมDysprosium6162.500(1)28.55168028400.171.225.2
67HoโฮลเมียมHolmium6164.93032(2)8.795173429930.1651.231.3
68Erเออร์เบียมErbium6167.259(3)29.066180231410.1681.243.5
69TmทูเลียมThulium6168.93421(2)9.321181822230.161.250.52
70Ybอิตเทอร์เบียมYtterbium6173.054(5)26.965109714690.1551.13.2
71LuลูทีเทียมLutetium36174.9668(1)29.84192536750.1541.270.8
72HfแฮฟเนียมHafnium46178.49(2)13.31250648760.1441.33
73TaแทนทาลัมTantalum56180.94788(2)16.654329057310.141.52
74WทังสเตนTungsten66183.84(1)19.25369558280.1322.361.3
75ReรีเนียมRhenium76186.207(1)21.02345958690.1371.97×10−4
76OsออสเมียมOsmium86190.23(3)222.61330652850.132.20.002
77IrอิริเดียมIridium96192.217(3)22.56271947010.1312.20.001
78PtแพลทินัมPlatinum106195.084(9)21.462041.4[1]40980.1332.280.005
79AuทองคำGold116196.966569(4)19.2821337.33[1]31290.1292.540.004
80HgปรอทMercury126200.592(3)13.5336234.43629.880.1420.085
81TlแทลเลียมThallium136204.38911.8557717460.1291.620.85
82Pbตะกั่วLead146207.2(1)2 411.342600.6120220.1291.8714
83BiบิสมัทBismuth156208.98040(1)19.807544.718370.1222.020.009
84PoพอโลเนียมPolonium166[209]19.325271235–2.02×10−10
85AtแอสทาทีนAstatine176[210]17575610–2.23×10−20
86RnเรดอนRadon186[222]10.00973202211.30.0942.24×10−13
87FrแฟรนเซียมFrancium17[223]11.87300950–0.7~ 1×10−18
88RaเรเดียมRadium27[226]15.597320100.0940.99×10−9
89AcแอกทิเนียมActinium7[227]110.07132334710.121.15.5×10−10
90ThทอเรียมThorium7232.03806(2)1 211.72211550610.1131.39.6
91PaโพรแทกทิเนียมProtactinium7231.03588(2)115.3718414300–1.51.4×10−6
92UยูเรเนียมUranium7238.02891(3)118.951405.344040.1161.382.7
93NpเนปทูเนียมNeptunium7[237]120.459174273–1.36≤ 3×10−12
94PuพลูโทเนียมPlutonium7[244]119.84912.53501–1.28≤ 3×10−11
95AmอะเมริเซียมAmericium7[243]113.6914492880–1.13~ 10−27
96CmคูเรียมCurium7[247]113.5116133383–1.28~ 10−32
97Bkเบอร์คีเลียมBerkelium7[247]114.7912592900–1.3~ 0
98Cfแคลิฟอร์เนียมCalifornium7[251]115.11173(1743)11–1.3~ 0
99Esไอน์สไตเนียมEinsteinium7[252]18.841133(1269)11–1.30 8
100Fmเฟอร์เมียมFermium7[257]1–(1125)11––1.30 8
101MdเมนเดลีเวียมMendelevium7[258]1–(1100)11––1.30 8
102NoโนเบเลียมNobelium7[259]1–(1100)11––1.30 8
103Lrลอว์เรนเซียมLawrencium37[266]1–(1900)11––1.30 8
104Rfรัทเทอร์ฟอร์เดียมRutherfordium47[267]1(23.2)11(2400)11(5800)11––0 8
105DbดุบเนียมDubnium57[268]1(29.3)11––––0 8
106Sgซีบอร์เกียมSeaborgium67[269]1(35.0)11––––0 8
107Bhโบห์เรียมBohrium77[270]1(37.1)11––––0 8
108HsฮัสเซียมHassium87[269]1(40.7)11––––0 8
109Mtไมต์เนเรียมMeitnerium97[278]1(37.4)11––––0 8
110Dsดาร์มสตัดเทียมDarmstadtium107[281]1(34.8)11––––0 8
111Rgเรินต์เกเนียมRoentgenium117[281]1(28.7)11––––0 8
112Cnโคเปอร์นิเซียมCopernicium127[285]1(23.7)11–357 12––0 8
113NhนิโฮเนียมNihonium137[286]1(16)11(700)11(1400)11––0 8
114FlฟลีโรเวียมFlerovium147[289]1(14)11(340)11(420)11––0 8
115McมอสโกเวียมMoscovium157[289]1(13.5)11(700)11(1400)11––0 8
116Lvลิเวอร์มอเรียมLivermorium167[293]1(12.9)11(708.5)11(1085)11––0 8
117TsเทนเนสซีนTennessine177[294]1(7.2)11(673)11(823)11––0 8
118OgออกาเนสซอนOganesson187[294]1(5.0)11 13(258)11(263)11––0 8