เคมี: 2.5 ธาตุแทรนซิชัน

ธาตุแทรนซิชัน (transition elements) ตามความหมายเดิม หมายถึง ธาตุที่เมื่ออยู่ในสภาพที่ไม่ว่าจะเป็นธาตุอิสระ หรือเป็นองค์ประกอบของสารประกอบ มีอิเล็กตรอนอยู่ไม่เต็มในระดับพลังงานย่อย d หรือ f

ธาตุแทรนซิชันตามความหมายใหม่ หมายถึง ธาตุที่ไอออนของมันอย่างน้อย 1 ไอออนมีอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย d ไม่ครบ

ถ้าจะถือว่าทุกธาตุที่อยู่ในหมู่ย่อย B เป็นธาตุแทรนซิชัน ก็พบว่ามีบางธาตุที่ไม่ได้เป็นไปตามนิยามใหม่ ธาตุเหล่านี้ได้แก่ Se และ Zn เป็นต้น ซึ่งมีโครงแบบอิเล็กตรอน ดังนี้

Se = 21 => [Ar] 3d¹ 4s²
Sc³⁺ = 18 => [Ar] หรือ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Zn = 30 => [Ar] 3d10 4s2

Zn²⁺ = 28 => [Ar] 3d¹⁰

สำหรับ Cu มีโครงแบบเรียงอิเล็กตรอน ดังนี้

Cu = 29 => [Ar] 3d¹⁰ 4s¹

Cu⁺ = 28 => [Ar] 3d¹⁰

Cu²⁺ = 27 => [Ar] 3d⁹

จะเห็นได้ว่า Sc เมื่ออยู่ในสภาพเป็นไอออน ไม่มีอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานย่อย d เลย และไม่มีไอออนอื่นนอกจาก Sc³⁺ เพียงไอออนเดียว จึงไม่มีไอออนใดที่มีอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานย่อย d ดังนั้นตามนิยามใหม่ Sc จึงไม่จัดเป็นธาตุแทรนซิชันอีกเช่นกัน ส่วน Cu และ Cu²⁺ ก็มีลักษณะคล้ายคลึงกันกับ Zn และ Zn²⁺ คือมีอิเล็กตรอนเต็มในระดับพลังงานย่อยในออร์บิทัล d แต่ Cu มีไอออนอีกไออออนหนึ่ง คือ Cu²⁺ ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย d อยู่เพียง 9 อิเล็กตรอน จึงจัดเป็นธาตุแทรนซิชันได้ เพราะมีไอออนอย่างน้อย 1 ไอออนที่มีอิเล็กตรอนไม่ครบในระดับพลังงานย่อย d

เนื่องจากธาตุแทรนซิชันทุกธาตุเป็นโลหะ จึงเรียกธาตุแทรนซิชันว่า โลหะแทรนซิชัน ธาตุแทรนซิชันจำแนกออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่ม d (d-block) และกลุ่ม f (f-block)

1. กลุ่ม d เป็นธาตุแทรนซิชันที่มีอิเล็กตรอนไม่ครบในระดับพลังงานย่อย d เรียกกลุ่มนี้ว่า ธาตุแทรนซิชันหลัก ธาตุกลุ่มนี้อยู่ระหว่าง

หมู่ IIA และ IIIA มี 3 คาบ ดังนี้

1. อนุกรมแทรนซิชันที่ 1 (first transition series) ประกอบด้วย ธาตุตั้งแต่ Sc ถึง Cu ซึ่งอะตอมหรือไอออนมีอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4d ไม่ครบ

2. อนุกรมแทรนซิชันที่ 2 (second transition series) ประกอบด้วย ธาตุตั้งแต่ Y ถึง Ag ซึ่งอะตอมหรือไอออนมีอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4d ไม่ครบ

3. อนุกรมแทรนซิชันที่ 3 (third transition series) ประกอบด้วย ธาตุตั้งแต่ La ถึง Au ซึ่งอะตอมหรือไอออนมีอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4d ไม่ครบ

2. กลุ่ม f เป็นธาตุแทรนซิชันที่มีอิเล็กตรอนไม่ครบในระดับพลังงานย่อย f เรียกกลุ่มนี้ว่า ธาตุแทรนซิชันเฉื่อย อยู่ในสองแถวล่าง ดังนี้

1. อนุกรมแลนทาไนด์ (lanthanide series) ประกอบด้วย ธาตุตั้งแต่ Ce ถึง Lu ซึ่งมีการบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4f

2. อนุกรมแอกทิไนด์ (actinide series) ประกอบด้วย ธาตุตั้งแต่ Th ถึง Lr ซึ่งมีการบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 5f

1. สมบัติทั่วไป

ธาตุแทรนซิชันมีสมบัติทั่วไปดังนี้

1. ธาตุแทรนซิชันทุกธาตุเป็นโลหะ

2. สารประกอบของธาตุแทรนซิชันหลายชนิดเป็นสารพาราแมกเนติก คือ ถูกดึงดูดอย่างอ่อนๆ ด้วยแม่เหล็ก ในขณะที่สารประกอบของธาตุกลุ่ม s และกลุ่ม p เกือบทั้งหมดไม่มีสมบัตินี้ เพราะไม่มีอิเล็กตรอนเดี่ยว นอกจากนี้ธาตุอิสระบางตัวยังทำให้เป็นแม่เหล็กได้ เช่น เหล็กโคบอลต์ เป็นต้น ดังตารางที่ 8.2 แสดงค่าของแมกเนติกโมเมนต์ที่ได้จากการทดลอง

3. สารประกอบของธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่มีสี เพราะไอออนของธาตุแทรนซิชันเหล่านั้นมีสีดังได้กล่าวมาแล้วว่าการเกิดสีของสารเนื่องมาจากสารนั้นดูดกลืนแสงที่ตามองเห็นไว้จำนวนหนึ่ง หรือที่ช่วงความยาวคลื่นหนึ่ง แสงส่วนที่เหลือจากการดูดกลืนจะปรากฏเป็นสีที่เข้าสู่ตา หรือที่ตามองเห็น ตัวอย่างเช่น ถ้าสารดูดกลืนแสงสีม่วง ซึ่งมีความยาวคลื่น 450 nm แสงที่ตามองเห็นคือ สีเหลืองแกมเขียว การดูดกลืนแสงเกิดจากอิเล็กตรอนโดยเฉพาะในออร์บิทัล d นำไปใช้ในการเปลี่ยนแปลงโยกย้ายตำแหน่งที่อยู่จากลักษณะหลฃนึ่งเป็นอีกลักษณะหนึ่ง หรือจากออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานหนึ่งไปสู่ออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานสูงกว่าในการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมีอิเล็กตรอนอยู่ในออร์บิทัล d ไม่เต็ม หรือไม่ครบ 10 การทีสีไม่ปรากฏสี แสดงว่าสารไม่ได้ดูดกลืนแสงในช่วงที่ตามองเห็น ไปดูดกลืนแสงในช่วงความยาวอื่นที่ตารับไม่ได้ เช่น แสงอินฟราเรด หรือแสดงว่าสารนั้นมีอิเล็กตรอนอยู่เต็มในออร์บิทัล d หรือไม่มีเลย

4. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ถ้าสารประกอบใดมีธาตุแทรนซิชันเป็นองค์ประกอบ และธาตุเหล่านี้อยู่ในสภาพที่มีเลขออกซิเดชันค่าที่ไม่เสถียร สารประกอบนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลง คือ เกิดปฏิกิริยาทำให้ธาตุแทรนซิชันนั้นมีเลขออกซิเดชันที่เสถียร เช่น Mn ใน KMnO₄ มีเลขออกซิเดชัน +7 แต่เลขออกซิเดชันที่เสถียรของ Mn คือ +2 สารนี้จึงถูกรีดิวซ์ได้ง่าย หรือเป็นตัวออกซิไดซ์ที่ดี เพื่อให้มีเลขออกซิเดชันเป็น +2 หรือโครเมตไอออน (CrO₄^2-) และไดโครเมตไอออน (Cr₂O₇^2-) เลขออกซิเดชันของ Cr เป็น +6 แต่ค่าที่เสถียรคือ +3 ส่วนสารประกอบของ Fe ที่มีเลขออกซิเดชัน +2 เช่น FeSO₄ ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย หรือเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดี เพื่อให้มีเลขออกซิเดชันเป็น +3 ซึ่งเป็นค่าที่เสถียร

5. นำไฟฟ้า และนำความร้อนได้ดี

สีของไอออนบวกของโลหะแทรนซิชันที่เกิดไอออนกับโมเลกุลของน้ำ (ตัวเลขในวงเล็บ คือ จำนวนอิเล็กตรอนในออรืบิทัล d)

สีที่ปรากฏ	ไอออนบวก	สีที่ถูกดูดกลืน	ความยาวคลื่นของสี ที่ถูกดูดกลืน (nm)
ไม่มีสี แดง ม่วง น้ำเงิน	Sc³⁺(0), Cu⁺(10), Zn²⁺(10) Mn²⁺(5), Co²⁺(7) V²⁺(3), Cr³⁺(3), Mn³⁺(4) Cr²⁺(4), Cr³⁺(6), Cu²⁺(9)	IR น้ำเงินแกมเขียว เหลืองแกมเขียว เหลือง	800-106 490-500 560-580 580-600

2. เลขออกซิเดชัน

โครงแบบอิเล็กตรอนเป็นสิ่งสำคัญในการใช้ศึกษาปฏิกิริยาเคมีของธาตุ เพราะเป็นตัวกำหนดสมบัติทางกายภาพ และทางเคมีของธาตุ สำหรับธาตุแทรนซิชันพวกกลุ่ม d อิเล็กตรอนในออร์บิทัล d และ s ในระดับพลังงานสูงสุดจะมีเกี่ยว ข้องในปฏิกิริยาเคมี ดังนั้น อะตอมของธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนก่อนในออร์บิทัล d และ s เข้าไปเกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมีไม่เท่ากันจึงมีสมบัติไม่เหมือนกัน การที่อิเล็กตรอนในออร์บิทัล d มีส่วนเกี่ยวข้องกับการเกิดพันธะเคมี จึงทำให้ธาตุแทรนซิชันแต่ละธาตุมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า

ธาตุ	เลขออกซิเดชัน	สมบัติ
Sc	+2 +3	ไม่ปรากฏว่ามี มีเลขออกซิเดชันค่านี้เพียงค่าเดียว, Sc รีดิวซ์ H₂O เป็น H₂(g)
Ti	+2 +4	ไม่เสถียรใน H₂O, รีดิวซ์ H₂O, เตรียมโดยรีดิวซ์ Ti(IV) ด้วย Zn เสถียรที่สุด
V	+1 +2 +3 +4 +5	ไม่ค่อยพบ ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย เสถียร เสถียรที่สุด ณ ภาวะปกติ เป็นตัวออกซิไดซ์ปานกลาง เช่น V₂O₅
Cr	+2 +3 +6	ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย เสถียรที่สุด เป็นตัวออกซิไดซ์ที่ดี เช่น CrO₄^2- และ Cr₂O₇^2-
Mn	+2 +3 +4 +6 +7	เสถียรที่สุด เสถียรในไอออนเชิงซ้อน เป็นตัวออกซิไดซ์ที่ดี เช่น MnO₂ เสถียรในสารละลายเบสเท่านั่น เช่น MnO₄^2- เป็นตัวออกซิไดซ์อย่างแรง เช่น MnO₄^-
Fe	+2 +3 +4 +6	เสถียรแต่ถูกออกซิไดซ์เป็น +3 ได้ง่าย เสถียรที่สุด ไม่ค่อยพบ ไม่ค่อยพบ
Co	+2 +3	เสถียรที่สุดใน H₂O ออกซิไดซ์ H₂O ได้ และเสถียรในไอออนเชิงซ้อน
Ni	+2 +3	เสถียรที่สุด ไม่ค่อยพบ, เป็นตัวออกซิไดซ์ที่ดีมาก

เลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชันชุดที่ 1 (ธาตุที่มีเลขอะตอม 21-25)

ข้อสังเกตเกี่ยวกับเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชันชุดที่ 1

1. ทุกธาตุ ยกเว้น Sc ที่มีเลขออกซิเดชันหลายค่า จะมีค่าที่เป็น +2 อยู่ด้วยค่าหนึ่งที่เป็นดังนี้ เพราะต้องใช้อิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4s ซึ่งมีอยู่ 2 อิเล็กตรอน และเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานนอกสุดออกไปเสียก่อน ดังนั้น เลขออกซิเดชันค่านี้เกิดจากการสูญเสียอิเล็กตรอนใน 4s นั่นเอง ยกเว้น Cr และ Cu ซึ่งมีอิเล็กตรอนใน 4s เพียง 1 อิเล็กตรอน จึงต้องใช้อิเล็กตรอนจาก 3d ด้วยอีก 1 อิเล็กตรอน เพื่อให้มีเลขออกซิเดชันเป็น +2

2. จำนวน 5 ธาตุแรกของชุดนี้ มีเลขออกซิเดชันค่าที่สูงสุดตรงกับเลขของหมู่นั้น เช่น เลขออกซิเดชันสูงสุดของ V คือ +5 ธาตุนี้อยู่ในหมู่ VB และเลขออกซิเดชันสูงสุดของ Mn คือ +7 ธาตุนี้อยู่ในหมู่ VIIB เป็นต้น

3 รัศมีของอะตอม

ขนาดของอะตอมของธาตุแทรนซิชันลดลงจากซ้ายไปขวาในคาบเดียวกันของธาตุทำนองเดียวกันกับธาตุทั่วไป เพียงแต่การเพิ่มขึ้น หรือลดลงของขนาดอะตอมมีไม่มากนัก กล่าวคือ อะตอมมีขนาดใกล้เคียงกัน แม้ว่าอะตอมที่มีเลขเชิงอะตอมสูงขึ้น ซึ่งหมายถึงจำนวนโปรตอนจะเพิ่มมากขึ้นด้วย ขนาดอะตอมก็ลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ทั้งนี้ เป็นเพราะอะตอมที่เพิ่มขึ้นถูกกำบัง หรือถูกผลักโดยอิเล็กตรอนที่อยู่ถัดเข้าไป ทำให้การดึงดูดกับนิวเคลียสเป็นไปได้ไม่ดีเท่าที่ควร รัศมีของอะตอมของาตุแทรนซิชัน

4. พลังงานการแตกตัวเป็นไอออน

พลังงานการแตกตัวเป็นไอออน หรือพลังงานไอออไนเซชัน (ionization energy) ของธาตุแทรนซิชัน สัมพันธ์กับขนาดของอะตอม ถ้าอะตอมมีขนาดเล็กลง พลังงานไอออนไนเซชันจะเพิ่มขึ้น แต่ถ้าอะตอมมีขนาดเพิ่มขึ้น พลังงานไอออไนเซชันจะลดลง สำหรับธาตุเรพรีเซนเตตีฟ ค่านี้จะลดลงจากบนลงล่าง เมื่อเปรียบเทียบภายในคาบเดียวกัน แต่ธาตุแทรนซิชันการเพิ่มขึ้น หรือลดลงไม่มาก เนื่องจากขนาดอะตอมแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย

5. ธาตุแทรนซิชันหมู่ต่างๆ

5.1 ธาตุหมู่ IIIB หรือธาตุตระกูลสแคนเดียม (scandium family) (Sc, Y, la….Lu, Ac……Lr)

สแคนเดียม มาจากคำว่า สแคนดิเนเวีย ซึ่งเป็นแหล่งค้นพบธาตุส่วนใหญ่ในหมู่นี้ ได้แก่ สแคนเดียม อิตเทรียม แลนทานัม และอนุกรมแลนาไนด์ แอกทิเนียม และอนุกรมแอกทิไนด์

ธาตุสแคนเดียม อิตเทรียม และแลนทานัม มีการจัดเวเลนซ์อิเล็กตรอนในแบบ (n-1) d¹ ns²ธาตุเหล่านี้เกิดไอออน +3เท่านั้น โดยมีโครงแบบอิเล็กตรอนในแบบ (n-1) d¹ ns² ซึ่งไม่ควรแสดงสมบัติเหมือนไอออนของธาตุเรพรีเซนเตตีฟมากกว่า สารประกอบส่วนใหญ่ไม่มีสี สแคนเดียมมีสมบัติทั่วไปคล้ายอะลูมิเนียมมมาก เช่น ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ Sc(H₂O)₃ หรือ Sc₂O₃.xH₂O ไม่ละลายน้ำและมีสมบัติเป็นทั้งกรดและเบส (amphoteric) สำหรับอิตเทรียม และแลนทานัมมีสมบัติคล้ายกัน แต่ว่องไวต่อปฏิกิริยามากกว่าสแคนเดียม

ธาตุในอนุกรมแลนทาไนด์มีสมบัติต่างไปจากพวกที่ได้กล่าวข้างต้น ธาตุพวกนี้มีอิเล็กตรอนใน 4f - ออร์บิทัลไม่เต็มมีสมบัติทั่วไปเช่นเดียวกับโลหะแทรนซิชันและมีความคล้ายคลึงกันมากดังจะเห็นได้จากค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน และรัศมีไอออนธาตุในอนุกรมนี้จะมีขนาดเล็กลงเป็นลำดับเมื่อเลขเชิงอะตอมสูงขึ้นและสามารถแสดงเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เมื่อเกิดสารประกอบซึ่งรวมทั้งสารประกอบเชิงซ้อนด้วย แต่เลขออกซิเดชันที่สำคัญ คือ +3 ในธรรมชาติธาตุเหล่านี้มักเกิดรวมๆ กัน เช่น แร่โมนาไซด์ (monozite) การแยกธาตุเหล่านี้ออกจากกันให้บริสุทธิ์ทำได้ยาก ปกติใช้วิธีผ่านเรซินแลกเปลี่ยนไอออน (ion exchange resin) ในสภาวะที่เหมาะสม โดยทั่วไปแล้วธาตุพวกนี้มีอยู่บนผิวโลกในปริมาณค่อนข้างน้อย จึงจัดเป็นธาตุที่หายาก

ธาตุในอนุกรมแอกทิไนด์ทุกธาตุเป็นธาตุกัมมันตรังสี และมีหลายธาตุที่ไม่พบในธรรมชาติ แต่สร้างขึ้นได้ ธาตุเหล่านี้แสดงเลขออกซิเดชันได้หลายค่าเช่นเดียวกัน

5.2. ธาตุหมู่ IVB หรือธาตุตระกูลไทเทเนียม (Ti, Zr, Hf)

ธาตุหมู่นี้ประกอบด้วยธาตุไทเทเนียม เซอร์โคเนียม และแฮฟเนียม สำหรับสองธาตุแรกนั้นอาจมีเลขออกซิเดชันได้ทั้ง +2, +3 และ +4 แต่แฮฟเนียมมีได้เพียง +4 เท่านั้น ซึ่งก็เป็นไปตามแนวโน้มของเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน น่าสังเกตว่าในกรณีที่มีเลขออกซิเดชันเป็น +4 ก็แสดงว่าไม่มีอิเล็กตรอนใน d - ออร์บิทัลเลย เช่นเดียวกับ Sc (III) นั่นเอง สมบัติทั่วไปของธาตุหมู่นี้จะคล้ายของหมู่ IVA คือ มีลักษณะโคเวเลนซ์สูง บางสารประกอบอยู่เป็นโมเลกุลเดี่ยว เช่น TiCl₄ บางสารประกอบก็อยู่เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่แบบโครงร่างตาข่าย เช่น TiO₂

ธาตุไทเทเนียมจัดป็นโลหะแทรนซิชันที่มีสมบัติของโลหะแทรนวิชันครบถ้วน กล่าวคือ มีลักษณะขาววาวคล้ายเงิน จุดหลอมเหลวและจุดเดือดเหลวสูง แข็ง เหนียว ดึงให้เป็นเส้นได้ เป็นโลหะแทรนซิชันที่มีความหนาแน่นต่ำที่สุด ส่วนมากใช้ทำชิ้นส่วนของเครื่องบินไอพ่น และถ้าผสมกับโลหะอื่นเล็กน้อย เช่น 5% Al และ Fe, Cr และ Mo อย่างละ 2% จะได้โลหะเจือที่ทนความร้อนดีมากขึ้น และใช้ประโยชน์ได้ดีกว่าโลหะเจือใดๆ ของอะลูมิเนียม ที่สภาวะปกติไทเทเนียมค่อนข้างเฉื่อยมาก ทนได้แม้แต่แก๊สคลอรีนแห้ง แต่ถ้าอุณหภูมิสูงมากๆ (สูงกว่า 500 °C) ก็จะสามารถทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับอโลหะได้สารประกอบโคเวเลนซ์ เช่น TiO และ TiCl₂ เป็นต้น นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับไอน้ำให้แก๊สไฮโดรเจนได้ด้วย

5.3 ธาตุหมู่ VB หรือธาตุตระกูลวาเนเดียม (V, Nb, Ta)

ธาตุกลุ่มนี้ ได้แก่ วาเนเดียม ไนโอเบียม และแทนทาลัม ธาตุทุกตัวมีเลขออกซิเดชันหลายค่า คือ วาเนเดียม +2, +3, +4, +5 ส่วนไนโอเบียม และแทนทาลัมมีเฉพาะ +3 และ +5 เท่านั้นที่สำคัญ

สมบัติทางเคมีของวาเนเดียมคล้ายกับของไทเทเนียม แต่มีปริมาณในธรรมชาติน้อยกว่าโลหะวาเนเดียมอาจเตรียมได้จากการรีดิวซ์ VCl₄ ด้วยแมกนีเซียม หรือรีดิวซ์ V₂O₅ ด้วยอะลูมิเนียม ในธรรมชาติมักเกิดปนกับโลหะอื่น สินแร่ที่สำคัญได้แก่ พาโทรไนต์ (pattronite) ซึ่งเป็นพวกซัลไฟด์ที่ซับซ้อน วาเนดิไนต์ [vanadinite, Pb₅(VO₄)₃] และคาร์โนไทต์ [carnotite, K(UO₂VO₄). 3/2 H₂O]

5.4 ธาตุหมู่ VIB หรือธาตุตระกูลโครเนียม (Cr,Mo,W)

ธาตูหมู่นี้ได้แก่ โครเนียม โมลิบดีนัม และทังสเตน (วุลแฟรม, Wolfram) มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงมาก สมบัติทางเคมีของโครเนียมคล้ายของวาเนเดียม เพียงแต่ทำให้บริสุทธิ์ยากกว่าวาเนเดียม ประโยชน์สำคัญของโครเมียม คือ ใช้เคลือบผิวโลหะ เพื่อป้องกันการผุกร่อนและเพื่อความสวยงาม ทั้งนี้เนื่องจากผิวของสิ่งที่เคลือบแล้วจะเป็นมันวาวและค่อนข้างเฉื่อยค่อปฏิกิริยา ความจริงโครเมียมสามารถถูกออกซิไดส์ด้วยออกซิเจนในอากาศกลายเป็นออกไซด์ได้หลายชนิด แต่ที่พบมากที่สุดคือ Cr₂O₃ ปฏิกิริยาการเกิดออกไซด์ของโครเมียมสามารถเกิด ได้สมบูรณ์ถ้าเป็นผงละเอียด แต่ถ้าอยู่เป็นก้อนหรือเป็นแผ่นจะเกิดออกไซด์เฉพาะผิวนอก (protective oxide film) เท่านั้น

ในธรรมชาติ โครเมียมมักอยู่ในรูปของออกไซด์ผสม แร่ที่สำคัญ คือ โครไมต์ (chromite, FeO,Cr₂O₃) การผลิตอาจทำได้โดยรีดิวซ์แร่ด้วยคาร์บอนในเตาไฟฟ้าจะได้โลหะเจื่อเหล็กกับโครเมียมที่เรียกว่าเฟร์โรโครม (ferrochrome)

โลหะเจือนี้ใช้ผสมในเหล็กกล้าทำให้มีคุณสมบัติทนทานและแข็งแรงขึ้น ถ้าต้องการโลหะบริสุทธิ์อาจทำได้โดยนำแร่ดังกล่าวมาเผากับ K₂CO₃ ในอากาศ จะได้ K₂CrO₄ ซึ่งละลายน้ำจึงแยกออกจาก FeO ได้ นำ K₂CrO₄ มาตกผลึกเพื่อให้ได้สารบริสุทธิ์ จากนั้นจึงรีดิวซ์ด้วยคาร์บอน และด้วยอะลูมิเนียม

สารประกอบของ Cr (II) เป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงมาก สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ Cr(III) ทันที ปฏิกิริยานี้ใช้ประโยชน์ในการขจัดออกซิเจนออกจากแก๊สชนิดต่างๆ ที่ผสมกันอยู่ Cr (II) เมื่ออยู่ในน้ำจะอยู่ในรูปสารประกอบ [Cr(H₂O)₆]²⁺ มีสีน้ำเงิน และจะถูกออกซิไดส์กลับเป็น Cr (III) ซึ่งมีสีเขียวทันทีที่สัมผัสออกซิเจนในอากาศ

5.5 ธาตุหมู่ VIIB หรือธาตุตระกูลแมงกานีส (Mn, Tc , Re)

ธาตุหมู่นี้ได้แก่ แมงกานีส เทคนีเชียม และรีเนียม สำหรับแมงกานีสมีสมบัติทั่วไปคล้ายเหล็กแต่แข็งกว่าและเปราะกว่า ทนความร้อนได้ไม่เท่าเหล็ก ละลายน้ำได้สารละลายกรดเจือจางที่เป็นตัวออกซิไดส์ และไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยากับธาตุต่างๆ แต่ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นจะทำปฏิกิริยารุนแรงอาจถึงขั้นลุกไหม้ เช่น การเกิด MnCl₂ , Mn₃N₂ ความว่องไวต่อปฏิกิริยาของแมงกานีสส่วนหนึ่งอธิบายได้จากธาตุนี้ไม่มีออกไซด์เคลือบอยู่ที่ผิวเหมือนโลหะแทรนซิชันอื่นบางธาตุ

5.6 ธาตุหมู่ VII

5.6ธาตุในหมู่นี้ประกอบด้วยกลุ่มธาตุตามแนวนอน และแนวดิ่งในตารางธาตุดังนี้

เหล็ก                      (Fe)        โคบอลต์                (Co)       นิกเกิล                 (Ni)
รูทีเนียม                (Ru)       โรเดียม                  (Rh)       แพลเลเดียม          (Pd)
ออสเมียม              (Os)        อิริเดียม                                 (Ir)         แพลทินัม              (Pt)

                การจัดธาตุทั้งหมดนี้ไว้ในหมู่เดียวกันก็เนื่องจากพบว่า ธาตุที่เรียงกันตามแนวนอนมีสมบัติใกล้เคียงกันมากกว่าธาตุที่เรียงกันตามแนวดิ่ง กลุ่มธาตุนี้แบ่งกลุ่มย่อยได้ดังนี้

1. กลุ่มเหล็กหรือธาตุตระกูลเหล็ก (Iron family) ประกอบด้วยเหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล

2. ธาตุตระกูลแพลทินัม (Platinum Family) ซึ่งหมายถึงธาตุที่หนักกว่าของหมู่ VII

บางครั้งยังแบ่งเป็น

2.1 กลุ่มเบา (Light platinum triads) ได้แก่ รูทีเนียม โรเดียม และ แพลเลเดียม

2.2 กลุ่มหนัก (Heavy Platinum triads) ได้แก่ ออสเมียม อิริเมียม อิริเดียม และ แพลทินัม

ธาตุตระกูลเหล็ก

เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล เป็นโลหะแข็ง มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง สารประกอบของธาตุเหล่านี้มักมีเลขออกซิเดชัน +2 และ +3 เป็นส่วนใหญ่

เหล็ก

เหล็กถลุงได้จากสินแร่เหล็ก ซึ่งมีธาตุต่างๆ ประกอบอยู่ด้วย ดังนี้ คาร์บอน 4% , ซิลิคอน 2% , ฟอสฟอรัส และแมงกานีสประมาณ 1% และกำมะถันอีกเล็กน้อย ตัวอย่างโลหะเจือของเหล็กกล้า

โคบอล์

เป็นโลหะที่มีสีขาวปนน้ำเงินเล็กน้อยเป็นสารประเภทเฟร์โรแมกเนติก มีความแข็ง และความแข็งแรง มากกว่าเหล็ก และค่อนข้างเฉื่อยต่อปฏิกิริยา แต่รวมตัวกับอโลหะได้บ้างเมื่อให้ความร้อนการถลุมออกมาเป็นโลหะบริสุทธิ์ค่อนข้างยุงยากจึงทำให้มีราคาแพง

นิกเกิล
นิกเกิลเป็นอีกธาตุหนึ่งที่มีสมบัติเป็นสารแม่เหล็ก มีสีขาวคล้ายเงิน ในธรรมชาติมักเกิดในรูปของซัลไฟด์ NiS เช่น แร่มิลเลอไรต์ นอกจากนี้อาจเกิดร่วมกับสารหนู และพลวง เนื่องจากผิวของโลหะเมื่อถูกอากาศจะถูกเคลือบด้วยชั้นออกไซด์บางๆ จึงนิยมใช้เป็นอิเล็กโทรดที่ใช้งานในสภาวะเบส และเป็นโลหะเขือทนความร้อน เช่น ลวดนิโครม nichrome (Ni = 8% , Cr = 20% )

ธาตุตระกูลแพลทินัม

ธาตุกลุ่มนี้มีสมบัติคล้ายๆกัน มีจุดหลอมเหลว และจุดเดือดสูงมาก ซึ่งแสดงถึงความแข็งแรงของพันธะโลหะ และยังเป็นสาเหตุให้ธาตุเหล่านี้ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา เมื่อให้ความร้อนสูงขึ้นจะสลายตัวเป็นโลหะ ดังนั้น จึงพบโลหะพวกนี้ในรูปของธาตุอิสระในธรรมชาติอยู่บ้าง มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า แต่ที่สำคัญคือ +2 ถึง +4 เท่านั้น

5.7 IB หรือธาตุระกูลทองแดง (Cu , Ag, Au )

                ธาตุหมู่นี้ได้แก่ ทองแดง เน และทองคำ มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเปน (m- 1 ) d¹⁰ ns คล้ายโลหะแอลคาไล (หมู่ IA ) แต่มีสมบัติคล้ายกันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยธาตุเหล่านี้มีความหนาแน่น จุดหลอมเหลว จุดเดือดสูงกว่าและเป็นตัวนำที่ดีกว่าธาตุหมู่ IA มาก ค่าพลังงานไอออนไนเซชันค่อนขางสูง ศักย์รีดักชันเป็นบวกมาก
                สมบัติดังกล่างทำให้ธาตุตระกูลนี่ไม่ค่อยว่องไว้ต่อปฏิริยา ไม่ถูกออกซิไดส์ง่ายเหมือนโลหะแอลคาไล การที่ไม่ค่อยรวมตีวกับธาตุอื่น และมีผิวเป็นมันวาวทำให้เป็นที่นิยมใช้ในการทำเครื่องประดับ และทำเหรียญต่างๆ บางครั้งจึงเรียกว่า โลหะเงินตรา (coinage metal)
                ทองแดง
                ทองแดงในธรรมชาติมีทั้งที่เป็นโลหะอิสระและเป็นสารประกอบ เช่น ซัลไฟต์ ของ CuFeS₂ (copper pyrites) และ Cu₂S (chalcocite) เมื่อให้ความร้อนและรีดิวซ์จะได้โลหะทองแดงค่อนข้างง่าย
เงินและทองคำ
                เงินและทองคำจัดว่ามีอยู่ในปริมาณน้อยในโลก สารประกอบของธาตุทั้งสองนี้สามารถทำให้สลายตัวเป็นโลหะบรสุทธิ์ได้ง่าย เมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ เลขออกซิเดชันส่วนใหญ่ของเงินจะเป็น +1 ซึ่งอยูในสภาพที่เสถียร นอกจากนี่ก็มี +2 บ้างเล็กน้อย ส่วนทองคำที่มีเลขออกซิเดชัน +3 สามารถเกิดเป็นสารประกอบมากกว่า

2. การล้างฟิล์ม

2.1 นำฟิล์มที่ถูกแสงแล้วมาทำปฏิกิริยากับตัวรีดิวซ์ที่เหมาะสา ซึ่งเรียกว่าสารทำให้เกิดภาพ (developer) เช่น hydroquinone และ metol เป็นต้น AgBr ที่สถานะกระตุ้นจะถูกรีดิวซืเป็นโลหะเงินเม็ดเล็กๆ ติดอยู่บนแผ่นฟิล์ม
2.2 ฟิล์มเดียวกันนี้จะมีบางส่วนที่ไม่ถูกแสงและยังคงเป็น AgBr อยู่ ซึ่งจะล้างออกไปได้โดยทำให้เกิดไอออนเชิงซ้อนกับ S₂O₃^2-
        สารละลายไทโอซับเฟตที่ใช้ในขั้นนี้เรียกว่า น้ำยาไฮโป ทำให้ได้ฟิล์มสีขาวดำตรงข้ามกัยที่เป็นจริง ส่วนที่มีสีดำคือส่วนที่เคยถูกแสง และในที่สุดจะกลายเป็นโลหะเงินเม็ดเล็กๆ ส่วนสีขาวหรือใสคือส่วนที่ไม่ถูกแสงซึ่ง AgBr ถูกล้างออกไปเหลือแต่แผ่นฟิล์มว่างๆ เรียกว่า ฟิล์มเนกาทิฟ
                ในการอัดรูปก็อาศัยกระบวนการทำนองเดียวกันเพียงแต่เปลี่ยนจากฟิล์มมาใช้กระดา(ษที่ฉายด้วย AgBr เมื่อให้แสงผ่านฟิล์มที่ล้างแล้วทะลุไปยังกระดาษดังกล่าวแล้วนำไป้ล้าง ส่วนที่เคยเป็นสีขาวในฟิล์มก็จะกลายเป็นสีดำในรูป และส่วนที่เคยเป็นสีขาวทำให้ได้ภาพขาวดำที่เหมือนของจริง
                สารประกอบของทองคำมีไม่มากนัก และเท่าที่มีมักจะเป็นสารประกอบซึ่งทองคำมีเลขออกซิเดชัน +3 ประโยชน์ของทองคำนอกจากจะใช้เครื่องประดับแล้วยังใช้เป็นกองทุนของชาติซึ่งแสดงถึงความมั่นคงทางเศรษฐกิจของประเทศ
    5.8 ธาตุหมู่ IIB หรือธาตุตระกูลสังกะสี (Zn , Cd ,Hg)
                ธาตุหมู่นี้ได้แก่ สังกะสี แคดเมียม และปรอท ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเป็น (n – 1) d¹⁰ ns² สมบัติทั่วไปของธาตุทั้งสามต่างจากพวกโลหะแทรนซิชันอื่นๆ มาก และมีส่วนคล้ายกับธาตุเรพรีเซนเตติฟ ธาตุทั้งสามแสดงเลขออกซิเดชันสูงสุดเป็น +2 สำหรับปรอทมีเลขออกซิเดชัน +1 Hg (I) ไม่เป็นพาราแมกเนติก

                ธาตุตระกูลสังกะสีเตรียมได้ง่าย และใช้ ประโยชน์มาก สังกะสีและปรอทในธรรชาติมักอยู่ในรูปของซัลไฟด์ โดยสังกะสีเกิดร่วมกับเหล็กและตะกั่ว เช่น สฟาเลอไรต์ [sphalerite, (ZnFe)S] อยู่ร่วมกับกาลีนา [galena, PbS] ปรอทซัลไฟด์ (cimmabar , HgS)

ที่มา: https://sites.google.com/site/smbatikhxngthatulaeasarprakxb/thatu-thae-rn-si-chan

วันเสาร์ที่ 10 สิงหาคม พ.ศ. 2562

2.5 ธาตุแทรนซิชัน