ตารางสารประกอบทางเคมี: ความซ้ำซ้อนทางเคมี (Chemical Periodicity)

ความซ้ำซ้อนของคุณสมบัติ (Periodicity) หมายความว่าคุณสมบัติซ้ำกันในรูปแบบที่เป็นระเบียบเมื่อเราเดินผ่านแต่ละ ช่วง (period) ของตารางธาตุ ช่วงที่ 3 (Na ถึง Ar) เป็นตัวอย่างมาตรฐาน

จุดหลอมเหลวและการนำไฟฟ้าเกิดจากโครงสร้างและพันธะ:

• Na, Mg, Al เป็น โลหะขนาดใหญ่ (giant metallic). จุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้น (Na → Al) เพราะแต่ละอะตอมให้ อิเล็กตรอนอิสระมากขึ้น และไอออนมีขนาดเล็กลง ทำให้พันธะแข็งแรงขึ้น—they conduct well. They conduct well.
• Si เป็น โครงสร้างโคเวเลนต์ขนาดใหญ่ (giant covalent) มีจุดหลอมเหลวสูงสุด เนื่องจากต้องทำลายพันธะโคเวเลนต์ที่แข็งแรง มันนำไฟฟ้าได้ยากมาก.
• P, S, Cl, Ar เป็น โมเลกุล đơn giản (simple molecular) หรือเป็นอะตอมเดี่ยว จุดหลอมเหลวต่ำเพราะแรงที่แตกหักคือ แรงแวนเดอร์วาลส์ (van der Waals' forces) ที่อ่อนแอ ระหว่าง โมเลกุล — พันธะโคเวเลนต์ที่แข็งแรง ภายใน แต่ละโมเลกุลไม่ได้แตกหักเลย—they do not conduct. They do not conduct.

ตั้งชื่อ แรงวานเดอวาลส์ เมื่ออธิบายความลดลงนี้: จุดให้คะแนนคือคำนี้ และข้อผิดพลาดที่เสียคะแนนคือ "พันธะโคเวเลนต์อ่อน" การหลอมเหลว $\text{S}_8$ จะดึงโมเลกุลทั้งโมเลกุลออกจากกัน; มันไม่ได้ทำลายพันธะเดี่ยว $\text{S–S}$. ขนาดของแรงเหล่านี้ยังคงขึ้นอยู่กับขนาดโมเลกุล: $\text{S}_8$ หลอมเหลวสูงกว่า $\text{P}_4$ เพราะมันมีขนาดใหญ่กว่า มีอิเล็กตรอนมากกว่า ทำให้แรงวานเดอวาลส์แข็งแรงขึ้น ในขณะที่ $\text{Ar}$ (อะตอมเดียว) มีค่าต่ำที่สุด.

ปฏิกิริยากับออกซิเจน คลอรีน และน้ำ

กับ ออกซิเจน:

กับ คลอรีน:

กับ น้ำ (มีเพียง Na และ Mg เท่านั้นที่ทำปฏิกิริยา):

โซเดียมทำปฏิกิริยาเร็ว; แมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นได้ช้ามากเท่านั้น

เลขออกซิเดชันของออกไซด์และคลอไรด์

เลขออกซิเดชัน ของธาตุในช่วงที่ 3 ในออกไซด์หรือคลอไรด์เพิ่มขึ้นตลอดช่วง เพราะเท่ากับจำนวน อิเล็กตรอนชั้นนอก (valence shell electrons) ที่อะตอมใช้ในการสร้างพันธะ:

คลอไรด์ $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ แสดงเลขออกซิเดชัน $+1$ ถึง $+5$ ในลักษณะเดียวกัน

ออกไซด์กับน้ำ และพฤติกรรมกรด-เบส

ตลอดช่วง ออกไซด์เปลี่ยนจากเบสไปเป็นกรด:

ออกไซด์โลหะ (ซ้าย) เป็นเบส; ออกไซด์ phi-metals (ขวา) เป็นกรด。$\text{Al}_2\text{O}_3$ และ ไฮดรอกไซด์ $\text{Al(OH)}_3$ ของมันเป็นแอมฟอเทอริก — ทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและเบส:

คลอไรด์กับน้ำ

• $\text{NaCl}$ และ $\text{MgCl}_2$ เป็นไอออนิก พวกมันเพียงแต่ละลายน้ำ ให้สารละลายที่มีความเป็นกลางใกล้เคียง
• $\text{SiCl}_4$ และ $\text{PCl}_5$ เป็นโควาเลนต์发生 ไฮโดรไลซิส (ทำปฏิกิริยากับน้ำ) เพื่อสร้างสารละลายที่เป็นกรดและควันของ $\text{HCl}$:

อธิบายแนวโน้ม

แนวโน้มเหล่านี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในพันธะและ ค่าอิเล็กตรอนเนกาติฟ ทางซ้าย ธาตุเป็นโลหะที่มีค่าอิเล็กตรอนเนกาติฟต่ำ ดังนั้นออกไซด์และคลอไรด์จึงเป็นไอออนิกและเป็นเบส (หรือเป็นกลาง) ทางขวา ธาตุเป็นไม่ใช่โลหะที่มีค่าอิเล็กตรอนเนกาติฟสูง ดังนั้นออกไซด์และคลอไรด์จึงเป็นโควาเลนต์และเป็นกรด คุณสามารถใช้คุณสมบัติของคลอไรด์หรือออกไซด์ (จุดหลอมเหลว, การนำไฟฟ้า, ผลต่อสารละลายน้ำ) เพื่อเสนอว่าพันธะของมันคือไอออนิกหรือโควาเลนต์

ตัวอย่างฝึกปฏิบัติ. คาดการณ์ค่า pH เมื่อ $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ และ $\text{SO}_3$ ถูกเพิ่มลงในน้ำ Each character of acid-base property follows the change from metal to non-metal across Period 3. $\text{Na}_2\text{O}$ เป็นไอออนิกและเป็นเบส: มันละลายให้ $\text{NaOH}$ ดังนั้น pH จึงอยู่ที่ประมาณ 13. $\text{SO}_3$ เป็นโควาเลนต์และเป็นกรด: มันทำปฏิกิริยาให้ $\text{H}_2\text{SO}_4$ ดังนั้น pH จึงอยู่ที่ประมาณ 1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ อยู่ตรงจุดเปลี่ยนผ่าน - มันเป็น แอมฟอเทอริก และanking essentially ไม่ละลาย ในน้ำ ดังนั้น pH จึงคงอยู่ที่ประมาณ 7. กับดักอยู่ที่ข้อสุดท้ายนี้: แอมฟอเทอริก ไม่ได้ หมายความว่าความเป็นกลาง แต่หมายถึงออกไซด์ทำปฏิกิริยากับทั้งกรด และ เบส - มันเพียงแต่ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำเท่านั้น

แนวคิดเดียวกันใช้ได้กับทุกกลุ่ม หากคุณรู้รูปแบบตามกลุ่มและข้ามคาบ คุณสามารถ:

• คาดการณ์ คุณสมบัติของธาตุจากตำแหน่งของมัน (เช่น ธาตุในกลุ่ม 1 จะเป็นโลหะที่ reactive สร้างไอออน $+1$).
• อนุมาน ตำแหน่งและตัวตนของธาตุที่ไม่รู้จักจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของมัน.

• เสมอจับคู่ แนวโน้มกับเหตุผล: รัศมีอะตอมลดลงข้ามคาบ 3 (ประจุนิวเคลียสเพิ่มขึ้น, การป้องกันตัวคล้ายกัน).
• อธิบาย รูปแบบจุดหลอมเหลว จากโครงสร้าง: โลหะขนาดใหญ่ (Na→Al), โควาเลนต์ขนาดใหญ่ (Si, สูงสุด), จากนั้นโมเลกุลเล็ก ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) และอะตอมเดี่ยว (Ar).
• ออกไซด์เปลี่ยนจาก เบส → แอมฟอเทอริก ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → กรด ข้ามคาบ; เชื่อมโยงกับพันธะจากไอออนิกไปเป็นโควาเลนต์.
• สำหรับปฏิกิริยาของออกไซด์/คลอไรด์กับน้ำ ให้ระบุ ผลิตภัณฑ์และค่า pH ที่เกิดขึ้น.