บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

แบบจำลองอะตอม

     แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

     

        ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอม

เพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้

1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆหลายอนุภาคเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า “อะตอม” ซึ่งแบ่งแยกและทำให้สูญหายไม่ได้

2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน แต่จะมีสมบัติ แตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่น 

3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยา เคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ 

จอห์น ดอลตัน ชาวอังกฤษ เสนอทฤษฎีอะตอมของดอลตัน 

- อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด แบ่งแยกอีกไม่ได้

- อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน

- อะตอมต้องเกิดจากสารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมตัวกันทางเคมี

ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่ง แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของ ดอลตัน เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้   

   ลักษณะแบบจำลองอะตอมของดอลตัน

 แบบจะลองอะตอมของทอมสัน

        ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ได้มีการค้นพบรังสีชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า รังสีแคโทด (cathode ray) ที่ได้จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Julius Plicker ซึ่งใช้หลอดแก้วที่สูบอากาศออก และมีอิเล็กโตรด 2 อันอยู่คนละข้าง (แอโนดเป็นขั้วไฟฟ้าบวก และแคโทดเป็นขั้วไฟฟ้าลบ) ของหลอดแก้ว และต่อไปยังไฟฟ้าที่มีศักย์สูง ทำให้เกิดรังสีขึ้นภายในหลอดแก้ว เรียกว่า รังสีแคโทด

                                                                        ภาพหลอดรังสีแคโทด

และในปี 1897 ได้มีผู้ทำการทดลองเกี่ยวกับรังสีแคโทดนี้ โดยค้นพบว่ามีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งต่อมาเรียกว่า "อิเล็กตรอน" จากรังสีแคโทด เขาผู้นี้คือ เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ( Sir Joseph John Thomson ) ดังนั้นความเชื่อที่เข้าใจกันว่าอะตอมแบ่งแยกอีกไม่ได้ จึงไม่ถูกต้องอีกต่อไป และ ทอมสันได้เสนอแบบจำลองอะตอมขึ้นใหม่ ดังนี้ "อะตอมมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าลบ อะตอมโดยปกติอยู่ในสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งทำให้ทั้งสองประจุนี้มีจำนวนเท่ากันและกระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอภายในอะตอม โดยมีการจัดเรียงที่ทำให้อะตอมมีสภาพเสถียรมากที่สุด" ดังรูป

แต่แบบจำลองอะตอมของทอมสันนี้ยังไม่สามารถอธิบายข้อสงสัยบางอย่างได้ เช่น ประจุไฟฟ้าบวก อยู่กันได้อย่างไรในอะตอม และ ไม่สามารถอธิบายคุณสมบัติอื่นๆของอะตอม ตัวอย่างเช่น สเปกตรัมที่แผ่ออกมาจากธาตุ จึงมีนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาค้นคว้าและทดลองเพื่อหาข้อเท็จจริงต่อมา และปัจจุบันก็ได้ทราบว่าแบบจำลองนี้ไม่ถูกต้อง

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

       

  เออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ทำการทดลองยิงอนุภาคแอลฟา ( นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ) ไปที่แผ่นโลหะบาง ในปี พ.ศ.2449 และพบว่าอนุภาคนี้ สามารถวิ่งผ่านได้เป็นจำนวนมาก แต่จะมีเพียงส่วนน้อยที่เป็นอนุภาคที่กระเจิง ( การที่อนุภาคเบนจากแนวการเคลื่อนที่จากที่เดิมไปยังทิศทางต่างๆกัน ) ไปจากแนวเดิมหรือสะท้อนกลับทางเดิม

จากการทดลองนี้ รัทเธอร์ฟอร์ดจึงได้เสนอแบบจำลองอะตอมว่า " อะตอมมีลักษณะโปร่ง ประกอบด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่ที่ศูนย์กลางเรียกว่า นิวเคลียส ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมของมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆนิวเคลียสด้วยระยะห่างจากนิวเคลียสมาก เมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียส และระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนเป็นที่ว่างเปล่า"

แต่แบบจำลองนี้ยังมีข้อกังขาที่ยังไม่สามารถหาคำตอบได้คือ

1.อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยมีความเร่งจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ทำให้พลังงานจลน์ลดลง ทำไมอิเล็กตรอนวิ่งวนรอบนิวเคลียสตามแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด จึงไม่สูญเสียพลังงาน และไปรวมอยู่ที่นิวเคลียส

2. อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัว เมื่อวิ่งวนรอบนิวเคลียสจะจัดการเรียงตัวอย่างไร

3. ประจุบวกที่รวมกันอยู่ในนิวเคลียส จะอยู่กันได้อย่างไร ทั้งๆที่เกิดแรงผลัก

แบบจะลองอะตอมของโบร์

        นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาลักษณะของการจัดอิเล็กตรอนรอบๆ อะตอม โดยแบ่งการศึกษาออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกเป็นการศึกษษเกี่ยวกับสเปกตรัมของอะตอม ซึ่งทำให้ทราบว่าภายในอะตอมมีการจัดระดับพลังงานเป็นชั้นๆ ในแต่ละชั้นจะมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ ส่วนที่สองเป็นการศึกษาเกี่ยวกับพลังงานไอโอไนเซชัน เพื่อดูว่าในแต่ละระดับพลังงานจะมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ได้กี่ตัว

สเปกตรัม หมายถึง อนุกรมของแถบสีหรือเส้นที่ได้จากการผ่านพลังงานรังสีเข้าไปในสเปกโตรสโคป ซึ่งทำให้พลังงานรังสีแยกออกเป็นแถบหรือเป็นเส้น ที่มีความยาวคลื่นต่างๆเรียงลำดับกันไป

นีลส์โบร์   ได้เสนอแบบจำลองอะตอมขึ้นมา สรุปได้ดังนี้

1 . อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นชั้นๆ ตามระดับพลังงาน  และแต่ละชั้นจะมีพลังงานเป็นค่าเฉพาะตัว

2. อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะเรียกว่าระดับพลังงานต่ำสุดยิ่งอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากขึ้น   ระดับพลังงานจะยิ่งสูงขึ้น

3. อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะเรียกระดับพลังงาน  n =  1   ระดับพลังงานถัดไปเรียกระดับพลังงาน  n =2, n = 3,… ตามลำดับ   หรือเรียกเป็นชั้น   K , L , M , N  ,O ,  P , Q ….

จากทฤษฎีอะตอมของ นีลส์โบร์ แบบจำลองอะตอมมีลักษณะดังรูป

ลักษณะแบบจำลองอะตอมของนีลส์โบร์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

แสง คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves เรียกย่อๆ ว่า EM) ซึ่งประกอบด้วย สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเคลื่อนที่ทำมุมตั้งฉากกัน  ระยะทางระหว่างยอดคลื่นหนึ่งถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่า ความยาวคลื่น (Wavelength) ดังภาพที่ 1  แสงที่ตามองเห็น (Visible light) เป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร (1 nm = 10-9 m หรือ 1/พันล้านเมตร) หากนำแท่งแก้วปริซึมมาหักเหแสงอาทิตย์ เราจะเห็นว่าแสงสีขาวถูกหักเหออกเป็นสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง คล้ายกับสีของรุ้งกินน้ำ เรียกว่า “สเปกตรัม” (Spectrum) แสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นแตกต่างกัน สีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด (400 nm) สีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด  นอกจากแสงที่ตามองเห็นแล้วยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดอื่นๆ เรียงตามขนาดความยาวคลื่นจากน้อยไปมาก ภาพที่ 2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทต่างๆ นอกจากนักวิทยาศาสตร์จะแบ่งประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ความยาวคลื่นเป็นตัวกำหนดแล้ว แต่บางครั้งในวงการวิทยุโทรคมนาคม เรานิยมใช้ความถี่ของคลื่นเป็นตัวกำหนด เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทเดินทางโดยไม่ต้องใช้ตัวกลางด้วยความเร็วคงที่  300,000,000 เมตร/วินาที  เราสามารถคำนวณหาค่าความถี่ได้โดยใช้สูตร                                            λ = c / f          ความยาวคลื่น = ความเร็วแสง / ความถี่          ความยาวคลื่น (λ) = ระยะห่างระหว่างยอดคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร (m)          ความถี่ (f) = จำนวนคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่กำหนด ในระยะเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็นเฮิรทซ์ (Hz)          ความเร็วแสง (c) = 300,000,000 เมตร/วินาที (m/s) แบบจำลองอะตอมของกลุ่มหมอก  สรุปแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกแบบจำลองนี้เชื่อว่า      1. อิเล็กตรอนไม่ได้เคลื่อนที่เป็นวงกลม แต่เคลื่อนที่ไปรอบๆนิวเคลียส          เป็นรูปทรงต่างๆตามระดับพลังงาน      2. ไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนไ้ด้ เนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก          และเคลื่อนที่รวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอม      3. อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส บริเวณที่มีหมอกทึบ          แสดงว่ามีโอกาสพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีหมอกจาง ดังรูปที่แสดงไว้ อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป                      อนุภาคในอะตอม              อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่สำคัญ 3 อนุภาค ได้แก่โปรตอน  นิวตรอน และอิเล็กตรอนอนุภาคขนาดเล็กคือโปรตอน, นิวตรอน และอิเล็กตรอน มีคุณสมบัติต่างกันดังตาราง จากตารางอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีประจุบวกเท่ากับประจุลบ แสดงว่าในอะตอมมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนซึ่งในอะตอมจะมีโปรตอนจำนวนเท่ากับ “เลขอะตอม”    จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน โปรตอนกับนิวตรอนเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักมากเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอน ดังนั้นมวลของอะตอมก็คือจำนวนโปรตอนรวมกับจำนวนนิวตรอน นั่นคือ “เลขมวล” เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน   โปรตอน        อนุภาคชนิดนี้เป็นอนุภาคที่ถูกตรึงแน่นอยู่ในนิวเคลียส (Neucleus)มีอนุภาคเป็นบวกจำนวนโปรตอนใน อะตอมของธาตุเรียกว่า อะตอมมิค นัมเบอร์ ถ้าธาตุใดมีอะตอมมิค นัมเบอร์ เท่ากันเรียกธาตุเหล่านี้ว่าเป็นไอโซโทป ซึ่งกันและกันกล่าวคือ เป็นธาตุที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน   นิวตรอน อนุภาคชนิดนี้เป็นอนุภาคที่ถูกตรึงแน่นอยู่ในนิวเคลียสรวมกับโปรตอนมีน้ำหนักมากกว่าโปรตอนเล็กน้อยและมีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้า ผลรวมระหว่างโปรตอนและนิวตรอนใน 1 อะตอมของธาตุ เราเรียกว่า อะตอมมิค แมส หรือแมส นัมเบอร์ ถ้าธาตุใดมีแมส นัมเบอร์ เท่ากันแต่อะตอมมิค นัมเบอร์ ไม่เท่ากันเรา เรียกธาตุเหล่านี้ว่าเป็นไอโซบาร์ซึ่งกันและกัน   อิเล็กตรอน อนุภาคชนิดนี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุลบ วิ่งอยู่รอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอมของธาตุด้วยความเร็วสูงในวงโคจร ที่เฉพาะของมัน เป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักน้อย หนักประมาณ เท่าของน้ำหนักของโปรตอนอิเล็กตรอนจะได้รับแรงดึงดูดจากโปรตอนในนิวเคลียสถ้าอิเล็กตรอนเหล่านั้นได้รับพลังงานเพิ่มมันอาจจะ กระโดดออกไปยังเซลล์ต่อไปได้ อิเล็กตรอนในเซลล์รอบนอกสุดมีบทบาทสำคัญมากทั้งในด้านคุณสมบัติทางฟิสิกส์และเคมี โดยเฉพาะในด้านไฟฟ้า อิเล็กตรอนในเซลล์นี้เรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน ถ้าอิเล็กตรอนในเซลล์นี้ได้รับพลังงานเพิ่มมันจะกระโดดหายไปจากอะตอมของธาตุ ทำให้อะตอมมีลักษณะพร่องอิเล็กตรอนจึงมี ีสภาพทางไฟฟ้าเป็นบวก ในทางตรงกันข้ามถ้ามันสูญเสียพลังงาน มันจะ ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มทำให้มีสภาพ ้ทางไฟฟ้าเป็นลบ ดังนั้นอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เคลื่อนที่ได้ จึงทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าโดยปกติสารที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน สารใดสูญเสียอิเล็กตรอนจะมี คุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นบวก สารใดที่รับอิเล็กตรอนเพิ่มจะมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นลบ     สรุป     อะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีประจุบวกเท่ากับประจุลบ แสดงว่าในอะตอมมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนซึ่งในอะตอมจะมีโปรตอนจำนวนเท่ากับ "เลขอะตอม"                                                       จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน            โปรตอนกับนิวตรอนเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักมากเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอน ดังนั้นมวลของอะตอมก็คือจำนวนโปรตอนรวมกับจำนวนนิวตรอน นั่นคือ "เลขมวล"                                                        เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน                 เราสามารถเขียนเป็นสัญลักษณ์เพื่อระบุเลขอะตอมและเลขมวลได้ดังนี้ เมื่อ         A แทน เลขมวล                           Z แทน เลขอะตอม                           X แทน สัญลักษณ์ของธาตุ           เช่น                                                                                                 เลขอะตอม = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน                                 11      = จำนวนโปรตอน = จำนวนอิเล็กตรอน                               เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน                                    23   =           11         + จำนวนนิวตรอน                                 จำนวนนิวตรอน = 23 - 11 = 12           นั่นคือ ธาตุโซเดียมมีจำนวนโปรตอน, อิเล็กตรอนและนิวตรอนเท่ากับ 11, 11, 12 ตามลำดับ              การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม                 จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน ระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย                          ภายในระดับพลังงานหลักอันเดียวกันจะประกอบด้วยพลังงานย่อยเรียงล้าดับจากพลังงานต่้าไปสูง คือ จาก s ไป p d และ f เช่น 3p สูงกว่า 3s ซึ่งเมื่อนำมาเรียงลำดับกันแล้ว พบว่ามีเฉพาะ 2 ระดับพลังงานแรกคือ n = 1 และ n = 2 เท่านั้น ที่มีพลังงานเรียงลำดับกัน แต่พอขึ้นระดับพลังงาน n = 3 เริ่มมีการซ้อนเกยกันของระดับพลังงานย่อย ดังรูป                                                   รูป แสดงระดับพลังงานในอะตอม ออร์บิทัล                      จากการศึกษาพบว่ากรณีของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนนั้นระดับพลังงานของ 3d จะใกล้กับ 4s มาก และพบว่า ถ้าบรรจุอิเล็กตรอนใน 4s ก่อน 3d พลังงานรวมของอะตอมจะต่ำ และอะตอมจะเสถียรกว่า ดังนั้นในการจัดเรียงอิเล็กตรอนในออร์บิทัลแบบที่เสถียรที่สุด คือการจัดตามระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดก่อนทั้งในระดับพลังงานหลักและย่อย ซึ่งวิธีการจัดอิเล็กตรอนสามารถพิจารณาตามลูกศรในรูปที่ 1.8 โดยเรียงลำดับได้เป็น 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p รูป แสดงลำดับการบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัล  หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม                       ในการจัดอิเล็กตรอนอาจเขียนเป็นแผนภาพออร์บิทัลซึ่งแสดงสปินของอิเล็กตรอนด้วย ดังตัวอย่าง C มี z = 6 มีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p2 ซึ่งการจัดแสดงสปินของอิเล็กตรอนแสดงในตารางที่ 1.1              ในการบรรจุอิเล็กตรอนหรือการจัดเรียงอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลจะต้องยึดหลักในการบรรจุอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งๆ ลงในออร์บิทัลที่เหมาะสมตามหลักดังต่อไปนี้              1) หลักของเพาลี (Pauli exclusion principle) กล่าวว่า “ไม่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งคู่ใดในอะตอมที่มีเลขควอนตัมทั้งสี่เหมือนกันทุกประการ” นั่นคืออิเล็กตรอนคู่หนึ่งในออร์บิทัลจะมีค่า n, ℓ, mℓ เหมือนกันได้ แต่ต่างกันที่สปิน                 2) หลักของเอาฟ์บาว (Aufbau principle) มีวิธีการดังนี้      2.1) สัญลักษณ์วงกลม O,  หรือ _ แทน ออร์บิทัล            ลูกศร ↑↓ แทน อิเล็กตรอน 1 ตัว ที่สปิน ขึ้น-ลง            ลูกศร↑↓ เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่ (paired electron)            ลูกศร↑  เรียกว่าอิเล็กตรอนเดี่ยว (single electron)      2.2) บรรจุอิเล็กตรอนเข้าไปในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานต่ำจนครบจำนวนก่อน ดังรูปที่ 1.1       3) กฎของฮุนด์ (Hund’s rule) กล่าวว่า “การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน (degenerate orbital) จะบรรจุในลักษณะที่ท้าให้มีอิเล็กตรอนเดี่ยวมากที่สุดเท่าที่จะมากได้” ออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานมากกว่า 1 เช่น ออรฺบิทัล p และ d เป็นต้น                                             รูปโครงแบบอิเล็กตรอน (แบบสัญลักษณ์) ของธาตุ  4) การบรรจุเต็ม (filled configuration) เป็นการบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน แบบเต็ม ครบ 2 ตัว ส่วนการบรรจุครึ่ง (half- filled configuration) เป็นการบรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลแบบครึ่งหรือเพียง 1 ตัว เท่านั้น ซึ่งการบรรจุทั้งสองแบบ (ของเวเลนซ์อิเล็กตรอน) จะทำให้มีความเสถียรมากกว่าตัวอย่างการบรรจุเต็ม เช่น รูป การบรรจุอิเล็กตรอนในออรืบิทัลแบบเต็ม ตัวอย่างการจัดอิเล็กตรอนของธาตุเลขอะตอม 1 ถึง 18 รูป การจัดอิเล็กตรอนของธาตุเลขอะตอม 1 ถึง 18 ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก วิวัฒนาการของตารางธาตุ    การจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ของนักเคมียุคต่าง ๆ ตารางธาตุ หมายถึง ตารางที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นมา เพื่อแบ่งธาตุที่มีสมบัติเหมือนกันออกเป็นหมวดหมู่  เพื่อให้ง่ายแก่การศึกษา  โดยแบ่งธาตุทั้งหมดออกเป็นหมู่และคาบ ธาตุที่อยู่ในแนวดิ่งเดียวกัน เรียกว่า อยู่ใน หมู่ เดียวกัน ธาตุที่อยู่ในแนวนอนเดียวกัน เรียกว่า อยู่ใน คาบ เดียวกัน ในระหว่างปี พ.ศ. 2346  ถึง 2456  มีธาตุต่าง ๆที่พบในธรรมชาติประมาณ  63  ธาตุ  ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามจัดธาตุเหล่านี้ให้เป็นหมวดหมู่หรือเป็นตารางธาตุโดยในช่วงแรก ๆ นั้นแบ่งธาตุออกเป็นหมวดหมู่โดยอาศัยสมบัติของธาตุ   ทั้งนี้ได้จากการสังเกตพบความคล้ายคลึงกันของสมบัติของธาตุเป็นกลุ่ม ๆ  ทำให้นำมาจัดเป็นตารางธาตุได้  เช่นแบ่งกลุ่มโดยอาศัยสมบัติเกี่ยวกับโลหะ-อโลหะ  โดยอาศัยสมบัติของความเป็นกรด-เบสของธาตุ เป็นต้น  ต่อมาเมื่อหามวลอะตอมของธาตุได้  จึงใช้มวลอะตอมมาประกอบในการจัดตารางธาตุ  จนในปัจจุบันจัดตารางธาตุโดยอาศัยการจัดเรียงอิเล็กตรอน 1. ตารางธาตุของเดอเบอไรเนอร์ การจัดตารางธาตุนั้นเริ่มขึ้นตั้งแต่ปี พ.ศ.  2360 (ค.ศ. 1817) โดย โยฮันน์  เดอเบอไรเนอร์ (Johaun  Dobereiner)  นักเคมีชาวเยอรมัน  ได้นำธาตุต่าง ๆ ที่พบในขณะนั้นมาจัดเรียงเป็นตารางธาตุ โดยนำธาตุต่าง ๆ ที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันมาจัดไว้ในหมู่เดียวกัน  หมู่ละ  3  ธาตุ  เรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากในแต่ละหมู่  มวลอะตอมของธาตุที่อยู่กลางจะเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของธาตุที่เหลืออีก  2  อะตอม เรียกว่า กฎชุดสาม (law of  triads หรือ Dobereine’s law  of  triads) ตารางที่ 8 มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุบางกลุ่มตามกฎชุดสาม จะเห็นได้ว่ามวลอะตอมเฉลี่ย มีค่าใกล้เคียงกับมวลอะตอมของธาตุกลาง  อย่างไรก็ตาม  เมื่อนำกฎดังกล่าวไปใช้กับธาตุกลุ่มอื่นที่มีสมบัติคล้ายคลึงกัน  ปรากฏว่าไม่มีผลเท่าที่ควร  มวลอะตอมของธาตุกลางไม่เท่ากับค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของธาตุที่เหลือ  กฎชุดสามของเดอเบอไรเนอร์จึงไม่เป็นที่ยอมรับกันในเวลาต่อมา 2. ตารางธาตุของนิวแลนด์ ในปี พ.ศ. 2407 (ค.ศ. 1864) จอห์น  นิวแลนด์  (John  Newlands)  นักเคมีชาวอังกฤษได้พบว่าเมื่อนำธาตุต่าง ๆ มาเรียงลำดับตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามาก ให้เป็นแถวตามแนวนอน สมบัติของธาตุจะมีลักษณะคล้ายกันเป็นช่วง ๆ ซึ่งลักษณะดังกล่าวเกิดขึ้นทุก ๆ ของธาตุที่  8 เช่น  ถ้าเริ่มต้นจากธาตุ  Li  แล้วเรียงลำดับมวลอะตอมไปถึงธาตุที่  8 จะตรงกับ  Na  ซึ่ง  Li  และ Na  มีสมบัติต่าง ๆ คล้ายคลึงกัน ตารางที่ 9 ตัวอย่างการจัดตารางธาตุของนิวแลนด์ส์ เรียกกฎการจัดตารางธาตุของนิวแลนด์ส์ว่า law of octaves หรือ Newlands’  law of octaves  อย่างไรก็ตาม กฎนี้ไม่เป็นที่ยอมรับกัน  เนื่องจากไม่สามารถอธิบายว่าเหตุใดมวลอะตอมจึงมาเกี่ยวข้องกับความคล้ายคลึงดังกล่าว  นอกจากกฎนี้แล้วก็ยังใช้ได้กับ  ธาตุที่มีมวลอะตอมต่ำ ๆ ไม่เกิน  20  ธาตุแรกเท่านั้น  หลังจากนั้นจะใช้กฎนี้ไม่ได้ 3. ตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ ในระหว่างปี พ.ศ. 2412 - 2413 (ค.ศ. 1269 - 1270)  ยูลิอุส  ไมเออร์ (Julius  Meyer)  นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน และดิมิทรี  เมนเดเลเอฟ (Dimitri  Mendelejev)  นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้พบในเวลาใกล้เคียงกันว่าสมบัติต่าง ๆ ของธาตุมีส่วนสัมพันธ์กับมวลอะตอมของธาตุกล่าวคือ  “ถ้าเรียงลำดับธาตุตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามาก  จะพบว่าธาตุ ๆ  ต่าง จะมีสมบัติคล้ายคลึงกันเป็นช่วง ๆ ”   ซึ่งเมเดเลเอฟได้ตั้งเป็นกฎเรียกว่า  “กฎพิริออดิก”  หรือกฎตารางธาตุ  (Periodic  law)  และพิมพ์เผยแพร่ในปี พ.ศ. 2412  ก่อนที่ไมเออร์จะพิมพ์เผยแพร่ครั้งหนึ่ง  ดังนั้นเพื่อเป็นเกียรติแก่เมนเดเลเอฟ  จึงเรียกตารางนี้ว่า “ตารางพีริออดิกของเมนเดเลเอฟ”  หรือตารางธาตุของเมนเดเลเอฟ (Mendelejev’ s  periodic  table) เกณฑ์ที่สำคัญที่เมนเดเลเอฟใช้ คือ จัดธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันที่ปรากฏซ้ำกันเป็นช่วง ๆ ให้อยู่ในหมู่หรือในแนวตั้งเดียวกัน  และพยายามเรียงลำดับมวลอะตอมจากน้อยไปหามาก  ในกรณีที่เรียงตามมวลอะตอมแล้วสมบัติของธาตุไม่สอดคล้องกัน  ก็พยายามจัดให้เข้าหมู่โดยปล่อยให้ช่องว่างเว้นไว้ในตารางซึ่งเมนเดเลเอฟคิดว่า  ช่องว่างเหล่านั้นน่าจะเป็นตำแหน่งของธาตุซึ่งยังไม่มีการค้นพบในขณะนั้น  ในการจัดตารางธาตุนอกจากจะใช้มวลอะตอมแล้ว ยังใช้สมบัติทางเคมีและทางกายภาพของสารประกอบอื่น ๆ นอกเหนือจากสารประกอบคลอไรด์ และออกไซด์มาประกอบการพิจารณาด้วย ตารางที่ 10 ตารางพิริออดิกของเมนเดเลเอฟ ช่องว่างที่เว้นไว้คือตำแหน่งของธาตุที่ยังไม่พบในสมัยนั้น  เนื่องจากตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุสัมพันธ์กับสมบัติของธาตุ  ทำให้เมนเดเลเอฟสามารถทำนายสมบัติของธาตุไว้ล่วงหน้าได้ด้วย โดยการศึกษาสมบัติเกี่ยวกับจุดหลอมเหลว  จุดเดือด  ความถ่วงจำเพาะ  และความร้อนจำเพาะ รวมทั้งสมบัติเกี่ยวกับสารประกอบคลอไรด์ และออกไซด์ ตัวอย่างเช่น  ธาตุที่อยู่ในช่องว่างใต้  Si  เมนเดเลเอฟเรียกชื่อว่าธาตุเอคาซิลิคอน อีก  15 ปีต่อมาคือในปี  พ.ศ. 2429 (ค.ศ. 1886)  เคลเมนส์ วิงค์เลอร์ (Clemens   Winkler)  นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันจึงได้พบธาตุนี้และเรียกชื่อว่า ธาตุเจอร์เมเนียม (Ge)  นั่นเอง ตารางที่ 11 เปรียบเทียบสมบัติของธาตุเอคาซิลิคอนกับเจอร์เมเนียมที่ทำนายและที่ค้นพบ นอกจากธาตุเอคาซิลิคอนแล้ว ยังมีธาตุอื่นที่เมนเดเลเอฟ ได้เรียกชื่อไว้ล่วงหน้า  เช่น ธาตุที่อยู่ใต้  B  เรียกว่า  เอคาโบรอน ธาตุที่อยู่ใต้  Al  เรียกว่า  เอคาอะลูมิเนียม ซึ่งปัจจุบันก็คือธาตุ  Se   และ  Ga  ตามลำดับ การจัดตารางธาตุของเมนเดเลเอฟนั้น   ถ้ายึดหลักการเรียงตามมวลอะตอมจากน้อยไปหามากอย่างเคร่งครัด  จะทำให้ธาตุบางธาตุซึ่งมีสมบัติแตกต่างกันอยู่ในหมู่เดียวกัน  ทำให้ต้องยกเว้นไม่เรียงตามมวลอะตอมบ้างแต่เมนเดเลเอฟก็ไม่สามารถให้เหตุผลได้ว่าเป็นเพราะเหตุใดจึงต้องเรียงลำดับธาตุเช่นนั้น  เนื่องจากในขณะนั้นยังไม่มีความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมไม่มากพอ  นักวิทยาศาสตร์ต่อ ๆ มาจึงสร้างแนวคิดใหม่ว่า ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุไม่ควรขึ้นอยู่กับมวลอะตอม  แต่ควรจะขึ้นอยู่กับสมบัติอื่น ๆ ที่สัมพันธ์กับมวลอะตอม 4. ตารางธาตุของเฮนรี โมสลีย์ เฮนรี  โมสลีย์  (Henry  Moseley)  นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ  ได้แก้ไขตารางธาตุของเมนเดเลเอฟให้ถูกต้องขึ้น  โดยการพบว่าเลขอะตอม หรือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุ  มีความสัมพันธ์กับสมบัติของธาตุมากกว่ามวลอะตอม  ทำให้สอดคล้องกับกฎพีริออดิกมากกว่า  สามารถสร้างตารางธาตุได้โดยไม่ต้องสลับที่ธาตุบางธาตุเหมือนกรณีการจัดเรียงตามมวลอะตอม ประมาณปี พ.ศ. 2456 (ค.ศ. 1913)  โมสลีย์จึงเสนอตารางธาตุใหม่โดยเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปหามาก  และจัดธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันให้อยู่ในหมู่เดียวกัน  และกำหนดกฎตารางธาตุขึ้นใหม่เป็น “สมบัติต่าง ๆ ของธาตุในตารางธาตุขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของธาตุ” ตารางธาตุในปัจจุบัน เนื่องจากปัจจุบันนักเคมีพบว่า การจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุมีส่วนสัมพันธ์กับสมบัติต่าง ๆ ของธาตุ กล่าวคือ ถ้าเรียงลำดับธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปหามาก จะพบว่าธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันเป็นช่วง ๆ ตามลักษณะของการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุนั้น  ดังนั้นในปัจจุบันจึงจัดตารางธาตุโดยเรียงตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก  ดังในรูปที่ 1.23 รูปที่ 1.23  ตารางธาตุในปัจจุบัน (ที่มา:  www.specialedprep.net/.../compounds1.htm) ตารางธาตุในรูปที่ 1.23 เป็นแบบที่ใช้กันอยู่มากในปัจจุบัน  แบ่งธาตุในแนวตั้งออกเป็น  18  แถวหรือ  18  หมู่  โดยธาตุทั้งหมด  18  แถว  แบ่งเป็น  2  กลุ่มใหญ่ ๆ  คือกลุ่ม  A  และ  B  กลุ่ม  A  มี  8  หมู่ คือหมู่  IA   ถึง  VIIIA  ส่วนกลุ่ม  B  ซึ่งอยู่ระหว่างหมู่  IIA   และ  IIIA  มี  8  หมู่เช่นเดียวกัน คือ หมู่  IB  ถึง   VIIIB   (แต่มี  10  แนวตั้ง)  เรียกธาตุกลุ่ม  B  ว่า  ธาตุทรานซิชัน(Transition Elements) ธาตุในแต่ละหมู่  ของกลุ่ม  A  ถ้ามีสมบัติคล้ายกันจะมีชื่อเรียกเฉพาะหมู่ เช่น *      ธาตุหมู่  IA  เรียกว่า  โลหะอัลคาไล (alkali  metal)  ได้แก่  Li  ,  Na  ,  K , Rb , Cs , Fr *      ธาตุหมู่ IIA เรียกว่า โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท(alkaline  earth)ได้แก่ Be  Mg  Ca  Sr  Ba  Ra *      ธาตุหมู่ VIIA เรียกว่า ธาตุเฮโลเจน (halogen)  ได้แก่   F  Cl  Br  I  At *      ธาตุหมู่ที่ VIIIA  เรียกว่า ก๊าซเฉื่อย (Inert  gas)  ได้แก่   He  Ne  Ar  Kr  Xe  Rn สำหรับการแบ่งธาตุเป็นคาบ  ธาตุทั้งหมดในตารางธาตุแบ่งเป็น  7  คาบ  ซึ่งในแต่ละคาบอาจจะมีจำนวนธาตุไม่เท่ากัน  เช่น สำหรับคาบต่าง ๆ ในตารางธาตุแบ่งเป็น  7  คาบดังนี้ *      คาบที่ 1  มี  2  ธาตุ คือ H ,  He *      คาบที่ 2  มี  8  ธาตุ  คือ  ตั้งแต่    Li   ถึง   Ne *      คาบที่ 3  มี  8  ธาตุ  คือ  ตั้งแต่    Na   ถึง   Ar *      คาบที่ 4  มี  18  ธาตุ  คือ  ตั้งแต่    K   ถึง   Kr *      คาบที่ 5  มี  18  ธาตุ  คือ  ตั้งแต่    Rb   ถึง   Xe *      คาบที่ 6  มี  32  ธาตุ  คือ  ตั้งแต่    Cs   ถึง   Rn *      คาบที่ 7  มี  19  ธาตุ  คือ  ตั้งแต่    Fr   ถึง   Ha รวมทั้งหมด  105  ธาตุ  เป็นก๊าซ  11  ธาตุ  คือ  H  ,  N  ,  O  , F ,  Cl ,  He ,  Ne ,  Ar , Kr  ,  Xe   และ  Rn  เป็นของเหลว   5  ธาตุ  คือ   Cs  ,  Fr , Hg  ,  Ga  และ  Br  ที่เหลือเป็นของแข็ง สำหรับ  2  แถวล่างเลขอะตอม    57 - 70  และ  89 - 102  เป็นธาตุกลุ่มย่อยที่แยกมาจากหมู่  IIIB  ในคาบที่  6  และ  7  เรียกธาตุในกลุ่มย่อยนี้รวม ๆ ว่า กลุ่มธาตุเลนทาไนด์ และ กลุ่มธาตุแอกทิไนด์ นอกจากนี้เมื่อพิจารณาธาตุหมู่  IIIA  ไปทางขวามือ  จะพบเส้นหนักหรือเส้นทึบเป็นแบบขั้นบันได  เส้นหนักนี้จะเป็นเส้นแบ่งกลุ่มธาตุโลหะและอโลหะ  กล่าวคือ ธาตุทางขวาของเส้นขั้นบันไดจะเป็นอโลหะ  ธาตุทางซ้ายมือของเส้นขั้นบันไดจะเป็นโลหะ  ธาตุที่อยู่ชิดกับเส้นขั้นบันได เป็นธาตุกึ่งโลหะ ซึ่งมีทั้งสมบัติของโลหะและอโลหะ  เช่น  ธาตุ  B , Si ,Ge ,As , Sb , Te การตั้งชื่อธาตุที่ค้นพบใหม่ จากตารางธาตุในรูปที่  1.23  จะพบว่ามีธาตุอยู่  118  ธาตุ  ซึ่งยังมีการค้นพบธาตุใหม่ ๆ  เพิ่มขึ้นอีกหลายธาตุ  แต่ยังไม่ได้กำหนดสัญลักษณ์ที่แน่นอนไว้ในตารางธาตุ  ธาตุบางธาตุถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์หลายคณะ  ทำให้มีชื่อเรียกและสัญลักษณ์ต่างกัน เช่น  ธาตุที่  104  ค้นพบโดยคณะนักวิทยาศาสตร์  2  คณะ  คือ คณะของนักวิทยาศาสตร์สหรัฐอเมริกา ซึ่งเรียกชื่อว่า  รัทเทอร์ฟอร์เดียม (Ratherfordium)  และใช้สัญลักษณ์  Rf  ในขณะที่คณะนักวิทยาศาสตร์สหภาพโซเวียตเรียกชื่อว่าเคอร์ซาโตเวียม(Kurchatovium) ใช้สัญลักษณ์  Ku ธาตุที่  105 ค้นพบโดยคณะนักวิทยาศาสตร์   2  คณะเช่นเดียวกัน คือคณะนักวิทยาศาสตร์สหรัฐอเมริกาเรียกชื่อว่า  ฮาห์เนียม (Hahnium)  และใช้สัญลักษณ์  Ha  ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์สหภาพโซเวียตใช้ชื่อว่า  นิลส์บอห์เรียม (Neilbohrium)  และใช้สัญลักษณ์เป็น  Ns การที่คณะนักวิทยาศาสตร์ต่างคณะตั้งชื่อแตกต่างกัน ทำให้เกิดความสับสน  International  Union  of  Pure  and  Applied  Chemistry  (IUPAC)  จึงได้กำหนดระบบการตั้งชื่อขึ้นใหม่  โดยใช้กับชื่อธาตุที่มีเลขอะตอมเกิน  100  ขึ้นไป  ทั้งนี้ให้ตั้งชื่อธาตุโดยระบุเลขอะตอมเป็นภาษาละติน  แล้วลงท้ายด้วย   ium  ระบบการนับเลขในภาษาละตินเป็นดังนี้ 0   =   nil  (นิล)           1   =   un     (อุน) 2   =   bi   (ไบ)           3   =   tri     (ไตร) 4   =   quad  (ควอด)       5   =  pent   (เพนท์) 6   =   hex  (เฮกซ์)         7   =   sept  (เซปท์) 8   =   oct (ออกตฺ)         9   =  enn  (เอนน์) เช่น  - ธาตุที่  104  ตามระบบ  IUPAC   อ่านว่า  อุนนิลควอเดียม (Unnilquadium)  สัญลักษณ์  Unq - ธาตุที่  105  ตามระบบ  IUPAC   อ่านว่า  อุนนิลเพนเทียม (Unnilpentium)   สัญลักษณ์  Unp การจัดตารางธาตุเป็นหมู่เป็นคาบ ทำให้ศึกษาสมบัติต่าง ๆ ของธาตุได้ง่ายขึ้น สามารถทำนายสมบัติบางประการของธาตุบางธาตุได้  กล่าวคือธาตุที่อยู่ในหมู่เดียวกันจะมีสมบัติต่าง ๆ  คล้าย ๆ กัน และธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกัน  จะมีแนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงสมบัติต่าง ๆ  ต่อเนื่องกันไป  สมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบ 1. ขนาดอะตอม การบอกขนาดอะตอมจะบอกโดยใช้รัศมีอะตอม ซึ่งมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่มีแรงยึดเหนี่ยวอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน รัศมีอะตอมมีหลายแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม – รัศมีโคเวเลนต์ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของความยาวพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมชนิดเดียวกัน                                                         ตัวอย่างรัศมีโคเวเลนต์ – รัศมีแวนเดอร์วาลล์ คือระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุด                                                                 ตัวอย่างรัศมีแวนเดอร์วาลล์ – รัศมีโลหะ คือ ระยะทางครึ่งหนึ่งของระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมโลหะที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด  ตัวอย่างรัศมีโลหะ แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ                                                          แนวโน้มขนาดอะตอมในตารางธาตุ 2. รัศมีไอออน    ไอออน  คือ อะตอมของธาตุ  หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่มีประจุ  คือ ไอออนทุกชนิดจะต้องมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับอิเล็กตรอนถ้าจำนวนโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนบวก  และถ้ามีจำนวนโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอนเป็นไอออนลบ        การบอกขนาดไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดอะตอม ซึ่งพิจารณาจากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งๆ ที่มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก แนวโน้มของขนาดไอออนในตารางธาตุ                                                                    แนวโน้มขนาดไอออน 3. พลังงานไออนไนเซชัน (Ionization Energy; IE) คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุที่เป็นแก๊สครั้งละ 1 อิเล็กตรอนทำให้กลายเป็นไอออนบวกที่เป็นแก๊ส สามารถเขียนสมการได้ดังนี้ X(g)  +  IE  —->  X+  (g)  +  e– ตัวอย่าง ค่า IE1 ถึง IE3 ของ Li Li(g)  Li+(g) + e–               IE1 = 520 kJ/mol Li+(g)  Li2+(g) + e–            IE2 = 7,394 kJ/mol Li2+(g)  Li3+(g) + e–           IE3 = 11,815 kJ/mol ตัวอย่างกราฟไอออนไนเซชัน  แนวโน้มค่า IE  แนวโน้มค่า IE ในตารางธาต 4. อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Electronegativity; EN) คือ  ค่าที่แสดงความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองของอะตอมของธาตุ  ในพันธะเคมีหนึ่ง  อะตอมที่มีค่า EN สูงจะดึงดูดอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมที่มี  EN ต่ำ แนวโน้มค่า EN ในตารางธาตุ ลักษณะทั่วไป โลหะทั่วไปมีค่า EN ต่ำกว่า จึงเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าเกิดไอออนบวก อโลหะทั่วไปมีค่า EN สูง จึงชิงอิเล็กตรอนได้ดีเกิดไอออนลบ ธาตุเฉื่อยไม่มีค่า EN ค่า EN ขึ้นอยู่กับ ก. ขนาดอะตอม หรือจำนวนระดับพลังงาน ข. ถ้าอะตอมที่มีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน ค่า EN ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นเกณฑ์ 5. สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity; EA)  สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงานที่อะตอมในสถานะแก๊สคายออกมาเมื่อได้รับอิเล็กตรอน  แนวโน้มค่า EA 6. จุดเดือดและจุดหลอมเหลว แนวโน้มจุดเดือดและจุดหลอมเหลว ตามหมู่ หมู่ IA IIA และ IIIA ลดลงจากบนลงล่าง (ลดตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น) หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA เพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง (เพิ่มตามเลขอะตอม) หมู่ IVA มีแนวโน้มที่ไม่แน่นอน ตามคาบ หมู่ IA IIA IIIA และ IVA แนวโน้มสูงขึ้น หมู่ IVA มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงที่สุด เพราะบางธาตุมีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย หมู่ VA VIA VIIA และ VIIIA จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีค่าต่ำมาก 7. เลขออกซิเดชัน (Oxidation Number) เลขออกซิเดชัน คือ เลขที่แสดงถึงค่าประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ ธาตุแต่ละชนิดมีเลขออกซิเดชันเป็นเท่าไหร่ให้เป็นไปตามเกณฑ์ดังนี้  ธาตุแทรนซิชัน              ธาตุแทรนซิชัน  คือ  กลุ่มธาตุที่อยู่ระหว่างหมู่  IIA  กับ  IIIA ซึ่งก็คือธาตุหมู่  B ทั้งหมด  ประกอบด้วยหมู่ IB – VIIIB  รวมทั้ง อินเนอร์แทรนซิชัน  ได้แก่  กลุ่มแลนทาไนด์  และกลุ่มแอกทิไนด์ ธาตุแทรนซิชัน  เป็นธาตุที่ใช้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย ในการเกิดพันธะ   ยกเว้นธาตุหมู่  2B  ที่ใช้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย  s  ในการเกิดพันธะ สมบัติของโลหะทรานซิชัน โลหะทรานซิชันทุกธาตุจะเป็นโลหะ แต่มีความเป็นโลหะน้อยกว่าธาตุหมู่ IA และ IIA มีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ยกเว้นปรอทที่เป็นของเหลว มีจุดหลอมเหลว จุดเดือด และความหนาแน่นสูง นำไฟฟ้าได้ดี ซึ่งในโลหะทรานซิชัน ธาตุที่นำไฟฟ้าได้ดีที่สุดคือ เงิน (คาบ 5) และรองลงมาคือ ทอง (คาบ 6) นำความร้อนได้ดี ธาตุทรานซิชันทั้งหมดมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 ยกเว้นธาตุโครเมียม และทองแดง ที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็น 1 สารประกอบของธาตุเหล่านี้จะมีสีสัน มีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 และอิเล็กโทรเนกาติวิตีมาก ขนาดอะตอม จะมีขนาดไม่แตกต่างกันมากโดยที่ ในคาบเดียวกันจะเล็กจากซ้ายไปขวา ในหมู่เดียวกันจะใหญ่จากบนลงล่าง ธาตุเหล่านี้มีหลายออกซิเดชั่นสเตตส์ (oxidation states) ธาตุเหล่านี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalysts) ที่ดี ธาตุเหล่านี้มีสีฟ้า-เงินที่อุณหภูมิห้อง (ยกเว้นทองคำและทองแดง) สารประกอบของธาตุเหล่านี้สามารถจำแนกโดยการวิเคราะห์ผลึก ธาตุกัมมันตรังสี        ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึงธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82กัมมันตภาพรังสี หมายถึงปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น (ธาตุยูเรเนียม) (ธาตุทอเลียม) (อนุภาคแอลฟา) จะเห็นได้ว่า การแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้ หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิม และธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกัน เรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) เกิดจากการเสื่อมสลายโดยตัวเองของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร เป็นผลให้ได้อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบต้า และรังสีแกมมาซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นสั้นมากและมีพลังงาน สูง ทั้งหมดนี้พุ่งออกมาด้วยความเร็วสูงมาก ในบางกรณีอาจมีพลังงานความร้อนและพลังงานแสงเกิดตามมาด้วย เช่น การเสื่อมสลายของนิวเคลียสของธาตุเรเดียมไปเป็นธาตุเรดอน การเกิดกัมมันตรังสี                                 ในปี พ.ศ. 2439 อองตวน อองรี แบ็กเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้พบว่าแผ่นฟิล์มถ่ายรูปที่มีกระดาษดำห่อหุ้มอยู่ และเก็บรวมกันไว้กับสารประกอบของยูเรเนียม มีลักษณะเหมือนถูกแสง จึงทำการทดสอบกับสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่นๆ พบว่าให้ผลการทดลองเช่นเดียวกัน แบ็คเกอเรลจึงสรุปเป็นเบื้องต้นว่า มีการแผ่รังสีออกมาจากธาตุยูเรีเนียม ต่อมาปีแอร์ กูรี (Pierre Curie) และมารี กูรี (marie Curie) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ก็ได้พบว่าธาตุอื่น ๆ เช่น พอลโลเนียม (Po) เรเดียม (Ra) และทอเรียม (Th) ก็สามารถแผ่รังสีได้เช่นเดียวกัน ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องเช่นนี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียรและเรียกธาตุที่มีสมบัติเช่นนี้ว่า ธาตุกัมมันตรังสี ธาตุต่างๆ ที่พบในธรรมชาติส่วนใหญ่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83 ล้วนแต่แผ่รังสีได้ทั้งสิ้น นอกจาก ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถสังเคราะห์ ธาตุกัมมันตรังสีขึ้นมาได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ได้มากมาย และเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ศึกษาเพิ่มเติม และได้แสดงให้เห็นว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากสารกัมมันตรังสีอาจเป็น รังสีแอลฟา ( - ray ) รังสีเบตา (  - ray) หรือ รังสีแกรมมา ( - ray) ซึ่งมีสมบัติต่าง ๆ กัน สมบัติของรังสีบางชนิด การสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสี                                                         การที่ธาตุกัมมันตรังสีแผ่รังสีได้นั้นเป็นเพราะนิวเคลียสของธาตุไม่เสถียร เนื่องจากมีพลังงานส่วนเกินอยู่ภายใน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องถ่ายเทพพลังงานส่วนเกินนี้ออกไป เพื่อให้นิวเคลียสเสถียรในที่สุด พลังงานส่วนเกินที่ปล่อยออกมาอยู่ในรูปของอนุภาคหรือรังสีต่าง ๆ เช่น อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา รังสีแกมมาและไอโชโทปที่เสถียร จากการศึกษาไอโชโทปของธาตุจำนวนมาก พบว่าไอโชโทปที่นิวเคลียสมีอัตราส่วนระหว่าจำนวน    นิวตรอนต่อโปรตอนไม่เหมาะสม คือนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวตรอนมาก หรือ น้อยกว่าจำนวนโปรตอนมักจะไม่เสถียรจะมีการแผ่รังสีออกมาจนได้ไอโชโทปของธาตุใหม่ที่เสถียรกว่า นอกจากนั้นยังพบว่าจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่เป็นจำนวนคู่ หรือคี่ในนิวเคลียสนั้น มีความสัมพันธ์กับความเสถียรภาพของนิวเคลียสด้วย กล่าวคือ ไอโชโทปของธาตุที่มีจำนวนโปรตอน และนิวตรอนเป็นเลขคู่ จะเสถียรกว่าไอโชโทปของธาตุที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตอนเป็นเลขคี่                     ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติ                           ธาตุต่างๆที่พบในธรรมชาตินั้น ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 83 ขึ้นไป ส่วนใหญ่สามารถแบ่งรังสีได้เช่น92238U 92235U 90232Th 86222Rn หรืออาจจะเขียนเป็น U-238, U-235, Th-232, Rn-222 นอกจากธาตุกัมมันตรังสีจะพบในธรรมชาติแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังสังเคราะห์ธาตุกัมมันตรังสีขึ้น เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆอีกด้วย ซึ่งมีหลายวิธี แต่มีวิธีหนึ่งคือยิงนิวเคลียสของไอโซโทปที่เสถียรด้วยอนุภาคที่เหมาะสม และมีความเร็วสูง ได้ไอโซโทปของธาตุใหม่ที่เสถียร เช่น รัทเทอร์ฟอร์ด ได้ยิงนิวเคลียส N-14 ด้วยอนุภาคแอลฟา เกิด O-17 เขียนแผนภาพแทน คือ 14N( ) 17O ไอโซโทป817O ที่เสถียร พบในธรรมชาติ0.037%                     การแผ่รังสีแอลฟา                        เมื่อไอโซโทปกัมมันตรังสีให้อนุภาคแอลฟา นิวเคลียสของไอโซโทปเสีย 2 โปรตอน และ 2นิวตรอน ดังนั้น ไอโซโทปกัมมันตรังสีจะเปลี่ยนไปเป็นธาตุอื่นที่มีเลขเชิงอะตอมต่ำกว่าเดิม 2 อะตอมและมีมวลต่ำกว่าเดิม 4 amu ตัวอย่างเช่น เมื่อ 92238U ให้อนุภาคแอลฟา ผลที่เกิดขึ้นจะให้ 90234Th สมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้ 92238U             24He+90234Th จากสมการจะเห็นว่า ผลรวมของเลขเชิงอะตอมของด้านหนึ่งของสมการจะเท่ากันกับผลรวมของเลขเชิงอะตอมของอีกด้านหนึ่งของสมการ หรือ 92=2+90 ส่วนผลรวมของเลขมวลจะเท่ากันทั้ง 2 ด้านของสมการเช่นเดียวกันหรือ 238=4+234                        การแผ่รังสีบีตา                             การให้รังสีบีตาจะเกิดนิวเคลียสที่มีสัดส่วนของจำนวนนิวตรอนมากกว่าโปรตอน ตัวอย่างเช่น การแผ่รังสีบีตาของC-14 ไปเป็น N-14 C-14 ให้อนุภาคบีตา อนุภาคบีตาหรืออิเล็กตรอนเชื่อกันว่ามาจากนิวเคลียส เมื่อนิวตรอนสลายตัวไปเป็นโปรตอน 11H และอิเล็กตรอนดังนี้ 01n----------> 11H+-10e เมื่ออิเล็กตรอนเกิดขึ้น อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกจากนิวเคลียสด้วยความเร็วสูงแต่โปรตอนยังคงอยู่ผลที่เกิดขึ้นทำให้นิวเคลียสมีจำนวนนิวตรอนลดลงไป 1 นิวตรอน และมีโปรตอนเพิ่มขึ้นอีก 1 โปรตอน ในกรณี C-14 ให้อนุภาคบีตา สมการ นิวเคลียร์จะเป็นดังนี้ 614C------- >714 N+-10e จากสมการจะเห็นว่าเลขเชิงอะตอมเพิ่มขึ้น 1 หน่วย และเลขมวลมีค่าคงที่                      การแผ่รังสีแกมมา                            การให้อนุภาคแอลฟาหรืออนุภาคอย่างใดอย่างหนึ่ง มักจะติดตามด้วยการแผ่รังสีแกมมา รังสีแกมมาถูกปล่อยออกมาเมื่อนิวเคลียสเปลี่ยนจากสถานะเร้าหรือสถานะพลังงานสูง ไปยังสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าเนื่องจากรังสีแกมมาไม่มีทั้งประจุและมวล การแผ่รังสีแกมมาจึงไม่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเลขมวลหรือเลขเชิงอะตอมของนิวเคลียสอย่างใดอย่างหนึ่ง รังสีแกมมานำไปใช่รักษาโรค เป็นรังสีแกมมาที่มาจากเทคนิเทียม 4399Tc------> 4399Tc+y เมื่อ Ra-226เปลี่ยนไปเป็น Rn-222 โดยการแผ่รังสีแอลฟานั้น Rn-222 ไม่เสถียรภาพจึงแผ่รังสีแกมมาออกมา              อันตรายจากไอโซโทปกัมมันตรังสี                              โดยปกติแล้วสิ่งมีชีวิตในโลกได้รับกัมมันตภาพรังสีโดยตามธรรมชาติ แต่ก็เป็นปริมาณน้อยไม่ถึงกับเป็นอันตราย การบำบัดโรคด้วยสารกัมมันตภาพรังสีหรือการตั้งถิ่นฐานอยู่ใกล้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะทำให้ร่างกายได้รับกัมมันตภาพรังสีในปริมาณสูง แต่ก็ยังไม่เป็นอันตรายเฉียบพลัน เหมือนกับอยู่ในเหตุการณ์การระเบิดของระเบิดปรมาณูหรือการระเบิดในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อาการที่ปรากฏหลังร่างกายได้รับกัมมันตภาพรังสี จะมีอาการคลื่นไส้ อาเจียน ปวดศีรษะ แต่ส่วนใหญ่แล้วอาการเหล่านี้จะไม่ปรากฏในทันที ดังนั้น ประชาชนและผู้เกี่ยวข้องกับกัมมันตรังสีจึงไม่ใส่ใจต่อการป้องกันอันตราย     สัญลักษณ์เตือนภัยจากรังสี                 ในหนังสือศัพทานุกรมนิวเคลียร์ ที่จัดพิมพ์เผยแพร่โดยสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติเมื่อปี พ.ศ. 2548 ได้ให้คำอธิบายศัพท์ “สัญลักษณ์เตือนภัยจากรังสี (radiation warning sign)” ไว้ ว่า “สัญลักษณ์สากลที่กำหนดขึ้น เพื่อเตือนให้ทราบว่ามีรังสี หรือให้ระวังรังสี ประกอบด้วยใบพัด 3 แฉก สีม่วงหรือสีดำ อยู่บนพื้นสีเหลือง สัญลักษณ์นี้ใช้ติดที่ภาชนะบรรจุวัสดุกัมมันตรังสีหรือบริเวณรังสี”                                                     ภาพสัญลักษณ์เตือนภัยจากรังสี         ล่าสุดในปี ค.ศ. 2007 มีการออกสัญลักษณ์ใหม่สำหรับเตือนอันตรายจากรังสี สัญลักษณ์ที่ออกเพิ่มขึ้นนี้ มีวัตถุประสงค์ที่จะช่วยลดการบาดเจ็บหรือเสียชีวิตโดยไม่จำเป็น  ภาพสัญลักษณ์เตือนภัยจากรังสีแบบใหม่                           ครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสี                                            ครึ่งชีวิตของธาตุ (half life) หมายถึง ระยะเวลาที่สารสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมใช้สัญลักษณ์เป็น t1/2 นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร จะสลายตัวและแผ่รังสีได้เองตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหรือความดัน อัตราการสลายตัว เป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนอนุภาคในธาตุกัมมันตรังสีนั้น ปริมาณการสลายตัวจะบอกเป็นครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป ตัวอย่างเช่น C-14 มีครึ่งชีวิต 5730 ปี หมายความว่า ถ้ามี C-14 1 กรัม เมื่อเวลาผ่านไป 5730 ปี จะเหลือ C-14 อยู่ 0.5 กรัม และเมื่อเวลาผ่านไปอีก 5730 ปี จะเหลืออยู่ 0.25 กรัม เป็นดังนี้ไปเรื่อยๆ กล่าวได้ว่าทุกๆ 5730 ปี จะเหลือ C-14เพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม                ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป และสามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดได้ ตัวย่างครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิด ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสีชนิดต่างๆมีค่าไม่เท่ากัน เช่น เทคนีเทียม -99 มีครึ่งชีวิต 6 ชั่วโมงเท่านั้น ส่วนยูเรเนียม -235 มีครึ่งชีวิต 4.5 ล้านปี                ครึ่งชีวิต (half life) ของสารกัมมันตรังสี สามารถนำไปใช้หาอายุอายุสัมบูรณ์ (Absolute Age) เป็นอายุของหินหรือซากดึกดำบรรพ์ ที่สามารถบอกจำนวนปีที่ค่อนข้างแน่นอน การหาอายุสัมบูรณ์ใช้วิธีคำนวณจากครึ่งชีวิต ของธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในหิน หรือซากดึกดำบรรพ์ที่ต้องการศึกษา ธาตุกัมมันตรังสีที่นิยมนำมาหาอายุสัมบูรณ์ได้แก่ ธาตุคาร์บอน – 14 ธาตุโพแทศเซียม – 40 ธตาเรเดียม – 226 และธาตุยูเรเนียม – 238 เป็นต้น การหาอายุสัมบูรณ์มักใช้กับหินที่มีอายุมากเป็นแสนล้านปี เช่น หินแกรนิตบริเวณฝั่งตะวันตกของเกาะภูเก็ต ซึ่งเคยเป็นหินต้นกำเนิดแร่ดีบุกมีอายุสัมบูรณ์ประมาณ 100 ล้านปี ส่วนตะกอนและซากดึกดำบรรพ์ที่มีอายุน้อยกว่า 50,000 ปี มักจะใช้วิธีกัมมันตภาพรังสีคาร์บอน – 14 เช่น ซากหอยนางรมที่วัดเจดีย์หอย อำเภอลาดหลุมแก้ว จังหวัดปทุมธานี มีอายุประมาณ 5,500 ปีของวัตถุโบราณ                     นอกจากนั้นยังใช้คำนวณอายุของโลก พบว่าว่าประมาณครึ่งหนึ่งของยูเรเนียมที่มีมาแต่แรกเริ่มได้สลายตัวเป็นตะกั่วไปแล้ว ดังนั้นอายุของโลกคือประมาณครึ่งชีวิตของยูเรเนียม หรือราว 4,500 ล้านปี    ตัวอย่างครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสี   ปฏิกิริยานิวเคลียร์                                                     ปฏิกิริยานิวเคลียร์  คือ  ปฏิกิริยาที่เกิดความเปลี่ยนแปลงกับนิวเคลียสของอะตอม ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่ม หรือลดโปรตอน หรือนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอม เช่น ปฏิกิริยานี้ จะเห็นได้ว่าโซเดียม ได้มีการรับนิวตรอนเข้าไป เมื่อนิวเคลียสเกิดความไม่เสถียร จึงเกิดการคายพลังงานออกมา และพลังงานที่คายออกมานั้น เมื่ออยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว มันก็คือรังสีแกมมานั่นเอง โดยทั่วไปรังสีแกมมาที่แผ่ออกมาจากนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรนั้น มักจะมีค่าพลังงานที่แตกต่างกันไปตามแต่ละชนิดของไอโซโทป ซึ่งถือเป็นคุณลักษณะประจำไอโซโทปนั้น ๆ ปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นมีมากมายหลายรูปแบบ ซึ่งในบรรดารูปแบบทั้งหมดที่เราค้นพบในปัจจุบัน จะมีเพียง 2 รูปแบบที่เราพูดถึงกันบ่อย ๆ นั่นก็คือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission) และปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion) ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน                                                        โมเดลแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission Process) เป็นการแตกนิวเคลียสของอะตอมจากอะตอมของธาตุใหญ่ให้กลายเป็นอะตอมของธาตุเล็ก 2 อะตอม ซึ่งในกระบวนการนี้จะให้พลังงานออกมาด้วย เช่น ซึ่งในปฏิกิริยาที่ยกตัวอย่างนี้ ไอโซโทปของแบเรียม (Ba) และคริปตอน (Kr) ซึ่งไอโซโทปทั้งสองตัวนี้มีนิวตรอนมากกว่าปกติ จึงมีการคายพลังงานออกมาในรูปของรังสีเบตา อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่าในตัวอย่างนี้สารผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาจะเป็นกากกัมมันตรังสีที่แผ่รังสีเบตา (Beta Ray) แต่ก็ยังมีปฏิกิริยาอื่น ๆ ที่แผ่รังสีชนิดอื่น ๆ รวมไปถึงรังสีแกมมา ตัวอย่างนี้เป็นเพียงการทำให้เห็นภาพว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิชชันจะคายพลังงานออกมา นั่นก็เป็นเพราะโดยทั่วไปเมื่อธาตุที่มีมวลหรือเป็นธาตุหนักขึ้น จำนวนของนิวตรอนก็เริ่มที่จะมากกว่าโปรตอนไปด้วยตามลำดับ ซึ่งเมื่ออะตอมเหล่านี้แตกตัวมาเป็นอะตอมของธาตุที่เล็กกว่า ก็ย่อมทำให้จำนวนนิวตรอนของอะตอมมากกว่าปกติ  ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน โมเดลแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion Process) จะตรงข้ามกับฟิชชัน นั่นคือแทนที่จะแตกอะตอมของธาตุหนักให้เป็นธาตุเบา ก็จะกลายเป็นการรวมธาตุเบาสองอะตอมให้กลายเป็นอะตอมเดียวที่หนักขึ้น เช่นตัวอย่างนี้ จะเห็นได้ว่า ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้ เราจะได้ฮีเลียม (He) ที่มีจำนวนนิวตรอนน้อยกว่าปกติ (ปกติฮีเลียมจะมีนิวตรอน 2 ตัว) ซึ่งสภาพที่ไม่เสถียรของอะตอมนี้เอง จึงทำให้เกิดการคายพลังงานออกมาได้  ดวงอาทิตย์นั้นประกอบไปด้วยกลุ่มแก๊สไฮโดรเจนเป็น ส่วนใหญ่ เนื่องจากมีมวลจำนวนมากจึงทำให้แรงโน้มถ่วงมหาศาลดูดแก๊สเข้าหากัน มากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักของดวงอาทิตย์ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารกัมมันตรังสี 1. ด้านธรณีวิทยา  มีการใช้ C-14 คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรืออายุของซากดึกดำบรรพ์ซึ่งหาได้ดังนี้ ในบรรยากาศมี C-14 ซึ่งเกิดจากไนโตรเจน รวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิกจนเกิดปฏิกิริยา แล้ว C-14 ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน แล้วผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช และสัตว์กินพืช คนกินสัตว์และพืช ในขณะที่พืชหรือสัตว์ยังมีชีวิตอยู่ C-14 จะถูกรับเข้าไปและขับออกตลอดเวลา เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง การรับ C-14 ก็จะสิ้นสุดลงและมีการสลายตัวทำให้ปริมาณลดลงเรื่อยๆ ตามครึ่งชีวิตของ C-14 ซึ่งเท่ากับ 5730 ปี ดังนั้น ถ้าทราบอัตราการสลายตัวของ C-14 ในขณะที่ยังมีชีวิตอยู่และทราบอัตราการสลายตัวในขณะที่ต้องการคำนวณอายุวัตถุนั้น ก็สามารถทำนายอายุได้ เช่น ซากสัตว์โบราณชนิดหนึ่งมีอัตราการสลายตัวของ C-14 ลดลงไปครึ่งหนึ่งจากของเดิมขณะที่ยังมีชีวิตอยู่เนื่องจาก C-14 มีครึ่งชีวิต 5730 ปี จึงอาจสรุปได้ว่าซากสัตว์โบราณชนิดนั้นมีอายุประมาณ 5730 ปี 2. ด้านการแพทย์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง ในการรักษาโรคมะเร็งบางชนิด กระทำได้โดยการฉายรังสีแกมมาที่ได้จาก โคบอลต์-60 เข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง ผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งในระยะแรกสามารถรักษาให้หายขาดได้ แล้วยังใช้โซเดียม-24 ที่อยู่ในรูปของ NaCl ฉีดเข้าไปในเส้นเลือด เพื่อตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดย โซเดียม-24จะสลายให้รังสีบีตาซึ่งสามารถตรวจวัดได้ และสามารถบอกได้ว่ามีการตีบตันของเส้นเลือดหรือไม่ 3. ด้านเกษตรกรรม มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีติดตามระยะเวลาการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืช โดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่รากจนกระทั่งถึงการคายออกที่ใบ หรือใช้ศึกษาความต้องการแร่ธาตุของพืช 4. ด้านอุตสาหกรรม ในอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นโลหะ จะใช้ประโยชน์จากกัมมันตภาพรังสีในการควบคุมการรีดแผ่นโลหะ เพื่อให้ได้ความหนาสม่ำเสมอตลอดแผ่น โดยใช้รังสีบีตายิงผ่านแนวตั้งฉากกับแผ่นโลหะที่รีดแล้ว แล้ววัดปริมาณรังสีที่ทะลุผ่านแผ่นโลหะออกมาด้วยเครื่องวัดรังสี ถ้าความหนาของแผ่นโลหะที่รีดแล้วผิดไปจากความหนาที่ตั้งไว้ เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปควบคุมความหนา โดยสั่งให้มอเตอร์กดหรือผ่อนลูกกลิ้ง เพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ ในอุตสาหกรรมการผลิตถังแก๊ส อุตสาหกรรมก่อสร้าง การเชื่อมต่อท่อส่งน้ำมันหรือแก๊สจำเป็นต้องตรวจสอบความเรียบร้อยในการเชื่อต่อโลหะ เพื่อต้องการดูว่าการเชื่อมต่อนั้นเหนียวแน่นดีหรือไม่ วิธีการตรวจสอบทำได้โดยใช้รังสีแกมมายิงผ่านบริเวณการเชื่อมต่อ ซึ่งอีกด้านหนึ่งจะมีฟิล์มมารับรังสีแกมมาที่ทะลุผ่านออกมา ภาพการเชื่อมต่อที่ปรากฏบนฟิล์ม จะสามารถบอกได้ว่าการเชื่อมต่อนั้นเรียบร้อยหรือไม่                                                                                ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์ ที่มา http://thn25624ch.blogspot.com/p/2.html