2. ปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู่

           นักเรียนได้ศึกษาสมบัติของธาตุตามหมู่และตามคาบรวมทั้งสมบัติของสารประกอบของธาตุบางชนิดตามคาบมาแล้ว ต่อไปนี้จะศึกษาปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู่

1.  ปฏิกิริยาของธาตุหมู่ IA  และ IIA

นักเรียนทราบมาแล้วว่าธาตุหมู่ IA  และ IIA  เป็นโลหะ เมื่อทำปฏิกิริยากับอโลหะแล้วจะเกิดเป็นสารประกอบไอออนิกเป็นส่วนใหญ่ ในตอนนี้นักเรียนจะได้ศึกษาเพิ่มเติมอีกว่าโลหะหมู่ IA และ IIA เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะเกิดปฏิกิริยาได้ช้าหรือเร็วแตกต่างกันหรือไม่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีสมบัติเป็นอย่างไรจากการทดลองต่อไปนี้

การทดลอง 3.1  ปฏิกิริยาของโซเดียมและแมกนีเซียมกับน้ำ

             1.  ใส่สารละลาย  HCl 0.1 mol/ และสารละลาย  NaOH  0.1 mol/ ลงในหลอดทดลองขนาดเล็กหลอดละ  หยดฟีนอล์ทาลีนลงในหลอดทดลองทั้งสอง หลอดละ 2 หยด สังเกตสีของสารละลายและเก็บสารละลายไว้เพื่อใช้เปรียบเทียบกับสีของสารละลายที่เกิดขึ้นในการทดลองต่อไป

           2.  ใส่น้ำกลั่นลงในบีกเกอร์ขนาด50  จำนวน 2 ใบ  ใบละ  10  และหยดฟีนอล์ทาลีนลงในบีกเกอร์  2  ใบ ใบละ  2  หยด สังเกตการเปลี่ยนแปลง ใช้ปากคีบคีบชิ้นโซเดียมขนาดเมล็ดถั่วเขียว ซับน้ำมันให้แห้งใส่ลงในบีกเกอร์ใบที่หนึ่งแล้วใช้กระจกนาฬิกาปิดปากบีกเกอร์ทันที สังเกตการเปลี่ยนแปลง

              3.  ขัดลวดแมกนีเซียมให้สะอาดแล้วใส่ลงในบีกเกอร์ใบที่ 2 ตั้งไว้ 3 นาที สังเกตการเปลี่ยนแปลง แล้วนำบีกเกอร์ไปตั้งไฟเพื่อทำให้สารละลายมีอุณหภูมิประมาณ60  เป็นเวลา 3 นาที สังเกตการเปลี่ยนแปลง

รูป 3.1  โซเดียมเป็นโลหะอ่อนสามารถใช้มีดตัดได้ง่าย

Mg(s)+2H₂O(l)          ความร้อน    ➡     Mg²⁺(aq) + 2Ho^-(aq) +H₂(g)

                โลหะโซเดียมและแมกนีเซียมเป็นธาตุหมู่ IA และ IIA ตามลำดับ เมื่อธาตุทั้งสองทำปฏิกิริยากับน้ำ จากการทดลองพบว่ามีแก๊สเกิดขึ้นและสารละลายมีสมบัติเป็นเบสซึ่งถ้าทดสอบแก๊สที่เกิดขึ้นต่อไปจะพบว่าเป็นแก๊สไฮโดรเจน เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

2Na(s)+2H₂O(l)      ➡      2Na⁺(aq) + 2Ho^-(aq) +H₂(g)

                นอกจากนี้ยังพบว่า ณ อุณหภูมิห้อง โลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับน้ำได้เร็วและรุนแรง ส่วนแมกนีเซียมเกิดปฏิกิริยาได้ค่อนข้างช้าแต่จะเกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้นในน้ำร้อน แสดงว่าทั้งชนิดของโลหะและอุณหภูมิของน้ำมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับน้ำ ต่อไปนักเรียนจะได้ศึกษาสมบัติบางประการของสารประกอบของธาตุหมู่ IA และ IIA จากการทดลองต่อไปนี้

รูป 3.2  ปฏิกิริยาของธาตุโซเดียมกับน้ำ

 รูป 3.3  ปฏิกิริยาของธาตุแมกนีเซียมกับน้ำร้อน

               นักเรียนทราบแล้วว่าสารละลายของ NaCl              และ    ที่ใช้ทำการทดลอง ได้จากการน้ำสารต่างๆ เหล่านี้มาละลายน้ำ จึงสรุปได้ว่าสารประกอบของโซเดียม โพแทสเซียม รวมทั้งสารประกอบคลอไรด์ของแมกนีเซียมและแคลเซียมละลายน้ำได้ ส่วนการละลายน้ำของสารประกอบของธาตุหมู่ IIA เมื่อพิจารณาจากผลการทดลอง พบว่าสารละลายผสมระหว่าง     กับ NaCl  และ    กับ    สังเกตไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง แสดงว่าไอออนในสารละลายผสมแต่ละคู่ไม่ทำปฏิกิริยากัน สำหรับสารละลายที่ผสมกันแล้วมีตะกอนเกิดขึ้น เช่น     กับ    หรือ    กับ   นักเรียนคิดว่าตะกอนนั้นควรเป็นสารใด

                เมื่อผสมสารละลาย     กับ    เข้าด้วยกันในสารละลายจะประกอบด้วย          และ   ถ้าไอออนทั้งหมดทำปฏิกิริยากันจะได้  NaCI และ    เกิดขึ้น แต่ NaCI  ละลายน้ำได้ดี ดังนั้นตะกอนสีขาวในสารละลายผสมคู่นี้จึงควรเป็น     ซึ่งเขียนสมการไอออนิกสุทธิแสดงการเกิดปฏิกิริยาได้ดังนี้

Mg²⁺(aq)  +  CO₃²⁺ (aq)   ➡   MgCO₃(s) 

               ในทำนองเดียวกัน ตะกอนที่เกิดขึ้นจากการผสมสารละลาย   MgCl₂  กับ   Na₂HPO₄ จึงควรเป็น    MgHPO₄ ซึ่งเขียนสมการไอออนิกสุทธิแสดงได้ดังนี้

Mg²⁺(aq)  +  HPO₄^2-(aq)   ➡   MgHPO₄(s)

2.  ปฏิกิริยาของธาตุหมู่ VIIA

           นักเรียนได้ศึกษาปฏิกิริยาของโลหะหมู่ IA และ IIA มาแล้ว ต่อไปจะได้ศึกษาปฏิกิริยาของอโลหะจากข้อมูลแสดงการเปลี่ยนแปลง เมื่อใช้สารละลายคลอรีน โบรมีนและไอโอดีนที่ละลายในคาร์บอนเตตระคลอไรด์ผสมกับสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ โพแทสเซียมโบรไมด์และโพแทสเซียมไอโอไดด์ จากตาราง 3.3

ตาราง 3.3  แสดงผลการผสมสารละลายคลอรีน โบรมีนและไอโอดีนในคาร์บอนเตตระคลอไรด์กับสารละลายของโพแทสเซียมแฮไลด์

         จากข้อมูลในตาราง 3.3  เมื่อเติมสารละลายคลอรีนใน  CCl₄    ลงในสารละลาย  KBr  สารละลายผสมจะแยกเป็น 2 ชั้นและในชั้นของ CCl₄      ปรากฎเป็นสีส้ม แสดงว่ามี Br₂   เกิดขึ้นและละลายอยู่ในชั้นของ CCl₄      เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาได้ดังนี้

2Br^-+ Cl₂  ➡  2Cl^- + Br₂

         ส่วนการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมื่อเติมสารละลายคลอรีนและโบรมีนใน CCl₄      ลงในสารละลาย KI พบว่าในชั้นของ CCl₄      มีสีชมพูแกมม่วง แสดงว่ามี      เกิดขึ้นและละลายอยู่ในชั้นของ CCl₄      เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาได้ดังนี้

2I^-+ Cl₂  ➡  2Cl^- + I₂

2I^-+ Br₂  ➡ 2Br^- + I₂

                 แสดงว่าคลอรีนสามารถทำปฏิกิริยาได้กับทั้ง KBr  และ KI โบรมีนทำปฏิกิริยาได้เฉพาะ KI ส่วนไอโอดีนไม่ทำปฏิกิริยากับทั้ง KCI    KBr และ KI   จากข้อมูลแสดงผลการทดลองในตาราง 3.3  ช่าวยให้สรุปได้ว่า คลอรีนมีความสามารถในการทำปฏิกิริยาได้ดีกว่าโบรมีนและโบรมีนทำปฏิกิริยาได้ดีกว่าไอโอดีน หรืออาจกล่าวได้ว่าความสามารถในการทำปฏิกิริยาของธาตุหมู่ VIIA ลดลงจากบนลงล่าง

                  นอกจากธาตุหมู่ VIIA จะเกิดปฏิกิริยากับธาตุอื่นได้สารประกอบชนิดต่างๆ เช่น NaCI   CaF₂     HF     KI  แล้วยังเกิดสารประกอบที่มีธาตุองค์ประกอบเหมือนกันได้หลายชนิด เช่น สารที่มีธาตุองค์ประกอบเป็นโซเดียมคลอรีนและออกซิเจนสามารถเกิดเป็นสารประกอบโซเดียมไฮโปคลอไรด์ (NaCIO) โซเดียมคลอไรด์  (NaCIO₂)  โซเดียมคลอเรต   (NaCIO₃)  หรือโซเดียมเปอร์คลอเรต   (NaCIO₄)