ธาตุ p-บล็อกและอโลหะ

p-บล็อกครอบคลุมหมู่ 13 ถึง 18 และประกอบด้วยอโลหะและกึ่งโลหะส่วนใหญ่ แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายของสถานะออกซิเดชัน อัญรูป และพันธะที่มากที่สุดในตารางธาตุ

Definition

ธาตุ p-บล็อกคือธาตุในหมู่ 13 ถึง 18 ซึ่งอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุดจะเติมใน p ซับเชลล์; ธาตุเหล่านี้ประกอบด้วยโลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ และแสดงสถานะออกซิเดชันที่แปรผันได้, การเกิดสายโซ่ที่กว้างขวาง, และโครงสร้างโมเลกุลที่หลากหลาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเคมีเชิงพรรณนาของธาตุหมู่ 13 ถึง 18 (ไม่รวมก๊าซมีตระกูลซึ่งจะกล่าวถึงแยกต่างหาก): การไล่ระดับจากกึ่งโลหะไปสู่อโลหะ, สถานะออกซิเดชันที่หลากหลายและปรากฏการณ์คู่เฉื่อย, การเกิดสายโซ่ (catenation) และอัญรูปในคาร์บอน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน, สารประกอบไฮไดรด์ ออกไซด์ กรดออกซี และเฮไลด์ของอโลหะ, และเคมีที่ผิดปกติของธาตุแถวแรก โดยเน้นแนวโน้มตามคาบและสารประกอบลักษณะเฉพาะ มากกว่าพันธะแบบคลัสเตอร์ ซึ่งจะกล่าวถึงภายใต้โบรอนและคลัสเตอร์ที่ขาดอิเล็กตรอน

Core questions

• คุณสมบัติของธาตุเปลี่ยนแปลงจากโลหะไปสู่อโลหะอย่างไรเมื่อเคลื่อนที่ตามคาบและลงมาตามหมู่ใน p-บล็อก?
• เหตุใดธาตุ p-บล็อกที่มีน้ำหนักมากจึงชอบสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า (ปรากฏการณ์คู่เฉื่อย)?
• การเกิดสายโซ่และอัญรูปทำให้คาร์บอน ฟอสฟอรัส และกำมะถันมีรูปแบบที่หลากหลายได้อย่างไร?
• อะไรเป็นตัวกำหนดความแรงของกรดออกซีของอโลหะ?

Key concepts

• กึ่งโลหะและแถบแนวทแยง
• ปรากฏการณ์คู่เฉื่อย
• การเกิดสายโซ่และอัญรูป
• ไฮไดรด์และเฮไลด์ของอโลหะ
• ออกไซด์และกรดออกซี
• ความผิดปกติของธาตุแถวแรก

Key theories

แนวโน้มตามคาบและปรากฏการณ์คู่เฉื่อย

เมื่อเคลื่อนที่ตามคาบใน p-บล็อก ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นและคุณสมบัติความเป็นโลหะจะลดลง ในขณะที่เมื่อเคลื่อนที่ลงมาตามแต่ละหมู่ ความไม่เต็มใจที่จะใช้อิเล็กตรอน s ในเวเลนซ์เชลล์จะเพิ่มขึ้น ทำให้สถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่าเลขหมู่สองหน่วยมีความเสถียรมากขึ้น

การเกิดสายโซ่และอัญรูป

ธาตุ p-บล็อกที่มีน้ำหนักเบาจะสร้างพันธะระหว่างธาตุที่แข็งแรง ทำให้คาร์บอนมีเคมีของการเกิดสายโซ่ที่กว้างขวาง และสร้างอัญรูปของคาร์บอน ฟอสฟอรัส และกำมะถันที่มีโครงสร้างและปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน

กรดออกซีและออกไซด์ของอโลหะ

อโลหะจะสร้างชุดของออกไซด์และกรดออกซีที่มีการไล่ระดับความแรงของกรด ซึ่งสัมพันธ์กับสถานะออกซิเดชันและอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมกลาง โดยมีกฎเกณฑ์ที่จัดระบบไว้ เช่น กฎของพอลลิงสำหรับความแรงของกรดออกซี

Clinical relevance

p-บล็อกเป็นแหล่งของคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน และฟอสฟอรัสในทางชีววิทยา, ซิลิคอนในสารกึ่งตัวนำและแก้ว, แฮโลเจนในสารฆ่าเชื้อและยา, และไนโตรเจนตรึงและฟอสเฟตในปุ๋ย

History

ธาตุ p-บล็อกมีความสำคัญต่อการสร้างและการทดสอบตารางธาตุ โดยเมนเดเลเยฟได้ทำนายคุณสมบัติของธาตุที่ยังไม่ถูกค้นพบในขณะนั้น เช่น แกลเลียมและเจอร์เมเนียม งานวิจัยรังสีเอกซ์ของโมสลีย์ได้กำหนดเลขอะตอมของธาตุเหล่านี้ และมาตราส่วนอิเล็กโทรเนกาติวิตีของพอลลิงได้จัดระบบแนวโน้มของพันธะและความเป็นกรดของธาตุเหล่านี้

Key figures

• Dmitri Mendeleev
• Henry Moseley
• Linus Pauling

Seminal works

• greenwood1997
• weller2018
• housecroft2018

Frequently asked questions

ปรากฏการณ์คู่เฉื่อยคืออะไร?

ในธาตุ p-บล็อกที่มีน้ำหนักมาก อิเล็กตรอน s ในเวเลนซ์เชลล์จะมีความไม่เต็มใจที่จะเข้าร่วมในการสร้างพันธะมากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่าค่าสูงสุดของหมู่สองหน่วยจึงมีความเสถียรมากขึ้น เช่นเดียวกับความชอบของตะกั่วสำหรับสถานะ +2 มากกว่าสถานะ +4

เหตุใดเคมีของคาร์บอนจึงมีความหลากหลายมากกว่าธาตุหมู่ 14 ที่มีน้ำหนักมาก?

คาร์บอนสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนและคาร์บอน-ไฮโดรเจนที่แข็งแรงเป็นพิเศษ และสามารถสร้างพันธะหลายพันธะได้อย่างง่ายดาย ทำให้เกิดการเกิดสายโซ่ที่กว้างขวางเป็นสายโซ่และวงแหวน; ธาตุที่มีน้ำหนักมากจะสร้างพันธะที่อ่อนแอกว่าและเกิดสายโซ่น้อยกว่ามาก ซึ่งจำกัดความหลากหลายของโครงสร้าง