คุณชอบคุกกี้ช็อกโกแลตชิปไหม? พวกเราส่วนใหญ่ก็ชอบเหมือนกัน เหมือนกับคุกกี้ช็อกโกแลตชิปที่ประกอบด้วยส่วนผสมหลากหลายชนิด เช่น แป้ง น้ำตาล โกโก้ ผงฟู และช็อกโกแลตชิป ทุกอย่างในโลกนี้ล้วนประกอบขึ้นจากส่วนผสมที่แตกต่างกัน ส่วนผสมเหล่านี้เรียกว่าธาตุ และเราจะมาเจาะลึกเกี่ยวกับ 'ธาตุ' เพิ่มเติมในบทเรียนนี้
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
มาเริ่มกันเลยดีกว่า
ธาตุ คือ สารบริสุทธิ์ที่ถูกสร้างขึ้นจากอะตอมชนิดเดียว และไม่สามารถแยกสลายเป็นสารเคมีที่ง่ายกว่าได้ ธาตุเป็นหน่วยพื้นฐานของสสารอื่นๆ ทั้งหมดในโลก
ตัวอย่างของธาตุ ได้แก่ เหล็ก ออกซิเจน ไฮโดรเจน ทองคำ และฮีเลียม
มีธาตุอยู่ 118 ชนิด แม้ว่าจะพบได้ตามธรรมชาติบนโลกเพียง 98 ชนิดเท่านั้น ธาตุทั้ง 118 ชนิดแสดงอยู่ในตารางธาตุมาตรฐานที่เรียกว่าตารางธาตุ กล่าวโดยสรุป ตารางธาตุเป็นวิธีหนึ่งในการแสดงรายการธาตุต่างๆ มีลักษณะดังนี้:
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่พบมากที่สุดในจักรวาล และยังเป็นธาตุที่เบาที่สุดอีกด้วย
ฮีเลียมเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสองในจักรวาล แต่พบได้น้อยมากบนโลก
ก๊าซเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในบอลลูนอากาศร้อนเนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่าอากาศและสามารถเพิ่มแรงลอยตัวให้กับบอลลูนเพื่อให้ลอยขึ้นในชั้นบรรยากาศได้
แต่ละธาตุจะแสดงด้วยรหัสตัวอักษรหนึ่งหรือสองตัวอักษร โดยตัวอักษรตัวแรกจะต้องเขียนด้วยตัวพิมพ์ใหญ่เสมอ และหากมีตัวอักษรตัวที่สองจะต้องเขียนด้วยตัวพิมพ์เล็ก ตัวอย่างเช่น สัญลักษณ์ของไฮโดรเจนคือ \(H\) และสัญลักษณ์ของคาร์บอนคือ \(C\) รหัสตัวอักษรบางตัวมีรากศัพท์มาจากภาษาละติน เช่น สัญลักษณ์ของโซเดียม ( \(Na\) ) มาจากคำภาษาละติน 'natrium' ซึ่งแปลว่าโซเดียมคาร์บอเนต
ธาตุทางเคมีแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ โลหะ ธาตุกึ่งโลหะ และธาตุอโลหะ
โลหะที่โดยทั่วไปพบทางด้านซ้ายของตารางธาตุ ได้แก่
อะลูมิเนียม เหล็ก ทองแดง ทองคำ ปรอท และตะกั่ว เป็นโลหะ
ในทางตรงกันข้าม ธาตุที่ไม่ใช่โลหะที่พบทางด้านขวาของตารางธาตุ ได้แก่:
ตัวอย่างของธาตุที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ คาร์บอนและออกซิเจน
ธาตุกึ่งโลหะมีคุณสมบัติบางประการของโลหะและคุณสมบัติบางประการของอโลหะ ธาตุกึ่งโลหะที่รู้จักกันทั่วไป 6 ชนิด ได้แก่ โบรอน ซิลิคอน เจอร์เมเนียม อาร์เซนิก แอนติโมนี และเทลลูเรียม
ธาตุต่างๆ มีปริมาณแตกต่างกันอย่างมาก ในจักรวาลโดยรวม ธาตุที่พบมากที่สุดคือไฮโดรเจน (ประมาณ 90%) รองลงมาคือฮีเลียม (ส่วนใหญ่ 10%) ที่เหลือ ธาตุอื่นๆ ทั้งหมดมีอยู่ในปริมาณที่น้อยกว่าเท่าที่เราตรวจพบ
บนโลก ออกซิเจนมีสัดส่วน 46.1% ของมวลเปลือกโลก โดยส่วนใหญ่ประกอบกับธาตุอื่นๆ ขณะที่ซิลิคอนมีสัดส่วน 28.5% ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาล มีสัดส่วนเพียง 0.14% ของเปลือกโลก
ความอุดมสมบูรณ์ของมวลของธาตุทั้งเก้าที่มีมากที่สุดในเปลือกโลกมีประมาณ
องค์ประกอบอื่น ๆ เกิดขึ้นน้อยกว่า 0.15%
ธาตุที่พบบนโลกและดาวอังคารนั้นเหมือนกันทุกประการ
ประมาณร้อยละ 96 ของน้ำหนักร่างกายประกอบด้วยธาตุเพียงสี่ชนิดเท่านั้น ได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอน ไฮโดรเจน และไนโตรเจน
แคลเซียม ฟอสฟอรัส แมกนีเซียม โซเดียม โพแทสเซียม คลอรีน และกำมะถัน เป็นธาตุหรือธาตุหลักที่ร่างกายต้องการในปริมาณมาก ธาตุที่เหลือเป็นธาตุรอง เช่น โคบอลต์ ลิเธียม แมงกานีส ซีลีเนียม ไอโอดีน ทองแดง เป็นต้น ซึ่งถือว่าจำเป็นต่อการดำรงชีวิต ปริมาณใดๆ ที่น้อยกว่า 0.01% ถือเป็นธาตุรอง
อนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุคือ "อะตอม" และแต่ละอะตอมประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่า ได้แก่ อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน จำนวนโปรตอนในแต่ละอะตอมเรียกว่าเลขอะตอม ซึ่งเป็นเลขที่สำคัญในธาตุ แต่ละธาตุมีเลขอะตอมเฉพาะตัว ไฮโดรเจนเป็นธาตุแรกและมีโปรตอนหนึ่งตัว จึงมีเลขอะตอมเท่ากับ 1 ทองคำมีโปรตอน 79 ตัวในแต่ละอะตอม และมีเลขอะตอมเท่ากับ 79 ธาตุในสถานะมาตรฐานจะมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับโปรตอนเช่นกัน
หากมีอะตอมมากกว่าหนึ่งชนิด สารนั้นจะไม่ถือเป็นธาตุ สารประกอบและโลหะผสมจะไม่ถือเป็นธาตุ
สารประกอบเคมี คือ สารเคมีที่ประกอบด้วยโมเลกุลที่เหมือนกันหลายโมเลกุล ประกอบด้วยอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดที่ยึดติดกันด้วยพันธะเคมี ตัวอย่างเช่น น้ำบริสุทธิ์ คือ สารประกอบเคมีที่เกิดจากธาตุสองชนิด คือ ไฮโดรเจนและออกซิเจน อัตราส่วนของไฮโดรเจนต่อออกซิเจนในน้ำจะเท่ากับ 2:1 เสมอ
โลหะผสม (alloy) คือสารที่เกิดจากการหลอมธาตุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปเข้าด้วยกัน โดยอย่างน้อยหนึ่งชนิดต้องเป็นโลหะ ตัวอย่างของโลหะผสมทั่วไป ได้แก่ เหล็กกล้า ซึ่งเป็นส่วนผสมของเหล็ก (โลหะ) และคาร์บอน (อโลหะ); ทองแดง ซึ่งเป็นส่วนผสมของทองแดง (โลหะ) และดีบุก (โลหะ); และทองเหลือง ซึ่งเป็นส่วนผสมของทองแดง (โลหะ) และสังกะสี (โลหะ)
ในทำนองเดียวกัน กลุ่มอิเล็กตรอนและนิวตรอนไม่ใช่ธาตุ อนุภาคต้องมีโปรตอนจึงจะเป็นตัวอย่างของธาตุได้
ธาตุที่ไม่ใช่ธาตุหลัก ได้แก่ น้ำ เหล็ก อิเล็กตรอน และทองเหลือง
แม้ว่าธาตุทั้งหมดจะประกอบขึ้นจากอะตอมชนิดเดียวกัน แต่ก็ยังสามารถมีรูปแบบที่แตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส นอกจากนี้ยังสามารถมีรูปแบบที่แตกต่างกันได้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอะตอมที่เรียงตัวกัน ธาตุเหล่านี้เรียกว่า อัญรูป (allotropes) ตัวอย่างเช่น คาร์บอน ธาตุเหล่านี้อาจเกิดเป็นเพชร ถ่านหิน หรือกราไฟต์ ขึ้นอยู่กับลักษณะการรวมตัวของอะตอมคาร์บอน บางครั้งอะตอมของธาตุเดียวกันอาจมีจำนวนนิวตรอนต่างกัน ซึ่งเรียกว่าไอโซโทป เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับไอโซโทปในบทเรียนอื่น ไอโซโทป
