องค์ประกอบเชิงเดี่ยวคืออะไรและเหตุใดจึงมีอยู่

องค์ประกอบเชิงโมโนอะตอมเป็นองค์ประกอบทางเคมีชนิดพิเศษที่ประกอบด้วยอะตอมแต่ละตัว กล่าวคือเป็นสารบริสุทธิ์ที่อะตอมทั้งหมดมีค่าเท่ากันและไม่มีพันธะเคมีระหว่างกัน

องค์ประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่มีอยู่มากมายและสามารถพบได้ตามธรรมชาติทั่วจักรวาล แม้ว่าจะเป็นแนวคิดง่ายๆ แต่เพื่อให้เข้าใจได้ดี ก่อนอื่นจำเป็นต้องเข้าใจว่าอะตอมคืออะไร องค์ประกอบทางเคมีคืออะไร และจะรู้จักทั้งสองอย่างได้อย่างไร

อะตอม

ที่ฐานของแนวคิดขององค์ประกอบเชิงเดี่ยวคืออะตอม สสารทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ที่มองไม่เห็นซึ่งเรียกว่าอะตอม อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งมีโปรตอน (มีประจุบวก) และนิวตรอน (ไม่มีประจุไฟฟ้า) และกลุ่มเมฆของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบซึ่งเคลื่อนที่ไปรอบๆ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอะตอมขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนที่มีอยู่ ในความเป็นจริงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเป็นตัวกำหนดว่าอะตอมใดเป็นองค์ประกอบทางเคมีใด

องค์ประกอบทางเคมีคืออะไร?

องค์ประกอบทางเคมีเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นสารบริสุทธิ์ที่ไม่สามารถย่อยสลายเป็นสารอื่นที่ง่ายกว่าหรือผ่านกระบวนการทางกายภาพหรือทางเคมี สารเหล่านี้ประกอบด้วยอะตอมเพียงชั้นเดียว

องค์ประกอบทางเคมีคือองค์ประกอบที่ระบุไว้ในตารางธาตุ สำหรับองค์ประกอบทางเคมีทุกชนิดมีอะตอมที่แตกต่างกัน ดังนั้น ธาตุคาร์บอนจึงประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่เหมือนกัน แต่แตกต่างจากอะตอมที่มีอยู่ในตัวอย่างของธาตุปรอท (ดูรูป) เป็นต้น

องค์ประกอบทางเคมีสามารถปรากฏในรูปแบบต่างๆ:

• ในบางกรณี อะตอมของธาตุสามารถก่อตัวเป็นสปีชีส์ซึ่งมีอะตอมหลายตัวเชื่อมโยงกัน จึงก่อตัวเป็นโมเลกุล ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ ก๊าซคลอรีน (Cl ₂ ) โอโซน (O ₃ ) และฟอสฟอรัสขาว (P ₄ )
• องค์ประกอบอื่นๆ ก่อตัวเป็นเครือข่ายสองหรือสามมิติแบบโควาเลนต์ที่มีอะตอมนับพันยึดเกาะเข้าด้วยกัน เช่น กราไฟต์และเพชร (ทั้งสองประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน)
• จากนั้นมีโลหะซึ่งก่อตัวเป็นผลึกสามมิติซึ่งแต่ละอะตอมล้อมรอบด้วยอะตอมอื่นๆ หลายตัวที่เหมือนกัน และเชื่อมกันด้วยพันธะโลหะ

อย่างไรก็ตาม มีองค์ประกอบอื่น ๆ ที่อะตอมไม่สร้างพันธะใด ๆ ซึ่งกันและกันดังที่เราจะเห็นด้านล่าง

องค์ประกอบเชิงเดี่ยว

ดังที่เราเห็นในตอนต้น ธาตุเชิงเดี่ยวคือธาตุที่มีอยู่เป็นอะตอมเดี่ยวภายใต้สภาวะแวดล้อม Monatomic หมายถึง “การมีอะตอมเดี่ยว” (คำนำหน้า mono- หมายถึง “หนึ่ง”) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ธาตุเชิงเดี่ยวคือธาตุที่ภายใต้สภาวะปกติจะไม่สร้างพันธะเคมีใดๆ หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันกับอะตอมอื่น ซึ่งไม่เหมือนกับหรือแตกต่างจากตัวมันเอง

ทำไมองค์ประกอบเชิงเดี่ยวจึงมีอยู่?

ในโลกที่องค์ประกอบส่วนใหญ่ในตารางธาตุเชื่อมต่อกันหรือเชื่อมโยงกับองค์ประกอบอื่นๆ เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การตั้งคำถามว่า เหตุใดจึงมีองค์ประกอบเชิงเดี่ยว

เหตุผลเบื้องหลังการดำรงอยู่ของพวกมันเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของอะตอมที่ประกอบกันเป็นองค์ประกอบเหล่านี้ ปรากฎว่าองค์ประกอบเชิงโมโนอะตอมทั้งหมดมีลักษณะพื้นฐานอย่างหนึ่งร่วมกัน: พวกมันมีโครงร่างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรกว่าองค์ประกอบอื่นมาก ซึ่งทำให้พวกมันดำรงอยู่ได้โดยไม่ต้องให้ รับ หรือแบ่งปันอิเล็กตรอนกับอะตอมอื่นใด

ในความเป็นจริง เหตุผลที่องค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดในตารางธาตุก่อตัวเป็นโมเลกุลและสารประกอบทางเคมีที่อะตอมของพวกมันแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกันนั้นเป็นเพราะ ในการทำเช่นนั้น พวกมันได้รับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของธาตุเชิงเดี่ยว

คุณสมบัติของธาตุเชิงเดี่ยว

• เป็นก๊าซเฉื่อยที่อุณหภูมิห้อง
• มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำมาก
• พวกมันเป็นองค์ประกอบที่ไม่ทำปฏิกิริยาซึ่งมักจะไม่รวมกับองค์ประกอบอื่น
• มีกัมมันตภาพรังสี 2 ชนิด โดยธาตุหนึ่งเป็นธาตุสังเคราะห์

ตัวอย่างขององค์ประกอบเชิงเดี่ยว

องค์ประกอบเชิงเดี่ยวเป็นองค์ประกอบที่อยู่ในกลุ่มของก๊าซมีตระกูล กล่าวอีกนัยหนึ่ง ธาตุเหล่านี้สอดคล้องกับธาตุทั้ง 7 ของหมู่ 18 (เดิมคือหมู่ VIII-A) ของตารางธาตุ ได้แก่

• ฮีเลียม (เขา)
• นีออน (เน)
• อาร์กอน (อาร์)
• คริปทอน (Kr)
• ซีนอน (Xe)
• เรดอน (Rn)
• โอกาเนสัน (Og)

โลหะเป็นธาตุเชิงเดี่ยวหรือไม่?

คำถามที่พบบ่อยในหมู่นักเรียนเคมีคือโลหะถือเป็นธาตุเชิงเดี่ยวหรือไม่ เหตุผลก็คือ เช่นเดียวกับธาตุเชิงเดี่ยว โลหะมักถูกแทนด้วยสัญลักษณ์ทางเคมี โดยไม่ต้องมีตัวห้อยเพื่อบอกว่าพวกมันก่อตัวเป็นโมเลกุล

โดยปกติแล้ว ใครก็ตามที่เปรียบเทียบทั้งสองกรณีโดยไม่มีข้อมูลเพิ่มเติมจะได้ข้อสรุปเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ดังที่ได้กล่าวไว้เมื่อครู่นี้ แท้จริงแล้วโลหะก่อตัวเป็นโครงข่ายคริสตัลสามมิติที่ประกอบด้วยอะตอมหลายล้านอะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโลหะ สิ่งที่แสดงในปฏิกิริยาไม่มีอะไรมากไปกว่าสูตรเชิงประจักษ์ (เนื่องจากไม่ได้สร้างโมเลกุลจึงไม่มีสูตรโมเลกุล)

โลหะจึงไม่ใช่ธาตุเชิงเดี่ยว พวกมันไม่ได้มีลักษณะร่วมใดๆ ขององค์ประกอบเหล่านี้ และไม่สามารถดำรงอยู่ได้ภายใต้สภาวะปกติ เนื่องจากสปีชีส์เชิงเดี่ยวแยกออกจากกัน

“ทองคำเชิงเดี่ยว”

นี่เป็นเวลาที่ดีที่จะชี้แจงว่าเป็นโลหะและรู้ว่าโลหะไม่ใช่องค์ประกอบเชิงเดี่ยวและไม่ใช่ทอง กล่าวอีกนัยหนึ่งไม่มีทองคำเชิงเดี่ยว คำอธิบายมาจากความจริงที่ว่าเมื่อประมาณ 50 ปีก่อน ชาวนาในรัฐแอริโซนา สหรัฐอเมริกา ชื่อ David Hudson ประกาศว่าเขาได้ค้นพบสสารในรูปแบบใหม่ซึ่งเขาเรียกว่า “Orbitally Rearranged Monatomic Elements” หรือ ORMEs ตามชื่อย่อของสสาร เป็นภาษาอังกฤษ. เกษตรกรกล่าวว่าโลหะ เช่น ทองคำ เงิน และอะลูมิเนียม สามารถก่อตัวเป็น ORME ที่คาดว่าจะมีคุณสมบัติที่น่าอัศจรรย์ได้

ปัจจุบัน ORMEs เหล่านี้จำหน่ายภายใต้ชื่อทางการค้าต่างๆ เช่น การรักษามะเร็งอย่างมหัศจรรย์ อาหารเสริมที่สามารถปรับปรุงการทำงานของระบบประสาท และคำกล่าวอ้างอื่นๆ

แม้ว่าผลกระทบของสารเหล่านี้อาจเป็นที่ถกเถียงกัน (แม้ว่าความสอดคล้องทางวิทยาศาสตร์แทบไม่มีอยู่จริง) สิ่งที่แน่นอนก็คือว่าสารเหล่านี้ไม่มีองค์ประกอบทางโมนามิกใดๆ เลยแม้แต่อะตอมเดียวของโลหะทรานซิชัน เช่น ทองคำ มันเป็นเพียงชื่อทางการค้าที่ทำให้เข้าใจผิด

อ้างอิง

Cabot Pol F., P.F. (2019, กรกฎาคม). ORME’s (องค์ประกอบโมโนอะตอมมิกที่จัดเรียงใหม่โดยวงโคจร) สืบค้นจากhttps://www.researchgate.net/publication/334452137_ORMEs_Orbitally_Rearranged_Monoatomic_Elements

การเกิดขึ้น การเตรียม และสมบัติของก๊าซมีตระกูล (น.ป.). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1963

ตารางธาตุ (2563, 30 ตุลาคม). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1806

เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก สเปน (2564, 6 เมษายน). เนชั่นแนลจีโอกราฟฟิก. สืบค้นจากhttps://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/tabla-periodica-forma-ordenar-elementos-quimicos_15988