หน่วยที่ 3: ตารางธาตุและสมบัติของธาตุ (Periodic Table and Properties of Elements)

3.3 ความเชื่อมโยงกับ STEM (Connections with STEM)

ตารางธาตุ (Periodic Table) เป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาและทำความเข้าใจเคมี แต่ความสำคัญของมันไม่จำกัดอยู่แค่ในสาขาเคมีเท่านั้น ตารางธาตุยังมีความเชื่อมโยงที่ชัดเจนกับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ (STEM) ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการพัฒนาเทคโนโลยีและวิศวกรรมในปัจจุบัน ตัวอย่างของการเชื่อมโยงเหล่านี้ ได้แก่

1. วิทยาศาสตร์ (Science)

ตารางธาตุเป็นเครื่องมือสำคัญในวิทยาศาสตร์ เพราะมันช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคาดการณ์สมบัติของธาตุที่ยังไม่ได้ค้นพบได้ อีกทั้งยังเป็นพื้นฐานในการศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมี การแยกสาร และการศึกษาเกี่ยวกับสมบัติทางเคมีของธาตุและสารประกอบ นอกจากนี้ การวิจัยด้านฟิสิกส์และชีววิทยายังต้องใช้ตารางธาตุในการทำความเข้าใจพลังงานนิวเคลียร์และการทำงานของเซลล์ในร่างกาย

2. เทคโนโลยี (Technology)

การพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ ในเทคโนโลยี เช่น วัสดุนาโน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และการพัฒนาวัสดุทางการแพทย์ อาศัยความรู้ที่เกี่ยวข้องกับตารางธาตุ โดยเฉพาะความสามารถในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของธาตุและสารประกอบเพื่อให้ได้วัสดุที่มีสมบัติพิเศษ เช่น การนำไฟฟ้าที่ดีขึ้น หรือความแข็งแรงมากขึ้น

3. วิศวกรรมศาสตร์ (Engineering)

วิศวกรเคมีและวัสดุศาสตร์ใช้ตารางธาตุในการออกแบบและพัฒนากระบวนการผลิตที่ใช้ธาตุและสารประกอบที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ตัวอย่างเช่น การเลือกธาตุที่มีความแข็งแรงและทนทานเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง หรือการเลือกโลหะที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าที่ดีเพื่อใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

4. คณิตศาสตร์ (Mathematics)

ตารางธาตุยังเชื่อมโยงกับคณิตศาสตร์ในด้านของการคำนวณ เช่น การคำนวณมวลอะตอมเฉลี่ย, การคำนวณโมล, และการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ (Stoichiometry) ซึ่งมีความสำคัญในการคำนวณปริมาณสารที่จำเป็นในการทำปฏิกิริยาเคมี

ตัวอย่างเช่น การคำนวณปริมาณของสารที่ต้องใช้ในการผลิตสินค้าในอุตสาหกรรมเคมีหรือการคำนวณพลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมี

\[ \Delta H = \sum \text{พลังงานพันธะของสารตั้งต้น} - \sum \text{พลังงานพันธะของผลิตภัณฑ์} \]

จากสมการนี้ วิศวกรสามารถคำนวณพลังงานที่ต้องใช้หรือพลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีในการออกแบบกระบวนการผลิตต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตารางธาตุเป็นเครื่องมือสำคัญที่เชื่อมโยงกับสาขาวิชาต่าง ๆ ใน STEM ตั้งแต่วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างและสมบัติของธาตุ เทคโนโลยีที่พัฒนาวัสดุใหม่ วิศวกรรมศาสตร์ที่ออกแบบกระบวนการผลิต และคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์และพลังงานในปฏิกิริยาเคมี