บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ (ต่อ)

ธาตุทรานซิชัน

   ธาตุทรานซิชันอยู่ระหว่างธาตุหมู่ IIA และหมู่ IIIA ประกอบด้วยธาตุหมู่ IB ถึงหมู่ VIIIB รวมทั้งกลุ่มธาตุแลนทานอยด์กับกลุ่มธาตุแอกทินอยด์ 

ธาตุทรานซิชัน 

สมบัติของธาตุทรานซิชัน

สมบัติบางประการของโพแทสเซียม แคลเซียม และธาตุทรานซิชันในคาบที่ 4

1.โลหะทรานซิชันทุกธาตุจะเป็นโลหะ แต่มีความเป็นโลหะน้อยกว่าธาตุหมู่ IA และ IIA
2.มีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ยกเว้นปรอทที่เป็นของเหลว
3.มีจุดหลอมเหลว จุดเดือด และความหนาแน่นสูง
4.นำไฟฟ้าได้ดี ซึ่งในโลหะทรานซิชัน ธาตุที่นำไฟฟ้าได้ดีที่สุดคือ เงิน (คาบ 5) และรองลงมาคือ ทอง (คาบ 6)
5.นำความร้อนได้ดี
6.ธาตุทรานซิชันทั้งหมดมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 ยกเว้นธาตุโครเมียม และทองแดง ที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็น 1
7.สารประกอบของธาตุเหล่านี้จะมีสีสัน
8.มีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 และอิเล็กโทรเนกาติวิตีมาก
9.ขนาดอะตอม จะมีขนาดไม่แตกต่างกันมากโดยที่
-ในคาบเดียวกันจะเล็กจากซ้ายไปขวา
-ในหมู่เดียวกันจะใหญ่จากบนลงล่าง
10.ธาตุเหล่านี้มีหลายออกซิเดชั่นสเตตส์ (oxidation states)
11.ธาตุเหล่านี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalysts) ที่ดี
12.ธาตุเหล่านี้มีสีฟ้า-เงินที่อุณหภูมิห้อง (ยกเว้นทองคำและทองแดง)
13.สารประกอบของธาตุเหล่านี้สามารถจำแนกโดยการวิเคราะห์ผลึก

ธาตุกัมมันตรังสี

   ในปี พ.ศ.2439 อองตวน อองรี แบ็กเกอเรล (Antoine Henri Becquerel)นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสพบว่า เมื่อเก็บแผ่นฟิล์มถ่ายรูปที่หุ้มด้วยกระดาษสีดำไว้กับสารประกอบยูเรเนียม แผ่นฟิล์มจะมีลักษณะเหมือนถูกแสง และเมื่อทำการทดลองกับสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่นๆก็ได้ผลเช่นเดียวกัน จึงสรุปว่าน่าจะมีรังสีแผ่ออกมาจากธาตุยูเรเนียม 
ต่อมาปีแอร์ กูรี และมารี กูรี (Pierre Curie และ Marie Curie) ได้ค้นพบว่า ธาตุพอโลเนียม เรเดียม และทอเรียม ก็สามารถแผ่รังสีได้เช่นเดียวกัน ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง เรียกว่า กัมมันตรังสี ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียร และไอโซโทปของธาตุที่สามารถแผ่รังสีได้อย่างต่อเนื่องเรียกว่าไอโซโทปกัมมันตรังสี หรือ สารกัมมันตรังสี เช่น carbon-14 (C-14) สำหรับธาตุที่ทุกไอโซโทปเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสี จะเรียกธาตุที่มีสมบัติเช่นนี้ว่า ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติพบธาตุกัมมันตรังสีหลายชนิด นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังสังเคราะห์ธาตุกัมมันตรังสีขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ
การเกิดกัมมันตภาพรังสี
   กัมมันตภาพรังสีเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดกับไอโซโทปกัมมันตรังสีเพราะนิวเคลียสมีพลังงานสูงมากและไม่เสถียร จึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสี จากการศึกษานักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่า รังสีที่แผ่ออกมาจากไอโซโทปกัมมันตรังสีอาจเป็นรังสีแอลฟา (alpha ray) รังสีเบตา (beta ray) หรือแกมมา (gamma ray) ดังรูป

การแผ่รังสีของไอโซโทปกัมมันตรังสีผ่านสนามไฟฟ้า

รังสีที่แผ่ออกมาจากไอโซโทปกัมมันตรังสี เช่น รังสีแอลฟา บีตา แกมมา มีสมบัติ ดังตาราง

   รังสีที่แผ่ออกมาจากไอโซโทปกัมมันตรังสี นอกจากรังสีแอลฟา บีตา แกมมา แล้วยังมีรังสีชนิดอื่น ๆ เช่น โพซิตรอน (β⁺) โปรตอน (p) ดิวเทอรอน (D) ทริทอน (T) นิวตรอน (n) 

การสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสี
   จากการศึกษาไอโซโทปของธาตุจำนวนมากทำให้ได้ข้อสังเกตว่า ไอโซโทปของนิวเคลียสที่มีอัตราส่วนระหว่างจำนวนนิวตรอนต่อจำนวนโปรตอนไม่เหมาะสมคือนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวตรอนแตกต่างจากจำนวนโปรตอนมากเกินไปจะไม่เสถียร จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสโดยการแผ่รังสี (rediation) ออกมาแล้วเกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่เสถียรกว่า ดังตัวอย่างต่อไปนี้ 
   การแผ่รังสีแอลฟา ส่วนใหญ่เกิดกับนิวเคลียสที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83 และมีจำนวนนิวตรอนต่อโปรตอนในสัดส่วนที่ไม่เหมาะสม เมื่อปล่อยรังสีแอลฟาออกมาจะกลายเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่เสถียรซึ่งมีเลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดังตัวอย่าง

   การแผ่รังสีบีตา เกิดกับนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวตรอนมากกว่าโปรตอนมาก นิวตรอนในนิวเคลียสจะเปลี่ยนไปเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกปลดปล่อยออกจากนิวเคลียสในรูปของรังสีบีตาและนิวเคลียสใหม่จะมีเลขอะตอมเพิ่มขึ้น 1 โดยที่เลขมวลยังคงเดิม ดังตัวอย่าง 

   การแผ่รังสีแกมมา เกิดกับไอโซโทปกัมมันตรังสีที่มีพลังงานสูงมาก หรือไอโซโทปที่สลายตัวให้รังสีแอลฟาหรือบีตา แต่นิวเคลียสที่เกิดใหม่ยังไม่เสถียรเพราะมีพลังงานสูงจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสเพื่อให้มีพลังงานต่ำลง โดยปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาเป็นรังสีแกมมา ดังตัวอย่าง 

   ชนิดของรังสีที่ไอโซโทปกัมมันตรังสีหรือธาตุกัมมันตรังสีปลดปล่อยออกมา สามารถพิจารณาได้จากกราฟในรูป 

เขตเสถียรภาพของไอโซโทปของธาตุและชนิดรังสีที่แผ่นอกเขตเสถียรภาพ 

   จากรูป แถบที่แรเงาแทนแถบเสถียรภาพ (belt of stability) ซึ่งจากรูปจะเห็นว่าธาตุที่มีจำนวนโปรตอน (เลขอะตอม) มากกว่า 83 ไม่มีไอโซโทปที่เสถียร ไอโซโทปที่ไม่เสถียรเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะปล่อยรังสีแอลฟาเพื่อเกิดเป็นไอโซโทปใหม่ที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนลดลง สำหรับไอโซโทปที่มีสัดส่วนของนิวตรอนต่อโปรตอนมากเกินไปมีแนวโน้มแผ่รังสีบีตาเพราะเมื่อปล่อยรังสีบีตาออกมาจะเกิดเป็นไอโซโทปใหม่ที่มีจำนวนโปรตอนเพิ่มขึ้นแต่จำนวนนิวตรอนลดลง (เลขมวลเท่าเดิม) ในขณะที่ไอโซโทปที่มีสัดส่วนของนิวตรอนต่อโปรตอนน้อยเกินไปจะมีแนวโน้มแผ่รังสีโพซิตรอน ซึ่งจะทำให้ไอโซโทปที่เกิดขึ้นมีจำนวนโปรตอนลดลงแต่นิวตรอนเพิ่มขึ้น (เลขมวลเท่าเดิม) 
นิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถสลายตัวและแผ่รังสีได้ตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิหรือความดัน การสลายตัวและแผ่รังสีของไอโซโทปกัมมันตรังสีจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนอนุภาคในนิวเคลียสกัมมันตรังสีนั้น 



อันตรายจากไอโซโทปกัมมันตรังสี
   กิจวัตรต่าง ๆ ในชีวิตประจำวันทั้งการรับประทานอาหาร การดื่มน้ำ การหายใจ ล้วนมีโอกาสที่มนุษย์จะได้รับรังสีจากไอโซโทปกัมมันตรังสี เช่น K-40 C-14 Ra-226 เข้าสู่ร่างกาย นอกจากนี้ยังได้รับรังสีคอสมิก (cosmic ray) ซึ่งส่วนใหญ่มาจากอวกาศ รังสีต่าง ๆ เหล่านี้มีแหล่งกำเนิดจากธรรมชาติ นอกจากนี้บางคนยังได้รับรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้นมา เช่น รังสีจากเครื่องเอกซเรย์ รังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 
แม้มนุษย์จะได้รับรังสีจากกิจวัตรประจำวันแต่การได้รับรังสีจากธรรมชาติหรือจากที่มนุษย์สร้างขึ้นในปริมาณเพียงเล็กน้อย โดยน้อยกว่า 100 มิลลิซีเวิร์ตพบว่า เซลล์เนื้อเยื่อสามารถฟื้นตัวได้แต่การได้รับรังสีมากกว่า 100 มิลลิซีเวิร์ต ทำให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพ เช่น คลื่นไส้ อาเจียน ปวดศีรษะ เป็นมะเร็ง โรคทางพันธุกรรม ต้อแก้วตา การได้รับรังสีปริมาณมากทั่วร่างกายในเวลาสั้น ๆ สามารถทำให้เสียชีวิตได้ 
สำหรับหน่วยงานที่ทำงานเกี่ยวกับรังสีจะต้องแสดงสัญลักษณ์รังสี (radiation symbol) ลงบนฉลากของภาชนะหรือเครื่องมือรวมทั้งบริเวณใกล้เคียง เพื่อให้ผู้พบเห็นได้ระมัดระวัง สัญลักษณ์รังสีใช้เป็นมาตรฐานจะเป็นรูปใบพัด 3 แฉก มีสีม่วงอ่อน ม่วงเข้ม หรือสีดำบนพื้นสีเหลือง

สัญลักษณ์รังสี

   เนื่องจากสัญลักษณ์รังสีดังรูป อาจสื่อความหมายไม่ชัดเจนหรือบุคคลที่ไม่เกี่ยวข้องอาจไม่เข้าใจความหมาย ดังนั้นทบวงปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency หรือ IAEA) และองค์กรระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรฐาน (International Organization for Stan-dardization หรือ ISO) ได้ออกแบบสัญลักษณ์ใหม่เป็นรูปคลื่นของรังสี กะโหลกไขว้ และคนกำลังวิ่ง ดังรูป โดยมีการประกาศใช้เมื่อวันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2550 

สัญลักษณ์รังสีแบบใหม่ 

ครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสี
   ไอโซโทปกัมมันตรังสีจะสลายตัวให้รังสีชนิดใดชนิดหนึ่งออกมาได้เองตลอดเวลา ไอโซโทปกัมมันตรังสีแต่ละชนิดจะสลายตัวได้เร็วหรือช้าแตกต่างกัน อัตราการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีจะบอกเป็น ครึ่งชีวิต (half life) ใช้สัญลักษณ์ t 1/2 โดยหมายถึง ระยะเวลาที่นิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตรังสีสลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตุชนิดหนึ่ง ๆ จะมีครึ่งชีวิตคงเดิมไม่ว่าจะอยู่ในรูปของธาตุหรือเกิดเป็นสารประกอบ เช่น Na-24 มีครึ่งชีวิต 15 ชั่วโมง หมายความว่าถ้าเริ่มต้นมี Na-24 ปริมาณ 10 กรัม นิวเคลียสนี้จะสลายตัวให้รังสีออกมาจนกระทั่งเวลาผ่านไปครบ 15 ชั่วโมง จะมี Na-24 เหลืออยู่ 5 กรัม และเมื่อเวลาผ่านไปอีก 15 ชั่วโมง จะมี Na-24 เหลืออยู่ 2.5 กรัม นั่นคือเวลาผ่านไปทุกๆ 15 ชั่วโมง Na-24 จะสลายตัวไปเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม เขียนแสดงได้ดังรูป 

   ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทปและสามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีแต่ละชนิดได้ ตัวอย่างครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิด แสดงดังตาราง

   ระยะเวลาที่แสดงถึงครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีสามารถนำไปใช้คำนวนหาปริมาณของไอโซโทปกัมมันตรังสีในระยะเวลาต่างๆกันได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้

ปฏิกิริยานิวเคลียร์
   ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตรังสี อาจเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอมที่มีขนาดใหญ่ หรือเกิดจากการรวมตัวของนิวเคลียสของอะตอมที่มีขนาดเล็กแล้วได้ไอโซโทปใหม่หรือนิวเคลียสของธาตุใหม่ รวมทั้งมีพลังงานเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเป็นจำนวนมหาศาล ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ 
ในปี พ.ศ. 2482 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเมื่อยิงอนุภาคนิวตรอนไปยังนิวเคลียสของ U-235 นิวเคลียสจะแตกออกเป็นนิวเคลียสของธาตุที่เบากว่า เช่น 

   กระบวนการที่นิวเคลียสของไอโซโทปของธาตุหนักบางชนิด แตกออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่าดังตัวอย่างที่กล่าวมาแล้วเรียกว่า ฟิชชัน (fission) ไอโซโทปของธาตุอื่นที่สามารถเกิดฟิชชันได้ เช่น U-238 หรือ Pu-239 การเกิดฟิชชันแต่ละครั้งจะคายพลังงานออกมาจำนวนมากและได้ไอโซโทปกัมมันตรังสีหลายชนิด จึงถือได้ว่าฟิชชันเป็นวิธีผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีที่สำคัญ นอกจากนี้ฟิชชันยังได้นิวตรอนเกิดขึ้นด้วย ถ้านิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้ชนกับนิวเคลียสอื่น ๆ จะเกิด ฟิชชันต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) ดังรูป

   ฟิชชันที่เกิดขึ้นภายใต้ภาวะที่เหมาะสม จะได้จำนวนนิวตรอนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ฟิชชันดำเนินไปอย่างรวดเร็วและปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมหาศาล ถ้าไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้อาจเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง หลักการของการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้นำมาใช้ในการทำระเบิดปรมาณู การควบคุมฟิชชันทำได้หลายวิธี เช่น ควบคุมมวลของสารตั้งต้นให้น้อยลงเพื่อให้จำนวนนิวตรอนที่เกิดขึ้นมีไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ หรือใช้โลหะแคดเมียมและโบรอนจับนิวตรอนบางส่วนไว้เพื่อลดจำนวนนิวตรอนที่เกิดขึ้น ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์นำฟิชชันมาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เช่น ใช้ผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูเพื่อใช้ในการเกษตร การแพทย์และอุตสาหกรรม ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าปรมาณู 

ในกรณีที่นิวเคลียสของธาตุเบาสองชนิดหลอมรวมกันเกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ที่มีมวลสูงกว่าเดิมและให้พลังงานปริมาณมาก ดังตัวอย่าง

   กระบวนการนี้เรียกว่า ฟิวชัน (fusion) ปฏิกิริยาทั้งสองนี้เป็นปฏิกิริยาเดียวกับที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ การเกิดฟิวชันจะต้องใช้พลังงานเริ่มต้นสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงผลักระหว่างนิวเคลียสที่จะเข้ารวมกัน ซึ่งประมาณกันว่าจะต้องมีอุณหภูมิสูงถึงหลายล้านองศาเซลเซียส พลังงานมหาศาลนี้อาจได้จากฟิชชันซึ่งเปรียบเสมือนเป็นชนวนที่ทำให้เกิดฟิวชัน ถ้าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากฟิวชันเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจะเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง แต่ถ้าควบคุมให้มีการปล่อยพลังงานออกมาอย่างช้า ๆ และต่อเนื่องจะให้พลังงานมหาศาลที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ฟิวชันมีข้อได้เปรียบกว่าฟิชชันหลายประการกล่าวคือ คายพลังงานออกมามาก สารตั้งต้นของฟิวชันหาได้ง่ายและมีปริมาณมาก นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากฟิวชันเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตสั้นและมีอันตรายน้อยกว่าผลิตภัณฑ์จากฟิชชัน แม้จะมีการค้นพบกระบวนการฟิวชันมานานแต่การนำมาใช้อย่างเป็นรูปธรรมเป็นไปได้ยากเพราะการเกิดฟิวชันต้องใช้อุณหภูมิสูงมาก ซึ่งที่สภาวะนี้สารจะเปลี่ยนรูปเป็นพลาสมา(plasma) ซึ่งไม่เสถียร ดังนั้นการควบคุมกระบวนการฟิวชันให้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็นไปได้ยากมาก 

ตัวอย่างของการพยายามนำความรู้เรื่องฟิวชันมาใช้ประโยชน์ เช่น การสร้างโทคาแมค (tokamak)ขนาดใหญ่ภายใต้โครงการผลิตเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งเป็นการร่วมมือกันในระดับนานาชาติ มีสมาชิกหลักคือ สหรัฐอเมริกา ยุโรป รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น และเกาหลีใต้ โครงการนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างต้นแบบของโรงผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ฟิวชัน 

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารกัมมันตรังสี

   สารกัมมันตรังสีแต่ละสารมีครึ่งชีวิตไม่เท่ากัน และแผ่รังสีแตกต่างกัน การนำสารกัมมันตรังสีมาใช้ประโยชน์จึงแตกต่างกัน

ด้านธรณีวิทยา ใช้คาร์บอน - 14 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 5,730 ปี หาอายุของวัตถุโบราณที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ เช่น ไม้   กระดูก หรือสารอินทรีย์อื่น ๆ การหาอายุวัตถุโบราณโดยการวัดปริมาของ คาร์บอน – 14 ซึ่งเกิดจากไนโตรเจนรวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิก ในบรรยากาศ คาร์บอนทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ได้เป็น CO₂ ซึ่งทำให้มีทั้ง ¹²CO₂ และ ¹⁴CO₂ ปนกัน เมื่อพืชนำ
ไปใช้ในการสังเคราะห์แสง C-14 จะอยู่ในพืชและเมื่อสัตว์กินพืชเป็นอาหาร C-14 ก็จะเข้าไปอยู่ในร่างกาย ในขณะที่พืชและสัตว์มีชีวิต ¹⁴CO₂ จะเข้าไปและขับออกมาอยู่ตลอดเวลา ทำให้มี C-14 ด้วยสัดส่วนคงที่แน่นอน แต่เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง   การรับ C-14 ก็จะหยุดลง ปริมาณ C-14 ก็จะลดลงเพราะเกิดการสลายตัวตัวตลอดเวลา ดังนั้นถ้าทราบอัตราการสลายตัวของ   C-14 ในขณะที่ยังมีชีวิตอยู่และทราบอัตราการสลายตัวขณะนั้น ก็สามารถคำนวณอายุได้

ด้านการแพทย์รังสีจากกัมมันตรังรีสามารถตรวจและรักษาโรคได้หลายชนิด ตัวอย่างเช่น การใช้รังสีแกมมาจากโคบอลต์ -60 การรักษาโรคมะเร็ง โดยเฉพาะฉายรังสีแกมมาเข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง การใช้รังสีจากโซเดียม -24 ซึ่งอยู่ในรูปของเกลือโซเดียมคลอไรด์ในการศึกษาลักษณะการหมุนเวียนของโลหิต โดยการฉีดสารดังกล่าวเข้าไปในเส้นเลือด และการติดตามการแผ่รังสีจากสารจะทำให้ทราบว่า มีการอุดตันหรือการหมุนเวียนของเลือดไม่สะดวกในบางส่วนของระบบการไหลเวียนหรือไม่ นอกจากนี้ยังมีการใช้รังสีไอโอดีน -131 ในการตรวจดูการทำงานของต่อมไทรอยด์ด้วย

ด้านเกษตรกรรม รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีสามารถทำให้สิ่งมีชีวิตกลายพันธุ์ได้ เช่น รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีจะทำให้โครโมโซมในเมล็ดพันธุ์พืชเปลี่ยนไป ดังนั้น เมื่อนำเมล็ดพืชไปเพาะก็จะได้พืชพันธุ์ใหม่ พบว่า โอกาสที่จะได้พืชพันธุ์ใหม่ที่ดี โดยวิธีนี้มีน้อย อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันนี้ก็มีพันธุ์ดีหลายสิบชนิด ทั้งพันธุ์ไม้ดอกและไม้ผลที่เกิดจากวิธีการนี้

   นอกจากสามารถกลายพันธุ์พืชแล้ว รังสีจากธาตุกัมมันตรังสียังช่วยขจัดแมลงได้ด้วย ซึ่งอาจทำได้โดยรังสีอาบตัวแมลงโดยตรงเพื่อทำให้เกิดการแตกตัวของอะตอมในเซลล์ของแมลงเป็นไอออน ซึ่งจะทำให้แมลงตายในที่สุด และอีกวิธีหนึ่งนั้นคือ นำเอาเฉพาะแมลงตัวผู้มาอาบรังสีเพื่อให้เป็นหมันจะได้ไม่สามารถแพร่พันธุ์ได้อีกต่อไป
ประโยชน์อีกอย่างหนึ่งของการใช้รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีคือ การถนอมอาหาร เพราะรังสีนี้สามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา และยีสต์ที่มีอยู่ทั่วไปในอาหารได้ทำให้อาหารไม่เน่าหรือเน่าช้ากว่าปกติ นอกจากนี้รังสียังช่วยป้องกันการงอกของพืชผักบางชนิด เช่น มันฝรั่ง หัวหอม ได้ด้วย ปริมาณรังสีที่ใช้ในการถนอมอาหารแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน ดังนั้น ในการนำอาหารที่อาบรังสีมาบริโภค จะต้องแน่ใจก่อนว่าไม่มีอันตรายใดๆ 

ด้านอุตสาหกรรม ตัวอย่างของการใช้รังสีจากธาตุกัมมันตรังสี ในอุตสาหกรรมที่สำคัญพอสรุปได้ดังนี้ 
ในการควบคุมความหนาแน่นของแผ่นโลหะให้สม่ำเสมอตลอดแผ่น กระทำได้โดยการหยุดเครื่องรีดแผ่นเป็นคราวๆ ไป แต่การทำเช่นนี้ทำให้อัตราการผลิตต่ำ การใช้รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีจะช่วยให้สามารถตรวจสอบได้โดยไม่ต้องหยุดเครื่องรีดแผ่นโลหะ วิธีการที่ใช้กันนั้นแสดงคร่าวๆ ดังภาพ 

   โดยมีหลักการย่อ ดังนี้ ใช้ธาตุกัมมันตรังสีที่ให้รังสีบีตาเป็นแหล่งกำเนิดรังสี โดยปล่อยให้รังสีตกตั้งฉากกับแผ่นโลหะ ซึ่งกำลังเคลื่อนออกจากเครื่องวัด ตั้งเครื่องวัดรังสีไว้ที่ด้านตรงข้ามกับแหล่งกำเนิดรังสีโดยมีแผ่นโลหะอยู่ตรงกลาง ถ้าแผ่นโลหะมีความหนาผิดไปจากที่กำหนดไว้ จะทำให้ปริมาณรังสีที่วัดได้มีค่าผิดไปด้วยแล้ว เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไฟฟ้ากลับไปยังเครื่องรีดเพื่อปรับรีดให้เร็วในมาตรฐานที่ตั้งไว้

   การตรวจสอบความเรียบร้อยในการเชื่อมโลหะ เช่น การเชื่อมท่อ การต่อท่อที่ใช้สำหรับความดันสูง การเชื่อมตัวเรือดำน้ำ การตรวจสอบประเภทนี้สามารถทำได้ โดยใช้รังสีแกมมา ซึ่งสามารถทะลุผ่านแผ่นโลหะได้ โดยนำกัมมันตรังสีที่ให้รังสีแกมมาวางไว้ด้านหนึ่งของสิ่งที่ต้องการตรวจสอบ แล้วใช้จอหรือแผ่นฟิล์มรับรังสีด้านตรงข้ามกับของสิ่งนั้น เมื่อนำฟิล์มไปล้างสามารถเห็นภาพภายในวัตถุได้ว่ามีรอยร้าวหรือโพรงหรือไม่ การตรวจสอบดังกล่าว จะช่วยประหยัดเวลาและแรงงานกว่าวิธีอื่นๆ เป็นอันมาก

การนำธาตุไปใช้ประโยชน์และผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต

   มนุษย์นำธาตุมาใช้ประโยชน์ตั้งแต่อดีตกาล เช่น นำทองคำมาทำเครื่องประดับ นำเหล็กมาทำมีด นำทองแดงมาทำภาชนะเครื่องใช้ ในปัจจุบ้นมีการค้นพบและศึกษาสมบัติของธาตุมากขึ้นจึงมีการนำธาตุมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลายมากขึ้น 
ประโยชน์ของธาตุ
   ธาตุโลหะมีสมบัติการนำความร้อนและนำไฟฟ้าได้ดีจึงนิยมนำมาทำเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น นำทองแดงมาทำสายไฟฟ้า นำสังกะสีมาทำขั้วไฟฟ้าของถ่านไฟฉาย 
ธาตุกึ่งโลหะ เช่น ซิลิกอน เจอร์เมเนียม มีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างสมบัติของโลหะและอโลหะ เช่น นำไฟฟ้าได้แต่นำได้ไม่ดี นิยมนำมาทำเป็นสารกึ่งตัวนำ ซึ่งมีสมบัติในการนำไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวนเพื่อใช้เป็นวัสดุทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ 
ธาตุหมู่ 18 หรือ VIIIA เป็นธาตุที่เฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาจึงนำมาใช้ประโยชน์ตามสมบัติของแก๊สมีสกุล เช่น นำฮีเลียมซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศมาบรรจุในบอลลูนและเรือเหาะแทนแก๊สไฮโดรเจน เนื่องจากแก๊สฮีเลียมไม่ติดไฟเหมือนแก๊สไฮโดรเจน นำอาร์กอนมาเป็นแก๊สบรรจุในหลอดไฟเพื่อให้ไส้หลอดมีอายุการใช้งานที่นานขึ้น 

ผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม
   ธาตุบางชนิดส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เช่น ตะกั่วถูกใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่ โลหะบัดกรีอิเล็กทรอนิกส์ ล้วนส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต เช่น อาจส่งผลต่อระบบการเจริญพันธุ์ ระบบโลหิตและระบบประสาทของสัตว์ในแหล่งน้ำนั้น มนุษย์สามารถนำตะกั่วเข้าสู่ร่างกายได้ 3 ทาง คือ การบริโภค การหายใจ และทางผิวหนัง เมื่อตะกั่วเข้าไปสะสมในร่างกายจะทำให้มีอาการอ่อนเพลีย ปวดท้อง ท้องอืด เบื่ออาหาร ปวดกล้ามเนื้อ ปวดกระดูกและข้อ ความดันโลหิตสูง โลหิตจาง ความจำเสื่อม ภูมิต้านทานลดลง และขัดขวางการทำงานของเอนไซม์ในร่างกาย 
มนุษย์นำแคดเมียมมาใช้ในอุตสาหกรรมผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า โลหะผสม พืชผลทางการเกษตร เช่นในใบยาสูบเมื่อเข้าสู่ร่างกายจะส่งผลให้ไตทำงานผิดปกติ เกิดโรคความดันโลหิตสูง ปวดกระดูกสันหลังทำให้กระดูกผุ หรือเป็นโรคมะเร็งได้ 
ในอดีตเคยมีการนำแก๊สไฮโดรเจนมาบรรจุในลูกโป่งสวรรค์หรือเรือเหาะ ซึ่งการกระทำดังกล่าวนี้ส่งผลให้เกิดอุบัติเหตุมีผู้ได้รับบาดเจ็บสาหัสหลายคน ที่เป็นเช่นนี้เพราะแก๊สไฮโดรเจนเป็นแก๊สที่ติดไฟได้ ซึ่งเมื่อได้รับประกายไฟจึงเกิดระเบิดเป็นเพลิงลุกไหม้ได้ การนำธาตุมาใช้ ล้วนส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ธาตุบางชนิดแม้ไม่ได้มีสมบัติเป็นพิษร้ายแรงแต่การนำมาใช้ไม่ถูกวิธีก็ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อชีวิตและทรัพย์สินได้เช่นกัน