วันเสาร์ที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2558

การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง

การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง
          ในชีวิตประจำวันเราสามารถพบสารสถานะของแข็งที่มีรูปร่างแตกต่างกัน เช่น น้ำตาล เกลือแกง มีลักษณะเป็นเกล็ดสี่เหลี่ยม สารส้ม โพแทสเซียมไนเตรดหรือดินประสิวมีลักษณะเป็นก้อนมีเหลี่ยมมุม กำมะถันมีลักษณะเป็นผง เพราะเหตุใดสารเหล่านี้จึงมีรูปร่างแตกต่างกัน นักเรียนคิดว่าสารชนิดเดียวกันปรากฏอยู่ในรูปแตกต่างกันได้หรือไม่
          จากการศึกษารูปผลึกของกำมะถันโดยการทดลองทำปฏิกิริยาระหว่างกำมะถันผงกับโทลูอีนแล้วอุ่นในบีกเกอร์น้ำร้อนคนจนกำมะถันละลายหมด จากนั้นลดอุณหภูมิของสารละลายจนมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิ ห้อง โดยที่ขณะที่ลดอุณหภูมิยังคงแช่สารละลายอยู่ในบีกเกอร์ร้อน แล้วสังเกตการณ์เปลี่ยนแปลง จากนั้นเทสารละลายลงในกระจกนาฬิกาแล้วนำไปวางไว้ในที่ที่อากาศถ่ายเทได้ดีเพื่อให้โทลูอีนระเหยอย่างรวดเร็ว จากนั้นสังเกตลักษณะของกำมะถันที่เกิดขึ้น พบว่า กำมะถันที่มีลักษณะเป็นผงละลายได้ในโทลูอีน เมื่อนำมาทำเป็นสารละลายอิ่มตัวตั้งไว้ให้ตัวทำละลายระเหยออกไป จะได้ของแข็งในรูปผลึกที่มีลักษณะแตกต่างกัน รูปแรกมีลักษณะเป็นแท่งยาวคลายเข็ม เรียกว่า กำมะถันรูปเข็มหรือกำมะถันมอนอคลินิก และอีกรูปหนึ่งมีลักษณะเป็นเหลี่ยมคล้ายสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน เรียกว่า กำมะถันรอมบิก ดังรูป
                            ก. กำมะถันมอนอคลินิก                              ข. กำมะถันรอมบิก

ผลึกกำมะถัน
          ในธรรมชาติมักจะพบกำมะถันรอมบิกเป็นส่วนใหญ่เนื่องจากเสถียรที่อุณหภูมิห้อง ส่วนกำมะถันมอนอคลินิกจะเสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 96 C แต่จากการทดลองสามารถเตรียมกำมะถันได้ทั้ง 2 รูปได้พร้อมกัน เพราะว่ามีการควบคุมสภาวะการตกผลึกให้แตกต่างจากธรรมชาติ อย่างไรก็ตามผลึกทั้ง 2 รูป มีสูตรโมเลกุลเป็น S8 เหมือนกัน กล่าวคือใน 1 โมเลกุลจะประกอบด้วยอะตอมกำมะถัน 8 อะตอม และแต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโควาเลนต์โครงสร้างลิวอิสและแบบจำลองโมเลกุลกำมะถันแสดงดังรูป

โมเลกุลของกำมะถัน

        นอกจากนี้การสังเกตเห็นว่าผลึกกำมะถันมีรูปร่างแตกต่างกัน อธิบายได้ว่าเนื่องจากมีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลกำมะถันแตกต่างกัน ดังรูป
แสดงการจัดเรียงตัวของโมเลกุลกำมะถันในผลึกกำมะถันทั้ง 2 รูป
          จากรูปจะสังเกตได้ว่ากำมะถันในผลึกกำมะถันรอมบิกมีการจัดเรียงตัวชิดและอัดแน่นได้มากกว่ากำมะถันมอนอคลินิก ทำให้ผลึกกำมะถันรอมบิกมีความหนาแน่นมากกว่ากำมะถันมอนอคลินิกเล็กน้อย นอกจากธาตุกำมะถันแล้วยังมีธาตุอื่นที่ปรากฏอยู่ได้หลายรูป และในแต่ละรูปมีสมบัติอย่างไร ให้ศึกษาข้อมูลของธาตุตัวอย่างในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 สมบัติบางประการของของแข็งบางชนิดที่อยู่ในรูปต่าง ๆ กัน
ชื่อธาตุ

รูปของของแข็ง
ลักษณะภายนอก
จุดหลอมเหลว
(C)
จุดเดือด
(C)
ความหนาแน่น
(g/cm3)
สภาพนำไฟฟ้า
กำมะถัน
รอมบิก

มอนอคลินิก
ผลึกรูปเหลี่ยมสีเหลือง
ผลึกรูปเข็มสีเหลือง
112.80

119
444.67

444.67
2.07

1.96
ไม่นำ

ไม่นำ
คาร์บอน
แกรไฟต์
เพชร

ฟุลเลอรีน
ผงหรือแผ่นสีดำ
ผลึกรูปเหลี่ยม
ไม่มีสี
ผงสีดำ
3727*
สูงกว่า 3550
~
3642*
4827

~
2.25
3.51

~
นำ
ไม่นำ

ไม่นำ
ฟอสฟอรัส
ฟอสฟอรัสขาว

ก้อนสีขาว

44

280

1.82

ไม่นำ


ฟอสฟอรัสแดง
ฟอสฟอรัสดำ
ผงสีแดง
เกล็ดสีดำ
590**
-
417*
-
2.34
-
ไม่นำ
นำ

*ระเบิด     **หลอมเหลวที่ความดัน 43 บรรยากาศ     -ไม่มีข้อมูล    ~ขึ้นอยู่กับจำนวนคาร์บอนอะตอม
ก.       โครงสร้างของธาตุฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปต่าง ๆ
โครงสร้างของธาตุคาร์บอนและธาตุฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปต่าง ๆ

          จากข้อมูลในตารางที่ 1 และรูปโครงสร้างของธาตุคาร์บอนและธาตุฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปต่าง ๆ แสดงว่าธาตุบางธาตุในสถานะของแข็งมีการจัดเรียงอนุภาคภายในโครงสร้างแตกต่างกัน ทำให้ธาตุเหล่านั้นปรากฏได้หลายรูปและมีสมบัติแตกต่างกัน ซึ่งจากสมบัติแตกต่างกันนี้ทำให้สามารถนำธาตุเหล่านี้ไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ธาตุคาร์บอนมีอยู่ในรูปของแกรไฟต์ เป็นของแข็งสีดำ ผิวมันวาวเล็กน้อยและลื่น จึงนิยมนำแกรไฟต์มาทำเป็นไส้ดำสอและส่วนผสมของน้ำมันหล่อลื่น ธาตุคาร์บอนมีอยู่ในรูปของเพชรซึ่งมีความแข็งแรงมากจึงนิยมนำมาใช้ทำหัวเจาะหรืออุปกรณ์ตัดวัสดุอื่น ๆ และธาตุคาร์บอนมีอยู่ในรูปของฟุลเลอรีนซึ่งมีโครงสร้างที่แข็งแรงมาก ส่วนใหญ่นำมาใช้ประโยชน์ในทางด้านการแพทย์ ธาตุฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปฟอสฟอรัสขาว นิ่มคล้ายขี้ผึ้ง ว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเคมีและสามารถลุกไหม้ได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศ จึงใช้ประโยชน์ในการลูกระเบิดหรือระเบิดเพลิง สำหรับฟอสฟอรัสแดงมีโครงสร้างเป็นพอลิเมอร์ เสถียรมากกว่าฟอสฟอรัสขาว จึงใช้ทำไม้ขีดไฟ
กิจกรรมระหว่างเรียน เรื่องที่ 3 การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง
คำชี้แจง ให้นักเรียนศึกษาเนื้อหาตอนที่ 3 การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง แล้วบันทึกสาระสำคัญในประเด็นต่อไปนี้
1) การจัดเรียงอนุภาคในของแข็งต่างชนิดกันแตกต่างกันหรือไม่ ..............................................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................................. 2) ผลึกของกำมะถันมีกี่ลักษณะ อะไรบ้าง และแต่ละลักษณะมีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างไร .............................................................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................................................

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น