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 ๐C
แต่จากการทดลองสามารถเตรียมกำมะถันได้ทั้ง 2 รูปได้พร้อมกัน
เพราะว่ามีการควบคุมสภาวะการตกผลึกให้แตกต่างจากธรรมชาติ อย่างไรก็ตามผลึกทั้ง 2
รูป มีสูตรโมเลกุลเป็น S8 เหมือนกัน
กล่าวคือใน 1 โมเลกุลจะประกอบด้วยอะตอมกำมะถัน 8 อะตอม
และแต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโควาเลนต์โครงสร้างลิวอิสและแบบจำลองโมเลกุลกำมะถันแสดงดังรูป
โมเลกุลของกำมะถัน
แสดงการจัดเรียงตัวของโมเลกุลกำมะถันในผลึกกำมะถันทั้ง
2
รูป
จากรูปจะสังเกตได้ว่ากำมะถันในผลึกกำมะถันรอมบิกมีการจัดเรียงตัวชิดและอัดแน่นได้มากกว่ากำมะถันมอนอคลินิก
ทำให้ผลึกกำมะถันรอมบิกมีความหนาแน่นมากกว่ากำมะถันมอนอคลินิกเล็กน้อย
นอกจากธาตุกำมะถันแล้วยังมีธาตุอื่นที่ปรากฏอยู่ได้หลายรูป
และในแต่ละรูปมีสมบัติอย่างไร ให้ศึกษาข้อมูลของธาตุตัวอย่างในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 สมบัติบางประการของของแข็งบางชนิดที่อยู่ในรูปต่าง ๆ กัน
ชื่อธาตุ
|
รูปของของแข็ง
|
ลักษณะภายนอก
|
จุดหลอมเหลว
(๐C)
|
จุดเดือด
(๐C)
|
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