ของแข็ง ของเหลว แก๊ส
สมบัติของของแข็ง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคมากกว่าของเหลวและ แก๊ส มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง รูปร่างคงที่
มีปริมาตรคงที่ ณ อุณหภูมิและความดันคงที่ ไม่สามารถไหลได้ในสภาวะปกติ เนื่องจากอนุภาคของ ของแข็งอยู่ชิดติดกันมาก สมบัติของของแข็ง
การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง ผลึก อนุภาคองค์ประกอบ ของของแข็งเรียงตัวกัน อย่างเป็นระเบียบใน 3 มิติ เช่น ก ามะถัน ฟอสฟอรัส
5.2 การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง ของแข็งอสัณฐาน อนุภาคองค์ประกอบ กระจายกัน อยู่อย่างไม่ เป็นระเบียบ เช่น แก้ว ยาง พลาสติก
ของแข็งในรูปผลึกอาจมีการจัดเรียงจัดตัวของโมเลกุลได้หลาย รูปแบบ เรียกว่า การมีอัญรูปของของแข็ง การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง อัญรูป (Allotropes) คือ การที่ของแข็งสามารถจัดเรียงตัวขึ้น เป็นผลึกได้มากกว่า 1 แบบ ท าให้มีสมบัติทางกายภาพและเคมี เปลี่ยนไป ทั้งนี้ไม่นับรวมถึงการจัดตัวที่ไม่เป็นระเบียบที่เรียกว่า ของแข็งอสัญฐาน
ตัวอย่างของแข็งที่จัดเรียงตัวได้หลายแบบ ก ามะถัน ฟอสฟอรัส คาร์บอน
ก ามะถัน ก ามะถัน มีรูปแบบที่เป็นผลึกอยู่ 2 แบบ คือ 1.ก ามะถันแอลฟา หรือก ามะถันรอมบิก (Rhombic sulphur) 2.ก ามะถันบีตา หรือก ามะถันมอนอคลินิก (Monoclinic sulphur) ซึ่งเกิดจากการจัดเรียงตัวที่ต่างกัน ส่งผลให้มีคุณสมบัติบาง ประการไม่เหมือนกันด้วย เช่น สี จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น
ก ามะถันรอมบิก (Rhombic sulphur) ประกอบด้วย S 8 อะตอมต่อกันเป็นวง เป็นของแข็งผลึกสีเหลือง ผลึกมีลักษณะเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนม เปียกปูน พบมากในธรรมชาติ (เสถียรที่ 25 0 c)
ก ามะถันมอนอคลินิก (Monoclinic sulphur) ผลึกจะมีลักษณะเป็นแท่งยาวคล้ายเข็ม เสถียรน้อยกว่าก ามะถันรอมบิก อยู่ตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 96 0 c ที่อุณหภูมิสูงกว่า 96 0 c ก ามะถัน รอมบิกจะกลายเป็นก ามะถัน มอนอคลินิกอย่างช้าๆ
สมบัติ ก ามะถันรอมบิก ก ามะถันมอนอคลินิก รูปผลึก เหลี่ยม เข็ม สี เหลืองอ่อน เหลืองเข้ม ความหนาแน่น 2.07 g/cm 3 1.96 g/cm 3 จุดหลอมเหลว 112.8 ๐C 119 ๐C จุดเดือด 444.6 ๐C 444.6 ๐C การน าไฟฟ้า ไม่น าไฟฟ้า ไม่น าไฟฟ้า
การจัดเรียงตัวของโมเลกุลก ามะถัน จากรูปจะสังเกตได้ว่าโมเลกุลก ามะถันในผลึกก ามะถันรอมบิกมี การจัดเรียงตัวชิดและอัดแน่นได้มากกว่าก ามะถันมอนอคลินิก ท าให้ผลึกก ามะถันรอมบิกมีความหนาแน่นมากกว่าก ามะถัน มอนอคลินิก
ฟอสฟอรัส ผลึกฟอสฟอรัสนั้นพบอยู่ 3 แบบ คือ 1.ฟอสฟอรัสขาว 2.ฟอสฟอรัสแดง 3.ฟอสฟอรัสด า
ฟอสฟอรัสขาว ประกอบด้วยฟอสฟอรัส 4 อะตอม มีสูตรโมเลกุล P4 มีสีขาว นิ่มคล้ายขี้ผึ้ง ว่องไวในการท าปฏิกิริยาเคมีและ สามารถลุกไหม้ได้เองเมื่อสัมผัส กับอากาศ ใช้ประโยชน์ในการท าลูกระเบิด หรือระเบิดเพลิง
ฟอสฟอรัสแดง โครงสร้างเป็นสายยาวต่อกัน ไป (พอลิเมอร์) เสถียรมากกว่าฟอสฟอรัส ขาว จึงใช้ท าไม้ขีดไฟ
ฟอสฟอรัสด า มีโครงสร้างแบบโครงผลึกร่าง ตาข่าย เสถียรกว่าฟอสฟอรัสแดง ติดไฟยาก
สมบัติ ฟอสฟอรัสขาว ฟอสฟอรัสแดง ฟอสฟอรัสด า ลักษณะ ของแข็งสีขาว หรือเหลือง ของแข็งสีแดง ของแข็งสีด า จุดหลอม เหลว 44 ๐C 590 ๐C ( ที่ความ ดันสูง) 610 ๐C ความ หนาแน่น 1.82 g/cm 3 2.34 g/cm 3 2.70 g/cm 3 การน า ไฟฟ้า ไม่น าไฟฟ้า ไม่น าไฟฟ้า น าไฟฟ้าเล็กน้อย ที่อุณหภูมิสูง
คาร์บอน ผลึกคาร์บอนนั้นพบอยู่ 3 แบบ คือ 1. แกรไฟต์ 2. เพชร 3. ฟลูเลอรีน
แกรไฟต์ เป็นโครงสร้างที่พบได้ง่ายใน ธรรมชาติ เกิดจากอะตอมของคาร์บอนที่มี พันธะคู่อยู่ 1 พันธะมาต่อกัน เป็นโครงสร้างแบบระนาบ โดยมี ลักษณะเชื่อมต่อกันไป สามารถน า ไฟฟ้าได้ในแนวระนาบ
เพชร เป็นโครงสร้างที่แข็งแรงที่สุด เกิดจากคาร์บอนที่เกิดพันธะเดี่ยว ต่อกันทั้งหมดจนเป็นโครงร่าง ตาข่ายที่แต่ละหน่วยมีพันธะยื่น ออกมา 4 ข้าง
ฟลูเลอรีน เป็นสารตระกูลคาร์บอนที่มีโครงสร้าง คล้ายลูกบอล เกิดจากแกรไฟต์ที่ม้วนตัวขึ้นเป็นทรง กลมที่ประกอบด้วยรูป 5 เหลี่ยม และ 6 เหลี่ยมเชื่อมกัน เป็นตระกูลสารอะโรมาติกที่มีขนาดใหญ่ ที่สุดก็ว่าได้สังเคราะห์ได้ครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1985
สมบัติ แกรไฟต์ เพชร ฟลูเลอรีน ลักษณะ ผงหรือแผ่นสี ด า ผลึกรูปเหลี่ยม ไม่มีสี ผงสีด า จุดหลอม เหลว 3727 ๐C สูงกว่า3550 ขึ้นอยู่กับจ านวน C อะตอม ความ หนาแน่น 2.25 g/cm 3 3.51 g/cm 3 ขึ้นอยู่กับจ านวน C อะตอม การน า ไฟฟ้า น าไฟฟ้า ไม่น าไฟฟ้า ไม่น าไฟฟ้า
5.3 ชนิดของผลึก
ผลึกโมเลกุล
ผลึกโมเลกุล ชนิดของ อนุภาค ภายในผลึก ชนิดของพันธะ สมบัติทั่วไป ตัวอย่าง โมเลกุล หรือ อะตอม โมเลกุลมีขั้ว แรงดึงดูด ระหว่างขั้ว พันธะ ไฮโดรเจน โมเลกุลไม่มีขั้ว แรงลอนดอน อ่อนหรือแข็ง ปานกลาง จุดหลอมเหลว ต่ า ไม่น าความร้อน ไม่น าไฟฟ้า โมเลกุลมีขั้ว น้ าแข็ง แอมโมเนีย โมเลกุลไม่มีขั้ว แนฟทาลีน
ผลึกโคเวเลนต์ร่างตาข่าย
ผลึกโคเวเลนต์ร่างตาข่าย ชนิดของ อนุภาคภายใน ผลึก ชนิดของพันธะ สมบัติทั่วไป ตัวอย่าง อะตอม พันธะโคเวเลนต์ แข็ง จุดหลอมเหลวสูง ส่ ว น ใ ห ญ่ ไ ม่ น า ความร้อนและไฟฟ้า เพชร แกรไฟต์ ควอตซ์
ผลึกโลหะ ชนิดของ อนุภาคภายใน ผลึก ชนิดของพันธะ สมบัติทั่วไป ตัวอย่าง อะตอม พันธะโลหะ แข็ง จุดหลอมเหลวสูง น าความร้อนและ ไฟฟ้าได้ดี เหล็ก ทองแดง โซเดียม แมกนีเซียม
ผลึกไอออนิก
ผลึกไอออนิก ชนิดของ อนุภาคภายใน ผลึก ชนิดของพันธะ สมบัติทั่วไป ตัวอย่าง ไอออน พันธะไอออนิก แข็งเปราะ จุดหลอมเหลวสูง ไม่ น าค วามร้ อ น และไฟฟ้า KNO3 AgCl CaF2 MgCl2
5.2 การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง ของแข็งอสัณฐาน อนุภาคองค์ประกอบ กระจายกัน อยู่อย่างไม่ เป็นระเบียบ เช่น แก้ว ยาง พลาสติก
5.4 การเปลี่ยนแปลงสถานะของของแข็ง การเปลี่ยนสถานะของของแข็งมี 2 ประเภท ได้แก่ การหลอมเหลว การระเหิด
การหลอมเหลว เมื่อให้ความร้อนแก่ของแข็ง อนุภาคของของแข็งจะมี พลังงานจลน์มากขึ้น เกิดการสั่นจนบางอนุภาคมีพลังงาน สูงกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค อนุภาคของของแข็ง จึงอยู่ห่างกันมากขึ้น ของแข็งจึงเกิดการเปลี่ยนสถานะ เป็นของเหลว เรียกว่า การหลอมเหลว เรียกอุณหภูมิที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวที่ ความดัน 1 บรรยากาศว่า จุดหลอมเหลว
การระเหิด การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง กลายเป็นไอโดยไม่ผ่านสถานะ ของเหลว เรียกว่า การระเหิด การระเหิดเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ เกิดกับสารบางชนิดที่ไม่มีขั้วหรือมี ขั้วน้อยมาก และมีแรงยึดเหนี่ยว ระหว่างอนุภาคเป็นแรงแวนเดอร์ วาลส์อย่างอ่อน
การระเหิด เมื่ออนุภาคของสารได้รับความร้อน จากสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อย จะ ท าให้อนุภาคของสารนั้นแยกออก จากผลึก โดยเฉพาะอนุภาคที่อยู่ บริเวณผิวหน้าของผลึกจะหยุดออก และเคลื่อนที่เป็นอิสระได้ง่าย ของแข็งบางชนิด เช่น แนฟทาลีน (ลูกเหม็น) พิมเสน หรือการบูร
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยกว่า ของแข็ง จัดเรียงอนุภาคไม่เป็นระเบียบ มีที่ว่างระหว่างอนุภาคเล็กน้อย ไหลได้ สามารถเทของเหลวจากภาชนะ หนึ่งไปภาชนะหนึ่งได้ 5.5สมบัติของของเหลว
รูปร่างของของเหลวจะเปลี่ยนไปตามภาชนะที่บรรจุ มีปริมาตรคงที่ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ สามารถแพร่ได้ สมบัติของของเหลว
สมบัติของของเหลว สมบัติของของเหลวที่จะท าการศึกษา มีดังนี้ ความตึงผิว การระเหย ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว
5.5.1 ความตึงผิว หยดน้ าบนใบไม้ แมลงบนผิวหน้าของน้ า
ความตึงผิว แรงที่ดึงผิวของของเหลวเข้ามาภายในเพื่อให้พื้นที่ ผิวของของเหลวเหลือน้อยที่สุดเรียกว่า แรงดึงผิว
ความตึงผิว แรงดึงผิวของของเหลว • จะท าให้ของเหลวปริมาณน้อยๆ มี รูปร่างค่อนข้างเป็นทรงกลม เช่น 1 หยด • รูปทรงกลมมีพื้นที่ผิวน้อยที่สุด • ผิวของเหลวถูกดึงจนตึงเปรียบเสมือน แผ่นยางยืดบางๆ ปกคลุมของเหลวไว้ • น้ ามีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ แข็งแรงและมีแรงดึงผิวมาก หยดน้ าบนใบไม้
ความตึงผิว ในกรณีที่เพิ่มพื้นที่ผิวของของเหลว โมเลกุลที่อยู่ด้านในจะต้อง เคลื่อนที่ออกมายังพื้นผิวของของเหลว โมเลกุลเหล่านี้ต้องใช้ พลังงานเพื่อเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อยู่รอบข้าง งานที่ต้องใช้ในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หน่วย เรียกว่า ความตึงผิว ความตึงผิวของของเหลวจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงยึด เหนี่ยวระหว่างโมเลกุลในของเหลว ถ้าของเหลวใดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง ความตึงผิวจะ มีค่าสูงด้วย
ความตึงผิว ของเหลว สูตร ความตึงผิว(N/m) ปรอท น้ า เบนซีน เอทานอล เฮกเซน ไดเอทิลอีเทอร์ Hg H2 O C6 H6 C2 H5 OH C6 H14 C2 H5 OC2 H5 0.4855 0.0720 0.0282 0.0220 0.0179 0.0167 ตารางแสดง ความตึงผิวของของเหลวบางชนิดที่อุณหภูมิ 25 ๐C
จากตารางแสดงความตึงผิวของของเหลวบางชนิดที่อุณหภูมิ 25 ๐C ปรอทมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคเป็นพันธะโลหะมีความ แข็งแรงมาก ความตึงผิวของปรอทจึงมีค่าสูง ไดเอทิลอีเทอร์มีแรงลอนดอนเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ซึ่งมีความแข็งแรงน้อย ความตึงผิวจึงมีค่าน้อย น้ า ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจน จึงมีค่าความตึงผิวมาก ความตึงผิว
ความตึงผิว อุณหภูมิ( ๐C) 10 25 50 75 100 ความตึงผิว (N/m) 0.0742 0.0720 0.0679 0.0636 0.0589 ตารางแสดง ความตึงผิวของน้ าที่อุณหภูมิต่างๆ อุณหภูมิมีผลต่อความตึงผิวของน้ า อย่างไร
ความตึงผิว เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนจะท าให้ความตึง ผิวของของเหลวนั้นเปลี่ยนไปด้วย เช่น น้ า ความตึงผิวจะลดลงเมื่อ อุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเติมสารบางชนิด เช่น น้ าสบู่ลงไป ในน้ า จะท าให้ความตึงผิวของน้ า เปลี่ยนแปลงด้วย
ปัจจัยที่มีผลต่อความตึงผิวของของเหลว 1) แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล - ถ้าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมาก พลังงานที่ใช้ในการขยาย พื้นที่ผิวจะมาก - ถ้าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลน้อย พลังงานที่ใช้ในการขยาย พื้นที่ผิวจะน้อย
ปัจจัยที่มีผลต่อความตึงผิวของของเหลว 2) อุณหภูมิ - เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานจลน์ของแต่ละโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น แต่ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลลดลง ท าให้ความตึงผิวลดลง - เมื่ออุณหภูมิลดลง พลังงานจลน์ของแต่ละโมเลกุลจะลดลง แต่แรง ดึงดูดระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ท าให้ความตึงผิวเพิ่มขึ้น