วันพุธที่ 30 มกราคม พ.ศ. 2556

รูปของกำมะถัน

กำมะถันมีมีลักษณะเป็นผงสามารถละลายได้ในโทลูอีน (C6H5–CH3) เมื่อทำให้เป็นสารละลายอิ่มตัวแล้วตั้งทิ้งไว้จะได้ของแข็งในรูปผลึกที่มีลักษณะแตกต่างกัน 2 รูป แต่ละรูปมีสมบัติทางกายภาพแตกต่างกัน ดังนี้

1. กำมะถันรอมบิก (Rhombic sulphur)

มีลักษณะเป็นเหลี่ยมคล้ายสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน ในธรรมชาติจะพบกำมะถันรอมบิกเป็นส่วนใหญ่ เป็นรูปที่เสถียรที่สุด เนื่องจากยู่ตัวที่อุณหภูมิห้อง หรืออุณหภูมิต่ำกว่า 95.5OC มีสูตรโมเลกุลเป็น S8 มีความถ่วงจำเพาะ 2.06 จุดหลอมเหลว 112.8OC (ประมาณ 113OC) ละลายได้ดีใน CS2 เบนซีน (C6H6) โทลูอีน และน้ำมันสนที่ร้อน ไม่ละลายน้ำ


กำมะถันรอมบิก


กำมะถันรอมบิก


2. กำมะถันมอนอคลินิก (Monoclinic sulphur)

มีลักษณะเป็นแท่งยาวคล้ายเข็ม เป็นผลึกโปร่งใส มีสีเหลืองเข้มกว่ากำมะถันรอมบิก มีสูตรโมเลกุลเป็น S8 ความถ่วงจำเพาะ 1.96 จุดหลอมเหลว 119OC ละลายได้ดีใน CS2 ไม่ละลายน้ำ อยู่ตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 96OC ถ้าอุณหภูมิต่ำกว่านี้จะเปลี่ยนกลับไปเป็นกำมะถันรอมบิก ดังนั้นจึงอาจเตรียมกำมะถันรอมบิกจากกำมะถันมอนอคลินิกโดยการลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่า 96OC กำมะถันมอนอคลินิกเตรียมได้โดยนำกำมะถันผงละลายในโทลูอีนร้อน ๆ จนได้สารละลายอิ่มตัว แล้วกรองหลังจากทิ้งไว้ให้เย็น จะได้ผลึกแยกออกมา


กำมะถันมอนอคลินิก




กำมะถันมอนอคลินิก


นอกจากรูปผลึกทั้งสองแบบแล้ว ยังมีกำมะถันที่ไม่มีรูปอีกหลายชนิด เช่น กำมะถันพลาสติก (Plastic sulphur) กำมะถันขาว (White sulphur) กำมะถันคอลลอยด์ (Colloidal sulphur)


การจัดเรียงตัวของโมเลกุลกำมะถัน


การที่ผลึกกำมะถันมีรูปร่างต่างกัน เนื่องจากมีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลต่างกัน โดยโมเลกุลกำมะถันในผลึกกำมะถันรอมบิกมีการจัดเรียงตัวชิดและอัดแน่นมากกว่ากำมะถันมอนอคลินิก ทำให้ลึกกำมะถันรอมบิกมีความหนาแน่นมากกว่ากำมะถันมอนอคลินิกเล็กน้อย
ของแข็งอสัณฐาน
ของแข็งบางประเภท เช่น แก้ว ยาง พลาสติก เป็นของแข็งที่ไม่มีรูปผลึก ของแข็งที่ไม่มีรูปผลึกเรียกว่า ของแข็งอสัณฐาน ของแข็งประเภทนี้มีการจัดเรียงอนุภาคภายในไม่เป็นระเบียบ เมื่อแตกหักจะได้ชิ้นส่วนที่ไม่เป็นรูปทรงเรขาคณิต หรือเมื่อได้รับความร้อนปริมาณมากพอจะค่อย ๆ อ่อนตัวกลายเป็นของเหลวและไหลได้ ของแข็งประเภทนี้ส่วนใหญ่ไม่สามารถหาจุดหลอมเหลวที่แน่นอนได้ แต่มีบางชนิด เช่น เมื่อใช้เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่มีลักษณะเฉพาะจะสามารถหาจุดหลอมเหลวได้


ผลึกควอตซ์ แก้วควอตซ์

การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง

 
 
การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง
การหลอมเหลว (melting)
เมื่อให้ความร้อนแก่ของแข็ง อนุภาคของของแข็งจะมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น ทำให้อนุภาคมีการสั่นมากขึ้น และมีการถ่ายโอนพลังงานให้แก่อนุภาคข้างเคียงอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งบางอนุภาคของของแข็งมีพลังงานสูงกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค อนุภาคของของแข็งจึงเริ่มเคลื่อนที่และอยู่ห่างกันมากขึ้น ของแข็งจึงเกิดการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว เรียกว่า การหลอมเหลว (melting) และเรียกอุณหภูมิในขณะที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวที่ความดันหนึ่ง บรรยากาศว่า จุดหลอมเหลว (melting point)
การหลอมเหลวของน้ำแข็ง
การระเหิด (Sublimation)
การระเหิดของสารเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดกับสารชนิดที่ไม่มีขั้วหรือมีขั้วน้อยมาก และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals forces) อย่างอ่อน เช่น แรงลอนดอน (London forces) เมื่ออนุภาคของสารได้รับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อย จะทำให้อนุภาคของสารนั้นแยกออกจากผลึก โดยเฉพาะอนุภาคที่อยู่บริเวณผิวหน้าของผลึกจะหลุดออกและเคลื่อนที่เป็นอิสระได้ง่าย เช่น การระเหิดของไอโอดีน การระเหิดของแนฟทาลีน การะบูร เมนทอล เป็นต้น
การระเหิดของแนฟทาลีน (naphthalene)
การระเหิดของน้ำแข็งแห้ง
ผลึกเมนทอล (menthol) สามารถระเหิดได้
ผลึกการบูร (camphor) สามารถระเหิดได้
 


 

 
 
 
 
 
 

ชนิดของผลึก

ชนิดของผลึก
ของแข็งที่อยู่ในรูปผลึกมีลักษณะที่สำคัญคือมีการจัดเรียงอนุภาคภายในอย่างมีระเบียบในสามมิติ แต่ละอนุภาคยึดเหนี่ยวด้วยแรงชนิดต่าง ๆ มีโครงสร้างทางเรขาคณิตที่แน่นอน ของแข็งบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจนและคงที่ นั่นคือเมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลวสารประเภทนี้จะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวทันที
ถ้าใช้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคภายในผลึกเป็นเกณฑ์ สามารถแบ่งของแข็งในรูปผลึกได้ 4 ประเภท ดังนี้
ประกอบด้วยโมเลกุลที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ และหรือพันธะไฮโดรเจนถ้าเป็นผลึกของโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลจะเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ประเภทแรงลอนดอน เช่น แนฟทาลีน น้ำแข็งแห้ง ถ้าเป็นของแข็งที่โมเลกุลมีขั้วจะยึดเหนี่ยวด้วยแรงดึงดูดระหว่างขั้ว หรือพันธะไฮโดรเจน เช่น นำแข็ง แอมโมเนียแข็ง ซึ่งโมเลกุลจะยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ของแข็งที่เป็นผลึกโมเลกุลส่วนใหญ่จะมีลักษณะค่อนข้างอ่อนหรือแข็งปานกลาง มีจุดหลอมเหลวต่ำ ไม่นำไฟฟ้า สำหรับผลึกของโมเลกุลไม่มีขั้วบางชนิดระเหิดได้ง่าย เช่น แนฟทาลีน




ประกอบด้วยอะตอมที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น แกรไฟต์ เพชร ซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมของคาร์บอนอื่นอีก 3 อะตอม และ 4 อะตอมตามลำดับ เกิดเป็นสารที่มีโครงผลึกร่างตาข่าย ของแข็งประเภทนี้มีจุดหลอมเหลวสูง มีความแข็ง แต่ความแข็งจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการจัดเรียงอะตอมในโครงผลึกร่างตาข่าย

การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง

ของแข็งที่เกิดจากการเรียงอนุภาคอย่างเป็นระเบียบ มีรูปร่างเฉพาะตัวเรียกว่าผลึก ผลึกของของแข็งแต่ละชนิดจะมีผิวหน้าที่เรียบ ซึ่งทำมุมกันด้วยค่าที่แน่นอน เป็นลักษณะเฉพาะตัว ผลึกที่มีขนาดใหญ่ ๆ เมื่อทำให้ผลึกเล็กลงเช่นโดยการบด ส่วนเล็ก ๆ จะยังคงรักษารูปผลึกเป็นแบบเดิมอยู่ โดยทั่วไปของแข็งชนิดเดียวกันจะมีการจัดเรียงอนุภาคเป็นแบบเดียวกันไม่ว่าของแข็งนั้นจะเกิดขึ้นโดยธรรมชาติหรือสังเคราะห์ขึ้น ผลึกของของแข็งจะมีจุดหลอมเหลวคงที่ และมีช่วงอุณหภูมิของการหลอมเหลวสั้น





การที่ของแข็งมีการจัดเรียงโมเลกุลต่างกัน ทำให้เกิดผลึกที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลให้สมบัติทางกายภาพ เช่น จุดเดือด จุดหลอมเหลว และความหนาแน่นแตกต่างกัน
·       ในกรณีที่ของแข็งชนิดหนึ่งมีผลึกได้หลายแบบ เรียกว่า มีรูป (Polymorphism)
·       ในกรณีที่ธาตุชนิดเดียวกันแต่มีการจัดเรียงโครงสร้างของโมเลกุลหรือโครงสร้างของผลึกต่างกัน ก็เรียกว่ารูป (Allotrope)