สมบัติของของแข็ง (Solid)

สมบัติของของแข็ง (Solid)

                     1. ปริมาตรคงที่ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดภาชนะที่บรรจุ
2. มีรูปร่างคงที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามรูปร่างของภาชนะ
3. มีอนุภาคอยู่ชิดติดกันอย่างมีระเบียบ
4. สามารถระเหิดได้

                        โมเลกุลของสารในสถานะของแข็งจะอยู่ชิดกันมาก ของแข็งจึงมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูงกว่าในสถานะของเหลว ทำให้ของแข็งมีรูปร่างและปริมาตรแน่นอน ไม่เปลี่ยนไปตามภาชนะที่บรรจุ โมเลกุลของของแข็งเคลื่อนที่ไม่ได้ แตก็มีการสั่นสะเทือนอยู่ตลอดเวลา

การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง

                         1. การหลอมเหลว (melting) คือ กระบวนการที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่งขณะที่ของแข็งหลอมเหลวอุณหภูมิจะคงที่เรียกว่า จุดหลอมเหลวของแข็งบริสุทธิ์ต่างชนิดกันมีจุดหลอมเหลวต่างกันเพราะของแข็งแต่ละชนิดมีแรงยึดเหนี่ยวแตกต่างกันและจุดหลอมเหลวเป็นสมบัติเฉพาะตัวของสารที่เป็นของแข็ง

                        2. การระเหิด (sublimation) คือ กระบวนการที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นไอ โดยไม่ต้องเปลี่ยนเป็นของเหลวก่อน ส่วนมากของแข็งที่ระเหิดได้เป็นของแข็งที่อนุภาคมีแรงยึดเหนี่ยวกันน้อยเช่นลูกเหม็น (แนพทาลีน) การบูร ไอโอดีน น้ำแข็งแห้ง(co2(s))

ปัจัยที่มีผลต่อการระเหิดของของแข็ง

                  1. อุณหภูมิ ณ อุณหภูมิสูงของแข็งระเหิดได้มากกว่าที่อุณหภูมิต่ำ

                  2. พื้นที่ผิวของของแข็ง ของแข็งที่มีพื้นที่ผิวหน้ามากจะเหิดได้ดีกว่า ของแข็งที่มีพื้นที่ผิวหน้าน้อย

                  3. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค ของแข็งใดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยจะระเหิดได้จ่าย แต่ถ้ามีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคมากขึ้นจะระเหิดได้ช้า

การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง

                 ธาตุต่างๆ บางชนิดในธรรมชาติจะมีการจัดเรียงตัวของอะตอมในรูปของโมเลกุลได้หลายรูปแบบ เราเรียกว่าอัญรูป (allotrope) ของธาตุเช่นกำมะถันมีโครงสร้างผลึกเป็นรอมบิก (rhombic) และมอนอคลินิก(monoclinic)การที่สารสามารถเปลี่ยนโครงสร้างจากแบบหนึ่งไปอีกแบบหนึ่งได้ภายใต้ภาวะอุณหภูมิ และความดันค่าหนึ่ง เราเรียกอุณหภูมินี้ว่า จุดแทรนซิชัน (transition point)

การเปลี่ยนแปลงอัญรูปของกำมะถัน

กำมะถันมีหลายอัญรูป ได้แก่ รอมบิก (ออร์โทรอมบิก มอนอคลินิก พลาสติก)   กำมะถันรอมบิก (s) มีสูตรโมเลกุลเป็น s8 ประกอบด้วยกำมะถัน 8 อะตอมต่อกันด้วยพันธะโควเวเลนต์ เป็นวง 8 เหลี่ยมรูปมงกุฎ ไม่ละลายน้ำแต่ละลายในคาร์บอนไดซัลไฟต์ หรือ โทลูอีน

                 เมื่อนำมาให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 113 c แต่ถ้าให้ความร้อนอย่างช้าๆจะเกิด การเปลี่ยนแปลงเป็นกำมะถันมอนอคลินิก ที่อุณหภูมิ 96 c ซึ่งมีจุดหลอมเหลว 119 c มีสูตรโมเลกุล s เหมือนกำมะถันรอมบิก เมื่อหลอมเหลวจะกลายเป็นของเหลวสีเหลืองแต่ไหลได้ดี ถ้าให้ความร้อนต่อไป จนอุณหภูมิสูงถึง 160 c วงs จะแตกออกเป็นสายยาวมีลักษณะข้นเหนียวและมีสีเข้มข้นมีสูตรโครงสร้าง เมื่ออุณหภูมิ 2000 c วงกำมะถัน จะแตกออกหมดต่อกันเป็นสายาวหรืออาจม้วนพันกันไปมากกลายไปมากลายเป็นของเหลวสีเข้มข้นและเหนียว

               ถ้าเทลงน้ำเย็นทันทีเพื่อให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจะได้กำมะถันพลาสติกซึ่งประกอบด้วยสายโซ่กำมะถันขดเป็นเกลียวแบบก้นหอยแต่ไม่เสถียร มีลักษณะเป็นก้อนแข็งเหนียวไม่ละลายในตัวทำละลายในตัวทำละลายทุกชนิด หลังจากนั้นกำมะถันพลาสติกจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นกำมะถันรอมบิกที่อุณหภูมิห้อง แต่ถ้าไม่เทกำมะถันลงในน้ำเย็นโดยให้ความร้อนต่อไปกำมะถันเหลวจะมีความเหนียวลดลงเพราะสายกำมะถันมีขนาดสั้นลงจนถึงอุณหภูมิ 444.6 c จึงเดือดกลายเป็นไอสีน้ำตาลไปของกำมะถันจะประกอบด้วยโมเลกุลของ s8 ,s4 , s2 ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ   ลักษณะผลึกของกำมะถัน กำมะถันรอมบิกจะเป็นผลึกรูปเหลี่ยมสีเหลือง ส่วนกำมะถันมอนอคลินิกมีลักษณะเป็นผลึกรูปเข็ม

อัญรูปของฟอสฟอรัส ที่สำคัญมี 3 ชนิด คือ ฟอสฟอรัสขาว,แดงและแดง

                  ฟอสฟอรัสขาว  มีลักษณะนิ่มคล้ายขี้ผึ่งสีขาวมีสูตรโมเลกุลเป็น P4 รูปร่างเป็นทรงสีหน้าแต่ไม่มีอะตอมกลางมีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลอย่างอ่อนทำให้มีจุดหลอมเหลวต่ำและระเหยง่ายแม้ที่อุณหภูมิห้องมีความเป็นพิษสูง และถูกออกซิไดส์โดยออกซิเจนในอากาศได้ง่าย แล้วกลายเป็นสีขาวขุ่น แต่ถ้าเก็บไว้ในบรรยากาศของแก๊สเฉื่อยและไม่โดนแสงจะไม่ขุ่น โดยทั่วไปจะไปเก็บรักษาโดยการจุ่มไว้ในน้ำ สามารถลุกติดไฟได้เองที่อุณหภูมิห้องที่สูง 40 – 45 c แล้วเกิดสารประกอบออกไวด์ขึ้น ไม่ละลายน้ำแต่ละลายใน CS₂,C₆H₆ หรือตัวทำละลายอินทรีย์

                 ฟอสฟอรัสแดง  คือ พอลิเมอร์ของฟอสฟอรัสขาว เกิดจากการนำฟอสฟอรัสขาวมาเผาหรือทิ้งไว้นานๆเป็นผงสีแดงแก่ ไม่ละลายใน CS₂ หรือตัวทำละลายอินทรีย์ใดๆไม่ระเหย ไม่เป็นพิษและไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยาไม่สามรถลุกไหม้ได้เองที่อุณหภูมิต่ำกว่า 240 c สามารถระเหิดได้ที่อุณหภูมิประมาณ 420 c มีโครงสร้างแบบโครงตาข่าย ใช้ทำผิวกล่องไม้ขีดไฟ

                  ฟอสฟอรัสดำ  มีโครงร้างและสมบัติคล้ายแกรไฟต์ คือ เป็นของแข็งสีเทาแก่มีเงาโลหะเป็นแผ่นสามารถนำไฟฟ้าและความร้อนได้ โครงสร้างเป็นแผ่นๆ คล้ายแกรไฟต์ อะตอมของฟอสฟอรัสในชั้นเดียวกันต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ แต่ชั้นของฟอสฟอรัสดำไม่แบนราบแต่มีการหยักขึ้นลง ฟอสฟอรัสดำเป็นอัญรูปที่เสถียรที่สุดของฟอสฟอรัส การเตรียมฟอสฟอรัสดำทำได้โดยนำฟอสฟอรัสขาวมาให้ความร้อนโดยใช้อุณหภูมิและสูง ถ้าอุณหภูมิสูงเกิน 450 C หรือทิ้งไว้นานๆ สามารถเปลี่ยนเป็นฟอสฟอรัสแดงซึ่งเป็นรูปอัญรูปที่เสถียรที่สุด

ขอบคุณแหล่งข้อมูล http://www.atom.rmutphysics.com/