chemistry: บทที่3.พันธะเคมี(3.4)

พันธะโลหะ
จากการศึกษาในระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นนักเรียนคงทราบแล้วว่าโลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็ง มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง นอกจากนี้โลหะสามารถนำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดี จากสมบัติที่กล่าวมาแล้วนักเรียนคิดว่าอะตอมของโลหะน่าจะยึดกันด้วยพันธะชนิดเดียวกับสารไอออนิกที่ได้ศึกษามาแล้วหรือไม่ ให้ศึกษาสมบัติบางประการของโลหะจากตาราง 2.16

ตาราง 2.16 สมบัติบางประการของสาร

สาร	ตัวอย่าง	สมบัติของสาร
สาร	ตัวอย่าง	ลักษณะที่ ปรากฎ	การนำ ไฟฟ้า	จุด หลอมเหลว(oC)	จุดเดือด (oC)
สารประกอบ ไอออนิก	โซเดียมคลอไรด์ (NaCl)	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	801	1465
	แคลเซียมฟลูออไรด์ $\displaystyle (CaF_2)$	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	1418	2533
	โพแทสเซียมไอโอไดด์ (Kl)	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	681	1330
สาร โคเวเลนต์	น้ำตาลทราย $\displaystyle C_12 H_22 O_11$	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	192 (สลายตัว)	-
	เอทานอล $\displaystyle C_2 H_5 OH$	ของเหลวใส ไม่มีสี	ไม่นำ	-114.1	78.3
	แก๊สไฮโดรเจน $\displaystyle H_2$	แก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น	ไม่นำ	-259	-253
สารโครงผลึก- ร่างตาข่าย	เพชร (C)	ของแข็งใส ไม่มีสี	ไม่นำ	3550	4830
สารโครงผลึก- ร่างตาข่าย	แกรไฟต์ (C)	ของแข็งสีดำ	นำ	3727*	3640
โลหะ	เหล็ก (Fe)	ของแข็งสีเงินวาว	นำ	1535	2750
	ทองแดง (Cu)	ของแข็งสีน้ำตาลแดง	นำ	1085	2572
	โครเมียม (Cr)	ของแข็งสีเงินวาว	นำ	1857	2672

* ค่าที่แสดงเป็นค่าโดยประมาณที่ได้จากการทดลองภายใต้ความดันที่เหมาะสม

จากสมบัติของโลหะในตาราง 2.16 แสดงว่าอะตอมของโลหะควรยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะที่แตกต่างจากพันธะไอออนิกและพันธะโคเวเลนต์ สำหรับการเกิดพันธะในโลหะอธิบายได้ว่าอะตอมของโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำจึงเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นไอออนบวกได้ง่าย เวเลนซ์อิเล็กตรอนที่หลุดออกมานี้สามารถเคลื่อนที่อย่างอิสระไปได้ทั่วทั้งก้อนโลหะ แรงยึดเหนี่ยวอย่างแข็งแรงระหว่างไอออนบวกกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่เป็นอิสระนี้เรียกว่า พันธะโลหะ ดังนั้นความแข็งแรงของพันธะโลหะจึงขึ้นอยู่กับจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนและประจุของไอออนบวกของโลหะแต่ละชนิดการเกิดพันธะในโลหะอาจแสดงได้ด้วยแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ดังรูป 2.24

รูป 2.24 แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอนในโลหะ

2.3.1 สมบัติของโลหะ
จากแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน จะเห็นว่าอะตอมของโลหะอยู่ค่อนข้างชิดกันและเรียงต่อเนื่องกันไม่มีที่สิ้นสุด โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งก้อนโลหะ ทำให้โลหะมีสมบัติเฉพาะตัวหลายประการที่แตกต่างจากสารอื่นเราอาจใช้แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอนอธิบายสมบัติทางภายภาพของโลหะได้ เช่น โลหะสามารถนำความร้อนและไฟฟ้าได้ เนื่องจากเมื่อให้ความร้อนแก่โลหะ เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะมีพลังงานสูงขึ้นจึงเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น เมื่อเกิดการชนกันจะถ่ายโอนพลังงานบางส่วนแก่กันและถูกถ่ายโอนต่อเนื่องกันไปจนทั่วก้อนโลหะ โลหะจึงนำความร้อนได้ และการที่โลหะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระทั่วทั้งก้อนโลหะ จึงทำให้โลหะนำไฟฟ้าได้ดี โลหะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงเพราะว่าอะตอมโลหะยึดกันไว้อย่างแข็งแรงด้วยพันธะโลหะทุกอะตอม การหลอมเหลวหรือทำให้กลายเป็นไอจึงต้องใช้พลังงานสูงมาก เช่น การหลอมเหลวทองแดงต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 1085 $\displaystyle  (^\circ C)$ และการทำให้ทองแดงเดือดกลายเป็นไอต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 2572 $\displaystyle  (^\circ C)$ สำหรับการตีโลหะให้แผ่ออกเป็นแผ่นและดึงเป็นเส้นได้นั้นอธิบายได้ว่า อะตอมโลหะจัดเรียงตัวเป็นชั้นๆ อย่างมีระเบียบ การทุบแผ่นโลหะเป็นการผลักให้ชั้นของอะตอมโลหะเลื่อนไถลออกไปจากตำแหน่งเดิม ทำให้แผ่นโลหะยาวออกไปและบางลง แต่อะตอมของโลหะในตำแหน่งใหม่ไม่หลุดออกจากกันเพราะมีกลุ่มเวเลนซ์อิเล็กตรอนยึดอนุภาคเหล่านั้นไว้ ดังนั้นจึงตีโลหะให้แผ่ออกเป็นแผ่นบางๆ หรือดัดให้โค้งงอ หรือดึงเป็นเส้นได้ ดังรูป 2.25

รูป 2.25 การเลื่อนไถลของอะตอมโลหะเมื่อถูกแรงกระทำ

นอกจากนี้โลหะยังสามารถสะท้อนแสงได้ ซึ่งเกิดจากกลุ่มเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้โดยอิสระ เมื่อกระทบกับแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อิเล็กตรอนเหล่านั้นจะรับและปล่อยคลื่นแสงออกมา ผิวของโลหะจึงเป็นมันวาวและสะท้อนแสงได้ดี อย่างไรก็ตามยังมีสมบัติบางประการของโลหะที่ไม่สามารถใช้แบบจำลองนี้อธิบายได้ ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาในระดับสูงต่อไป

chemistry

วันอาทิตย์ที่ 16 กันยายน พ.ศ. 2561

บทที่3.พันธะเคมี(3.4)

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น