สมบัติของของแข็ง

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 CS₂หรือตัวทำละลายอินทรีย์ใดๆไม่ระเหย ไม่เป็นพิษและไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยาไม่สามรถลุกไหม้ได้เองที่อุณหภูมิต่ำกว่า 240 c สามารถระเหิดได้ที่อุณหภูมิประมาณ 420 c มีโครงสร้างแบบโครงตาข่าย ใช้ทำผิวกล่องไม้ขีดไฟ

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

ชนิดของผลึก

ผลึกของของแข็ง แบ่งเป็น 4 ชนิด คือ

                1. ผลึกไอออนิก (Ionic crystal) อนุภาคของผลึกประเภทนี้จะเป็นไอออนบวกและไอออนลบเรียงตัวสลับกันไปในลักษณะสามมิติ แข็งแต่เปราะ มีจุดหลอมเหลวแลจุดเดือดสูง ขณะเป็นของแข็งไม่นำไฟฟ้าแต่เมื่อหลอมเหลวหรืออยู่ในรูปสารละลายจะสามารถนำไฟฟ้าได้ ตัวอย่างที่พบบ่อยๆ ได้แก่ สารประกอบออกไซด์ของโลหะหมู่ 1 และหมู่ 2 เกลือเฮไลด์ของโลหะ

               2. ผลึกโมเลกุล (Molecular crystal) อนุภาคของผลึกประเภทนี้อาจเป็นอะตอมหรือโมเลกุล แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคอาจเป็นแรงดึงดูดระหว่างขั้วของโมเลกุล หรือเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ ผลึกประเภทนี้ค่อนข้างอ่อนหรือนิ่ม เช่น ผลึกของไอโอดีน

               3. ผลึกโคเวเลนต์ร่างตาข่าย (Covalent crystal) อนุภาคของผลึกประเภทนี้จะเป็นอะตอม มีการยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น เพชร อะตอมองค์ประกอบแต่ละอะตอมจะยึดเหนี่ยวกับอะตอมข้างเคียงสีอะตอมด้วยพันธะโคเวเลนต์ที่แข็งแรง ผลึกประเภทนี้มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดที่สูงมาก มีความดันไอต่ำ และไม่ละลายตัวในสารละลายใดๆ ตัวอย่างที่พบบ่อยๆ คือ เพชร และแกรไฟต์

               4. ผลึกโลหะ(Metallic crystal) อนุภาคของผลึกประเภทนี้จะเป็นไอออนบวกที่อยู่ท่ามกลางเวเลนต์อิเล็กตรอนแต่ละอิเล็กตตรอนเคื่อนที่ได้อย่างอิสระทั่วทั้งก้อนของโลหะผลึกประเภทนี้มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ดึงให้เป็นแผ่นและตีเป็นเส้นได้ง่าย ตตัวอย่าง โลหะโดยทั่วไป เช่น เหล็ก เงิน และทองคำ เป็นต้น

 การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

ระบบคือ สิ่งต่างๆ ที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษา
สิ่งแวดล้อม คือ สิ่งต่างๆ ที่อยู่นอกขอบเขตที่จะศึกษา สิ่งแวดล้อมมีความเกี่ยวข้องกับระบบ
ภาวะของระบบ คือ สมบัติต่างๆ ของระบบกับปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของระบบ เช่น มวล อุณหภูมิ ปริมาณ ความดัน

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับระบบ
   หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสมบัติข้อใดข้อหนึ่ง ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงมวล ปริมาณ ความดัน
และชนิดของสารในระบบ
 

พลังงาน
    คือ ความสามารถในการทำงาน มีหลายรูป ได้แก่ พลังงาน ความร้อน แสง ไฟฟ้า พลังงานจลน์ พลังงานศักย์ พลังงานเคมี 

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ มี 2 ประเภท

1. การเปลี่ยนแปลงแบบดูดพลังงาน
    คือ การเปลี่ยนแปลงที่ระบบดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู้ระบบ ทำให้ระบบมีพลังงานเพิ่มขึ้น ถ้าสัมผัสกับระบบจะรู้สึกเย็น อุณหภูมิ สิ่งแวดล้อมจะต่ำกว่าเดิม เช่น การระเหยของแอลกอฮอล์บนผิวหนัง
การเปลี่ยนแปลงแบบดูดพลังงาน สามารถเขียนด้วยสมาการดังนี้
สารตั้งต้น + พลังงาน ผลิตภัณฑ์

HF(g) + 600kJ  ------> 1/2H₂(g) + 1/2F₂(g)

2. การเปลี่ยนแปลงแบบคายพลังงาน
    คือ การเปลี่ยนแปลงที่ระบบคายพลังงานไปสู่สิ่งแวดล้อม จะทำให้ระบบมีพลังงานต่ำลง ถ้าสัมผัสกับระบบจะรู้สึกร้อน อุณหภูมิ สิ่งแวดล้อมจะสูงขึ้น เช่น การลุกไหม้ของเทียนไข
การเปลี่ยนแปลงพลังงาน สามารถเขียนด้วยสมาการดังนี้
สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ + พลังงาน

4HCL(g) +O₂(g) ------> 2H₂O (l) + 2CL₂(g) + 148.4kJ

สถานะของสาร
    สารโดยทั่วไป สามารถจำแนกได้ตามสถานะออกเป็นก๊าช ของเหลว และของแข็งซึ่งมีสมบัติแตกต่างกัน ดังนี้   สถานะของสาร มี 3 สถานะ

1. ก๊าซ (gas) คือสารที่มีรูปร่างและปริมาตรไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงตามภาชนะที่บรรจุ ก๊าชมีรูปร่างและปริมาณเท่ากับภาชนะที่บรรจุ เพราะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยมาก จึงฟุ้งกระจายได้เต็มภาชนะและมีความหนาแน่นต่ำ เช่น ก๊าชออกซิเจน ก๊าชคาร์บอนไดออกไซด์
2.ของเหลว ( liquid ) หมายถึงสารที่มีลักษณะไหลได้ มีรูปร่างตามภาชนะที่บรรจุ เนื่องจากอนุภาคในของเหลวอยู่ห่างกันมากกว่าของแข็ง อนุภาคไม่ยึดติดกันจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะใกล้ และมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน มีปริมาตรคงที่ สามารถทะลุผ่านได้ เช่น น้ำ แอลกอฮอล์ น้ำมันพืช น้ำมันเบนซิน เป็นต้น
3. ของแข็ง (solid) คือ สารที่มีรูปร่างและปริมาตรที่แน่นอน ไม่เปลี่ยนแปลงตามภาชนะ อนุภาคชิดกันเป็นระเบียบ และสั่นสะเทือนอยู่ตลอดเวลา มีความหนาแน่นและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูงกว่าของเหลวและก๊าซ

การเปลี่ยนสถานะของสาร

    การเปลี่ยนสถานะของสาร มีหลายลักษณะ เช่น เปลี่ยนจาก ของแข็งเป็นของเหลว เรียกว่า การหลอมเหลว เปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง เรียกว่า การแข็งตัว เปลี่ยนจากของเหลวเป็นแก๊ส เรียก การกลายเป็นไอ เปลี่ยนจากแก็สเป็นของเหลว เรียกว่า การควบแน่น เปลี่ยนจากของแข็งเป็นแก๊ส เรียกว่า การระเหิดและเปลี่ยนจากแก๊สเป็นของแข็ง เรียกว่า Deposition
 

    การเปลี่ยนแปลงทุกแบบจะมีพลังงานเปลี่ยนควบคู่กันไปด้วย ไม่เป็นดูดความร้อนก็จะเป็นคายความร้อน ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป

พลังงานกับการเปลี่ยนสถานะ

    สารทุกชนิดสามารถดำรงได้ทั้ง 3 สถานะ ขึ้นอยู่กับสภาวะที่สารดำรงอยู่โดยทั่วไป สารสามารถเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งได้ ถ้ามีการเปลี่ยนแปลงพลังงานความร้อนดังนี้
 

    ของแข็งบริสุทธิเมื่อได้รับพลังงานความร้อน จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น จนถึงอุณหภูมิหนึ่งที่ของแข็งเริ่มเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว อุณหภูมิขณะนั้นคือจุดหลอมเหลวของสาร ขณะที่ของแข็งหลอมเหลวเป็นของเหลวทั้งหมดใช้พลังงานความร้อนแฝง เรียกว่า ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว อุณหภูมิจึงคงที่ เมื่อของเหลวได้รับพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะสูงขึ้นอีก จนถึงอุณหภูมิหนึ่งที่เหลวเริ่มเปลี่ยนสถานะเป็นไอ อุณหภูมิขณะนั้นคือ จุดเดือดของสาร ขณะที่ของเหลวกลายเป็นไอทั้งหมด จะใช้พลังงานความแฝงเช่นเดียวกัน เรียกว่า ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ ดังนั้น ในการเปลี่ยนสถานจากแข็งเป็นของเหลวเป็นไอ เป็น กระบวนการดูดพลังงานทุกขั้นตอน ในทางตรงกันข้าม เมื่อไอควบแน่นเป็นของเหลว และของเหลวเป็นไอ เป็นกระบวนการดูดพลังงานทกขั้นตอน ในทางตรงกันข้าม เมื่อไอควบแน่นเป็นของเหลว และของเหลวควบแน่นเป็นของแข็ง จึงเป็น กระบวนการคายพลังงานทุกขั้นตอน

ที่มา : http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/2/3/gas/gas/index.htm

https://sites.google.com/site/wichakhemilem2m4/bth-thi-5-khxngkhaeng-khxnghelw-kaes