Chemistry sacience: 2018

วันเสาร์ที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2561

ข้อสอบ

3.5ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

นักเรียนได้ศึกษาเกี่ยวกับธาตุและสมบัติของธาตุต่างๆ มาแล้ว ต่อไปนี้จะศึกษาธาตุและสารประกอบของธาตุที่สำคัญบางชนิด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิตของมนุษย์สัตว์และพืช พร้อมทั้งศึกษาถึงผลกระทบที่จะมีต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

3.8.1 ธาตุอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมพบมาในเปลือกโลกประมาณ 7.5% โดยมวล รูปของสารประกอบ เช่น บอกไซต์ $(Al_2 O_3 \cdot 2H_2 O)$ ไครโอไลต์ (Na_3 AlF_6)

โลหะอะลูมิเนียมเตรียมได้จากการหลอมเหลวแร่บอกไซต์แล้วแยกด้วยกระแสไฟฟ้าจะได้โลหะอะลูมิเนียมที่แคโทด โลหะอะลูมิเนียมมีสีเงิน มีความหนาแน่นต่ำ เหนียวและแข็ง ดัดโค้งงอได้ ทุบให้เป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้ นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดีมาก
สารประกอบออกไซด์ของอะลูมิเนียมคือ Al_2 O_3

มีจุดหลอมเหลวสูงมาก ทนความร้อนสูง ละลายได้ทั้งในกรดและเบส ออกไซด์ที่เกิดในธรรมชาติเรียกว่า คอรันดัม มีความแข็งมากและมีหลายสี จึงนิยมใช้ทำเครื่องประดับ สารประกอบซัลเฟตของอะลูมิเนียมที่ตกผลึกร่วมกับหะแอลคาไลน์ จะได้ผลึกของอะลัม (Alum) ชนิดหนึ่งซึ่งมีสูตรทั่วไปคือ $MAl(SO_4 )_2 \cdot 12H_2 O$ โดย M ในที่นี้คือไอออนบวกของโลหะ เช่น N^+

หรือ

ส่วนสารส้มที่ใช้ตามบ้านคือสารส้มโพแทส มีสูตร $KAl(SO_4 )_2 \cdot 12H_2 O$ มีลักษณะเป็นผลึกใส ใช้มากในกระบวนการผลิตกระดาษและกระบวนการทำน้ำประปา

คอรันดัม หรือ กะรุน สูตรเคมีคือ Al_2 O_3

มีรูปผลึกหกเหลี่ยม ตรงกลางป่องและค่อยๆเรียวลงจนถึงปลายทั้ง 2 ด้าน มีความแข็งรองจากเพชร ส่วนมากมีสีเทาเขียว เทาฟ้า และเทาดำ ถ้ามีสีอื่นๆ จะเรียกชื่อต่างๆ กัน เช่น สีแดงหรือม่วงเรียกทับทิม สีฟ้าหรือน้ำเงินเรียกไพลินหรือแซฟไฟร์ถ้ามีรูปดาว 6 แฉกจะรวมเรียกว่าพลอยสาแหรก คอรันดัมมีสีต่างๆ กัน เนื่องจากมีโลหะแทรนซิชันต่างชนิดกันปนอยู่ เช่น มีสีแดงเพราะมีโครเมียม สีน้ำเงินเพราะมีเหล็กกับไทเทเนียม

อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีประโยชน์มากในทางอุตสาหกรรม ใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องครัว ของใช้ในบ้านห่ออาหาร และห่อของใช้ ทำโลหะเจือหลายชนิดที่นำไปเป็นส่วนประกอบของเครื่องบิน เรือ รถไฟ และรถยนต์

3.8.2 ธาตุแคลเซียม พบในเปลือกโลกประมาณ 5.4% โดยมวล พบในรูปของสารประกอบที่มี Al_2 O_3

เป็นองค์ประกอบ เช่น หินงอก หินย้อย เปลือกหอย ดินมาร์ล และพบในสารประกอบซัลเฟต เช่น ยิปซัม แคลเซียมเตรียมได้โดยการแยกสารประกอบคลอไรด์ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้าแคลเซียมเป็นโลหะที่มีความแข็ง มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดและความหนาแน่นสูงกว่าโลหะแอลคาโลน์ สารประกอบของแคลเซียมที่น่าสนใจ ได้แก่ ออกไซด์ของแคลเซียม คือ CaO (ปูนดิบ) เมื่อผสมกับน้ำจะได้ Ca(OH)_2

(ปูนสุก)สารละลาย Ca(OH)_2

เรียกว่า น้ำปูนใส
ประโยชน์ของสารประกอบแคลเซียมในรูป CaCO_3

จากหินปูน ใช้ทำปูนขาว ชอล์ก ดินสอพอง ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซดาแอช Na_2 CO_3

สำหรับ $CuCaSO_4  \cdot 2H_2 O$ หรือ ยิปซัม ใช้ผลิตแผ่นยิปซัมบอร์ด เป็นวัสดุก่อสร้าง ใช้ทำเครื่องปั้นดินเผาชนิดโบนไชนา (Bone china) ซึ่งมีคุณภาพดีราคาแพง นอกจากนี้แคลเซียมยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน ถ้าร่างกายขาดธาตุแคลเซียมจะทำให้เป็นโรคกระดูกเสื่อม กระดูกผุ และฟันไม่แข็งแรง

3.4ปฏิกิริยานิวเคลียร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ คือ ปฏิกิริยาที่เกิดความเปลี่ยนแปลงกับนิวเคลียสของอะตอม ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่ม หรือลดโปรตอน หรือนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอม เช่น ปฏิกิริยานี้

${}^{23}_{11} Na + {}^1_0 n \rarr {}^{24}_{11} Na + \gamma$

จะเห็นได้ว่าโซเดียม ได้มีการรับนิวตรอนเข้าไป เมื่อนิวเคลียสเกิดความไม่เสถียร จึงเกิดการคายพลังงานออกมา และพลังงานที่คายออกมานั้น เมื่ออยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว มันก็คือรังสีแกมมานั่นเอง

โดยทั่วไปรังสีแกมมาที่แผ่ออกมาจากนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรนั้น มักจะมีค่าพลังงานที่แตกต่างกันไปตามแต่ละชนิดของไอโซโทป ซึ่งถือเป็นคุณลักษณะประจำไอโซโทปนั้น ๆ

ปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นมีมากมายหลายรูปแบบ ซึ่งในบรรดารูปแบบทั้งหมดที่เราค้นพบในปัจจุบัน จะมีเพียง 2 รูปแบบที่เราพูดถึงกันบ่อย ๆ นั่นก็คือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission) และปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

โมเดลแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission Process) เป็นการแตกนิวเคลียสของอะตอมจากอะตอมของธาตุใหญ่ให้กลายเป็นอะตอมของธาตุเล็ก 2 อะตอม ซึ่งในกระบวนการนี้จะให้พลังงานออกมาด้วย เช่น

${}^{325}_{\ 92} U + {}^1_0 n \rarr {}^{138}_{\ 56} Ba + {}^{95}_{36} Kr + 3\;^1_0 n$

ซึ่งในปฏิกิริยาที่ยกตัวอย่างนี้ ไอโซโทปของแบเรียม (Ba) และคริปตอน (Kr) ซึ่งไอโซโทปทั้งสองตัวนี้มีนิวตรอนมากกว่าปกติ จึงมีการคายพลังงานออกมาในรูปของรังสีเบตา

อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่าในตัวอย่างนี้สารผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาจะเป็นกากกัมมันตรังสีที่แผ่รังสีเบตา (Beta Ray) แต่ก็ยังมีปฏิกิริยาอื่น ๆ ที่แผ่รังสีชนิดอื่น ๆ รวมไปถึงรังสีแกมมา ตัวอย่างนี้เป็นเพียงการทำให้เห็นภาพว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิชชันจะคายพลังงานออกมา นั่นก็เป็นเพราะโดยทั่วไปเมื่อธาตุที่มีมวลหรือเป็นธาตุหนักขึ้น จำนวนของนิวตรอนก็เริ่มที่จะมากกว่าโปรตอนไปด้วยตามลำดับ ซึ่งเมื่ออะตอมเหล่านี้แตกตัวมาเป็นอะตอมของธาตุที่เล็กกว่า ก็ย่อมทำให้จำนวนนิวตรอนของอะตอมมากกว่าปกติ

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

โมเดลแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (Fusion Process) จะตรงข้ามกับฟิชชัน นั่นคือแทนที่จะแตกอะตอมของธาตุหนักให้เป็นธาตุเบา ก็จะกลายเป็นการรวมธาตุเบาสองอะตอมให้กลายเป็นอะตอมเดียวที่หนักขึ้น เช่นตัวอย่างนี้

${}^2_1 H + {}^2_1 H \rarr {}^3_2 He + {}^1_0 n$

จะเห็นได้ว่า ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้ เราจะได้ฮีเลียม (He) ที่มีจำนวนนิวตรอนน้อยกว่าปกติ (ปกติฮีเลียมจะมีนิวตรอน 2 ตัว) ซึ่งสภาพที่ไม่เสถียรของอะตอมนี้เอง จึงทำให้เกิดการคายพลังงานออกมาได้ ดวงอาทิตย์นั้นประกอบไปด้วยกลุ่มแก๊สไฮโดรเจนเป็น ส่วนใหญ่ เนื่องจากมีมวลจำนวนมากจึงทำให้แรงโน้มถ่วงมหาศาลดูดแก๊สเข้าหากัน มากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักของดวงอาทิตย์

3.3ครึ่งชีวิตของธาตุ

รึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี

ครึ่งชีวิตของธาตุ (half life) หมายถึง ระยะเวลาที่สารสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมใช้สัญลักษณ์เป็น t1/2 นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร จะสลายตัวและแผ่รังสีได้เองตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหรือความดัน อัตราการสลายตัว เป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนอนุภาคในธาตุกัมมันตรังสีนั้น ปริมาณการสลายตัวจะบอกเป็นครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป

ตัวอย่างเช่น C-14 มีครึ่งชีวิต 5730 ปี หมายความว่า ถ้ามี C-14 1 กรัม เมื่อเวลาผ่านไป 5730 ปี จะเหลือ C-14 อยู่ 0.5 กรัม และเมื่อเวลาผ่านไปอีก 5730 ปี จะเหลืออยู่ 0.25 กรัม เป็นดังนี้ไปเรื่อยๆ กล่าวได้ว่าทุกๆ 5730 ปี จะเหลือ C-14 เพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม
ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป และสามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดได้ ตัวย่างครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิด ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสีชนิดต่างๆมีค่าไม่เท่ากัน เช่น เทคนีเทียม -99 มีครึ่งชีวิต6 ชั่วโมงเท่านั้น ส่วนยูเรเนียม -235 มีครึ่งชีวิต 4.5 ล้านปี
ครึ่งชีวิต (half life) ของสารกัมมันตรังสี สามารถนำไปใช้หาอายุอายุสัมบูรณ์ (Absolute Age) เป็นอายุของหินหรือซากดึกดำบรรพ์ ที่สามารถบอกจำนวนปีที่ค่อนข้างแน่นอน การหาอายุสัมบูรณ์ใช้วิธีคำนวณจากครึ่งชีวิต ของธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในหิน หรือซากดึกดำบรรพ์ที่ต้องการศึกษา ธาตุกัมมันตรังสีที่นิยมนำมาหาอายุสัมบูรณ์ได้แก่ ธาตุคาร์บอน – 14 ธาตุโพแทศเซียม – 40 ธตาเรเดียม – 226 และธาตุยูเรเนียม – 238 เป็นต้น การหาอายุสัมบูรณ์มักใช้กับหินที่มีอายุมากเป็นแสนล้านปี เช่น หินแกรนิตบริเวณฝั่งตะวันตกของเกาะภูเก็ต ซึ่งเคยเป็นหินต้นกำเนิดแร่ดีบุกมีอายุสัมบูรณ์ประมาณ 100 ล้านปี ส่วนตะกอนและซากดึกดำบรรพ์ที่มีอายุน้อยกว่า 50,000 ปี มักจะใช้วิธีกัมมันตภาพรังสีคาร์บอน – 14 เช่น ซากหอยนางรมที่วัดเจดีย์หอย อำเภอลาดหลุมแก้ว จังหวัดปทุมธานี มีอายุประมาณ 5,500 ปีของวัตถุโบราณ
นอกจากนั้นยังใช้คำนวณอายุของโลก พบว่าว่าประมาณครึ่งหนึ่งของยูเรเนียมที่มีมาแต่แรกเริ่มได้สลายตัวเป็นตะกั่วไปแล้ว ดังนั้นอายุของโลกคือประมาณครึ่งชีวิตของยูเรเนียม หรือราว 4,500 ล้านปี

ประโยชน์ของครึ่งชีวิต

ครึ่งชีวิตสามารถใช้หาอายุของวัตถุโบราณที่มีธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ เรียกว่าวิธี Radiocarbon Dating ซึ่งคำว่า dating หมายถึง การหาอายุจึงมักใช้หาอายุของวัตถุโบราณที่มีคุณค่าทางประวิติศาสตร์

หลักการสำคัญของการหาอายุวัตถุโบราณโดยวิธี Radiocarbon Dating เป็นหลักการที่อาศัยความรู้เกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นเองในอากาศ ตัวการที่สำคัญคือ รังสีคอสมิก ซึงอยู่ในบรรยากาศเหนือพื้นโลก มีความเข้มสูงจนทำให้นิวเคลียสขององค์ประกอบของอากาศแตกตัวออก ให้อนุภาคนิวตรอน แล้วอนุภาคนิวตรอนชนกับไนโตรเจนในอากาศ

ตารางครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสีบางชนิด

ข้อควรจำ

1. ในทางปฏิบัติการวัดหาจำนวนนิวเคลียสโดยตรงกระทำได้ยาก และเนื่องจากจำนวนนิวเคลียสในสารหนึ่ง ๆ จะเป็นสัดส่วนกับปริมาณของสารนั้น ๆ ดังนั้นจึงพิจารณาเป็นค่ากัมมันตภาพหรืการวัดมวลแทน ดังนี้

โดยที่ A₀ คือกัมมันตภาพที่เวลาเริ่มต้น (t=0)

โดยที่ m₀ คือมวลสารตั้งต้นที่เวลาเริ่มต้น (t=0)

ประโยชน์และโทษของธาตุกัมมันตรังสี

ในทางอุตสาหกรรม ใช้รังสีวัดวามหนาของวัสดุในโรงงานผลิตกระดาษ ผลิตแผ่นยาง และแผ่นโลหะ ใช้รังสีในการวิเคราะห์ส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ เช่น โลหะผสม แร่ ถ่านหิน และตรวจสอบรอยเชื่อม–รอนร้าวในโลหะหรือโครงสร้างอาคาร ใช้ยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ทางการเกษตร ใช้รังสีในการถนอมอาหารเพื่อยืดอายุการเก็บรักษาอาหาร เพราะรังสีจะทำลายแบคทีเรียและจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดการเน่าเสียในอาหาร ใช้รังสีเพื่อปรับปรุงพันธุ์พืชให้มีความแข็งแรงต้านทานต่อโรคและแมลง เพื่อเพิ่มผลผลิตให้สูงขึ้น

จะเห็นได้ว่าธาตุกัมมันตรังสีให้ประโยชน์ต่อมนุษย์อย่างมาก แต่ถ้าใช้ไม่เหมาะสม เช่น ทำระเบิดนิวเคลียร์ก็จะเป็นมหันตภัยร้ายแรง ดังนั้น การใช้ธาตุกัมมันตรังสีจึงมีทั้งประโยชน์และโทษ

3.2ธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี
                  ธาตุอีกกลุ่มหนึ่งในตารางธาตุซึ่งมีสมบัติแตกต่างจากธาตุที่เคยศึกษามาแล้ว กล่าวคือสามารถแผ่รังสีแล้วกลายเป็นอะตอมของธาตุใหม่ได้ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร
                  ในปี ค.ศ. 1896 (พ.ศ.2439) อองตวน อองรีแบ็กเกอเรล นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส พบว่าเมื่อเก็บแผ่นฟิล์มถ่ายรูปที่หุ้มด้วยกระดาษสีดำไว้กับสารประกอบของยูเรเนียม ฟิล์มจะมีลักษณะเหมือนถูกแสง และเมื่อทำการทดลองมีสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่นๆ ก็ได้ผล เช่นเดียวกัน จึงสรุปว่าน่าจะมีรังสีแผ่ออกมาจากธาตุยูเรเนียม
                ต่อมาปีแอร์ และมารี กูรี ได้ค้นพบว่าธาตุพอโลเนียมเรเดียม และทอเรียม ก็สามารถแผ่รังสีได้เช่นเดียวกันปรากฎการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องเช่นนี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี เป็นการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียร และเรียกธาตุที่มีสมบัติเช่นนี้ว่า ธาตุกัมมันตรังสี ธาตุกัมมันตรังสีส่วนใหญ่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83 แต่มีธาตุกัมมันตรังสีบางชนิดที่มีเลขอะตอมน้อยกว่า 83 เช่น ${}^{43}Pt$ ในธรรมชาติพบธาตุกัมมันตรังสีหลายชนิดเช่น ${}^{238}U$    ${}^{235}U$     ${}^{232}Th$ และ ${}^{222}Rn$ หรืออาจเขียน U-238 U-235   Th-232 และ Rn-222 ก็ได้ นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังสังเคราะห์ธาตุกัมมันตรังสีขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ได้อีก

3.6.1 การเกิดกัมมันตภาพรังสี
                 กัมมันตภาพรังสีเป็นปรากฎการณ์ทางธรรมชาติของสาร เกิดจากธาตุกัมมันตรังสี เช่น U-238 และ Th-232 แผ่รังสีออกมาตลอดเวลา ทั้งนี้เพราะนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีมีพลังงานสูงมากและไม่เสถียร จึงปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสีบางชนิด แล้วธาตุเหล่านั้นก็จะเปลี่ยนเป็นธาตุใหม่ ต่อมารัทเทอร์ฟอร์ดได้ศึกษาเพิ่มเติมและแสดงให้เห็นว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีอาจเป็นรังสีแอลฟา บีตาหรือแกมมา ที่มีสมบัติแตกต่างกันดังตาราง 3.11

3.1สมบัติของสารประกอบตามคาบ

จากการศึกษาสมบัติต่าง ๆ ของธาตุในตารางธาตุ เช่น ขนาดอะตอม พลังงานไอออไนเซชัน และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี จะพบว่าสมบัติเหล่านี้มีแนวโน้มเปลี่ยนแปลงจากซ้ายไปขวาในแต่ละคาบ หรือจากบนลงล่างในแต่ละหมู่ค่อนข้างสม่ำเสมอ สมบัติเกี่ยวกับจุดหลอมเหลว จุดเดือด และความเป็นกรด–เบสของสารประกอบคลอไรด์และออกไซด์ ดังตารางต่อไปนี้

ตารางแสดงสมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบที่ 2

สารประกอบคลอไรด์ของ ธาตุคาบ ที่ 2 สมบัติ	LiCl	BeCl2	BCl3	CCl4	NCl3	Cl2O	ClF
จุดหลอมเหลว (^OC)	605	405	-107.3	-23	-40	-20	-154
จุดเดือด (^OC)	1350-1360	520	12.5	76.8	71	3.8	-101
ความเป็นกรด–เบส ของสารละลาย	กลาง	กรด	กรด	ไม่ละลายน้ำ	ไม่ละลายน้ำ	กรด	กรด

ตารางแสดงสมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบที่ 3

สารประกอบคลอไรด์ของธาตุคาบ ที่ 3 สมบัติ	NaCl	MgCl₂	AlCl₃	SiCl₄	PCl₃	SCl₂	Cl₂***
จุดหลอมเหลว (^oC)	801	714	190*	-70	-112	-78	-101
จุดเดือด (^oC)	1465	1412	182.7**	57.57	75.5	59 (สลายตัว)	-34.6
ความเป็นกรด–เบส ของสารละลาย	กลาง	กลาง	กรด	กรด	กรด	กรด	กรด

*          ใช้ความดันทำให้หลอมเหลว

**       ระเหิดก่อนหลอมเหลวที่ความดัน 1 บรรยากาศ

***     ปรากฏอยู่ในรูปโมเลกุลของธาตุ

จากตาราง เมื่อพิจารณาจุดหลอมเหลว–จุดเดือดของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบที่ 2 และ 3 สรุปได้ดังนี้

1.คลอไรด์ของโลหะ มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง เพราะเป็นสารประกอบไอออนิก (ยกเว้น BeCl₂ เป็นสารประกอบโคเวเลนต์)
2.คลอไรด์ของอโลหะ มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เพราะเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ที่โมเลกุลยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์
3.สารประกอบคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้ พบว่าคลอไรด์ของโลหะมีสมบัติเป็นกลาง (ยกเว้น BeCl₂ และ AlCl₃ เป็นกรด) ส่วนสารละลายคลอไรด์ของอโลหะทุกชนิดมีสมบัติเป็นกรด

ข้อสังเกตสมบัติของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบที่ 2 และ 3

1. แนวโน้มของจุดหลอมเหลวของสารประกอบคลอไรด์ของธาตุในคาบที่ 2 และ 3 จะลดลงจากซ้ายไปขวา นั่นคือคลอไรด์ของโลหะ (ซ้าย) มีจุดหลอมเหลวสูงมาก เพราะเป็นสารประกอบไอออนิก ส่วนคลอไรด์ของอโลหะ (ขวา) จะมีจุดหลอมเหลวต่ำลง เพราะเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ ไม่นำไฟฟ้า

2. คลอไรด์ของธาตุหมู่ 3 BCl3 (คาบ 2) มีสถานะเป็นแก๊ส (สารโคเวเลนต์) AlCl3 (คาบ 3) มีสถานะเป็นของแข็ง (สารไอออนิก)

3. คลอไรด์ของธาตุหมู่ 4 CCl4 (คาบ 2) SiCl4 (คาบ 3) เป็นของเหลว ไม่มีขั้ว จึงไม่ละลายน้ำ มีรูปร่างเป็นทรงสี่หน้า

4. คลอไรด์ของธาตุหมู่ 5 NCl3 เป็นของเหลว PCl3 เป็นของเหลว ส่วน PCl5 เป็นของแข็ง

5. คลอไรด์ของธาตุหมู่ 6 Cl2O (คาบ 2) เป็นแก๊ส , SCl2 (คาบ 3) เป็นของเหลว เพราะมวลโมเลกุลมากขึ้น แรงแวนเดอร์วาลส์แข็งแรงมากขึ้น

6. คลอไรด์ของธาตุหมู่ 7 เป็นแก๊สทั้งหมด

2.7โครงผลึกร่างตาข่าย

สารโคเวเลนต์ที่ศึกษามาแล้วมีโครงสร้างโมเลกุลขนาดเล็ก มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ แต่มีสารโคเวเลนต์บางชนิดมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวจะสูงมาก โครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่เพราะเกาะกันแบบโครงร่างตาข่าย เรียกว่า สารโครงผลึกร่างตาข่าย เช่น เพชร แกรไฟต์ SiC, SiO₂

12.1 เพชร (Diamond)

เพชร เป็นอัญรูปหนึ่งของคาร์บอนและเป็นผลึกร่างตาข่าย โครงสร้างของเพชร ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ซึ่งคาร์บอนแต่ละอะตอมใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดสร้างพันธะแบบโคเวเลนต์กับอะตอมคาร์บอน ไม่นำไฟฟ้า เพราะว่าคาร์บอนสร้างพันธะไปทุกทิศทุกทาง ทำให้เพชรมีความแข็งมากกว่าอัญรูปอื่น ๆ ของคาร์บอน

12.2 แกรไฟต์ (Graphite)

แกรไฟต์ เป็นผลึกโคเวเลนต์และเป็นอีกรูปหนึ่งของคาร์บอนแต่มีโครงสร้างต่างจากเพชรคือ อะตอมคาร์บอนจะสร้างพันธะ โคเวเลนต์ต่อกันเป็นวง วงละ 6 อะตอมต่อเนื่องกันอยู่ภายในระนาบเดียวกัน ซึ่งการจัดเรียงตัวแบบโครงผลึกร่างตาข่ายนี้ทำให้แกรไฟต์มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง และสามารถนำไฟฟ้าได้ เนื่องจากคาร์บอนในโครงผลึกของ แกรไฟต์มี 4 เวเลนซ์อิเล็กตรอน แต่ละอะตอมสร้างพันธะกับคาร์บอนข้างเคียง 3 อะตอม จึงเหลืออีก 1อิเล็กตรอนอิสระที่สามารถเคลื่อนที่ได้ภายในชั้น และแต่ละชั้นไม่ได้สร้างพันธะกัน จึงทำให้ระหว่างชั้นไม่มีความแข็งแรงมาก สามารถเลื่อนไถลได้ง่าย ทำให้มีสมบัติในการหล่อลื่น เราจึงนำไปทำไส้ดินสอ สารหล่อลื่น เป็นต้น

12.3 ซิลิคอนไดออกไซด์ (SO₂) หรือซิลิกา

ซิลิคอนไดออกไซด์เป็นผลึกโคเวเลนต์ที่มีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย อะตอมของซิลิคอนจัดเรียงตัวเหมือนคาร์บอนในผลึกเพชร แต่มีออกซิเจนคั่นอยู่ระหว่างอะตอมของซิลิคอนแต่ละคู่ ผลึกซิลิคอนไดออกไซด์จึงมีจุดหลอมเหลวสูง และมีความแข็งสูง ใช้เป็นวัสดุในการทำแก้ว ทำส่วนประกอบของนาฬิกาควอร์ตซ์ ใยแก้วนำแสง

สารประกอบอื่นๆ ของซิลิคอนที่มีโครงสร้างเป็นโครงผลึกร่างตาข่าย ได้แก่ ซิลิคอนคาร์ไบด์ ( SiC ) หรือ คาร์โบรันดัม มีจุดหลอมเหลวสูง มีความแข็งมาก ใช้ทำเครื่องบด เครื่องโม่ หินลับมีด

2.6สภาพขั้ว

พันธะโคเวเลนต์ อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ จะเคลื่อนที่อยู่ระหว่าง อะตอมทั้งสอง ถ้าพบว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมคู่ใด เคลื่อนที่อยู่ตรงกลางระหว่างอะตอมพอดี แสดงว่าอะตอมคู่นั้นมีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะเท่ากัน แต่ถ้าพบว่า อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ เคลื่อนที่อยู่ใกล้อะตอมใดอะตอมหนึ่ง มากกว่าอีกอะตอมหนึ่ง แสดงว่าอะตอมคู่นั้น มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะไม่เท่ากัน ดังภาพ

(ก) อิเล็กตรอนถูกดึงดูดเท่า ๆ กัน

ค่าที่บอกให้ทราบถึงความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของธาตุที่สร้างพันธะกันเป็นสารประกอบเรียกว่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี(Electronegativity)ซึ่งขึ้นอยู่กับจำนวนประจุในนิวเคลียส และระยะระหว่างเวเลนต์อิเล็กตรอนกับนิวเคลียส

ธาตุที่มีจำนวนประจุในนิวเคลียสมาก แต่มีระยะระหว่างเวเลนต์อิเล็กตรอนกับนิวเคลียสห่างกันน้อยจะมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าธาตุที่มีระยะระหว่างเวเลนต์อิเล็กตรอนกับนิวเคลียสห่างกันมาก

อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง มีแนวโน้มที่จะแสดงอำนาจไฟฟ้าลบ

อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำ มีแนวโน้มที่จะแสดงอำนาจไฟฟ้าบวก

ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว

1. เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดกับคู่อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน

2. เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่มีการกระจายอิเล็กตรอนให้แต่ละอะตอมเท่ากัน

3. พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้วอาจจะเกิดกับพันธะโคเวเลนต์ชนิดพันธะเดี่ยว เช่น Cl - Cl พันธะโคเวเลนต์ชนิดพันธะคู่ เช่น O = O และพันธะโคเวเลนต์ชนิดพันธะสาม เช่น N N

4. พันธะโคเวเลนต์ที่ไม่มีขั้วเกิดในโมเลกุลใดเรียกว่า โมเลกุลไม่มีขั้ว (non- polar molecule)

ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว

1. พันธะโคเวเลนต์มีขั้วเกิดกับคู่อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่างกัน

2. เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่มีการกระจายอิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมไม่เท่ากัน

3. พันธะโคเวเลนต์มีขั้วเกิดในโมเลกุลใด โมเลกุลนั้นจะมีขั้วหรืออาจจะไม่มีขั้วก็ได้ แต่ถ้าพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว เกิดในโมเลกุลที่มีเพียง 2 อะตอม โมเลกุลนั้นต้องเป็นโมเลกุลมีขั้วเสมอ

เขียนสัญลักษณ์แสดงขั้วของพันธะ

ใช้เครื่องหมาย อ่านว่า เดลตา โดยกำหนดให้ว่า พันธะมีขั้วใดที่อะตอมแสดงอำนาจไฟฟ้าลบ (เป็นอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง) ใช้เครื่องหมายแทนด้วย และพันธะโคเวเลนต์มีขั้วใดที่อะตอมแสดงอำนาจไฟฟ้าบวก (เป็นอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำ ) ใช้เครื่องหมายแทนด้วย เช่น HF และ ClF

สภาพขั้วของพันธะโคเวเลนต์ (Polarity of covalent bond) คือ ความแรงของขั้วของพันธะโคเวเลนต์ กล่าวคือ พันธะโคเวเลนต์ใดที่มีอะตอมของธาตุทั้งสองมีผลต่างของค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีมาก ขั้วของพันธะโคเวเลนต์มีขั้วนั้นจะมีอำนาจขั้วไฟฟ้ามาก คือ มีสภาพขั้วแรง ส่วนพันธะโคเวเลนต์ใดที่มีอะตอมของธาตุทั้งสองมีผลต่างของค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีน้อย ขั้วของพันธะโคเวเลนต์มีขั้วนั้นจะมีอำนาจไฟฟ้าน้อย คือ มีสภาพขั้วต่ำ เช่น

HCl H มี EN = 2.20 Cl มี EN = 3.16

ผลต่างของค่า EN ของอะตอม H กับ Cl = 3.16 - 2.20 = 0.96

FCl F มี EN = 3.98 Cl มี EN = 3.16

ผลต่างของค่า EN ของอะตอม F กับ Cl = 3.98 - 3.16 = 0.82

จะเห็นได้ว่าผลต่างของค่า EN ที่เกิดจากธาตุของพันธะ H - Cl มากกว่าของพันธะ F - Cl ดังนั้นขั้วของพันธะ H - Cl มีสภาพขั้วแรงกว่า ขั้วของพันธะ F - Cl

การเปรียบเทียบสภาพขั้วของพันธะระหว่างอะตอม พิจารณาได้จากผลต่างของค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีดังนี้

ขั้วของโมเลกุล

จากความรู้เรื่องพันธะโเวเลนต์มีขั้ว และพันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้วสามารถนำมาแบ่งประเภทของโมเลกุลโคเวเลนต์ได้เป็นโมเลกุลมีขั้ว และโมเลกุลไม่มีขั้ว แต่โมเลกุลโคเวเลนต์ใดจะเป็นโมเลกุลมีขั้ว หรือ ไม่มีขั้วนั้นสามารถพิจารณาได้ดังนี้

ก. โมเลกุลที่มีเพียง 2 อะตอม

ถ้าโมเลกุลโคเวเลนต์ใดมีเพียง 2 อะตอม และเป็นอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน พันธะที่เกิดขึ้นในโมเลกุลเป็นพันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว ดังนั้น โมเลกุลก็จะเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วด้วย เช่น H₂, O₂, N₂

ถ้าโมเลกุลโคเวเลนต์ใดมีเพียง 2 อะตอม และเป็นอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน พันธะที่เกิดขึ้นในโมเลกุลเป็นพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว ดังนั้นโมเลกุลก็จะเป็นโมเลกุลมีขั้วด้วย เช่น HCl , ClF , HI

ข. โมเลกุลที่มี 3 อะตอมหรือมากกว่า

ถ้าโมเลกุลที่เกิดจากพันธะมีขั้ว และมีรูปร่างของโมเลกุลสมมาตร โมเลกุลนั้นจะเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว เพราะมีผลรวมของทิศทางของแรงดึงดูดอิเล็กตรอนทั้งหมดในโมเลกุลเป็นศูนย์ เช่น