โครงสร้างวัสดุ

1. บทที่ 4 โครงสร้างวัสดุ

2. โครงสร้างอะตอมและการสร้างพันธะของอะตอมในของแข็งโครงสร้างอะตอมและการสร้างพันธะของอะตอมในของแข็ง อะตอม : ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เล็กลงไป เรียกว่า โปรตอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน www.geocities.com/phaitoon2501/lesson1/l12.html

3. แบบจำลอง : จอห์น ดาลตัน "อะตอมมีขนาดเล็กมาก เป็นทรงกลมตัน แบ่งแยก สร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายไม่ได้” www.geocities.com/class2u_areerut/elemant.html

4. แบบจำลอง : เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน "อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนซึ่งมีประจุบวกและอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบจำนวนเท่ากันกระจายทั่วไปอย่างสม่ำเสมอ”

5. แบบจำลอง : ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด "อะตอมประกอบด้วยประจุบวก คือโปรตอนอยู่ตรงกลาง มีขนาดเล็กมาก โดยมีประจุลบคือ อิเล็กตรอนวิ่งรอบๆ”

6. แบบจำลอง : นีลล์ โบร์ "อะตอมเป็นทรงกลมประกอบด้วยโปรตอน และนิวตรอนรวมกันเป็นนิวเคลียสมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงกลมเป็นชั้นๆตามระดับพลังงาน”

7. แบบจำลอง : “อะตอมหนึ่งๆ ประกอบด้วย นิวเคลียส ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 10-14 mล้อมรอบด้วยกลุ่มหมอกจางของอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่โดยรอบทำให้รัศมีอะตอมมีขนาดอยู่ในช่วง 10-10 m”

8. http://www.thaigoodview.com/files/u6974/atom_0.jpg 27/6/11 http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem6/snap9.jpg

9. มวล : นิวเคลียส = โปรตอน + นิวตรอน = มวลหลักทั้งหมดของอะตอม โปรตอน มีมวล = 1.67310-24 g ประจุ = + 1.602  10-19 C นิวตรอน มีมวล = 1.67510-24 g อิเล็กตรอน มีมวล = 9.10910-28 g (1/1836 เท่าของโปรตอน) ประจุ = - 1.602  10-19 C

10. กลุ่มประจุอิเล็กตรอนเป็นส่วนที่มีปริมาตรมากเกือบทั้งหมดของอะตอม แต่มีมวลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด ที่สำคัญ คือ “ที่โคจรวงนอกสุด” เพราะเป็นตัวกำหนด สมบัติทางไฟฟ้า เชิงกล เคมีและความร้อนของอะตอม ดังนั้น โครงสร้างอะตอมซึ่งเป็นความรู้พื้นฐาน จึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะช่วยให้เข้าใจสมบัติต่างๆ ของวัสดุมากขึ้น

11. เลขอะตอม (Atomic  number)  • ใช้สัญลักษณ์  Z    หมายถึง  ตัวเลขที่แสดงจำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในนิวเคลียสของธาตุ  อะตอมของธาตุชนิดหนึ่ง ๆ  จะมีจำนวนโปรตอนเฉพาะตัวไม่ซ้ำกับธาตุอื่น ๆ  ธาตุชนิดเดียวกันจะต้องมีจำนวนโปรตอนหรือเลขอะตอมเท่ากัน • อะตอมที่เป็นกลางจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน • อะตอมไม่เป็นกลางจำนวนอิเล็กตรอนจะไม่เท่ากับโปรตอน เช่น  ไอออนบวก จะมีโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอน • ไอออนลบ  จะมีโปรตอนน้อยกว่าอิเล็กตรอน

12. มวลอะตอม (Atomic  mass)  ใช้สัญลักษณ์เป็น  A    หมายถึงผลรวมของจำนวนโปรตอน  และจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส  เลขมวลไม่ใช่  มวลอะตอม  เลขมวลจะต้องเป็นจำนวนเต็มเสมอ  แต่มวลอะตอมอาจจะเป็นเลขจำนวนเต็มหรือไม่ก็ได้ เป็นค่าเชิงเปรียบเทียบของแต่ละธาตุที่มีหน่วยเป็นกรัมของเลขอะโวกาโด NA = 6.0231023 atom http://www.thaigoodview.com/library/studentshow/2549/bangkok/sathit_cu/atomic_structure/Learn/isotope.htm

13. ตัวอย่าง 1 gmolหรือ 1 mol ของธาตุหนึ่งๆ มีค่าเท่ากับมวลในหน่วย g มวลอะตอมของธาตุนั้นๆ เช่น 1 g mol ของ Al มีมวล = 26.98 gและมีจำนวนอะตอมเท่ากับ 6.0231023 atom การบ้าน : จงหาจำนวนอะตอมใน 100 กรัมของทอง

14. โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และการทำปฏิกิริยาทางเคมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และการทำปฏิกิริยาทางเคมี • ก๊าซเฉื่อย (Noble gas) • สมบัติทางเคมี ขึ้นกับ ความสามารถในการทำปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนวงนอกสุด • ในบรรดาธาตุต่างๆ ก๊าซเฉื่อยมีเสถียรภาพสูงที่สุด • ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆ น้อยที่สุด • Ne, Ar, Kr, Xe, Rn • ปัจจุบันพบก๊าซเฉื่อยบางชนิด เช่น Kr และ Xe สามารถทำปฏิกิริยากับ F และ O ได้ เช่น  KrF2 , XeF2 ,XeF4 , XeF6 , XeO3 , XeO4 • ก๊าซเฉื่อยมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็น " วันเดอร์วาลส์ " จึงทำให้มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ

15. 2.1 ธาตุที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก (Electropositive Element) • มักเป็นโลหะ เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน (cation) • จำนวนอิเล็กตรอนที่สูญเสีย แสดงเป็นเลข oxidationที่มีเครื่องหมายเป็น + • กลุ่ม 1A, 2A

16. 2.2 ธาตุที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ (Electronegative Element) • มักเป็นอโลหะ เมื่อรับอิเล็กตรอน (anion) • จำนวนอิเล็กตรอนที่สูญเสีย แสดงเป็นเลข oxidationที่มีเครื่องหมายเป็น - • กลุ่ม 6A, 7A • ธาตุในกลุ่ม 4A ถึง 7A เป็นได้ทั้ง +,- (C, Si, Ge, As,Sn, P)

17. ชนิดของพันธะอะตอมและพันธะโมเลกุลชนิดของพันธะอะตอมและพันธะโมเลกุล • Primary atomic bonding • Ionic bond • Covalent bond • Metallic bond • Secondary atomic bonding • Van de Walls • Hydrogen • 3. Mixed

18. Ionic bond • เป็นแรงดึงดูดระหว่างอิออน • เกิดระหว่างธาตุที่มีประจุไฟฟ้าบวก (โลหะ)กับธาตุที่มีประจุไฟฟ้าลบ (อโลหะ) • แรงยึดเหนี่ยวเป็นแรงคูลอมบ์ (แรงดึงดูดระหว่างอิออนที่มีประจุบวก, ลบ • เป็นพันธะที่แข็งแรงและเป็นพันธะที่ไม่มีทิศทาง • ตย. NaCl, CsCl

19. http://wwwchem.csustan.edu/chem3070/images/nacl.gif

20. www.thaigoodview.com/.../56/3P/Ionic1.htm

21. Covalent bond • เป็นแรงดึงดูดที่แข็งแรงระหว่างอะตอม เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน ทำให้เกิดแรงยึดเหนี่ยวขึ้น จึงเป็นพันธะที่เกิดในบางส่วนและมีทิศทางที่แน่นอน • ตย. H2 : ยึดกันด้วยพันธะโควาเลนต์แบบง่ายที่สุด • พบในโมเลกุลของธาตุอโลหะ : H2 Cl2 F2 • พบในโมเลกุลของสารประกอบ : H2O HNO3 HF • เป็นพันธะที่แข็งแรงและเป็นพันธะที่ไม่มีทิศทาง • ตย. Carbon (เพชร) Silicon Germanium GaAs InSb • SiC

22. http://www.green-planet-solar-energy.com/images/polar-covalent-bond.gifhttp://www.green-planet-solar-energy.com/images/polar-covalent-bond.gif

25. Metallic bond • เป็นแรงดึงดูดที่แข็งแรงระหว่างอะตอม เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน โดยหลุดจากตำแหน่งเดิม ทำให้เกิดแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงอย่างไม่มีทิศทางของพันธะระหว่างโมเลกุล • พบในธาตุโลหะและโลหะผสม • อะตอมโลหะจะมี valence e (ไม่เกิน 3) ไม่อยู่กับที่ แต่จะเคลื่อนที่อย่างอิสระไปทั่วชิ้นวัสดุโลหะ • พบในธาตุหมู่ IA, IIA

26. info.lu.farmingdale.edu/.../atomicbonds.html

27. Secondary bond : Van de Waals • มีความแข็งแรงต่ำ มีค่าพลังงานอยู่ในช่วง 10 kJ/mol (0.1 eV/atom) • เกิดขึ้นระหว่งทุกอะตอมหรือโมเลกุล แต่ไม่เด่นชัด • เด่นชัดในก๊าซเฉื่อย และในโมเลกุลที่มีเป็นแบบโควาเลนต์ • เกิดจากไดโพลของอะตอม/โมเลกุล

28. info.lu.farmingdale.edu/.../atomicbonds.html

29. Secondary bond : Hydrogen bond • พบในโมเลกุลที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโควาเลนต์โดยมีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ เช่น H2O • มีประจุบวกอยู่รอบๆ อะตอมไฮโดรเจน และประจุลบอยู่รอบๆ อะตอมออกซิเจน • เมื่อมีโมเลกุลลักษณะเดียวกันมาอยู่ใกล้ๆ จะเกิดแรงยึดเหนี่ยวแบบอ่อนๆ ขึ้นระหว่างประจุลบและบวก

30. info.lu.farmingdale.edu/.../atomicbonds.html

31. Binding Energy The atoms arrange themselves within a bonding regime such that they are at a minimum energy level.   This is when there is a balance between the attractive and the repulsive forces.  The spacing at this low energy level equilibrium distance is called the “Interatomic spacing”.

32. พลังงานยึดเหนี่ยวพลังงานที่ใช้ในการยึดกันเป็นนิวเคลียสของนิวคลีออนต่าง ๆ ค่าพลังงานยึดเหนี่ยว คำนวณได้จาก E = mc2ของไอน์สไตน์     ในทางกลับกัน ค่าพลังงานยึดเหนี่ยวก็เท่ากับพลังงานที่ใช้ไปในการทำให้นิวคลีออนแยกออกจากกัน (อภิธานศัพท์ฟิสิกส์) พลังงานยึดเหนี่ยว หมายถึงพลังงานที่ต้องใช้ในการแยกอะตอมสองตัวออกจากกัน หรือแยกอะตอมเป็นนิวคลีไอและอิเล็กตรอน เทียบเท่ากับการลดพลังงานอิสระ(free energy)ของระบบ

33. www.roymech.co.uk/.../Matter/basics.html