ผลต่างระหว่างรุ่นของ "ของแข็ง"

ของแข็ง (แก้ไข)

รุ่นแก้ไขเมื่อ 21:26, 3 พฤษภาคม 2558

ลดลง 54,136 ไบต์ ,  5 ปีที่แล้ว
ย้อนการแก้ไขที่ 5970538 สร้างโดย Supakit Kongpunya.1 (พูดคุย)
(ของแข็ง)
(ย้อนการแก้ไขที่ 5970538 สร้างโดย Supakit Kongpunya.1 (พูดคุย))
{{ต้องการอ้างอิง}}
{{กลศาสตร์ภาวะต่อเนื่อง}}
 
'''ของแข็ง''' ({{lang-en|Soild}}) เป็น[[สถานะ (สสาร)|สถานะหนึ่งในสี่ของสถานะพื้นฐานของสสาร]] (สถานะอื่นได้แก่ [[ของเหลว]] [[แก๊ส]] [[พลาสมา]]) ซึ่งมีลักษณะที่สามารถทนและต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่วงหรือปริมาตร แตกต่างกับ[[ของเหลว]] วัตถุที่เป็นของแข็งไม่สามารถไหลได้และไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่างและปริมาตรไปตามภาชนะที่บรรจุ อะตอมภายในโมเลกุลของของแข็งอยู่ชิดกันมากและมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคที่หนาแน่นกับอนุภาคอื่น ๆ
==ของแข็ง==
ของแข็งมีลักษณะแตกต่างจากแก็สหรือของเหลว ที่เห็นได้เด่นชัดคือ มีรูปร่างแน่นอนมีความแข็งแกร่ง ในบทนี้จะอธิบายถึงลักษณะทั่วไปของของแข็งในเทอมของอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุล ซึ่งเกี่ยวข้องกับความเป็นระเบียบของการเรียงอะตอมในโมเลกุลและอยู่ด้วยกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวค่อนข้างมากเมื่อเปรียบเทียบกับในสถานะที่เป็นแก็สหรือเป็นของเหลว
 
สาขาของฟิสิกส์มีสาขาหนึ่งที่มีเพื่อศึกษาของแข็งโดยเฉพาะ เรียกว่า[[ฟิสิกส์ของแข็ง]]และมันยังเป็นสาขาหลักของ[[ฟิสิกส์สสารอัดแน่น]] (ซึ่งจะมีการศึกษาเกี่ยวกับของเหลวรวมอยู่ด้วย)
===ลักษณะทั่วไปของของแข็ง===
# ลักษณะทั่วไปของของแข็งซึ่งเป็นที่คุ้นเคยกับชีวิตประจำวันและเห็นกันอยู่ทั่ว ๆ ไป ได้แก่ลักษณะที่แข็งแกร่ง มีรูปร่างที่แน่นอนไม่ขึ้นอยู่กับภาชนะที่บรรจุ ปริมาตรเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยหรือแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อถูกกดดัน และการแพร่ของของแข็งเกิดขึ้นได้ช้ามากเมื่อเปรียบเทียบกับแก็สหรือของเหลว ซึ่งสมบัติเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าอะตอมหรือโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นของแข็งอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนและใกล้ชิดกันมากสารต่างๆ เช่นโซเดียมคลอไรด์ น้ำตาล กำมะถัน นอกจากจะมีสมบัติดังกล่าวแล้ว ยังมีรูปร่างลักษณะที่เด่นชัดในรูปของผลึก ผลึกของแต่ละสารจะมีพื้นผิวซึ่งทำมุมกันด้วยค่าที่แน่นอน ผลึกใหญ่เมื่อทำให้เล็กลง เช่น โดยการบด ผลึกเล็ก ๆ ที่ได้ก็ยังรักษาลักษณะของผลึกเดิมอยู่ สารบางอย่างอาจมีผลึกได้หลายรูปแบบ ปรากฏการณ์เช่นนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์อัญรูป (polymorphismหรือ allotropyถ้าเป็นธาตุ) เช่น แคลเซียมคาร์บอนเนตที่อุณหภูมิต่ำจะมีรูปผลึก เป็นรอมโบฮีดรอล (rombohedral) แต่ถ้าผลึกที่อุณหภูมิสูงจะมีรูปผลึกเป็นออร์โทรอมบิก (orthorhombic) ส่วนผลึกของ NaF, KCl, RbBr, Mgo และ Casต่างก็มีรูปผลึกเป็นเดียวกันกับรูปผลึกของของ NaClส่วน SrCl2, CdF2, PbF2, ZrO2และThO2 ต่างก็มีรูปผลกเป็นอย่างเดียวกันกับ CaF2ปรากฏการณ์ที่สารต่างกันแต่มีรูปผลึกแบบเดียวกันเรียกว่า ภาวะรูปร่างเหมือนกัน (isomorphism)
#ลักษณะสำคัญของผลึกคือการเรียงตัวอย่างมีระเบียบของอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลในผลึกนั้น ๆ ของแข็งไม่จำเป็นจะต้องอยู่ในลักษณะที่เป็นผลึกเสมอไป อาจเป็นของแข็งที่ไม่มีรูปผลึกเรียกว่า ของแข็งอสัณฐาน (amorphous solid) ตัวอย่างเช่น แก้ว ยาง พลาสติก ของแข็งดังกล่าวมีสมบัติที่เป็นของแข็งทั่วไป เช่น มีความแข็งแกร่ง มีรูปร่างที่ไม่ขึ้นกับภาชนะที่บรรจุ การแพร่เกิดขึ้นได้ช้า แต่ขาดความมีรูปทรงคณิตที่แน่นอนในตัวของแข็งเอง และที่สำคัญก็คือของแข็งอสัณฐานมีสมบัติบางอย่าง เช่น ดรรชนีหักเห การนำไฟฟ้า และอื่น ๆ เหมือนกันหมดทุกทิศทาง ลักษณะที่ไม่ขึ้นกับทิศทางเช่นนี้เรียกว่า ไอโซโทรปี(isotropy) ซึ่งตามปกติจะพบในแก็สหรือในของเหลว ส่วนของแข็งที่เป็นผลึกนั้นสมบัติในทิศทางที่ต่างกันจะแตกต่างกันไปด้วย ลักษณะหลังนี้เรียกว่า แอนไอโซโทรปี (anisotropy) ลักษณะที่เป็นแอนไอโซโทรปีนี้จะชี้ให้เห็นว่าผลึกจะต้องมีการเรียงตัวในทิศทางต่าง ๆ ที่แน่นอนและเป็นระเบียบ สมบัติอีกอย่างหนึ่งของผลึกที่สำคัญคือ มีจุดหลอมเหลวที่เด่นชัดเมื่อของแข็งหลอมตัวเป็นของเหลว ส่วนของแข็งอสัณฐานเมื่อเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวจะมีจุดหลอมเหลวที่ไม่เด่นชัด กล่าวคือจะค่อย ๆ ๆอ่อนตัวและในที่สุดจะเริมไหลได้
 
ของแข็งที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดในโลกคือ ซิลิกานาโนโฟม (silica nanofoam) มีความหนาแน่นประมาณ 1 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งน้อยกว่าความหนาแน่นของ[[อากาศ]] เป็นผลิตภัณฑ์ของ[[แอโรเจล]] (aerogel) ที่ดูดอากาศออก
===ประเภทของผลึก===
อนุภาคที่อยู่ในแลตทิซผลึกอาจจะเป็นอะตอมหรือโมเลกุล หรือไอออนก็ได้ ดั้งนั้นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคจึงแตกต่างกัน การแบ่งประเภทของผลึกตามชนิดของอนุภาคและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคอาจแบ่งได้เป็น 4 ชนิด
#ผลึกไอออนิก (Ionic Crystal) อนุภาคที่อยู่ที่จุดแลตทิซของผลึกของแข็งประเภทนี้เป็นไอออนบวกและไอออนลบสลับกันไปทั้งสามมิติ สารประกอบที่จัดว่าเป็นผลึกไอออนิกได้แก่ ออกไซด์ของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท (โลหะหมู่ IIA) และเกลือเฮไลด์ของโลหะแอลคาไล เช่น เกลือแกง ที่จุดแลตทิซในแลตทิซผลึกจะมีโซเดียมไออนเรียงสลับกันไปทั้งสามแกนมีลักษณะเป็นรูปลูกบาศก์ ไอออนที่อยู่ในแลตทิซผลึกจะมีพลังงานศักย์น้อยกว่าไอออนที่แยกกันอยู่อย่างอิสระ แรงคูลอมบ์ (Coulomb force) จัดว่าเป็นแรงดึงดูดหรือแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงมาก ดั้งนั้นผลึกประเภทนี้เมื่อเทียบกับผลึกประเภทอื่นที่อุณหภูมิห้องจะมีความดันไอต่ำมาก มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ขณะที่เป็นของแข็งไม่นำไฟฟ้า แต่ถ้าหลอมเหลวหรือเป็นสารละลายจะนำไฟฟ้าได้ดี เพราะไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้ ผลึกประเภทนี้แข็งแต่เปราะ
#ผลึกโมเลกุล (Molecular Crystal) อนุภาคที่อยู่ที่จุกแลตทิซของแลตทิซผลึกอาจเป็นอะตอมหรือโมเลกุล แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคในแลตทิซผลึกแบบนี้ อาจเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ หรือแรงขั้วคู่-ขั้วคู่แล้วแต่ว่าอนุภาคเหล่านั้นเป็นโมเลกุลมีขั้วหรือไม่มีขั้ว โมเลกุลที่ไม่มีขั้วจะดึงดูดกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์แรงนี้จะมีค่ามากขึ้นเมื่ออะตอมหรือโมเลกุลนั้นมีจำนวนอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น เช่นแรงแวนเดอร์วาลส์ใน Xe (เลขอะตอม 54) ย่อมมีค่ามากกว่าใน Ar (เลขอะตอม 18) ถ้าอนุภาคในแลตทิซผลึกเป็นโมเลกุลมีขั้ว เช่น H2O จะมีแรงดึงดูดขั้วคู่-ขั้วคู่ระหว่างด้านของโมเลกุลที่มีประจุต่างกัน แรงชนิดนี้แข็งแรงกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ แต่อย่างไรก็ตามแรงทั้งสองแบบที่กล่าวนี้ก็ยังอ่อนกว่าแรงคูลอมบ์ ดั้งนั้น จึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ และระเหยง่าย มีความดันไอสูงที่อุณหภูมิห้องเช่น แนพทาลีน (ลูกเหม็น) พิมเสน เมนทอล ไอโอดีน เป็นต้น แต่ผลึกโมเลกุลทุกชนิดไม่จำเป็นต้องระเหยง่ายเสมอไป บางชนิดระเหยยากก็มี เช่น กำมะถัน การที่แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคในผลึกโมเลกุลอ่อนมาก จึงทำให้สารนั้นมีลักษณะค่อนข้างอ่อนหรือนิ่มเปราะง่าย ไม่นำไฟฟ้า สามารถถูกอัดให้มีปริมาตรเล็กลงได้เล็กน้อยเพราะยังมีทีว่างอยู่ในแลตทิซผลึก
#ผลึกโคเวเลนต์ (Covalent Crystal)อนุภาคที่อยู่ในแลตทิซเป็นอะตอม ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงที่เกิดจากการร่วมใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนด้วยกันที่เรียกว่า พันธะโคเวเลนต์ เช่น เพชร ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน แต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกับอะตอมข้างเคียงสี่อะตอมด้วยพันธะโคเวเลนต์ ดังรูป อะตอมของคาร์บอนยึดกันแบบเตตระฮีดรัล ต่อเนื่องกันไปทั้งสามมิติเป็นแมโครโมเลกุล (macromolecule) แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคในผลึกโคเวเลนต์จะแข็งแรงกว่าแรงยึดเหนี่ยวในผลึกโมเลกุล ทำให้มีความแข็งมากกว่าผลึกโมเลกุล โดยทั่วๆไปจะมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง มีความดันไอต่ำ ไม่ละลายในตัวทำละลายใดๆ ไม่นำไฟฟ้า ยกเว้นแกรไฟต์ซึ่งนำไฟฟ้าได้
#ผลึกโลหะ (Metallic Crystall) อนุภาคที่อยู่ที่จุดแลตทิซของแลซทิตผลึกเป็นไออนบวกของโลหะท่ามกลางอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปมาได้ โลหะผลึกประเภทนี้มีจุดเดือดและจุดหลอมเหวสูง ดึงเป็นแผ่นตีเป็นเส้นง่าย ตัวอย่างเช่น เหล็ก เงิน และทองคe
 
{{สถานะของสสาร}}
ตาราง สรุปคุณสมบัติของผลึกทั้งสี่แบบ
{| class="wikitable"
|-
! !! ผลึกไอออนิก !! ผลึกโมเลกุล!! ผลึกโคเวเลนต์ !! ผลึกโลหะ
|-
| อนุภาคที่จุดแลตทิซ || ไอออนบวกและไอออนลบ || โมเลกุล || อะตอม ||ไอออนบวกท่ามกล่างทะเลอิเล็กตรอน
|-
| แรงยึดเหนี่ยว || ประจุไฟฟ้าสถิตที่ต่างกัน || แวนเดอร์วาลส์หรือขั้วคู่-ขั้วคู่ || ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน || ไอออนบวกกับหมอกอิเล็กตรอน
|-
| สมบัติทางฟิสิกส์ || แข็ง เปราะ จุดหลอมเหลวสูงนำไฟฟ้าเมื่อหลอมเหลวหรือเป็นสารละลาย || อ่อนมาก จุดหลอมเหลวต่ำเป็นฉนวน || แข็งมาก จุดหลอมเหลวสูงไม่นำไฟฟ้า || มีแววโลหะ จุดหลอมเหวค่อนข้างสูง นำไฟฟ้าได้ดี
|-
| ตัวอย่าง || NaCl , KNO<sub>3</sub> , Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> || H<sub>2</sub>O , CO<sub>2</sub> ,H<sub>2</sub> || เพชร , SiC , quartz || Na , Cu , Fe , Ag
|}
 
[[หมวดหมู่:สถานะของสสาร]]
===การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์===
[[หมวดหมู่:ของแข็ง]]
นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ แมกซ์ ฟอน เลาเอ ( Max von Laue ) ได้ชี้แนะในปี ค.ศ. 1912 ให้เห็นว่าระนาบที่บรรจุไอออนหรืออะตอมในผลึกมีลักษณะที่เป็นเกรติง และเนื่องจากระยะทางระหว่างระนาบของผลึกมีความใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ ทำให้ผลึกสามารถเกิดการเลี้ยวเบนอย่างเห็นได้ชัด เมื่อได้ทดลองกับผลึกโซเดียมคลอไรด์ ก็พบว่าการเลี้ยวเบนที่เห็นได้จากแผ่นฟิล์มเป็นจุดสว่างที่มีลักษณะสมมาตรรอบ ๆ จุดศูนย์กลาง และจากตำแหน่งต่างๆของจุดเหล่านั้น ฟอน เลาเอ สามารถคำนวณหาขนาดและรูปร่างของหน่วยเซลล์ในผลึกได้ด้วย เนื่องจากการคำนวณตามรูปแบบของ ฟอน เลาเอ ค่อนข้างจะซับซ้อน ต่อมานักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อ วิลเลียม เฮนรี แบรกก์ ( William Henry Bragg ) และบุตรชายชื่อ วิลเลียม ลอเรนต์ แบรกก์ ( William Lawrence Bragg) ได้ศึกษาเรื่องนี้อย่างจริงจัง และเห็นว่าการคำนวณหาขนาดอาจทำได้ในเทมอของการสะท้อนของแสงจากระนาบของอะตอม หรือ ไอออนในผลึก นั่นคือเมื่อฉายรังสีเอกซ์ไปยังผลึก บางส่วนของรังสีเอกซ์ก็สะท้อนออกไป บางส่วนก็ผ่านไปยังระนาบต่อๆไปและจะสะท้อนออกจากระนาบเหล่านั้น ถ้าคลื่นที่สะท้อนออกมาจากระนาบต่างๆ เป็นแบบ outof phaseก็จะหักล้างกัน แต่ถ้าคลื่นที่สะท้อนออกมาจากระนาบต่างๆเป็นแบบ in phase ก็จะเกิดการเสริมกัน ซึ่งเป็นผลจากการเลี้ยวเบน พิจารณาระนาบของอะตอมหรือไอออนตามรูป ที่มีระยะระหว่างระนาบเป็นdเมื่อฉายรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่น λ ไปยังระนาบของผลึกด้วยมุม θ เมื่อรังสีเอกซ์ตกกระทบกันอะตอมหรือไอออนที่อยู่ตามระนาบต่างๆ ก็จะสะท้อนออกจากมุม θ เช่นกัน
[[หมวดหมู่:วัสดุศาสตร์]]
 
{{โครงฟิสิกส์}}
[[File:การเกิดการเลี้ยวเบนจากอะตอมหรือไอออนในผลึก|thumbnail]]
 
สะท้อนแสง คลื่น ABและDG ขนานกันและเป็นแบบ in phase เมื่อคลื่นมีการสะท้อน คลื่น BC และ HF จะต้องเป็นแบบ in phase จึงจะมีการเสริมกันหรือเลี้ยวเบนได้แต่คลื่นที่สะท้อนจากระนาบที่ 2 เคลื่นที่ไปได้ไกลกว่าที่จะสะท้อนจากระนาบที่1 ตามรูปจะเห็นว่า AB = DG และ BC = HFระยะทางของทั้งสองคลื่นมีความแตกต่างกันเป็นระยะทาง GE + EH ซึ่งระยะทางนี้จะต้องเป็นตัวเลขที่คูณด้วยความยาวคลื่นซึ่งจะทำให้มีการเสริมกันและทำให้รังสีเอกซ์มีความเข้มเพิ่มขึ้น ซึ่งถือว่าเป็นภาวะจำเป็นที่จะทำให้เกิดการเลี้ยวเบน หรือ
GE+ EH = nλ n = 1,2,3,…..
แต่ตามรูป GE = EH = d sin θ
เพราะฉะนั้น nλ = 2d sin θ
สมการนี่เรียกได้ว่า สมการของแบรกก์ ( Bragg’s equation ) ซึ่งระบุถึงการเลี้ยวเบนจะเกิดขึ้นเมื่อ n,λ,d และθ มีความสัมพันธ์ดังปรากฎตามสมการนี้เท่านั้น n เป็นอันดับของการเลี้ยวเบนเป็นเลขที่ลงตัวเนื่องจาก sin θ มีค่าสูงสุดไม่เกินหนึ่ง เพราะฉะนั้น แต่ละครั้งของการทดลองมี λ และ d ที่แน่นอนก็อาจมีมุมตก θ ได้หลายๆค่าเป็นไปตาม n = 1,2,3,…จากสมการเล่านี้จะเห็นว่าสำหรับ λ และ d มีค่าที่แน่นอนสำหรับผลึกหนึ่งๆ n จะมีค่าสูงขึ้นเมื่อ sinθ ค่ามากขึ้นหรือมุม θ โตขึ้น ซึ่งได้พบเมื่อ n มีค่าสูงขึ้น รังสีที่สะท้อนจะมีความเข้มข้นต่ำลงอย่างรวดเร็ว รูปข้างล่างต่อไปนี้แสดงถึงการทดลองการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์จากผงผลึกในขั้นแรกผ่านรังสีเอกซ์คลื่นเดี่ยวเข้าไปในหลอดแก้วเล็กๆที่บรรจุผงผลึกที่จะทดลอง ผงผลึกถึงจะมีปริมาณเพียงเล็กน้อยแต่ประกอบด้วยผลึกเล็กๆจำนวนมาก และอยู่ในลักษณะที่มีทิศทางต่างๆกัน
[[File:การจัดตั้งการทดลอง|thumbnail]]
[[File:การเลี้ยวเบนจากผลึกของโซเดียมคลอไรด์ที่ปรากฏบนแผ่นฟิล์ม|thumbnail]]
 
====การเกิดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์จากผงผลึก====
(ก) การจัดตั้งการทดลอง
(ข) การเลี้ยวเบนจากผลึกของโซเดียมคลอไรด์ที่ปรากฏบนแผ่นฟิล์ม
เมื่อผลึกเล็กๆ เหล่านี้รับรังสีเอกซ์ที่ตกกระทบ ก็จะมีระนาบจำนวนหนึ่งทำมุมได้พอเหมาะที่เป็นไปตามสมการของแบรกก์ ส่วนระนาบอื่นๆ ก็จะทำมุมให้พอเหมาะตามสมการแบรกก์อีกเหมือนกันผลที่ได้คือมีระนาบจำนวนหนึ่งซึ่งสามารถเกิดการเลี้ยวเบนของรังสีออกมาได้ เนื่องจากระนาบชนิดเดียวกันมีเป็นจำนานมากและมีอยู่ทุกทิศทางทำให้เกิดอนุกรมทรงกรวยของรังสีตามที่แสดงไว้ในรูป(ก) เมื่อรังสีเอกซ์เลี้ยวเบนนี้ตกกระทบกับแผ่นฟิล์มในกล้องทรงกระบอก รูป (ข) เป็นรูปของฟิล์มที่เป็นผลจากการเลี้ยวเบนจากผลึกของ NaCl ในกล้องทรงกระบอก เส้นต่างๆ ที่เกิดขึ้นนั้นสามารถจะวัดและคำนวณออกมาเป็นมุม θ ที่ปรากฏในสมการแบรกก์ได้ ปรากฏในแผ่นฟิล์มเป็นผลจากการเลี้ยวเบนของรังสีจากระนาบต่างๆที่มีอยู่ในผลึกนั้นๆถ้าเราทราบชนิดของระนาบที่ทำให้เกิดแต่ละเล้นบนฟิล์ม มุม θ วัดได้จากเส้นเหล่านี้ และเมื่อทราบความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์และระบบของผลึก เราก็สามารถคำนวณและความยาวตามขอบของหน่วยเซลล์ของผลึกนั้นๆได้
 
===อัตราส่วนรัศมีของไอออนบวกและไอออนลบ===
ในสารประกอบไอออนิก เลขโคออร์ดิเนชันมีความสัมพันธ์กับขนาดของไอออนบวกและไอออนลบที่ประกอบกันเป็นผลึกและขนาดของไอออนจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อการจัดเรียงตัวของไอออนต่างๆ ในผลึก ซึ่งถือว่าขนาดของไอออนเป็นตัวกำหนดรูปร่างของผลึก แบบซีเซียมคลอไรด์ หรือ แบบซิงค์เบลนด์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนรัศมีไอออนบวกต่อไอออนลบ (r+/r-) เราสามารถคำนวณหาขีดจำกัดของอัตราส่วนรัศมี r+/r-ได้จากรูปทรงเรขาคณิตของเซลล์หน่วยผลึกเกลือผลึกสามัญ เลขโคออร์ดิเนชันและโครงสร้างมีความสัมพันธ์กัน ถ้าทราบอัตราส่วนรัศมี r+/r- ซึ่งรัศมีของไอออนจะสามารถบอกจำนวนเลขโคออร์ดิเนชัน หรือชนิดของโครงสร้างผลึกได้
 
===ไอโซเมอร์ฟิซึมและพอลิเมอร์===
ไอโซเมอร์(isomorphism) แปลว่าภาวะรูปร่างเหมือนกัน ถ้าจะกล่าให้ชัดเจนไอโซเมอร์ฟิซึมเป็นปรากฏการณ์ที่ผลึกของสารต่างๆมีองศ์ประกอบแตกต่างกันแต่มีโครงสร้างผลึกทางเรขาคณิตเป็นรูปแบบเดียวกันสารที่มีโครงสร้างผลึกรูปแบบเดียวกันเรากล่าวได้ว่าสารเหล่านี้นั้นมีรูปร่างเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น NaCl KCL KBr ทั้งสามสารนี้มีรูปร่างเหมือนกัน เพราะต่างก็มีโครงสร้างผลึกอยู่ในระบบลูกบาศก์เหมือนกันหรือสารประกอบพวกสารส้ม ในปี ค.ศ. 1819 Mitscherlichได้สังเกตพบว่าสาต่างๆ มีองศ์ประกอบที่คล้ายคลึงกัน จำนวนโมเลกุลของน้ำผลึกเท่ากัน และจากการทดลองพบว่าสารทั้งสองมีรูปร่างเหมือนกันเขาได้สังเกตเห็นว่าสารที่มีรูปร่างเหมือนกันจะมีจำนวนอะตอมของธาตุต่างๆทั้งหมดเท่ากัน และมีขนาดอะตอมใกล้เคียงกันในที่สุด จึงสรุปว่า สารที่มีโครงสร้างผลึกเหมือนกันย่อมมีสูตรโมเลกุลแบบเดียวกัน
พอลิเมอร์ฟิซึม (Polymorphism) แปลว่า ภาวะโครงสร้างหลายแบบ เป็นปรากฏการณ์ที่สารประกอบบางชนิดมีโครงสร้างผลึกได้มากกว่าหนึ่งแบบ
ธาตุบางชนิดเกิดปรากฏการณ์รูปร่างหลายแบบได้เช่นเดียวกับสารประกอบเราเรียกว่า อัญรูป ของธาตุ เช่น กำมะถัน มีโครงสร้างผลึกเป็นรอมบิก และโมโนคลินิก
อย่างไรก็ตามสารรูปร่างหลายแบบสามารถโครงสร้างผลึกจากแบบหนึ่งไปเป้นอีกอีกแบบหนึ่งไปเป้นอีกแบบหนึ่งได้ภายใต้อุณหภมิและความดันหนึ่งเราเรียก อุณหภูมินั้นว่า จุดแทรนซิชัน เช่น เมื่อ ทำให้กำมะถันร้อนรอมบิก ร้อนขึ้นจะเปลี่ยนไปเป็นกำมะถันโมโนคลินิก จะเปลี่ยนกลับไปเป็นกำมะถันรอมบิก ปรากฏการณ์ ที่โครงสร้างผลึกสามารถเปลี่ยนไปมา จุดแทรนซิชันของสารรูปร่างหลายแบบบ สารรูปร่างหลายแบบบางชนิดเมื่อเปลี่ยนโครงสร้างผลึกจากแบบหนึ่งเป็นอีกแบบหนึ่งแล้วไม่สามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นแบบเดิมได้ก็มี เช่น เพชรเปลี่ยน เป็นแกรไฟต์ แต่แกร์ไฟต์ ไม่ปลี่ยนเป็นแกร์ไฟต์ แต่แกร์ไฟต์ไม่เปลี่ยนกลับไปเป็นเพชรปรากกการณ์ เรียกว่า monotropic
จาการศึกษาโครงสร้างแบบผลึกของโลหะโดยวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กส์ พบว่าโลหะต่างๆมีแลตทิซผลึกแบบ hexagonal closet packing หรือ face- centered cubic closest packing ซึ่งเป็นโครงสร้างผลึกแบบชิดที่สุดมีเลขโคออร์ดิเนชันเท่ากับ12โลหะส่วนน้อยมีแลตทิซผลึกเป็นแบบ body-centered cubic ซึ่งมีเลขคอร์ดิเนชันเท่ากับ 8 โลหะบางชนิดมีรูปร่างหลายแบบ เช่น แคลเซียมมีแลตทิซผลึกได้ทั้งแบบ body – centered และ face-centered cubic
 
[[File:ตารางธาตุ|thumbnail]]
 
===(crystaline lattice)===
ตัวอย่างเป็นระเบียบมีแบบแผนแน่นอนเป็นสามมิติ ของอนุภาคของแข็งที่เป็นผลึก เรียกว่า แลตทิซผลึก หน่วยที่เล็กที่สุดของแลตทิซผลึกเรียกว่า หน่วยเซลล์ (unit cell) แลตทิซผลึกเกิดจากหน่วยเซลล์ที่เหมือนๆกันเรียงต่อๆกันโดยมีแบบแผนที่แน่นอน หน่วยเซลล์ของผลึกแต่ละชนิดจึงมีรูปทรงแน่นอนและใช้บอกลักษณะการจัดตัวของอนุภาคสำหรับผลึกแต่ละชนิดได้
หน่วยเซลล์มีลักษณะพื้นฐานแตกต่างกัน 7 แบบ ทำให้มีระบบผลึก (crystal system) 7 ระบบ แต่ละระบบแตกต่างกันที่ความสัมพันธ์ของด้านแต่ละมุม ดังนี้
 
[[File:2|thumbnail]]
 
ตารางความสัมพันธ์ของด้านและมุมของระบบผลึกแต่ละชนิด
{| class="wikitable"
|-
! ระบบผลึก !! ความยาวของด้าน !! มุม !! ตัวอย่าง
|-
| ลูกบาศก์ || a=b=c || α=β=Y=90องศา || NaCl, Cu
|-
| เททระโกนัล || a=b≠c || α=β=Y=90องศา || TiO<sub>2</sub> (rutile)
Sn (white tin)
 
|-
| ออร์โทรอมบิก || a≠b≠c || α=β=Y=90องศา || CaCO<sub>3</sub>(aragonite)
BaSO<sub>4</sub>
 
|-
| โมโนคลินิก || a≠b≠c || α=Y=90องศา
β≠90องศา
|| Na<sub>2</sub>B<sub>4</sub>O<sub>7</sub>.10H<sub>2</sub>O (borax)
PbCrO<sub>4</sub>
 
|-
| เฮกซะโกนัล || a=b≠c || α=β=90องศา
Y=120องศา
|| C (graphite)
ZnO
 
|-
| รอมโบฮีดรัล || a=b=c || α=β=Y≠90องศา || CaCO<sub>3</sub> (calcite)
HgS (cinnabar)
 
|-
| ไตรคลีนิก || a≠b≠c || α≠β≠Y≠90องศา || K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>
CuSO<sub>4</sub>.5H<sub>2</sub>O
 
|}
 
การเขียนภาพแสดงหน่วยเซลล์ต่างๆ มักใช้จุดแทนอนุภาคของผลึกในหน่วยเซลล์ ระบบผลึกทั้ง 7 ระบบ ที่กล่าวมา บอกแต่เพียงความสัมพันธ์ของด้านและมุมของแต่ละระบบ แต่ไม่ได้บอกว่า แต่ละระบบมีอนุภาคของผลึกอยู่ในตำแหน่งใดบ้าง ระบบผลึกบางระบบอาจมีตำแหน่งของอนุภาคต่างกันถึง 2,3 หรือ 4 แบบ โดยมีชื่อเรียกต่างกัน ดังนี้ ผลึกธรรมดา (sinple หรือ primitive) มีอนุภาคอยู่ที่มุมของรูปผลึก (หนน่วยเซลล์) เท่ากัน (ทุกๆระบบมีผลึกแบบนี้) ผลึกแบบกลางหน้า นอกจากจะมีอนุภาคตามมุมแล้วยังมีอนุภาคตรงกลางด้านทุกด้านอีกด้วย ผลึกกลางตัว นอกจากมีอนุภาคที่มุมแล้วยังมีตรงกลางด้านบนของแต่ล่ะด้านบนและด้านล่างของหน่วยเซลล์ด้วย ซึ่งเมื่อระบบแบบจัดการอนุภาคในเซลล์ทั้งหมดของระบบผลึก 7 ระบบ ทำให้เกิดลักษณะของหน่วยเซลล์ทั้งหมด 14 แบบ เรียกว่า แลตทิซบราแวส์
 
[[File:ระบบผลึก|thumbnail]]
 
===การนับจำนวนอนุภาคในหน่วยเซลล์===
การนับจำนวนอนุภาคของหน่วยเซลล์แต่ละระบบ ต้องพิจารณาอนุภาคที่อยู่ตามมุม ตามขอบ ตามด้านหรือตรงกลางหน่วยเซลล์ว่า แต่ละอนุภาคเป็นเซลล์ๆหนึ่ง เป็นสัดส่วนเท่าใด แล้วจึงนำอนุภาคทั้งหมดมารวมกัน ทั้งนี้เพราะหน่วยเซลล์อยู่ชิดกัน จึงมีการใช้อนุภาค ตามมุม ขอบ หรือด้านรวมกัน ซึ่งจะพิจารณาได้ดังนี้
# อนุภาคที่อยู่ภายใต้หน่วยเซลล์ เป็นของหน่วยเซลล์นั้น 1 อนุภาคต่อ 1 หน่วยเซลล์ เพราะไม่ได้ใช้อนุภาคนั้นรวมกันกับเซลล์ใด
# อนุภาคที่มุม เป็นของเซลล์ 1/8 อนุภาคต่อหนึ่งหน่วยเซลล์ เพราะมีการใช้อนุภาคนั้นร่วมกัน 8 หน่วย
#อนุภาคตามขอบ เป็นของเซลล์ 1/4 อนุภาคต่อ 1 หน่วยเซลล์ เพราะมีการใช้อนุภาคนั้นร่วมกัน 4 เซลล์
#อนุภาคตามด้าน เป็นของเซลล์หน่วยนั้น 1/2 อนุภาค 1 หน่วยเซลล์ เพราะมีการใช้อนุภาคนั้นร่วมกัน 2 หน่วยเซลล์
 
===พลังงานแลตทิซและวัฏจักรบอร์น-ฮาร์เบอร์===
พลังงานแลตทิซ (lattice energy) หมายถึง พลังงานที่ต้องใช้ในการทำให้ของแข็งไอออน (ionic solid) แตกออกเปนไอออนที่เป็นแก๊ส เช่น พลังงานแลตทิซของ NaCl คือพลังงานที่ต้องใช้ในการทำให้ NaCl เกิดปฏิกิริยา
NaCl(s) → Na+(g) + Cl-(g)
 
[[File:วัฏจักรบอร์น-ฮาร์เบอร์|thumbnail]]
 
การเกิด NaCl ตามวัฏจักรบอร์น-ฮาร์เบอร์
# วิธีที่หนึ่ง (direct route) เกิดขั้นเดียวจากโลหะโซเดียม NaCl(s)และแก๊สคลอรีน (Cl2(g)) พลังงานที่เกี่ยวข้อง คือ ความร้อนของการเกิด ∆ H0f ซึ่งมีค่าเท่ากับ -411 กิโลจูลต่อโมล NaCl
# วิธีที่สอง เกิด 5 ขั้น มีพลังงานเกี่ยวข้อง ดังนี้
<br />
ขั้นที่ 1 การระเหิดของ Na(s)เป็น Na(g) (ความร้อนของการระเหิด)
<br />
ขั้นที่ 2 การแตกโมเลกุล Cl2ออกเป็นอะตอม Cl (พลังงานสลายพันธะ)
<br />
ขั้นที่ 3 แก๊ส Na ให้อิเล็กตรอนกลายเป็น Na+ (พลังงานการแตกตัดเป็นไอออน)
<br />
ขั้นที่ 4 แก๊ส Cl รับอิเล็กตรอนกลายเป็น Cl- (สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน)
<br />
ขั้นที่ 5 Na+(g)และ Cl-(g)รวมกันเป็น NaCl(s)พลังงานที่ได้ในขั้นนี้เป็นค่าเดียวกับพลังงานแลตทิซแต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม คือ ถ้าให้พลังงานแลตทิซมีค่าเท่ากับ U พลังงานที่ได้ในขั้นที่ 5 นี้ จะเป็น –U
<br />
พลังงานแลตทิซใช้บอกความแข็งแรงของพันธะในสารไอออนิกได้ การคำนวณพลังงานพันธะโดยใช้ทฤษฎีพันธะแบบไอออนจะได้ค่าใกล้เคียงกับการทดลองโดยใช้วัฏจักรของบอร์น-ฮาร์เบอร์ เปรียบเทียบค่าพลังงานแลตทิซได้จากการพิจารณาประจุไอออนของสาร
<br />
พลังงานแลตทิซคำนวณได้จากสมการต่อไปนี้
<br />
U = (NAe<sup>2</sup> z<sup>2</sup>)/(10<sup>10</sup> r<sub>0</sub> )(1-1/n)
เมื่อ N = เลขอโวกาโดร
<br />
U = พลังงานแลตทิซ เป็น mol<sup>-1</sup>
<br />
A = ค่าคงที่มาเดลุง เป็นค่าเฉพาะสำหรับผลึกแต่ละชนิด ( A ของ NaCl = 1.748 )
<br />
e = ประจุอิเล็กตรอน = 4.803 ×10<sup>-10</sup> esu
<br />
z = ประจุของไอออน (แคตไอออนหรือแอนไอออน)(NaCl : z =1)
<br />
r<sub>0</sub> = ระยะระหว่างไอออนในผลึก (NaCl : r<sub>0</sub> = 2.811 × 10<sup>-8</sup> cm)
<br />
n = ค่าเกี่ยวกับแรงผลัก มักมีค่า 6-10 (NaCl : n = 8 )
 
พลังงานแลตทิซของผลึกขึ้นกับปัจจัยสำคัญ 2 อย่าง คือ ขนาดของไอออนและประจุ ถ้าไอออนมีขนาดใหญ่ค่าพลังงานแลตทิซจะน้อย ถ้าไอออนมีขนาดใกล้เคียง สารที่ประกอบด้วยไอออนที่มีประจุสูงกว่าจะมีค่าพลังงานแลตทิซมากกว่า
 
 
===ความดันไอของของเหลวและการระเหิด===
ของแข็งบางชนิดกลายเป็นแก๊สได้โดยไม่ผ่านการเป็นของเหลว เรียกกระบวนการนี้ว่า การระเหิด เกิดขึ้นได้เพราะอนุภาคในของแข็งมีการสั่นและชนกับอนุภาคข้างเคียงตลอดเวลาทำให้มีการถ่ายเทอนุภาค เมื่อการระเหิดเกิดในภาชนะปิด อนุภาคกลายเป็นแก๊สมากขึ้น ทำให้ความดันไอเพิ่ม เมื่อแก๊สบางส่วนเคลื่อนที่ช้าไปกระทบกับผิวหน้าของของแข็งก็จะกลับเป็นของแข็งได้อีก จนขณะหนึ่งที่อัตราการกลายเป็นแก๊สเท่ากับอัตราการเปลี่ยนจากแก๊สเป็นของแข็งตามเดิม เรียกว่า ความดันไอสมดุลของแข็งการระเหิดมีประโยชน์ในกระบวนการผลิตอาหารที่ต้องการเก็บไว้ให้ได้นาน โดยมีคุณภาพเดิม ผ่านกรรมวิธีการแช่แข็งการที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวเรียกว่า การหลอมเหลว และเมื่อของเหลวเปลี่ยนเป็นของแข็งเรียกว่า การแข็งตัว อุณหภูมิที่ของแข็งและของเหลวอยู่ในสมดุลกัน เรียกว่า จุดหลอมเหลว หรือ จุดเยือกแข็งการที่ของเหลวกลายเป็นไอที่อุณหภูมิห้องเรียกว่า การระเหย และการที่ไอกลายเป็นของเหลวเรียกว่า การควบแน่น ส่วนอุณหภูมิที่ของเหลวและไออยู่ในสมดุลกันที่ความดัน1บรรยากาศเรียกว่า จุดเดือดปกติ
[[File:กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างสถานะทั้งสามของสาร|thumbnail]]
# กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างสถานะทั้งสามของสารที่อุณหภูมิและความดันใดๆเรียกว่า แผนภาพวัฎภาค
# จุดO เป็นจุดที่สารมีสถานะทั้งสามร่วมกัน เรียกจุดร่วมสามจากรูป เส้นOA สมดุลระหว่างน้ำแข็งและไอน้ำ
# เส้นOB สมดุลระหว่างน้ำแข็งและของเหลว
# เส้นOC สมดุลระหว่างของเหลวและไอน้ำ
# จุดเดือดของน้ำ 100 องศาเซลเซียส และจุดเยือกแข็งของน้ำ 0องศาเซลเซียสนอกเส้น OA OB OC
#จะมีเพียงน้ำสถานะเดียว การเปลี่ยนอุณหภูมิหรือความดันออกไปจากจุดสามเส้นนี้ จะทำให้สมดุลระหว่างสถานะของน้ำหายไป ทำให้ได้น้ำเพียงสถานะใดสถานะหนึ่งเท่านั้น
# ที่ความดันปกติบรรยากาศ คาร์บอนไดออกไซด์มีอุณหภูมิเพียง -78 องศาเซลเซียส และอยู่ในสมดุลระหว่างของแข็งกับแก๊ส
 
 
===ซีมิคอนดักเตอร์===
ซีมิคอนดักเตอร์ คือสารที่มีสมบัติการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือดีขึ้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ อิเล็กตรอนในซีมิคอนดักเตอร์อยู่ประจำที่ในลักษณะพันธะโควาเลนต์ แต่เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ ทำให้อิเล็กตรอนบางส่วนที่ยึดเหนี่ยวไม่แน่นสามารถเคลื่อนที่หรือ ไม่อยู่ประจำที่เกิดสมบัติการนำไฟฟ้า
ตัวอย่างซีมิคอนดักเตอร์ที่ดีคือซิลิคอน(Si)ที่อุณหภูมิห้อง Si มีความสามารถนำไฟฟ้าต่ำมาก เพราะวาเลนซ์อิเล็กตรอนทั้ง 4 ของแต่ละ Si อะตอมต่างเกิดพันธะโควาเลนต์กับ Si อะตอมที่อยู่ข้างเคียงโดย SP<sup>3</sup> ไฮบริดออร์บิตอล จึงไม่มีอิเล็กตรอนเหลือที่จะเคลื่อนที่ได้ แต่ถ้าโดป Si ด้วยธาตุในหมู่อื่นเช่น ธาตุในหมู่ V ซึ่งได้แก่ P,As,Sbหรือ Bi บ้าง โครงสร้างของซิลิคอนยังคงเหมือนเดิม แต่จะมีอะตอมที่มี 5 วาเลนซ์อิเล็กตรอน(เช่น P )แทนที่ตำแหน่งของ Si เดิม พันธะโควาเลนต์ระหว่าง Si และ P ยังคงเป็น 4 พันธะเหมือนเดิม จึงมีอิเล็กตรอนเหลืออยู่ 1 อิเล็กตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ได้หรือไม่อยู่ประจำที่ เกิดสมบัติการนำไฟฟ้าขึ้น ซิลิคอนที่โดปด้วยธาตุหมู่ V เรียกว่า ซีมิคอนดักเตอร์ชนิด n(n-type semiconductor)ซึ่ง n แทน negative หรือลบเพราะอิเล็กตรอนที่ทำหน้าที่นำไฟฟ้ามีประจุเป็นลบ ซิลิคอนที่โดปด้วยธาตุในหมู่ III เช่น B,Al,Gaหรือ In ซึ่งมีเพียง 3 วาเลนซ์อิเล็กตรอน ทำให้ตำแหน่งที่มีธาตุหมู่นี้ เช่น B อะตอมอยู่แทนที่ Si อะตอมมีเพียง3 พันธะโควาเลนต์เท่านั้น จึงเกิดช่องว่างเรียกว่ารูขึ้นในโครงสร้าง Si เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไป อิเล็กตรอนอาจตกเข้าไปในรูที่ว่างเปล่า รูนี้จะหมดสภาพไป แต่เกิดรูใหม่ขึ้นตรงตำแหน่งที่อิเล็กตรอนนั้นเคยอยู่ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในลักษณะนี้ จึงดูเหมือนว่ารูที่ว่างเปล่าเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน รูที่เปล่านี้จึงเปรียบเสมือนหนึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกเคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างซิลิคอนภายใต้สนามไฟฟ้า เรียกซิลิคอนที่โดปด้วยธาตุหมู่ III ว่า ซีมิคอนดักเตอร์ชนิด p(p-type conductor) ซึ่ง p แทน positive หรือประจุบวก
ซีมิคอนดักเตอร์มีประโยชน์มากในทางปฏิบัติ เช่น ใช้ทำไดโอด (diode) ทรานซีสเตอร์ (transistor),โฟโตไดโอด (photodiode) และโซลาร์เซลล์ (solar cell) เป็นต้น
 
 
 
<ref>http://www.mwit.ac.th/~pornmong/PPT_X-ray.pdf</ref>
<ref>https://str.llnl.gov/str/November05/gifs/Bulatov1.jpg</ref>
<ref>http://chem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-CH05-SOLID-FULL.pdf</ref>
Boom1221
4,236

การแก้ไข

เข้าถึงจาก "https://th.wikipedia.org/wiki/พิเศษ:MobileDiff/5970540"