วิ�ชา 3103-2007 วิ�สดุและโลหะวิ�ทยา

เรื่��อง อะตอมโครงสร�างอะตอม

แรงยึ�ดเหนี่��ยึวระหว�างอะตอมลั�กษณะทั่��วไปของของแข!ง ระบบผลั�กโครงสร�างอส�ณฐานี่โครงสร�างผลั�ก

โครื่งสรื่�างของอะตอม (Atomic Structures) อะตอมเป%นี่ส&�งทั่��เลั!กทั่��ส'ดของธาต'ทั่��ประกอบด�วยึ อ&เลั!กตรอนี่ โปรตอนี่แลัะนี่&วตรอนี่โดยึจะม�โปรตอนี่แลัะนี่&วตรอนี่รวมก�นี่อยึ*�ตรงก��งกลัางของอะตอมซึ่��งเร�ยึกว�านี่&วเคลั�ยึส อ&เลั!กตรอนี่นี่�,นี่จะเคลั-�อนี่ไหวอยึ*�ในี่วงโคจรรอบ ๆ นี่&วเคลั�ยึส

รื่�ปท�� 2.1 ล�กษณะของเซลล#และจำ%านวินอ�เล'กตรื่อน

แรื่งย(ดุเหน��ยวิรื่ะหวิ)างอะตอม (Atomic Bonds)

ค-อการรวมก�นี่ระหว�างประจ'หร-ออ&ออนี่ทั่��ม�ประจ'ไฟฟ2าบวกก�บประจ'หร-ออ&ออนี่ทั่��ม�ประจ'ไฟฟ2าลับ การยึ�ดเหนี่��ยึวแบบนี่�,จะให�แรงยึ�ดเหนี่��ยึวทั่��ร'นี่แรงธาต'ทั่��ม�แรงยึ�ดเหนี่��ยึวแบบนี่�,จ�งม�ความแข!งแรงแลัะม�จ'ดหลัอมลัะลัายึส*งได�แก�ผลั�กเกลั-อแกงโซึ่เด�ยึม (NaCl)

1. Ionic Bond

รื่�ปท�� 2.2 การื่ย(ดุเหน��ยวิแบบ Ionic Bond

ค-อการทั่��อะตอมของธาต'ต�างก!แบ�งวาเลันี่ซึ่3อ&เลั!กตรอนี่ให�ซึ่��งก�นี่แลัะก�นี่(Sharing Electrons) อะตอมลัะ 1 ต�วแลั�วใช้�อ&เลั!กตรอนี่ร�วมก�นี่

การยึ�ดเหนี่��ยึวแบบนี่�,ม�จ'ดเด-อดแลัะจ'ดหลัอมเหลัวต5�าแลัะเม-�อลัะลัายึนี่5,าจะได�สารลัะลัายึทั่��ไม�เป%นี่ต�วนี่5าไฟฟ2า

เช้�นี่ การยึ�ดเหนี่��ยึวของธาต'คลัอร�นี่ (Cl2) ไฮโดรเจนี่ (H2) บ�สม�ทั่ (Bi) ม�เทั่นี่ (CH4) แลัะคาร3บอนี่ไดออกไซึ่ด3 (CO2) เป%นี่ต�นี่

2. Homopolar Bond หรื่�อ Covalent Bond

รื่�ปท�� 2.3 การื่ย(ดุเหน��ยวิแบบ Homopolar Bond ของม�เทน

Metallic Bond คลั�ายึก�บการยึ�ดเหนี่��ยึวแบบ Covalent แต�อ&เลั!กตรอนี่ทั่��ใช้�ร�วมก�นี่มาจากอะตอมต�าง ๆ มากกว�า 2 อะตอม อ&เลั!กตรอนี่แต�ลัะต�วจะเคลั-�อนี่ทั่��ไปรอบ ๆ อ&ออนี่ทั่��ม�ปะจ'ไฟฟ2าบวกอยึ�างอ&สระ ว�สด'ทั่��ม�แรงยึ�ดเหนี่��ยึวก�นี่แบบนี่�,จะม�ค'ณสมบ�ต&ในี่การนี่5าไฟฟ2าแลัะนี่5าความร�อนี่ได�ด� สามารถนี่5ามาต�เป%นี่แผ�นี่บางแลัะร�ดเป%นี่เส�นี่ได� ได�แก� โลัหะแลัะโลัหะผสมช้นี่&ดต�าง ๆ

รื่�ปท�� 2.4 การื่ย(ดุเหน��ยวิแบบ Metallic Bond

แรงยึ�ดเหนี่��ยึวระหว�างผ&วทั่��อ�อนี่มากเก&ดข�,นี่ก�บโมเลัก'ลัของสารจ5าพวกโพลั&เมอร3เก&ดข�,นี่จากการทั่��อะตอม 2 ต�วทั่��อยึ*�ใกลั�ช้&ดก�นี่

เก&ดม�อ&เลั!กตรอนี่ไปรวม ณ ต5าแหนี่�งหนี่��งเหม-อนี่ ๆ ก�นี่

ทั่5าให�ต5าแหนี่�งตรงก�นี่ข�ามของอะตอมเก&ดม�ประจ'ทั่��แตกต�างก�นี่ จ�งทั่5าให�อะตอมทั่�,งสองด�งด*ดก�นี่ได�ด�

4. Van der Waal Forces

รื่�ปท�� 2.5 การื่ย(ดุเหน��ยวิแบบ Van der Waal Forces

ล�กษณะท��วิไปของของแข'ง ของแข!งส�วนี่มากม�โครงสร�างทั่��ประกอบด�วยึ

อนี่'ภาคเร�ยึงก�นี่อยึ*�อยึ�างม�ระเบ�ยึบแบบแผนี่ เร�ยึกการเร�ยึงต�วของอนี่'ภาคนี่�,ว�า โครื่งสรื่�างผล(ก “ ”โครงสร�างผลั�กค-อของแข!งเนี่-,อเด�ยึวทั่��ม�ร*ปเรขาคณ&ตผ&วหนี่�าเร�ยึบแลัะม�ขอบต�ดม'มระหว�างผ&วหนี่�าเป%นี่ม'มทั่��แนี่�นี่อนี่ เม-�อผลั�กบ&ดหร-อแตกออก ช้&,นี่ของผลั�กจะหลั'ดออกไปเป%นี่ช้�,นี่ ๆ ตามแนี่วผ&วหนี่�าต�ดของผลั�ก เป%นี่ของเหลัวโดยึฉั�บพลั

โครื่งสรื่�างอส�ณฐาน (Anorphous Structure) อนี่'ภาคของม�นี่จะอยึ*�ปนี่ก�นี่อยึ�างไม�เป%นี่ระเบ�ยึบ คลั�ายึก�บทั่��เป%นี่อยึ*�ภายึในี่ของเหลัว ของแข!งประเภทั่นี่�,เร�ยึกว�า ของแข'งอส�ณฐาน “ ”ได�แก� แก�ว ข�,ผ�,ง แอสฟ;ลัต3 พลัาสต&ก ของแข!งอส�ณฐานี่จะไม�หลัอมเหลัวทั่��อ'ณหภ*ม&หนี่��งอ'ณหภ*ม&ใด เม-�อได�ร�บความร�อนี่จะค�อยึ ๆ อ�อนี่ต�วลังแลั�วจ�งเหลัวไหลัไปมาได� ถ�าทั่5าให�เยึ!นี่ลังจะข�นี่ข�,นี่เป%นี่ลั5าด�บในี่ทั่��ส'ดก!แข!งต�ว ซึ่��งเวลัาแข!งก!อยึ*�ต�วเหม-อนี่ของแข!งทั่��วไป

โครื่งสรื่�างผล(ก (Crystal Structure) ประกอบไปด�วยึผลั�กขนี่าดเลั!ก ๆ ผลั�กจะประกอบไปด�วยึหนี่�วยึเซึ่ลัลั3 (Unit Cell) หนี่�วยึเซึ่ลัลั3 ค-อส�วนี่ทั่��เลั!กทั่��ส'ดในี่โครงสร�างผลั�ก ซึ่��งสามารถแสดงร*ปร�างของโครงสร�างผลั�กได� ผลั�กทั่��สมบ*รณ3ใดๆ ประกอบด�วยึหนี่�วยึเซึ่ลัลั3จ5านี่วนี่หนี่��งมาจ�ดเร�ยึงต�วก�นี่เข�าเป%นี่ 3 ม&ต& ซึ่��งเร�ยึกว�า “ Crystal Lattice หรื่�อ Space Lattice ” Crystal Lattice หร-อ Space Lattice หมายึถ�งร*ปทั่รงทั่��เก&ดข�,นี่จากการเร�ยึงต�วของหนี่�วยึเซึ่ลัลั3ในี่ 3 ม&ต&

โครื่งสรื่�างผล(ก (Crystal Structure) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.6 ล�กษณะ Crystal Lattice

โครื่งสรื่�างผล(ก (Crystal Structure) (ต)อ) ค'ณสมบ�ต&ของโครงสร�างผลั�ก เป%นี่ไปตามกฎพ-,นี่ฐานี่ 3 ข�อด�งนี่�, ค-อ 1. กฎความคงทั่��ของม'มระหว�างหนี่�าผลั�ก (The Law of Constancy of Interfacial Angles)

2. กฎอ�ตราส�วนี่ของเลัขด�ช้นี่�หร-อจ'ดต�ด (The Law of Rationality of Indices or Intercepts)

3. กฎความสมมาตร (The Law of Symmetry)

รื่ะบบผล(ก (Crystal) พ&จารณาถ�งหลั�กเกณฑ์3ทั่างเรขาคณ&ตของ

ระบบผลั�กแลั�ว สามารถแบ�งผลั�กออกเป%นี่ 7 ระบบ โดยึอาศั�ยึความแตกต�างทั่างความยึาวของแกนี่ผลั�ก แลัะม'มระหว�างแกนี่ (Interaxial Angle) ความยึาวของแกนี่ผลั�กนี่�,นี่ว�ดเป%นี่หนี่�วยึอ�งสตรอม (Angstrom = A)

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ) ม�ด�านี่ทั่�,ง 3 ด�านี่ของหนี่�วยึเซึ่ลัลั3ยึาวเทั่�าก�นี่ แลัะทั่5าม'ม 90 องศัาซึ่��งก�นี่แลัะก�นี่ ต�วอยึ�างเช้�นี่ ผลั�กของ NaCl , KCl , Pb(NO3)2 , เหลั!ก , ทั่องแดง , ทั่องแลัะสารส�ม ระบบผลั�กแบบนี่�,จะประกอบไปด�วยึ Simple Cubic , Body Centered Cubic แลัะ Face Centered Cubic

1. รื่ะบบผล(กแบบ Cubic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.7 รื่ะบบผล(กแบบ Simple Cubic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

ม�ด�านี่ทั่�,ง 3 ด�านี่ยึาวไม�เทั่�าก�นี่ แต�จะทั่5าม'ม 90 องศัาซึ่��งก�นี่แลัะก�นี่

ต�วอยึ�างเช้�นี่ ผลั�กของ K2SO4 , KNO3 , KMnO4 , อะราโกไนี่ต3 (CaCO3) , MgSO4 , 7H2O แลัะไอโอด�นี่

2. รื่ะบบผล(กแบบ Orthorhombic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.8 รื่ะบบผล(กแบบ Orthorhombic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

ม�ด�านี่ยึาวเทั่�าก�นี่ 2 ด�านี่ ส�วนี่ด�านี่ทั่�� 3 ม�ความยึาวต�างออกไปแลัะทั่�,ง 3 ด�านี่ทั่5าม'ม 90 องศัาซึ่��งก�นี่แลัะก�นี่ ต�วอยึ�างเช้�นี่ผลั�กของ NiSO4 , KH2PO4

3. รื่ะบบผล(กแบบ Tetragonal

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.9 รื่ะบบผล(กแบบ Tetragonal

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

ม�ด�านี่ทั่�,ง 3 ด�านี่ยึาวไม�เทั่�าก�นี่ ด�านี่ 2 ด�านี่ทั่5าม'มต�อก�นี่ม'มหนี่��ง ซึ่��งจะไม�เทั่�าก�บ 90 องศัา ส�วนี่ด�านี่ทั่�� 3 ทั่5าม'ม 90 องศัาก�บด�านี่ทั่�,งสอง ต�วอยึ�างเช้�นี่ ผลั�กของยึ&ปซึ่�ม (CaSO4.2H2O) , บอแรกซึ่3 (Na2B4O7.1OH2O) , KClO3 แลัะก5ามะถ�นี่โมโนี่คลั&นี่&ก

4. รื่ะบบผล(กแบบ Monoclinic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.10 รื่ะบบผล(กแบบ Monoclinic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ) ม�ด�านี่ทั่�,ง 3 ด�านี่ยึาวเทั่�าก�นี่แลัะม'มทั่�,ง 3 ม'มเทั่�าก�นี่ด�วยึ แต�ม'มทั่�,ง 3 ม'มต�างก!ไม�เทั่�าก�บ 90 องศัา ต�วอยึ�างเช้�นี่ ผลั�กของ NaNO3 , แคลัไซึ่ต3 (CaCO3) , ZnCO3 , อะเซึ่ต&ก , แอนี่ต&โมนี่�แลัะบ&สม�ทั่ ระบบผลั�กแบบนี่�,จะม�เพ�ยึงผลั�กแบบ Simple Rhombohedral เทั่�านี่�,นี่

5. รื่ะบบผล(กแบบ Rhombohedral

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.11 รื่ะบบผล(กแบบ Rhombohedral

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

ม�ด�านี่ทั่�,ง 3 ยึาวไม�เทั่�าก�นี่ แลัะยึ�งม�ม'มระหว�างด�านี่ทั่�,ง 3 ไม�เป%นี่ม'มฉัาก ต�วอยึ�างเช้�นี่ K2Cr2O7

6. รื่ะบบผล(กแบบ Triclinic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.12 รื่ะบบผล(กแบบ Triclinic

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ) ม�ด�านี่เทั่�าก�นี่ 2 ด�านี่แลัะทั่5าม'ม 120 องศัา อ�กด�านี่หนี่��งม�ความยึาวต�างออกไปแลัะทั่5าม'ม 90 องศัาก�บ 2 ด�านี่ ต�วอยึ�างเช้�นี่ ผลั�กของแกรไฟต3 , แมกนี่�เซึ่�ยึม , เบร&ลัเลั�ยึม แลัะส�งกะส�

7. รื่ะบบผล(กแบบ Hexagonal

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)

รื่�ปท�� 2.13 รื่ะบบผล(กแบบ Hexagonal

รื่ะบบผล(ก (Crystal

) (ต)อ)8. รื่ะบบผล(กท��ส%าค�ญบางชน�ดุ8.1รื่ะบบผล(กแบบ Body Centered Cubic (BCC) ม�หนี่�วยึเซึ่ลัลั3ทั่��ม�ลั�กษณะเป%นี่ส��เหลั��ยึมลั*กบาศัก3 ม�อะตอมอยึ*�ในี่ต5าแหนี่�งทั่�,ง 8 ม'ม แลัะทั่��ต5าแหนี่�งก��งกลัางของเซึ่ลัลั3 หนี่�วยึเซึ่ลัลั3แบบนี่�,จะม�โลัหะนี่�, ค-อ วาเนี่เด�ยึม โมลั&บด�นี่�ม ทั่�งสเตนี่ เหลั!ก แลัะโครเม�ยึม

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ)

รื่�ปท�� 2.14 ล�กษณะผล(กแบบ BCC

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ)สามารถหาได�โดยึว&ธ�การด�งต�อไปนี่�, ม�อะตอมทั่��ก��งกลัางหนี่�วยึเซึ่ลัลั3 = 1 อะตอม ม�อะตอมทั่��ม'มแต�ลัะม'ม = 1/8 อะตอม จ5านี่วนี่อะตอมทั่��ม'มทั่�,ง 8 ม'ม = 1/8 x 8 = 1 ด�งนี่�,นี่ม�อะตอมทั่�,งหมด = 1 + 1 = 2 อะตอม

การื่หาจำ%านวินอะตอมของหน)วิยเซลล#แบบ BCC

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ)8.2 รื่ะบบผล(กแบบ Face - Centered Cubic (FCC) ม�หนี่�วยึเซึ่ลัลั3ทั่��ม�ลั�กษณะเป%นี่ส��เหลั��ยึมลั*กบาศัก3

ม�อะตอมอยึ*�ทั่��ม'มทั่�,ง 8 ม'มแลัะทั่��ก��งกลัางในี่แต�ลัะด�านี่ของลั*กบาศัก3อ�ก 6 ด�านี่

ระบบผลั�กแบบนี่�,ม�อยึ*�ในี่โลัหะ เช้�นี่ ทั่องแดง เง&นี่ ทั่องค5า อะลั*ม&เนี่�ยึม ตะก��ว เหลั!ก โครเม�ยึม โคบอลัต3 นี่&กเก&ลั แลัะแพลัทั่&นี่�ม

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ)

รื่�ปท�� 2.15 ล�กษณะผล(กแบบ FCC

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ) ม�อะตอมทั่��ม'มแต�ลัะม'ม = 1/8 อะตอม ม�อะตอมทั่��ม'มทั่�,ง 8 ม'ม = 1/8 X 8 = 1 อะตอม อะตอมทั่��อยึ*�ในี่ก��งกลัางของด�านี่แต�ลัะด�านี่ = 1/2 อะตอม

อะตอมทั่��อยึ*�ก��งกลัางด�านี่ทั่�,ง 6 ด�านี่ = 1/2 X 6 = 3 อะตอม ด�งนี่�,นี่จ�งม�อะตอมทั่�,งหมด = 4 อะตอม

การื่หาจำ%านวินอะตอมของหน)วิยเซลล#แบบ FCC

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ) ม�หนี่�วยึเซึ่ลัลั3เป%นี่ร*ป 6 เหลั��ยึม ทั่��ม�ด�านี่ทั่��ฐานี่ 2 ด�านี่ (a1 แลัะ a2) ยึาวเทั่�าก�นี่ แต�ด�านี่ทั่�,ง (C) ม�ความยึาว ทั่��แตกต�างก�นี่ออกไป

8.3 รื่ะบบผล(กแบบ Hexagonal Closed (HCP)

รื่�ปท�� 2.16 ล�กษณะผล(กแบบ HCP

รื่ะบบผล(ก (Crystal)

(ต)อ)การื่หาอะตอมในหน)วิยเซลล#แบบ (HCP) อะตอมทั่'กอะตอมม�หนี่�วยึเซึ่ลัลั3ใช้�อะตอมร�วมก�นี่ = 6 หนี่�วยึเซึ่ลัลั3 ด�งนี่�,นี่ทั่��ม'มของหนี่�วยึเซึ่ลัลั3จะม�อะตอมอยึ*� = 1/6 อะตอม หนี่�วยึเซึ่ลัลั3 6 เหลั��ยึมม�ม'มทั่�,งหมด = 12 ม'ม จ�งม�อะตอมทั่��ม'ม = (1/6) x 12 = 2 อะตอม ม�อะตอมระหว�างระนี่าบบนี่ก�บระนี่าบฐานี่ = 3 อะตอมม�อะตอมทั่��ก��งกลัางระนี่าบบนี่แลัะระนี่าบฐานี่ = (1/2) x 2 = 1 อะตอม

ด�งนี่�,นี่จะม�อะตอมทั่�,งหมด = 2 + 3 + 1 = 6 อะตอม

The End