7.6 ธาตกมมนตรงส (Radioactive element)

กมมนตรงส (radioactivity) หมายถง ปรากฏการณทธาตสามารถแผรงสไดเองอยาง ตอเนอง ปรากฏการณนเปนการเปลยนแปลงทเกดขนภายในนวเคลยสของไอโซโทปทไมเสถยรธาตกมมนตรงส หมายถง ธาตทมสมบตในการแผรงส สามารถแผรงสและกลายเปนอะตอมของธาตอนได

ในป พ.ศ. 2439 อองตวน อองร แบกเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดพบวาแผนฟลมถายรปทมกระดาษดำาหอหมอย และเกบรวมกน

ไวกบสารประกอบของยเรเนยม มลกษณะเหมอนถกแสง จงทำาการทดสอบกบสารประกอบของยเรเนยมชนดอนๆ กพบ วาใหผลการทดลองเชนเดยวกน แบคเกอเรลจงสรปเปนเบองตนวา มการแผรงสออกมาจากธาตยเรเนยม ตอมาปแอร

กร (Pierre Curie) และมาร กร (marie Curie) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส กไดพบวาธาต

อน ๆ เชน พลอโลเนยม (Po) เรเดยม (Ra) และทอเรยม (Th) กสามารถแผรงสไดเชนเดยวกน และลอรด เออรเนสต รทเทอรฟอรด (Lord Ernest Rutherford) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ กไดคนพบ

เพมเตมอก และไดแสดงใหเหนวารงสทแผออกมาจากสารกมมนตรงสอาจเปน รงสแอลฟา ( - ray ) รงสเบตา (-ray) หรอรงสแกรมมา (-ray)

รงสดงกลาวมสมบตตางๆ กนดงน

รงสแอลฟา มสญลกษณนวเคลยรเปน He42 บางครงอาจเรยกวา อนภาคแอลฟา และใชสญลกษณ

เปน He42

รงสแอลฟาเปนนวเคลยสของธาตฮเลยม ซงประกอบดวย 2 โปรตอน และ 2 นวตรอนจงมประจไฟฟา เปน +2 มมวล 4.00276 amu รงสแอลฟาอำานาจทะลทะลวงตำา ไมสามารถทะลผานแผนกระดาษ หรอ

โลหะบางๆ ได และเนองจากมประจบวก เมออยในสนามไฟฟาจงเบยงเบนไปทางขวลบ เมอวงผานอากาศอาจจะทำาใหอากาศแตกตวเปนไอออนได

รงสบตา บางครงเรยกวาอนภาคบตา ใชสญลกษณเปน หรอ e01

รงสบตา มสมบตเหมอนอเลกตรอน คอ มประจไฟฟา -1 มมวลเทากบ 0.000540 amu เทากบมวลของอเลกตรอน รงสบตามอำานาจในการทะลทะลวงสงกวารงสแอลฟาประมาณ 100 เทา มความเรวใน

การเคลอนทใกลเคยงกบแสง เนองจากมประจลบจงเบยงเบนไปทางขวบวก เมออยในสนามไฟฟา

รงสแกมมา ใชสญลกษณ

รงสแกมมาเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสนมาก คอประมาณ 0.001-1.5 pm ไมม มวลและไมมประจ มอำานาจทะลทะลวงสงสด สามารถทะลผานสงกดขวางไดเปนอยางด ดงนนวตทจะกนรงสแกรมมาได

จะตองมความหนาแนนและความหนามากพอทจะกนรงสได เนองจากไมมประจไฟฟา จงไมเบยงเบนในสนามไฟฟา

นอกจากรงส 3 ชนดดงกลาวแลว ยงอาจจะพบอนภาคอน ๆ แผรงสออกมาจากนวเคลยสไดเชน โพสต

รอน นวตรอน และโปรตอน ซงมประจและมวลเปรยบเทยบกบรงสทง 3 ชนดดงในตารางตอไปน

ตารางท 7.52 แสดงประจและมวลของอนภาคชนดตางๆ ทเกดจากการแผรงสอนภาค สญลกษณ ชนดของประจ มวล(amu)*

แอลฟาบตาแกรมมาโพซตรอน

, He42

, e01

+2-10

4.002760.000540

0

นวตรอนโปรตอน

, e01

n10 , nH1

1 , P

+10

+1

0.0005401.00871.0073

* 1 amu = 1 atomic mass unit = 1.66 x 10-24 g.ธาตกมมนตรงสในธรรมชาต

ธาตตางๆ ทพบในธรรมชาตนน ธาตทมเลขอะตอมสงกวา 83 ลวนแตแผรงสไดทงสน ตวอยางเชน U238

92 , U23592 , Th232

90 , Ra22688 และ Rn222

86 ซงอาจเขยนใหมเปน U-238, U-235, Th-232, Rn-222 และRa-226

นอกจาก ธาตกมมนตรงสในธรรมชาตแลว นกวทยาศาสตรยงสามารถสงเคราะหธาตกมมนตรงสขนมาได ซงสามารถนำาไปใชประโยชนในดานตางๆ ไดมากมาย

วธการสงเคราะหธาตกมมนตรงส วธการสงเคราะหวธหนงคอ การยงนงเคลยสของไอโซโทปทเสถยรดวยอนภาคทเหมาะสมและมความเรวสง

รทเทอรฟอรด เปนนกวทยาศาสตรคนแรกทคนพบวธการดงกลาว โดยยงอนภาคแอลฟาทมความเรวสงซง ไดจากธาตกมมนตรงสในธรรมชาต คอ Po214

84 เขาไปทนวเคลยสนวเคลยสของ N147 ผลทไดคอ อนภาคโปรตอน และ

O178 ซงเขยนสมการแสดงไดดงน

Po21484 ® He4

2 + Pb21082

He42 + N14

7 ® O178 + H1

1

ในบางกรณไอโซโทปทสงเคราะหขน อาจจะสลายตวตอไปไดอก ตวอยางเชน การยงนวเคลยสของ Mg-24 ดวยอนภาคแอลฟา จะได Al-28 ซงไมเสถยร จะสลายตวตอไปเปน Si-28 ซงเปนไอโซโทปทเสถยรดงน

He42 + Mg24

12 ® Al2813 + e0

1

Al2813 ® Si28

14 + e01

อกตวอยางหนงคอการยงอนภาคแอลฟาไปทนวเคลยสของ B-10 จะได N-13 ซงสลายตวตอไป จนเปน 13C

He42 + B10

5 ® N137 + n1

0

N137 ® C13

6 + e01

ธาตกมมนตรงสสงเคราะหนำามาใชประโยชนได เชน Ra22688 ใชรกษาโรคมะเรง Co60

27 ใชปรบปรงพนธพช และ I131

53 ใชในการศกษาความผดปกตของตอมไธรอยด เปนตน

7.6.1. การสลายตวของธาตกมมนตรงส การทธาตกมมนตรงสออกมากเพราะวา นวเคลยสของธาตไมเสถยร เนองจากมพลงงานสวนเกนอยภายใน

ดงนน จงจำาเปนตองถายเทพลงงานสวนเกนนออกไปเพอใหนวเคลยส เสถยรในทสด พลงงานสวนทเกน ทปลอยออก มานจะอยในรปของอนภาคหรอรงสตางๆ เชน รงสแอลฟา บตา และแกมมา

จากการศกษาไอโซโทปของธาตตางๆ จำานวนมากพบวา ไอโซโทปทนวเคลยสมอตราสวนระหวางจำานวน นวตรอนตอโปรตอนไมเหมาะสม คอ มนวตรอนมากกวาหรอนอยกวาโปรตอน มกจะไมเสถยร ทำาใหมการเปลยนแปลง

ภายในนวเคลยสเปนนวเคลยสใหมทเสถยรกวา โดยการแผรงสออกมาดงทกลาวแลว นอกจากนยงพบวาจำานวน โปรตอนและนวตรอนทเปนจำานวนคหรอคในนวเคลยสนน มความสมพนธกบเสถยรภาพของนวเคลยสดวย กลาวคอ

ธาตทมจำานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขคจะเสถยรกวาธาตทมจำานวนโปรตอนและนวตรอนเปนเลขค

การแผรงสแอลฟา

การแผรงสแอลฟา เกดขนในกรณทไอโซโทปนนมเลขอะตอมมากกวา 82 และนวเคลยสมจำานวนโปรตอน และนวตรอนไมเหมาะสม ทำาใหเกดแรงผลกกนในนวเคลยสมากกวาแรงยดกน นวเคลยสจงพยายามลดจำานวนอนภาค

ลงใหมากทสด เพอใหไดนวเคลยสทเสถยร ดงนนหลงจากการแผรงสแอลฟา นวเคลยสทเกดขนใหมจะมเลขอะตอมลด

ลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดงตวอยางตอไปน

Pb20482 ® Hg200

80 + He42

U23892 ® U234

90 + He42

Ra22688 ® Rn222

86 + He42

การแผรงสบตา การแผรงสบตาเกดขนในกรณทนงเคลยสมจำานวนนวตรอนมากกวาโปรตอน จงพยายามลดอตราสวน

ระหวางนวตรอนตอโปรตอน โดยนวตรอนจะเปลยนไปเปนโปรตอนและอเลกตรอน ทำาใหเลขอะตอมเพมขน 1 แตเลข มวลคงเดม ดงตวอยางเชน

Pb21082 ® Bi210

83 + e01

P3215 ® S32

16 + e01

การแผรงสแกมมา การแผรงสแกมมา มกจะเกดขน ในกรณทไอโซโทปมการสลายตวใหรงสแอลฟาหรอบตาแลว ยงได

นวเคลยสใหมไมเสถยร ยงอยในสภาวะกระตน มพลงงานเกนกวาปกต เมอกลบสสภาวะปกตจงปลอยพลงงานสวนเกน ออกมาในรปของรงสแกมมา ดงนนการแผรงสแกมมาจงไมทำาใหเลขมวลและเลขอะตอมเปลยนแปลง ดงตวอยางเชน

Ra22688 Rn222

86 * + He42

Rn22286 +

Cs13755 Ba137

56 * + e01

Ba13756 +

(* หมายถง อะตอมทไมเสถยร) นอกจากนยงมการแผรงสใหโพซตรอน ซงเกดขนเมอนวเคลยสมโปรตอนมากกวานวตรอน ทำาใหได

นวเคลยสใหมทมโปรตอนลดลง 1 แตเลขมวลคงเดม ดงในตวอยางตอไปน

N127 ® C12

6 + e01

Na2211 ® Ne22

10 + e01

การแผรงสทกลาวมาแลว สรปการเปลยนแปลงในนวเคลยสไดดงน

ตารางท7.53 สรปการแผรงสของธาตกมมนตรงสการแผรงส การเปลยนแปลงในนวเคลยส

ชนด เลขมวล ประจ เลขมวล เลขอะตอม

แอลฟา () บตา ()

แกมมา () โพซตรอน ( )

4000

+2-10

+1

ลดลง 4ไมเปลยนไมเปลยนไมเปลยน

ลดลง 2 เพมขน 1

ไมเปลยน

ลดลง 1

สมการนวเคลยร ปฏกรยานวเคลยร คอ ปฏกรยาทมการสลายตวในนวเคลยสใหรงสแอลฟา บตา หรอแกมมาดงทกลาวมา

แลว สมการนวเคลยร คอ สมการทแสดงปฏกรยานวเคลยร ซงการดลสมการนนตองพจารณาทงเลขมวลและ

เลขอะตอมของสารทกตวในปฏกรยา กลาวคอ ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมของสารตงตนจะตองเทากบผลตภณฑดงตวอยางตอไปน

U23892 ® Th234

90 + He42

Bi21083 ® Po210

84 + e01

Na2211 ® Ne22

10 + e01

Be94 + He4

2 ® C126 + n1

0

เครองมอตรวจการแผรงส วธตรวจการแผรงสทำาไดงายๆ โดยนำาฟลมถายรปมาหมสารทคดวามสารกมมนตรงสปนอย เกบในทมด

เมอนำาฟลมไปลาง ถาปรากฏวาเปนสดำาแสดงวามการแผรงส หรออาจจะทำาไดโดยนำาสารทจะทดสอบไปวางใกลสารเรอง แสง ถามการเรองแสงเกดขนแสดงวามการแผรงสเกดขน อยางไรกตามการตรวจอยางงายๆ ดงกลาวไมสามารถบอก

“ ” ปรมาณของรงสได จงตองใชเครองมอตรวจสอบโดยเฉพาะเรยกวา ไกเกอรมลเลอรเคานเตอร (Geiger-Muller counter) ซงประกอบดวยกระบอกรบรงส และมเตอรทมหนาปดบอกปรมาณรงสได

รปท 7.27 แสดงเครองไกเกอรมลลอรเคานเตอร ลกษณะของไกเกอรประกอบดวยกระบอกซงบรรจกาซอารกอนไว เมอนำาไปวางไวในบรเวณทมการแผรงส

รงสจะผานเขาทางชองดานหนาของกระบอก กระทบกบอะตอมของอารกอน ทำาใหอเลกตรอนของอารกอนหลดออกไป กลายเปน Ar+ กอใหเกดความตางศกยระหวาง Ar+ กบ e- ในหลอด ซงจะแปลงคาความตางศกยออกมาเปน

ตวเลขบนหนาปด คาทไดนจะมากหรอนอยกขนอยกบชนดของรงส และความเขมขนของรงสทจะทำาใหAr กลายเปน Ar+ ไดมากหรอนอย

7.6.2 ครงชวตของธาต (half life)

ครงชวต (half life) ของสารกมมนตรงส หมายถง ระยะเวลาทสารกมมนตรงสสลายตวไปจนเหลอ

เพยงครงหนงของปรมาณเดม ใชสญลกษณเปน t1/2 นวเคลยสของธาตกมมนตรงสทไมเสถยร จะสลายตวและแผรงสไดเองตลอดเวลาโดยไมขนอยกบอณหภม

หรอความดน อตราการสลายตว จะเปนสดสวนโดยตรงกบจำานวนอนภาคในธาตกมมนตรงสนน ปรมาณการสลายตวจะ บอกเปนครงชวต โดยครงชวตเปนสมบตเฉพาะตวของแตละไอโซโทป

ตวอยางเชน C-14 มครงชวต 5730 ป หมายความวา ถาม C-14 1 กรม เมอเวลา

ผานไป 5730 ป จะเหลอ C-14 อย0.5 กรม และเมอเวลาผานไปอก 5730 ป จะเหลออย0.25 กรม เปนดงนไปเรอยๆ กลาวไดวาทกๆ 5730 ป จะเหลอ C-14 เพยงครงหนงของปรมาณเดม

ตารางท7.54 ครงชวตของธาตกมมนตรงสบางชนดธาตกมมนตรงส ครงชวต รงสทแผออก

Po21484

Na2511

Kr9436

O158

1.6 x 10-4 วนาท

1 วนาท1.4 วนาท

La14057

I13153

Ba14056

Co6027

C146

U23892

118 วนาท40 ชวโมง8.1 วน

12.5 วน5.3 ป

5730 ป4.5 x 109 ป

ครงชวต อาจจะหาไดจากการทดลองโดยการตรวจวดรงสในชวงเวลาทเหมาะสม แลวเขยนกราฟระหวางปรมาณของรงสกบเวลา

รปท 7.28 การหาครงชวตจากกราฟแสดงการสลายตว

ชวงเวลาทปรมาณรงสเปลยนจาก 50% เหลอครงหนงคอ 25 % คอ 2 -1 = 1 หนวย- เวลา ดงนนครงชวตจากกราฟคอ 1 หนวยเวลา

หรออาจจะหาครงชวตไดจากความสมพนธ

0NNln = - t

และ t1/2 = 693.0

0NNln = 2/1t

t693.0

= คาคงทของการสลายตวN, N0 = จำานวนอะตอมของธาตเมอเวลา t และเวลา 0 (เวลาเรมตน)

ตวอยาง Rn-222 จำานวน 10 ไมโครกรม เมอปลอยใหสลายตวไป พบวาในเวลา 7 วนจะเหลอเพยง 2.82 ไมโครกรม จงคำานวณครงชวตของ Rn-222วธทำา

จาก 0NNln = 2/1t

t693.0

N0 = 10, N = 2.82, และ t = 71082.2ln = 2/1t

7x693.0

t1/2 = 3.82 วน ครงชวตของ R-222 เทากบ3.82 วน

ประโยชนของครงชวต ครงชวตสามารถใชหาอายของวตถโบราณทมธาตคารบอนเปนองคประกอบ เรยกวาวธ

Radiocarbon Dating ซงคำาวา dating หมายถง การหาอายจงมกใชหาอายของวตถโบราณทมคณคาทางประวตศาสตร

หลกการทสำาคญของการหาอายวตถโบราณโดยวธ Radiocarbon Dating เปนหลกการ ทอาศยความรเกยวกบกมนตภาพรงสทเกดขนเองในอากาศ ตวการทสำาคญคอ รงสคอสมก ซงอยในบรรยากาศเหนอ

พนโลก มความเขมสงจนทำาใหนวเคลยสขององคประกอบของอากาศแตกตวออก ใหอนภาคนวตรอน แลวอนภาค

นวตรอนชนกบไนโตรเจนในอากาศ ทำาใหเกดไอโซโทปของ C-14 ดงน

N147 + n1

0 ® C146 + H1

1

C-14 เปนไอโซโทปกมมนตรงส ใหรงสบตามครงชวต 5730 ปในบรรยากาศ คารบอนทำาปฏกรยา

กบออกซเจน ไดเปน CO2 ซงทำาใหมทง 12CO2 และ 14CO2 ปนกน เมอพชนำาไปใชในการสงเคราะห

แสง C-14 จะอยในพชและเมอสตวกนพชเปนอาหาร C-14 กจะเขาไปอยในรางกาย ในขณะทพชและสตวมชวต 14CO2 จะเขาไปและขบออกมาอยตลอดเวลา ทำาใหม C-14 ดวยสดสวนคงทแนนอน แตเมอสงมชวตตายลง

การรบ C-14 กจะหยดลง ปรมาณ C-14 กจะลดลงเพราะเกดการสลายตวตวตลอดเวลา ดงนนถาทราบอตรา

การสลายตวของ C-14 ในขณะทยงมชวตอยและทราบอตราการสลายตวขณะนน กสามารถคำานวณอายได

ตวอยางการคำานวณ 1. จากการวดปรมาณรงสของกระดกสตวทตายแลวชนดหนงได 2.80 ครง/นาท/กรม ของคารบอน ถาอตราเฉลยของปรมาณรงสทเกดจาก C-14 เมอมชวตอยเทากบ 15.3 ครง/นาท/กรมของ

คารบอน กระดดสตวนนมอายกป

กำาหนดครงชวตของ C-14 เทากบ5730 ปวธทำา จาก t1/2 =

693.0

5730 = 693.0

= 1.21 x 10-4 ตอปจาก 0N

Nln = - t8.23.15ln = - 1.21 x 10-4 t

t = 1.40 x 104 ป กระดกสตวดงกลาวมอาย 1.40 x 104 ป

ตวอยาง 2 จากการศกษาอายของวตถโบราณชนดหนงพบวาอตราสวนของ 14C : 12C ของวตถนนมคาเปน 0.617 เทาของอตราสวนของ 14C : 12C ในพชทมชวต จงคำานวณอายของวตถโบราณนนวธทำา

จาก 0NNln = - t

0NN = 0.617

และ = 2/1t693.0 = 5730

693.0

เพราะฉะนน ln0.617 = 5730t693.0

t = 3992 ป

วตถโบราณมอาย 3992 ป

7.6.3.ปฏกรยานวเคลยร ปฏกรยานวเคลยร เปนปฏกรยาทเกดขนทนวเคลยสของธาต แลวทำาใหเกดธาตใหมขนและใหพลงงาน

จำานวนมหาศาล ซงตางจากปฏกรยาเคม เพราะปฏกรยาเคมเกดขนทอเลกตรอนรอบๆ นวเคลยส ไมทำาใหเกดธาตใหม แตไดสารใหมทแตกตางจากสารเดม รวมทงมพลงงานเกยวของไมมาก

ปฏกรยานวเคลยรอาจจะเกดจากการแตกตวของนวเคลยสของอะตอมขนาดใหญเรยกวาปฏกรยาฟวชน หรออาจจะเกดจากการรวมตวของนวเคลยสของอะตอมขนาดเลกเรยกวา ปฏกรยาฟวชนกได

7.6.3.1 ปฏกรยาฟสชน (Fission reaction) ฟสชนเปนกระบวนการทนวเคลยสของธาตหนกบางชนด แตกตวออกเปนไอโซโทปของธาตทเบากวา

ในป พ.ศ. 2482 นกวทยาศาสตรพบวาเมอใชนวตรอนยงไปทนวเคลยสของ U-235 จะทำาให เกดการแตกตวไดธาตใหมคอ Ba-139, กบ Kr-97 หรอ Ba-142 กบ Kr-91 การใช

นวตรอนยงไปทนวเคลยสจดวาเปนปฏกรยาฟสชนทสำาคญ

ปฏกรยาฟสชน สามารถเกดไดกบนวเคลยสของธาตหนกเชน U-233 , U-235, U-238, และPu-239 เปนตน

เมอเกดปฏกรยาฟสชน จะมความรอนคายออกมาจำานวนมหาศาล นอกจากจะไดไอโซโทปหลายชนด ซงจดวา เปนวธผลตไอโซโทปกมมนตรงสทสำาคญแลว ยงไดนวตรอนจำานวนหนงดวย ซงนวตรอนทเกดขนใหมนจะชนกบ

นวเคลยสอนๆ เกดฟสชนแบบตอเนองเปนปฏกรยาลกโซพจารณาตวอยางของปฏกรยาฟสชนตอไปน

U23592 + n1

0 ® Kr9036 + Ba144

56 + 2( n10 )

นวตรอนทเกดขนจะทำาใหเกดปฏกรยาลกโซจนกระทงไดนวเคลยสทเสถยร คอ Zr-90 และ Nd-144 ดงน

Kr9036 ® Rb90

37 ® Sr9038 ® Y90

39 ® Zr9040

Ba14456 ® La144

57 ® Ce14458 ® Pr144

59 ® Nd14460

ปฏกรยาฟสชนทเกดขนภายใตสภาวะทเหมาะสม จะทำาใหเกดพลงงานอยางมหาศาล ซงใชหลกการของฟสชน

มาทำาระเบดปรมาณ ในสงครามโลกครงท 2 ปจจบนนกวทยาศาสตรสามารถควบคมปฏกรยาลกโซในฟสชนได และนำามาใชประโยชนทางสนต เชน ใช

สรางเตาปฏกรณปรมาณ เพอผลตไอโซโทปกมมนตรงส เพอใชในทางการแพทย การเกษตร และอตสาหกรรม ในขณะทพลงงานทไดกสามารถนำาไปใชผลตกระแสไฟฟาได

7.6.3.2. ปฏกรยาฟวชน (Fusion reaction) ปฏกรยาฟวชน เปนปฏกรยาทเกดการรวมตวของไอโซโทปทมมวลอะตอมตำา ทำาใหเกดไอโซโทปใหมทมมวล

มากขนกวาเดม และใหพลงงานจำานวนมหาศาล และโดยทวๆ ไปจะใหพลงงานมากกวาปฏกรยาฟสชน

ตวอยางปฏกรยาไดแกH2

1 + H31 ® He4

2 + n10 + พล งงา น

He32 + H2

1 ® He42 + H1

1 + พล งงา นLi6

3 + H21 ® He4

2 + พล งงา นLi6

3 + H21 ® Li7

3 + H11 + พล งงา น ปฏกรยาฟวชนจะเกดขนไดทอณหภมสงมากเทานน เพอเอาชนะแรงผลกระหวางนวเคลยสทจะมารวมกน

ประมาณวาตองมอณหภมสงประมาณ 2 x 108 0C ความรอนดงกลาวนอาจไดจากปฏกรยาฟสชน ซงเปรยบเสมอนเปนชนวนใหเกดปฏกรยาฟวชน

พลงงานในปฏกรยาฟวชน ถาปลอยออกมาอยางรวดเรว จะเกดการระเบดอยางรนแรง แตถาควบคมให ปลอยออกมาชาๆ จะเปนประโยชนตอมนษยอยางมากมาย และมขอไดเปรยบกวาปฏกรยาฟสชน เพราะสารตงตนคอ

ไอโซโทปของไฮโดรเจนนนหาไดงาย นอกจากนผลตภณฑทเกดจากฟวชนยงเปนธาตกมมนตรงสทมอายและอนตราย นอยกวา ซงจดเปนขอไดเปรยบในแงของสงแวดลอม

7.7 การทำานายตำาแหนงและสมบตของธาตในตารางธาตการศกษาแนวโนมของสมบตของธาตตามหมและตามคาบจะชวยในการจดธาตใหอยในหมและในคาบทถก

ตองได โดยเฉพาะธาตทไมเคยศกษามากอน จะสามารถทำานายตำาแหนงโดยประมาณ ตลอดจนทำานายสมบตของธาต และสารประกอบของธาตนนๆ ได

เชน ดบกมเลขอะตอม 50 จะจดอยในหม IVA คาบท 5 เมอพจารณาสมบตของธาตหม IVA คอ C และ Si จะพบวาเปนของแขงทมสมบตสวนใหญเปน

อโลหะ ดงนน Sn จงควรเปนของแขงดวยเพราะอยในหมเดยวกน

จากการศกษาพบวาในหมเดยวกน เมอเลขอะตอมเพมขน ความเปนโลหะจะเพมขน และในคาบเดยวกน เมอ

เลขอะตอมเพมขน ความเปนโลหะจะลดลง ทำาใหคาดไดวา Sn ควรมสมบตเปนโลหะมากกวา C และ Si แต ควรจะนอยกวา Rb และSr ปกตSn เปนของแขงทมผวเปนมนวาว ตแผเปนแผน ดงเปนเสน และนำาไฟฟาได เกดเปนออกไซด 2

ชนด คอ SnO และ SnO2 ซงเปนออกไซดทไมละลายนำา แตทำาปฏกรยากบกรดและเบสได นอกจากนยงเกด

คลอไรดได 2 ชนด คอ SnCl2 และ SnCl4 จากสมบตของ Sn จะเหนไดวาสวนใหญเปนสมบตของโลหะ แตมสมบตของอโลหะอยบาง เชน ออกไซด

ทำาปฏกรยากบเบสได หรอ SnCl4 เปนของเหลวทไมนำาไฟฟา เปนตน

ในกรณของธาตทยงไมพบในปจจบน กสามารถทำานายสมบตของธาตดงกลาวไดเชนเดยวกน เชนธาต M มเลขอะตอม 114 ควรเปนธาตทอยในหม IVA และในคาบท 7 ตำาแหนงของธาต M ควรอยใต Pb

และควรจะมสมบตในการเปนโลหะมากกวา Pb ควรนำาไฟฟาได มคา IE1 และอเลกโทรเนกาตวตตำากวา Pb นอกจากนควรเกดออกไซด MO2 ได และเกดคลอไรด MCl2 ได เปนตน

กลาวไดวา ตารางธาตสามารถใชประโยชนไดอยางกวางขวาง ใชทำานายสมบตของธาตเมอทราบตำาแหนงของ ธาตนนในตารางธาต ในทางกลบกนถาทราบสมบตของธาตหรอสารประกอบของธาตกสามารถทำานายไดวา ธาตนนควร

อยในตำาแหนงใดในตารางธาต

7.8 ธาตและสารประกอบบางชนดในสงมชวตและในสงแวดลอม นกเรยนไดศกษาเกยวกบธาตและสมบตของธาตมาแลว ในทนจะไดศกษาในรายละเอยดเกยวกบประโยชน

ของธาตบางชนด ทมความสำาคญตอการดำารงชวต ในทางการเกษตร และในอตสาหกรรม

อลมเนยม (Al)

อลมเนยม เปนโลหะอยในหม IIIA พบมากในบรเวณเปลอกโลก อยในรปของสารประกอบตางๆ เชน บอกไซด (Al2O3.2H2O) และไครโอไลต (Na3AlF6) เปนตน โลหะอลมเนยมเตรยมไดจากการ

แยกบอกไซดทหลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา ประโยชนสวนใหญของอลมเนยม ไดแก การเจออลมเนยมในโลหะตางๆ ทำาใหไดโลหะผสมทมความหนาแนน

ตำา ใชทำาเครองเงน ยานอาวกาศ กลอนประต- หนาตาง เครองใชตางๆ ในครวเรอน นอกจากนยงใชทำาเปนกระปองบรรจ นำาอดลม นำาผลไม ใชทำาอลมเนยมแผนบางสำาหรบหอวสด ใชทำาลวดตวนำาไฟฟา สำาหรบสารประกอบบางชนดของอลม

เนยม เชน สารสม ใชในกระบวนการทำากระดาษและทำานำาประปา

โครเมยม (Cr)

ในธรรมชาตโครเมยมมกจะอยในรปของออกไซดผสม เชน ในแรโครไมต(FeO.Cr2O3) ซง สามารถจะนำามาเตรยมโครเมยม ไดโดยรดวซดวยคารบอนในเตาไฟฟา

FeO.Cr2O3 + 2C ® Fe + 2Cr + 2CO2

หลงการรดวซจะไดโลหะผสมของ Fe-Cr เรยกวา ferrochrome ซงมอตราสวนของ Fe : Cr = 1:2 โลหะผสมนใชผสมในเหลกกลา จะทำาใหสมบตตางๆ ดขน คอทนทานและแขงแรง

การเตรยมโลหะโครเมยมใหบรสทธทำาไดโดยนำาแรโครไมดมาเผาในอากาศกบ K2CO3 จะเกดปฏกรยา ได K2CrO4 ซงละลายนำาจงสามารถแยกออกจาก FeO ได หลงจากนำามาตกผลก จะได K2CrO4 ท

บรสทธ แลวนำาไปรดวซดวยคารบอนและอลมเนยม จะไดโลหะโครเมยมทบรสทธ

FeO.Cr2O3 ® 232 OCOK K2CrO4 + FeO ® FeO แยก ละลายนำา K2CrO4

Cr Al เผากบ Cr2O3 C เผากบ K2CrO4 (บรสทธ)

เขยนสมการแสดงการเผารวมกบ C และAl (กระบวนการเทอรไมต) ไดดงน2K2CrO4 + 2C ® K2CO3 + K2O + CO +

Cr2O3Cr2O3 + 2Al ® Al2O3 + 2Cr

สมบตทวๆ ไปของโลหะโครเมยม

1. มจดหลอมเหลวและจดเดอดสง2. เปนโลหะทแขง มสเทาเปนมนวาว และทนตอการผกรอนไดด

3. โลหะโครเมยมสามารถทำาปฏกรยากบธาตๆ ไดจำานวนมาก เชน C,N2 , H2 , S, I2 , F2 เปนตน

4. โครเมยมในสารประกอบมเลขออกซเดชนไดหลายคาตงแต+2 ถง +6 Cr6+ ใน Cr2O7

2- เปนตวออกซไดสดมากในสารละลายกรด และสามารถรวมกบธาตท

มอเลกโทรเนกาตวตสงๆ เกดเปนสารประกอบ เชน CrO3 , CrF6 , Cr2O7

2- ,CrO42- และCrO2Cl2

สำาหรบ Cr2O72- ,CrO4

2- สามารถเปลยนกลบไปกลบมาได โดยอาศยความเปนกรดเบสของสารละลาย

CrO42- Cr2O7

2-

Cr2+ เปนตวรดวสทแรงมาก ในนำาจะเปน [Cr(H2O)62+ มสนำาเงน นอกจากนยงพบ

Cr2+ ในCrO , CrCl2 , CrF2 , CrI2 และCrBr2 เปนตน Cr3+ เปนสภาวะทเสถยรทสด ปกตจะไมเปนทงตวรดวส และตวออกซไดส สารประกอบสวน

ใหญละลายนำาได

5. Cr2O3 ทนตอกรด- เบสไดเปนอยางด ใชในการทำาส เรยกวาChrome green6. สารประกอบเซงซอนของ Cr ใหสตางๆ กนตามลกษณะของโครงสราง

ประโยชนและโทษของโครเมยม

1. ใชเคลอบผวของเหลกและโลหะอนๆ โดยการชบดวยไฟฟา เรยกวา การชบโครเมยม ทำาใหไดผวโลหะท

เปนมนวาว สเทาเงนและไมผกรอน เนองจาก Cr รวมกบ O2 ไดเปน Cr2O3 เคลอบทผวของโลหะ เปนการปองกนการผกรอนตามธรรมชาต

2. ใชเปนสวนประกอบของเหลกกลาสำาหรบทำาตนรภย เครองยนตกลไก เกราะกนกระสน เครองบนไอพน

และจรวด เนองจากความแขงแรงทนทาน เหนยว ถาม Cr 10% ใน Fe จะไดเหลกปลอดสนม (stainless steel)

3. สารประกอบหลายชนดของ Cr ใชทำารงควตถ โดยเฉพาะพวกสารประกอบทม Cr3+ และ CrO4

2- ใชในอตสาหกรรมฟอกหนง และทำาเสนใย

4. โลหะเจอ Co กบ Cr ใชทำากระดกเทยม เนองจากมความแขงแรงมากและมปฏกรยาตอรางกายนอย

5. การขาดธาตCr จะมผลเสยตอรางกายคอ อาจจะทำาใหเปนโรคเยาหวาน

เหลก (Fe)

เหลกจดเปนโลหะทมอยในเปลอกโลกประมาณ 4.7% ของมวลเปลอกโลก ซงจดวามากเปนอนดบ 2 รองจาก Al แตจดเปนโลหะแทรนซชนทมมากทสด และมมากเปนอนดบ 4 ของธาตทงหมดในเปลอกโลก (รองจาก

ออกซเจน ซลกอน และอลมเนยม) ในธรรมชาตเหลกสวนมากจะเกดรวมกบธาตอนๆ แรเหลกสวนใหญจะอยในรปของสารประกอบออกไซด เชน

แรฮมาไตต (Fe2O3) แมกนไตต (Fe3O4) และแร limonite (FeO(OH)) เปนตน แร เหลานสามารถแยกเหลกออกไดโดยการถลง โดยวธรดวซแรดวยการเผากบถานโคกในเตาพนลม

สำาหรบแรเหลกชนดอนๆ เชน ไพไรต (FeS2) และซเดอไรต (FeCO3) เมอนำามาถลงจะไดเหลกทมคณภาพตำาเนองจากมกำามะถนผสมอย

การเตรยมเหลกในอตสาหกรรมใชวธการถลง แตการเตรยมเหลกใหบรสทธอาจจะทำาไดจากการเผา FeC2O4 ในสญญากาศ จะได FeO แลวจงรดวซดวย H2 จะไดเหลกซงเปนโลหะทมนเงาสขาวและออน

การถลงเหลกเปนการเตรยมเหลกโดยอาศยปฏกรยารดกชน ใชคารบอน(ถานโคก) และ CO เปน ตว

รดวซทอณหภมสง ภายในเตาถลงเหลกทเรยกวาเตาพนลม (blast furnace) การถลงเหลกจะไดเหลกถลงหรอเหลกหลอ

เหลกถลงหรอเหลกหลอทไดนยงเปนเหลกทไมบรสทธ เนองจากยงมธาตอนๆ ผสมอยเชน C ประมาณ 4% , Si 2%, P และ Mn 1% และ S อกเลกนอย การทมC ปนอยทำาใหเหลกแขง

แตเปราะ S กทำาใหเหลกแตกหรอกระเทาะงาย การกำาจดคอนขางยาก ดงนนการทำาใหบรสทธเพมขนจงใชวธลด

ปรมาณของสงเจอปน และเมอตองการใชในงานตางๆ กนกมการผสมโลหะบางชนด เชน Mn, Cr, Ti และ V ลงไปเพอใหเกดเปนโลหะผสม (Alloy)

เหลกทนำาไปใชในงานตางๆ สวนใหญเปนเหลกทเรยกวาเหลกกลา (steel) เหลกกลา หมายถง เหลกถลงททำาใหปรมาณ C เหลออยระหวาง 0.2-1.5% โดยมากมกจะทำาโดย

การผานอากาศหรอ O2 เขาไปในเหลกถลงทกำาลงหลอมเหลว เพอทำาให C รวมกบ O2 กลายเปน CO2 แยก ออกไป รวมทงโลหะอนๆ จะรวมกบ O2 กลายเปนออกไซดซงแยกออกไปไดพรอมกบกากตะกอน

ถาเหลกกลามปรมาณของ C เจอปนอยนอยมาก จะจดวาเปนเหลกกลาเนอออน

ถาเหลกกลามปรมาณของ C เจอปนอยมากขน แตไมเกน 1.5% จะจดวาเปนเหลกกลาเนอแขงทมความเหนยว

การทำาใหเหลกกลามความแขงและเหนยวเหมาะแกการนำาไปทำาเครองมอเครองใชประเภทตางๆ ขนอยกบ

กระบวนการทเรยกวา tempering คอนำาเหลกกลามาเผาจนรอนแดงจดทอณหภมตางๆ (ประมาณอณหภม

ไดจากสทปรากฏบนผวของเหลก ซงเปนสของออกไซด) แลวจมลงในนำาเยนทนท ซงจะไดเหลกกลาทแขงแตเปราะ

เรยก quenched steel แลวจงนำาไปทำาใหรอนจดทอณหภมประมาณ 200-3500C ความเปราะ จะหมดไป กลายเปนเหลกกลาทแขงและเหนยว เหมาะแกการใชงานประเภทตางๆ ดงน

ท 230 0C จะไดเหลกกลาสเหลองฟาง เหมาะสำาหรบทำาใบมดโกน

ท 255 0C จะไดเหลกกลาสเหลองแกมนำาตาล เหมาะสำาหรบทำาใบมดพบและขวาน

ท 277 0C จะไดเหลกกลาทมสมวง เหมาะสำาหรบการทำามดตางๆ

ท 288 0C ไดเหลกกลาทมสนำาเงน เหมาะสำาหรบทำาลานนาฬกาและมดดาบ

ท 290-316 0C ไดเหลกกลาสนำาเงนเขม เหมาะสำาหรบการทำาสวและเลอยขนาดใหญ

สมบตทวๆ ไปของFe1. Fe เปนโลหะทมความแขงแกรงและเหนยวมาก จงเหมาะทจะใชเปนวสดโครงสรางทำาใหมความ

สำาคญตออตสาหกรรมมาก

2. Fe เปนโลหะทวองไวปานกลาง กลายเปนสนมสนำาตาล (Fe2O3.xH2O) ไดงาย สามารถ

ทำาปฏกรยากบอโลหะไดเกอบทงหมด ( ยกเวน N2) เมอทำาใหรอนเลกนอย ไดสารประกอบตางๆ เชน Fe2O3 FeS, FeCl3 ,Fe3C เปนตน

3. สารประกอบของ Fe2+ ทไมมนำา จะไมมส แตถามนำาจะได [Fe(H2O)6]2+ สเขยวออน สารประกอบทสำาคญคอ (NH4)2Fe(SO4)2.12H2O เรยกวา Mohr’s salt ซงใชประโยชน

มากในแงของการวเคราะหทางเคม

Fe2+ เสถยรมาก แตสามารถทำาปฏกรยากบเบสไดตะกอน Fe(OH)2 ซงเปนสารสเขยว แลเมอถก

ออกซไดสดวยอากาศจะกลายเปน Fe(OH)3 สนำาตาลออน4. Fe เปนตวรดวซทดปานกลาง ทำาปฏกรยากบกรด HCl เจองจางไดH25. Fe3+ อยในนำาจะเปน [Fe(H2O)6]3+ สมวงซงจะถกไฮโดรไลสกลายเปน

[Fe(OH2O)6OH]2+ ซงมสเหลอง[Fe(H2O)6]3+ [Fe(OH2O)6OH]2+ + H+สมวงออน สเหลอง

ทง Fe2+ และ Fe3+ เกดสารประกอบเชงซอนไดมากมาย และมสตางๆ กน บางตวสามารถนำาไปใช

ประโยชนไดมาก

6. การทดสอบFe2+ และFe3+ สามารถทำาไดดงน

Fe2+ (aq) + [Fe(CN)63- (aq) + K+ (aq) ®

KFe[Fe(CN)6] (s)Turnbull’s blue

Fe3+(aq) + [Fe(CN)6]4- (aq) + K+ (aq) ® KFe[Fe(CN)6] (s)

Prussian blueFe3+ (aq) + SCN- (aq) [Fe(H2O)5(SCN)]2+ (aq)

สารละลายสแดง ดงนน [Fe(CN)6

3- จงใชทดสอบFe2+

[Fe(CN)64- และSCN- จงใชทดสอบFe3+

ประโยชนและโทษโดยทวไปของFe1. Fe ใชในอตสาหกรรมเกอบทกประเภท แตเหลกทไดจากการถลงครงแรกนนยงมสมบตไมเหมาะสมท

จะนำาไปใชในงานตางๆ ตองนำามาปรบปรงกอน เชน ทำาใหเปนเหลกกลาหรอเหลกผสมโลหะอนๆ เพอใหไดคณภาพทเหมาะสมเฉพาะอยาง

เหลกกลาประกอบดวยเหลกกบคารบอนและอาจจะมโลหะอนๆ ผสมอยบางในปรมาณทนอย เหลกกลาใชใน งานกอสราง การทำาเครองยนตกลไกตางๆ รวมทงสงทเกยวของกบชวตประจำาวน เชน ลวด ตะป ตวถงรถยนต รถไฟ

เรอ ฯลฯ

เมอนำาเหลกไปเคลอบผวดวยสงกะส (โดยวธอเลกโตรลซส) ใชเปนสงกะสมงหลงคาและทำากระปองบรรจ อาหาร ซงมความทนทานตอการผกรอนไดด

2. เหลกกลาผสม เปนเหลกกลาทผสมอยกบธาตอนๆ ในปรมาณตางๆ กน ธาตแตละชนด ทผสมลงไปใน เหลกกลา จะทำาใหเหลกกลาผสมมสมบตเฉพาะตวเหมาะแกการใชงานในแงตางๆ กน เชน

เหลกกลาผสมทม Ni 3%, Cr 1% เหมาะสำาหรบใชทำาสวนประกอบของเครองจกรพวกเฟอง เกยร เพลา และขอเสอ

เหลกกลาไรสนมม Cr 18%, Ni 8% , และ C 0.4% ใชทำา มด ชอนซอม นาฬกา เครองมอผาตด และเครองมอทตองการความตานทานการผกรอนตอกรดและสารเคม

ตารางท 7.55 แสดงตวอยางของเหลกกลาผสมชนดตางๆชอเหลกกลาผสม องคประกอบโดยประมาณ ประโยชน สมบตพเศษ

1. เหลกกลาไรสนม

(stainless steel)2.เหลกกลาทงสเตน(tungsten steel)3. อนวาร (invar)4.เหลกกลาแมงกานส(manganese steel) 5.เพอรมลลอย(permalloy)

Fe 73%, Cr 18%, Ni 8% และ CFe 94 %, W 5% และC

Fe 64%, Ni 36%Fe 86%, Mn 13%, และCFe 21%, Ni 78%, และC

ทำาเครองตดและเครองใชตางๆทำาเครองตดความเรวสงทำาลานนาฬกาทำาลกกลงบดหน

ทำาแมเหลกไฟฟา

ทนตอการกดกรอน

มความแขงสงมาก

มการขยายตวตำามากมความแขงและเหนยวมากถกเหนยวนำาใหเปนแมเหลกไดงายและเสอมเรวเมอไมมกระแสไฟฟาผาน

3. Fe มอยในรางกาย โดยอยในฮโมโกลบน

ฮโมโกลบน เปนโปรตนชนดหนงม Fe ผสมอยดวย โมเลกลมขนาดใหญมาก ในเมดเลอดแดงของสตว

เลยงลกดวยนมจะมฮโมโกลบนประมาณ 32% ฮโมโกลบนทำาหนาทรบ O2 จากปอดไปเลยงเนอเยอสวนตางๆ ของรางกาย

โครงสรางของฮโมโกลบนคอนขางสลบซบซอน ประกอบดวย 2 สวนคอ ฮม(heme) และโกลบน (globin) ฮม คอสวนทมธาต Fe สวนโกลบน เปนโปรตน

นอกจากนการขาดธาตFe ยงทำาใหเปนโรคโลหตจางได

NN

NNFe

CH3

H3C

CH2CH2COO-

H2C=HC

H3C

H3C

CH=CH2

CH2CH2COO- รปท 7.29 แสดงโครงสรางของฮมในฮโมโกลบน

ทองแดง (Cu) ในธรรมชาตทองแดงสวนใหญจะอยในรปของแรซลไฟดและออกไซด และแรทองแดงสวนใหญจะมทองแดง

เปนสวนประกอบไมมากนก

แรทสำาคญของทองแดงคอแรคาลโคไพไรตหรอคอปเปอรไพไรต (CuFeS2) นอกจากนมในแรอนๆ เชน คาลโคไซต (Cu2S) , covillite (CuS), ควไปรต (Cu2O) ,มาลาไคต

(CuCO3.Cu(OH)2) และ tenorite (CuO) การสกดโลหะ Cu ออกจากแรโดยทวๆ ไป

มกจะนำาแรมาเผาในอากาศใหเปนออกไซด และซลไฟตแลวเผาตอจนไดโลหะ Cu หรอนำามาเผากบคารบอน เชน

CuCO3.Cu(OH)2 ® CuO ® รดวซ CuCuFeS2 ® Cu2O + Cu2S ®รดวซ Cu + SO2CuS2 ® Cu2O + Cu2S ®รดวซ Cu + SO2

การถลงทองแดง

ในการถลงทองแดงจากแร ขนแรกใหนำาแรมาเผาในอากาศไดเปน Cu2S และFeO ตามสมการ2CuFeS2 + 4O2 ® Cu2S + 2FeO + 3SO2

ขนตอไปนำาผลจภณฑทไดไปเผารวมกบออกไซดของ Si ในเตาถลง FeO จะทำาปฏกรยากบออกไซด ของ Si กลายเปนกากตะกอนเหลวลอยอยบน Cu2S ซงไขแยกออกไปได

เมอนำาCu2S ไปเผากบอากาศจะไดCu2O2Cu2S + 3O2 ® 2Cu2O + 2SO2

Cu2O จะผสมกบCu2S ทเหลอซงเมอนำาไปเผาอยางแรงในททไมมอากาศจะไดโลหะ Cu 2Cu2O + Cu2S ® รดวซ 6Cu + SO2

อยางไรกตาม Cu ทไดในขนนยงไมบรสทธ ยงมโลหะอนเจอปนอย เชน Fe และ Ag จงนำาไปทำาให บรสทธโดยการแยกดวยกระแสไฟฟา ใช Cu ไมบรสทธเปนขวบวก (แอโนด) Cu ทบรสทธเปนขวลบ

(แคโทด) และใชสารละลาย Cu2+ เปนอเลกโทรไลต Cu ทไมบรสทธ จะถกออกซไดสทแอโนด กลายมาเปน Cu ทบรสทธทแคโทด

สมบตทวๆ ไปของทองแดง

1. ทองแดงเปนโลหะคอนขางออน มสนำาตาลแดง สามารถตแผเปนแผน และดงเปนเสนได หรอทำาใหเปน

รปตางๆ ไดงาย เปนธาตทนำาความรอนและนำาไฟฟาไดดมากรองจาก Ag2. มจดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางสง3. เลขออกซเดชนทสำาคญคอ +1 (Cu+) และ +2 (Cu2+) โดย Cu+ ไมเสถยร เมออยในนำา แตสารประกอบเชงซอนของ Cu+ เสถยรและละลายอยในนำาได4. Cu สามารถทำาปฏกรยากบธาตอโลหะบางชนดเกดเปนสารประกอบได เชน Cu2O, Cu2S,

CuCl2 , CuI2 เปนตนประโยชนและโทษโดยทวไปของทองแดง

1. เนองจากเปนโลหะออน จงจดเปนรปรางตางๆ ไดงาย นำาไฟฟาไดด ประโยชนสวนใหญจงใชในแงของ งานดานไฟฟา เชน ทำาสายไฟฟา อปกรณและเครองมอไฟฟาตางๆ หมอนำารถยนต

2. โลหะผสมของ Cu มสวนสำาคญตองานตางๆ มากมาย เชน โลหะผสม Cu-Zn เรยกวา ทอง เหลอง ใชประโยชนสำาหรบทำากลอนประต ปลอกกระสนปน กญแจ กระดม และใบพดเรอ เปนตน

โลหะผสม Cu-Sn เรยกวา ทองสมฤทธ ใชทำาลานนาฬกา ปนใหญ ทำาระฆง

โลหะผสม Cu-Al กจดวาเปนทองสมฤทธอกประเภทหนง ถามAl 25% จะมสคลายทองจงใชทำาทองเทยมได

โลหะผสม Co 75% Ni 25% ใชทำาเหรยญกระษาปณ

3. สารประกอบของทองแดง ถามปรมาณมากๆ จะเปนพษตอสงมชวต ดงนนจงใชสารประกอบของ

ทองแดงบางชนด เชน คอปเปอร(II) ออกไซด ทำายาฆาแมลง และฆาเชอรา

4. รางกายของคนกตองการทองแดงเพอใชในกระบวนการทางชวเคมเฉพาะอยาง ซงถาขาดธาตทองแดง อาจทำาใหเกดความบกพรองในการสงเคราะหไขมนบางชนด รวมทงทำาใหเกดโรคโลหตจาก เพราะรางกายดดซมเหลกไม

ได

สงกะส (Zn) ในธรรมชาตมกจะพบ Zn อยในแรชนดตางๆ จำานวนมาก แรทสำาคญคอ สฟาเลอไรด หรอ

Zincblende (ZnS) สมทซอไนต หรอ calamine (ZnCO3) และ zincite (ZnO) ปกตมกจะมCd ผสมอยในแรZn ดวย เมอถลงแรZn จงมกจะได Cd ดวย

การเตรยมโลหะ Zn มกจะทำาโดยนำาแรสงกะสมาเผา (roasting) จนกลายเปนออกไซด (ม ออกไซดของ Cd ผสมดวย) หลงจากนนจงรดวซออกไซดดวย C จะไดโลหะผสม Zn + Cd ซงเมอกลน

Cd มจดเดอดตำากวาจะแยกออกไป เหลอ Zn สมบตทวๆ ไปของสงกะส

1. Zn เปนโลหะสเงน แตสจะหมองคลำาเมอถกกบอากาศ เพราะเกดเปนออกไซดเคลอบบางๆ ทผว

2. Zn เมอเผาใหรอนในอากาศ จะเปน ZnO ซงมสขาว และสไมหมองคลำา ZnO ละลายนำาได นอย แตละลายไดดในกรดแกและเบสแก

ZnO + 2H+ ® Zn2+ + H2OZnO + 2OH- + H2O ® [Zn(OH)4]2-

3. Zn ทำาปฏกรยากบอโลหะอนๆ ไดสารประกอบตางๆ เชน ZnS (สขาว) ZnCl2 , ZnBr2

ประโยชนและโทษของสงกะส

1. ใชZn ชบเหลกกลาเพอเปนสงกะสมงหลงคา ทำาถงบรรจนำา ซงปองกนการผกรอนได

2. ใชZn ในอตสาหกรรมถานไฟฉาย โดยทำาเปนกลองนอกของถายไฟฉายซงจะทำาหนาทเปนขวลบของเซล

3. ผสมกบ Cu เปนทองเหลอง ใชประโยชนไดมาก

โลหะผสมของสงกะสอกอยางหนงคอ Al 3-4% , Cu 0-3.5% และ Mg 0.18 % ใชสำาหรบหลอวสดสำาเรจรปจากแบบพมพถาวร เชน หลอทำาทเปดประตของรถยนต ซงมกจะเคลอบดวย

นกเกล หรอโครเมยม เพอความสวยงาม นอกจากนยงใชหลอทำาเครองซกผา เครองดดฝน ตเยน

4. ZnO ใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตยางรถยนต ใชเปนสวนผสมของสขาว และใชท ำายาจำาพวกข ผง หรอเครองสำาอาง

5. ZnCl2 ใชในการกษาเนอไมใหคงทน6. Zn เปนสวนประกอบของเอนไซมบางชนดทชวยยอยและสงเคราะหโปรตน7. ถารางกายขาดธาตZn จะทำาใหผวหยาบกาน เปนโรคเหนบชา ตบแขง มามโต และเจรญเตมโตชา

แคลเซยม (Ca) แคลเซยมพบมากในรปของสารประกอบ โดยเฉพาะในสวนทเปนเปลอกโลก มแคลเซยมเปนองคประกอบถง

3.5 % โดยมวลของเปลอกโลก ซงนบวามากเปนอนดบท 5 เมอเทยบกบธาตอนๆ ทมในเปลอกโลก

ธาตแคลเซยมสวนใหญจะพบอยในรปของสารประกอบพวกหนปน ซงม CaCO3 เปนองคประกอบ เชน ในเปลอกหอย หนปะการง หนงอก หนยอย ดนมารล นอกจากนยงพบในสนแรในรปของแคลเซยมซลเฟต เชน แร

ยปซม (CaSO4.2H2O) และยงพบวาแคลเซยมเปนองคประกอบทสำาคญของกระดกของฟนในสงมชวต

ประโยชนโดยทวไปของแคลเซยม

1. CaCO3 จากหนปนใชทำาปนขาว ดนสอพอง ชอลค และเครองปนดนเผา

2. CaCO3 ใชเปนสารตงตนสำาหรบผลต Na2CO3

3. ใชหนปน ดนมารลหรอเปลอกหอย แกความเปนกรดของดน

4. CaSO4 จากยบซมใชในอตสาหกรรมแผนวสดกนความรอน เชน ยปซมบอรด ในอตสาหกรรม แกว ซเมนต

5. เผากระดกทอณหภมสง จะไดเถากระดกซงม Ca3(PO4)2 67-85% CaCO3 3-10% และสารอนๆ อกเลกนอย เมอผสมกบดนขาวและแรฟนมาในอตราสวนทเหมาะสม จะใชทำา

เครองปนดนเผาชนด Bone China ซงมคณภาพด ราคาแพง

ออกซเจน (O2) ออกซเจนพบในอากาศจำานวนมาก ( ประมาณ 21% โดยปรมาตร) และพบในรปสารประกอบ เชน ในนำา

CO2 หนปน นอกจากน ออกซเจนยงเปนธาตทเปนองคประกอบของสารอาหาร เชน แปง นำาตาล และ ไขมน

O2 มกจะเตรยมในหองปฏบตการ โดยการเผาสารทม O2 อยในโมเลกลมากๆ เชน เผา KClO3 KMnO4 และ K2Cr2O7 เปนตน การเตรยมออกซเจนจำานวนมาก อาจจะทำาไดโดยการกลนลำาดบสวนอากาศ

เหลว หรอ โดยการแยกนำาดวยกระแสไฟฟา

ประโยชนโดยทวไปของออกซเจน

1. ใชในกระบวนการหายใจของสงมชวต และการสนดาบอาหารในรางกาย

2. ชวยใหไฟตด3. ผสมกบ C2H2 เรยก Oxyacetylene ใชในการเชอมหรอตดโลหะ เปนประโยชนใน

อตสาหกรรมเหลกกลา

4. O2 เหลว เรยกวา LOX ใชเปนตวออกซไดส และเปนเชอเพลงในเครองยนตของจรวด

5. ใชในการสงเคราะหสารเคมชนดอนๆ เชน HNO3 , H2SO46. ใชในทางการแพทย เชน ใชชวยหายใจแกคนไขหนก ผสมกบ N2O เปนยาสลบ7. O3 เปนอนยรป หรอ รปหนงของ O2 ใชประโยชนตางๆ เชน ฆาแบคทเรยได โดยผาน

ozonized oxygen (O2 ผสม O3) ลงในนำาเพอฆาเชอโรคใชเปนนำาดมได ใช ozonized oxygen ผสมกบอากาศเพอทำาใหอากาศบรสทธ ใชฟอกจางสของสารอนทรย เชน นำามน เสนใยทใชทอผา

ไนโตรเจน (N2) ไนโตรเจนพบไดทงในรปอสระ ( ในอากาศประมาณ 79 % โดยปรมาตร) และในรปสารประกอบ

ไนโตรเจนทอยในรปของกรดอะมโน และโปรตน ไนโตรเจนมความสำาคญตอสงมชวต พชสวนใหญสงเคราะหโปรตนโดย

ใชNO3- จากดน พชตระกลถวสามารถเปลยน N2 จากอากาศใหเปนสารอาหารไดประโยชนโดยทวไปของไนโตรเจน

1. กาซN2 ใชบรรจในหลอกไฟ2. กาซ N2 ใชเตรยม NH3 ซงเปนสารตงตนในการเตรยม Na2CO3 ปย

(NH4)2SO4 และปยยเรย (NH2CONH2)3. ยเรย นอกจากจะเปนปยแลว ยงใชเปนแหลงอาหารประเภทโปรตน โดยการผสมกบอาหารใชวว ควาย

ในทางการแพทยใชเตรยมตวยาบางชนด เชน ยานอนหลบ ยาขบปสสาวะ ในทางอตสาหกรรมใชเตรยมเรซน เชน ยเรย เรซน และเมลลามนเรซน เพอใชทำากาว ถวยชาม และพลาสตกทใชเคลอบไม นอกจากนไซคลกยเรยยงใชในกาตกแตง

สงทอ

4. กาซ N2 ใชเตรยมกรด HNO3 ซงใชในอตสาหกรรมส พลาสตก ไหมเทยม วตถระเบด (ทเอนท ไดนาไมด) นอกจากนกรด HNO3 ยงใชเตรยมสารปะกอบNO3 เพอทำาปย ใชในกระบวนการพมพผา และทำาพลส

ฟอสฟอรส (P) ฟอสฟอรส จะไมพบในสภาพอสระในธรรมชาต แตพบอยในรปสารประกอบ เชน ฟอสเฟตในฟลออโรอะปาไตต

(Ca5F(PO4)3 และCa3(PO4)2 นอกจากนยงพบในไขแดง เสนประสาท สมอง กระดกและฟน

ฟอสเฟต เปนสารอาหารทสำาคญของสงมชวตทำาหนาทควบคมความเปนกรด-เบสในเลอดและของเหลวในรางกาย

ประโยชนโดยทวไปของฟอสฟอรส

1. สารประกอบฟอสเฟตใชทำาปยซบเปอรฟอสเฟต ทำายาฆาแมลงชนดออรแกนโนฟอสเฟต ซงสลายตว งาย และมพษตกคางนอย

2. เกลอฟอสเฟตใชเคลอบเหลกแลพอลมเนยม ซงจะชวยปองกนการผกรอนได

3. ฟอสฟอรสแดง ใชทำาระเบดเพลงและหมอกควน ใชเตรยม P2O5 ซงเปนสารตงตนสำาหรบผลต กรด H3PO4

4. สารประกอบฟอสเฟต ใชเตมลงในผงซกฟอก ซงทำาหนาทกำาจด Ca2+ Mg2+ ในนำากระดาง

ซลคอน (Si) ซลคอนเปนธาตทพบอยในควอรตและทราย ในรปของ SiO2 หรอทเรยกวา ซลกา

ประโยชนของซลคอน

1. ซลคอนใชเปนสารกงตวนำา สำาหรบทำาวงจรไฟฟาขนาดเลก เพอใชในอปกรณไฟฟา เชน ไมโคร คอมพวเตอร วทย โทรทศน และเซลลสรยะ

2. SiC เปนพวกโครงผลกรางตาขายทแขงมาก จงใชทำาเครองสบ เครองบด เครองโม

3. SiO2 ใชเปนวตถดบในการทำาแกว ทำาสวนประกอบนาฬกาควอรต

4. ซลกาเจลใชเปนสารดดความชน และใชในเทคนคโคมาโทกราฟ

5. ซลเกตใชในอตสาหกรรมทำาแกว เครองปนดนเผา เสนใยแกว เสนใยนำาแสง

6. ซลโคนซงเปนโพลเมอรของซลคอน เปนพวกทไมรวมตวกบนำา ไมวองไวในการเกดปฏกรยา ทนความ รอน จงใชเปนฉนวนไฟฟา และใชเคลอบผววตถตางๆ เพอปองกนไมใหเกดปฏกรยาเคม

ไอโอดน (I2) ไอโอดน เปนของแขงสมวงทระเหดได เปนธาตทมปรมาณนอย สวนมากพบในสารประกอบไอโอไดด ในนำา

ทะเล ซงมความเขมขนเพยง 0.05 ppm โดยมวลเทานน นอกจากนแหลงกำาเนดทสำาคญในธรรมชาตอกอยาง

หนงคอ พบอยในรปของ NaIO3 รวมทงในพชทะเล ซงเมอนำามาเผาจะได I2 1% โดยมวล ไอโอดน เตรยมไดในหองปฏบตการ โดยอาศยปฏกรยาระหวาง MnO2 KI และH2SO4

2KI + MnO2 + H2SO4(เขมขน) ® 2KHSO4 + MnSO4 + 2H2O + I2

นอกจากนกยงสามารถเตรยม I2 ไดจากNaIO3ประโยชนโดยทวไปของไอโอดน

1. ไอโอดนละลายในเอทานอล เรยกวาทงเจอรไอโอดน ใชทาแผลฆาเชอโรค

2. AgI ใชในกจการภาพถาย3. ไอโอดนมความสำาคญตอคนและสตว เนองจากเปนไอโอดนเปนสวนสำาคญในการผลตฮอรโมนไธรอก

ซน (C15H11O4NI4) ในตอมไธรอยด ซงใชควบคมเมตาโบลซมของรางกาย ถาขาดไอโอดน จะทำาใหเกดโรค คอพอก เพราะการขยายตวของตอมไธรอยด เนองจากทำาหนาทมากเกนไป

4. เกลอ NaI KI หรอ เกลอไอโอเดต ใชเปนสวนผสมในเกลอสนเธาว เพอเพมปรมาณไอโอไดด ปองกนการขาดไอโอดน

เรเดยม (Ra) เรเดยม เปนธาตกมมนตรงส เตรยมไดจาก การแยกสลายสารประกอบแฮไลดของเรเดยมดวยไฟฟา โดยใช

ปรอทเปนขวไฟฟาเรเดยมแฮไลดมกจะตกผลกออกมาพรอมกบแบเรยมแฮไลดในแรฟตซเบลนด

ไอโซโทปทเสถยรทสดของ Ra คอRa-226 การสลายตวของ Ra จะไดธาตRn และในทสดจะเกด Pb การสลายตวของ Ra จะใหรงสแกมมา ซงสามารถยบยงการเจรญเตบโตของเซลลมะเรง จงใช Ra

ในการรกษาโรคมะเรง

Ra เรองแสงไดในทมด จงอาจใชในอตสหกรรมสารเรองแสง

***************************