อะไรเป็นปัจจัยที่ทำให้ สสารมีคุณสมบัติ ต่างๆครับ

กระทู้คำถาม
ทำไม เหล็ก โลหะ ถึงเป็นแข็งแรง มีความยืดหยุ่น ทนความร้อน นำไฟฟ้า

ทำไม ไม้ จึงเป็น ไม้

ทำไม น้ำถึงเป็นของเหลว ที่เป็นตัวทำละลายที่ดี

ทำไม ดินเหนียว ถึงเป็น ดินเหนียว

ทำไม ระเบิด มันถึงระเบิดได้

ถ้าอธิบายในระดับโครงสร้างโมเลกุล อะไรเป็น สาเหตุให้สิ่งต่างๆ มีคุณสมบัติเป็นอย่างงั้นครับ
คำตอบที่ได้รับเลือกจากเจ้าของกระทู้
ความคิดเห็นที่ 3
เพราะ electronic structure  ของโมเลกุลครับ (ขออภัย ผมนึกคำภาษาไทยดีๆที่ไม่ทำให้เข้าใจผิดไม่ออก)

โลหะนำไฟฟ้าได้ เพราะอะตอมแต่ละตัวของโลหะ จัดเรียงในรูปแบบที่ทำให้ออร์บิทัลของทุกๆอะตอมสามารถมีอันตรกิริยาต่อกัน ระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนสามารถเข้าไปอยู่ได้จึงกลายสภาพจากชั้นไม่ต่อเนื่องแบบที่เป็นในแต่ละอะตอม เป็นแถบของค่าพลังงานที่อิเล็กตรอนสามารถมีได้แทน
และในธาตุที่เป็นโลหะ เจ้าแถบพลังงานนี้ มันมีชั้นที่เอาอิเล็กตรอนเข้าออกง่าย และอิเล็กตรอนอยู่ไม่เต็ม ดังนั้นมันจึงถ่ายเทอิเล็กตรอนเข้าออกได้สะดวก
นอกจากนี้เพราะทุกๆอะตอมมีอันตรกิริยาซึ่งกันและกันหมด เมื่อเราเติมอิเล็กตรอนเข้าไปที่ฝั่งปลายด้านนึงของลวดทองแดง มันก็สามารถที่จะเคลื่อนที่ไปยังปลายอีกด้านนึง หรือมองว่ามันไป"ไล่ที่"อิเล็กตรอนของอะตอมข้างๆ แล้วอิเล็กตรอนที่โดนไล่ก็ "ไล่ที่"อิเล็กตรอนตัวถัดไปต่อไปได้เรื่อยๆเพราะทุกอะตอมมันมีอันตรกิริยาต่อกันหมด

คำตอบจริงๆวุ่นวายกว่านี้ มันมีเรื่องความสัมพันธ์ระหว่าง fermi level กับ band structure และโครงสร้างผลึกของโลหะ ที่ทำให้โลหะแต่ละตัวมีสมบัติต่างกัน บางตัวอ่อนยวบยาบเลยก็มี เป็นโลหะไม่ได้หมายความว่าต้องแข็งเหมือนเหล็กไปซะหมด (ปรอทยังเป็นของเหลวได้ ทองก็อ่อนจนเอามาขึ้นรูปตรงๆแทบไม่อยู่ต้องเติมสิ่งเจือปนให้แข็งแรงขึ้น)

ทำไมไม้ถึงเป็นไม้ ทำไมดินเหนียวถึงเป็นดินเหนียว ..... สองคำถามนี้ตอบยากมากเพราะไม่รู้ว่าการเป็น"ไม้"และ"ดินเหนียว"หมายความว่ายังไง

ทำไมน้ำถึงเป็นของเหลว และเป็นตัวทำละลายที่ดี
เพราะมันมันเกิดจากไฮโดรเจนสองตัวกับออกซิเจนจับกัน เวลามันจับกันแล้ว ตามเคมีม.ปลายสอนมาคือ มันจะมีลักษณะเป็นมุมงอ (สาเหตุขอข้าม)
การเป็นมุมงอนี้สำคัญมาก เพราะมันทำให้เกิดความไม่สมดุลกันของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในอะตอม
กล่าวคือ มันจะมีฟากนึงที่ออกซิเจนอยู่ และมีอีกฟากนึงที่ไฮโดรเจนอยู่ และออกซิเจนมีความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนไว้กับตัว (ค่า Electronegativity จากเคมีม.4) สูง ดังนั้นฟากที่ออกซิเจนอยู่ก็จะมีอิเล็กตรอนไปกองอยู่ตรงนั้นค่อนข้างเยอะ ทำให้เกิดเป็นประจุลบน้อยๆขึ้น ในทางเดียวกัน ไฮโดรเจนซึ่งถูกดึงอิเล็กตรอนออกไป ก็เกิดเป็นประจุบวกน้อยๆขึ้น
สภาพแบบนี้เราเรียกมันว่าไดโพล (dipole) ไดที่แปลว่าสอง โพลที่แปลว่าขั้ว คือเป็นโมเลกุลที่มีสองขั้วในตัวเดียว
นั่นก็หมายความว่า พอเรามีสารที่เป็นประจุบวกโยนลงมาในน้ำ น้ำก็หันข้างที่เป็นประจุลบเข้าไปล้อมไว้
พอเราเอาสารที่มีประจุลบโยนลงไป น้ำก็หันเอาข้างประจุบวกมาล้อมไว้แทน
ทีนี้สมมุตว่าเราโยนเกลือแกงลงไปในน้ำ เกลือแกงประกอบไปด้วยโซเดียมไอออนที่เป็นประจุบวกกับคลอไรด์ไออนที่เป็นประจุลบ ปกติประจุบวกชอบประจุลบ ไอออนสองชนิดนี้ก็เลยจับกันแน่น ต่อกันเกิดเป็นผลึกเกลือ  แต่พอจับเกลือแกงโยนลงน้ำปุ๊บ น้ำมันเข้าไปล้อมแต่ละไอออนไว้ และดึงไอออนแต่ละตัวออกจากกันได้ แถมล้อมได้โดยไม่สนว่ามันจะเป็นไอออนบวกหรือไอออนลบอีกต่างหาก พอน้ำล้อมแต่ละไอออน และดึงมันออกจากกันได้ -> แต่ละไอออนก็ไม่ได้จับกันเป็นผลึก -> ละลาย นั่นเอง
นอกจากนี้เพราะมันเป็นไดโพล โมเลกุลของน้ำจึงมีอันตรกิริยาต่อกันและกันได้อีกด้วย คิดง่ายๆก็คือ เพราะประจุบวกชอบประจุลบ ดังนั้นน้ำก็จะพยายามจัดเรียงให้โมเลกุลตัวเองหันข้างที่มีประจุบวกไปหาข้างประจุลบชาวบ้าน และหันข้างที่มีประจุลบไปหาข้างประจุบวกของชาวบ้าน
พอมันทำเช่นนี้ แต่ละโมเลกุลก็เลยมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกัน ซึ่งเจ้าแรงนี้เองเป็นแรงที่ดึงโมเลกุลของน้ำให้อยู่ด้วยกันเป็นก้อนๆหรือเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง
ทั้งนี้ถ้าไปค้นอาจจะเจอคีย์เวิร์ดคำว่าพันธะไฮโดรเจน ซึ่งคิดง่ายๆสำหรับมนุษย์ที่ไม่ได้ลงลึกมากว่ามันก็คือแรงจากไดโพลที่รุนแรงมากๆจนได้ชื่อเป็นของตัวเองนั่นเอง
และคำอธิบายนี้ยังบอกด้วยว่าทำไมของบางอย่างมันถึงไม่ละลายน้ำ ก็เพราะมันไม่มีประจุ และชอบจะจับกับพวกที่ไม่มีประจุด้วยกันเองมากกว่า
ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้เพราะโครงสร้างโมเลกุล และการกระจายตัวของอิเล็กตรอนที่ไม่สมดุลกันในโมเลกุลของน้ำ

ทำไมระเบิดมันถึงระเบิดได้
ปฏิกิริยาเคมีที่จะทำให้เกิดการระเบิดแบบที่เอาไปทำลูกระเบิดปกติต้องมี 2 อย่างประกอบกันคือ
1. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันทันไดและมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร็วมาก
2. ปฏิกิริยานั้นต้องให้ก๊าซออกมา ยิ่งเยอะยิ่งดี
(อนึ่ง การระเบิดไม่ค่อยจะเกี่ยวกับอุณหภูมิเท่าไหร่ อย่างมากก็เกี่ยวตรงที่ยิ่งอุณหภูมิสูงปฏิกิริยายิ่งเกิดเร็ว)
ดังนั้นสารระเบิดจึงมักจะ
1. เป็นสารที่ไม่เสถียร....ถ้ามันเสถียรมันก็ไม่ค่อยอยากจะเกิดปฏิกิริยา
2. มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบค่อนข้างมาก

มาดูข้อ 1 กันก่อน
เป็นสารที่ไม่เสถียรหมายความว่ายังไง ก็หมายความว่าพันธะที่ยึดอะตอมเข้าไว้ด้วยกันมันไม่ค่อยแข็งแรง
แล้วถามว่าไอ้ความแข็งแรงของพันธะมาจากไหน ก็มาจากอิเล็กตรอนในโมเลกุลนั่นแหละครับ
คือปกติอิเล็กตรอนมันก็อยู่ในอะตอมดีๆของมัน ทำไมมันต้องไปบังคับให้อะตอมจับกันเป็นโมเลกุลด้วย
ก็เพราะพออะตอมจับกันแล้ว อิเล็กตรอนในอะตอมมันมีพลังงานลดลง (พลังงานลดลง = เสถียร ในภาษาฟิสิกส์)
แต่การจับกันแต่ละแบบมันก็ทำให้พลังงานลดลงไม่เท่ากัน บางแบบลดมาก บางแบบลดน้อย
และเจ้าพันธะที่ไม่เสถียรเนี่ย ก็คือการจับกันที่ทำให้พลังงานอิเล็กตรอนลดลงไปน้อย
ดังนั้นอะตอมทั้งหลายในโมเลกุลจึงพร้อมที่จะหาวิธีจับกันแบบอื่นที่จับแล้วพลังงานลดมากกว่าทันทีที่มันทำได้

ทีนี้ก็มาถึงข้อ 2. คือมีไนโตรเจนเยอะ ถามว่าทำไมต้องไนโตรเจน
ถ้าพูดถึงไนโตรเจน สิ่งนึงที่ผมหวังว่าจะนึกถึงคือก๊าซไนโตรเจน N2 ที่อยู่ในบรรยากาศของโลก
เจ้าพันธะที่ยึดไนโตรเจนสองตัวเข้าไว้ด้วยกันเนี่ยเป็นพันธะที่เรียกว่าพันธะสาม และเป็นหนึ่งในพันธะที่เสถียรมากๆๆๆๆๆในเคมี
ดังนั้นสารไม่เสถียรที่มีไนโตรเจนเยอะ มันก็เลยชอบที่จะแตกสลายเจ้าพันธะเดิมที่ไม่ค่อยเสถียรของมันซะ แล้วก็เอาไนโตรเจนสองตัวมาจับกันเป็นก๊าซไนโตรเจนที่เสถียรมากๆแทน
พอเกิดก๊าซไนโตรเจนมากๆในระยะเวลาพร้อมๆกันเข้าก็เกิดความดัน และความดันนี้เองเป็นตัวที่ทำให้เกิดการระเบิด

ทั้งหมดนี้เป็นเพราะความเสถียรของอิเล็กตรอนในโมเลกุล ที่บางตัวเสถียร บางตัวไม่เสถียร ประกอบกับการที่ไนโตรเจนเป็นก๊าซ (ซึ่งก็อธิบายได้ด้วยโครงสร้างโมเลกุลและอิเล็กตรอนในโมเลกุลอีกนั่นแหละ แต่ขอพอไว้แค่นี้ก่อนละกัน)
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่