ที่มา : http://www.actukine.com/Pourquoi-les-cervicalgiques-n-aiment-pas-le-froid_a5001.html
เมื่อนำน้ำใส่ขวดแช่ไว้ในช่องแช่แข็งทิ้งไว้
เมื่อเวลาผ่านไปทำไมขวดน้ำบวมและแตกได้ ทั้งๆที่น้ำถูกเปลี่ยนเป็นของแข็ง
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ปริมาตรน้ำในขวดน่าจะลดลง ?
จากคำถามด้านบน เชื่อว่าหลายคนก็เคยมีข้อสงสัย วันนี้เราจะมาหาคำตอบกันค่ะ
กรณีสสารทั่วไปจะเป็นอย่างที่เคยศึกษามา
นั่นคือ สสารทั่วไปเมื่ออยู่ในสถานะของแข็งโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะอยู่ใกล้ชิดกัน
มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง ปริมาตรลดลง แต่ในกรณีของน้ำกลับไม่เป็นเช่นนั้น
เพราะว่าโมเลกุลของน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวอีกหนึ่งรูปแบบที่เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน
จึงทำให้น้ำมีคุณสมบัติแตกต่างจากสารอื่นๆทั่วๆไป
รู้จักพันธะไฮโดรเจน (Hydrogen Bond)
พันธะไฮโดรเจน คือ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ชนิดหนึ่งที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งที่มีขั้วยึดเหนี่ยวกับอะตอมของอีกโมเลกุลหนึ่งที่มีขนาดเล็กและมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี
(EN) สูง เช่น F
, O และ N และที่สำคัญอะตอมจะต้องมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลืออยู่อย่างน้อย
1 คู่ ทำให้อะตอมเหล่านี้มีอำนาจขั้วไฟฟ้าลบสูง
จึงมีแรงยึดเหนี่ยวกับอะตอมไฮโดรเจนที่อยู่ข้างเคียงสูงมากตามไปด้วย
ดังนั้นพันธะไฮโดรเจนจึงมีความแข็งแรงมากกว่าแวนเดอร์วาลส์ 5-10 เท่า แต่น้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์
พันธะไฮโดรเจนเหมือนหรือแตกต่างกับพันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน ?
พันธะไฮโดรเจนแตกต่างกับพันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน
เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลกับโมเลกุล ในขณะที่พันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจนเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจน
2 อะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
พันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน(H2)
ในโมเลกุลของน้ำ (H2O) ออกซิเจน (O) สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้
2 พันธะต่อ 1 อะตอมโมเลกุลของ H2O จึงทำให้น้ำเกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมาก
จุดเดือดของน้ำจึงมีค่าสูง (100 ๐C)
การเกิดพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลของน้ำ
ที่มา : https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/2-2-chemical-bonds/
นอกจากนี้พันธะไฮโดรเจนยังมีลักษณะพิเศษที่แตกต่างจากแรงแวนเดอร์วาลส์ตรงที่พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะในโมเลกุลที่มีทิศทาง
ส่วนแรงแวนเดอร์วาลส์เป็นพันธะในโมเลกุลที่ไม่มีทิศทาง ยกตัวอย่าง เมื่อนำน้ำใส่ขวดแช่ในช่องแช่แข็ง
เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งขวดจะบวมออกมา เพราะโมเลกุลของน้ำเกิดการขยายตัวคือ
ปกติในสถานะของเหลวโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะอยู่ชิดกันมากยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจนแต่จัดเรียงตัวกันไม่เป็นระเบียบ
แต่เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งโมเลกุลของน้ำจะอยู่ห่างกัน และเกิดเป็นโครงผลึกร่างตาข่ายขึ้นโดยน้ำแต่ละโมเลกุลจะเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลข้างเคียงได้ถึง
4
พันธะในลักษณะเป็นรูปทรงสี่หน้าทำให้โครงผลึกของน้ำแข็งมีลักษณะเป็นโพรงปริมาตรของน้ำก็จะเพิ่มขึ้นทั้งที่มวลของน้ำยังเท่าเดิมความหนาแน่นจึงน้อยลง
ด้วยเหตุนี้จึงทำให้น้ำแข็งลอยน้ำได้
น้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ น้ำแข็งจึงลอยน้ำได้
ที่มา : http://www.clipartkid.com/ice-water-cliparts/
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น