Covalent Network Solids Bozeman Science English (auto-generated) Thai

Covalent Network SolidsYouTube↗ IA↗(long shot)
Education 68.4K views 452 likes 13 dislikes 25 Aug 2013

Bozeman Science 1.4M subscribers N/A YouTube↗

[Music] hi it's mr. Andersen and this is

chemistry essentials video 25 it's on covalent Network solids which are solids

สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอในชุดวิชาเคมีพื้นฐานลำดับที่ 25 นี้ จะว่าด้วยเรื่องของ ของแข็งโครงข่ายโควาเลนต์

made of these vast networks of interconnected atoms and those

ซึ่งเป็นของแข็งที่เกิดขึ้นมาจากโครงข่ายขนาดใหญ่ของอะตอมที่มาเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน และการเชื่อมต่อเข้าด้วยกันที่ว่านี้

connections are made with covalent bonds now what's interesting is the three-dimensional structure tells us a

ก็คือพันธะโควาเลนต์นั่นเอง ทีนี้ สิ่งที่น่าสนใจก็คือ เราสามารถเอาลักษณะของโครงสร้างสามมิตินี้

lot about the properties and so a great example would be this diamond and

มาอธิบายคุณสมบัติต่างๆของสารได้มากมาย ตัวอย่างที่ดีอันนึงก็คือกรณีของเพชรกับกราไฟต์ กล่าวคือ

graphite in other words graphite that you write with a pencil are made of the

กราไฟต์ที่เราเอามาใช้ทำไส้ดินสอกับเพชรนั้น ล้วนมีที่มา

same thing they're just made of elemental carbon but depending on how those carbon atoms are hooked together

จากแหล่งเดียวกันคือธาตุคาร์บอน แต่ว่าเนื่องจากมีการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนต่างกัน เราก็เลยได้เห็น

we can have one of the hardest things on our planet a diamond or we can have

สิ่งที่มีความแข็งที่สุดอย่างนึงในโลก นั่นก็คือเพชร (ในการจัดเรียงแบบนึง) ถ้าไม่งั้น ก็จะเป็นสารที่

something that is going to be broken by the paper that you're writing on and so covalent Network solids are made up of

แตกหักได้ง่ายๆบนกระดาษเขียน ก็เอาเป็นว่าของแข็งโครงข่ายโควาเลนต์นั้น

either one nonmetal or two nonmetals so an example of one nonmetal could be

อาจจะมีส่วนประกอบเป็นอโลหะหนึ่งหรือสองชนิดก็ได้ ต้วอย่างของชนิดที่เป็นอโลหะชนิดเดียว ก็ได้แก่กราไฟต์

graphite or silicon that we use to make computer chips an example of two

หรืออีกอันก็คือซิลิคอนที่เราเอามาใช้ทำชิปคอมพิวเตอร์นั่นเอง ส่วนตัวอย่างของพวกที่เป็นอโลหะสองชนิดก็ได้แก่

nonmetals might be silicon oxide that's going to make up quartz or silicon dioxide generally these covalent Network

ซิลิคอนออกไซด์ที่เอามาทำเป็นควอทซ์ หรือไม่ก็ซิลิคอนไดออกไซด์ โดยทั่วไปแล้ว ของแข็งโครงข่ายโควาเลนต์นั้น

solids are made of from the carbon group

มักจะมีคาร์บอนกรุปเป็นส่วนประกอบ เหตุผลที่เป็นเช่นนั้นก็เนื่องจาก

and the reason why is if they have four valence electrons and it allows them to make all of these vast number of bonds

คาร์บอนมีอิเลคตรอนวงนอกสี่ตัว แล้วก็สามารถมีพันธะลักษณะต่างๆได้มากมาย

their structure can either be two-dimensional so graphite will have

โครงสร้างของก็สามารถเป็นได้ทั้ง 2 มิติ อย่างในกรณีของกราไฟต์ ที่มีโครงสร้างเป็นแผ่นสองมิติ

these two-dimensional sheets or it can be these vast three dimensional lattices and depending on what kind of structure

หรือไม่ก็อาจจะเป็นโครงร่างแบบ 3 มิติขนาดใหญ่ก็ได้ จากนั้นก็จะขึ้นกับว่ามีโครงสร้างเป็นแบบไหน

they have it's going to give them different properties so for example

คุณสมบัติก็จะแตกต่างกันกันออกไป ตัวอย่างเช่นกราไฟต์ ก็จะมีลักษณะอ่อนมาก

graphite is going to be incredibly soft that's because it's going to have these soft layers but it's gonna have a high

ก็เพราะว่า มีโครงสร้างเป็นชั้นๆที่ไม่มีความแข็งแรงอะไร

melting point because you're gonna have these covalent bonds on silicon is going

ทว่า จะมีจุดหลอมเหลวสูง เพราะว่ามีพันธะเป็นโควาเลนต์

to have a pretty good structure it's

ซิลิกอนจะมีลักษณะที่ค่อนข้างเป็นโครงสร้าง มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง

going to have a higher melting point but as we increase the temperature we start to vibrate those atoms and it can

ทีนี้ ถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น อะตอมภายในก็จะเริ่มมีการสั่นสะเทือนมากขึ้น

actually become a conductor so it's something we call a semi conductor and

ก็จะกลายสภาพเป็นตัวนำได้ เป็นสารที่เราเรียกว่าสารกึ่งตัวนำ แล้วเราก็ยังสามารถปรับเปลี่ยน

so we can vary the amount of electricity that is conducted through it and one

ปริมาณการนำไฟฟ้าที่ไหลผ่านได้ด้วย วิธีการอันนึงที่เราอาจจะทำได้ก็คือ เติมสารอื่นลงไป

ways we can do this is we can dope it we can add different elements to it different other atoms we can either

นั่นคือการเติมอะตอมของสารชนิดอื่นปนลงไป ซึ่งก็เป็นได้ทั้ง แบบ n-type

n-type or p-type dopant and we can add either electrons or the lack of

หรือหรือไม่ก็ p-type นั่นคือแบบที่เป็นการเพิ่มอิเลคตรอน กับแบบที่เป็นการลดอิเลคตรอน

electrons and so it allows us to create things like transistors and so this is an example of a covalent Network this is

เป็นที่มาของการทำทรานซิสเตอร์ และที่เห็นอยู่ตรงนี้ก็คือตัวอย่างของโครงข่ายโควาเลนต์

silicon dioxide these are the crystals in course

เป็นซิลิคอนไดออกไซด์ในผลึกควอทซ์ ก็จะเห็นได้ว่าเป็นโครงข่ายที่มีรูปแบบซ้ำกัน

and you can see that it has this regular structure now the picture that I'm showing you right here doesn't show that

สังเกตว่า ในรูปนั้น ครูไม่ได้แสดงเป็นโครงร่าง 3 มิติให้ดู

three-dimensional structure we're just looking at one layer but in general they'll form these massive crystals and

ที่เห็นนี่เป็นเพียงโครงร่างชั้นเดียวเท่านั้น แต่โดยทั่วไปแล้ว เราจะพบเห็นในสภาพที่เป็นผลึกขนาดใหญ่

so you can't really say that the it's a molecule per se because it's going to be

และเราก็อาจจะเรียกว่าเป็นโมเลกุลได้อย่างไม่ค่อยตรงความจริงนัก นั่นก็เพราะว่า

more of a ratio of all the atoms that we have in this giant Network it's almost

มีสัดส่วนของอะตอมในโครงร่างขนาดใหญ่นี้อยู่ค่อนข้างมากไปสักหน่อย

like an ionic solid in that sense they're going to be made from the carbon

น่าจะเรียกได้ว่าเป็นของแข็งอิออนิคมากกว่า มักจะมีคาร์บอนกรุปเป็นส่วนประกอบ

group and so carbon silicon germanium and the reason why remember is they have

ก็จะมีพวกคาร์บอน ซิลิคอน เจอร์เมเนียม ด้วยเหตุผลที่ได้บอกไปแล้ว คือการที่มีอิเลคตรอนวงนอก 4 ตัว นั่นเอง

four valence electrons so you can make these vast connections they could have a two dimensional shape or three

ก็หมายความว่าสามารถสร้างพันธะแบบต่างๆ ได้มากมาย ไม่ว่าจะเป็นทั้ง 2 มิติหรือ 3 มิติ

dimensional and as a result of all the covalent bonding they're gonna have a

และเนื่องจากผลของการที่เป็นพันธะโควาเลนต์ ก็จะทำให้มีจุดหลอมเหลวสูง

really high melting point so here's a picture of graphite this is what it

และที่เห็นนี่ก็คือภาพของกราไฟต์ ส่วนอีกอันนั้น จะเป็นภาพที่เราเห็นได้ ถ้ามองเข้าไปถึง

looks like if we were to zoom down to the level of the atoms and what you see is that there are going to be covalent

ระดับของอะตอม ซึ่งสิ่งที่เราจะเห็นก็คือพันธะโควาเลนต์

bonds that are connecting all the carbon in each of these different layers of

ที่เชื่อมต่อคาร์บอนเหล่านี้เข้าด้วยกัน เป็นชั้นของกราไฟต์หลายๆ ชั้น

graphite but what's missing is that fourth bond in other words I can only see one two three bonds to each of those

แต่สิ่งที่หายไปก็คือ พันธะอันที่ 4 นั่นคือเราจะเห็นแค่พันธะที่ 1, 2, 3 ของแต่ละคาร์บอนอะตอม

carbons that means that there are free electrons and what those electrons are

นั่นก็หมายความว่าจะมีอิเล็กตรอนอิสระขึ้นมา สิ่งที่จะเกิดขึ้นก็คืออิเลคตรอนเหล่านี้ ก็จะ

gonna do are interacting with electrons from the next layer and so you get these

ทำปฏิกริยากับอิเลคตรอนอิสระจากชั้นอื่น ก็หมายความว่า

London dispersion forces that are holding those layers together and so those are going to be relatively weak

จะมีแรงกระจายลอนดอนที่คอยยึดเหนี่ยวชั้นเล่านี้ไว้ด้วยกัน และจะเป็นแรงที่มีขนาดค่อนข้างน้อยโดยเปรียบเทียบ

and so it's easy for these layers to slide past one another and that's why we

ทำให้แต่ละชั้นนั้น มีโอกาสที่จะแยกออกจากกันได้โดยง่าย และเหตุผลอันนี้เอง

could make pencil lead out of graphite silicon is going to have a much more

ที่ทำให้เราสามารถเอากราไฟต์มาทำเป็นไส้ดินสอได้ ซิลิคอนนั้น จะมีลักษณะรูปร่างเป็นสามมิติโดยส่วนใหญ่

regular kind of a three-dimensional shape this diamond lattice and what's amazing this is what silicon would look

เป็นโครงข่ายรูปเพชร และสิ่งที่น่าสนใจก็คือ ซิลิคอนจะมีรูปร่างเป็นอย่าง

like if we could model it you can see that there are four bonds now around

แบบจำลองที่เห็นนี้ ..เราก็จะเห็นได้ว่า มีพันธะสี่พันธะที่ซิลิคอนแต่ละตัว

each of those silicon what we get is one massive crystal of silicon that's all it

ที่เห็นนี่ก็คือเรามีผลึกซิลิคอนขนาดใหญ่อยู่อันนึง ..เป็นซิลิคอนล้วนๆ

is is silicon in here and what we can do is we can cut chips out of this and so

และเราก็สามารถที่จะตัดออกมาเป็นชิ้นได้ เอามาทำเป็นชิป

we can make the chips that are in your phone or in your computer and so what's

ที่อยู่ในโทรศัพท์หรือในคอมพิวเตอร์นั่นเอง สิ่งที่น่าสนใจก็คือ

interesting about it is as we increase the temperature we increase conductivity so as we make it hotter more electrons

เพิ่มเราอุณหภูมิขึ้น การนำก็จะเพิ่มมากขึ้น หมายความว่าเมื่อมีความร้อนมากขึ้น อิเลคตรอนก็จะสามารถ

can flow through it now that's not the only way that we can regulate the amount

ไหลผ่านได้มากขึ้น และนี่ก็ไม่ใช่วิธีการเพียงวิธีเดียวที่เราจะสามารถ ควบคุมการไหลของอิเลคตรอน

of electron flow we can also dope it and what what does doping mean well if you

เรายังสามารถใช้การเติมสารเข้าไปก็ได้ หมายความว่าอย่างไร? ก็ต้องมาดูตรงนี้

look right here we've got carbon and silicon so they're each gonna have four valence electrons but what we can do is

ก็จะมีคาร์บอนและซิลิกอน ซึ่งต่างก็จะมีอิเลคตรอนวงนอก 4 ตัว แต่ก็เป็นไปได้

we can take atoms from the next group or the group below it and we can either

ที่เราจะเอาอะตอมจากกลุ่มถัดไป หรือไม่ก็กลุ่มที่อยู่ด้านล่าง แล้วก็มา

increase the number of electrons or decrease and so let me show you what

เพิ่มหรือลดจำนวนอิเล็กตรอน ครูจะได้สาธิตให้ดูกัน

that looks like we could dope it with phosphorous that's called n-type doping and the reason it's

สารที่เราจะเติมลงไปก็คือฟอสฟอรัส ซึ่งจะเรียกในกรณีนี้ว่า n-type เหตุผลที่เราใช้การเติมสารแบบ n-type

anti doping is now phosphorus fits right into the lattice it's going to bond to these

ก็คือฟอสฟอรัสนั้น เข้ากันได้พอดีกับโครงข่ายอันนี้ โดยจะเข้าไปสร้างพันธะกับอะตอมตัวที่ 1, 2, 3, 4

1 2 3 4 atoms around it but it's going to bring with it an extra electron and

แต่สิ่งที่เกิดขึ้นมาด้วยก็คือ อิเลคตรอนที่เกินมาหนึ่งตัว และเหตุผลที่เราเรียกว่า

the reason we call it n-type doping is it's increasing the negative charge that's going to be in that silicon so

การเติมสารแบบ n-type ก็เพราะมีการเพิ่มประจุลบ เกิดขึ้นในซิลิคอนนั้น

it's easier for it that to flow so let me put that back for a second we could

ก็ทำให้อิเลคตรอนไหลผ่านได้ง่ายขึ้น เดี๋ยวครูจะทำให้ดูอีกที คราวนี้ครูจะใช้โบรอน

also grab boron so if we grab boron it's gonna have three valence electrons it's

โบรอนก็จะมีอิเลคตรอนวงนอก 3 ตัว

gonna knock to it's going to bond to these three atoms around it but it's gonna bring with it a lack of an

ซึ่งจะไปสร้างพันธะกับอะตอม 3 ตัวรอบๆ สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือจะทำให้อิเลคตรอนขาดไปหนึ่งตัว

electron and in electronics we call that a hole and so that's a lack of an electron and it's a no it's an area

ในทางอิเล็กทรอนิกส์นั้นเราเรียกว่า hole ซึ่งหมายถึงการขาดหายไปของอิเลคตรอน

where electrons could flow into that and really they talk about the the holes

เกิดเป็นพื้นที่ที่อิเล็กตรอนสามารถไหลเข้าไปได้ เลยดูเหมือนว่าเกิดการไหลเคลื่อนที่ไปของ holes ดังกล่าว

actually moving around and so p-type doping stands for this positive or a lack of that negative charge and so

ก็หมายความว่าการเติมสารแบบที่เรียกว่า p-type นั้น เป้นแบบบวก หรือก็คือเกิดการขาดหายไปของอิเลคตรอนขึ้น

where would we ever apply this one of the greatest inventions of the 20th

แล้วมีการเอาความรู้นี้ไปประยุกต์ใช้อย่างไรบ้าง? ก็ต้องพูดถึงนวัตกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 20

century is the transistor and I'll put a link down below to veritasium video that

นั่นก็คือทรานซิสเตอร์ ซึ่งครูก็จะใส่ลิงค์ไว้ให้ที่ด้านล่าง ไปที่วิดีโอของ Veritasium ที่อธิบาย

explains how transistors work it's totally fascinating but the three parts

การทำงานของทรานซิสเตอร์ ล้วนแต่เป็นเรื่องที่น่าสนใจมาก พูดถึงสามส่วนประกอบหลักของทรานซิสเตอร์นั้น

of any transistor they used to be much bigger than they are today they're going

เคยมีขนาดที่ใหญ่โตกว่าที่เป็นอยู่ทุกวันนี้มาก แล้วก็จะมีขานำไฟฟ้าสามขา

to be three leads that go to it and so essentially you're gonna have a source where electricity can flow in a drain

นั่นก็คือเราจะมีขาที่เรียกว่า source ซึ่งเป็นขาที่ให้อิเลคตรอนไหลเข้า

where electricity can flow out and then we're gonna have a gate and what you

จะมีขาที่เรียกว่า drain ซึ่งเป็นขาที่อิเลคตรอนไหลออก แล้วก็มีขาที่เรียกว่า gate

have is n-type on either side so this is n-type silicon on either side and then

เราก็จะมีแบบที่เป็น n-type อยู่ทั้งสองด้าน คือมีซิลิคอนที่เป็น n-type ที่ด้านทั้งสอง แล้วก็จะมี

you're gonna have p-type in the middle and there's going to be no electrical

p-type อยู่ตรงกลาง ก็คือจะไม่มีการไหลของอิเลคตรอน

flow and so what we can do is we can add a little bit of voltage at the gate and

ทีนี้ ถ้าเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเข้าไปเล็กน้อยที่ gate เราก็จะเห็น

what you get is now electrons are able to flow so we've got all these excess

ว่าอิเลคตรอนจะเริ่มไหลผ่านไปได้ นั่นคือเราจะมีอิเลคตรอนที่เกินออกมาตรงนี้

electrons here flows through the holes out the drain on the other side and so what's amazing is we can make these

ไหลผ่าน holes ออกไปทาง drain ของอีกด้านนึง ความน่าสนใจอันนึงอยู่ตรงที่เราจะสามารถ

things incredibly small we call them solid-state transistors because they're

สร้างอุปกรณ์อันนี้ออกมาให้มีขนาดเล็กได้อย่างไม่น่าเชื่อ เรียกว่าทรานซิสเตอร์แบบ solid state เนื่องจากทำขึ้นมาจากของแข็ง

made of solids and so on a typical integrated circuit like you might have

และวงจร integrated อย่างที่เราเห็นกันในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์นั้น

in a computer there might be billions of transistors just on that one circuit so

อาจจะมีทรานซิสเตอร์อยู่หลายพันล้านตัวอยู่ในวงจรเดียว อันนี้เป็นเพียงตัวอย่างอันนึงของการประยุกต์ใช้

this is just application of that covalent Network solid so did you learn the following to create an covalent Network solid

ของแข็งโครงข่ายโควาเลนต์ มาทบทวนกันว่าเราได้เรียนรู้เรื่องพวกนี้ไปแล้วหรือไม่? อย่างเรื่องการสร้าง

representation remember it's going to be these three dimensional lattices of

แบบจำลองของแข็งโครงข่ายโควาเลนต์ คงยังจำได้ว่าอันนี้เป็นโครงข่ายสามมิติ

either one or two elements nonmetals and then could you relate that structure to

ของอโลหะหนึ่งหรือสองชนิด นอกจากนี้ เรายังควรจะสามารถที่จะอธิบาย

its properties remember if it's two dimensional if they're not connected is

คุณสมบัติจากโครงสร้างนี้ได้ด้วย และคงยังไม่ลืมว่าถ้าเป็นโครงสร้างแบบ 2 มิติ ก็จะมีความอ่อนกว่า

going to be really soft if it's 3-dimensional is going to be really rigid and also since there's

แต่ถ้าเป็น 3 มิติ ก็จะมีความแข็งกว่ามาก ..และเนื่องจากว่า

covalent bonds in here they're gonna have a high melting point and I hope that was helpful [Music]

มีพันธะโควาเลนใน พวกนี้จึงมีจุดหลอมเหลวสูง ก็หวังว่าเรื่องพวกนี้

คงมีประโยชน์บ้าง