Metallic Bonding Bozeman Science English Thai

Metallic BondingYouTube↗ IA↗(long shot)
Education 361.3K views 2.9K likes 148 dislikes 21 Aug 2013

Bozeman Science 1.4M subscribers N/A YouTube↗

Hi. It's Mr. Andersen and this is chemistry essentials video 21. It's on metallic bonding.

สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอในชุดวิชาเคมีพื้นฐานลำดับที่ 21 อันนี้ จะว่าด้วยเรื่องของพันธะโลหะ

And it's important that you understand that you can't have one metallic bond. You have

มีประเด็นสำคัญที่เราจะต้องเข้าใจก่อนอื่นเลย ว่าพันธะโลหะนั้น ไม่ใช่พันธะเดี่ยวๆ

to have a number of atoms together sharing their electrons. And therefore sharing their

พันธะโลหะเป็นการใช้อิเลคตรอนร่วมกันของกลุ่มอะตอม จึงถือว่าอะตอมกลุ่มนี้ ใช้พันธะร่วมกัน

bonding. And so the way we look at metallic bonding is the electron sea model where you

พันธะโลหะจึงถูกมองด้วยแบบจำลองทะเลอิเลคตรอน

have all of these electrons. And they're shared by all the atoms. It creates a sea of electrons.

เป็นที่ที่มีอิเลคตรอนเหล่านี้อยู่ด้วยกันเป็นทะเลอิเลคตรอน และถูกใช้ร่วมกันโดยกลุ่มของอะตอม

And then the protons are kind of held on the inside of that. And so in metallic bonding

ซึ่งก็คือโปรตอนที่ลอยอยู่ในทะเลอิเลคตรอนนั้น พันธะโลหะจึง

what we have are delocalized electrons. Or electrons that have the freedom to move. And

ไม่ได้เป็นการใช้อิเลคตรอนแบบที่ติดอยู่ในที่เดียว นั่นคือ อิเลคตรอนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ไปได้

the way we visualize that is through this electron sea model. It accounts for a lot

จึงเป็นที่มาของการมองเป็นแบบจำลองทะเลอิเลคตรอน และก็เป็นที่มาของ

of the properties of metals. Like their conductivity, malleability, ductility, low volatility. And

คุณสมบัติเฉพาะต่างๆ ของโลหะ อย่างเช่นการนำ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ ความเหนียว ความคงทนสูง

sometimes we have to go to the shell model however to explain new phenomena. And we'll

ในบางครั้งเราก็ต้องไปกลับไปใช้แบบจำลองวงโคจร เพื่อที่จะอธิบายปรากฏการณ์ใหม่ๆ บางอย่าง

get to that when we're looking at melting point. And all of that has to do with bonding.

ซึ่งจะว่ากันในรายละเอียดต่อไป แต่ว่าคุณสมบัติต่างๆ ที่ว่านี้ ล้วนเป็นผลจากพันธะโลหะทั้งสิ้น

And so if we look at metallic bonding or these shared bonds between all the metals, visualize

ถ้าเราต้องการจะนึกภาพของพันธะโลหะ อันเป็นพันธะที่เป็นการใช้อิเลคตรอนร่วมกันของอะตอมโลหะ เราก็ต้องมองแบบนี้

it like this. We have the positive charges of the protons in the nucleus. And then we

ก็จะต้องมีประจุบวกของโปรตอนที่อยู่ในนิวเคลียสก่อน

have electrons that are free to go. They don't want to get too close to each other. Their

แล้วก็จะมีอิเลคตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ไปไหนๆ ได้ และก็จะไม่อยู่รวมกัน

going to repel each other. And so what they do is they simply drift around. And they're

เพราะจะผลักกันตลอดเวลา จึงทำให้มีการเคลื่อนที่ไปมาอยู่เรื่อยๆ

constantly in motion. And what you create is this sea of electrons that have a negative

คื่อมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา มองคล้ายทะเลอิเลตรอนที่มีประจุลบ

charge. And then the protons are going to be held on the inside of that. And that's

แล้วก็มีโปรตอนลอยอยู่ในนั้น

the best way to visualize the metallic bonding. And remember these are going to be transition

นี่ดูจะเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการมองพันธะโลหะนี้ อย่าลืมว่าอันนี้ เป็นเรื่องของโลหะทรานสิชัน

metals. So these are going to be atoms that have a lot of unpaired electrons in their

คือโลหะพวกที่มีอะตอมที่มีอิเลคตรอนที่ไม่ได้จับคู่อยู่ในชั้นวงโคจร d

d orbital. And as a result these electrons have a freedom to move. And as a result we

ทำให้อิเลคตรอนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ไปที่ไหนๆได้

have all of these properties that come from metals. So number 1 they are very good at

เป็นที่มาของคุณสมบัติต่างๆของโลหะ ประการแรกก็คือ เป็นตัวนำที่ดี

conductivity. So that means conducting electricity and also conducting heat. And the reason why

หมายความถึงการนำไฟฟ้า และการนำความร้อน เหตุผลก็คือ

is that electricity for example is simply the flow of electrons. And so if we have free

กระแสไฟฟ้านั่น ก็คือการเคลื่อนของอิเลคตรอน เพราะงั้น ถ้าเรามี

electrons it's easy for them to flow through that metal. Likewise with heat, since those

อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้เป็นอิสระ มันก็ทำให้โลหะมีอิเลคตรอนที่พร้อมจะเคลื่อนที่อยู่ เช่านเดียวกับกรณีการนำความร้อน

electrons and those atoms have a huge amount of freedom, we can move a lot of that energy

เนื่องจากทั้งอิเล็กตรอนและอะตอมที่ ค่อนข้างมีอิสระในการเคลื่อนที่ จึงมีโอกาสที่จะเคลื่อนพลังานผ่านตัวมันไปโดยง่าย

through the material. They also are incredibly malleable. And what malleable means is that

โลหะยังมีความสามารถในการเปลี่ยนรูป (malleable) นั่นหมายความว่า

you can hit them and they are going to flatten out. And so if you're a blacksmith you're

เราสามารถตีโลหะให้เป็นแผ่นบางๆได้โดยที่ยังคงรูปอยู่ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ช่างเหล็กเอาไปใช้

using that property of heating up these atoms in the metallic bonds. And then as you hit

โดยอาจจะมีการเผาเพื่อให้อะตอมในพันธะมีพลังงานมากขึ้นก่อน เมื่อมีการตีลงไปด้วยค้อน

it you're able to slide them past one another. It's going to be smooth sliding. And that

ก็จะเกิดการเคลื่อนของชั้นโลหะชั้นหนึ่งผ่านไปบนอีกชั้น

explains how we could get something like gold leaf which is simply gold that we hit over

นี่เองที่ทำให้เรามีแผ่นทองคำที่มีขนาดบางมากๆได้ โดยที่มันก็เป็นทองคำนี่แหละ แต่ถูกเอามาตี

and over and over again until it's razor thin. They also show ductility. And what ductility

ซ้ำแล้วซ้ำอีกจนบางเป็นแผ่นอย่างที่เห็น โลหะยังมีความเหนียว ซึ่งหมายความว่า

means is that it's ductile. Or that means that if we pull it, it's going to stretch

ถ้าเราดึงโลหะ มันก็จะยืดตัวออก

rather than break. And so if we were to test the tensile strength of different materials,

แทนที่จะขาดออกจากัน อย่างในการทดสอบความเหนียวของโลหะต่างๆนั้น

so what you do is you put them in a big vice like this. Then you simply pull on it. If

เราก็จะเอามาใส่ในเครื่องมืออย่างที่เห็นนี้ แล้วก็ใส่แรงดึง

something is ductile what that means is as you pull on it it's going to stretch out before

ถ้าเป็นวัสดุที่มีความเหนียวแล้ว พอเราใส่แรงดึงเข้าไป มันก็จะยืดออกก่อนที่จะขาดจากกันในที่สุด

it eventually breaks. If it's not, it's brittle. What it's going to do is simply break in half.

ถ้าไม่มีการยืดเลย เราจะเรียกว่าวัสดุนั้นมีความเปราะ พอเจอแรงดึงก็จะขาดจากกันโดยง่าย

And metals show this. And the reason they show that is that all of these atoms have

โลหะนั้นมีความเหนียว เนื่องจากว่ามีอะตอมภายใน

freedom to move around each other. And so when you pull on each other it's going to

ที่สามารถเคลื่อนที่ไปมา และแทนที่กันและกันได้ เมื่อเจอแรงดึง จึงสามารถยืดตัวออกได้

stretch it out. They also show low volatility. What that means is that they're going to have

โลหะยังมีความผันผวนต่ำด้วย นั่นหมายความว่า

a high melting point and a high boiling point. Why is that? Well think of all the positive

มีจุดหลอมเหลวสูง และมีจุดเดือดสูง ทำไมเป็นเช่นนั้น? ก็ต้องลองนึกถึงประจุบวก

charges we have down in these metals. We have all of these negative charges. And so there's

ที่มีอยู่ในโลหะพวกนั้น เมื่ออยู่ท่ามกลางอิเลคตรอนที่มีประจุลบ

going to be a huge attraction between the two. And so it's hard to pull off individual

ก็หมายความว่าจะมีแรงดึงดูดมหาศาลระหว่างสองกลุ่มนี้ ทำให้ยากต่อการที่จะแยกอะตอมหรือโมเลกุลออกมา

ones to make them a liquid or eventually to make them a gas. And so you would think as

ก็เลยยากต่อการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวหรือกาซ ทีนี้ ลองมาไล่ดู

we move across the transition metals, so let's say we're going across this period from scandium

ตามคาบของโลหะทรานสิชัน อย่างเช่นในคาบนี้ จากสแกนเดียมไปที่สังกะสี

to zinc. As we move across we should be increasing the number of electrons. And so we should

ไล่มาจากซ้ายไปว่า เราก็นึกว่าน่าจะมีจำนวนอิเลคตรอนเพิ่มขึ้น ก็เลย

be increasing something like this. Melting point. And it's not really right. And so let's

น่าจะมีคุณสมบัติอย่างเช่น จุดหลอมเหลว เพิ่มขึ้น ซึ่งไม่เป็นความจริง

look at what the data looks like. So as we move across the period, it starts to go up

มาดูว่าข้อมูลจริงเป็นอย่างไร พอไล่ไปแรก ก็ดูเหมือนจะเพิ่มขึ้น

for awhile, but then it dips. And then it eventually goes down quite a bit. And so this

แต่แล้วก็ลดลง แล้วก็ลดลงอีก นี่ก็ทำให้

whole idea of an electron sea model works well. But when you get to something like this,

แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอนซึ่งใช้อธิบายเรื่องต่างๆมาได้ดี แต่เมื่อต้องมาอธิบายปรากฏการณ์อย่างนี้

we have to start digging into the shell model to make sense of it. And so let's start by

เราจะต้องหันกลับไปเอาแบบจำลองวงโคจรกลับมาช้งานอีก เริ่มจาก

looking at some electron configurations. So if we're looking at scandium it's going to

การจัดเรียงอิเลคตรอน เริ่มที่สแกนเดียม

have 2 electrons in its 4s. And that's something interesting about transition metals. They're

ที่มีอิเลคตรอน 2ตัวในชั้น 4s ตรงนี้แหละที่เป็นความน่าสนใจของโลหะทรานสิชัน

valence electrons are actually going to be at a higher level but inside the s subshell.

อิเลคตรอนวงนอกนั้น อยู่ในวงโคจรสูงๆ ทว่าก็อยู่ในชั้นอย่าง ชั้นย่อย s

Anyway, as we move across what we're doing is we're increasing the number of electrons.

ลองดูให้ดี พอเราไล่มาเรื่อยๆ เราจะเห็นการเพิ่มของอิเลคตรอน

So we're increasing the number of valence electrons. And so as we go to titanium and

ก็คือการเพิ่มของอิเลคตรอนวงนอก ตั้งแต่จากไททาเนียม

then as we go to vanadium this all makes sense. If you can increase more of these electrons,

แล้วก็มาจนถึงวานาเดียม ตอนนี้ก็ยังดูปกติดีอยู่ เรายังสามารถเพิ่มอิเลคตรอนในชั้นต่างๆเหล่านี้

increase more of that charge, it's going to be harder to get this thing to melt. But if

ยังเพิ่มประจุพวกนี้ได้ดีอยู่ ก็ทำให้ยังยากที่จะถึงจุดหลอมเหลวง่ายๆ

you look here when we get to chromium, it kind of dips. And the reason why is that it

แต่ดูตรงนี้ให้ดี พอมาถึงโครเมียม ก็เห็นว่ามันหล่นตุ้บ เหตุผลก็คือ

actually is not going to fill this 4s before it jumps into the 3d. And then as we go to

อิเลคตรอนที่เพิ่มขึ้น ไม่ได้เข้าไปอยู่ที่ชั้น 4s ต้องโดดไปที่ 3d เสียก่อน เพราะงั้น พอเราไล่มาถึงแมกนีเซียม

magnesium you get a real stable shell structure where all of these are filled. And so the

เราก็จะได้อะตอมที่มีวงโคจรที่มีความเสถียรมากสักหน่อย เพราะทุกชั้นมีอิเลคตรอนอยู่หมด ก็เลย

melting point is going to drop off. But now that pattern picks up again. Okay. Now we're

มีจุดหลอมเหลวลดลง จากนั้น ลักษณะเดิมก็จะกลับมาอีก ..เอาละ

going to start adding electrons. So when we go to iron and cobalt and to nickel, now we're

มาเริ่มเพิ่มอิเล็กตรอนกันอีกที ดังนั้นเมื่อเราไล่มาที่เหล็ก แล้วก็โคบอลต์ แล้วก็นิเกิล .. ตอนนี้เรากำลัง

adding these paired electrons. And as we pair those electrons, now we don't have those free

เพิ่มอิเล็กตรอนคู่เหล่านี้ ขณะที่เราจใส่คู่อิเล็กตรอนเหล่านั้นเข้าไป

electrons anymore. And so we're going to decrease the melting point as we get all the way down

ก็จะไม่มีอิเล็กตรอนอิสระอีกต่อไป เราจึงเห็นจุดหลอมละลายลดลง เมื่อไล่ไปจนถึงสังกะสี

to zinc. And remember as we get to zinc we're moving over towards those nonmetals. And so

อย่างลืมว่า พอเราไล่ไปถึงสังกะสี เรากำลังเข้าไปสู่ส่วนที่เป็นอโลหะแล้ว

we're starting to see odd properties here as well. And so metallic bonding is pretty

เราจึงเริ่มเห็นสารที่มีคุณสมบัติต่างออกไป กลับมาที่เรื่องพันธะโลหะอีกที .. จะเห็นว่าเป็นเรื่องไม่ยาก

simple. Did you learn to use a delocalized electron model to predict macroscopic properties

เราได้เรียนรู้เรื่องแบบจำลองที่อิเลคตรอนไม่ได้ถูกใช้อยู่เฉพาะที่หนึ่งที่ใดอย่างเดียว เอามาใช้อธิบายคุณสมบัติของโลหะ

of metals? If you understand the sea model and you see how it affects conductivity, malleability,

ถ้าเราเข้าใจแบบจำลองทะเลอิเลคตรอน ว่ามีผลต่อการนำ การแปรรูบ

ductility and low volatility, then you got it. And I hope that was helpful.

ความเหนียวและความผันผวนต่ำแล้ว ก็เป็นอันใช้ได้ หวังว่าเรื่องนี้ จะเป็นประโยชน์บ้าง