วิชาการ.คอม-บทเรียนออนไลน์-ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม | บทเรียน วิชาการ.คอม
เคมี
 

ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

สร้างเมื่อ 11 ก.ค. 2554 14:57:03
  • ระดับม.4
  • 34,330 view

ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม


                 นักเรียนได้ศึกษาเกี่ยวกับธาตุและสมบัติของธาตุต่างๆ มาแล้ว ต่อไปนี้จะศึกษาธาตุและสารประกอบของธาตุที่สำคัญบางชนิด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิตของมนุษย์สัตว์และพืช พร้อมทั้งศึกษาถึงผลกระทบที่จะมีต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

3.8.1  ธาตุอะลูมิเนียม

                 อะลูมิเนียมพบมาในเปลือกโลกประมาณ  7.5% โดยมวล รูปของสารประกอบ เช่น บอกไซต์ (Al_2 O_3 \cdot 2H_2 O)ไครโอไลต์(Na_3 AlF_6)โลหะอะลูมิเนียมเตรียมได้จากการหลอมเหลวแร่บอกไซต์แล้วแยกด้วยกระแสไฟฟ้าจะได้โลหะอะลูมิเนียมที่แคโทด โลหะอะลูมิเนียมมีสีเงิน มีความหนาแน่นต่ำ เหนียวและแข็ง ดัดโค้งงอได้ ทุบให้เป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้ นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดีมาก
สารประกอบออกไซด์ของอะลูมิเนียมคือAl_2 O_3มีจุดหลอมเหลวสูงมาก ทนความร้อนสูง ละลายได้ทั้งในกรดและเบส ออกไซด์ที่เกิดในธรรมชาติเรียกว่า คอรันดัม มีความแข็งมากและมีหลายสี จึงนิยมใช้ทำเครื่องประดับ สารประกอบซัลเฟตของอะลูมิเนียมที่ตกผลึกร่วมกับหะแอลคาไลน์ จะได้ผลึกของอะลัม (Alum) ชนิดหนึ่งซึ่งมีสูตรทั่วไปคือ MAl(SO_4 )_2 \cdot 12H_2 Oโดย M ในที่นี้คือไอออนบวกของโลหะ เช่นN^+หรือ K^+ส่วนสารส้มที่ใช้ตามบ้านคือสารส้มโพแทส มีสูตร  KAl(SO_4 )_2 \cdot 12H_2 Oมีลักษณะเป็นผลึกใส ใช้มากในกระบวนการผลิตกระดาษและกระบวนการทำน้ำประปา

คอรันดัม หรือ กะรุน สูตรเคมีคือAl_2 O_3มีรูปผลึกหกเหลี่ยม ตรงกลางป่องและค่อยๆเรียวลงจนถึงปลายทั้ง 2 ด้าน มีความแข็งรองจากเพชร ส่วนมากมีสีเทาเขียว เทาฟ้า และเทาดำ ถ้ามีสีอื่นๆ จะเรียกชื่อต่างๆ กัน เช่น สีแดงหรือม่วงเรียกทับทิม สีฟ้าหรือน้ำเงินเรียกไพลินหรือแซฟไฟร์ถ้ามีรูปดาว 6 แฉกจะรวมเรียกว่าพลอยสาแหรก คอรันดัมมีสีต่างๆ กัน เนื่องจากมีโลหะแทรนซิชันต่างชนิดกันปนอยู่ เช่น มีสีแดงเพราะมีโครเมียม สีน้ำเงินเพราะมีเหล็กกับไทเทเนียม

                อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีประโยชน์มากในทางอุตสาหกรรม ใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องครัว ของใช้ในบ้านห่ออาหาร และห่อของใช้ ทำโลหะเจือหลายชนิดที่นำไปเป็นส่วนประกอบของเครื่องบิน เรือ รถไฟ และรถยนต์

3.8.2  ธาตุแคลเซียม
                     พบในเปลือกโลกประมาณ 5.4% โดยมวล พบในรูปของสารประกอบที่มี Al_2 O_3เป็นองค์ประกอบ เช่น หินงอก  หินย้อย เปลือกหอย  ดินมาร์ล  และพบในสารประกอบซัลเฟต  เช่น  ยิปซัม  แคลเซียมเตรียมได้โดยการแยกสารประกอบคลอไรด์ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้าแคลเซียมเป็นโลหะที่มีความแข็ง มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดและความหนาแน่นสูงกว่าโลหะแอลคาโลน์ สารประกอบของแคลเซียมที่น่าสนใจ ได้แก่ ออกไซด์ของแคลเซียม คือ CaO (ปูนดิบ) เมื่อผสมกับน้ำจะได้Ca(OH)_2 (ปูนสุก)สารละลายCa(OH)_2 เรียกว่า น้ำปูนใส
                  ประโยชน์ของสารประกอบแคลเซียมในรูปCaCO_3จากหินปูน ใช้ทำปูนขาว ชอล์ก ดินสอพอง ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซดาแอชNa_2 CO_3สำหรับ  CuCaSO_4  \cdot 2H_2 Oหรือ ยิปซัม ใช้ผลิตแผ่นยิปซัมบอร์ด เป็นวัสดุก่อสร้าง ใช้ทำเครื่องปั้นดินเผาชนิดโบนไชนา (Bone china) ซึ่งมีคุณภาพดีราคาแพง นอกจากนี้แคลเซียมยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน ถ้าร่างกายขาดธาตุแคลเซียมจะทำให้เป็นโรคกระดูกเสื่อม กระดูกผุ และฟันไม่แข็งแรง

 


รูป 3.9  หินงอก หินย้อย
 


รูป 3.10  แร่ยิปซัม (CaSO_4 \bullet 2H_2 O)


3.8.3  ธาตุทองแดง
                   พบในเปลือกโลกประมาณ 0.0007% โดยมวลพบในแร่ธาตุหลายชนิด ได้แก่ คาลโคไพไรต์ (CuFeS_2คิวไพรต์(Cu_2 O)มาลาไคต์[Cu_2 CO_2 (OH)_2]   คาลโคไซต์(Cu_2 S)อาจพบในรูปธาตุอิสระเป็นเม็ดปนอยู่ในหินและทราย การถลุงโลหะทองแดงทำได้โดยนำแร่ซัลไฟด์ของทองแดงมาเผาในอากาศ จะได้โลหะทองแดง และทำให้บริสุทธิ์โดยการแยกด้วยไฟฟ้า ทองแดงเป็นโลหะที่มีสีแดงมีความหนาแน่น จุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดีรองจากเงิน เมื่อทิ้งไว้ในอากาศชื้นนานๆ จะเกิดสารประกอบคาร์บอเนตสีเขียวคลุมผิวทองแดงไว้ซึ่งเป็นการป้องกันการผุกร่อนของทองแดงได้อีกชั้นหนึ่ง
                   ประโยชน์ของทองแดง ใช้ทำสายไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้า โลหะผสมระหว่างทองแดงกับสังกะสี ซึ่งเรียกว่าทองเหลือง ใช้ทำกลอนประตู กุญแจ ใบพัดเรือ ปลอกกระสุนปืน กระดุม โลหะผสมของทองแดงกับดีบุก ซึ่งเรียกว่าทองบรอนซ์ ใช้ทำลานนาฬิกา ระฆัง ปืนใหญ่
                  สารประกอบเชิงซ้อนของทองแดงเป็นองค์ประกอบในเลือดปู ปลาหมึก หอยโข่ง แมงป่อง และทำให้เลือดเป็นสีน้ำเงิน ร่างกายของคนต้องการทองแดงเพื่อใช้ในกระบวนการทางชีวเคมี ถ้าขาดจะทำให้เกิดความบกพร่องในการสังเคราะห์ไขมันบางชนิด และทำให้เกิดโรคโลหิตจาง


 
รูป 3.11  แร่ที่มีทองแดงเป็นองค์ประกอบ


3.8.4  ธาตุโครเมียม
                   พบในเปลือกโลกประมาณ 0.02% โดยมวล พบในรูปของแร่โครไมต์  (FeO \cdot Cr_2 O_3 )การถลุงแร่โครเมียมทำได้โดยการเผาแร่โครไมต์กับโพแทสเซียมคาร์บอเนตในอากาศ จะเกิดโพแทสเซีมโครเมต แล้วนำไปเผารวมกับคาร์บอนและอะลูมิเนียมจะได้โครเมียมซึ่งเป็นโลหะสีขาวเงิน มีความมันวาว และแข็งมาก ต้านทานการผุกร่อนและคงความเป็นมันเงาได้นานในอากาศ
สารประกอบของโครเมียมที่อยู่ในรูปโครเมียมออไซด์ชนิดต่างๆ เช่น โครเมียม (III) ออกไซด์  CrO โครเมียม (II) ออกไซด์ (CrO) โครเมียมเกิดสารประกอบเชิงซ้อนได้หลายชนิดและมีสีต่างๆ กัน เช่น K_2 Cr_2 O_7   มีสีส้ม K_2 CrO_4   สีเหลือง  KCr(SO_4 )_2  \cdot 12H_2 Oสีม่วงแดง
                  ประโยชน์ของโครเมียมใช้เคลือบผิวเหล็กหรือโลหะอื่นๆ โดยการชุบด้วยไฟฟ้า เพื่อป้องกันการผุกร่อนและมีผิวเป็นเงางาม เป็นส่วนผสมในเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งมีสมบัติทนต่อการผุกร่อนและทนสารเคมีชนิดต่างๆ ได้ดี เป็นส่วนประกอบในเหล็กกล้าผสมที่ใช้ทำตู้นิรภัย เครื่องยนต์เกราะกันกระสุน เป็นโลหะเจือโคบอลต์ใช้ทำกระดูกเทียมเพราะมีความแข็งแรงและมีปฏิกิริยาต่อร่างกายน้อย


 
รูป 3.12  แร่โครไมต์  (FeO \cdot Cr_2 O_3 )


รูป 3.13  โครเมียมใช้เคลือบผิวรถยนต์เพื่อป้องกันการผุกร่อนและมีสีผิวเป็นเงางาม



3.8.5  ธาตุเหล็ก
                  พบในเปลือกโลกประมาณ 4.7% โดยมวลและพบในรูปของแร่ชนิดต่างๆ ได้แก่ แร่ฮีมาไทต์  แร่แมกนีไทต์(Fe_2 O_3)และแร่ไพไรต์(Fe_2 O_4)การถลุงเหล็กใช้การรีดิวซ์ออกไซด์ของเหล็ก (Fe_2 O_3) ด้วยถ่านโค้ง (C ) เหล็กเป็นโลหะสีเทา มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ถูกดูดด้วยแม่เหล็กได้และคงอำนาจแม่เหล็กได้อย่างถาวร สารประกอบออกไซด์ของเหล็กมีหลายชนิด เช่น  FeO  Fe_2 O_3   (Fe_2 O_4)เหล็กสามารถเกิดสารประกอบเชิงซ้อนและไอออนเชิงซ้อนได้หลายชนิดและมีสีต่างๆ เช่น K_4 Fe(CN)_6มีสีเหลืองK_4 Fe(CN)_6 มีสีเหลืองอมส้ม  NH_4 Fe(SO_4 )_2 \cdot 12H_2 Oมีสีม่วงอ่อน
                 ประโยชน์ของเหล็ก เหล็กกล้าเป็นโลหะเจือของเหล็กกับคาร์บอนในปริมาณต่างๆ กัน บางชนิดอาจเติมโลหะอื่นเพิ่มลงไปเพื่อปรับปรุงคุณภาพเรียกว่า เหล็กกล้าเจือโลหะใช้ในงานก่อสร้าง ผลิตเครื่องยนต์  ทำตัวถังรถยนต์  ทำลวด  ตะปู  เหล็กเคลือบผิวด้วยสังกะสีใช้มุงหลังคา เหล็กเคลือบผิวด้วยดีบุกใช้ทำกระป๋องบรรจุอาหาร เหล็กกล้าที่ผสมนิกเกิล 3% โครเมียม 1% ใช้ทำส่วนประกอบของเครื่องจักรประเภทเฟือง เกียร์ เพลา ข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีโครเมียม 18 % นิกเกิล 8% และคาร์บอน 0.4% ใช้ทำมีด ช้อนส้อม เรือนนาฬิกา นอกจากนี้เหล็กเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเม็ดเลือดแดง ถ้าร่างกายได้รับเหล็กไม่เพียงพอจะทำให้เป็นโรคโลหิตจาง


 
รูป 3.14  แร่ที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ



3.8.6  ธาตุไอโอดีน
                   พบในปริมาณเล็กน้อยในน้ำทะเล ในสาหร่ายทะเลบางชนิด และพบในสินแร่ที่มีโซเดียมไนเตรตอยู่ในรูปของโซเดียมไอโอเดตไอโอดีนเป็นอโลหะที่มีสถานะเป็นของแข็ง เป็นเกล็ดมันวาวสีม่วง ระเหิดได้ง่ายละลายน้ำได้น้อยมากแต่ละลายได้ในตัวทำละลายชนิดอื่นๆ ได้ดี เช่น สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ เอทานอลเฮกเซน คาร์บอนเตตระคลอไรด์ เกิดสารประกอบไอออนิกกับโลหะทั่วไปได้สารประกอบประเภทเกลือ
                  ประโยชน์ของไอโอดีน ไอโอดีนละลายในเอทานอลเรียกว่าทิงเจอร์ไอโอดีน ใช้ทาแผลฆ่าเชื้อโรค ไอโอไดด์ไอออนเป็นส่วนประกอบของฮอร์โมนไทรอกซินในต่อมไทรอยด์ ซึ่งควบคุมกระบวนการเมแทบอลิซึมของร่างกายถ้าขาดไอโอดีนจะทำให้เป็นโรคคอพอก สารประกอบของไอโอดีน เช่น โซเดียมไอโอไดด์ โพแทสเซียมไอโอไดด์ ใช้ผสมในเกลือสินเธาว์ เป็นการเพิ่มไอโอไดด์ไอออนให้ได้สัดส่วนที่เหมาะสมต่อการใช้บริโภค


 
รูป  3.15  เกล็ดไอโอดีน



3.8.7  ธาตุไนโตรเจน
                     พบมากทั้งในรูปของธาตุอิสระและสารประกอบ ในอากาศมีแก๊สไนโตรเจนอิสระประมาณ 78% การแยกแก๊สไนโตรเจนออกจากอากาศทำได้โดยทำอากาศให้เป็นของเหลวแล้วนำไปกลั่นลำดับส่วน จะได้ไนโตรเจนเหลวออกมา ไนโตรเจนเป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ที่อุณหภูมิปกติไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น(ยกเว้นลิเทียม) แต่จะทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น เนื่องจากเป็นแก๊สที่เสถียร ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา ออกไซด์ของไนโตรเจนมีหลายชนิด เช่น NO  N_2 O_3  NO_2   N_2 O_4  และ  N_2 O_5สำหรับ NO เป็นออกไซด์ที่ไม่ทำปฏิกิริยากับกรดหรือเบส รวมกับออกซิเจนได้อย่างรวดเร็วให้NO_2ซึ่งเป็นแก๊สสีน้ำตาลแดงละลายน้ำได้ดี
                   ประโยชน์ของไนโตรเจน ใช้ในอุตสาหกรรมทำแอมโมเนียและกรดไนตริก แอมโมเนียใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซดาแอช แอมโมเนียมซัลเฟตและยูเรียเพื่อทำปุ๋ยส่วนกรดในตริกใช้ในอุตสาหกรรมทำสี ไหมเทียม วัตถุระเบิด พลุสี และในการบวนการพิมพ์ผ้า ไนโตรเจนที่อยู่ในรูปของกรดอะมิโนและโปรตีนมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ พืชส่วนใหญ่สังเคราะห์โปรตีนโดยใช้ไนเตรดไอออนจากดินและสำหรับพืชตระกูลถั่วสามารถเปลี่ยนไนโตรเจนจากอากาศเป็นสารอาหารได้
                  การหมุนเวียนของไนโตรเจนที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ ศึกษาได้จากรูป 3.16
 


รูป 3.16  การหมุนเวียนของไนโตรเจนในระบบนิเวศ



                  จากรูป 3.16  อธิบายได้ว่าไนโตรเจนในอากาศจะถูกตรึงด้วยกระบวนการต่างๆ ได้แก่ กระบวนการทางอุตสาหกรรมการผลิตปุ๋ย กระบวนการทางธรรมชาติจากการเกิดฟ้าแลบ  ฟ้าร้อง  ฟ้าผ่า  จากสิ่งมีชีวิต เช่น  สาหร่ายและจุลินทรีย์ในดิน เช่น แบคทีเรียไรโซเบียมในปมรากถั่วไนโตรเจนในกระบวนการดังกล่าวจะถูกแบคทีเรียบางชนิดที่อยู่ในดินเปลี่ยนเป็นสารประกอบของไนโตรเจนที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้คือ สารประกอบไนไตรต์  (NO_2^ - )และไนเตรต(NO_3^ - )ซึ่งพืชจะดูดไปใช้สร้างโปรตีนในพืช เมื่อสัตว์กินพืชก็จะนำไปใช้ในการสร้างโปรตีนในสัตว์ และเมื่อพืชและสัตว์ตายลงจะมีแบคทีเรียบางชนิดทำหน้าที่เป็นผู้ย่อยสลายซากพืชซากสัตว์ จนได้เป็นสารประกอบNO_2^ -และNO_3^ -ซึ่งบางส่วนพืชสามารถนำไปใช้ได้และขณะเดียวกันในดินจะมีแบคทีเรียบางชนิดเปลี่ยนสารประกอบ NO_2^ -และNO_3^ -ที่อยู่ในดินให้เป็นไนโตรเจนกลับคืนสู่บรรยากาศ นอกจากนี้ไนโตรเจนบางส่วนอาจได้มาจากการขับถ่ายของสัตว์ กระบวนการใช้และสร้างไนโตรเจนออกสู่บรรยากาศจะเกิดหมุนเวียนเช่นนี้ตลอดเวลา

3.8.8  ธาตุออกซิเจน

                 พบในเปลือกโลกในปริมาณมากที่สุดประมาณ 49.5% โดยมวล พบในธรรมชาติทั้งในสภาพอิสระและในรูปสารประกอบออกซิเจนในอากาศมีประมาณ 21% โดย ปริมาตร และเป็นองค์ประกอบในสารอาหารจำนวนมาก เช่น น้ำตาล แป้ง และไขมัน ในทางอุตสาหกรรมจะผลิตออกซิเจนจากอากาศเหลว โดยการกลั่นลำดับส่วนที่อุณหภูมิห้อง ออกซิเจนเป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีสมบัติช่วยให้ไฟติด ช่วยในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งมนุษย์ สัตว์ และพืช ออกซิเจนเกิดสารประกอบกับธาตุต่างๆ ทั้งโลหะและอโลหะได้อย่างดี เช่น สารประกอบออกไซด์สามารถเกิดกับธาตุโดยทั่วไป สารประกอบเปอร์ออกไซด์เกิดกับโลหะหมู่ IA และ IIA เช่นBaO_2สารประกอบซุปเปอร์ออกไซด์เกิดกับโลหะหมู่ IA เช่นKO_2   RbO_2และ CsO_2และเกิดสารประกอบกับไฮโดรเจนได้สารประกอบไฮโดรด์ เช่น น้ำ (H_2 O)   ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H_2 O_2)นอกจากนี้ยังเกิดสารประกอบกับแก๊สเฉื่อยได้ในภาวะที่เหมาะสมเช่น XeO_3   XeO_6 ประโยชน์ของออกซิเจน เป็นแก๊สที่ช่วยในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิต ช่วยให้เกิดการเผาไหม้ในร่างกายและเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ในสารต่างๆ เมื่อรวมกับแก๊สอะเซทิลีน  (C_2 H_2)จะให้เปลวไฟที่ร้อนแรง ใช้ตัดและเชื่อมโลหะ ออกซิเจนในรูปโอโซนใช้ฟอกสีกระดาษและฆ่าเชื้อโรคในน้ำ สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ใช้ฟอกสีขนสัตว์ ผม ฟาง เยื่อกระดาษ สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 3% ใช้เป็นยาฆ่าเชื้อโรค ออกซิเจนเหลวใช้สันดาปกับไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในจรวดและยานอวกาศ

                  โอโซน (Ozone) เป็นแก๊สพิษไม่มีสี มีกลิ่นรุนแรงเฉพาะตัวมีจุดเดือด-112.4 ^\circ Cจุดหลอมเหลว -249.7 ^\circ C

3.8.9  ธาตุฟอสฟอรัส

                     พบอยู่ในรูปของสารประกอบ ส่วนใหญ่เป็นแร่หินฟอสเฟต เช่น แคลเซียมฟอสแฟต[Ca_3(PO_4)_2]   ฟลูออโรอะปาไตต์[Ca_5 F(PO_4)_3]   ฟอสฟอรัสเตรียมจากการเผาแร่หินฟอสเฟตกับซิลิกาและถ่านโค้กที่อุณหภูมิสูงประมาณ ^\circ Cจะได้ไอฟอสฟอรัสออกมา ฟอสฟอรัสมีหลายรูปเช่น
                  ฟอสฟอรัสขาว มีสูตรโมเลกุลเป็นP_4   มีลักษณะนิ่มคล้ายขี้ผึ้ง มีจุดหลอมเหลวต่ำ ระเหยง่าย เป็นพิษ ไม่ละลายน้ำ ไม่เสถียร ว่องไวในการเกิดปฏิกิริยามาก จึงต้องเก็บไว้ในน้ำ เพราะถูกออกซิไดส์ได้ง่ายในอากาศ และลุกไหม้ได้เองที่อุณหภูมิ 40 - 45 ^\circ Cละลายได้ในคาร์บอนไดซัลไฟด์  (CS_2)   เฮกเซน  (C_2 H_14)   และตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ ถ้าให้ฟอสฟอรัสขาวทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่มีปริมาณจำกัดจะได้สารประกอบออกไซด์มีสูตรเป็นP_4 O_6   แต่ถ้าใช้ออกซิเจนในปริมาณมาก จะได้สารประกอบออกไซด์มีสูตรเป็นP_4 O_10   ดังรูป 3.17 ก.
                  ฟอสฟอรัสแดง เป็นรูปที่เสถียรกว่าฟอสฟอรัสขาวเป็นผงสีแดงเข้ม ไม่ละลายในCS_2   และในตัวทำละลายอินทรีย์ ไม่ระเหย ไม่เป็นพิษ และไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยามีโครงสร้างเป็นพอลิเมอร์ของP_4   ดังรูป 3.17 ข.
                  ฟอสฟอรัสดำ  มีโครงสร้างและสมบัติคล้ายแกรไฟต์เป็นของแข็งสีเทาเข้ม เป็นแผ่นมีเงาโลหะ นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ ดังรูป 3.17 ค.
                  ประโยชน์ของฟอสฟอรัส เป็นธาตุที่จำเป็นแก่พืชในรูปของปุ๋ยฟอสเฟตและปุ๋ยซูเปอร์ฟอสเฟต ซึ่งเป็นของผสมระหว่างCa(H_2 PO_4)_2   กับCaCO_4   เป็นสารอาหารที่สำคัญของพืช ทำหน้าที่ควบคุมความเป็นกรด-เบสในเลือดและของเหลวในร่างกายของสิ่งมีชีวิต ส่วนฟอสฟอรัสแดงใช้ทำระเบิดเพลิง ระเบิดหมอกควัน และไม้ขีดไฟ

 


รูป 3.17  โครงสร้างของฟอสฟอรัส



3.8.10  ธาตุซิลิคอน
พบในเปลือกโลกประมาณ 25.67% โดยมวล มีปริมาณมากเป็นที่สองรองจากออกซิเจนพบในแร่ควอตซ์และทรายในรูปของซิลิคอนไดออกไซด์(SiO_2)   ที่เรียกว่าซิลิกาและในรูปสารประกอบซิลิเกต ซิลิคอนเตรียมได้จากการรีดิวซ์SiO_2   ด้วยถ่านโค้ก (C) ที่อุณหภูมิสูงจะได้ซิลิคอนเป็นผลึกสีเทา เป็นมันวาว มีโครงสร้างคล้ายกับเพชรแต่มีความแข็งน้อยกว่าเพชร อะตอมยึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์เป็นโครงผลึกร่างตาข่าย ดังรูป 3.18
 


รูป 3.18  โครงสร้างของSiO_2


                    ประโยชน์ของซิลิคอนใช้ในอุตสาหกรรมทำแก้วเส้นใยแก้วและเส้นใยนำแสง ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำใช้ทำวงจรไฟฟ้าขนาดเล็ก และใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น ไมโครคอมพิวเตอร์ วิทยุ โทรทัศน์ เซลล์สุริยะ ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีความแข็งแรงมาก ใช้ทำเครื่องบด เครื่องโม่ ซิลิโคนเป็นพอลิเมอร์ของซิลิคอน มีสมบัติไม่รวมตัวกับน้ำไม่นำไฟฟ้า ทนความร้อน และไม่ว่องไวในการทำปฏิกิริยาเคมี ใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าและเคลือบผิววัสดุ เพื่อป้องกันมิให้เกิดปฏิกิริยาเคมี นอกจากนี้ซิลิกาใช้ทำส่วนประกอบของนาฬิกาควอตซ์


 
รูป 3.19  ผลึกควอตซ์หรือเขี้ยวหนุมาน


3.8.11  ธาตุสังกะสี
                 พบในเปลือกโลกประมาณ 0.01% โดยมวล พบในรูปของแร่หลายชนิดคือ แร่สฟาเลอไรต์หรือซิงค์เบลน (ZnS) แร่เฮมิมอร์ไฟต์ [Zn_4 (Si_2 O_7 )(OH)_2 H_2 O]แร่สมิทโซไนต์  ZnCO_3   สังกะสีเตรียมได้โดยนำแร่มาเผาในอากาศเพื่อเปลี่ยนซัลไฟด์เป็นออกไซด์แล้วรีดิวซ์ออกไซด์ด้วยถ่านโค้กที่อุณหภูมิสูง จะได้ไอของสังกะสี เมื่อผ่านการควบแน่นจะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง สังกะสีเป็นโลหะค่อนข้างอ่อนมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เป็นไอได้ง่าย สารประกอบของสังกะสี   เช่น ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) เป็นสารประกอบที่สำคัญของสังกะสี มีลักษณะเป็นผงสีขาว และจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเมื่อเผาให้ร้อน ซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) มีสีขาว เรืองแสงได้ ใช้ทำจอโทรทัศน์ สังกะสีจะเกิดสารประกอบเบสิกคาร์บอเนต [Zn(OH)_2 \cdot ZnCO_3 ]ปกคลุมผิวหน้าเป็นฟิล์มบางๆ เมื่อมีอากาศชื้น
                  ประโยชน์ของสังกะสี เช่น ใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยาในการผลิตยางรถยนต์ ใช้ในอุตสหกรรมเซรามิกส์ ใช้เป็นส่วนผสมยาต่างบาดแผลหรือแผลไฟไหม้ ใช้ทำเหล็กอาบสังกะสีที่เรียกว่า Galvanized iron เพื่อป้องกันมิให้เหล็กเป็นสนิมหรือสึกกร่อนได้ เนื่องจากสังกะสีเกิดออกไซด์และเบสิกคาร์บอเนตปกคลุมผิวหน้าไว้อีกชั้นหนึ่งจึงนิยมใช้ทำท่อน้ำ แผ่นสังกะสีมุงหลังคาและถังบรรจุน้ำ แผ่นสังกะสีบริสุทธิ์ใช้ทำกล่องถ่านไฟฉายและทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าสังกะสีเป็นองค์ประกอบของเอนไซม์บางชนิดในร่างกายที่ช่วยย่อย และสังเคราะห์โปรตีน ถ้าขาดจะทำให้ผิวหยาบกร้าน เป็นโรคเหน็บชา ตับแข็ง ม้ามโต และเจริญเติบโตช้า
 
3.8.12  ธาตุเรเดียม
                เป็นธาตุกัมมันตรังสี เตรียมจากกระบวนการแยกสลายสารประกอบแฮไลด์ของเรเดียมด้วยไฟฟ้าโดยใช้ปรอทเป็นขั้ว ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ Ra-226 การสลายตัวของเรเดียมจะให้รังสีแกมมาซึ่งใช้ยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง ธาตุนี้เรืองแสงได้ในที่มืด
จากการศึกษาเรื่องธาตุและตารางธาตุ สามารถนำความรู้เกี่ยวกับสมบัติต่างๆ ของธาตุในบทนี้ไปใช้ในการศึกษาเรื่องอื่นๆ ของวิชาเคมีในบทต่อไปได้

ภาพแร่ในบทเรียนนี้ได้รับความเอื้อเฟื้อจากกรมทรัพยากรธรณี

แบบฝึกหัดท้ายบท
1.  ธาตุสมมติ M   N   O   P   Q   R   S และ  T  เป็นธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันของตารางธาตุเรียงลำดับจากหมู่ IA ถึง VIIIA ตามลำดับ
                  ก.  ธาตุใดควรมีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 ต่ำที่สุด
                  ข.  ธาตุใดควรมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด
                  ค.  ธาตุใดรวมกับคลอรีนได้สารประกอบที่มีสูตร displaystyle XCl_3   (เมื่อ X แทนสัญลักษณ์ของธาตุ)
                  ง.  ออกไซด์ของธาตุใดเมื่อละลายน้ำแล้วสารละลายจะมีสมบัติเป็นเบส
                  จ.  คลอไรด์ของธาตุใดเมื่อหลอมเหลวแล้วนำไฟฟ้าได้

2.  คอลไรด์ต่อไปนี้  RbCI LiCI และ  NCl_3   ชนิดใดควรมีจุดหลอมเหลวต่ำที่สุด เพราะเหตุใด

3.  สารประกอบออกไซด์ต่อไปนี้ B_2 O_3   CO_2  BeO  SiO_2   Al_2 O_3   และCl_2 O   เมื่อละลายน้ำ สารละลายของออกไซด์ชนิดใดจะแสดงสมบัติเป็นกรด

4.  ออกซิเจนกับกำมะถันเป็นธาตุหมู่ VIA อยู่ในคาบที่  2  และคาบที่ 3  ตามลำดับเหตุใดจุดหลอมเหลวของธาตุคู่นี้จึงแตกต่างกันมาก

5.  เพราะเหตุใดธาตุซิลิคอนจึงมีจุดหลอมเหลวสูงเป็นพิเศษ เมื่อเทียบกับธาตุอื่นในคาบเดียวกัน

6.  ธาตุ X ทำปฏิกิริยากับน้ำร้อน ได้สารประกอบไฮดรอกไซด์กับแก๊สไฮโดรเจน ดังสมการ
                   X(s) + 2H_2 O(1) \to X(OH)_2 (aq)+H_2(g)
                  ก.  ธาตุ X ควรอยู่ในหมู่ใดของตารางธาตุ
                  ข.  สารละลายของdisplaystyle X(OH)_2ประกอบด้วยไอออนอะไรบ้าง
                  ค.  ธาตุ X ในสถานะของแข็งนำไฟฟ้าหรือไม่

7.  ธาตุ A ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเกิดสารประกอบมีสูตร HA เมื่อละลายน้ำสารละลายมีสมบัติเป็นกรด
                  ก.  ธาตุ A ควรอยู่ในหมู่ใดของตารางธาตุ
                  ข.  สารละลายของ HA นำไฟฟ้าได้หรือไม่ ถ้านำไฟฟ้าได้ สารละลายควรประกอบด้วยไอออนใดบ้าง

8.  เหตุใดจึงจัดให้ธาตุไฮโดรเจนอยู่ตรงตำแหน่งระหว่างหมู่ IA กับหมู่ VIIA ของตารางธาตุคาบที่ 1

9.  ให้นักเรียนทำนายสมบัติต่อไปนี้ของธาตุ A ซึ่งมีเลขอะตอม 56
                  ก.  ธาตุ A อยู่ในหมู่ใดและคาบใดในตารางธาตุ
                  ข.  ธาตุ A ควรจัดเก็บโลหะหรืออโลหะ
                  ค.  ธาตุ A ควรมีสมบัติทางกายภาพเป็นอย่างไร
                  ง.  สารประกอบคลอไรด์ของธาตุ A ควรมีสูตรและสมบัติเป็นอย่างไร
                  จ.  สารประกอบออกไซด์ของธาตุ A ควรมีสูตรและสมบัติเป็นอย่างไร


จงตอบคำถามต่อไปนี้
                  ก.  M เป็นธาตุแทรนซิชันหรือไม่
                  ข.  การทดลองในข้อใดที่สนับสนุนคำตอบของข้อ ก.

10.  ธาตุ P และธาตุ Q ควรอยู่ตรงตำแหน่งใดในตารางธาตุ ถ้าสมบัติบางประการของธาตุ P และ Q เป็นดังนี้
ธาตุ P
                  -  เป็นของแข็งเนื้ออ่อนที่ใช้มีดตัดได้
                  -  ลอยบนผิวน้ำ
                  -  มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า 100 ^\circ C
                  -  เกิดสารประกอบไฮไดรด์ มีสูตร PH และเป็นสารประกอบไอออนิก

ธาตุ Q
                  -  มีความหนาแน่นมากกว่า 7 g/cm^3
                  -  มีจุดหลอมเหลว> 1500 ^\circ C
                  -  เกิดสารประกอบออกไซด์ มีสูตรเป็น QO  Q_2 O_3 QO_3