ข้อสอบ

3.5.ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

1.ธาตุอะลูมิเนียม-->อะลูมิเนียม (Al) พบมากในเปลือกโลกประมาณ7.5% โดยมวล ในรูปของสารประกอบ

2.ธาตุแคลเซียม-->พบในเปลือกโลกประมาณ 5.4% โดยมวล พบในรูปของสารประกอบที่มี CaCO 3 เป็นองค์ประกอบ

3.ธาตุทองแดง--> ทองแดงเป็นโลหะชนิดแรกๆ ที่มนุษย์รู้จักและนำมาใช้งาน จากหลักฐานพบว่า มนุษย์รู้จัก การถลุงทองแดงขึ้นมา ใช้ทำเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ มาตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ แม้ว่าทองแดงจะมีปริมาณน้อยมาก ในเปลือกโลก (เพียง 0.0001%) เมื่อเทียบกับโลหะอื่นอย่างเหล็ก (5%) หรืออลูมินัม (8%) แต่ทองแดงเป็นโลหะมีตระกูล ซึ่งสามารถพบได้ทั้งในรูปอิสระ และในรูปสารประกอบ

4.ธาตุโครเมียม-->โครเมียมเป็นธาตุที่พบตามธรรมชาติในดิน หิน พืช สัตว์ ฝุ่นขากปล่องภูเขาไฟ ในร่างการคนเราจะมีโครเมียมปริมาณน้อย และเป็นสารอาหารที่จำเป็นเพื่อสุขภาพที่สมบูรณ์ การใช้ประโยชน์ทางอุตสาหกรรมนั้น ส่วนใหญ่ใช้ทำและชุบเหล็กและอัลลอยด์ อิฐในเตาเผา สารประกอบของโครเมียมใช้เป็นสีย้อม

5.ธาตุเหล็ก-->พบในเปลือกโลกประมาณ 4.7% โดยมวลและพบในรูปของแร่ชนิดต่างๆ

6.ธาตุไอโอดีน-->พบในปริมาณเล็กน้อยในน้ำทะเล ในสาหร่ายทะเลบางชนิด และพบในสินแร่ที่มีโซเดียมไนเตรตอยู่ในรูปของโซเดียมไอโอเดต (NaIO3) ไอโอดีนเป็นโลหะที่มีสถานะเป็นของแข็ง เป็นเกล็ดมันวาวสีม่วง ระเหิดได้ง่าย ละลายน้ำได้น้อยมากแต่ละลายได้ในตัวทำละลายชนิดอื่นๆได้ดี

7.ธาตุไนโตรเจน--> พบมากทั้งในรูปของธาตุอิสระและสารประกอบ ในอากาศมีแก๊สไนโตรเจนอิสระประมาณ 78% การแยกแก๊สไนโตรเจนออกจากอากาศทำได้โดยทำอากาศให้เป็นของเหลวแล้วนำไปกลั่นลำดับส่วน จะได้ไนโตรเจนเหลวออกมา ไนโตรเจนเป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น

8.ธาตุออกซิเจน-->พบในเปลือกโลกในปริมาณมากที่สุดประมาณ 49.5%โดยมวล พบในธรรมชาติทั้งในสภาพอิสระและในรูปสารประกอบออกซิเจนในอากาศมีประมาณ 21% โดย ปริมาตร และเป็นองค์ประกอบในสารอาหารจำนวนมาก

9.ธาตุฟอสฟอรัส-->พบอยู่ในรูปของสารประกอบ ส่วนใหญ่เป็นแร่หินฟอสเฟต เช่น แคลเซียมฟอสแฟต ฟลูออโรอะปาไตต์ ฟอสฟอรัสเตรียมจากการเผาแร่หินฟอสเฟตกับซิลิกาและถ่านโค้กที่อุณหภูมิสูงประมาณ จะได้ไอฟอสฟอรัสออกมา ฟอสฟอรัสมีหลายรูป

10.ธาตุซิลิคอน-->พบในเปลือกโลกประมาณ 25.67% โดยมวล มีปริมาณมากเป็นที่สองรองจากออกซิเจนพบในแร่ควอตซ์และทรายในรูปของซิลิคอนไดออกไซด์ ที่เรียกว่าซิลิกาและในรูปสารประกอบซิลิเกต

11 ธาตุสังกะสี-->พบในเปลือกโลกประมาณ 0.01% โดยมวล พบในรูปของแร่หลายชนิดคือ แร่สฟาเลอไรต์หรือซิงค์เบลน (ZnS) แร่เฮมิมอร์ไฟต์ แร่สมิทโซไนต์ สังกะสีเตรียมได้โดยนำแร่มาเผาในอากาศเพื่อเปลี่ยนซัลไฟด์เป็นออกไซด์แล้วรีดิวซ์ออกไซด์ด้วยถ่านโค้กที่อุณหภูมิสูง จะได้ไอของสังกะสี

12.ธาตุเรเดียม-->เป็นธาตุกัมมันตรังสี เตรียมจากกระบวนการแยกสลายสารประกอบแฮไลด์ของเรเดียมด้วยไฟฟ้าโดยใช้ปรอทเป็นขั้ว ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ Ra-226 การสลายตัวของเรเดียมจะให้รังสีแกมมาซึ่งใช้ยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง ธาตุนี้เรืองแสงได้ในที่มืด

3.4.ปฏิกิริยานิวเคลียร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

 ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (Nuclear Reaction)  คือ กระบวนการที่นิวเคลียสเกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบซึ่งเกิดจากการยิงด้วยนิวคลีออน   หรือกลุ่มนิวคลีออน หรือรังสีแกมมา แล้วทำให้มีนิวคลีออนเพิ่มเข้าไปในนิวเคลียสหรือออกไปจากนิวเคลียสหรือเกิดการเปลี่ยนแปลงจัดตัวใหม่ภายในนิวเคลียส สามารถเขียนสมการของปฏิกิริยาได้ดังนี้

              หรือ     

โดยที่ X เป็นนิวเคลียสที่เป็นเป้า ,  a คืออนุภาคที่วิ่งเข้าชนเป้า , b คืออนุภาคที่เกิดขึ้นใหม่หลังจากการชน และ Y คือนิวเคลียสของธาตุใหม่หลังจากการชน

เช่น  แสดงถึงว่า  เป็นนิวเคลียสเป้าหมายที่ถูกยิง  เป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่เกิดขึ้น n คือนิวตรอนเป็นอนุภาคที่ใช้ในการยิง และ เป็นรังสีที่เกิดขึ้นใหม่ เป็นต้น

ปฏิกิริยานิวเคลียร์  ส่วนมากเกิดจากการยิงอนุภาคแอลฟา  โปรตอนและนิวตรอนเข้าไปในชน Nucleus ทำให้  Nucleus แตกออก  ปฏิกิริยานิวเคลียร์ มีส่วนสำคัญคือ
1.  ปฏิกิริยา Nuclear เกิดในนิวเคลียส ต่างจากปฏิกิริยาเคมี  ซึ่งเกิดกับอิเลกตรอนภายในอะตอม
2.  ปฏิกิริยา Nuclear ต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมากเพื่อจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียส
3.  แรงจากปฏิกิริยา Nuclear เป็นแรงแบบใหม่ เรียก แรงนิวเคลียร์  ซึ่งมีอันตรกริยาสูง  และอาณาเขตกระทำสั้นมากและแรงนี้เกิดระหว่างองค์ประกอบของนิวเคลียสเท่านั้น
4.  ในปฏิกิริยานิวเคลียส  เราสามารถนำกฎต่างๆ มาใช้ได้เป็นอย่างดี  คือ กฎการคงที่ของพลังงาน  กฎทรงมวล  และการคงที่ของประจุไฟฟ้า

ข้อควรจำ

1. ในสมการของปฏิกิริยานิวเคลียร์ทั้งหลายที่เกิดขึ้น ผลรวมของเลขอะตอมก่อนเกิดปฏิกิริยาและภายหลังปฏิกิริยาย่อมเท่ากัน และผลรวมของมวลอะตอมก่อนเกิดปฏิกิริยาและภายหลังปฏิกิริยาย่อมเท่ากัน เช่น ปฏิกิริยา   

เขียนได้เป็น                                       

เลขอะตอมคือ                7   +   2                    =                     8  +   1

มวลอะตอมคือ              14  +   4                     =                     17  +  1

2. ในปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นพลังงาน หรือ มวล-พลังงาน (mass – energy) ก่อนปฏิกิริยาและหลังปฏิกิริยาจะต้องเท่ากันเสมอ ซึ่งเป็นไปตามกฎทรงพลังงาน ดังเช่น ในการยิงอนุภาคโปรตอนไปยังนิวเคลียสของลิเทียมแล้วทำให้เกิดนิวเคลียสของฮีเลียม 2 นิวเคลียส ดังสมการ

                    

โดยที่   มีมวล  7.0160 u           มีมวล  4.0026 u

  มีมวล  4.0026 u

มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา            =        7.0160 u + 1.0078 u      =      8.0238 u

มวลหลังเกิดปฏิกิริยา         =         4.0026 u + 4.0026 u     =      8.0052 u

มวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยามากกว่ามวลรวมหลังปฏิกิริยา      =    8.0238 u – 8.0052 u      =      0.0186 u

แต่มวลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้โดย    E     =       0.0186 u × 931 MeV       =     17.32 MeV

โดยพลังงานที่ให้ออกมาอยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ จึงเรียก ว่าพลังงานนิวเคลียร์ ดังนั้นเขียนสมการข้างต้นใหม่ได้ว่า

                

ปฏิกิริยานิวเคลียร์บางปฏิกิริยาต้องดูดพลังงานเข้าไปจึงจะเกิดปฏิกิริยาขึ้นได้ เช่น ปฏิกิริยา  เขียนเป็นสมการได้

             

โดยที่    มีมวล   =  14.003074 u         มีมวล   =    4.002603 u

   มีมวล   =  18.005677 u          มีมวล    =   1.007825 u

มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา       =   14.003074 u + 4.002603 u      =    18.005677 u

มวลหลังเกิดปฏิกิริยา         =  18.005677 u + 1.007825 u       =    18.006958 u

ผลต่างของพลังงานก่อนเกิดปฏิกิริยากับหลังเกิดปฏิกิริยามีค่าดังนี้

E        =        (18.005677 u – 18.006958 u) × 931MeV    =    -1.193 MeV

ดังนั้น เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้ขึ้นจะต้องให้พลังงานแก่  โดยเขียนเป็นสมการได้

           

 สรุปปฏิกิริยานิวเคลียร์

1. การหานิวเคลียสของธาตุจากปฏิกิริยา  ใช้หลักดังนี้
 ผลรวมของประจุทางซ้ายมือและขวามือของสมการมีค่าเท่ากัน
 จำนวนนิวคลีออนทางซ้ายมือและขวามือของสมการมีค่าเท่ากัน
2.  การคำนวณพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์   มีหลักดังนี้
 ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา > มวลรวมหลักเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะคายพลังงาน
ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา < มวลรวมหลังเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะดูดพลังงาน
 พลังงานที่คายหรือดูดจะหาได้จาก  ผลต่างของมวลรวมก่อนทำปฏิกิริยากับหลังทำปฏิกิริยาคูณด้วย 931 โดยมวลอยู่ในหน่วย amu และพลังงานอยู่ในหน่วย MeV
 มวลที่ใช้อาจเป็นมวลนิวเคลียสโดยตรง หรือ มวลอะตอมก็ต้องเป็นมวลอะตอมหมดจะปนกันไม่ได้
นิวเคลียสก็ต้องเป็นนิวเคลียสหมด  หรือมวลอะตอมก็ต้องเป็นมวลอะตอมหมดจะปนกันไม่ได้