Tip:
Highlight text to annotate it
X
สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอวิชาเคมีพื้นฐานลำดับที่ 16 นี้ จะว่าด้วยเรื่องของ
แรงกระจายของลอนดอน (London dispersion forces) ซึ่งเสนอโดย Fritz London
อันเป็นที่มาของชื่อนี้ โดยพัฒนาสืบต่อมาจากความคิดเรื่องกลศาสตร์ควอนตัม พอเดาได้มั้ยว่าเป็นคนไหน
ในรูปนี้? นี่ คนนี้เลย ก่อนที่เราจะได้เริ่มพูดถึงเรื่องนี้กัน ลองมาเริ่มกันที่
แรงที่มีอยู่ในรูปนี้กัน พวกเราคิดว่าแรงอันไหนมีขนาดใหญ่กว่า? แรงที่มีอยู่ข้างในร่างกายของแต่ละคนที่กำลังยึดโยง
อะตอมทุกอะตอมให้ยังคงอยู่ด้วยกัน? หรือแรงที่กำลังยึดโยงแต่ละคนให้อยู่ด้วยกันในรูปนี้?
แน่นอนว่าก็จะต้องเป็นแรงที่ดึงอะตอมภายในร่างกายให้ยังคงอยู่ด้วยกัน วิดีโออันนี้ จะเป็นอันแรกในชุดของวิดีโอ
ที่จะว่าด้วยเรื่องของพันธะระหว่างโมเลกุลและภายในโมเลกุล ถ้าเราจะเปรียบเทียบแต่ละคนในรูปเป็นโมเลกุล
แล้วก็ลองเลื่อนแต่ละคน (หรือโมเลกุล) ออกห่างจากกันเล็กน้อย เราก็จะได้แรงระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้น
เป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลแต่ละโมเลกุล ระหว่างโมเลกุลนี้ กับโมเลกุลนี้
ระหว่างโมเลกุลนั้น กับโมเลกุลนั้น และโดยทั่วไปแล้ว แรงระหว่างโมเลกุลอันนี้
จะมีขนาดที่ต่ำมากๆ เมื่อเทียบกับแรงที่มีอยู่ภายในโมเลกุลเอง
ซึ่งเราจะได้พูดกันในรายละเอียดกันต่อไปในวิดีโอชุดหลังๆ แรงกระจายของลอนดอนนี้เป็นแรงดึง
เป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล และจะเห็นได้ใน
ทุกอะตอมและโมเลกุล ทุกๆอย่างจะถูกดึงด้วยแรงกระจายลอนดอนนี้
เป็นแรงที่มีความสำคัญมาก เกิดขึ้นจากการกระจายตัวอย่างไม่สม่ำเสมอของอิเลคตรอน ซึ่งความไม่สม่ำเสมอของ
กระกระจายตัวอันนี้ ทำให้เกิดสภาพขั้วแบบชั่วคราวขึ้น เมื่อมองในระดับโมเลกุล
ก็เหมือนว่าโมเลกุลเกิดประจุขึ้น มีทั้งประจุลบและประจุบวก
แรงอันนี้จะยิ่งมีขนาดเพิ่มขึ้น ถ้าพื้นสัมผัสระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ยิ่งกว่านั้น
ถ้าสภาพการมีขั้วยิ่งมากขึ้น รูปร่างของโมเลกุลก็จะยิ่งบิดเบี้ยวมากขึ้นไปด้วย
โดยทั่วไปถ้ายิ่งมีอิเลคตรอนมากๆ สภาพการมีขั้วก็จะมากขึ้นไปด้วย ก็หมายความว่าถ้าโมเลกุลมีขนาดใหญ่
เราก็จะมีแรงกระจายอันนี้มากขึ้นด้วย ส่วนอันสุดท้ายคือ pi bonding ซึ่งเป็น
ส่วนทับซ้อนของวงโคจรนี่ ยิ่งถ้ามีมาก ก็จะทำให้สภาพการมีขั้วมากขึ้นเช่นกัน
กลับมาดูกันอีกที ว่าทำไมแรงกระจายของลอนดอนจึงเป็นเรื่องที่มความสำคัญ ก็เพราะว่าแรงนี้จะพบเห็นได้ทั่วไปในทุกที่
ถ้าไม่มีแรงอันนี้ เราจะไม่เห็นกาซมีตระกูลในสถานะที่เป็นของเหลว ซึ่งอย่างที่เราอาจจะรู้กันแล้ว
ว่าสามารถทำได้ด้วยการทำให้เย็นลง แต่อะไรล่ะที่จะทำให้โมเลกุลของกาซอย่างเช่นฮีเลียม เกาะยึดอยู่ด้วยกันได้
ตอนที่มีสถานะเป็นของเหลว ก็คือแรงกระจายของลอนดอนอันนี้นี่เอง
นี่ก็คืออะตอมของฮีเลียมสองอะตอม มีโปรตอนอยู่ข้างใน มีอิเลคตรอน
สองตัวอยู่ด้านนอก ลองสังเกตดูสิ่งที่เกิดขึ้น เมื่ออะตอมสองตัวนี้เคลื่อนที่เข้าใกล้กัน
ลองสังเกตดูให้ดีอีกครั้งนึง เมื่ออะตอมทั้งสองตัวเคลื่อนเข้าใกล้กัน จะเห็นว่าอิเลคตรอนจะเคลื่อนที่เช่นกัน
อะไรที่ทำให้อันนี้เกิดขึ้น? ก็ต้องเป็นอิเลคตรอนด้านนอกของฮีเลียมอะตอม ถูกแรงดึงดูด
จากโปรตอนที่อยู่ด้านใน ตามกฎของ Coulomb แล้วก็ยังมี
แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนจากอันที่อยู่ตรงด้านนอกนี้ด้วย สิ่งที่น่าสนใจก็คือลักษณะอันนี้
จะทำให้เกิดลักษณะขั้ว temporary dipoles ขึ้น มีด้านบวกและลบดังที่เห็นในภาพ
และที่จริงแล้ว แรงกระจายของลอนดอน ก็คือแรงดึงดูดที่เกิดจากขั้วอันนี้นั่นเอง
ง่ายดายปานนั้น เป็นแรงดึงดูดธรรมดา ที่เกิดขึ้นเพียงชั่วขณะ
เกิดขึ้นเป็นช่วงสั้นๆ แล้วก็หายไป เพียงแต่ว่าถ้าเรามีอะตอมจำนวนมากๆ ในพื้นที่จำกัดอันนึง
มีอุณภูมิที่ต่ำพอ เราก็จะเห็นปรากฏการณ์นี้ได้ แล้วมีปัจจัยอะไรบ้างที่มาช่วยเพิ่มขนาดของ
แรงกระจายของลอนดอนอันนี้? พื้นที่สัมผัสอันนึงละ แล้วก็จำนวนของอิเลคตรอนที่อยู่ในบริเวณนั้นด้วย
ยิ่งมีมาก ขนาดของแรงก็จะมากขึ้น ทีนี้ ถ้าเรามาดูที่
n-pentane กับ neopentane ตรงนี้ ทั้งสองตัวนี่เกิดจากอะตอบแบบเดียวกัน เพียงแต่ว่า
ในกลุ่มนี้จะดูมีลักษณะรูปทรงเป็นแท่ง ส่วนอีกกลุ่มเป็นรูปทรงกลม
ผลก็คือ กลุ่มพวกข้างล่างนี่จะมีผิวสัมผัสมากกว่า ก็เลย
ทำให้มีแรงมากกว่า ดังนั้น จุดเดือดของ n-pentane ก็จะสูงกว่าของ
พวก neopentane นี่เป็นสิ่งที่เราอธิบายได้ด้วยเรื่องแรงกระจายของลอนดอน มีอะไรอีก? ก็มีเรื่องของการมีขั้ว
ถ้ายังจำกันได้ เรื่องของการมีขั้วนี่ก็คือการบิดเบี้ยวของรูปทรงโมเลกุล ยิ่งถ้ามีจำนวนอิเลคตรอนมากๆ ก็จะยิ่งมีแรงมากขึ้นด้วย
อย่างเช่นที่เราเห็นนี่ก็คือโมเลกุลของโปรตีน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดโมเลกุลใหญ่มาก
แล้วเกือบทั้งหมดนั้นก็จะมีรูปร่างของโมเลกุลที่มีผลมาจากแรงกระจายตัวของลอนดอนนี่เอง
เรื่องนี้ยังสามาราถอธิบายถึงสื่งที่เราเห็นได้ในตอนที่เราไล่ลงมาตามตารางธาตุด้วย ตัวอย่างเช่น ถ้าเราดูฮาโลเจนตรงนี้
ฮาโลเจนนั้นที่จริงก็จะมีจำนวนอิเลคตรอนวงนอกเท่าๆกันกับตัวอื่นๆ แต่พอเราไล่ลงมาดูตามฟลูออรีน
คลอรีน โบรมีน และไอโอดีน เราก็จะเห็นว่า จากสถานะที่เป็นกาซอย่างฟลูออรีน คลอรีน
ก็จะเห็นว่ามันเริ่มจะเปลี่ยนเป็นของเหลวอย่างโบรมีน แล้วก็เป็นของแข็งอย่างไอโอดีน นี่ก็สามารถอธิบายได้ด้วยเรื่องของแรงกระจายของลอนดอนเช่นกัน
พออะตอมมีขนาดใหญ่ขึ้น จำนวนอิเลคตรอนก็มีมากขึ้น เราก็จะมี
อิเลคตรอนที่กระจายตัวไม่สม่ำเสมอมากขึ้น .. ทีนี้ก็มาถึงเรื่องของ pi bonding เรื่องของวงโคจรทับซ้อน
ที่ก่อให้เกิดสิ่งที่เราเรียกว่า pi bond ถ้าเรามีจำนวน pi bonding ในโมเลกุลมากขึ้น
แรงกระจายของลอนดอนก็จะมีมากขึ้นไปด้วย เอาละ ..สรุป ..
แรงนี้คืออะไรนะ? ก็คือแรงที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ พบเห็นได้ทั่วไป เกิดขึ้นจากความไม่สม่ำเสมอของการกระจายตัวของอิเลคตรอน
ก่อให้เกิดสภาพความเป็นขั้วขึ้นชั่วคราว มีปัจจัยอะไรบ้าง ... ก็จะมี พื้นที่สัมผัส หรือผิวสัมผัส
มีสภาพความเป็นขั้ว (polarizability) ซึ่งเป็นผลจากขนาดของโมเลกุล
แล้วก็มี pi bonding คิดว่าพวกเราอธิบายเรื่องเหล่านี้ได้เองหรือไม่? พวกเราจำปัจจัยสามตัวนี้ได้มั้ย?
หวังว่าคงทำได้ แล้วก็หวังว่าวิดีโออันนี้ จะเป็นประโยชน์ไม่มากก็น้อย