A blast furnace CO, CO2 Ore (Fe2O3, SiO2, P, Al, Mn), limestone, coke 32 A blast furnace CO, CO2 Ore (Fe2O3, SiO2, P, Al, Mn), limestone, coke 200oC 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 CaCO3 CaO + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 700oC C + CO2 2CO DH = +172.4 kJ Solid charge descends Hot gases rise FeO + CO Fe + CO2 1200oC Iron melts, Molten slag forms 1500oC C + O2 CO2 DH = -393.5 kJ 1900oC Hot air Slag Molten Iron เรียกว่า เหล็กถลุง (pig iron) มี Fe2O3 ~ 95%, C ~ 4%, Si, Mn, P, S เล็กน้อย

หินปูน (limestone, CaCO3) จะเกิดสารหลอมเหลว 33 หินปูน (limestone, CaCO3) จะเกิดสารหลอมเหลว กับสารเจือปนในแร่ ซึ่งสามารถกำจัดออกไปได้ง่าย สารประเภทนี้ เรียกว่า ฟลักซ์ (flux) CaCO3 (s) CaO(s) + CO2(g) CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) CaO(s) + P2O5(s) Ca3(PO4)2 (l) CaO(s) + Al2O3(s) Ca(AlO2)2(l) กาก (slag) mp. ต่ำ

Oxide of representative representative element 34 Na, Mg, Al Oxide of representative element representative element

Thermite or Goldschmidt Process 35 Thermite or Goldschmidt Process ใช้เตรียมโลหะหมู่ IVB - VIIIB จากออกไซด์ของโลหะ โดยใช้ Al เป็นตัวรีดิวซ์ 2Al(s) + Fe2O3(s) 2Fe(l) + Al2O3(l) Ho = -852 kJ The reaction between aluminium metal and iron(III) oxide (called the thermite reaction) generates much heat and light.

36 การเตรียมธาตุโดย การแยกสลายด้วยไฟฟ้า (Electrolysis)

Electrolysis of Molten NaCl 37 Battery Cathode Molten NaCl Anode e- Oxidation 2Cl- = Cl2 + 2e- Reduction 2Na+ + 2e- = Na (l) Na+ Cl - + - Electrolysis of Molten NaCl Anode : 2Cl- = Cl2(g) + 2e- Cathode : 2Na+ + 2e- = 2Na(l) Overall : 2Na+ + 2Cl- = 2Na(l) + Cl2(g)

Downs cell used in the commercial production of Na.. 38 Add NaCl Molten NaCl Cl2(g) Na(l) Iron screen to prevent Na & Cl2 from coming together Iron cathode 2Na++ 2e- 2Na(l) Carbon anode 2Cl- Cl2(g) + 2e- Downs cell used in the commercial production of Na..

Production of aluminium by Hall process. 39 Production of aluminium by Hall process. Graphite anodes + - Al2O3 dissolved in molten cryolite (Na3AlF6) Molten aluminium Carbon-lined iron Typical Hall-process electrolysis cell used to reduce aluminium. Because molten aluminium is more dense than the molten mixture of Na3AlF6 and Al2O3, the metal collects at the bottom of the cell. Anode : C(s) + 2O2-(l) CO2(g) + 4e- Cathode : 3e- + Al3+(l) Al(l)

การเตรียมธาตุโดยใช้ตัวออกซิไดส์ 40 การเตรียมธาตุโดยใช้ตัวออกซิไดส์ Halogen เตรียมได้โดย ออกซิเดชันของ เกลือโลหะแอลคาไลด้วย halogen อื่น Eo(V) F2 + 2e- 2 F- +2.87 Cl2 + 2e- 2 Cl- +1.36 Br2 + 2e- 2 Br- +1.07 I2 + 2e- 2 I- +0.54 Stronger OA halogen จะแทนที่ halogen อื่นที่อยู่ข้างล่าง จากเกลือโลหะแอลคาไลได้

กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้เตรียมธาตุต่าง ๆ 41 2 NaCl Cl2 F2 + 2 NaBr 2 NaF + Br2 2 NaI I2 2 NaBr 2 NaI Cl2 + 2 NaCl + Br2 Eo = +0.27 V I2 Eo = +0.82 V Br2 + 2 NaI 2NaBr + I2 กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้เตรียมธาตุต่าง ๆ

โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ Metals, Nonmetals and Metalloids 42 โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ Metals, Nonmetals and Metalloids

โลหะ อโลหะ 1. เป็นมันวาว 1. ไม่เป็นมันวาว 2. นำความร้อน/ไฟฟ้าได้ดี 43 โลหะ อโลหะ 1. เป็นมันวาว 1. ไม่เป็นมันวาว 2. นำความร้อน/ไฟฟ้าได้ดี 2. ไม่นำความร้อน/ไฟฟ้า 3. อ่อน ตีให้แผ่/ดึงเป็นเส้นได้ 3. เปราะ อ่อนหรือแข็ง 4. จุดเดือด จุดหลอมเหลวสูง 4. จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ 5. Monoatomic nonmetals มี orbitals ว่าง น้อย 5. Monoatomic metals valence orbitals ส่วนใหญ่ ว่าง หรือเป็น half-filled orbital

จุดเดือด จุดหลอมเหลวของธาตุ 44 จุดเดือด จุดหลอมเหลวของธาตุ ธาตุที่มี mp. bp. สูง จะอยู่ในหมู่ IVB - VIB ความสัมพันธ์ระหว่างจุดเดือดและเลขอะตอมของธาตุต่างๆ

โมเลกุลของธาตุ IV V VI VII polyatomic molecule monoatomic C3 molecule 45 polyatomic molecule IV V VI VII H2 Li (Li2) Na (Na216%) K Rb Cs Be Mg Ca Sr Ba Transition metal B Al Ga In Tl Si Ge Sn Pb N2 P4 As4 Sb4 F2 Cl2 Br2 I2 He Ne Ar Kr Xe Rn C3 (other odd) Bi O2 S8 Se6 Te2 monoatomic molecule

โมเลกุลในสภาวะของเหลวและผลึก 46 โมเลกุลในสภาวะของเหลวและผลึก โมเลกุลเล็ก เช่น F2 , P4 , S8 โมเลกุลใหญ่มาก เช่น Crystalline selenium Portion of the structure of crystalline selenium. The dashed lines represent weak bonding interactions between atoms in adjacent chains, tellurium has the same structure.

Red phosphorus (chain structure) 47 White phosphorus Red phosphorus (chain structure) n P4(s) (P4)n (s) 300oC

48 diamond graphite 335 pm Diamond melts at about 3550oC. Since this process in volves breaking strong covalent bonds, such a high melting point is not surprising.

การจัดตัวของอะตอมที่มีเลขโคออร์ดิเนชันต่างๆ 49 โครงสร้างโมเลกุล / โครงสร้างผลึก สัมพันธ์กับ เลขโคออร์ดิเนชัน (Coordination Number, CN) การจัดตัวของอะตอมที่มีเลขโคออร์ดิเนชันต่างๆ

50 การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุล และโครงสร้างผลึก (Crystal and Molecular Modifications) ธาตุอาจเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเมื่อ T, P และ / หรือพลังงาน เปลี่ยนแปลง

51 Top view (a) and side view (b) of the sulfur molecule in rhombic sulfur.

When sulfur is heated above its melting point, 113oC, it becomes 52 When sulfur is heated above its melting point, 113oC, it becomes dark and viscous, Here the liquid is shown falling into cold water, where it again solidifies. (Lawrence Migdale, Science Source/ Photo Researchers)

53 แผนภาพวัฎภาคของความดัน-อุณหภูมิ สำหรับกำมะถัน และความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดกับอุณหภูมิ

ช่วงอุณหภูมิสำหรับโครงสร้างผลึกแบบต่างๆ ของเหล็ก 54 ช่วงอุณหภูมิสำหรับโครงสร้างผลึกแบบต่างๆ ของเหล็ก

การเกิดพันธะในธาตุที่เป็นแก๊ส (Bonding in the Gaseous Elements) 55 การเกิดพันธะในธาตุที่เป็นแก๊ส (Bonding in the Gaseous Elements) เมื่ออะตอม 2 อะตอมเข้าใกล้กัน จะเกิด overlap ของออร์บิทัลที่บรรจุ e- ไม่เต็ม และใช้ e- ร่วมกัน ทำให้มีโครงสร้าง e- เหมือนแก๊สเฉื่อย (p6)

The overlap of two 1s orbitals from two H atoms to form H2 56 . . Overlap region The overlap of two 1s orbitals from two H atoms to form H2 e- ที่ใช้ร่วมกันจะถูกดึงดูดจากนิวเคลียสมากกว่า หนึ่งนิวเคลียสพร้อมๆ กัน ทำให้เกิด พันธะ (bond)

การเกิดพันธะในวัฏภาคที่หนาแน่นของธาตุ 57 การเกิดพันธะในวัฏภาคที่หนาแน่นของธาตุ (Bonding in Condensed Phases of the Elements) 1. ในวัฏภาคที่หนาแน่น เกิดพันธะได้เป็นจำนวนมาก 2. พันธะในวัฏภาคที่หนาแน่นแข็งแรง ทำให้ของแข็ง มีความแข็ง และของเหลวเสถียรที่ T ต่างๆ ใน ช่วงกว้าง 3. e- สามารถเคลื่อนที่ไปได้ทั่ววัฎภาคที่หนาแน่น จึงนำไฟฟ้าได้

อะตอมของโลหะ มีออร์บิทัลว่าง และออร์บิทัลที่บรรจุครึ่งหนึ่ง 58 อะตอมของโลหะ มีออร์บิทัลว่าง และออร์บิทัลที่บรรจุครึ่งหนึ่ง จำนวนมาก e- สามารถเคลื่อนที่จากออร์บิทัล หนึ่งไปยังอีกออร์บิทัลหนึ่ง จึงนำไฟฟ้าได้ CN สูง (CN = 12) ทำให้วัฏภาคทั้งหมด ยึดกัน อย่างแข็งแรง เกิดผลึกที่แข็ง และของเหลวที่มี bp. สูง

ธาตุที่มีจำนวน VE จำนวน half-filled orbital 59 ธาตุที่มีจำนวน VE จำนวน half-filled orbital มีความเป็นไปได้ในการจับคู่ของ e- ในออร์บิทัลสูงสุด ให้พันธะที่แข็งแรงจำนวนสูงสุด แข็งที่สุด bp., mp. สูง ปริมาตรต่อโมล (molar volume) ต่ำ ระยะระหว่างนิวเคลียสน้อย

60 สหสัมพันธ์ของจำนวน VE ออร์บิทัลที่เกิดพันธะได้ และ จุดเดือดของธาตุแถวแรก Element K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Number of valence e- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Number of empty half - orbitals 11 10 9 8 7 6 5 10 9 Boiling point (0K) 1030 1760 2753 3550 3650* 2915 2368 3008 3373 23V 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 4p0

Element Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr No. of valence e- 61 Element Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr No. of valence e- 10 1 2 3 4 5 6 7 0 No. of empty half - orbitals 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Boiling point (K) 3073 2855 1181 2500 3103* 886 961 331 121

ปริมาตรต่อโมลกับเลขอะตอมของธาตุ 62 ในหมู่เดียวกัน ปริมาตรต่อโมลเพิ่มขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ในคาบเดียวกัน ปริมาตรต่อโมลจะมีค่าต่ำสุดบริเวณกึ่งกลาง ของตารางธาตุ Molar volume, mL Atomic number ปริมาตรต่อโมลกับเลขอะตอมของธาตุ

ระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมต่างๆ ที่เกิด พันธะเดี่ยว กับเลขอะตอม 63 Covalent radius Atomic number ระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมต่างๆ ที่เกิด พันธะเดี่ยว กับเลขอะตอม

(Formation of Compounds) 64 การเกิดสารประกอบ (Formation of Compounds) ธาตุ A + ธาตุ B สารประกอบ AB atomic orbital ของธาตุหนึ่ง overlap กับ atomic orbital ของธาตุอื่นและใช้ e- ร่วมกัน ทำให้มี VE = 8

65 C O CO N=N=O N2O HCl H-Cl H C- C O CH3COOH Cl - O Cl Cl2O O H H2O

66 . H + H H - H F + F F - F . unpaired electron . - pair of electron

พลังงานพันธะ (kJ mol-1) 67 จำนวน e- ในพันธะมีอิทธิพลต่อความแข็งแรง ของพันธะ 941 พลังงานพันธะ (kJ mol-1) N2 N N H2 H - H 435 H H+ . 259 H2+