Atombook

พ.อ.หญิง ผศ. ดร. อลิสา เสนามนตรี

2 คาํ นํา หนงั สอื เร่อื งโครงสรา้ งอะตอม โมเลกุลและพนั ธะเคมนี ้ไี ดจ้ ดั ทาํ ขน้ึเพ่อื ใชเ้ ป็นคมู่ อื ประกอบการศกึ ษาบทเรยี นคอมพวิ เตอรช์ ่วยสอนระบบสอ่ื ประสมเรอ่ื งโครงสรา้ งอะตอม โมเลกลุ และพนั ธะเคมี สาํ หรบั การศกึ ษาดว้ ยตนเองสาํ หรบั นกั เรยี นระดบั ชว่ งชนั้ ท่ี 4 และครวู ทิ ยาศาสตรท์ ม่ี คี วามสนใจเพ่อื เป็นพน้ื ฐานในการเรยี นชวี โมเลกลุ ต่อไป ผจู้ ดั ทาํ หวงั เป็นอยา่ งยง่ิ วา่ หนงั สอื เร่อื งโครงสรา้ งอะตอม โมเลกลุ และพนั ธะเคมนี ้จี ะใชป้ ระกอบการเรยี นบทเรยี นคอมพวิ เตอรช์ ว่ ยสอนเร่อื งโครงสรา้ งอะตอม โมเลกลุ และพนั ธะเคมที ไ่ี ดพ้ ฒั นาขน้ึ โดยจะเป็นการปคู วามรพู้ น้ื ฐานให้เกดิ ความเขา้ ใจมากขน้ึ โดยจะมแี บบฝึกหดั และแบบทดสอบใหน้ กั เรยี นไดฝ้ ึกฝนนอกจากนนั้ ยงั สามารถนําไปใชใ้ นการประกอบการเรยี นการสอนในหอ้ งเรยี นได้ พ.อ.หญิง ผศ. ดร. อลิสา เสนามนตรี วท.ม.(ชีวเคมี) กศ.ด.(วิทยาศาสตรศกึ ษา) กรกฎาคม 2552

3 หน้า 2 สารบญั 4 5 หวั ข้อ 5คาํ นํา 7วตั ถุประสงคก์ ารศกึ ษา 9ธาตุทเ่ี ป็นองคป์ ระกอบสาํ คญั ของสง่ิ มชี วี ติ 11ววิ ฒั นาการแบบจาํ ลองโครงสรา้ งอะตอม 12การหาจาํ นวนอนุภาคมลู ฐานในอะตอม 12การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม 14สเปคตรมั ของธาตุ 14พนั ธะเคมี 22 24 พนั ธะไอออนิก 26 พนั ธะโคเวเลนต์ 28 ชนดิ ของพนั ธะโคเวเลนต์ พนั ธะไฮโดรเจน แรงแวนเดอรว์ าลส์นาโนเทคโนโลยี ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี

4 วตั ถปุ ระสงคก์ ารศึกษาเมอ่ื นกั เรยี นศกึ ษาบทเรยี นน้ีแลว้ จะสามารถ 1 บอกองคป์ ระกอบและจาํ แนกประเภทของคารโ์ บไฮเดรตได้ 2 อธบิ ายโครงสรา้ งโมเลกลุ ของคารโ์ บไฮเดรตแต่ละประเภทได้ 3 อธบิ ายชนดิ ของไอโซเมอรข์ องน้ําตาลมอโนแซคคาไรดไ์ ด้ 4 อธบิ ายการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าของคารโ์ บไฮเดรตได้ 5 บอกประโยชนแ์ ละแหลง่ ทพ่ี บของคารโ์ บไฮเดรตได้ 6 การทดสอบบางประการและแยกประเภทของคารโ์ บไฮเดรตได้

5โครงสรา้ งอะตอม โมเลกลุ และพนั ธะเคมี ธาตทุ ี่เป็นองคป์ ระกอบสาํ คญั ของสิ่งมีชีวิต สง่ิ มชี วี ติ ทกุ ชนดิ ลว้ นประกอบดว้ ยธาตุหรอื อะตอมต่างๆซง่ึ สว่ นใหญ่จะพบอยใู่ นรปู ของน้ําและสารเคมีอนิ ทรยี ์ (แสดงภาพเคล่อื นไหวของน้ําในสภาพกา็ ซและของเหลว) สารชวีโมเลกุลเป็นสารประกอบอนิ ทรยี ท์ พ่ี บในสงิ่ มชี วี ติ ประกอบดว้ ยอะตอมคารบ์ อนออกซเิ จน และไฮโดรเจนเป็นสว่ นใหญ่ นอกจากนนั้ ยงั พบอะตอมของธาตุไนโตรเจน ฟอสฟอรสั และซลั เฟอร์ อกี ดว้ ย แรธ่ าตุทส่ี าํ คญั ทพ่ี บในคน ไดแ้ ก่ ธาตุ ปรมิ าณรอ้ ยละทพ่ี บในคน Hydrogen 63 Oxygen 25.5 Carbon 9.5 Nitrogen 1.4 Calcium 0.31Phosphorus 0.22Potassium 0.06 Sodium 0.03Magnesium 0.01 Sulpher 0.05 Chloride 0.03 วิวฒั นาการแบบจาํ ลองโครงสรา้ งอะตอม อะตอมเป็นหน่วยพน้ื ฐานของสสารทกุ ชนิดมขี นาดเลก็ ทส่ี ดุ โดยเฉลย่ี ประมาณ 1 องั สตรอม

6 1. แบบจาํ ลองอะตอมของดาลตนั อะตอมมขี นาดเลก็ มาก มีลกั ษณะเป็นทรงกลมไมส่ ามารถแบ่งแยกไดอ้ กี 2. แบบจาํ ลองอะตอมของทอมสนั อะตอมมลี กั ษณะเป็นทรงกลมประกอบดว้ ยเน้ืออะตอมเป็นประจบุ วกและ มปี ระจลุ บกระจายอย่ทู วั่ ไปอยา่ งสม่าํ เสมอ โดยอะตอมเม่อื มสี ภาพไฟฟ้าเป็นกลางจะมจี าํ นวนประจบุ วกเท่ากบัจาํ นวนประจุลบ 3. แบบจาํ ลองอะตอมของรทั เทอรฟ์ อรด์ อะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลยี สทม่ี ขี นาดเลก็ มากแต่มมี วลมากและมปี ระจไุ ฟฟ้าเป็นบวก สว่ นอเิ ลก็ ตรอนมปี ระจุลบวง่ิ วนรอบนวิ เคลยี ส 4. แบบจาํ ลองอะตอมของโบร์ อะตอมประกอบดว้ ยนวิ เคลยี สอยู่ตรงกลางซง่ึ มโี ปรตอนและนิวตรอนรวมตวั อย่ดู ว้ ยกนั โดยมอี เิ ลก็ ตรอนเคลอ่ื นท่ีอยโู่ ดยรอบเป็นวงแต่ละวงมรี ะดบั พลงั งานรวมเป็นค่าเฉพาะตวั

7 นวิ เคลยี ส 5. แบบจาํ ลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก อะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลยี สมอี เิ ลก็ ตรอนวนอย่โู ดยรอบมกี ารเคล่อื นทไ่ี ปทุกทศิ ทาง ทาํ ใหม้ ีลกั ษณะคลา้ ยกลมุ่ หมอกกาสทจ่ี ะพบอเิ ลก็ ตรอนบรเิ วณทก่ี ลุม่ หมอกทบึ จะมากกวา่ ทก่ี ลมุ่ หมอกจาง การหาจาํ นวนอนุภาคมลู ฐานในอะตอม โดยใหศ้ กึ ษาจากสญั ลกั ษณ์นิวเคลยี รข์ องธาตุ

8 เม่อื คลกิ ทธ่ี าตุต่างๆจะปรากฏสญั ลกั ษณ์นิวเคลยี รข์ องธาตุนนั้พรอ้ มกบั คาํ ถามใหห้ าเลขมวล เลขอะตอม จาํ นวนอนุภาคของโปรตอน นิวตรอนและอเิ ลก็ ตรอน ตอบโดยเตมิ เลขลงในช่องว่างทก่ี าํ หนด ธาตุ 11A 2 B และ 31C เป็นธาตุชนดิ เดยี วกนั โดยเป็น 1ไอโซโทป กนั จะมเี ลขอะตอมเทา่ กนั แต่เลขมวลต่างกนั ตวั อย่างในทน่ี ้ีคอื 11H(hydrogen) 2 H (deuterium) และ 31H (tritium) 1

9 การจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในอะตอม มหี ลกั ดงั น้ี 1. จาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนมคี ่าเทา่ กบั เลขอะตอม 2. ในระดบั พลงั งานต่างๆมจี าํ นวนอเิ ลก็ ตรอนไดไ้ มเ่ กนิ 2n2 โดย nคอื ระดบั พลงั งาน สตู รน้ีจะใชไ้ ดเ้ ม่อื ระดบั พลงั งาน n = 1-4 เท่านนั้ และยกเวน้ธาตุทม่ี เี ลขอะตอม 21-28 3. จาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานชนั้ นอกสดุ (valenceelectron) มไี ดไ้ ม่เกนิ 8 อเิ ลก็ ตรอนระดบั พลงั งาน จาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนทม่ี ไี ดม้ ากทส่ี ดุn=1 2n=2 8n = 3 18n = 4 32ตวั อย่างการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของธาตุแสดงดงั น้ี

10ตวั อยา่ งการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนของธาตุทม่ี เี ลขอะตอม 21-28 แสดงดงั น้ี จากธาตุต่างๆดงั รปู ใหผ้ เู้ รยี นเลอื กเพอ่ื ฝึกหดั จดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานชนั้ ต่างๆ

11 สเปคตรมั ของธาตุ สเปคตรมั หมายถงึ แถบสหี รอื เสน้ สที ไ่ี ดจ้ ากการผา่ นพลงั งานเขา้ ไปในเครอ่ื งมอื ทใ่ี ชแ้ ยกสหี รอื ทเ่ี รยี กว่าสเปคโตรสโคป แลว้ ทาํใหใ้ หพ้ ลงั งานแสงแยกออกเป็นแถบสที ม่ี คี วามยาวคล่นื ต่อเน่ืองหรอื เสน้ สที ม่ี ีความยาวคลน่ื คา่ ใดค่าหน่ึง อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ยใู่ นชนั้ ใกลน้ วิ เคลยี สทส่ี ดุ เรยี กระดบัพลงั งาน n = 1 จะมรี ะดบั พลงั งานต่าํ สดุ และในชนั้ หา่ งนิวเคลยี สออกไปจะมีพลงั งานสงู ขน้ึ ตามลาํ ดบั อเิ ลก็ ตรอนปกตจิ ะอยใู่ นระดบั พลงั งานต่าํ เรยี ก สถานะพน้ื (ground state)หรอื E1 เมอ่ื ไดร้ บั พลงั งานเพมิ่ ในปรมิ าณทเ่ี หมาะสมอเิ ลก็ ตรอนจะถูกกระตุน้ ใหข้ น้ึ ไปสรู่ ะดบั พลงั งานทส่ี งู ขนั เรยี กวา่ สถานะกระตุน้ ( E2 E3 หรอื E4 )ซง่ึ ไมเ่ สถยี ร เมอ่ื อเิ ลก็ ตรอนในสถานะกระตุน้ กลบั คนื สสู่ ถานะพน้ื จะคายพลงั งานออกมาเทา่ กบั ผลต่างของระดบั พลงั งานทงั้ สองโดยสว่ นใหญ่จะคายออกมาในรปู พลงั งานแสง และคล่นื แม่เหลก็ ไฟฟ้า ทาํ ใหเ้ หน็ เป็นเสน้ สสี ว่างเรยี กว่าเสน้ สเปคตรมั ธาตุหน่ึงๆสามารถเกดิ สเปคตรมั ไดห้ ลายเสน้ เพราะการเปลย่ี นระดบั พลงั งานของอเิ ลก็ ตรอนสามารถเกดิ ขา้ มขนั้ ได้ ไมจ่ าํ เป็นตอ้ งเป็นระดบั พลงั งานทอ่ี ยตู่ ดิ กนั ธาตุแต่ละชนิดจะมลี กั ษณะเสน้ สเปคตรมั เฉพาะตวั โดยมจี าํ นวนและตาํ แหน่งของเสน้ ทแ่ี ตกต่างกนั สเปคตรมั ของแสงสขี าวจะเป็นสเปคตรมั แบบต่อเน่ือง

400 nm 12 600 nm ความยาวคลน่ื สเปคตรมั ของธาตุอน่ื จะเป็นสเปคตรมั แบบไมต่ ่อเน่ือง เช่นสเปคตรมัของ คารบ์ อนดงั รปู400 nm ความยาวคล่นื 600 nm พนั ธะเคมี อะตอมต่างๆ ในโมเลกลุ ของสารชวี โมเลกุลจะรวมตวั กนัดว้ ยแรงยดึ เหน่ยี วภายในโมเลกลุ หรอื พนั ธะเคมที ส่ี าํ คญั คอื พนั ธะไอออนิก และพนั ธะโคเวเลนต์ ทงั้ น้โี ดยมากจะเป็นไปตามกฎออกเตท นอกจากนนั้ ยงั มพี นั ธะไฮโดรเจน แรงแวนเดอรว์ าลส์ เป็นแรงยดึ เหน่ยี วทส่ี าํ คญั ระหวา่ งโมเลกุลทาํ ให้สารชวี โมเลกลุ คงรปู สามมติ ไิ วไ้ ด้ 1. พนั ธะไอออนกิ เป็นแรงดงึ ดดู ทเ่ี กดิ จากไอออนบวกกบั ไอออนลบของอะตอมครู่ ว่ มพนั ธะ Na+ Cl-ไอออนบวกเกดิ จากการสญู เสยี อเิ ลก็ ตรอน และไอออนลบเกดิ จากการไดร้ บัอเิ ลก็ ตรอน

13 คลอไรด์ อิเลก็ ตรอนโซเดียมไอออนบวก ไอออนลบไอออนบวกและลบในสารประกอบไอออนกิ จะเรยี งตวั กนั อย่างมรี ะเบยี บ คลอไรด์ โซเดียมอะตอมของโซเดยี ม1 อะตอม ถกู ลอ้ มรอบดว้ ยอะตอมคลอไรด์ 6 อะตอม

14 2. พนั ธะโคเวเลนต์ เป็นพนั ธะพน้ื ฐานทแ่ี ขง็ แรงทส่ี ดุ เกดิ จากการท่ีค่อู ะตอมใชเ้ วเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอนร่วมกนั เป็นคแู่ ละมผี ลรวมของแรงทาํ ใหน้ วิ เคลยี สอย่รู ่วมกนั สารประกอบโคเวเลนต์ หมายถงึ สารทม่ี พี นั ธะโคเวเลนตใ์ นโมเลกุล โมเลกลุ โคเวเลนต์ หมายถงึ โมเลกลุ ของสารทม่ี พี นั ธะโคเวเลนต์ยดึ เหน่ยี วระหวา่ งอะตอมภายในโมเลกุล อเิ ลก็ ตรอนค่รู ว่ มพนั ธะ หมายถงึ อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ะตอมทงั้ สองใช้รว่ มกนั ในการเกดิ พนั ธะ ความยาวพนั ธะ หมายถงึ ระยะหา่ งระหว่างนวิ เคลยี สของอะตอมทงั้ สองทเ่ี กดิ พนั ธะรว่ มกนั มุมระหว่างพนั ธะ หมายถงึ มมุ ทเ่ี กดิ จากอะตอมกลางทาํ กบัอะตอมทเ่ี กดิ พนั ธะดว้ ย 2 อะตอม ขนาดอะตอม สว่ นใหญ่จะใชร้ ศั มอี ะตอมมหี น่วยเป็นพโิ กเมตร(picometer) หรอื แองสตรอม (A๐) อะตอมทม่ี รี ะดบั พลงั งานของอเิ ลก็ ตรอนมากจะมขี นาดใหญแ่ ละไอออนทม่ี จี าํ นวนโปรตอนมากกว่าจะมขี นาดเลก็ กว่า ชนดิ ของพนั ธะโคเวเลนต์ มดี งั น้ี พนั ธะเดย่ี ว เกดิ จากค่อู ะตอมใชอ้ เิ ลก็ ตรอนรว่ มกนั 1 คู่ เชน่โมเลกลุ H2 เขยี นสตู รเป็น H-H หรอื H:H

15 พนั ธะคู่ เกดิ จากค่อู ะตอมใชอ้ เิ ลก็ ตรอนรว่ มกนั 2 คู่ เช่นโมเลกุลO2 เขยี นสตู รเป็น O-O หรอื O::O พนั ธะสาม เกดิ จากค่อู ะตอมใชอ้ เิ ลก็ ตรอนรว่ มกนั 3 คู่ เช่นโมเลกลุ N2 เขยี นสตู รเป็น N-N หรอื N::N โครงสรา้ งรปู ร่างโมเลกุลโคเวเลนตท์ ม่ี อี ะตอมคารบ์ อน ออกซเิ จน และไนโตรเจนเป็นอะตอมกลางในการเกดิ พนั ธะโคเวเลนตช์ นดิ ต่างๆ

16พนั ธะเดย่ี วพนั ธะคู่พนั ธะสามการแสดงโครงสรา้ งโมเลกลุ สามารถแสดงไดท้ งั้ ในรปู 2 มติ แิ ละ 3 มติ ิ โครงสรา้ ง 2 มติ ิ ของอะลานนีFischer projection เส้นต้งั แทนพนั ธะท่ีอยตู่ ามแนวระนาบของกระดาษ และที่ช้ีไปดา้ นหลงั ของกระดาษ เส้นนอน แทนพนั ธะท่ีช้ีออกมาดา้ นหนา้ ของกระดาษ เส้นประ ช้ีไปดา้ นหลงั ของกระดาษ เส้นลม่ิ ช้ีออกมาดา้ นหนา้ ของกระดาษ เส้นธรรมดา ตามแนวระนาบของกระดาษPyramid

17โครงสรา้ ง 3 มติ ิ ของน้ําตาลกลโู คสBall and stick model Sphere(CPK)ศกึ ษาโครงสรา้ งโมเลกลุ โคเวเลนตต์ ่อไปน้ี H2O มอี เิ ลก็ ตรอนคโู่ ดดเดย่ี ว 2 คู่ ทาํ ใหม้ มุ ระหวา่ งพนั ธะ H-O-H มคี า่104.5 ๐ และทาํ ใหโ้ มเลกุลมขี วั้ (polar molecule)

18 ออกซเิ จนเป็นอะตอมกลางเกดิ พนั ธะเดย่ี วกบั อะตอม ไฮโดรเจนได้2 พนั ธะเดย่ี ว ไฮโดรเจน 1 อะตอมใชอ้ เิ ลก็ ตรอนร่วมกบั อะตอมออกซเิ จน 1 คู่หรอื เกดิ 1 พนั ธะเดย่ี ว HF มอี เิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี ว 3 คู่ และทาํ ใหเ้ ป็นโมเลกุลมขี วั้ (polarmolecule) ฟลอู อไรด์ และไฮโดรเจน ใชอ้ เิ ลก็ ตรอนร่วมกนั 1 คหู่ รอื 1 พนั ธะเดย่ี ว

19 NH3 มอี เิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี ว 1 คู่ ทาํ ใหม้ มุ ระหวา่ งพนั ธะ H-N-H มีค่า 107 ๐ และทาํ ใหโ้ มเลกลุ มขี วั้ (polar molecule) ไนโตรเจนตอ้ งการ 3 พนั ธะเดย่ี ว ไฮโดรเจนตอ้ งการอเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วม 1 คู่ หรอื 1 พนั ธะเดย่ี ว CH4 ไม่มอี เิ ลก็ ตรอนคโู่ ดดเดย่ี ว มุมของพนั ธะ H-C-H มคี ่า 109.5๐ คารบ์ อนตอ้ งการ 4 อเิ ลก็ ตรอนค่รู ว่ ม 1 คู่ หรอื 4 พนั ธะเดย่ี ว ไฮโดรเจนตอ้ งการ 1 อเิ ลก็ ตรอนครู่ ว่ ม 1 คู่ หรอื 1 พนั ธะเดย่ี ว

20 CO2 ไม่มอี เิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี ว มุมของพนั ธะ O-C-O มคี า่ 180๐ ออกซเิ จนตอ้ งการ 1 อเิ ลก็ ตรอนครู่ ่วม 2 คู่ หรอื 1 พนั ธะคู่ คารบ์ อนตอ้ งการ 2 อเิ ลก็ ตรอนครู่ ่วม 2 คู่ หรอื 2 พนั ธะคู่ C2 H6 อะตอมคารบ์ อนท่ี 1 จบั กบั อะตอมคารบ์ อนท่ี 2 ดว้ ย 1อเิ ลก็ ตรอนครู่ ่วม 1 คู่ หรอื 1 พนั ธะเดย่ี วและจบั กบั ไฮโดรเจนดว้ ย 3อเิ ลก็ ตรอนครู่ ว่ ม 1 คู่ หรอื 3 พนั ธะเดย่ี ว

21 C2 H4 อะตอมคารบ์ อนท่ี 1 จบั กบั อะตอมคารบ์ อนท่ี 2 ดว้ ย 1อเิ ลก็ ตรอนค่รู ว่ ม 2 คู่ หรอื 1 พนั ธะคแู่ ละจบั กบั ไฮโดรเจนดว้ ย 2 อเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วม 1 คู่ หรอื 2 พนั ธะเดย่ี ว C2 H2 อะตอมคารบ์ อนท่ี 1 จบั กบั อะตอมคารบ์ อนท่ี 2 ดว้ ย 1 อเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วม 3 คู่ หรอื 1 พนั ธะสามและจบั กบั ไฮโดรเจนดว้ ย 1 อเิ ลก็ ตรอนครู่ ว่ ม 1 คู่หรอื 1 พนั ธะเดย่ี ว

22 3. พนั ธะไฮโดรเจน เป็นแรงอ่อนๆ ระหว่างโมเลกลุ เกดิ จากโมเลกลุโคเวเลนตท์ ม่ี ไี ฮโดรเจนเป็นองคป์ ระกอบใชอ้ เิ ลก็ ตรอนครู่ ว่ มกบั อะตอมของไนโตรเจน ฟลอู อไรด์ และ ออกซเิ จน ซง่ึ มคี ่าอเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ สี งู(ความสามารถของธาตุในการดงึ ดดู อเิ ลก็ ตรอน) มกั พบอเิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี วในโมเลกุล จงึ เป็นโมเลกุลทม่ี ขี วั้ ไดแ้ ก่ NH3 HF และ H2O NH3 HF H2O NH3 มี อเิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี ว 1 คู่ เกดิ พนั ธะไฮโดรเจนกบั โมเลกลุอ่นื ไดท้ งั้ หมด 2 พนั ธะ HF มี อเิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี ว 3 คู่ เกดิ พนั ธะไฮโดรเจนกบั โมเลกลุอ่นื ไดท้ งั้ หมด 2 พนั ธะ H2O มี อเิ ลก็ ตรอนค่โู ดดเดย่ี ว 2 คู่ เกดิ พนั ธะไฮโดรเจนกบั โมเลกลุอ่นื ไดท้ งั้ หมด 4 พนั ธะ

23

24พนั ธะไฮโดรเจนสามารถเกดิ ระหว่างโมเลกุลต่างชนดิ กนั ไดเ้ ช่นการเกดิ พนั ธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกลุ ของแอลกอฮอลกบั น้ํานอกจากนนั้ พนั ธะไฮโดรเจนยงั มผี ลต่อโครงสรา้ งของสารชวี โมเลกลุ โดยชว่ ยทาํใหโ้ ปรตนี และดเี อน็ เอมโี ครงสรา้ งต่างๆได้ 4. แรงแวนเดอรว์ าลส์ เป็นแรงยดึ เหน่ยี วระหว่างโมเลกุลโคเวเลนตท์ งั้ชนิดมขี วั้ และไม่มขี วั้ แบ่งออกเป็น 1. แรงดงึ ดดู ระหว่างโมเลกุลทไ่ี มม่ ขี วั้ กบั โมเลกลุ ไมม่ ขี วั้ เป็นแรงดงึ ดดู ออ่ นๆ เกดิ จากความหนาแน่นของอเิ ลก็ ตรอนในโมเลกุลดา้ นหน่งึ มากกว่าอกี ดา้ นหน่งึ ทาํ ใหม้ ขี วั้ อยา่ งอ่อนซง่ึ จะเหนย่ี วนําใหโ้ มเลกุลไมม่ ขี วั้ ทอ่ี ยใู่ กลเ้ คยี งกลายเป็นโมเลกุลมขี วั้ และเกดิ แรงดงึ ดดู กนั เรยี กแรงลอนดอน

25 2. แรงดงึ ดดู ออ่ นๆระหวา่ งโมเลกลุ มขี วั้ กบั โมเลกลุ ไมม่ ขี วั้โมเลกุลมขี วั้ จะจะเหน่ยี วนําใหโ้ มเลกลุ ไมม่ ขี วั้ กลายเป็นโมเลกุลมขี วั้ และเกดิ แรงดงึ ดดู กนั 3. แรงดงึ ดดู ระหว่างโมเลกุลมขี วั้ กบั โมเลกลุ มขี วั้ แขง็ แรงกว่าแรงลอนดอน เป็นแรงดงึ ดดู ทางไฟฟ้าระหว่างขวั้ บวกของโมเลกลุ หน่งึ กบั ขวั้ ลบของอกี โมเลกุลหน่งึ

26 นาโนเทคโนโลยี เป็นเทคโนโลยขี องการนําวสั ดุอุปกรณ์เครอ่ื งมอืและเครอ่ื งใชท้ ม่ี ขี นาดจวิ๋ ระดบั นาโนเมตร ซง่ึ เป็นระดบั ขนาดของอะตอมและโมเลกลุ โดยนาโนเทคโนโลยจี ะชว่ ยใหม้ นุษยส์ ามารถสรา้ งวสั ดุหรอื สงิ่ ของต่างๆไดเ้ ม่อื ทราบโครงสรา้ งระดบั โมเลกลุ หรอื อะตอม จากคาํ กลา่ วของศาสตราจารย์รชิ ารด์ ฟายน์แมน วา่ “สกั วนั หน่งึ เราจะสามารถประกอบสง่ิ ต่างๆ ผลติ สงิ่ ต่างๆขน้ึ มาจากการจดั เรยี งอะตอมดว้ ยความแมน่ ยาํ และเท่าทข่ี า้ พเจา้ รไู้ มม่ กี ฎทางฟิสกิ สใ์ ดๆ แมแ้ ต่หลกั แหง่ ความไม่แน่นอน (uncertainly principle) ทจ่ี ะมาขดั ขวางความเป็นไปไดน้ ้”ี นาโนเทคโนโลยจี งึ เป็นการประกอบและผลติ สงิ่ ต่างๆจากการนําอะตอมหรอื โมเลกลุ มาจดั เรยี งเขา้ ดว้ ยกนั ดว้ ยความแม่นยาํ และถกู ตอ้ ง เพ่อื ใหไ้ ดป้ ระโยชน์แกม่ วลมนุษยม์ ากทส่ี ดุ ถา้ นําทองคาํ กอ้ นขนาด 1 ลกู บาศกเ์ มตร มาตดั แบ่งใหม้ ีขนาดเลก็ ในระดบั นาโนเมตรจะมลี กั ษณะและคณุ สมบตั แิ ตกต่างจากเดมิ ทงั้ น้ขี น้ีกบั แบบแผนของปฏกิ ริ ยิ าในระดบั อะตอมหรอื โมเลกุล คาํ วา่ นาโนมรี ากศพั ทม์ าจากภาษากรกี แปลว่า หน่งึ ในพนั ลา้ นสว่ น หน่งึ นาโนเมตรเทา่ กบั หน่ึงในพนั ลา้ นสว่ นของเมตร หน่งึ นาโนเมตรมขี นาดประมาณหน่ึงในหา้ หมน่ื สว่ นของเสน้ ผมของคนเรา อะตอมของไฮโดรเจน10 ตวั รวมกนั มคี า่ เทา่ กบั 1 นาโนเมตร การจดั เรยี งอะตอมในลกั ษณะต่างๆทาํ ใหไ้ ดโ้ ครงสรา้ งโมเลกลุ ซุปเปอรจ์ วิ๋ ซง่ึ สามารถทจ่ี ะปรบั เปลย่ี นกาํ หนดสมบตั ขิ องโมเลกลุ ใหม้ คี วามจาํ เพาะและทาํ หน้าทไ่ี ดอ้ ย่างจาํ เพาะเจาะจงตามท่ีตอ้ งการได้ ตวั อยา่ งเช่น

27 เฟื องนาโนคาร์บอนลกู คดิ อะตอมทาํ จากคารบ์ อน 60 ท่อนาโน-คาร์บอนรูปตวั T ทาํ หนา้ ท่ี เป็ นอปุ กรณ์นาโนอิเลก็ โทรนิกส์ สีเขียว แสดงส่วนของท่อท่ีมีคุณสมบตั ิเป็ น ตวั นาํ ไฟฟ้ า สีแดงเป็ นส่วนท่ีมีสมบตั ิก่ึง ตวั นาํ ท้งั น้ีข้นึ กบั ขนาดเสน้ ผา่ น ศูนยก์ ลางของท่อนน่ั เอง

28ประโยชน์ของนาโนเทคโนโลยี โครงสร้างของแร็กเกต็ ทาํ จากวสั ดุผสม ระหวา่ งกราไฟตก์ บั carbon nanotube มี คุณสมบตั ิแขง็ กวา่ เหลก็ 100 เท่า แต่มี น้าํ หนกั เพยี ง 1 ใน 6 ทาํ ใหก้ ารตีลกู มีพลงั มากข้ึนและลดการเกร็ง การใชเ้ ทคนิคการบรรจุครีมในแคปซูลอณู เลก็ จ๋ิวซ่ึงจะออกมาภายใตผ้ ิวเม่ือช้นั แคปซูลภายนอกละลายทาํ ใหส้ ามารถ แทรกซึมผิวหนงั ไดล้ ึกมากข้ึน

29 การใช้ nano-care ทาํ ใหเ้ ส้ือผา้ ไร้ รอยยบั และป้ องกนั เส้ือผา้ สกปรก ธรรมชาตมิ กี ลจกั รนาโน(nanomachines) มรี ะบบการจดั เรยี งอะตอมและโมเลกลุ ทต่ี าํ แหน่งต่างๆไดอ้ ย่างเหมาะสมและแมน่ ยาํ สงิ่ มชี วี ติ จะมีโครงสรา้ งเลก็ ๆทป่ี ระกอบกนั ขน้ึ เป็นเซลลแ์ ต่ละโครงสรา้ งจะมรี ะดบั โมเลกลุ ท่ีเป็นสารโครงสรา้ ง (building block) เหมอื นกนั นาโนไบโอเทคโนโลยมี ีประโยชน์มากทางการแพทยโ์ ดยการพฒั นาเทคโนโลยชี วี ภาพซปุ เปอรจ์ วิ๋ เป็นการสรา้ งเครอ่ื งมอื ขนาดจวิ๋ ทส่ี ามารถแทรกตวั เขา้ ไปภายในเซลล์ เพอ่ื ตดิ ตามวา่เกดิ ความผดิ ปกตทิ จ่ี ดุ ใดของสงิ่ มชี วี ติ และสามารถทาํ การแกไ้ ขซอ่ มแซมได้ดงั นนั้ การสรา้ งจกั รกลนาโนของระบบสง่ิ มชี วี ติ เป็นนาโนไบโอเทคโนโลยี การสรา้ งนาโนโรบอทเพอ่ื ทาํ การคน้ หาไวรสั ในร่างกาย

30 ดเี อน็ เอ เป็นนาโนโมเลกุลทส่ี าํ คญั มากในสงิ่ มชี วี ติ เพราะจดั เป็นเครอ่ื งจกั รขนาดนาโนทม่ี ปี ระสทิ ธภิ าพสงู สดุ ประเภทหน่ึง เน่ืองจากเป็นโมเลกลุทส่ี ามารถผลติ ดเี อน็ เอ โมเลกุลต่อไปไดอ้ ยา่ งไมม่ ที ส่ี น้ิ สดุ ภาพแสดงแบบจาํ ลองของดเี อน็ เอ ทน่ี ํามาต่อกนั เป็นลกู บาศกเ์ พอ่ื ให้เหน็ ว่า ดเี อน็ เอ สามารถนํามาทาํ เป็นโครงสรา้ งพน้ี ฐานของสงิ่ กอ่ สรา้ งในระดบันาโนได้

31 นกั วจิ ยั ไดส้ รา้ งนาโนเซลลท์ บ่ี รรจยุ าทย่ี บั ยงั้ การสรา้ งเสน้ เลอื ดทผ่ี วิ ดา้ นนอกและบรรจุสารเคมบี าํ บดั ดา้ นในบอลลนู โดยนาโนเซลลส์ ามารถฝงั เขา้ ไปในเซลลเ์ น้อื งอก โดยเมอ่ื ผา่ นเขา้ ไปในเสน้ เลอื ดของเน้อื งอก เมมเบรนดา้ นนอกของนาโนเซลลจ์ ะแตกออกทาํ ใหย้ าทย่ี บั ยงั้ การสรา้ งหลอดเลอื ดกระจายตวั ออกมา หลอดเลอื ดต่างๆทห่ี ลอ่ เลย้ี งเน้ืองอกอยถู่ กู ทาํ ลายลง ทาํ ใหช้ น้ิ สว่ นนาโนเซลลท์ เ่ี หลอื ถกู จบั ตดิ เขา้ ไปในเน้ืองอก ซง่ึ มนั จะคอ่ ยๆปล่อยเคมบี าํ บดั ทอ่ี ยู่ภายในออกมา ผลทไ่ี ดจ้ ะเป็นการชว่ ยลดปรมิ าณเลอื ดทเ่ี ขา้ ไปเลย้ี งเซลล์ และช่วยลดพษิ จากยาตา้ นมะเรง็ นอกจากนนั้ นกั วจิ ยั ยงั ไดค้ ดิ คน้ เคมขี องพน้ื ผวิ ทท่ี าํใหน้ าโนเซลลด์ งั กลา่ ว สามารถหลกี เลย่ี งการคน้ พบของระบบภมู คิ มุ้ กนั ได้ การศกึ ษาโครงสรา้ งนาโนของสง่ิ มชี วี ติ โมเลกุลทป่ี ระกอบกนั เป็นร่างกายของสง่ิ มชี วี ติ ตอ้ งมโี ครงสรา้ งระดบั นาโนทม่ี คี วามซบั ซอ้ นสงู มาก ดงั นนั้การศกึ ษาโครงสรา้ งนาโนของสงิ่ มชี วี ติ จงึ มคี วามจาํ เป็นมากทจ่ี ะตอ้ งมคี วามเขา้ ใจอยา่ งถ่องแทเ้ กย่ี วกบั โครงสรา้ งของสารชวี โมเลกุลซง่ึ เป็นโครงสรา้ งพน้ื ฐานของสง่ิ มชี วี ติ ทกุ ชนดิ

32 เอกสารอ้างอิงOlmsted, Williams. (1994). Chemistry The Molecular Science. Mosby-Year Book.ยอดหทยั เทพธรานนท์ และคณะบรรณาธกิ าร. (2547). นาโนเทคโนโลยี เทคโนโลยี ซเู ปอรจ์ ว๋ิสถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี กระทรวงศกึ ษาธกิ าร. (2546). หนงั สอื สาระการเรยี นรพู้ ้นื ฐาน ละเพมิ่ เตมิ ชวี วทิ ยา เล่ม 1 กลุ่มสาระการ เรยี นรวู้ ทิ ยาศาสตร์ ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปีท่ี 4 ตามหลกั สตู รการศกึ ษาขนั้ พน้ื ฐาน พทุ ธศกั ราช 2544.สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี กระทรวงศกึ ษาธกิ าร. (2546). หนงั สอื สาระการเรยี นรพู้ ้นื ฐาน ละเพมิ่ เตมิ เคมี เล่ม 1 กลมุ่ สาระการเรยี นรู้ วทิ ยาศาสตร์ ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปีท่ี 4 ตามหลกั สตู รการศกึ ษาขนั้ พน้ื ฐาน พุทธศกั ราช 2544.

33 ประวตั ิย่อผแู้ ต่งช่อื ชอ่ื สกลุ อลสิ า เสนามนตรีตาํ แหน่งหน้าทก่ี ารงานปจั จุบนั ผชู้ ่วยศาสตราจารย์ พนั เอกหญงิสถานทท่ี าํ งานปจั จุบนั วทิ ยาลยั แพทยศาสตรพ์ ระมงกฎุ เกลา้ 315 ถนนราชวถิ ี ราชเทวี กรุงเทพฯ 10400.ประวตั กิ ารศกึ ษา มธั ยมศกึ ษาตอนปลาย พ.ศ. 2518 จากโรงเรยี นเตรยี มอดุ มศกึ ษา พ.ศ. 2524 วทิ ยาศาสตรบ์ ณั ฑติ (ชวี เคม)ี พ.ศ. 2526 จากจฬุ าลงกรณ์มหาวทิ ยาลยั พ.ศ. 2551 วทิ ยาศาสตรม์ หาบณั ฑติ (ชวี เคม)ี จากมหาวทิ ยาลยั มหดิ ล การศกึ ษาดุษฎบี ณั ฑติ (วทิ ยาศาสตรศกึ ษา) จากมหาวทิ ยาลยั ศรนี ครนิ ทรวโิ รฒEmail address [email protected]