ธาตุและสารประกอบในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

 

1.ธาตุอะลูมิเนียม
         

            อะลูมิเนียม  (Al)  พบมากในเปลือกโลกประมาณ  7.5%  โดยมวล  ในรูปของสารประกอบ 
เช่น  บอกไซต์  (Al2O3 •2H2O)  ไครโอไลต์  (Na3 AlF6)  โลหะอะลูมิเนียมเตรียมได้จากการหลอมเหลวแร่บอกไซต์แล้วแยกด้วยกระแสไฟฟ้าจะได้โลหะอะลูมิเนียมที่แคโทด  โลหะอะลูมิเนียมมีสีเงิน  มีความหนาแน่นต่ำ  เหนียวและแข็ง  ดัดโค้งงอได้  ทุบให้เป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้  นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดีมาก
            สารประกอบออกไซต์ของอะลูมิเนียมคือ  Al2 O3  มีจุดหลอมเหลวสูงมาก  ทนความร้อนสูง  ละลายได้ทั้งกรดและเบส  ออกไซต์ที่เกิดในธรรมชาติเรียกว่า  คอรันดัม  มีความแข็งมากและมีหลายสี  จึงนิยมใช้ทำเครื่องประดับ
            สารประกอบซัลเฟตของอะลูมิเนียมที่ตกผลึกร่วมกับโลหะแอลคาไลน์จะได้ผลึกของอะลัม  (Alum)  ชนิดหนึ่งซึ่งมีสูตรทั่วไปคือ  M 2SO4•Al2 (SO4 ) • 24H2 O  หรือ  Mal(SO 4)2•12H2 O  โดย  M  ในที่นี้คือไออนบวกของโลหะ  เช่น  Na?   หรือ K ? ส่วนสารส้มที่ใช้ตามบ้านเรือนคือสารส้มโพแทส 
มีสูตรKAl(SO4 )2•  12H2 O   มีลักษณะเป็นผลึกใส  ใช้มากในกระบวนการผลิตกระดาษและกระบวนการทำน้ำประปา
อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีประโยชน์มากในทางอุตสาหกรรม  ใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า  เครื่องครัว  ของใช้ในบ้าน  ห่ออาหาร  และห่อของใช้  ทำโลหะเจือหลายชนิดที่นำไปเป็นส่วนประกอบของเครื่องบิน  เรือ  รถไฟ  และรถยนต์

 

2.ธาตุแคลเซียม


             พบในเปลือกโลกประมาณ  5.4%  โดยมวล  พบในรูปของสารประกอบที่มี  CaCO 3 เป็นองค์ประกอบ  เช่นหินงอก  หินย้อย  เปลือกหอย  ดินมาร์ล และพบในสารประกอบ ซัลเฟต  เช่น  ยิปซัม  แคลเซียมเตรียมได้โดยการแยกสารประกอบคลอไรด์ที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้าแคลเซียมเป็นโลหะที่มีความแข็ง  มีจุดหลอมเหลว  จุดเดือดและความหนาแน่นสูงกว่าโลหะแอลคาไลน์  สารประกอบของแคลเซียมที่น่าสนใจ  ออกไซด์ของแคลเซียม  คือ CaO (ปูนดิบ) เมื่อผสมกับน้ำจะได้  Ca(OH)2  (ปูนสุก) สารละลาย   Ca(OH) 2เรียกว่า น้ำปูนใส
             ประโยชน์ของสารประกอบแคลเซียมในรูป CaCO 3จากหินปูนขาว  ชอล์ก  ดินสอพอง  ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซดาแอช  (Na2 CO 3) สำหรับ  CaSO4•  2H2 O หรือยิปซัม  ใช้ผลิตแผ่นยิปซัมบอร์ด  เป็นวัสดุก่อสร้าง  ใช้ทำเครื่องปั้นดินเผาชนิดโบนไชนา  (Bone  china)  ซึ่งมีคุณภาพดี  ราคาแพง  นอกจากนี้แคลเซียมยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน  ถ้าร่างกายขาดธาตุแคลเซียมจะทำให้เป็นโรคกระดูกเสื่อม  กระดูกผุ  และฟันไม่แข็งแรง

3.ธาตุทองแดง


             ทองแดงเป็นโลหะชนิดแรกๆ ที่มนุษย์รู้จักและนำมาใช้งาน จากหลักฐานพบว่า มนุษย์รู้จัก การถลุงทองแดงขึ้นมา ใช้ทำเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ มาตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ แม้ว่าทองแดงจะมีปริมาณน้อยมาก ในเปลือกโลก (เพียง 0.0001%) เมื่อเทียบกับโลหะอื่นอย่างเหล็ก (5%) หรืออลูมินัม (8%)  แต่ทองแดงเป็นโลหะมีตระกูล ซึ่งสามารถพบได้ทั้งในรูปอิสระ และในรูปสารประกอบ ซึ่งสามารถถลุงออกมาเป็นโลหะได้ง่าย การถลุงทองแดงปัจจุบัน จะนำสินแร่ทองแดง เช่น แร่ ชาลโคไซต์ (Chalcocite, Cu2S) แร่ชาลโคไพไรต์
(Chalcopyrite, CuFeS2) เป็นต้น มาเผาในอากาศ จะได้ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์ประมาณ 97-99% จากนั้นจึงนำมาผ่าน กระบวนการแยกด้วยกระแสไฟฟ้าอีกครั้ง เพื่อให้ได้ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99% 
             ประโยชน์ของทองแดง ที่เราคุ้นเคยกันดีที่สุดในสมัยนี้ก็คือ การนำมาใช้ทำลวดส่งกระแสไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดต่างๆ เนื่องจากทองแดงเป็นโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีเป็นอันดับสองรองจากเงิน แต่ราคาถูกกว่าเงินมาก การที่ทองแดงนำไฟฟ้าได้ดี ช่วยลดพลังงานที่สูญเสียไป ในรูปของความร้อน ขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟ และยังช่วยป้องกันอันตราย จากการไหม้ของสายไฟอีกด้วย นอกจากนั้น ทองแดงยังเป็นส่วนผสมสำคัญ ของโลหะผสมหลายชนิด เช่น ทองเหลือง (ทองแดงผสมกับสังกะสี) สำริด (ทองแดงผสมกับดีบุก) โมเนล (ทองแดง นิกเกิล เหล็ก และแมงกานีส) รวมทั้งยังใช้ผสมในเงินและทอง เพื่อเพิ่มความแข็งของโลหะมีค่าเหล่านั้น สำหรับใช้ทำเครื่องประดับและเหรียญตราต่างๆ 
             จุดเด่นอีกอย่างหนึ่งของทองแดงก็คือ ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก แม้ในสภาวะกัดกร่อนอย่างรุนแรง เช่น ในน้ำทะเล จากการสำรวจซากเรือที่จมอยู่ใต้ทะเล ตั้งแต่คริสตศตวรรษที่ 16 ครั้งหนึ่งพบว่ารอก (pulley) ที่ทำจากทองแดง ยังสามารถใช้งานได้ดี สมบัติพิเศษอีกประการหนึ่งคือ ทองแดงเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตเล็กๆ หลายชนิด จึงถูกนำมาใช้เป็นปลอกหุ้มแผ่นไม้ ที่ใช้ต่อเรือเดินทะเลเพื่อป้องกันไม่ให้แมลงหรือเพรียงทำลายไม้ รวมทั้งทำเป็นท่อส่งน้ำดื่ม สารประกอบทองแดงบางชนิด เช่น จุนสี (blue vitriol) หรือ คอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต (Cu(H2O)4SO4.4H2O) ใช้เป็นยาฆ่าเชื้อโรคและเชื้อราในแหล่งน้ำ การใช้ ทองแดงในการกำจัดสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ในแหล่งน้ำดังกล่าวนี้ ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์แต่อย่างใด หากว่า ร่างกายไม่ได้รับทองแดงเป็นปริมาณมาก จนเกินกว่าที่จะขับออกได้ทัน

          ทองแดง คือธาตุที่มีเลขอะตอม 29 และสัญลักษณ์คือ Cu นิกเกิลอยู่ในตารางธาตุหมู่ 29 เป็นที่ทราบกันว่ามนุษย์ใช้ประโยชน์จากทองแดงมาไม่น้อยกว่า 10,000 ปี พบหลักฐานว่ามนุษย์สามารถหลอมสกัดทองแดงให้บริสุทธิ์ได้เมื่อประมาณ 5000 ปีก่อนคริศตกาล ซึ่งก่อนที่มนุษย์จะรู้จักกับทองคำคือมนุษย์รู้จักทองคำ เมื่อประมาณ 4000 ปีก่อนคริศตกาล

 

การถลุงทองแดง


             การถลุงทองแดงจากแร่ ขั้นแรกคือการแยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปนหรือ กากแร่ อาจใช้วิธีการลอยตัว โดยนำแร่ที่บดละเอียดแล้วผสมเข้ากับน้ำ น้ำมันและสารซักล้างในถึงผสม จากนั้นกวนและผ่านอากาศเข้าไปในของเหลวที่อยู่ในถึงผสมตลอดเวลา เพื่อทำให้มีฟองเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลให้ฟองอากาศ และน้ำมันไปเกาะอยู่กับอนุภาคของแร่และลอยตัวอยู่ด้านบน ส่วนกากแร่จะจมลงอยู่ด้านล่าง เมื่อตักฟองที่ลอยอยู่ด้านบนออกและทำให้แห้ง จะได้ผลแร่ที่มีปริมาณทองแดงเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 15 โดยมวล ขั้นต่อไปน้ำแร่มาเผาในอากาศ เรียกกระบวนการนี้ว่า การย่างแร่ ไอร์ออน(II)ซึลเฟด์บางส่วนจะถูกออกซิไดส์เป็นไอร์ออน(II)ออกไซด์ ดังสมการ
                                   2CuFeS2(s) + 3O2(g)  2CuS(s)+ 2FeO(s) + 2SO2(g)
กำจัดไอร์ออน(II)ออกไซด์ออกไป โดยนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปเผารวมกับออกไซด์ของซิลิคอนในเตาถลุงอุณหภูมิประมาณ 1100 ํc ไอร์ออน(II)ออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของซิลิคอนได้กากตะกอนเหลวซึ่งแยกออกมาได้ ดังสมการ
                                   FeO(s) + SiO2(s)  FeSiO3(l)
ส่วนคอบเปอร์(II) ซัลไฟด์เมื่ออยู่ในที่มีอุณภูมิสูงจะสลายตัวได้เป็นคอบเปอร์(I)ซัลไฟด์ในสถานะของเหลวซึ่งสามารถแยกออกได้
           ในขั้นตอนสุดท้ายเมื่อแยกคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์ในอากาศ บางส่วนจะเปลี่ยนเป็นคอปเปอร์(I)ออกไซด์ดังสมการ
2Cu2S(s) + 3O2(g)  2Cu2O(s) + 2SO2(g)
และคอปเปอร์(I)ออกไซด์กับคอปเปอร์(I)ซัลไฟด์จะทำปฏิกิริยากันโดยมีซัลไฟด์ไอออนทำหน้าที่เป็ตัวรีดิวซ์ ได้โลหะทองแดงและแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ดังสมการ
2Cu2O(s) + Cu2S(s)  6Cu(l) + SO2(g)
ทองแดงที่ถลุงได้ในขั้นนี้ยังมีสิ่งเจือปนจึงต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ก่อน การทำทองแดงให้บริสุทธิ์โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า

การประยุกต์
ทองแดงสามารถดัดได้ง่าย จึงใช้แพร่หลายในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น

4.ธาตุโครเมียม

              โครเมียมเป็นธาตุที่พบตามธรรมชาติในดิน หิน พืช สัตว์ ฝุ่นขากปล่องภูเขาไฟ ในร่างการคนเราจะมีโครเมียมปริมาณน้อย และเป็นสารอาหารที่จำเป็นเพื่อสุขภาพที่สมบูรณ์ การใช้ประโยชน์ทางอุตสาหกรรมนั้น ส่วนใหญ่ใช้ทำและชุบเหล็กและอัลลอยด์ อิฐในเตาเผา สารประกอบของโครเมียมใช้เป็นสีย้อม และในอุตสาหกรรมฟอกหนังกับรักษาเนื้อไม้ โครเมียมจะเข้าสู่ร่างกายของช่างประกอบรถยนต์ รถมอร์เตอร์ไซด์ ช่างเชื่อมช่างชุบ ก็เมื่อมีการสูดไอของมันเข้าไปขณะทำงาน สำหรับคนที่ทำงานในโรงฟอกหนังและโรงเลื่อยไม้ อาจสูดเอาฝุ่นสารประกอบโครเมียมหรือฝุ่นขี้เลื่อยไม้ที่ชุบน้ำยารักษาเนื้อไม้เข้าไป เมื่อโครเมียมปริมาณมากเข้าสู่ร่างกายระบบทางเดินหายใจและปอดจะเป็นอันตราย เกิดการระคายเคือง เจ็บคัน และอาจมีเลือดออก ทำให้ปอดเสี่ยงต่อการเป็นโรคอื่นตามมา ถ้ากลืนกินปริมาณมากจะกัดกระเพาะ ท้องเดิน ชัก เป็นอันรายต่อตับและไต อาจถึงตายได้ ถ้าถูกผิวหนังจะกัดผิวหนังเป็นแผล บางคนถูกเพียงเล็กน้อยอาจเกิดอาการแพ้เป็นผื่นบวมแดงได้ เมื่อใดที่ต้องเกี่ยวข้องกับกิจกรรมดังกล่าวข้างบนนี้ ต้องหลีกเลี่ยงการฟุ้งกระจาย ใช้หน้ากากป้องกัน

5.ธาตุเหล็ก

            พบในเปลือกโลกประมาณ 4.7% โดยมวลและพบในรูปของแร่ชนิดต่างๆ  ได้แก่ แร่ฮีมาไรด์  (Fe2 O3 ) แร่แมกนีไทด์  (Fe2 O4 ) และแร่ไพไรต์ (FeS2) การทะลุเหล็กใช้ การรีดิวซ์ออกไซด์ ของเหล็ก (Fe2 O3 ) ด้วยถ่านโค๊ก (C) เหล็กเป็นโลหะสีเทา มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ถูกดูดด้วยแม่เหล็กได้และคงอำนาจแม่เหล็กได้อย่างถาวร สารประกอบออกไซด์ของเหล็กมีหลายชนิดเช่น FeO  Fe2 O3  Fe2 O4 เหล็กสามารถเกิดสารประกอบเชิงซ้อนและไอออนเชิงซ้อนได้หลายชนิดและมีสีต่างๆ เช่น K4Fe (CN)6 มีสีเหลือง K3Fe (CN)6  มีสีเหลืองอมส้ม  NH4Fe (SO)2 ? 12H2O มีสีม่วงอ่อน
             ประโยชน์ของเหล็ก  เหล็กกล้าเป็นโลหะเจือของเหล็กกับคาร์บอนในปริมาณต่างๆ กัน บางชนิดอาจเติมโลหะอื่นเพิ่ม ลงไปเพื่อปรับปรุงคุณภาพเรียกว่า เหล็กกล้าเจือโลหะ ใช้ในงานก่อสร้าง ผลิตเครื่องยนต์ ทำตัวถังรถยนต์ ทำลวดตะปู  เหล็กเคลือบผิวด้วยสังกะสีใช้มุมหลังคา เหล็กเคลือบผิวด้วยดีบุกใช้ทำกระป๋องบรรจุอาหาร เหล็กกล้าที่ผสมนิเกิล
3% โครเมียม 1% ใช้ทำส่วนประกอบของเครื่องจักรประเภท เฟือง เกียร์ เพลา ข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีโครเมียม 18% นิกเกิล 8% และคาร์บอน 0.4% ใช้ทำมีด ช้อนส้อม เรือนนาฬิกา นอกจากนี้เหล็กเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเม็ดเลือดแดง ถ้าร่างกายได้รับเหล็กไม่เพียงพอจะทำให้เป็นโรคโลหิตจาง

6.ธาตุไอโอดีน

        พบในปริมาณเล็กน้อยในน้ำทะเล ในสาหร่ายทะเลบางชนิด และพบในสินแร่ที่มีโซเดียมไนเตรตอยู่ในรูปของโซเดียมไอโอเดต (NaIO3) ไอโอดีนเป็นโลหะที่มีสถานะเป็นของแข็ง เป็นเกล็ดมันวาวสีม่วง ระเหิดได้ง่าย ละลายน้ำได้น้อยมากแต่ละลายได้ในตัวทำละลายชนิดอื่นๆได้ดี
เช่น สารละลายโพรแทสเซียมอโอไดด์ เอทานอล เฮกเซน คาร์บอนเตตระคลอไรด์ เกิดสารประกอบไอออนิกกับโลหะทั่วไปได้สารประกอบประเภทเกลือ
             ประโยชน์ของไอโอดีน ไอโอดีนละลายในเอทานอล เรียกว่าทิงเจอร์ไอโอดีน ใช้ทามแผลฆ่าเชื้อโรค ไอโอไดด์ไอออนเป็นส่วนประกอบของฮอร์โมนไทรอกซินในต่อมไทรอยด์ ซึ่งควบคุมกระบวนการเมแทบอลิซึมของร่างกาย ถ้าขาดไอโอดีนจะทำห็เป็นโรคคอพอก สารประกอบของไอโอดีน เช่น โซเดียมไอโอไดด์ โพรแทสเซียมอโอไดด์ ใช้ผสมในเกลือสินเธาว์ เป็นก่ารเพิ่มไอโอไดด์ไอออนให้ได้สัดส่วนที่เหมาะสมต่อการใช้บริโภค

กลับสู่หน้าหลัก