การทดลองการศึกษารูปของผลึกกำมะถัน

จุดประสงค์การทดลอง

เพื่อศึกษาลักษณะรูปต่าง ๆ ของผลึกกำมะถันมอนอคลินิก (Monoclinic Sulfur) และกำมะถันรอมบิก (Rhombic Sulfur)ได้ และสามารถเตรียมผลึกกำมะถันได้

สารเคมีและอุปกรณ์

วิธีการทดลอง

1. ใส่กำมะถันผง 0.1 g ในหลอดทดลอง และเติมโทลูอีนลงไป 5 cm³
2. อุ่นสารในบีกเกอร์นํ้าร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 75°Cใช้แท่งแก้วคนจนกำมะถันละลายหมด
3. ลดอุณหภูมิของสารละลายอย่างช้า ๆ จนมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิห้อง (ขณะที่ลดอุณหภูมิยังคงแช่สารละลายอยู่ในบีกเกอร์) สังเกตการณ์เปลี่ยนแปลง
4. เทสารทั้งหมดลงบนกระจกนาฬิกาแล้วนำไปวางในที่มีอากาศถ่ายเทได้ดี สังเกตลักษณะของกำมะถันที่เกิดขึ้น

ตัวอย่างการทดลอง

ผลึกกำมะถันที่เตรียมได้มีสองรูปปนกันอยู่ รูปหนึ่งมีลักษณะเป็นแท่งยาวคล้ายเข็ม ตามรูป ก. และอีกรูปมีลักษณะคล้ายสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนตามรูป ข.

อภิปรายหลังการทดลอง

กำมะถันที่เตรียมได้มี 2 รูป เมื่อเปรียบเทียบผลึกที่เตรียมได้กับรูปผลึกของกำมะถันกับรูปทรงทางเรขาคณิต พบว่ารูปที่มีลักษณะคล้ายเข็มเรียกว่า กำมะถันรูปเข็ม หรือกำมะถันมอนอคลินิก ตามรูป ก. ส่วนรูปที่เหลี่ยมขนมเปียกปูนเรียกว่า
กำมะถันรอมบิก ตามรูป ข.

สาเหตุของกำมะถันและธาตุบางธาตุที่มีหลายรูปซึ่งทำให้มีสมบัติแตกต่างกัน เนื่องจากในธรรมชาติมักจะพบกำมะถันรอมบิกเป็นส่วนใหญ่เพราะเสถียรที่อุณหภูมิห้อง ส่วนกำมะถันมอนอคลินิกจะเสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 96°C แต่จากการทดลองสามารถเตรียมกำมะถันได้ทั้ง 2 รูปได้พร้อมกันเพราะว่ามีการควบคุมสภาวะการตกผลึกให้แตกต่างจากธรรมชาติ

อย่างไรก็ตามผลึกทั้ง 2 รูป มีสูตรโมเลกุลเป็น S₈ เหมือนกัน กล่าวคือใน 1 โมเลกุลจะประกอบด้วยอะตอมกำมะถัน 8 อะตอมและแต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโควาเลนต์โครงสร้างลิวอิสและแบบจำลองโมเลกุลกำมะถัน นอกจากนี้การสังเกตเห็นว่าผลึกกำมะถันมีรูปร่างแตกต่างกัน อธิบายได้ว่าเนื่องจากมีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลกำมะถันแตกต่างกัน ดังรูปต่อไปนี้

ข้อแนะนำเพิ่มเติม

1. โทลูอีนเป็นสารไวไฟ มีกลิ่นเหม็น และละลายพลาสติกได้ จึงควรปฏิบัติดังนี้ ไม่ควรรินใกล้เปลวไฟเมื่อรินแล้วให้ปิดจุกขวดทันที ไม่ควรใช้กับเครื่องใช้พลาสติก และทำการทดลองในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทได้สะดวก
2. ไม่ควรใช้กำมะถันมากกว่าปริมาณที่กำหนด เพราะถ้าสารละลายเข้มข้นมากเกินไปจะได้ผลการทดลองไม่สมบูรณ์ กล่าวคือจะได้ผลึกรูปเข็มเพียงอย่างเดียว
3. ในการเตรียมผลึกกำมะถัน ถ้าทำให้สารละลายเย็นลงอย่างรวดเร็วจะได้ผลึกรูปเข็มเพียงรูปเดียว ดังนั้นควรปล่อยให้สารละลายเย็นลงช้า ๆ จนเท่าอุณหภูมิห้องแล้วจึงเทลงในกระจกนาฬิกา เพื่อให้โมลูอีนระเหยอย่างรวดเร็วจะทำให้ได้ผลึกเกิดขึ้นทั้ง 2 รูป
4. ถ้าผลึกกำมะถันที่เตรียมได้มีขนาดเล็ก ควรใช้แว่นขยายหรือกล้องจุลทรรศน์ช่วยในการสังเกตรูปร่าง
5. ปัจจุบันใช้คำว่า “รูป” แทนคำว่า “อัญรูป” เนื่องจากอัญรูปหมายถึงรูปต่าง ๆ ของธาตุชนิดหนึ่งที่ภาวะเดียวกัน เช่นที่อุณหภูมิห้องธาตุออกซิเจนปรากฏอยู่ทั้งในรูป O₂ และ O₃ ส่วนคำว่ารูปมีความหมายกว้างกว่าอัญรูป กล่าวคือจะรวมถึงธาตุชนิดหนึ่งที่ปรากฏในภาวะต่างกัน เช่น ดีบุก มี 2 รูป คือดีบุกขาวคงตัวที่อุณหภูมิระหว่าง 13-161^๐C กับดีบุกเทาคงตัวที่อณุหภูมิตํ่ากว่า 13^๐C

การทดลองการศึกษารูปของผลึกกำมะถัน