hadyai2012 chemistry krit

วิทยาศาสตร เคมี (2) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

โครงสรางอะตอมและตารางธาตุ สรุปแบบจําลองอะตอมแบบตางๆ

Dalton Thomson Rutherford Bohr

สัญลักษณนิวเคลียร สัญลักษณนิวเคลียร คือ สัญลักษณท่ีใชบอกชนิดของธาตุ ตลอดจนจํานวนอนุภาคมูลฐานท้ังหมดของธาตุนั้นๆ โดยจะประกอบดวยสวนสําคัญ 2 สวน ไดแก มวลอะตอม

เลขอะตอม

สัญลักษณธาตุAZ X

1. เลขอะตอม (Atomic number, Z) คือ ตัวเลขท่ีแสดงจํานวนโปรตอนในนิวเคลียส เปนตัวบงช้ีชนิดและสมบัติเฉพาะตัวของธาตุนั้นๆ 2. เลขมวล (Mass number, A) คือ ตัวเลขท่ีแสดงผลรวมของจํานวนโปรตอน และนิวตรอนในนิวเคลียส

โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012____________________________________วิทยาศาสตร เคมี (3)

ไอโซโทป (Isotope) คือ อะตอมของธาตุเดียวกันท่ีมีเลขมวลตางกันหรืออนุภาคท่ีมีจํานวนโปรตอนเทากัน ซ่ึงอนุภาคท่ีเปนไอโซโทปกันจะมีสมบัติทางเคมีคลายคลึงกันแตสมบัติทางกายภาพบางประการตางกัน โดยธาตุหนึ่งๆ อาจมีไดหลายไอโซโทป ไอโซบาร (Isobar) คือ อะตอมของธาตุตางชนิดกันท่ีมีเลขมวลเทากัน ไอโซโทน (Isotone) คือ อะตอมของธาตุตางชนิดกันท่ีมีจํานวนนิวตรอนเทากัน ไอโซอิเล็กทรอนิก (Isoelcetronic) คือ อะตอมหรือไอออนของสารที่มีจํานวนอิเล็กตรอนเทากัน ไอออน คือ อนุภาคท่ีเกิดการสูญเสียเสถียรภาพทางไฟฟา ทําใหเกิดธาตุท่ีมีประจุไฟฟา เพราะมีจํานวนอิเล็กตรอนไมเทากับจํานวนโปรตอน โดยถาหากวาจํานวนอิเล็กตรอนมากกวาโปรตอน เรียกวา “ไอออนลบ” สวนถาหากวามีจํานวนอิเล็กตรอนนอยกวาจํานวนโปรตอน เรียกวา “ไอออนบวก” การจัดเรียงอิเล็กตรอน การจัดเรียงอิเล็กตรอน เปนกระบวนการที่ใชในการแบงกลุมของอิเล็กตรอนโดยใชสภาวะและบริเวณท่ีอิเล็กตรอนแตละตัวอยู เพ่ือบอกตําแหนงของธาตุในตารางธาตุ อีกท้ังยังสามารถอธิบายพฤติกรรมบางอยางไดจากการจัดเรียงอิเล็กตรอน โดยทั่วไปเราสามารถแบงการจัดเรียงอิเล็กตรอนเปนไดเปน 2 วิธี ไดแก 1. การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก (Core Shell Electron Configuration) 2. การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย (Subshell Electron Configuration) การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก เปนกระบวนการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่คอนขางสะดวก เหมาะสําหรับการบอกตําแหนงในตารางธาตุเทานั้น ไมสามารถอธิบายรายละเอียดของพฤติกรรมตางๆ ของอะตอมไดชัดเจนเหมือนกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยซ่ึงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักจะใหขอมูลเพียง 2 ชนิด ดังนี้ 1. ระดับพลังงาน 2. จํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนั้นๆ มีวิธีการดังตอไปนี้ 1. หาจํานวนอิเล็กตรอนที่สามารถจุไดในระดับพลังงานตางๆ โดย จํานวนอิเล็กตรอนที่สามารถจุไดในระดับพลังงาน = 2n2 โดย n = ระดับพลังงานท่ี n ดังนั้น ท่ีระดับพลังงาน n = 1 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 2 × 12 = 2 ท่ีระดับพลังงาน n = 2 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 8 ท่ีระดับพลังงาน n = 3 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 18 ท่ีระดับพลังงาน n = 4 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 32 2. อิเล็กตรอนในระดับพลังงานช้ันนอกสุด เรียกวา เวเลนซอิเล็กตรอน มีไดไมเกิน 8 อนุภาค (ตามเลขหมู)


3. ชวงหางระหวางระดับพลังงานเรียงจากนิวเคลียสออกไป ดังน้ี

n = 5 n = 7

n = 6n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 “จากภาพทําใหเราไดเห็นวา ยิ่งอยูหางจากนิวเคลียสออกไปความแตกตางของระดับพลังงานยิ่งลดลง” 4. จํานวนระดับพลังงานบอกเลขที่คาบ (ธาตุในแนวนอน) จํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนบอกเลขที่หมู (ธาตุในแนวตั้ง) ไดเฉพาะธาตุพวกเรพรีเซนเตตีฟ (ธาตุพวก A) 5. สวนธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 สวนใหญมีจํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนเปน 2 ยกเวนบางธาตุท่ีเปน 1 (Cr และ Cu) และอิเล็กตรอนในระดับพลังงานรองสุดทายเปน 9 ถึง 18 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย การจัดเรียงอิเล็กตรอนในรูปแบบนี้จะมีการบอกรายละเอียดของอิเล็กตรอนอยู 3 สวนหลัก ไดแก 1. ระดับพลังงาน 2. ออรบิทัล 3. จํานวนอิเล็กตรอนที่อยูในระดับพลังงานและออรบิทัลนั้นๆ

ออรบิทัล

1s2จํานวนอิเล็กตรอน

ระดับพลังงาน

โดยความแตกตางระหวางการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักและในระดับพลังงานยอย คือ “ออรบิทัล (Orbital)” ซ่ึงหมายถึงบริเวณท่ีมีโอกาสพบอิเล็กตรอน ซ่ึงออรบิทัลจะพบไดหลายลักษณะเปนรูปทรงตางๆ ตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ซ่ึงเปนพลังงานจลนท่ีเกิดจากการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสและการหมุนรอบตัวเองของอิเล็กตรอน โดยแตละออรบิทัลมีรูปแบบเปนดังน้ี ระดับพลังงานยอย s บรรจุอิเล็กตรอนได 2 อิเล็กตรอน ใหเสน spectrum เสนบางเล็ก (sharp) ระดับพลังงานยอย p บรรจุอิเล็กตรอนได 6 อิเล็กตรอน ใหเสน spectrum เสนหนาชัด (principal) ระดับพลังงานยอย d บรรจุอิเล็กตรอนได 10 อิเล็กตรอน ใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ระดับพลังงานยอย f บรรจุอิเล็กตรอนได 14 อิเล็กตรอน ใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ระดับพลังงานยอย g บรรจุอิเล็กตรอนได 18 อิเล็กตรอน ใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ทั้งนี้ ในการจัดเรียงธาตุท่ีมีเลขอะตอมสูงมากๆ (เลขอะตอมมากกวา 120) อาจจะพบ g-orbital และ h-orbital


เนื่องจากการท่ีระดับพลังงานมีคาไมเทากันและมีการเรียงท่ีซอนกันในออรบิทัลตางๆ ทําใหอิเล็กตรอนนั้นจะตองถูกบรรจุอยูในระดับพลังงานและออรบิทัลท่ีมีพลังงานต่ําท่ีสุดกอนเพ่ือความเสถียร ดังน้ันการจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถทําไดโดยจัดตามลําดับตอไปนี้

เรียงลําดับพลังงานจากนอยไปหามากตามลูกศรนี้1s

2s

3s

4s

5s

2p

3p

4p

5p

3d

4d

5d

4f

5f 5g

หรือเรียงลําดับไดตามน้ี : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, ... การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยจะมีประโยชนมากในการศึกษาวิชาเคมีในระดับสูง เพราะสามารถนําการจัดเรียงอิเล็กตรอนรูปแบบนี้ไปใชอธิบายปรากฎการณตางๆ ของอะตอมไดโดยสามารถนําไปสรางแผนภาพออรบิทัล (Orbital Diagram) เพ่ือขยายภาพพฤติกรรมของอิเล็กตรอนที่ชัดเจนมากขึ้น ขอควรระวังในการสรางแผนภาพออรบิทัล

1.

2.


ความสัมพันธระหวางตารางธาตุและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย H 1s1

He 1s2

Li 2s1

Be 2s2

B 2p1

C 2p2

N 2p3

O 2p4

F 2p5

Ne 2p6

3s

ตารางธาตุ ความสัมพันธระหวางตําแหนงและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย (แสดงเฉพาะโครงสรางอิเล็กตรอนออรบิทัลสุดทายที่สามารถบงช้ีถึงตําแหนงได) 3p

4s Sc 3d1

Ti 3d2

V 3d3

Cr 3d4

Mn 3d5

Fe 3d6

Co 3d7

Ni 3d8

Cu 3d9

Zn 3d10 4p

5s 4d 5p

6s 5d 6p

7s 6d 7p

La 4f1

Ce 4f2

Pr 4f3

Nd 4f4

Pm 4f5

Sm 4f6

Eu 4f7

Gd 4f8

Tb 4f9

Dy 4f10

Ho 4f11

Er 4f12

Tm 4f13

Yb 4f14

5f

ตารางธาตุ ตารางธาตุ คือ ตารางการจัดหมวดหมูของธาตุท่ีมีมากมายเอาไวอยางเปนระเบียบตามคุณสมบัติท่ีคลายคลึงกันเพ่ือสะดวกตอการใชงานและงายตอการจดจํา นอกจากนี้ยังสามารถใชในการทํานายหาคุณสมบัติของธาตุกอนการคนพบและการทดลองไดอีกดวย

ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติทั่วไปทั้งทางกายภาพและคุณสมบัติทั่วไปทางเคมีของโลหะและอโลหะ คุณสมบัติทางกายภาพ

สมบัติของธาตุ โลหะ อโลหะ สถานะ ของแข็ง ยกเวน Hg Ga Cs Fr มีท้ัง 3 สถานะ

การนําไฟฟา นําไฟฟาไดดี ไมนํา ยกเวนแกรไฟต ฟอสฟอรัสดําจุดหลอมเหลว สูง ยกเวน ปรอท ต่ํา ยกเวนคารบอน ความหนาแนน มีท้ังสูงและต่ํา ต่ํา ยกเวนคารบอน (เพชร)

คุณสมบัติทางเคมี สมบัติของธาตุ โลหะ อโลหะ

เมื่อมีการรวมตัว (ท่ัวไป) ตัวจายอิเล็กตรอน (Reduce) ตัวรับอิเล็กตรอน (Oxidize) สารประกอบคลอไรด กลาง กรด สารประกอบออกไซด เบส กรด

ยกเวน Be, B และ Al ซ่ึงถือเปนสารที่ใหสมบัติเปนกรดหรือเบสก็ได (เปนกลางไมได) เรียกวา Amphoteric


แนวโนมคุณสมบัติทั่วไปของธาตุในตารางธาตุ โดยทั่วไปจะแบงคุณสมบัติท่ีนาสนใจของธาตุตางๆ ออกเปน 5 คุณสมบัติ ไดแก 1. ขนาดอะตอม และขนาดไอออน 2. คาพลังงานไอออไนเซชัน (Ionization Energy): IE 3. คาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity): EA 4. คาอิเล็กโทรเนกาติวิตี (Electronegativity): EN 5. ความเปนโลหะ และความเปนอโลหะ สรุปแนวโนมคุณสมบัติท่ีนาสนใจทั้ง 5 ไดดังน้ี

ทิศทางหัวลูกศร แสดงถึงทิศทางการเพิ่มขึ้น

ขนาดอะตอม / ความเปนโลหะ

ลหะความเปนอโ/EN,EA,IE1

ขนาดอะตอม/ความเปนโลหะ

/EN,EA,IE1ความเปนอโลหะ

ขนาดอะตอม และขนาดไอออน คือ ระยะระหวางจุดศูนยกลางของอะตอมกับผิวของอะตอม ซ่ึงก็คืออิเล็กตรอนวง

นอกสุด ถาแรงยึดเหนี่ยวระหวางกันมากจะทําใหอิเล็กตรอนอยูใกลนิวเคลียส อะตอมจะมีขนาดเล็ก ปจจัยท่ีมีผลตอขนาดอะตอม ไดแก

1. ระดับพลังงานช้ันนอกสุด : ถาอยูระดับพลังงานสูงก็จะมีขนาดใหญ 2. จํานวนโปรตอน : ถามีมากก็จะดึงอิเล็กตรอนใหเขาใกลนิวเคลียส อะตอมจะมีขนาดเล็ก 3. จํานวนอิเล็กตรอน : ถามีมากก็กระจายตัวรอบอะตอมไกลขึ้น อะตอมจะมีขนาดใหญ พลังงานไอออไนเซชัน (IE) พลังงานไอออไนเซชัน คือ พลังงานปริมาณนอยสุดท่ีทําใหอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมในสถานะแกส โดยทําใหธาตุเปลี่ยนแปลงเปนไอออนบวก ถาอิเล็กตรอนตัวแรกหลุดเรียกพลังงานไอออไนเซชันลําดับท่ีหนึ่ง (IE1) พลังงานท่ีทําใหอิเล็กตรอนในลําดับตอๆ มาหลุดมีคาเปน IE2, IE3, ... ตามลําดับ เชน B(g) B+(g) + e- IE1 = 807 kJ/mol B+(g) B2+(g) + e- IE2 = 2433 kJ/mol จะพบวาในธาตุชนิดเดียวกัน IE1 < IE2 < IE3 < ... < IEn


***ขอควรระวัง*** ธาตุในหมู 2A และหมู 5A มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยออรบิทัลสุดทายเปน ns2 และ np3 ตามลําดับ ซ่ึงรูปแบบดังกลาวทําใหธาตุหมู 2A มีลักษณะเปน Full-fill orbital และของหมู 5A เปน Half-fill orbital ซ่ึงทําใหธาตุนั้นมีความเสถียรมากเปนพิเศษจึงทําใหคาพลังงานไอออไนเซชันลําดับท่ี 1 ของธาตุใน 2 หมูนี้มีลักษณะมากกวาท่ีควรจะเปนตามแนวโนม ดังกราฟ

Li Be B C N O F NeRnAtPoBiPbTiBaCs

0.00.51.01.52.02.5

I.E. (

MJ/m

ole)

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (EA) สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงานท่ีเปลี่ยนแปลงไปเมื่ออะตอมของธาตุในสถานะแกสไดรับอิเล็กตรอน 1 อนุภาคแลวกลายเปนไอออนลบในสถานะแกส พลังงานนี้มักจะอยูในรูปคายพลังงานเพ่ือสรางแรงยึดเหนี่ยวระหวางนิวเคลียสของอะตอมกับอิเล็กตรอนตัวใหม เชน Cl(g) + e- Cl-(g) EA = -349 kJ/mol ท้ังนี้ธาตุท่ีมีคา EA สูง หมายความวา ธาตุนั้นรับอิเล็กตรอนไดดีและเกิดเปนไอออนลบที่เสถียร (ย่ิงลบมากย่ิงเสถียร) แตถาคา EA เปนบวกแสดงวาธาตุนั้นจะเปนไอออนลบที่ไมเสถียรและเกิดการรับอิเล็กตรอนไดไมดี ***ขอควรระวัง*** คลายกับกรณีของพลังงานไอออไนเซชันลําดับท่ี 1 อิเล็กโทรเนกาติวิตี (EN) อิเล็กโทรเนกาติวิตี คือ คาท่ีแสดงถึงความสามารถของอะตอมของธาตุในการดึงดูดอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุอื่นขณะสรางพันธะเพื่อรวมเปนสารประกอบ คา EN ของธาตุไมมีหนวยเนื่องจากเปนคาท่ีเกิดจากการเปรียบเทียบ โดยธาตุท่ีมี EN สูงท่ีสุดในตารางธาตุ คือ ฟลูออรีน (F)


ความวองไวในการเกิดปฏิกิริยา ความเปนโลหะ คือ มีความวองไวในการจายอิเล็กตรอน (Reduce) ดังน้ันความวองไวจะขึ้นกับความเปนโลหะของธาตุนั้นๆ โดยยิ่งธาตุท่ีเปนโลหะมาก ก็จะสามารถจายอิเล็กตรอนไดดี เพิ่มข้ึนจากบนลงลางในหมูเดียวกันและลดลงจากซายไปขวาในคาบเดียวกัน โดยสังเกตไดจากคาพลังงานไอออไนเซชัน ยิ่งมีคานอย ยิ่งจายอิเล็กตรอนไดงาย และยิ่งมีความเปนโลหะมาก ความเปนอโลหะ คือ มีความวองไวในการรับอิเล็กตรอน (Oxidize) ดังนั้นความวองไวจะขึ้นกับความเปนอโลหะของธาตุนั้นๆ โดยยิ่งธาตุท่ีเปนอโลหะมาก ก็จะสามารถรับอิเล็กตรอนไดดี เพิ่มข้ึนจากลางข้ึนบนในหมูเดียวกันและเพิ่มข้ึนจากซายไปขวาในคาบเดียวกัน โดยสังเกตไดจากคาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน ยิ่งมีคามาก (เปนลบมาก) ยิ่งรับอิเล็กตรอนไดดี และยิ่งมีความเปนอโลหะมาก เพิ่มเติม สําหรับหมูที่ 8A ความวองไวในการทําปฏิกิริยาจะเพิ่มข้ึนจากบนลงลาง (ไมเหมือนอโลหะหมูอ่ืนๆ) เนื่องจากระดับพลังงานที่เพิ่มมากข้ึนทําใหอิเล็กตรอนที่ชั้นนอกสุดอยูหางจากนิวเคลียสเพิ่มมากข้ึน จึงทําใหเกิดการสรางพันธะโควาเลนตได

วิทยาศาสตร เคมี (10) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

สมบัติของธาตุตามตารางธาตุ เคมีนิวเคลียร ธาตุกัมมันตรังสี คือ ธาตุท่ีมีสมบัติในการแผกัมมันตภาพรังสี ธาตุพวกนี้แผกัมมันตภาพรังสีแลวอาจเปลี่ยนเปนธาตุอื่นได โดยเปลี่ยนจํานวนอนุภาคในนิวเคลียส เชน จํานวนโปรตอนและนิวตรอน โดยมีปจจัยสําคัญท่ีทําใหอะตอมปลดปลอยกัมมันตรังสีออกมาก็คือ เสถียรภาพของนิวเคลียส ซ่ึงการพิจารณาเสถียรภาพของนิวเคลียสก็คือ พิจารณาอัตราสวนระหวางจํานวนนิวตรอน และจํานวนโปรตอน ถาอัตราสวนดังกลาวมีคาใกลเคียงกับ 1 เมื่อมีเลขอะตอมเพิ่มขึ้น นิวเคลียสนั้นจะเสถียร (สําหรับธาตุขนาดเล็ก) ดังแสดงในกราฟเสถียรภาพดานลาง

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z

N

Z = N 1s

20

40

60

80

100

120

140

160s1020

1/2T

เมื่อ N = จํานวนนิวตรอน Z = เลขอะตอม (จํานวนโปรตอน) T1/2 = ครึ่งชีวิตของนิวเคลียสนั้นๆ (ถาย่ิงมีคามาก แสดงวามีความสเถียรมาก) ปจจัยที่ทําใหเปนธาตุกัมมันตรังสี 1. นิวเคลียสมีขนาดใหญเกินไป (เลขอะตอมมากกวา 83) (ปรับเสถียรภาพโดยการคายแอลฟา) 2. อัตราสวน n/p มากเกินไป (ปรับเสถียรภาพโดยการคายอนุภาคเบตาออกมา) 3. อัตราสวน n/p นอยเกินไป (ปรับเสถียรภาพโดยการคายอนุภาคโพซิตรอนออกมาหรือรับเบตา) 4. พลังงานมากเกินไป (ปรับเสถียรภาพโดยการคายแกมมา)

โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012__________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (11)

จากปจจัยดังกลาวจะทําใหนิวเคลียสไมเสถียรและปลดปลอยกัมมันตภาพรังสีออกมา โดยกัมมันภาพตรังสีท่ีถูกปลดปลอยออกมา ไดแก อนุภาค ดังนี้

ชื่ออนุภาค สัญลักษณ สัญลักษณที่ใชใน สมการนิวเคลียร คุณสมบัติทั่วไป

1. โปรตอน p H11 -

2. นิวตรอน n n10 -

3. เบตา β- e01- มีลักษณะเปนอนุภาค คือ เปนอิเล็กตรอนที่ออกจากนิวเคลียส

ความเร็วสูง อํานาจเจาะทะลุมากกวาอนุภาคแอลฟา 4. โพซิตรอน β+ e0

1+ คุณสมบัติท่ัวไปคลายกับเบตา แตมีประจุเปนบวก

5. แอลฟา α He42 มีลักษณะเปนอนุภาคท่ีมีประจุไฟฟาบวก มีอํานาจเจาะทะลุนอย

6. แกมมา γ γ00 เปนพลังงานท่ีเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟามีอํานาจเจาะทะลุมาก มี

ความยาวคลื่นสั้น “โดยทั่วไป ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต 83 ข้ึนไปถึงถือวาเปนธาตุกัมมันตรังสีและธาตุกัมมันตรังสีที่มีเลขอะตอมตั้งแต 93 ข้ึนไปเกิดข้ึนจากการสังเคราะหทั้งหมด” สมการนิวเคลียร (Nuclear Equation) คือ สมการท่ีแสดงปฏิกิริยานิวเคลียร สมการตองดุลท้ังเลขมวลและเลขอะตอมทั้งดานซายและดานขวาของสมการเคมีใหเทากัน กลาวคือ ผลบวกของเลขมวลและเลขอะตอมของสารตั้งตนเทากับของผลิตภัณฑ ตัวอยาง สมการการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี Th232

90 Pb20882 + 6 He4

2 + 4 e01-

ตัวอยาง สมการการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร U235

92 + n10 Ba141

56 + Kr9236 + 2 n1

0 ปฏิกิริยานิวเคลียร คือ ปฏิกิริยาท่ีเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอมแลวไดนิวเคลียสของอะตอมใหมเกิดขึ้น ซ่ึงจะทําใหเกิดการคายพลังงานมหาศาล แบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1. Nuclear Fission (ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน) เปนปฏิกิริยานิวเคลียรของนิวเคลียสของธาตุหนัก ซ่ึงเกิดจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเขาไปยังนิวเคลียสของธาตุหนักแลวทําใหนิวเคลียสของธาตุนั้นแตกออกเปนสองสวนท่ีมีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของนิวเคลียสเดิม พรอมท้ังปลดปลอยนิวตรอนออกมาอีก 2-3 อนุภาคเพ่ือเขาไปชนนิวเคลียสอื่นๆ อีก ทําใหเกิดเปนปฏิกิริยาลูกโซท่ีใหพลังงานสูง เชน การทําระเบิดปรมาณู ในการเกิดปฏิกิริยานี้จําเปนจะตองมีมวลของสารท่ีเพียงพอตอการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ ซ่ึงเราเรียกมวลคาน้ันวา “มวลวิกฤติ” (Critical Mass)


Kr-92

U-235

U-235

U-235

Ba-141

Ba-141

Ba-141

Kr-92

Kr-92

n

n

n

n

n

nn

n

n

แผนภาพการเกิดปฏิกิริยาฟชชัน

2. Nuclear Fusion (ปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชัน) เปนปฏิกิริยานิวเคลียรท่ีเกิดจากแกนของอะตอมเบาหลอมรวมกันเขาเปนแกนอะตอมที่หนัก แลวคายพลังงานมหาศาลออกมา โดยมีความเปนพิษตอสิ่งแวดลอมนอยกวาปฏิกิริยาฟชชันแตใหพลังงานมากกวาปฏิกิริยาฟชชัน ซ่ึงเช่ือวาปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชันเปนปฏิกิริยาท่ีเกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย ตัวอยางการใชประโยชนจากปฏิกิริยานี้ คือการทําระเบิดโฮโดรเจน ในการเกิดปฏิกิริยานี้จําเปนจะตองมีอุณหภูมิของสารที่เพียงพอตอการเกิดการหลอมนิวเคลียส ซ่ึงเราเรียกอุณหภูมิคานั้นวา “อุณหภูมิวิกฤติ” (Critical Ignition)

E

+ +

D D

Proton

Neutron

He3 N.

แผนภาพการเกิดปฏิกิริยาฟวชัน


ครึ่งชีวิต (Half Life) ครึ่งชีวิต คือ ระยะเวลาที่ธาตุกัมมันตรังสีเปลี่ยนแปลงปริมาณไปจากเดิมโดยจะลดลงครึ่งหนึ่งในชวงเวลานั้นๆ ใชสัญลักษณ t1/2 เชน 222Ra มีครึ่งชีวิต 40 วัน หมายถึง เมื่อเวลาผานไป 40 วัน Ra 1 กรัม จะเหลือ Ra เพียง 0.5 กรัมนั่นเอง โดยมีสูตรท่ีใชในการคํานวณ ดังตอไปนี้ เมื่อ Nt = ปริมาณท่ีเหลือ T = เวลาทั้งหมดท่ีใช N0 = ปริมาณท่ีเริ่มตน t1/2 = ครึ่งชีวิตของธาตุใดๆ n = จํานวนครั้งท่ีเกิดการสลายตัว

Nt = N0/2n n = T/t1/2


พันธะเคมี พันธะไอออนิก พันธะไอออนิกเกิดจากอะตอมของธาตุท่ีมีคา EN ตางกันมากๆ เชน อะตอมของโลหะ กับอโลหะมารวมตัวกัน โดยธาตุท่ีมีคา EN ต่ําจะเสียอิเล็กตรอนเกิดเปนไอออนบวก และธาตุท่ีมีคา EN สูงจะรับอิเล็กตอนเกิดเปนไอออนลบ หลังจากนั้นไอออนทั้งสองจะยึดจับกันดวยแรงทางไฟฟา การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกสามารถเขียนไดโดย การเขียนดุลสมการเคมีเพ่ือดุลประจุใหเปน 0 เนื่องจากสารประกอบไอออนิกมีประจุสุทธิเทากับ 0 ดังนั้นเราสามารถดําเนินการไดโดยการเขียนไอออนทั้งสองพรอมท้ังแสดงตัวเลขออกซิเดชันแลวทําการสลับท่ีกันระหวางตัวเลขออกซิเดชันของไอออนลบและไอออนบวก ยกตัวอยางเชน สารประกอบระหวางธาตุ Ca และ Cl ซ่ึงมีเลขออกซิเดชันเทากับ +2 และ -1 ตามลําดับ Ca2+ Cl- = CaCl2 ท้ังนี้เนื่องจากสูตรสารประกอบไอออนิกท่ีไดเปนสูตรอยางงาย (สูตรเอมพิริคัล) ดังน้ัน สูตรท่ีไดท้ังหมดจะตองทําการปรับเปนอัตราสวนอยางต่ํา ตัวอยางเชน Mg2+ O2- = MgO สวนวิธีการอานช่ือนั้นสามารถอานช่ือไดจากธาตุท่ี EN ต่ําไปหาธาตุท่ีมี EN สูง โดยการผันเสียงสาร ตัวสุดทายดวย -ไอด (-ide) เชน CaCl2 = แคลเซียมคลอไรด MgO = แมกนีเซียมออกไซด เปนตน ตัวอยางชื่อของไอออนที่ควรทราบ ไอออน ชื่อ ไอออน ชื่อ ไอออน ชื่อ

+4NH แอมโมเนียมไอออน -2

72OCr ไดโครเมตไอออน -23CO คารบอเนตไอออน

-23SO ซัลไฟตไอออน -2

4MnO แมงกาเนตไอออน -34PO ฟอสเฟตไอออน

-24SO ซัลเฟตไอออน -

4MnO เปอรแมงกาเนตไอออน -3HCO ไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน

-3HSO ไฮโดรเจนซัลไฟตไอออน CN- ไซยาไนดไอออน -2

4HPO ไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน -4HSO ไฮโดรเจนซัลเฟตไอออน -2

4CrO โครเมตไอออน -42POH ไดไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน

-232OS ไทโอซัลเฟตไอออน -3

3PO ฟอสไฟตไอออน -36Fe(CN) เฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) ไอออน

-264OS เตตระไทโอเนตไอออน -2

3BO โบเรตไอออน -2NO ไนไตรตไอออน

-282OS เปอรซัลเฟตไอออน -

3ClO คลอเรตไอออน -3NO ไนเตรตไอออน

SCN- ไทโอไซยาเนตไอออน -4ClO เปอรคลอเรตไอออน


พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก วัฏจักรบอรฮาเบอร เปนวัฏจักรท่ีแสดงขั้นตอนการเกิดสารประกอบไอออนิก

Na(s) → Na(g)

-e (g)Na Na(g) ++→

Cl(g) (g)Cl21

2 →

(g)CleCl(g) -- →+

NaCl(s) (g)Cl(g)Na →++ -

NaCl(s) (g)Cl21 Na(s) าวมปฏิกิริยาร 2 →+

∆Hf = ∆HS + 2

1 ∆HD + IE1 - EA - ∆HL *** เครื่องหมาย + แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน *** *** เครื่องหมาย - แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน *** สมบัติของสารประกอบไอออนิก 1. สถานะ สารประกอบไอออนิกเปนผลึกของแข็งท่ีเปราะ 2. การนําไฟฟา ในสภาวะปกติจะไมนําไฟฟา แตนําไดเมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ํา 3. จุดเดือดจุดหลอมเหลว สูง 4. การละลาย 4.1 ในขั้นแรกจะตองใชพลังงานในการทําลายแรงยึดเหนี่ยวระหวางไอออนภายในโครงผลึกเทากับพลังงานท่ีไอออนยึดเหนี่ยวกันซ่ึงก็คือ พลังงานแลตทิช นั่นเอง XY(s) -----------------> X+(g) + Y-(g) ∆H = +L 4.2 เมื่อไอออนหลุดออกมาน้ําก็จะเขาไปลอมรอบไอออนนั้นไวโดยที่จะทําการคายพลังงานออกมา ซ่ึงพลังงานท่ีคายออกมาก็คือ พลังงานไฮเดรชัน X+(g) + Y-(g) -----------------> X+(aq) + Y-(aq) ∆H = -H โดยการละลายในแตละชนิดสามารถจําแนกไดเปน L > H การละลายน้ําจะเกิดการดูดพลังงานทําใหสารละลายเย็นลง L < H การละลายน้ําจะเกิดการคายพลังงานทําใหสารละลายรอนขึ้น L >> H จะไมเกิดการละลายน้ํา


ผลของอุณหภูมิตอการละลาย

ความสามารถในการละลาย

อุณหภูมิ

คายความรอน

ดูดความรอน

จากการละลายดังกลาว เราสามารถเช่ือมโยงกับการทดลองโดยสรางเปนกราฟแสดงความสามารถใน การละลายเทียบกับอุณหภูมิท่ีเปลี่ยนแปลงไป สารประกอบไอออนิกที่ละลายและไมละลายน้ําที่อุณหภูมิ 25°C 1. หมู IA ละลายน้ําท้ังหมด 2. +

4NH ละลายน้ําท้ังหมด 3. -

3NO -3ClO -

4ClO ละลายน้ําท้ังหมด 4. OH- สวนใหญไมละลายน้ํา ยกเวน หมู IA +

4NH และ Ba2+ สวน Ca2+ ละลายไดเล็กนอย 5. Cl- Br- I- ละลายได ยกเวน Ag+ +2

2Hg และ Pb2+ 6. -2

3CO -33PO S2- ไมละลายน้ํา ยกเวน หมู IA และ +

4NH 7. -2

4SO ละลายน้ํา ยกเวน BaSO4 HgSO4 PbSO4 สวน CaSO4 และ Ag2SO4 ละลายไดเล็กนอย ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิกสามารถเขียนไดโดยการสลับไอออนบวกและไอออนลบของสารตั้งตนกัน ยกตัวอยางเชน เมื่อนําสารละลาย CaCl2 กับสารละลาย Na2CO3 มาผสมกันจะสามารถเขียนสมการไอออนิกได ดังนี้ CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) CaCO3(s) + NaCl(aq) สมการไอออนิกสุทธิ Ca2+(aq) + (aq)CO2

3- CaCO3(s)


พันธะโคเวเลนต เปนพันธะที่เกิดจากการใชเวเลนซอิเล็กตรอนรวมกันของอะตอม เนื่องจากแตละอะตอมที่มารวมพันธะตางก็มีคา EN สูงดวยกัน จึงไมเกิดการรับหรือใหอิเล็กตรอนอยางเบ็ดเสร็จ

Shared Electrons ตัวอยางเชน การเกิดโมเลกุลไฮโดรเจนจากไฮโดรเจนอะตอมเมื่อสรางความสัมพันธระหวางพลังงานศักยและระยะทางระหวางนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนจะไดกราฟดังนี้

พลังงานศักย

ระยะทางระหวางนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน (pm)

0H H H H H H

H H

ท่ีระยะหาง 74 pm จะพบวาโมเลกุลไฮโดรเจนมีพลังงานต่ําท่ีสุดซ่ึงมีพลังงานเทากับ 436 kJ/mol จะเห็นไดวาอะตอมของไฮโดรเจนใชอิเล็กตรอนรวมกันดังรูป

+ +

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบโควาเลนต การเขียนสูตรของสารประกอบโควาเลนตสามารถเขียนไดโดยใชสูตรแบบจุดของลิวอิส โดยแสดงถึงอิเล็กตรอนคูท่ีเขารวมพันธะกัน ซ่ึงวิธีการเขารวมพันธะนั้นอาจพิจารณาแบงออกไดเปน 3 แบบ ไดแก 1. โมเลกุลท่ีเปนไปตามกฏออกเตต เชน Cl2, CO2, CH4 เปนตน 2. โมเลกุลท่ีไมเปนไปตามกฏออกเตต 2.1 นอยกวากฎออกเตต เชน BeCl2, BF3 เปนตน 2.2 เกินกวากฎออกเตต เชน PCl5 SF6 เปนตน 2.3 อิเล็กตรอนที่เปนเลขคี่ เชน NO2, ClO2 เปนตน


สวนการเรียกช่ือนั้น เนื่องจากสารประกอบโควาเลนตเปนสารประกอบที่มีสูตรโมเลกุล ดังนั้นวิธีการอานช่ือเราจะตองอานท้ังช่ือของธาตุและจํานวนอะตอมของธาตุนั้นๆ ในสารประกอบโดยใชการเรียกช่ือตัวเลขในภาษาละติน ยกตัวอยางเชน Cl2O อานวา ไดคลอรีน มอนอกไซด เปนตน ชนิดของพันธะโควาเลนต • พันธะเดี่ยว เกิดจากการใชอิเล็กตรอนรวมกัน 1 คู • พันธะคู เกิดจากการใชอิเล็กตรอนรวมกัน 2 คู • พันธะสาม เกิดจากการใชอิเล็กตรอนรวมกัน 3 คู ความยาวพันธะและพลังงานพันธะ ความยาวพันธะ ก็คือระยะหางระหวาง 2 นิวเคลียสของอะตอมที่สรางพันธะกัน โดยที่ระยะหางนี้จะทําใหโมเลกุลมีความเสถียรมากท่ีสุด ซ่ึงอะตอมในสารแตละชนิดก็จะมีความยาวพันธะตางๆกันไปแมวาจะเปนอะตอมชนิดเดียวกันก็ตามเชน ความยาวพันธะระหวาง C O ในสาร H2CO และ CO2 ก็จะมีคาไมเทากัน ดังนั้นโดยทั่วไปเราจึงใชคา ความยาวพันธะเฉลี่ย ในการพิจารณา โดยปกติในอะตอมชนิดเดียวกันเราสามารถเรียงลําดับความยาวพันธะไดดังนี้คือ ความยาวพันธะ : พันธะเดี่ยว > พันธะคู > พันธะสาม พลังงานพันธะ คือ พลังงานท่ีอะตอมใชยึดเหนี่ยวกัน หรือพลังงานท่ีใชในการทําลายพันธะระหวางอะตอมในสภาวะแกส ซ่ึงแมจะเปนอะตอมชนิดเดียวกัน สารแตละชนิดก็จะมีพลังงานพันธะที่ไมเทากัน ดังนั้นเราจะใช พลังงานพันธะเฉลี่ยในการคํานวณ ซ่ึงในอะตอมชนิดเดียวกันเราสามารถเรียงลําดับพลังงานพันธะไดดังนี้ คือ พลังงานพันธะ : พันธะสาม > พันธะคู > พันธะเดี่ยว การสลายพันธะและการเกิดพันธะ การสลายพันธะ เปนการเปลี่ยนแปลงประเภทการดูดพลังงาน การเกิดพันธะ เปนการเปลี่ยนแปลงประเภทการคายพลังงาน ในปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะตองมีท้ังการสลายพันธะของสารตั้งตนและการเกิดพันธะของสารผลิตภัณฑ ดังนั้นการคํานวณเกี่ยวกับการสลายและการสรางพันธะ จําเปนตองพิจารณาคูกันระหวางดานของสารตั้งตนซ่ึงเปนการสลายพันธะ (ดูดพลังงาน, +) และดานของผลิตภัณฑซ่ึงเปนการสรางพันธะ (คายพลังงาน, -) ผานกระบวนการคํานวณพลังงานของพันธะทั้งหมดของสารตั้งตนและสารผลิตภัณฑ โดยพิจารณาจากผลบวกโดยเครื่องหมายของผลรวมดังกลาว จะไดวาปฏิกิริยาเคมีดังกลาวควรการเปลี่ยนแปลงแบบดูดพลังงานหรือแบบคายพลังงาน แนวคิดเกี่ยวกับเรโซแนนซ เรโซแนนซ คือ ปรากฎการณท่ีไมสามารถเขียนสูตรโครงสรางท่ีเปนไปตามกฏออกเตตไดอยางถูกตองแนนอน ซ่ึงเกิดจากการท่ีอิเล็กตรอน (Electron Delocalization) ในพันธะนั้นสามารถเกิดการเคลื่อนท่ีได สงผลใหสารท่ีมีโครงสรางเรโซแนนซมักจะมีความเสถียร ยกตัวอยางเชน

OO

O

+-

-+

OO

O


รูปรางของโมเลกุล จํานวนคู อิเล็กตรอน

อิเล็กตรอน คูโดดเด่ียว โครงสราง ชื่อ ขนาดของมุม ตัวอยาง

1 0 X X เสนตรง Linear

180 HCl

2 1 X เสนตรง Linear

180 BeCl2

0 X สามเหลี่ยมแบนราบ Trigonal Planar

120 BF3

3 1 X

มุมงอ Bend (V-shape)

<120 SO2

0 X ทรงเหลี่ยมสี่หนา Tetrahedron

109.5 CH4

1 X ปรามิด

Pyramid <109.5 NH3 4

2 X มุมงอ

Bend (V-shape) <<109.5 H2O

0 X

ปรามิดคูฐานสามเหลี่ยม Trigonal Bipyramid

120, 90 PCl5

1 X

ไมกระดก Irregular Tetrahedron

(Seesaw)

<120, <90 SF4 5

2 X

รูปตัวที T-shape

<90 ClF3

0 X

ทรงเหลี่ยมแปดหนา Octahedron

90 SF6

1 X

ปรามิดฐานสี่เหลี่ยม Square Pyramid

90 IF5 6

2 X

สี่เหลี่ยมแบนราบ Square Planar

90 XeF4


การพิจารณาขนาดของมุมตางๆ ดังท่ีไดทราบกันดีวาปจจัยสําคัญท่ีมีผลตอรูปรางของโมเลกุลโควาเลนทนั้น คือ แรงผลักกันระหวางกลุมอิเล็กตรอนที่มีมาก นอยเรียงกันตามลําดับท่ีไดกลาวไวแลว มุมท่ีเกิดขึ้นนั้นจะมีคามาก หรือนอยนั้นนอกจากจะขึ้นอยูกับรูปราง เชน ทรงเหลี่ยมสี่หนา แตละมุมจะมีขนาด 109.5 องศา, สามเหลี่ยมแบนราบ แตละมุมจะมีขนาด 120 องศา และเสนตรง จะมีขนาดมุม 180 องศา แลวแต โดยรายละเอียดมุมจะมีขนาดเบ่ียงเบนไปจากคาเหลานี้ไดจากปจจัยตางๆ ดังตอไปนี้ กลุมอิเล็กตรอนของอะตอมกลาง ถาอิเล็กตรอนที่อยูรอบๆ อะตอมกลางนั้นมีลักษณะไมเหมือนกัน ขนาดของมุมของแตละพันธะจะเบี่ยงเบนออกไป โดยจะเบี่ยงเบนไปเทาไร ก็จะขึ้นอยูกับชนิดของกลุมอิเล็กตรอน ดังท่ีไดเคยเรียงลําดับไวแลวในขางตนคือ อิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยว > อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว > พันธะสาม > พันธะคู > พันธะเดี่ยว ขนาดอะตอม ขนาดของอะตอมนั้นมีผลกระทบทั้งอะตอมปลาย และอะตอมกลาง โดยขนาดของมุมยอมจะแปรผันตรงกับอะตอมปลาย เพ่ือลดแรงผลักกันระหวางอิเล็กตรอนที่ผิวของอะตอมปลายแตละอะตอม สวนในกรณีของขนาดอะตอมกลางนั้นจะแปรผกผันกันกับคาความกวางของมุมเน่ืองจากเมื่ออะตอมมีขนาดใหญมากขึ้น เมื่ออิเล็กตรอนผลักกันหางออกในระยะเดิม แตมุมยอมแคบลง ดังรูปท่ีแสดงไวตอไปนี้ ความแตกตางของคา E.N. ปกติแลวอิเล็กตรอนคูรวมพันธะจะอยูใกลกับอะตอมใดนั้น ขึ้นอยูกับคา E.N. กลาวคือ อิเล็กตรอนจะอยูใกลกับธาตุท่ีมีคา E.N. สูง ดังนั้น หากอิเล็กตรอนยิ่งอยูใกลอะตอมกลางมากเทาใด ก็ย่ิงจะทําใหแรงผลักกันมากขึ้นตามไปดวย และยอมจะทําใหมุมของพันธะนั้นๆ มีขนาดใหญขึ้นดวยดังท่ีแสดงไวตามรูปตอไปนี้


สภาพข้ัวของโมเลกุลโคเวเลนต ขั้วของพันธะนั้นสามารถพิจารณาไดจากความแตกตางของคา E.N. ดังท่ีไดกลาวไวแตตนแลว ซ่ึงเราอาศัยขั้วของพันธะนี้เอง เปนตัวบงถึงขั้วของโมเลกุลโดยการรวมเวคเตอรของขั้วตางๆ ท่ีมีอยูในโมเลกุลเขาดวยกัน เพ่ือหาเวคเตอรผลลัพธท่ีจะบอกถึงขั้วของโมเลกุลนั้น จึงตองทราบถึงโครงสรางในสามมิติของโมเลกุลเสียกอน เชน คารบอนไดออกไซดมีขั้วรวมเปน ศูนย เพราะขั้วลบของพันธะชี้ออกไปทาง

ออกซิเจนเทาๆ กันใน 2 ทิศทางที่ตรงขามกันพอดี แอมโมเนียมีขั้วลบชี้ขึ้นตรงๆ ทางดานบน เพราะ ขั้วของพันธะมาเสริมกันใน

แนวแกน z แตในระนาบหักลางกันหมดไป โมเลกุลที่ไมมีข้ัว ไดแก 1. โมเลกุลของธาตุชนิดเดียวกัน เนื่องจากมีคา EN เทากัน เชน H2, O2, S8, P4, N2 เปนตน 2. โมเลกุลท่ีประกอบดวยธาตุ 2 ชนิด มีจํานวนอะตอม3 อะตอมขึ้นไป อะตอมกลางไมมีอิเล็กตรอนคู โดดเดี่ยว รูปรางโมเลกุลจะเปนลักษณะสมมาตรทําใหสภาพขั้วหักลางกัน เชน CO2, BeH2, CF4, PH5, SCl6 เปนตน 3. สารประกอบไฮโดรคารบอน เชน CH4, C2H6, C6H6 เปนตน โมเลกุลที่มีข้ัว ไดแก 1. โมเลกุลท่ีประกอบดวยอะตอมของธาตุท่ีตางกัน 2 อะตอม เชน HCl, CO, NO เปนตน 2. โมเลกุลท่ีมีอะตอมกลางเกิดพันธะกับอะตอมขางเคียง 2 อะตอมขึ้นไป เชน H2O, NH3, IF5, CH2I2 เปนตน แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลโคเวเลนต โมเลกุลโควาเลนทโดยปรกติจะไมเช่ือมตอกันแบบรางแหอยางพันธะโลหะ หรือไอออนิค แตจะมีขอบเขตที่แนนอน จึงตองพิจารณาแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลดวย ซ่ึงจะเปนสวนท่ีใชอธิบายสมบัติทางกายภาพของโมเลกุลโควาเลนท อันไดแก ความหนาแนน, จุดเดือด, จุดหลอมเหลว หรือความดันไอ ไดโดยแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลนั้น เกิดจากแรงดึงดูดเนื่องจากความแตกตางของประจุเปนสําคัญ แรงตางๆ เหลานั้น เชน แรงลอนดอน (London Force) เปนแรงท่ีเกิดจากการดึงดูดทางไฟฟาของโมเลกุลท่ีไมมีขั้ว ซ่ึงแรงดึงดูดทางไฟฟานั้นเกิดไดจากการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนอยางเสียสมดุลทําใหเกิดขั้วขึ้นเล็กนอย และขั้วท่ีเกิดขึ้นช่ัวคราวน้ีเอง จะเหนี่ยวนํากับโมเลกุลขางเคียงใหมีแรงยึดเหนี่ยวเกิดขึ้น ดังนั้นยิ่งโมเลกุลท่ีมีขนาดใหญ ก็จะยิ่งมีโอกาสที่อิเล็กตรอนเคลื่อนท่ีเสียสมดุลไดมาก จึงอาจกลาวไดวา แรงลอนดอน แปรผันตรงกับขนาดของโมเลกุล เชน F2, Cl2, Br2, I2 และ CO2 เปนตน

C OO

NH H

H


แรงไดโพล-ไดโพล (Dipole-Dipole Interaction) เปนแรงยึดเหนี่ยวท่ีเกิดระหวางโมเลกุลท่ีมีขั้วสองโมเลกุลขึ้นไป เปนแรงดึงดูดทางไฟฟาท่ีแข็งแรงกวาแรงลอนดอน เพราะเปนขั้วไฟฟาท่ีเกิดขึ้นอยางถาวร โมเลกุลจะเอาดานท่ีมีประจุตรงขามกันหันเขาหากัน ตามแรงดึงดูดทางประจุ เชน H2O, HCl, H2S และ CO เปนตน แรงไดโพล-อินดิวซไดโพล (Dipole-Induced Dipole Interaction) เปนแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลท่ีมีขั้วกับ โมเลกุลท่ีไมมีขั้ว โดยโมเลกุลท่ีมีขั้วจะเหนี่ยวนําใหโมเลกุลท่ีไมมีขั้วเกิดการเสียสมดุลของอิเล็กตรอน เกิดขั้วขึ้นช่ัวคราว และมีแรงยึดเหนี่ยวกันได เชน การละลายของโบรมีนในน้ํา ไดเปนจํานวนเล็กนอย เปนตน พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen Bond) เปนแรงยึดเหนี่ยวท่ีมีคาสูงมาก โดยเกิดระหวางไฮโดรเจน กับธาตุท่ีมีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวเหลือ เกิดขึ้นไดตองมีปจจัยตางๆ ไดแก ไฮโดรเจนท่ีขาดอิเล็กตรอน อันเนื่องมาจากถูกสวนท่ีมี E.N. สูงในโมเลกุลดึงไป จนกระทั่งไฮโดรเจนนั้นมีสภาพเปนบวกสูง และจะตองมีธาตุท่ีมีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวเหลือ และมีความหนาแนนอิเล็กตรอนสูงพอใหไฮโดรเจนท่ีกําลังขาดอิเล็กตรอนนั้น เขามาสรางแรงยึดเหนี่ยวดวยได เชน H2O, HF และ NH3 เปนตน HCl นั้นไมสามารถเกิดไดเพราะอิเล็กตรอนไมหนาแนนพอท่ีจะใหไฮโดรเจนเขามาสรางแรงยึดเหนี่ยวได

การเกิด Hydrogen Bond การละลายของสารประกอบโคเวเลนซ โมเลกุลท่ีมีขั้ว จะละลายกับโมเลกุลท่ีมีขั้ว และ โมเลกุลท่ีไมมีขั้วจะละลายกับโมเลกุลท่ีไมมีขั้ว

H F

H F

H F

H H HN

H H HN

H H H N

H HO

H HO

H HO

H HO

H HO


สารโครงผลึกรางตาขาย เปนสารประกอบโควาเลนตท่ีเกิดการสรางพันธะตอเนื่องกันไปเรื่อยๆ แบบสามมิติเกิดเปนลักษณะคลายโครงตาขาย พันธะโลหะ สมบัติของสารโครงผลึกรางตาขาย 1. ในภาวะปกติมีสถานะเปนของแข็งท่ีแข็งมาก ยกเวนแกรไฟต 2. บางชนิดไมนําไฟฟา เชน เพชร บางชนิดนําไฟฟาไดเชน แกรไฟต 3. มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง ไมละลายน้ํา 4. ไมมีสูตรโมเลกุล มีแตสูตรอยางงาย สมบัติของโลหะ 1. โลหะสามารถที่จะถูกดึงออกเปน ตี หรือ ทุบ ใหโลหะบิดงอ 2. สามารถนําไฟฟาได 3. สามารถนําความรอนไดดี 4. ผิวเปนมันวาว 5. จุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง


ปริมาณสารสัมพันธ ปริมาณสารสัมพันธ I มวลอะตอม C12

6 มีมวลเทากับ 12.0 amu (Atomic Mass Unit) 1 amu = 1.66 × 10-24 g

มวลอะตอมของ XAZ =

(มวลของ XAZ 1 อะตอม)

(1/12 เทาของมวลของ C-12 1 อะตอม)

มวลอะตอมเฉลี่ย ธาตุแตละชนิดมีหลายไอโซโทป (Isotope) เมื่อจะคิดน้ําหนักจึงตองใชมวลอะตอมเฉลี่ย และเนื่องจากแตละไอโซโทปมีปริมาณไมเทากันในธรรมชาติ จึงจําเปนตองใชการเฉลี่ยแบบถวงนํ้าหนัก

มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุ ZX = Σ{(มวลอะตอมของแตละไอโซโทป) × (รอยละของแตละไอโซโทป)}

100%

มวลโมเลกุล มวลโมเลกุล = Σ(มวลอะตอม) มวลโมเลกุลเฉลี่ย = Σ (มวลอะตอมเฉลี่ย)

มวลโมเลกุล = (มวลของสาร 1 โมเลกุล)

(1/12 เทาของมวลของ C-12 1 อะตอม) โมล หนวยท่ีใชบอกจํานวนอนุภาคของสาร จากมวลอะตอมเฉลี่ยจะไดขอสังเกตุวา 6C มีมวลอะตอมเฉลี่ยเทากับ 12.01 แสดงวา มีจํานวน 1 อะตอม 6C 12.01 × (1.66054 × 10-24) กรัม มีจํานวน 1 ÷ (1.66054 × 10-24) อะตอม 6C 12.01 กรัม เทากับ 6.02214 × 1023 อะตอม เทากับ 1 โมลอะตอม


Avogadro Number = 6.02214 × 1023 n = Mw

g = 23106.02N×

= L 22.4v

สารละลาย ของเหลวผสมเนื้อเดียว ประกอบดวยตัวทําละลาย และตัวถูกละลาย ความเขมขนของสารละลาย 1. % โดยมวล/มวล (%W/W) หมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในมวลของสารละลาย 100 สวน

%W/W = สารละลาย

ตัวถูกW

W × 100

2. % โดยปริมาตร/ปริมาตร (%V/V) หมายถึง ปริมาตรของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในปริมาตรของสารละลาย 100 สวน

%V/V = สารละลาย

ตัวถูกV

V × 100

3. % โดยมวล/ปริมาตร (%W/V) หมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในปริมาตรของสารละลาย 100 สวน

%W/V = สารละลาย

ตัวถูกVW

× 100

4. โมลาริตี (Molarity, Molar, M) หมายถึง จํานวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในสารละลาย 1 ลิตร หรือ 1 dm3

Molar = (L)vn

สารละลายตัวถูก

5. โมแลลิตี (Molality, Molal, m) หมายถึง จํานวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในตัวทําละลาย 1 kg

Molar = (kg)wnตัวทําตัวถูก

6. สวนในลานสวน (ppm) หมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในสารละลาย 1,000,000 สวน (mg/L)

ppm = สารละลายตัวถูก × 106


การเตรียมสารละลาย 1. เตรียมจากของแข็ง คํานวณแลว ช่ังน้ําหนักของตัวถูกละลายที่แนนอน แลวมาปรับปริมาตรใหไดความเขมขนท่ีตองการ C = V

1000n ×

2. เตรียมจากการเจือจางจากสารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ C1 × V1 = C2 × V2 สารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ 2.1. มีความบริสุทธ์ิสูง 2.2. มีเสถียรภาพสูง คือสามารถเก็บรักษาในสภาพที่บริสุทธ์ิไดนาน ไมดูดความช้ืนงาย ไมเกิด ปฏิกิริยาเมื่อไดรับแสง เปนตน 2.3. มีนํ้าหนักโมเลกุลสูง เพ่ือใหมีความผิดพลาดจากการช่ังนอย 2.4. ไมเปนสารท่ีมีนํ้าผลึก (hydrated substance) ยกเวนสารท่ีนํ้าผลึกมีเสถียรภาพสูง จํานวนโมล ของน้ําผลึกไมเปลี่ยนแปลง เมื่อนําไปอบหรือเก็บไวในโถดูดความช้ืน 2.5. ละลายไดดีในตัวทําละลายที่ตองการใช 3. นํามาทําใหเขมขนขึ้น โดยการเติมเน้ือสารลงไปหรือระเหยน้ําออก 4. นําสารละลายตั้งแต 2 ความเขมขนขึ้นไปมาผสมกัน C1 × V1 = C2 × V2 + C3 × V3 + C4 × V4 + ... หลักสําคัญในการคํานวน 1. พิจารณาวา เน้ือสารท่ีตองการมีเทาใด แลวตองเอามาจากสิ่งท่ีมีอยูเดิมเทาไหรหรือใสเพ่ิมไปอีกเทาใด 2. พิจารณาปริมาตรรวมสุดทายวาตองเปนเทาไหร 3. การเอาสารละลายมาผสมกัน นอกจากจะตองเอาเนื้อสารมารวมกันแลว ตองเอาปริมาตรมารวมกันดวย *เมื่อปริมาตรของสารละลายเปลี่ยนแปลง สิ่งท่ีเปลี่ยนไปคือความเขมขนเทาน้ัน ปริมาณเนื้อสารไมไดเปลี่ยนแปลงไปแตอยางใด สมบัติคอลลิเกทีฟของสารละลาย 1. สารละลายจะมีจุดเดือดเพิ่มข้ึน จุดเยือกแข็งตํ่าลง เมื่อเทียบกับตัวทําละลายบริสุทธ์ิ 2. สมบัติคอลิเกทีฟไมขึ้นอยูกับชนิดของตัวถูกละลาย แตจะขึ้นกับชนิดของตัวทําละลายและปริมาณของตัวถูกละลาย คือ ถาสารละลายมีความเขมขนในหนวยโมแลลเทากัน(ตัวทําละลายชนิดเดียวกัน) สารละลายนั้นจะมีจุดเดือดและจุดเยือกแข็งเทากัน


3. ตัวถูกละลายตองเปนสารท่ีระเหยยากและไมแตกตัว (ถาตัวถูกละลายแตกตัวได จะทําใหจุดเดือดของสารละลายเพ่ิมขึ้นและจุดเยือกแข็งของสารละลายต่ําลง แตจะไมเปนไปตามสมบัติคอลลิเกทีฟ เพราะมีผลของแรงดึงดูดทางไฟฟาของไอออน ทําใหไอออนเคลื่อนท่ีไมเปนอิสระ) ∆Tb = Kb × m ∆Tf = Kf × m โดยที่ ∆Tb คือ จุดเดือดท่ีเพ่ิมขึ้น ∆Tf คือ จุดเยือกแข็งท่ีต่ําลง Kb คือ คาคงท่ีของการเพ่ิมขึ้นของจุดเดือด Kf คือ คาคงท่ีของการลดลงของจุดเยือกแข็ง ระบบและสิ่งแวดลอม 1. ระบบ คือสิ่งท่ีเราสนใจ สิ่งแวดลอมคือ สิ่งท่ีนอกเหนือไปจากระบบ 2. ระบบเปด คือระบบที่ยอมใหมีการแลกเปลี่ยนมวลและพลังงานกับสิ่งแวดลอมได 3. ระบบปด คือระบบที่ยอมใหมีการแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดลอมได แตไมมีการแลกเปลี่ยนมวล 4. ระบบโดดเดี่ยว คือระบบที่ไมยอมใหมีการแลกเปลี่ยนมวลและพลังงานกับสิ่งแวดลอมเลย กฎทรงมวล ในระบบที่ไมมีการถายเทมวลสาร มวลของสารท้ังหมดกอนทําปฏิกิริยาจะตองเทากับมวลของสารทั้งหมดหลังทําปฏิกิริยา กฎสัดสวนคงที ่ เมื่อธาตุสองธาตุขึ้นไปรวมตัวกันเกิดเปนสารประกอบอัตราสวนโดยมวลของธาตุท่ีเปนองคประกอบจะคงที่เสมอไมวาจะเตรียมสารประกอบนั้นกี่ครั้งหรือเตรียมดวยวิธีการใด กฎเกย-ลูสแซก อัตราสวนโดยปริมาตรของกาซท่ีทําปฏิกิริยาพอดีกัน และปริมาตรของกาซท่ีไดจากปฏิกิริยา ซ่ึงวัดท่ีอุณหภูมิและความดันเดียวกัน จะเปนเลขจํานวนเต็มลงตัวนอยๆ (ซ่ึงก็คือเลขหนาสมการท่ีดุลแลวน่ันเอง) กฎอาโวกาโดร กาซท่ีมีปริมาตรเทากันภายใตอุณหภูมิและความดันเดียวกัน จะมีจํานวนโมเลกุลเทากัน จากกฎทั้งสองแสดงวาที่สภาวะภายใตอุณหภูมิและความดันเดียวกัน ปริมาตรของกาซและโมลจะสัมพันธกันโดยตรง v ∝ n ดังน้ันจากท้ังสองกฎเราสามารถคํานวณหาขอมูลในสมการเคมีท่ีโจทยใหมาไดโดยการแทนปริมาตรท่ีกาซทําปฏิกิริยากันไวเปนเลขหนาสมการท่ีถือวาดุลแลวไดเลย สูตรเคมี สูตรอยางงาย (สูตรเอมพิริคัล) คือ สูตรท่ีแสดงอัตราสวนอยางต่ําระหวางจํานวนอะตอมของธาตุท่ีเปนองคประกอบ


วิธีการหาสูตรอยางงาย (หาสัดสวนโดยโมล) 1. ตองรูสัดสวนโดยน้ําหนักของธาตุแตละชนิดในสารประกอบ 2. ถาอะตอมที่เราตองการทราบน้ําหนักเปลี่ยนไปอยูในรูปของโมเลกุล เชน ตองการทราบปริมาณ C ใน CO2 ใหใชกฎสัดสวนคงท่ีชวย 3. นํามาทําใหเปนสัดสวนโดยโมล โดยการหารดวยมวลอะตอม 4. ทําใหเปนสัดสวนอยางงาย (จํานวนเต็ม) : ตัวเลขควรมีจุดทศนิยมอยางนอย 2 ตําแหนง : 0.2-0.8 หามปด : ใหเอาเลขท่ีนอยท่ีสุดหารตลอด แลวเอาเลขจํานวนเต็มมาคูณจนกระท่ังปดได สูตรโมเลกุล คือ สูตรท่ีแสดงจํานวนอะตอมของธาตุองคประกอบที่มีอยูใน 1 โมเลกุล วิธีการหาสูตรโมเลกุล สูตรโมเลกุล = (สูตรอยางงาย)n เราจะสามารถหาคา n ไดจาก มวลโมเลกุล = (ผลบวกมวลอะตอมทั้งหมดของสูตรอยางงาย) × n การหามวลรอยละของธาตุ

มวลรอยละของธาตุ = มวลโมเลกุลมวลของธาตุ × 100

สมการเคมี หมายถึง สมการท่ีแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาเคมี โดยใชสูตรเคมีบอกถึงสวนประกอบของสารที่ทําปฏิกิริยากัน และสารที่เกิดจากปฏิกิริยา - ในการเขียนสมการเคมีน้ัน ท้ังสองฝงของสมการจะตองดุลกัน (อะตอมและประจุของธาตุตางๆ ท้ังสองฝงตองเทากัน) - ระบุสถานะของสาร - ถาโจทยกําหนดสารตั้งตนมาใหหลายตัว ใหเอาตัวหมดเทียบในสมการ สารกําหนดปริมาณ เมื่อมีการใชสารต้ังตนมากกวา 1 ชนิดในปฏิกิริยา อาจเปนไปไดวาสารไมไดทําปฏิกิริยากันหมดพอดี หากมีการใสสารหนึ่งมากกวาอีกสารหนึ่ง ก็จะมีสารหนึ่งท่ีหมดกอน เราเรียกสารท่ีหมดกอนวา สารกําหนดปริมาณ เน่ืองจากพอสารตั้งตนตัวหนึ่งหมด อีกตัวก็จะไมสามารถเกิดปฏิกิริยาตอไปไดปฏิกิริยาจึงหยุดอยูแคน้ัน


ความสัมพันธระหวางปริมาณของสารในสมการเคมีมากกวา 1 สมการ ในการคํานวณจะตองทําใหจํานวณโมลของสารท่ีตอเนื่องกันเทากัน โดยการคูณดวยเลขจํานวนเต็ม จากน้ันจึงคํานวณตามความสัมพันธ ยกตัวอยางเชน ถาเราตองการความสัมพันธระหวางสาร A และสาร F จาก A + B C + 2D สมการท่ี 1 D + E 3F สมการท่ี 2 คูณ 2 เขาไปในสมการที่ 2 จะได 2D + 2E 6F สมการท่ี 3 นําสมการท่ี 1 ลบสมการท่ี 3 จะได A + B + 2E C + 6F ดังน้ันจะไดวา A 1 โมล จะทําใหเกิด F 6 โมล รอยละของผลได รอยละของผลได = มทฤษฎีผลที่ไดตา

ิงผลที่ไดจร × 100

ผลท่ีไดจริง คือ ปริมาณของสารที่ไดจากการทดลองจริงๆ ผลท่ีไดตามทฤษฎี คือ ปริมาณของสารที่คํานวณไดจากสมการเคมี


ของแข็ง ของเหลว และแกส สถานะของสาร สารทุกชนิดสามารถมีสถานะไดท้ัง 3 แบบ ไดแก ของแข็ง ของเหลว และกาซ ความสัมพันธระหวางพลังงานและสถานะของสารสามารถสรุปเปนแผนภาพได ดังน้ี

ระเหิด

แกสของแข็งหลอมเหลว

เยือกแข็ง

ระเหย/เดือด

ความแนนของเหลว

แข็งตัว

ดูดพลังงาน

คายพลังงาน ของแข็ง (Solid)

สมบัติของแข็ง 1. ของแข็งแตละชนิดมีรูปรางและปริมาตรท่ีแนนอน 2. ของแข็งชนิดเดียวกันอาจมีรูปรางไดหลายรูปแบบ (อัญรูป) 3. ของแข็งจะมีการแพรชากวากาซและของเหลว 4. โดยทั่วไปความหนาแนนของของแข็งจะมากกวากาซและของเหลว 5. อุณหภูมิและความดันจะมีผลนอยมากเมื่อเทียบกับปริมาตรท่ีเปลี่ยนไป 6. ของแข็งมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลท่ีสูง


เราสามารถแบงชนิดของของแข็งไดเปน 2 ชนิดตามรูปรางการจัดเรียงโมเลกุล คือ 1. ของแข็งที่เปนผลึก (Crystalline Solid) เปนของแข็งท่ีโมเลกุลมีตําแหนงท่ีแนนอนและเรียงตัวกันอยางเปนระเบียบ โดยมีหนวยท่ีเล็กท่ีสุดของผลึกท่ีแสดงลักษณะการเรียงตัวของอนุภาคไดอยางสมบูรณ เรียกวา หนวยเซลล (Unit Cell) ชนิดผลึกของของแข็งสามารถแบงไดดังแสดงในตารางดานลาง

ตารางชนิดและสมบัติบางประการของของแข็งที่อยูในรูปผลึก

ชนิดของผลึก ชนิดของ อนุภาคใน

ผลึก

ชนิดของพันธะหรือ แรงยึดเหนี่ยวระหวาง

อนุภาค สมบัติท่ัวไป ตัวอยาง

ผลึกโมเลกุล

โมเลกุล หรือ อะตอม

โมเลกุลมีข้ัว 1. แรงดึงดูดระหวางขั้ว 2. พันธะไฮโดรเจน โมเลกุลไมมีข้ัวหรืออะตอม 1. แรงลอนดอน - ออน - เพิ่มขึ้นไดตามขนาดสาร

ออนหรือแข็งปานกลางเปราะไมมาก - จุดหลอมเหลวต่ํา - ไมนําความรอนและไฟฟา

โมเลกุลมีข้ัว - น้ําแข็ง - แอมโมเนีย โมเลกุลไมมีข้ัว - น้ําแข็งแหง - แนฟทาลีน - กํามะถัน - ไอโอดีน

ผลึกโควาเลนต รางตาขาย

อะตอมของธาตุอโลหะ

พันธะโควาเลนต - แข็ง - จุดหลอมเหลวสูง - สวนใหญไมนําความรอนและไฟฟา

- แกรไฟต - เพชร - ควอตซ

ผลึกโลหะ อะตอมของธาตุโลหะ

พันธะโลหะ - แข็ง - จุดหลอมเหลวสูง - นําความรอนและไฟฟาไดดี

- แมกนีเซียม - เหล็ก - ทองแดง - โซเดียม

ผลึกไอออนิก ไอออน พันธะไอออนิก - แข็งเปราะ - จุดหลอมเหลวสูง - ไมนําความรอนและไฟฟา

- โพแทสเซียม- ไนเตรต - ซิลเวอรคลอไรด


2. ของแข็งอสัญฐาน (Amorphous) เปนของแข็งท่ีโมเลกุลนั้นเรียงตัวกันอยางไมเปนระเบียบ เชน แกว ยาง พลาสติก ของแข็ง เปนตน

ภาพแสดงการเปรียบเทียบโครงสรางและการจัดเรียงตัวภายในโมเลกุลของของแข็ง 2 ชนิด

การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง การหลอมเหลว คือ กระบวนการอยางหนึ่งท่ีเกิดขึ้นกับของแข็งเปลี่ยนสถานะเปนของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่งวัดอุณหภูมิขณะหลอมเหลว อุณหภูมิคงท่ีถาเปนสารบริสุทธ์ิ เรียกวา จุดหลอมเหลว ซ่ึงจะมีความหมายตรงกันขามกับ จุดเยือกแข็ง โดยจุดหลอมเหลวปกติของสารจะคิดเทียบจากความดันบรรยากาศที่ 1 atm ปจจัยของการหลอมเหลว คือ • ชนิดของของแข็ง (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • ความดันบรรยากาศ การระเหิด คือ กระบวนการอยางหนึ่งท่ีของแข็งเปลี่ยนเปนไอ โดยไมตองเปลี่ยนเปนของเหลวกอน ของแข็งท่ีระเหิดไดจะเกิดขึ้นในสารบางชนิดท่ีไมมีขั้วหรือขั้วนอยมาก เน่ืองจากอนุภาคมีแรงยึดเหนี่ยวกันนอย (แรงลอนดอน) และอนุภาคภายในของแข็งมีการส่ันตลอดเวลาทําใหมีการถายเทพลังงาน ทําใหอนุภาคท่ีผิวหนาสามารถเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวได ตัวอยางของแข็งท่ีเกิดการระเหิด เชน ลูกเหม็น (แนฟทาลีน) การบูร ไอโอดีน และน้ําแข็งแหง เปนตน ปจจัยของการระเหิด คือ • ชนิดของของแข็ง (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • ความดันบรรยากาศ • พ้ืนท่ีผิวของของแข็ง • อากาศเหนือของแข็ง


ของเหลว (Liquid)

สมบัติของเหลว 1. ของเหลวมีปริมาตรคงท่ี แตรูปรางไมคงท่ี 2. แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลมากกวากาซแตนอยกวาของแข็ง 3. การแพรจะชากวากาซ แตเร็วกวาของแข็ง 4. โดยทั่วไปของเหลวมีความหนาแนนมากกวากาซ แตนอยกวาของแข็ง 5. เมื่อนํามาผสมกัน ปริมาตรกอนและหลังอาจเทาหรือไมเทากันก็ได 6. ปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงไปนอยเมื่ออุณหภูมิและความดันเปลี่ยน แรงดึงผิวและความตึงผิว แรงดึงผิว (Tension Force) คือ แรงท่ีดึงผิวของของเหลวเขามาภายใน เพ่ือทําใหพ้ืนท่ีผิวของของเหลวเหลือนอยท่ีสุด ความตึงผิว (Surface Tension) คือ งานท่ีตองใชในการยืดหรือเพ่ิมพ้ืนท่ีผิวของเหลว 1 หนวยพ้ืนท่ี มีหนวย J/m2 หรือ N/m หรือเปนสัดสวนระหวางแรงตึงผิวตอ 1 หนวยพ้ืนท่ี

ภาพแสดงการเกิดแรงตึงผิว


ปจจัยที่มีตอความตึงผิวของของเหลว คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • การเติมสารบางชนิดลงในของเหลว ความหนืด (Viscosity) ความหนืดเปนความสามารถของของไหลที่จะตานการไหล ย่ิงมีคาความหนืดสูง ของไหลก็จะยิ่งไหลยาก ความหนืดของของเหลวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของสารสูงขึ้น โดยทั่วไปของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลสูงมักจะมีความหนืดสูงกวาของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลท่ีต่ํากวา การระเหย (Evaporation) การระเหย คือ การท่ีของเหลวเปลี่ยนสถานะกลายเปนไออยางชาๆ ณ อุณหภูมิหนึ่ง การระเหยเกิดขึ้นเฉพาะผิวหนาของของเหลวเทาน้ัน นอกจากนั้น การระเหยยังสามารถเกิดไดในทุกๆ อุณหภูมิ โดยเกิดจากการท่ีโมเลกุลในของเหลวนั้นมีการเคล่ือนท่ีตลอดเวลา การเคลื่อนท่ีดังกลาวทําใหเกิดการชนกันระหวางโมเลกุล และเกิดการถายเทพลังงาน ทําใหบางโมเลกุลมีพลังงานจลนเพ่ิมขึ้น บางโมเลกุลมีพลังงานจลนลดลง ซ่ึงทําใหท่ีผิวหนาของของเหลวมีพลังงานท่ีเกิดจากการสะสมมามากจนสามารถหลุดออกจากผิวหนาของของเหลวกลายเปนไอออกไปได ปจจัยที่มีผลตอการระเหยของของเหลว คือ • ชนิดของสาร (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • พ้ืนท่ีผิวของของเหลว • ความดันบรรยากาศ • การคนหรือการกวน • อากาศเหนือของเหลว ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว ความดันไอ (Vapour Pressure) คือ แรงดันไออิ่มตัวของของเหลวที่มีตอพ้ืนท่ี 1 ตารางหนวย ซ่ึงเกิดจากการท่ีโมเลกุลของของเหลวนั้นเกิดการชนกันแลวระเหยออกไปกลายเปนไอ และในเวลาเดียวกันไอก็ชนกันแลวควบแนนกลับมาเปนของเหลว ซ่ึงเมื่อเวลาผานไป อัตราท้ัง 2 น้ีจะมีคาเทากัน เราเรียกปรากฏการณเชนนี้วา “สมดุลไดนามิก” และความดันไอท่ีมีคาสูงสุดเรียกวา ความดันไอสมดุล หรือ เรียกสั้นๆไดวา ความดันไอ ปจจัยที่มีผลตอความดันไอ คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ การเดือด (Boiling) คือ กระบวนการท่ีของเหลวเปลี่ยนสถานะเปนไอท่ัวท้ังกอนของของเหลวที่อุณหภูมิสูงถึงจุดหนึ่ง โดยขณะนั้นความดันไอของของเหลวเทากับความดันบรรยากาศ


จุดเดือด (Boiling Point) คือ อุณหภูมิขณะที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปนไอท่ัวท้ังกอนของของเหลว โดยของเหลวขณะนั้นมีความดันไอเทากับความดันบรรยากาศ ซ่ึงจุดเดือดปกติ คือ อุณหภูมิขณะที่ของเหลวมีความดันไอเทากับ 1 บรรยากาศ

ความดันไอของของเหลวจะแปรผกผันกับจุดเดือดของของเหลว ปจจัยที่มีผลตอจุดเดือดของของเหลว คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางอนุภาค) • ความดันบรรยากาศ แกส เปนสถานะที่มีปริมาตรและรูปรางท่ีไมแนนอนขึ้นกับภาชนะที่บรรจุ โดยอนุภาคของแกสมีแรงยึดเหนี่ยวกันนอยมาก ทําใหอนุภาคของแกสสามารถเกิดการแพรและฟุงกระจายไดเปนอยางดี ประเภทของแกส เพ่ือความสะดวกในการศึกษาเรื่องแกส เราไดแบงแกสออกเปน 2 ประเภทดวยกัน ไดแก 1. แกสจริง (Real Gas) เปนแกสท่ีมีอยูจริง มีพฤติกรรมและสมบัติตางๆ เบ่ียงเบนออกจากกฎของแกสและทฤษฎีจลนของแกส อยางไรก็ตามท่ีสภาวะอุณหภูมิสูง ความดันตํ่า แกสจริงจะมีสมบัติและพฤติกรรมใกลเคียงกับแกสในอุดมคติ 2. แกสในอุดมคติหรือแกสสมบูรณแบบ (Ideal Gas) เปนแกสสมมติตามทฤษฎีท่ีไมวาจะอยูสภาวะแบบใดก็ตาม จะมีสมบัติหรือพฤติกรรมเปนไปตามกฎตางๆ ของแกสในอุดมคติ และยังมีสมบัติเปนไปตามทฤษฎีจลนของแกสครบทุกขออีกดวย ทฤษฎีจลนของแกส เปนทฤษฎีท่ีใชอธิบายสมบัติทางกายภาพของแกสในอุดมคต ิซ่ึงมีสาระสําคัญดังน้ี 1. แกสประกอบดวยอนุภาคจํานวนมากท่ีมีขนาดเล็กมาก จนถือไดวาอนุภาคแกสไมมีปริมาตรเมื่อเทียบกับขนาดภาชนะที่บรรจุ ซ่ึงจะถือวามีมวลแตไมมีปริมาตร 2. โมเลกุลของแกสอยูหางกันมากทําใหแรงดึงดูดและแรงผลักระหวางโมเลกุลนอยมาก จนถือไดวาไมมีแรงกระทําตอกัน (ไมมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) 3. โมเลกุลของแกสเคลื่อนท่ีอยางรวดเร็วในแนวเสนตรง เปนอิสระดวยอัตราเร็วคงท่ี (แตวาไมจําเปนตองเทากันในแตละโมเลกุล) และไมเปนระเบียบจนกระทั่งชนกับโมเลกุลอื่นหรือชนกับผนังของภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและอัตราเร็ว 4. โมเลกุลของแกสท่ีชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะจะเกิดการชนแบบยืดหยุนโดยถายโอนพลังงานใหแกกันได แตพลังงานรวมของระบบมีคาคงท่ี 5. ณ อุณหภูมิเดียวกันโมเลกุลของแกสแตละโมเลกุลเคลื่อนท่ีดวยความเร็วไมเทากัน แตจะมีพลังงานจลนเฉลี่ยเทากัน โดยที่พลังงานจลนเฉลี่ยของแกสจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ (เคลวิน)


ความสัมพันธของปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิของแกส จากคุณสมบัติและทฤษฎีจลนของแกส ทําใหการศึกษาเก่ียวกับแกสจะตองคํานึงถึงตัวแปรเก่ียวของท่ีสําคัญตอไปนี้ - จํานวนโมลของแกส (n) - ปริมาตร (V) - ความดัน (P) - อุณหภูมิ (T) กฎของบอยล “เมื่ออุณหภูมิและมวลของแกสคงท่ี ปริมาตรของแกสจะแปรผกผันกับความดัน” P α V

1 กฎของชารล “เมื่อความดันและมวลของแกสคงท่ี ปริมาตรของแกสแปรผันตรงกับอุณหภูมิ” V α T กฎของเกยลุสแซค “เมื่อปริมาตรและมวลของแกสคงท่ี ความดันของแกสแปรผันตรงกับอุณหภูมิ” P α V กฎของอโวกาโดร “เมื่อความดันและอุณหภูมิของแกสคงท่ี ปริมาตรของแกสแปรผันตรงกับจํานวนโมล” V α n จากกฎตางๆ ทําใหเราสามารถสรางสมการท่ีรวบรวมตัวแปรตางๆ ของแกสได โดยเราเรียกสมการนี้วา สมการแกสสมบูรณ ดังน้ี PV = nRT โดยสมการนี้มีการบังคับหนวยตามคาคงท่ีของแกส (คา R) ดังตอไปนี ้ R = คาคงท่ีมีคาเทากับ 0.0821 L ⋅ atm ⋅ K-1 ⋅ mol-1 P = ความดัน (atm) n = จํานวนโมล (mol) V = ปริมาตร (L) T = อุณหภูมิ (K) จากสมการกฎแกสสมบูรณ


การหาคาความหนาแนน D = RT

PM ให D = ความหนาแนนของแกสมีหนวยเปน กรัมตอลิตร (g/L) M = นํ้าหนักโมเลกุลของสาร การหาคาความเขมขนของแกส C = RT

P ให C = ความเขมขนของสารมีหนวยเปน โมลตอลิตร (mol/L) กฎความดันยอยของดอลตัน “ความดันรวมของแกสผสมจะมีคาเทากับผลรวมของความดันท่ีแกสแตละชนิดทําใหเกิดขึ้น” PT = P1 + P2 + P3 + ... จากกฎความดันยอยของดอลตันทําใหเราทราบถึงความสัมพันธระหวางความดันของระบบและความดันยอยของแกสแตละชนิดในระบบที่มีอุณหภูมิคงท่ี ซ่ึงสามารถสรุปเปนสมการไดดังน้ี PรวมVรวม = P1V1 + P2V2 + P3V3 + ... กฎการแพรผานของเกรแฮม การแพร หมายถึง การเคลื่อนท่ีของโมเลกุลจากบริเวณท่ีมีความเขมขนมากไปหาบริเวณท่ีมีความเขมขนนอย การแพรในลักษณะนี้สามารถพบไดในชีวิตประจําวัน เชน การไดกลิ่น เปนตน กฎการแพรผานของเกรแฮม มีใจความสําคัญอยูวา “ท่ีอุณหภูมิและความดันเดียวกัน อัตราการแพรผานของแกสเปนสัดสวนผกผันกับรากท่ีสองของความหนาแนนของแกส” เราสามารถสรุปเปนสมการท่ีจะนําไปใชได ดังน้ี

21rr =

12

dd =

12

MM

เมื่อ r = อัตราเร็วของการแพรของแกส d = ความหนาแนนของแกส M = มวลโมเลกุลของแกส


อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของปฏิกิริยา จากสมการ aA + bB cC + dD จะไดความสัมพันธ R = a

1 RA = b1 RB = c

1 RC = d1 RD

เมื่อ R คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยา RX คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยาของสาร X ประเภทของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี 1. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ชวงเวลาหนึ่ง 2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย (ตั้งแตเริ่มตนจนสิ้นสุดปฏิกิริยา) 3. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ขณะใดขณะหนึ่ง กราฟแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ปริมาณของ

เวลา

สารตั้งตนที่เหลือ

เวลา

สารตั้งตนที่เหลือ

เวลา แนวคิดเก่ียวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี 1. ทฤษฎีเกี่ยวกับการชน ทฤษฎีน้ีมีหลักการคิดสําคัญคือ “ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นไดตอเมื่ออนุภาคของสารตั้งตน (อาจเปนโมเลกุล, อะตอม หรือไอออนก็ได) จะตองมีการเคลื่อนท่ีชนกันกอน” ซ่ึงการชนนั้นอาจจะเกิดปฏิกิริยาหรือไมเกิดก็ไดท้ังน้ีขึ้นอยูกับปจจัยตอไปนี้ - พลังงานจลนของอนุภาคที่เคลื่อนที่ชนกัน คือ พลังงานท่ีเพียงพอท่ีจะทําใหเกิดการสลายพันธะเกา แลวสรางพันธะใหมเกิดเปนสารผลิตภัณฑ - ทิศทางการชน จะตองชนดวยทิศทางท่ีถูกตอง เชน ปฏิกิริยาระหวางกาซไฮโดรเจน (H2) กับไอของไอโอดีน (I2) กลายเปนกาซไฮโดรเจนไอโอไดด (HI) ดังสมการ H2 (g) + I2(g) 2HI(g)


(1) การชนกันในทิศทางท่ีไมเหมาะสม ทําใหการชนกันไมเปนผลสําเร็จหรือไมเกิดปฏิกิริยาดังรูป

H2 I2 H2 I2 (2) การชนกันในทิศทางท่ีเหมาะสมทําใหการชนกันเปนผลสําเร็จ เกิดปฏิกิริยาได ดังรูป

พลังงานกอกัมมันต (Activation Energy) 2. ทฤษฎีสารเชิงซอนที่ถูกกระตุน ในระหวางท่ีสารชนกันนั้น จะเกิดสารท่ีมีพลังงานสูงมากเรียกวา สารเชิงซอนกัมมันต (Activated Complex) ซ่ึงเกิดจากการท่ีพันธะเดิมระหวางสารตั้งตนยังไมขาดออกจากกัน ในขณะเดียวกันก็สรางพันธะใหมอยู สภาวะเชนนี้ไมเสถียรเพราะพลังงานจะสูงมาก เราเรียกสภาวะนี้วา สภาวะแทรนซิชัน (Transition State) ตัวอยางเชน

Ea E

t

H2 + O2 H2O

E

Ea

t

Eac

Er

Ep ∆E

I2 H2

HI

HI


พลังงานกับการดําเนินไปของปฏิกิริยา ในระหวางท่ีสารเกิดปฏิกิริยาจะมีการเปลี่ยนแปลงทางพลังงาน ซ่ึงเมื่อเราเขียนกราฟระหวางพลังงานและการดําเนินไปของปฏิกิริยาจะไดปฏิกิริยา 2 แบบดังน้ี • ปฏิกิริยาดูดพลังงาน หรือ ปฏิกิริยาดูดความรอน (Endothermic Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาท่ีมีการถายเทพลังงานจากสิ่งแวดลอมเขาสูระบบ ดังน้ันในปฏิกิริยาชนิดน้ีสารต้ังตนจะมีพลังงานต่ํากวาผลิตภัณฑ • ปฏิกิริยาคายพลังงาน หรือ ปฏิกิริยาคายความรอน (Exothermic Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาท่ีมีการถายเทพลังงานจากระบบไปสูสิ่งแวดลอม ดังน้ันในปฏิกิริยาคายพลังงาน พลังงานสารท่ีเปนผลิตภัณฑจะมีคาต่ํากวาพลังงานของสารตั้งตน สรุปไดวาสารที่มีความถี่ในการชนมาก, พลังงานสูง, พลังงานกระตุนตํ่า จะเกิดปฏิกิริยาไดเร็ว พลังงานกับปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได ปฏิกิริยาท่ีผันกลับไดเปนปฏิกิริยาเคมีท่ีมีสารต้ังตนทําปฏิกิริยากันเกิดผลิตภัณฑ ซ่ึงเรียกวา ปฏิกิริยาไปขางหนา และผลิตภัณฑท่ีเกิดขึ้นจะเขาทําปฏิกิริยาเกิดเปนสารตั้งตนใหม เรียกไดวาเปน ปฏิกิริยายอนกลับ และพลังงานของปฏิกิริยาท่ีผันกลับได ก็หาไดจากผลตางของพลังงานของสารตั้งตนกับพลังงานของผลิตภัณฑ หรืออาจจะหาจากผลตางของพลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาไปขางหนากับปฏิกิริยายอนกลับ และปฏิกิริยาเคมีท่ีผันกลับจะเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาไดงายกวาปฏิกิริยายอนกลับ ก็ตอเมื่อพลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาไปขางหนานอยกวา พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่มีกลไกในการเกิดหลายข้ันตอน ***ดังนั้น พลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาที่มี

กลไกในการเกิดหลายข้ันตอนเทากับพลังงานกอกัมมันตในข้ันตอนที่เกิดชาที่สุด***

ปจจัยที่มีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี a. ความเขมขนของสารกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎอัตราและคาคงที่อัตรา (Rate Law and Rate Constant) กําหนดปฏิกิริยาใหดังน้ี aA + bB cC + dD ซ่ึงจะไดสมการ กฎอัตรา (Rate Law) คือ Rate = k[A]m[B]m โดย R คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยา [ ] คือ ความเขมขน k คือ คาคงท่ีของอัตราการเกิดปฏิกิริยาในปฏิกิริยาท่ีอุณหภูมิท่ีกําหนด n, m คือ เลขช้ีกําลังความเขมขน อาจจะเปนจํานวนเต็มบวกหรือลบหรือเศษสวนก็ได ซ่ึงผลบวกที่เกิดขึ้นระหวางเลขช้ีกําลังความเขมขนจะไดเปนอันดับปฏิกิริยา สรุปการพิจารณาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจากกราฟโดยใชกฎอัตรา (สําหรับปฏิกิริยา A → ผลิตภัณฑ)

E

การดําเนินไปของ

A + B E C + D


อันดับของปฏิกิริยาที่ ศูนย หนึ่ง สอง สมการแสดงกฎอัตรา R = k[A]0 R = k[A]1 R = k[A]2

กราฟแสดงความเขมขน ของ A กับเวลา

[A]

t

[A]

t

[A]

t กราฟแสดงอัตรากับความเขมขนของ A

อัตรา

[A]

อัตรา

[A]ความเขม K

อัตรา

[A] หรือ

อัตรา

[A]ความเขม K

พ้ืนที่ผิวของสารกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

สารท่ีมีพ้ืนท่ีผิวมากๆ จะยิ่งเพ่ิมโอกาสท่ีสารจะชนกันแลวเกิดปฏิกิริยาไดมากกวาสารท่ีมีพ้ืนท่ีผิวนอยๆ เมื่อพ้ืนท่ีผิวของสารตั้งตนท่ีเปนของแข็งมากปฏิกิริยาจะเกิดเร็ว เพราะอนุภาคของสารตั้งตนชนกันดวยความถี่สูงในทางตรงกันขามเมื่อสารตั้งตนท่ีเปนของแข็งมีพ้ืนท่ีผิวนอยปฏิกิริยาจะเกิดชา เพราะอนุภาคของสารตั้งตนชนกันดวยความถี่ต่ํา โดยทั่วไปผลของการเพิ่มพ้ืนท่ีผิวจะมากกวาผลของการเพ่ิมความเขมขน c. อุณหภูมิกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อุณหภูมิตํ่า อุณหภูมิสูง


เมื่อเพ่ิมอุณหภูมิใหแกระบบของปฏิกิริยาเคมีจะทําใหอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้น เชน การบมผลไมในภาชนะปดจะสุกเร็วกวาเมื่อไมปดฝา เพราะอุณหภูมิภายในภาชนะสูงกวาขางนอก และในทางตรงกันขามอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลดลงเมื่อลดอุณหภูมิลง โดยการอธิบายผลของอุณหภูมิตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายไดดวยทฤษฎีจลน คือ เมื่อเพ่ิมอุณหภูมิโมเลกุลของกาซจะเคลื่อนท่ีดวยอัตราเร็วเฉลี่ยเพ่ิมขึ้น สงผลใหพลังงานจลนสูงขึ้นและพบวา อัตราการเกิดปฏิกิริยาท่ีเพ่ิมขึ้นไมไดเปนเพราะโมเลกุลมีโอกาสชนกันเพ่ิมมากขึ้นเทาน้ัน แตตองอาศัยทฤษฎีการกระจายพลังงานท่ีสูงพอเมื่ออุณหภูมิของระบบสูงขึ้นจํานวนโมเลกุลท่ีมีพลังงานจลนต่ํามีจํานวนนอย แตจํานวนโมเลกุลท่ีมีพลังงานเทากับหรือมากกวาพลังงานกอกัมมันตจึงมีจํานวนมากขึ้น ปฏิกิริยาจึงเกิดเร็วขึ้น โดยปรกติการเพ่ิมอุณหภูมิ 10°C จะทําใหอัตราเพ่ิมขึ้นประมาณ 2 เทา d. ตัวเรงและตัวหนวงปฏิกิริยาเคมี ตัวเรงปฏิกิริยา คือสารท่ีเติมลงไปเพ่ือทําใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น หรือเพ่ิมขึ้น และเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาสารน้ันก็ยังคงแสดงสมบัติเชนเดิม ตัวเรงปฏิกิริยาอาจจะมีสวนรวมในปฏิกิริยานั้นแตเม่ือสิ้นสุดปฏิกิริยา ตัวเรงก็จะกลับคืนมาอยางเดิม ตัวเรงปฏิกิริยา โดยทั่วๆ ไป แบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1. ตัวเรงปฏิกิริยาเนื้อเดียว หมายถึง ตัวเรงปฏิกิริยาท่ีอยูในสถานะเดียวกับสารตั้งตน เชนเปนของแข็งเหมือนกัน หรือเปนของเหลวเหมือนกัน เชน การเผาโพแทสเซียมคลอเรต จะไดโพแทสเซียมคลอไรด และ แก็สออกซิเจน ดังน้ี 2KCIO3(s) 2MnO 2KCl(s) + 3O2(g), MnO2 เปนตัวเรงปฏิกิริยาใหเกิดเร็ว 2. ตัวเรงปฏิกิริยาเนื้อผสม หมายถึง ตัวเรงปฏิกิริยาและสารตั้งตนอยูในสถานะตางกัน เชนปฏิกิริยาระหวางแกสไฮโดรเจน กับ แกสออกซิเจน ไดผลิตภัณฑเปนน้ํา ดังน้ี H2(g) + O2(g) Pt 2H2O มี Pt เปนตัวเรงปฏิกิริย การเปรียบเทียบปฏิกิริยาท่ีมีตัวเรงปฏิกิริยาและไมมีตัวเรงปฏิกิริยา C2H2(g) + H2(g) C2H6(g) เกิดชา C2H2(g) + H2(g) + Pt(s) C2H6(g) + Pt(s) เกิดเร็ว ผลของตัวเรงปฏิกิริยาที่มีตอปฏิกิริยาเคมี ตัวเรงปฏิกิริยาท่ีใสลงไปชวยใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น เน่ืองจากตัวเรงปฏิกิริยาจะเขาไปชวยใหพลังงานกอกัมมันตลดลง ดังน้ันจะเกิดปฏิกิริยาไดงายขึ้น เพราะเม่ือพลังงานกอกัมมันตลดลงมีผลทําใหจํานวนอนุภาคท่ีมีพลังงานสูงพอเพ่ิมมากขึ้น การชนท่ีเปนผลสําเร็จจึงมากขึ้น หรืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเพ่ิมขึ้น

Ea1

Ea2 ∆H

พลังงาน

การดําเนินไปของ


วิธีการลดพลังงานกอกัมมันตของตัวเรงปฏิกิริยา อาจเกิดขึ้นโดยวิธีตอไปนี้ ตัวเรงปฏิกิริยาจะเขารวมกับสารตั้งตนกลายเปนสารใหม เพ่ือทําใหโมเลกุลของสารมีความวองไวในการเกิดปฏิกิริยามากขึ้น ตัวเรงปฏิกิริยาทําหนาท่ีดูดซับสารตั้งตนไวท่ีผิวในรูปท่ีวองไวในการเกิดปฏิกิริยา กรณีน้ี สารต้ังตนอยูในสถานะแกส สวนตัวเรงปฏิกิริยาอยูในสถานะของแข็ง หรือเปนตัวเรงปฏิกิริยาเน้ือผสมนั่นเอง ตัวเรงปฏิกิริยาทําหนาท่ีดูดซับสารตั้งตนไวท่ีผิว และทําใหสารต้ังตนมีพันธะภายในโมเลกุลออนลง โมเลกุลของสารตั้งตนจึงสลายตัวหรือเกิดปฏิกิริยาไดงายขึ้น (พลังงานกอกัมมันตลดลง) จึงเกิดปฏิกิริยาไดเร็วขึ้น ตัวหนวงปฏิกิริยา ตัวหนวงปฏิกิริยา คือ สารท่ีเติมลงไปแลวทําใหปฏิกิริยาเกิดชาลง หรือลดลง เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาสารนั้นก็จะคืนมาเหมือนเดิม มวลคงท่ี แตสมบัติทางกายภาพอาจจะเปลี่ยน เชน ขนาด รูปราง ไดแก ปฏิกิริยาการสลาย H2O2 จะเกิดชาถาเติมฟอสเฟต -3

4PO เปนตัวหนวงปฏิกิริยาไมใหเกิด H2O และ O2 เร็ว ดังน้ี

H2O2(l) -3

4PO H2O(l) + 21 O2(g) , -3

4PO เปนตัวหนวงปฏิกิริยาใหเกิดชาลง ผลของตัวหนวงปฏิกิริยาที่มีตอปฏิกิริยาเคมี ตัวหนวงปฏิกิริยาชวยทําใหปฏิกิริยาเคมีเกิดชาลง เน่ืองจากจะไปทําใหพลังงานกอกัมมันตเพ่ิมขึ้น ดังน้ันอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงชาลง ดังรูป ***ตัวเรงปฏิกิริยาไมมีผลตอคาความรอนของปฏิกิริยา (∆H) ท่ีดูดหรือคายออกมา c และเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาจะตองไดตัวเรงปฏิกิริยา และตัวหนวงปฏิกิริยา คืนกลับมา*** e. ธรรมชาติของสารต้ังตน สารตางชนิดกันจะทําปฏิกิริยาเคมีไดเร็วหรือชาตางกันขึ้นอยูกับสมบัติขิงสารแตละชนิด ตัวอยางเชน โลหะโซเดียมทําปฏิกิริยากับน้ําเย็นไดเร็วมาก และเกิดปฏิกิริยารุนแรงในขณะที่โลหะแมกนีเซียมทําปฏิกิริยากับ นํ้าเย็นไดชาแตเกิดไดเร็วขึ้นเมื่อใชนํ้ารอน ท่ีเปนเชนนี้เพราะวาโลหะโซเดียมมีความวองไวในการเกิดปฏิกิริยาไดดีกวาโลหะแมกนีเซียม

Ea1Ea2∆H

พลังงาน

การดําเนินไปของปฏิกิริยา


f. ความดันสําหรับปฏิกิริยาของกาซ

กระบอกฉีดปด

เพิ่มความดัน

ปฏิกิริยาท่ีมีสารต้ังตนอยางในสถานะกาซ เมื่อเพ่ิมความดันโดยการลดปริมาตรทําใหปฏิกิริยาเคมีเกิดไดเร็วขึ้น เพราะการเพ่ิมความดันโดยการลดปริมาตรทําใหอนุภาคของสารตั้งตนท่ีอยูในสถานะกาซอยูชิดกันมากขึ้น (มีความเขมขนมากขึ้น) จึงชนกันดวยความถี่สูงขึ้น ในทางตรงกันขาม ถาลดความดันเพ่ิมปริมาตร ทําใหปฏิกิริยาเคมีเกิดชาลง เพราะการลดความดันโดยการเพ่ิมปริมาตร ทําใหอนุภาคของสารตั้งตนท่ีอยูในสถานะกาซอยูหางกันมากขึ้น (มีความเขมขนลดลง) จึงชนกันดวยความถี่ลดลง


สมดุลเคมี การเปลี่ยนแปลงที่ทําใหเกิดสมดุล 1. สมดุลของการเปลี่ยนสถานะ เชน การเปลี่ยนสถานะของไอโอดีน (I2) จะมีการระเหิดและการตกผลึกเกิดขึ้นพรอมๆ กัน ดังสมการ I2(s) I2(g) สีมวงเขม สีมวงแดง 2. สมดุลของการละลาย เกิดในสารละลายที่อิ่มตัว หรือสารท่ีละลายไดยาก จะมีการละลายและการตกผลึกเกิดขึ้นพรอมๆ กันดังสมการ C12H22O11(s) C12H22O11(aq) 3. สมดุลของการเกิดปฏิกิริยาเคมี เกิดกับปฏิกิริยาท่ีผันกลับได ซ่ึงโดยท่ัวไปมีคุณสมบัติดังน้ี 1. เกิดในระบบปด 2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนา เทากับ อัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับ 3. สมบัติของระบบจะตองคงท่ี 4. เปนสมดุลไดนามิก 5. สารทุกตัวในระบบตองอยูครบ ไมวาปฏิกิริยาจะเกิดนานเพียงใดก็ตาม 6. ระบบสามารถเขาสูสมดุลไดจากการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนา หรือ ยอนกลับก็ได 7. ท่ีภาวะสมดุล ความเขมขนของสารทุกตัวในระบบจะตองคงท่ี แตไมจําเปนตองเทากัน กราฟของปฏิกิริยาที่ผันกลับได 1. กราฟของอัตราการเกิดปฏิกิริยา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับ

เวลา

อัตราการเกิดปฏิกิริยา

2. กราฟของปริมาณสารตั้งตนและสารผลิตภัณฑ

สารต้ังตนผลิตภัณฑ

เวลา

ปริมาณสาร

สารต้ังตน

ผลิตภัณฑ

เวลา


สารต้ังตนผลิตภัณฑ

เวลา



คาคงที่สมดุล กําหนดสมการทั่วไปดังน้ี aA + bB cC + dD คาคงท่ีสมดุลคืออัตราสวนระหวางผลคูณความเขมขนของผลิตภัณฑกับผลคูณความเขมขนของสารตั้งตน เมื่อความเขมขนของแตละสารมีเลขยกกําลังเทากับเลขสัมประสิทธ์ิแสดงจํานวนโมลของสารนั้นในสมการเคมีท่ีสมดุลแลว ดังสมการ

Kc = badc

[B][A][D][C]

*** คา K ขึ้นอยูกับอุณหภูมิ ทุกครั้งท่ีบอกคา K ตองบอกอุณหภูมิดวย เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป คา K จะเปลี่ยนไป ในกรณีท่ีสารในปฏิกิริยามีแกสเขามาเก่ียวของ เราสามารถเขียนคาคงท่ีสมดุลในรูปความดัน (Kp ) เขียนไดดังน้ี

Kp = bB

aA

dD

cCPPPP

ความสัมพันธระหวาง Kp กับ Kc จากกฎของแกสสมบูรณ PV = nRT ; P = (n/V)RT เมื่อ n/V คือ จํานวนโมลตอปริมาตร หมายถึงความเขมขน ดังน้ัน PA = [A]RT PB = [B]RT PC = [C]RT PD = [D]RT เมื่อแทนคาความดันลงในสมการ Kp ไดความสัมพันธดังน้ี Kp = Kc(RT)∆n สมดุลของการละลาย AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Ksp = [Ag+][Cl-] คาคงที่สมดุลเชิงคณิตศาสตร 1. การนําสมการมาบวกกัน ใหนําคาคงท่ีสมดุลมาคูณกัน 2. การกลับสมการ ใหนําคาคงท่ีสมดุลกลับเศษเปนสวนและกลับสวนเปนเศษ 3. การนําคาคงท่ีคูณท้ังสมการ ใหนําคาคงท่ีน้ันไปยกกําลังคาคงท่ีสมดุล องคประกอบที่มีผลตอสมดุลเคมี สิ่งท่ีทําใหสมดุลของระบบเปลี่ยนแปลงคือ 1. ความเขมขน 2. อุณหภูมิ 3. ความดัน 4. การเติมกาซเฉื่อย 5. การเติมตัวเรงปฏิกิริยา


หลักของเลอชาเตอลิเอ (Le Chatelier’s Principle) กลาววา “เมื่อระบบอยูในสมดุล ถาสภาวะของระบบเปลี่ยนไป ระบบจะมีการกระทําไปในทิศทางท่ีจะทําใหภาวะสมดุลกลับคืน” หรือ “เมื่อมีสิ่งท่ีมีผลตอสมดุล (ความเขมขน อุณหภูมิหรือความดัน) มารบกวนระบบที่อยู ณ ภาวะสมดุล จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงขามกับสิ่งรบกวนนั้น เพ่ือท่ีจะเกิดสมดุลใหมตอไป” ซ่ึงหลักน้ีมีความสําคัญตอสมดุลเคมีเปนอยางมาก ถูกนํามาใชเสมอเพ่ืออธิบายการเปลี่ยนแปลงตางๆ ท่ีเก่ียวกับสมดุลเมื่อไดรับอิทธิพลบางอยางจากนอกระบบ และชวยในการทํานายวาปฏิกิริยาจะดําเนินไปในทางใด ในกระบวนการอุตสาหกรรมหลายชนิด ใชหลักน้ีในการเลือกสภาวะที่ควรปฏิบัติเพ่ือใหไดผลผลิตมากท่ีสุด pH กับสภาพการละลาย สภาพการละลายของสารหลายชนิดขึ้นอยูกับ pH ของสารละลายดวย เชน สมดุลการละลายของ Mg(OH)2 ดังสมการ Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq) ถาเติม OH- ลงไป (ทําให pH สูงขึ้น) สมดุลจะเคลื่อนจากขวาไปซาย และทําให Mg(OH)2 ละลายไดนอยลง ในทางตรงกันขาม การเติม H+ (ทําให pH ลดลง) สมดุลจะเคลื่อนจากซายไปขวา และทําให Mg(OH)2 ละลายไดมากขึ้น ดังน้ันเบสที่ไมละลายในน้ําจะละลายไดในกรด และกรดท่ีไมละลายในน้ําจะละลายไดในเบส การเปลี่ยนแปลงความเขมขน เมื่อเพ่ิมความเขมขนของตัวทําปฏิกิริยาในขณะที่ระบบอยูในสมดุล สมดุลจะเลื่อนไปทางขวาคือไดผลปฏิกิริยามากขึ้น การลดความเขมขนของผลผลิตก็จะใหผลทํานองเดียวกัน คือสมดุลจะเลื่อนไปทางขวา จากสมการ A + B C + D ตัวอยาง ถาเพิ่มความเขมขนของ A ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ สมดุลจะปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางลดความเขมขนของ A คือ สมดุลจะเลื่อนไปทางขวาหรือเปลี่ยนจากซายไปขวา จึงเกิดปฏิกิริยาไปขางหนามากขึ้น และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของสาร A จะเพ่ิมขึ้นเพราะเราเพ่ิมความเขมขนของ A ความเขมขนของสาร B จะลดลง เพราะ B ทําปฏิกิริยากับ A เพ่ือใหสมดุลเลื่อนไปทางขวา ความเขมขนของสาร C และ D จะเพ่ิมขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม หมายเหตุ 1. ถาเพ่ิมความเขมขนของสารใด สารน้ันจะเพ่ิมเสมอ เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม 2. ถาลดความเขมขนของสารใด สารน้ันจะลดเสมอ เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ผลของอุณหภูมิตอภาวะสมดุล แยกพิจารณาออกเปน 2 กรณี กรณีที่ 1 : ถาเปนปฏิกิริยาคายความรอน (หมายถึงปฏิกิริยาไปขางหนาคายความรอน ปฏิกิริยายอนกลับดูดความรอน บอกดวย

สัญลักษณ -∆H) A + B C + D + energy A + B C + D ; ∆H = -34.2 kJ


ก) เมื่อเพ่ิมอุณหภูมิ (หรือใหความรอนแกระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางลดความรอนของระบบ ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางดูดความรอนคือสมดุลจากเลื่อนไปทางซาย หรือเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ปริมาณของสารตั้งตนจะเพ่ิมขึ้น (A และ B เพ่ิม) ปริมาณของสารผลิตภัณฑลดลง (C และ D ลดลง) สงผลใหคาคงท่ีของสมดุลลดลงและอัตราเร็วของปฏิกิริยานี้จะเพ่ิมขึ้นเพราะอุณหภูมิเพ่ิมสูงขึ้น ข) เมื่อลดอุณหภูมิ (หรือการลดความรอนของระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันขามกับการเพ่ิมอุณหภูมิ คือสมดุลเลื่อนไปทางขวา หรือเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของ A และ B ลดลง สวนความเขมขนของ C และ D เพ่ิมขึ้น สงผลใหคาคงท่ีของสมดุลเพ่ิมขึ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลงเนื่องจากอุณหภูมิลดลง กรณีที่ 2 : ถาเปนปฏิกิริยาดูดความรอน (หมายถึงปฏิกิริยาไปขางหนาดูดความรอน ปฏิกิริยายอนกลับคายความรอน บอกดวย

สัญลักษณ ∆H) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะเกิดตรงขามกับกรณีท่ี 1 A + B + energy C + D A + B C + D ; ∆H = 57.1 kJ ก) เมื่อเพ่ิมอุณหภูมิ (หรือใหความรอนแกระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางลดความรอนของระบบ ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางดูดความรอนคือสมดุลจากเลื่อนไปทางขวา หรือเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ปริมาณของสารผลิตภัณฑจะเพ่ิมขึ้น (C และ D เพ่ิม) ปริมาณของสารตั้งตนลดลง (A และ B ลดลง) สงผลใหคาคงท่ีของสมดุลเพ่ิมขึ้นและอัตราเร็วของปฏิกิริยานี้ จะเพ่ิมขึ้นเพราะอุณหภูมิเพ่ิมสูงขึ้น ข) เมื่อลดอุณหภูมิ (หรือการลดความรอนของระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันขามกับการเพ่ิมอุณหภูมิ คือสมดุลเลื่อนไปทางซาย หรือเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของ A และ B เพ่ิม สวนความเขมขนของ C และ D ลดลง สงผลใหคาคงท่ีของสมดุลลดลงและอัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลงเนื่องจากอุณหภูมิลดลง ***การเพิ่มอุณหภูมิไมวาเปนปฏิกิริยาดูดหรือคายความรอน อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเสมอ***


การเปลี่ยนแปลงความดัน ตามปกติการเปลี่ยนแปลงความดันมักไมมีผลตอความเขมขนของสารในสถานะควบแนน (เชนในสารละลายที่มีนํ้าเปนตัวทําละลาย) เน่ืองจากของเหลวและของแข็ง มีปริมาตรท่ีคอนขางคงท่ีแตความเขมขนของกาซนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงไปไดมากเมื่อความดันเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงความดันจะมีผลตอภาวะสมดุลอยางไรน้ัน จะพิจารณาเปน 3 กรณี ไดแก กรณีที่ 1 : จํานวนโมลของกาซสารตั้งตน เทากับ จํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ กรณีน้ีเน่ืองจากจํานวนโมลของกาซตั้งตนเทากับจํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ การปลี่ยนแปลงความดัน จะไมมีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กรณีที่ 2 : จํานวนโมลของกาซสารตั้งตน มากกวา จํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ เมื่อเพ่ิมความดันใหแกระบบ ระบบก็จะปรับตัวใหเขาสูสมดุลใหมโดยการลดความดัน จาก PV = nRT เมื่อ n มาก P ก็มาก และเมื่อ n นอย P ก็นอย ดังน้ันเมื่อเพ่ิมความดันโดยการลดปริมาตร จะทําใหจํานวนโมลของสารตอปริมาตรในระบบเพิ่มมากขึ้น ระบบจึงพยายามปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางลดความดันหรือลดจํานวนโมลของสารในระบบตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ดังน้ันสมดุลจะเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ปริมาณสารตั้งตนจะลดลง และปริมาณของสารผลิตภัณฑจะเพ่ิมขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม เมื่อลดความดันของระบบโดยการเพิ่มปริมาตร จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงขามกับการเพ่ิมความดัน คือ จํานวนโมลของสารตอปริมาตรในระบบนอยลง ระบบจึงพยายามปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางเพ่ิมความดันหรือเพ่ิมจํานวนโมลของสารในระบบตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ดังน้ัน สมดุลจะเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ปริมาณสารตั้งตนจะเพ่ิมขึ้นและปริมาณของสารผลิตภัณฑจะลดลง กรณีที่ 3 : จํานวนโมลของกาซสารตั้งตนนอยกวาจํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ การเพ่ิมและลดความดัน ไดผลตรงขามกับกรณีท่ี 2 การเติมกาซเฉื่อย การเติมกาซเฉื่อย (กาซท่ีไมทําปฏิกิริยากับสารอื่นๆ) เขาไปในระบบของกาซใดๆ ซ่ึงทําปฏิกิริยากันจนเขาสูสภาวะสมดุลแลว จะมีผลทําใหความดันท้ังหมดภายในระบบเพิ่มขึ้น แตจะไมทําใหความดันยอยหรือความเขมขนของสารใดสารหนึ่งเปลี่ยนแปลง ความดันท่ีเพ่ิมขึ้นจึงไมมีผลตอตําแหนงของสภาวะสมดุล การเติมตัวเรงปฏิกิริยา เราทราบจากการศึกษาเรื่องอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีแลววา ตัวเรงปฏิกิริยาจะทําใหพลังงานกระตุนของปฏิกิริยาลดต่ําลง ปฏิกิริยาจึงเกิดไดเร็วขึ้น ดังน้ันตัวเรงปฏิกิริยาจึงสงผลตอการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยา แตจะไมมีผลตอคาคงท่ีของสมดุล เพราะการเติมตัวเรงปฏิกิริยาลงไปในปฏิกิริยา จะชวยใหอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาและอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับเกิดเร็วขึ้น ปฏิกิริยาจึงดําเนินเขาสูสภาวะสมดุลไดเร็วขึ้นเทาน้ัน แตจะไมมีผลตอความเขมขนของสารตางๆ ท่ีสภาวะสมดุลเลย คาคงท่ีของสมดุลจึงยังคงเทาเดิม ถาอุณหภูมิคงท่ี


กรด-เบส สารละลายอิเล็กโทรไลต สารละลายอิเล็กโทรไลต คือ สารละลายที่สามารถนําไฟฟาไดเพราะแตกตัวเปนไอออนได มี 2 ชนิด - สารละลายอิเล็กโทรไลตแก สามารถเกิดการแตกตัวไดท้ังหมด - สารละลายอิเล็กโทรไลตออน สามารถเกิดการแตกตัวไดเพียงบางสวน ทฤษฎีกรด-เบส 1. อารเรเนียส (Arrhenius) กรด - สารท่ีละลายน้ําแลวให H+ เบส - สารท่ีละลายน้ําแลวให OH- HCOOH + H2O H3O+ + HCOO- KOH + H2O K+ + OH- 2. เบรินสเตด-เลาวรี (Bronsted-Lowry) กรด - สารท่ีให H+ แกสารอื่น เบส - สารท่ีรับ H+ มาจากสารอื่น 3. ลิวอิส (Lewis) กรด - สารท่ีรับคู e- จากสารอื่น เบส - สารท่ีใหคู e- กับสารอื่น

เชน

สมบัติทั่วไปของสารละลายกรดและสารละลายเบส

สารละลายกรด สารละลายเบส 1. เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีน้ําเงินเปนสีแดง 2. บางชนิดมีรสเปรี้ยว มีฤทธิ์กัดกรอน 3. ทําปฏิกิริยากับโลหะใหกาซ H2 เชน Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 4. ทําปฏิกิริยากับสารละลายเบส ไดเกลือกับน้ํา 5. ทําปฏิกิริยากับเกลือคารบอเนต หรือ ไฮโดรเจนคารบอเนต ไดแกส CO2 เชน CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O 6. นําไฟฟาได

1. เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีแดงเปนสีน้ําเงิน 2. มีรสฝาดหรือขม ลื่นมือคลายสบู 3. สวนใหญไมทําปฏิกิริยากับโลหะ ที่อุณหภูมิปกติ 4. ทําปฏิกิริยากับสารละลายกรด ไดเกลือกับน้ํา 5. ตมกับสารละลายเกลือแอมโมเนียม ( +

4NH ) จะได แกส แอมโมเนีย เชน NH4Cl + NaOH NaCl + H2O + NH3 6. นําไฟฟาได


Amphiprotic เปนสารท่ีทําหนาท่ีไดท้ังกรดและเบส

-HS -OH

+H SH2

-22 S SH +

OH2

-OH

+H-4HPO

คูกรด-เบส CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO-

กรด 1 เบส 2 คูกรด 2 คูเบส 1 การแตกตัวของกรด-เบส • แบงตามความแรงในการแตกตัว - กรดแก หรือเบสแก HCl H+ + Cl- ไมเกิดสมดุล หาคา Kaไมได - กรดออน หรือเบสออน • แบงตามความสามารถในการแตกตัวให H+ - กรดโมโนโปรติก ไดแก กรดท่ีสามารถแตกตัวได H+ 1 ครั้ง - กรดไดโปรติก ไดแก กรดท่ีสามารถแตกตัวได H+ 2 ครั้ง - กรดไตรโปรติก ไดแก กรดท่ีสามารถแตกตัวได H+ 3 ครั้ง • แบงตามแหลงกําเนิด - กรดอินทรีย คือกรดท่ีไดจากส่ิงมีชีวิต RCOOH - กรดอนินทรีย คือกรดท่ีไดจากส่ิงไมมีชีวิต กรดไฮโดร กรดท่ีมีสูตรโมเลกุลเปน HyAy กรดออกซี กรดท่ีมีสูตรโมเลกุลเปน HxAOy หลักการพิจารณาความแรงของกรดและเบส 1. กรด 2 ธาตุ ความแรงจะเพ่ิมขึ้นจากบนลงลาง HF < HCl < HBr < HI 2. กรด 2 ธาตุ ความแรงจะเพ่ิมขึ้นจากซายไปขวา CH4 < NH3 < H2O < HF 3. กรด 3 ธาตุ ชนิดเดียวกัน ถาอะตอมกลางมีเลขออกซิเดชันมาก จะมีความแรงมาก หรือกรดท่ีมีอะตอมออกซิเจนมาก จะมีความแรงมาก HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4


4. กรด 3 ธาตุ ท่ีอยูหมูเดียวกัน อะตอมกลางมีเลขออกซิเดชันเทากัน ขนาดเล็กจะมี ความแรงมาก HNO3 > H3PO4 > H3AsO4 5. เบสหมูเดียวกันความแรงจะเพิ่มขึ้นจากบนลงลาง LiOH < NaOH < KOH 6. เบสคาบเดียวกัน ความแรงจะลดลงจากซายไปขวา

NaOH > Mg(OH)2 > Al(OH)3 กรดแก-เบสแก กรดแก (Strong acid) HClO4, HClO3, HI, HBr, HCl, HNO3, H2SO4 เบสแก (Strong base) LiOH, NaOH, KOH, CsOH, RbOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2 คาคงท่ีสมดุลการแตกตัวของกรด-เบสออน กรดออน HA + H2O H3O+ + A-

Ka = [HA]]][AO[H3

-+

เบสออน B- + H2O OH- + HB

Kb = ][B

][HB][OH-

-

การแตกตัวของน้ํา จากสมการ H2O + H2O H3O+ + OH- Kw = [H3O+][OH-] = 1.0 × 10-14 ท่ี 25°C

เปอรเซ็นตการแตกตัว = [HA]]O[H3

+

× 100 หรือ ][B][OH

--

× 100 การคํานวณเก่ียวกับการแตกตัวของกรด-เบสออน 1. พิจารณาสมการเคมี ดุลสมการเคมีใหเรียบรอย 2. พิจารณาตัวกําหนดปฏิกิริยาและแสดงแผนภาพมี-ใช-เหลือ (สมดุล) 3. ใหการเปลี่ยนแปลงที่เกิดเปน x และเขียนตัวแปรการเปลี่ยนแปลง 4. พิจารณาคาคงท่ี หาคาตัวแปร x จากน้ันนําไปคา x ท่ีไดไปคํานวณเพ่ือหาคําตอบ ความสัมพันธของสารที่เปนคูกรด-เบสกัน Ka × Kb = Kw ใชสําหรับสารที่เปนคูกรด-คูเบส เทาน้ัน คา Kw เปนคาคงท่ี ผลคูณของไอออนของน้ําและจากการทดลองพบวามีคา 1.0 × 10-14 คา Kw ท่ีเราใชในการคํานวณโดยท่ัวไปจะคิดท่ี 25°C


pH ของสารละลาย pH = -log [H3O+] pOH = -log [OH-] pH + pOH = 14 <-------------- เปนจริงเสมอ เกลือและปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสของเกลือ กรดและเบสทําปฏิกิริยาสะเทินไดผลิตภัณฑคือ เกลือท่ีสามารถเกิดไฮโดรไลซิสและน้ํา กรณีที่ 1 เกลือที่เกิดจากกรดออนกับเบสแก เกลือท่ีเกิดขึ้นจะมีสมบัติเปนเบส (OH-) กรณีที่ 2 เกลือที่เกิดจากกรดแกกับเบสออน เกลือท่ีเกิดขึ้นจะมีสมบัติเปนกรด (H3O+) กรณีที่ 3 เกลือที่เกิดจากกรดออนกับเบสออน ตองพิจารณา Ka ของกรดและ Kb ของเบสที่เกิดจาก ถา Ka > Kb จะเปน เกลือท่ีมีสมบัติกรด ถา Ka < Kb จะเปน เกลือท่ีมีสมบัติเบส ถา Ka = Kb จะเปน เกลือท่ีมีสมบัติกลาง กรณีที่ 4 เกลือที่เกิดจากกรดแกกับเบสแก เกลือท่ีเกิดขึ้นจะมีสมบัติเปนกลาง บัฟเฟอร สารละลายบัฟเฟอร คือ สารละลายที่มีความสามารถควบคุม pH ใหคงท่ีได เมื่อเติมกรดหรือเบส ลงเล็กนอย มี 2 ชนิด ไดแก ชนิดที่ 1 บัฟเฟอรที่ไดจาก กรดออน ผสมกับ เกลือของกรดออนนั้น

[H3O+] = [กรด][เกลือ]

⋅ Ka

และ pH = -log Ka - log [กรด][เกลือ]

เนื่องจาก -log Ka = pKa

pH = pKa - log [กรด][เกลือ]


ชนิดที่ 2 บัฟเฟอรที่ไดจาก เบสออน ผสมกับ เกลือของเบสออนนั้น

[OH-] = [กรด][เกลือ]

⋅ Kb

และ pOH = -log Kb - log [กรด][เกลือ]

เนื่องจาก -log Kb = pKb

pOH = pKb - log [กรด][เกลือ]

การคํานวณเก่ียวกับปฏิกิริยากรดเบส กรณีที่ 1 หากกรดกับเบสทําปฏิกิริยากันหมดพอดี สูตร acava = bcbvb ใชหาปริมาณกรด หรือ เบส ท่ีทําปฏิกิริยากันหมดพอดี a คือ จํานวน H+ ในกรด b คือ จํานวน OH- ในเบส ca คือ ความเขมขนกรด (โมลตอลิตร) cb คือ ความเขมขนเบส (โมลตอลิตร) va คือ ปริมาตรกรด (cm3) vb คือ ปริมาตรเบส (cm3) กรณีที่ 2 เมื่อเหลือกรดแกหรือเบสแก

หากเหลือกรดแก [H3O+] = รวม

bbaav

vbcvac -

หากเหลือเบสแก [OH-] = รวม

aabbv

vacvbc - กรณีที่ 3 เมื่อเหลือกรดออนหรือเบสออน

[กรดท่ีเหลือ] = รวม

bbaaav

vbcvac -

[H3O+] = [กรด][เกลือ]

⋅ Ka

pH = pKb - log [กรด][เกลือ]

“สมการ Henderson-Hasselbalch”

หากเหลือกรดออน จะไดสารละลายบัพเฟอร [เบสที่เหลือ] =

รวมaabb

bvvacvbc -

[OH-] = [กรด][เกลือ]

⋅ Kb

pOH = pKb - log [กรด][เกลือ]

หากเหลือเบสออน จะไดสารละลายบัพเฟอร


อินดิเคเตอร อินดิเคเตอร เปนสารอินทรียพวกสียอม จะเปลี่ยนสีเมื่อความเขมขนของ H+ หรือ pH เปลี่ยนไปจัดเปนสารจําพวก กรด-เบส ซ่ึงรูปกรดและรูปเบสจะมีสีตางกัน เชน ลิตมัสรูปกรด สีแดงรูปเบส สีน้ําเงิน HIn + H2O H3O+ + In-

รูปกรด รูปเบส ดังน้ัน คาคงท่ีการแตกตัวของอินดิเคเตอร (KIn) จึงสามารถเขียนไดในรูปของสมการตอไปนี้

KIn = [HIn]]][In[H -+

การแสดงสีของอินดิเคเตอร

อัตราสวนความเขมขน สีที่แสดง

][In[HIn]

- > 10 สีของ HIn

][In[HIn]

- < 10 สีของ In-

][In[HIn]

- ≈ 10 สีผสม ชวงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอรสําหรับระบบกรด-เบส pH range = pKIn ± 1 ชนิดของอินดิเคเตอร


การไทเทรต การไทเทรต เปนกระบวนการหาความเขมขนหรือปริมาณของสาร สารละลายมาตรฐาน (Standard Solution) คือ สารท่ีทราบความเขมขนท่ีแนนอน บิวเรต (Buret) คือ อุปกรณสําหรับไทเทรต ไทแทรนท (Titrant) คือ สารละลายที่ทราบความเขมขนแนนอนที่บรรจุในบิวเรต จุดยุติ (End Point) คือ จุดท่ีอินดิเคเตอรเปลี่ยนสี จุดสมมูล (Equivalent Point) คือ จุดท่ีสารทําปฏิกิริยากันพอดี

การไทเทรตกรด-เบส (Acid-Base Titration) ในระบบตางๆ การไทเทรต คือ วิธีการาปริมาตรของสารละลายมาตรฐานที่ทราบความเขมขนแนนอนใหทําปฏิกิริยาพอดีกับสารละลายอื่นท่ียังไมทราบความเขมขน เพ่ือนําคาปริมาตรท่ีไดมาคํานวณหาความเขมขนของสารละลายอื่นนั้น ซ่ึงจุดท่ีสารท้ังสองทําปฏิกิริยาพอดีกัน เรียกวา จุดสมมูล สวนการหาจุดสมมูลนั้นสามารถหาไดโดยการใชอินดิเคเตอรซ่ึงเราเรียก ณ จุดท่ีหยุดทําการไทเทรตวา จุดยุติ ซ่ึงในทางทฤษฎีน้ันเราตองการใหจุดสมมูลและจุดยุติน้ันเปนจุดเดียวกัน แตในทางปฏิบัติจริงน้ันอาจจะไดคาท่ีใกลเคียงกันเทาน้ัน 1. การไทเทรตกรดแกกับเบสแก


2. การไทเทรตกรดแกกับเบสออน

ปริมาตรของ HCl ที่เติม (mL) 3. การไทเทรตกรดออนกับเบสแก

ปริมาตรของ NaOH ที่เติม (mL) 4. การไทเทรตกรดออนกับเบสออน การไทเทรตระหวางกรดออนกับเบสออน จุดยุติของสารละลายจะกวาง ดังน้ันจึงไมนิยมทําการไทเทรตระหวางกรดออนกับเบสออน 5. การไทเทรตกรดโพลีโปรติกกับเบสแก

pH

pH


ไฟฟาเคมี

ไฟฟาเคมี (Electrochemistry) คือ การใชไฟฟาชวยใหเกิดปฏิกิริยาเคมี หรือการเปลี่ยนปฏิกิริยาทางเคมีใหเกิดกระแสไฟฟา ปฏิกิริยาไฟฟาเคมี (Electrochemical Reaction) เปนปฏิกิริยาท่ีเก่ียวกับการถายโอนอิเล็กตรอนโดยเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเปนไฟฟา หรือใหกระแสไฟฟาแลวทําใหเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยารีดอกซ (Redox reaction/Oxidation - Reduction Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาท่ีเก่ียวกับการถายโอนอิเล็กตรอน จะตองประกอบดวยปฏิกิริยายอย 2 ชนิด คือ 1. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน - ปฏิกิริยาท่ีมีการเสียอิเล็กตรอน - ทําใหสารท่ีเสียอิเล็กตรอน มีเลขออกซิเดชันเพ่ิมขึ้น - สารท่ีเสียอิเล็กตรอนใหสารอื่น เรียกวาตัวรีดิวซ หรือตัวถูกออกซิไดซ

Cu(s) Cu2+(aq) + 2e- 2. ปฏิกิริยารีดักชัน - ปฏิกิริยาท่ีมีการรับอิเล็กตรอน - สารท่ีรับอิเล็กตรอน จะมีเลขออกซิเดชันลดลง - สารท่ีรับอิเล็กตรอนจากสารอื่น เรียกวาตัวออกซิไดซ หรือ ตัวถูกรีดิวซ

Ag+(aq) + e- Ag(s)


เลขออกซิเดชัน เลขออกซิเดชัน เปนเลขท่ีใชแสดงประจุไฟฟาสมมติของอะตอมในธาตุสารประกอบ หรือไอออนของสาร ทุกชนิด ซ่ึงอาจมีคาเปนศูนย เปนบวก เปนลบ หรือเปนเศษสวนก็ได การหาคาเลขออกซิเดชันสามารถทําได 2 วิธี คือ 1. ใชหลักการหาคาเลขออกซิเดชัน 2. วาดโครงสรางแบบจุด หลักการหาคาเลขออกซิเดชัน 1. เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระทุกชนิดจะมีคาเปน ศูนย เชน Li, Be, Fe, H2, O2, O3, S8, P4 2. เลขออกซิเดชันของธาตุหมู 1 ในสารประกอบทุกชนิด จะมีคาเปน +1 เสมอ 3. เลขออกซิเดชันของธาตุหมู 2 ทุกชนิดในสารประกอบ จะมีคาเปน +2 เสมอ 4. ธาตุท่ีมักมีเลขออกซิเดชันไดคาเดียวเสมอไดแก Al = +3, Sc = +3, Zn = +2, Ag = +1, Cd = +2, F = -1 5. ผลรวมของเลขออกซิเดชันของทุกอะตอมในสารประกอบจะมีคาเปนศูนย เชน NH3, H2O, KCl 6. ผลรวมของเลขออกซิเดชันของทุกอะตอม ในไอออน จะเทากับประจุท่ีแสดงนั้น เชน +

4NH , -24SO ,

-23CO , -3

4PO , OH-, -3NO , CN-, -

2NO , -24CrO , -2

7CrO , -4MnO

7. เลขออกซิเดชันของธาตุท่ีเปนไอออน จะเทากับประจุ ท่ีแสดงนั้น เชน Fe2+, Fe3+, Cl-, Na+, Br- 8. ธาตุ H โดยทั่วไปจะมีเลขออกซิเดชันเปน +1 ยกเวนในสารประกอบไฮไดรด จะมีคาเปน -1 เชน NaH, CaH2, AlH3, LiAlH4 9. ธาตุ O โดยทั่วไปจะมีเลขออกซิเดชันเปน -2 ยกเวน ในสารประกอบเปอรออกไซด จะมีคาเปน -1 เชน H2O2, Na2O2, BaO2 ในสารประกอบซุปเปอรออกไซด จะมีคาเปน - 2

1 เชน KO2, NaO2

ในสารประกอบ OF2 เปนกรณีเดียวท่ีออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเปน +2 10. ธาตุหมู 5, 6, 7 โดยทั่วไปจะมีเลขออกซิเดชันเปน -3, -2 และ -1 ตามลําดับ การดุลสมการรีดอกซ สามารถทําได 2 วิธี 1. ใชเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนคูณไขว 1. หาธาตุท่ีมี O.N. เปลี่ยนไปตอ 1 อะตอมของธาตุ 2. นําเลข O.N. ท่ีเปลี่ยนไปมาคูณไขว (เพ่ือใหจํานวน e- ท่ีถายเทเทากัน) 3. ดุลอะตอมของธาตุ (H กับ O ทําทีหลัง) 4. ถาทอนไดใหทอนเปนอัตราสวนอยางต่ํา


Ex. FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4 1. หาเลข O.N. ท่ีเปลี่ยนไปตอ 1 อะตอมของธาตุ

+33FeCl + 2SnCl

+22FeCl + 4SnCl

+2 +4-e1รับ

-e2เสีย 2. คูณไขวจํานวน e- ใหถายเทเทากัน 2FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4 3. ดุลสมการ 2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4 2. วิธีคร่ึงปฏิกิริยา 1. แยกสมการรีดอกซเปน 2 ปฏิกิริยายอย คือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน และปฏิกิริยารีดักชัน 2. ดุลประจุ 3. ดุลอะตอมอื่น 4. รวมสมการ 5. ตรวจเช็คความถูกตองครั้งสุดทาย Ex. I- + -

4MnO I2 + MnO2 แยกครึ่งปฏิกิริยา Oxidation : I- I2 ดุลอะตอม 2I- I2 ดุลประจุ 2I- I2 + 2e- Reduction : -

4MnO MnO2 Q อะตอมของ Mn ดุลแลว ∴ ดุล O โดยเติม H2O ดานขาด O เทากับจํานวนท่ีขาด O2 -

4MnO MnO2 + 2H2O เติม H+ ดานขาด H เทากับจํานวนท่ีขาด H -

4MnO MnO2 + 2H2O ∴ สารละลายเบสหามมีกรด ดังน้ันตองเติม OH- -

4MnO + 4H2O MnO2 + 2H2O + 4OH- หักลาง H2O -

4MnO + 2H2O MnO2 + 4OH- ดุลประจุ -

4MnO + 2H2O + 3e- MnO2 + 2H2O + 4OH- ทํา e- ท่ีถายเทใหเทากัน (โดยคูณไขวจํานวน e-)


Oxidation : 2I- I2 + 2e- ...(1) Reduction : -

4MnO + 2H2O + 3e- MnO2 + 4OH- ...(2) (1) × 3 จะได 6I- 3I2 + 6e- (2) × 2 จะได -

42MnO + 4H2O + 6e- 2MnO2 + 8OH- รวมสมการ 6e- + -

42MnO + 4H2O 3I2 + 2MnO2 + 8OH- เซลลไฟฟาเคมี เซลลไฟฟาเคมีท่ีเราคุนเคยในชีวิตประจําวันนั้น เปนแหลงกําเนิดพลังงานท่ีอาศัย ปฏิกิริยารีดอกซ ทําใหเกิดกระแสไฟฟา และ กระบวนการทางไฟฟาเคมีอีกชนิดหนึ่ง เกิดในทิศทางตรงขาม คือ อาศัยพลังงานไฟฟา มาชวยใหเกิดปฏิกิริยาทางเคมีข้ึน ดังน้ัน เซลลไฟฟาเคมี จึงสามารถแบงไดเปน 2 ชนิด

พลังงานเคมี(ปฏิกิริยาเคมี)

Galvanic Cell

Electrolytic Cellพลังงานไฟฟา(กระแสไฟฟา)

เซลลกัลวานิก เปนเซลลท่ีเปลี่ยนปฏิกิริยาเคมีไปเปนพลังงานไฟฟา ประกอบดวย 3 สวนท่ีสําคัญ คือ 1. ข้ัวไฟฟา (Electrode) 2. สะพานไอออน (Salt Bridge) 3. โวลตมิเตอร การเขียนแผนภาพเซลลกัลวานิก

สะพานเกลือ

ครึ่งเซลลออกซิเดชัน

ครึ่งเซลลรีดักชัน

(aq)Zn2+Zn(s) (aq)Cu2+ Cu(s)

แอโนด แคโทด


ศักยไฟฟาของเซลล และ ศักยไฟฟามาตรฐานของครึ่งเซลล การเปรียบเทียบ ระหวางครึ่งเซลลท่ีตองการ กับครึ่งเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน (25°C, 1 atm, 1 M) o

cellE = ocathodeE - o

anodeE ประโยชนของคา o

cellE o

cellE > 0 ปฏิกิริยาเกิดได o

cellE < 0 ปฏิกิริยาเกิดไมได (เกิดในทิศตรงขาม) o

cellE = 0 ปฏิกิริยาเกิดไมไดแนนอน เซลลเล็กโทรไลต เซลลท่ีเปลี่ยนพลังงานไฟฟา ใหเปนปฏิกิริยาทางเคมี โดยผานไฟฟากระแสตรงเขาไปยังระบบของสารเคมี ทําใหเกิดปฏิกิริยารีดอกซ เรียกกระบวนการเชนนี้วา อิเล็กโทรไลซิส ประโยชนของเซลลอิเล็กโทรไลต 1. การชุบโลหะ หลักการ 1. ช้ินงานไวดานแคโทด 2. โลหะที่จะมาเคลือบอยูดานแอโนด 3. สารละลายตองเปนตัวเดียวกันกับโลหะที่จะเคลือบนั้น 4. ใชกระแสตรง 5. ความเขมขนของสารละลาย ไมเปลี่ยนแปลง 2. การทําโลหะใหบริสุทธิ์ คลายกับการชุบโลหะแตตางกันตรงท่ี ดานแคโทดตองเปนโลหะที่บริสุทธ์ิ โลหะที่ไมบริสุทธ์ิเปนแอโนด ใชสารละลายที่มีไอออนของโลหะที่ตองการทําใหบริสุทธ์ิ และสารปนเปอนตัวอื่นๆ ตองมีความสามารถในการรับอิเล็กตรอนตางจากโลหะที่ตองการทําใหบริสุทธ์ิพอสมควร การแยกสารดวยกระแสไฟฟา พิจารณาจากสารท่ีอยูในสารละลายและที่ขั้วแอโนดและแคโทดวาสามารถเกิดปฏิกิริยาไดหรือไม โดยใชคา E° เปนเครื่องตัดสิน ยกตัวอยางเชน การแยกสารละลาย Na2SO4 ดังน้ี Na+ + e- Na E° = 2.71 V 2H2O + 2e- H2 + 2OH- E° = 0.83 V 2

1 -282OS + e- -2

4SO E° = 2.01 V

21 O2 + 2H+ + e- H2O E° = 1.23 V


ดานแอโนด (ขั้วบวก) : สารท่ีจะไปใหอิเล็กตรอนที่ขั้วแอโนดไดมี H2O และ -24SO

แตจากคา E° พบวา H2O ใหอิเล็กตรอนไดดีกวา ดังน้ัน ท่ีขั้วแอโนดเกิดปฏิกิริยาดังน้ี H2O 2

1 O2 + 2H+ + e-

ดานแคโทด (ขั้วลบ) : สารท่ีจะไปรับอิเล็กตรอนที่ขั้วแคโทดไดมี H2O และ Na+ แตจากคา E° พบวา H2O รับอิเล็กตรอนไดดีกวา ดังน้ัน ท่ีขั้วแคโทดเกิดปฏิกิริยาดังน้ี 2H2O + 2e- H2 + 2OH- ปฏิกิริยารวม H2O 2

1 O2 + H2 ประเภทของเซลลกัลวานิก 1. เซลลปฐมภูมิ คือเซลลท่ีสามารถนําไปใชไดทันทีโดยไมตองอัดไฟ เมื่อใชไฟหมดไมสามารถนํากลับมาใชไดอีก 2. เซลลทุติยภูมิ คือเซลลท่ีตองนําไปอัดไฟ (ประจุไฟฟา) กอนนําไปใชงาน แตเมื่อใชไปจนไฟหมดแลว ก็สามารถนําไปอัดไฟใหมแลวใชไดอีก

เซลลถายไฟฉาย

Anode : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Cathode : 2MnO2(s) + +42NH (aq) + 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)

เซลลอัลคาไลน ผุกรอนไดชากวา ที่ข้ัวแอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2e- ที่ข้ัวแคโทด 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- Mn2O3(s) + 2OH-(aq)


เซลลปรอท มีศักยไฟฟา 1.3 โวลต ที่ข้ัวแอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2e- ที่ข้ัวแคโทด HgO(s) + H2O(l) + 2e- Hg(l) + 2OH-(aq)

แอโนด

แคโทด

HgO, KOH

สวนประกอบของเซลลปรอท

เซลลเงิน ใช Ag2O แทน HgO ที่ข้ัวแอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2e- ที่ข้ัวแคโทด Ag2O(s) + H2O(l) + 2e- 2Ag(s) + 2OH-(aq)

เซลลเช้ือเพลิง 1. เซลลเชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน เซลลน้ีจะใชเบสเปนอิเลคโตรไลต ซ่ึงมีการควบคุมความดันปองกันมิใหกาซ H2 และ O2 เขาไปภายในเซลล ซ่ึงจะไดผลิตภัณฑ คือ น้ํา พลังงานไฟฟาและความรอน

แอโนด : H2(g) + -2

3CO (l) H2O(g) + CO2(g) + 2e- แคโทด : 2

1 O2(g) + CO2(g) + 2e- -23CO (l)

รีดอกซ : H2(g) + 21 O2(g) H2O(g)


2. เซลลเชื้อเพลิงโพรเพน-ออกซิเจน เซลลน้ีจะใชกรดเปนอิเลคโตรไลต ปฏิกิริยาท่ีเกิดขึ้นจะเหมือนกับปฏิกิริยาการสันดาปของกาซโพรเพน แตจะใหประสิทธิภาพในการทํางานเปน 2 เทา ของเครื่องยนตสันดาปภายใน แอโนด : C3H8(g) + 6H2O(l) 3CO2(g) + 20H+(aq) + 20e- แคโทด : 5O2(g) + 20H+(aq) + 20e- 10H2O(g) รีดอกซ : C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g) แบตเตอรี่สะสมไฟฟาแบบตะกั่ว แบตเตอรี่ คือ เซลลไฟฟาหลายๆ เซลลตอกันเปนอนุกรม ประกอบดวยเซลลไฟฟา 6 เซลล แตละเซลลจะมีศักยไฟฟา 2 โวลต ประกอบดวยขั้วไฟฟาคือแผนตะกั่ว และมีกรดซัลฟวริกเจือจางเปนอิเล็กโทรไลต ปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนในแบตเตอรี ่มี 3 ลักษณะ คือ 1. การประจุไฟฟาคร้ังแรก เซลลจะมีลักษณะเปนเซลลอิเล็กโทรไลต เพราะท้ังขั้วแอโนด และขั้วแคโทด เปน Pb เหมือนกัน จึงตองมีการผานกระแสไฟฟาเขาไปเพ่ือใหเกิดปฏิกิริยา ข้ัวแอโนด (Pb) ขั้วท่ีตอกับขั้วบวกของ External Pb(s) Pb2+(aq) + 2e- Pb2+(aq) + 2H2O(l) PbO2(s) + 4H+(aq) + 2e- ข้ัวแอโนด (Pb) ขั้วท่ีตอกับขั้วบวกของ External 4H+(aq) + 4e- 2H2(g) 2. ข้ันตอนการจายไฟ เปนปฏิกิริยาโดยทั่วไปของเซลลกัลวานิก คือ เปลี่ยนปฏิกิริยาทางเคมีไปเปนไฟฟา ข้ัวแอโนด (Pb) ขั้วลบเดิมของ external Pb(s) + -2

4SO (aq) PbO2(s) + 2e- ข้ัวแคโทด (PbO2) ขั้วบวกเดิมของ external PbO2(s) + -2

4SO (aq) + 4H+(aq) + 2e- PbSO4(s) + 2H2O(l)


3. การประจุไฟคร้ังที่ 2 เมื่อใชไปนานๆจะเกิด PbSO4 ท้ังสองขั้วทําใหความตางศักยลดลงจนเปนศูนย จึงตองนําไปตอเขากับพลังงานไฟฟาภายนอก การเกิดปฏิกิริยาในขั้นนี้จะเปนแบบ เซลลอิเล็กโทรไลต ข้ัวแอโนด (PbSO4) PbSO4(s) + 2H4O(l) PbO2(s) + -2

4SO (aq) + 4H+(aq) + 2e- ข้ัวแคโทด (PbSO4) PbSO4(s) + 2e- Pb2(s) + -2

4SO (aq)

การผุกรอนของโลหะและการปองกัน


การปองกันสนิม 1. ทาสี ทาน้ํามัน การรมดํา และการเคลือบพลาสติก 2. เคลือบดวยโลหะบางชนิดมีสมบัติพิเศษ กลาวคือเมื่อทําปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ จะเกิดเปนออกไซดของโลหะเคลือบอยูท่ีผิวของโลหะนั้น และจะไมเกิดการผุกรอนอีกตอไป โลหะที่มีสมบัติดังกลาว เชน อะลูมิเนียม ดีบุก สังกะสี วิธีท่ีทําใหโลหะเกิดเปนสารประกอบออกไซดเพ่ือปองกันการผุกรอน เรียกวา วิธีอะโนไดซ 3. การผุกรอนของโลหะมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นเชนเดียวกับแอโนดในเซลลอิเล็กโทรไลต ดังน้ันถาไมตองการใหโลหะผุกรอนจึงตองใหโลหะนั้นมีสภาวะเปนแคโทดหรือคลายกับแคโทด โดยใชโลหะที่เสีย e- งายกวาเหล็กไปอยูดวย


เคมีอินทรีย เคมีอินทรียเปนวิชาท่ีศึกษาเก่ียวกับสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีของสารประกอบคารบอน ซ่ึงเปนองคประกอบหลักของสิ่งมีชีวิตท่ัวไป ซ่ึงอาจเรียกไดวา “สารอินทรีย” ท้ังน้ีสารประกอบคารบอนทุกชนิดไมไดถูกจัดเปนสารอินทรียท้ังหมด โดยกลุมของสารประกอบคารบอนที่ไมใชสารอินทรีย ไดแก 1. ธาตุคารบอน เชน เพชร, แกรไฟต, C60 เปนตน 2. สารประกอบโลหะคารไบด (Metal Carbide) เชน Ca2C, Mg2C เปนตน 3. สารประกอบออกไซดของคารบอน เชน CO, CO2 เปนตน 4. สารประกอบกรดคารบอนิกและเกลือ (Carbonic Acid, Bicarbonate Salt, Carbonate Salt) เชน H2CO3, NaHCO3, CaCO3 เปนตน 5. สารประกอบเกลือ Cyanide, Cyanate และ Thiocyanate เชน KCN, NaOCN, NH4SCN เปนตน โครงสรางทั่วไปของสารประกอบอินทรีย โดยทั่วไปโครงสรางของสารประกอบอินทรียจะมีองคประกอบหลักเปน C และ H สรางพันธะตอเช่ือมกันเปนสายยาว และอาจจะมีอะตอมของธาตุอื่นๆ (hetero atom) เขามาสรางพันธะอยูดวย ซ่ึงอาจจะวาดโครงสรางคราวๆ ไดดังน้ี

residuegroup

XC CH C CH

H

H

H

H

H

H

Hfunctional

group Residue group : เปนดานท่ีมีเฉพาะ C และ H จึงเปนดานท่ีมีขั้วนอย และเฉื่อยตอการเกิดปฏิริยาเคมี Functional group : เปนดานท่ีมีขั้ว และวองไวตอการเกิดปฏิกิริยาเคมีมากกวา


ประเภทของสารประกอบอินทรีย ประเภทของสารประกอบอินทรีย โครงสรางท่ัวไป ช่ือของ functional group1. Hydrocarbon 1.1. Alkane R H - 1.2 Alkene R R - 1.3 Alkyne R R - 1.4 อนุพันธของ Benzene R C6H5 aryl group 2. Alcohol R OH hydroxyl group 3. Ether R O R oxy group 4. Amine R NH2 amino group 5. Carboxylic acid R COOH carboxylic group 6. Ester R COO R oxycarbonyl group 7. Amide R CONH2 amide group 8. Aldehyde R CHO formyl group 9. Ketone R CO R carbonyl group 10. Alkyl Halides R X (เมื่อ X คือ F, Cl, Br, I)

Isomerism ไอโซเมอรริซึม (Isomerism) หมายถึง ปรากฏการณท่ีสารประกอบมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แตมีโครงสรางไมเหมือนกัน ทําใหมีคุณสมบัติท้ังทางเคมีและทางกายภาพที่แตกตางกัน เราเรียกสารท่ีมีปรากฎการณไอโซเมอริซึมวา “ไอโซเมอร” (Isomer) โดยสามารถแบงชนิดของไอโซเมอรไดดังตอไปนี้

Enantiomer(Chiral/Achiral) Diastereomer Functional Isomer Positional Isomer Skeleton Isomer

Geometry Isomer(Cis/Trans)

Isomer

StereoisomerConstitutional

Isomer(Structural Isomer)


สิ่งสําคัญท่ีจะตองใชเพ่ือตรวจสอบความเปนไอโซเมอรของสารประกอบคารบอน 1. สูตรโมเลกุลเหมือนกันหรือไม 2. สูตรโครงสรางเหมือนกันหรือไม แตในท่ีน้ีในระดับมัธยมศึกษาจะสนใจเฉพาะ Constitutional Isomer หรือ ไอโซเมอรเชิงโครงสรางเทาน้ัน โดยจะยกตัวอยางจากโมเลกุล C5H12O โดยจะแสดงโครงสรางบางโครงสรางท่ีเปนไอโซเมอรกันไดดังตอไปนี้

Functional isomer : มี functional group แตกตางกัน

OH O

Positional isomer : มีตําแหนงของ functional group แตกตางกัน

OH OH

Skeleton isomer : มี residue group แตกตางกัน

OH

OH การหาจํานวนไอโซเมอรท้ังหมดสามารถเริ่มตนโดยการพิจารณาจากสูตรโมเลกุลวาสารตัวน้ันนาจะมีพันธะคูหรือพันธะสาม หรือลักษณะโครงสรางท่ีเปนวงหรือไม ซ่ึงการพิจารณาสิ่งเหลาน้ีสามารถทําไดโดยการหาจํานวนคูของไฮโดรเจนที่หายไปหรือท่ีเราเรียกวา คา Double Bond Equivalent (DBE) หรือคา degree of unsatturation ซ่ึงคํานวณไดจากสมการตอไปนี้ DBE = C - 2

H - 2X + 2

N + 1

โดย C = จํานวนอะตอมของคารบอนในสารประกอบ H = จํานวนอะตอมของไฮโดรเจนในสารประกอบ X = จํานวนอะตอมของธาตุฮาโลเจน (ธาตุหมูท่ี 7A หรือหมูท่ี 17) ในสารประกอบ N = จํานวนอะตอมของไนโตรเจนในสารประกอบ หมายเหต ุเราจะไมคิดอะตอม O (ออกซิเจน) ในสมการการคํานวณคา DBE แตจะตองคิดเผ่ือโครงสรางแบบตางๆ เน่ืองจากอะตอม O ในโมเลกุลสามารถเกิดพันธะคูหรือพันธะเดี่ยวก็ได คา DBE ท่ีไดใชบอกจํานวน H หายไป -H ท่ีหายไป 0 คู หรือมีจํานวน H มากท่ีสุดเทาท่ีเปนได จะมีโครงสรางเปนสายเปด + พันธะเดี่ยวท้ังหมด

DIFFERENT = สารประกอบมีสูตรโมเลกุลตางกันและมีโครงสรางตางกัน (สารตางชนิดกัน)

ISOMER = สารประกอบที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แตมีโครงสรางตางกัน (สารเปนไอโซเมอรกัน)

SAME = สารประกอบมีสูตรโมเลกุลเหมือนกันและมีโครงสรางเหมือนกัน (สารชนิดเดียวกัน)


-H ท่ีหายไป 1 คู อาจจะมีโครงสรางเปน ดังน้ี 1. สายเปด + พันธะคู 1 พันธะ 2. วงปด 1 วง พันธะเดี่ยวท้ังหมด -H ท่ีหายไป 2 คู อาจจะมีโครงสรางเปน ดังน้ี 1. สายเปด + พันธะสาม 1 พันธะ 2. สายเปด + พันธะคู 2 พันธะ 3. วงปด 2 วง 4. วงปด 1 วง + พันธะคู 1 พันธะ “โดยสรุปความหมายของ 1 DBE จะมีคาเทากับการมีพันธะคู 1 คู หรือ วงปด 1 วง เพิ่มข้ึนมาในโครงสราง” เมื่อไดรูปแบบโครงสรางท่ีควรจะเปน จากน้ันเราจะทําการเขียนโครงสรางท่ีเปนไปไดท้ังหมดของโมเลกุลน้ันออกมาโดยนับจํานวนอะตอมทั้งหมดแลวดูรูปแบบการตอกันของแตละอะตอม เพ่ือสรางไอโซเมอรท่ีเปนไปไดท้ังหมดของสูตรโมเลกุลนั้นออกมา ซ่ึงวิธีน้ีเรียกวา การหักแลวจับตอ ***ขอควรระวัง*** วิธีการตรวจสอบตัวซ้ํา !!! • ตรวจสอบไดโดยการทดลองอานช่ือ หากอานช่ือแลวไดช่ือท่ีซํ้ากัน ถือวาสาร 2 ตัวน้ันเปนสารตัวเดียวกัน • ทดลองจับโมเลกุลหมุนไปมาและพลิกกลับไปมาอาจไดตัวเดิม การเปรียบเทียบสมบัติทางกายภาพของสารประกอบอินทรีย สมบัติทางกายภาพโดยทั่วไป หมายถึง สถานะ จุดเดือด จุดหลอมเหลว และ ความสามารถในการละลายเปนตน ซ่ึงสมบัติตางๆ ดังกลาว ลวนเปนผลมาจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลท้ังสิ้น ดังน้ันสารประกอบอินทรียจึงสามารถจัดแบงประเภทได 3 ประเภทตามแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล และเรียงลําดับจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลมากไปนอยของโมเลกุลท่ีมีขนาดเทาๆ กัน ไดดังตอไปนี้ 1. กลุมท่ีสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกุลได : amide > carboxylic > alcohol > amine 2. กลุมท่ีเปนโมเลกุลมีขั้วสูง เกิดแรงระหวางขั้วยึดเหนี่ยวกัน : ketone > aldehyde > ester > ether 3. กลุมท่ีมีขั้วต่ํา หรือไมมีขั้ว ยึดเหนี่ยวกันดวยแรงลอนดอน : alkyne > alkane > alkene โดยคราวๆ แลวจุดเดือดจากทุกกลุมสารจากมากไปนอย เมื่อมีขนาดโมเลกุลใกลเคียงกัน จะสามารถเรียงไดดังน้ี amide > carboxylic acid > alcohol > ketone > amine > aldehyde > ester > alkyne > ether > alkane > alkene สวนความสามารถในการละลายน้ําน้ัน สารในกลุมท่ี 1 และ 2 สามารถละลายน้ําไดดีเมื่อมีขนาดโมเลกุลเล็ก และความสามารถในการละลายน้ําจะคอยๆ ลดลงไปเมื่อขนาดของโมเลกุลใหญขึ้นเรื่อยๆ


โมเลกุลท่ีเปนก่ิงจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลต่ํากวาโมเลกุลท่ีเปนเสนตรง เพราะการอัดตัวกันเปนไปไดยากกวา จึงเปนผลใหโมเลกุลท่ีมีก่ิงมาก ละลายน้ําไดงายขึ้น และมีจุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ําลง

เพ่ือความสะดวกในการศึกษาเราจะแบงเน้ือหาของบทเรียนนี้ออกเปน 2 สวนหลักๆ คือ 1. สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds) 2. สารประกอบอินทรีย (Organic Compounds) 1. สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds) 1.1 ความหมายและสิ่งที่จําเปนตองรูเกี่ยวกับสารประกอบไฮโดรคารบอน สารประกอบไฮโดรคารบอน หมายถึง สารประกอบที่ประกอบดวยธาตุเพียง 2 ชนิด คือ คารบอนและไฮโดรเจน ซ่ึงสารประกอบดังกลาวถือเปนสวนประกอบที่สําคัญของสารอินทรียในสวนท่ีเปน Residue group นอกจากนี้เรายังพบสารประกอบไฮโดรคารบอนไดท่ัวไปในอุตสาหกรรมปโตรเลียม 1.2 ประเภทของสารประกอบไฮโดรคารบอน เน่ืองดวยสารประกอบไฮโดรคารบอนนั้นมีมากมาย ทําใหวิธีการแบงก็มีวิธีการแบงท่ีแตกตางกัน ดังน้ี วิธีที่ 1 แบงประเภทโดยใชชนิดของพันธะเปนเกณฑ 1. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดอ่ิมตัว (Saturated Hydrocarbons) (พันธะ C C เปนพันธะเดี่ยว) ไดแก แอลเคน (Alkanes) และไซโคลแอลเคน (Cycloalkanes) 2. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดไมอ่ิมตัว (Unsaturated Hydrocarbons) (พันธะ C C มีพันธะคูหรือสาม) ไดแก แอลคีน (Alkenes) ไซโคลแอลคีน (Cycloalkenes) แอลไคน (Alkynes) และ อะโรมาติก ไฮโดรคารบอน (Aromatic Hydrocarbons) วิธีที่ 2 แบงประเภทโดยใชลักษณะของโครงสรางและการทําปฏิกิริยาเปนเกณฑ

สารประกอบไฮโดรคารบอน(Hydrocarbon Compounds)

อะลิฟาติกไฮโดรคารบอน(Aliphatic Hydrocarbon)

อะโรแมติกไฮโดรคารบอน(Aromatic Hydrocarbon)

แอลคีนและไซโคลแอลคีน(Alkane & Cycloalkane)

แอลไคน(Alkyne Cycloalkyne)

แอลเคนและไซโคลแอลเคน(Alkane & Cycloalkane)


คุณสมบัติของสารประกอบไฮโดรคารบอน แบงไดตามตารางดังตอไปนี้ ชนิดของ สาร

สูตร ทั่วไป

โครงสราง ทั่วไป

การ เรียกชื่อ

การ เผาไหม ปฏิกิริยาเคมี

Alkane CnH2n+2

C H and

C C bonds

-ane

Cycloalkane CnH2n Alkane วงปด Cyclo--ane

ไมมีเขมา

สามารถฟอกสีโบรมีนไดในที่สวางโดยเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ไดกรดเปนผลิตภัณฑ

แสง+H C C HH

H

H

H2Br +H C C Br

H

H

H

HHBr(g)

Alkene CnH2n C C

-ene

Cycloalkene CnH2n-2 Alkene วงปด Cyclo--ene

มีเขมาเล็กนอย

1. สามารถฟอกสีโบรมีนไดทั้งในที่สวางและที่มืด โดยเกิดปฏิกิริยาการเติม

CH

HC

H

H+ 2Br Br C C Br

H

H

H

H 2. สามารถฟอกสี KMnO4 โดยเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชัน

3HCC

H

HC

H+ OH MnOK 2442 +

H C CH

OH

H3HC

OH+ 2HOH MnO22 +

Alkyne CnH2n-2 C C -yne

Cycloalkyne - Alkyne วงปด Cyclo--yne

มีเขมา

1. สามารถฟอกสีโบรมีนไดทั้งในที่สวางและที่มืด โดยเกิดปฏิกิริยาการเติม

H+H C C H 22Br H C CBr Br

Br Br

2. สามารถฟอกสี KMnO4 โดยเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชันโดยจะไดตะกอนสีน้ําตาลของ MnO2 คลายกับกรณีของ Alkene

Aromatic Ar-

- มีเขมามาก

สามารถเกิดปฏิกิริยาแทนที่ได เชน

H

H H

H

H H

Cat.

42SOH+

H

H H

H HOH 2+

HSO3HSO3

หมายเหตุ สูตรท่ัวไปของสารประกอบแอลคีน ไซโคลแอลคีน เปนสูตรท่ีคิดท่ีจํานวนพันธะคู 1 พันธะ สวนแอลไคนและไซโคลแอลไคน จะเปนสูตรท่ีคิดท่ีพันธะสาม 1 พันธะ


ปฏิกิริยาการเผาไหมของสารประกอบไฮโดรคารบอน สามารถเกิดปฏิกิริยาการเผาไหมท่ีสมบูรณ โดยมีสมการท่ัวไป ดังน้ี CxHy + (x + y/4)O2 xCO2 + y/2H2O สวนการเผาไหมไมสมบูรณ (Incomplete combustion) : เมื่อปฏิกิริยาการเผาไหมท่ีเกิดไมสมบูรณ จะเหลือเขมา และควันดํา ซ่ึงก็คือ C เอาไว และมี CO ปนออกมาดวย ซ่ึงการเผาไหมท่ีไมสมบูรณน้ันเกิดไดจาก 1. สารอินทรียท่ีมี C C หรือ C C หรือ วงเบนซีนซ่ึงเปนพันธะที่แข็งแรง จะทําใหไมสามารถสลายพันธะระหวางคารบอนทั้งหมดได จึงเหลือเปนเขมา 2. ปริมาณ O2 นอยเกินไป เชน การเผาในภาชนะปดท่ีมี O2 เปนจํานวนจํากัด 3. สารอินทรียท่ีมีขนาดโมเลกุลใหญมาก ซ่ึงทําให O2 เขาแทรกทําปฏิกิริยาไดยาก จึงเกิดการเผาไหมท่ีไมสมบูรณไดเชนกัน ดังนั้น : เราสามารถเปรียบเทียบปริมาณเขมาไดดวยอัตราสวน C : H ในโมเลกุลนั้นโดยถา C : H มากสารนั้นจะมีเขมามาก 2. สารประกอบอินทรีย (Organic Compounds) สารอินทรีย หมายถึง สารประกอบของคารบอนที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตหรือเกิดจากการสังเคราะหของมนุษย ซ่ึงจะมีธาตุตางๆ นอกเหนือจากไฮโดรเจนและคารบอน โดยสวนใหญจะมีออกซิเจนและไนโตรเจน หรือธาตุอื่นอยูดวย

ประเภทสาร ลักษณะ หมูฟงกชัน การเรียกชื่อ คุณสมบัติ/ปฏิกิริยาเคมี/ประโยชน

แอลกอฮอล (Alcohols)

ไฮดรอกซี (Hydroxyl) R OH

ลงทายดวย - nol

1. มีจุดเดือดสูงกวาสารประกอบไฮโดรคารบอน ท่ัวไป เพราะ โมเลกุลสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนได 2. สามารถเปนกรดทางทฤษฎีไดโดยการทําปฏิกิริยา กับ โลหะ โซเดียม (Na) แตเปนกรดท่ีออนมากๆ และไม เปลี่ยนสีของลิตมัส

2ROH + 2Na 2RO-Na+ + H2(g)

กรดอินทรีย (Carboxylic

acid)

คารบอกซิล (Carboxyl) R COOH

ลงทายดวย - oic acid

1. จุดเดือดสูงกวาแอลกอฮอลเพราะสามารถเกิด พันธะ ไฮโดรเจนไดมากกวา 2. มีฤทธ์ิเปนกรด เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสได 3. สามารถทําปฏิกิริยากับ Na และ NaHCO3

2R C OHO

++ 2Na 2R CO

+NaO- (g)H2

3NaHCOR C OHO

++ R CO

+NaO- (g)OC 2 + OH24. สามารถทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอลไดเอสเทอร (Esterification)

R C OHO

++ R CO

OH2R′OH OR′+H


ประเภทสาร ลักษณะ หมูฟงกชัน การเรียกชื่อ คุณสมบัติ/ปฏิกิริยาเคมี/ประโยชน

เอสเทอร (Ester)

ออกซีคารบอกซิล (Oxycarboxyl) R COO R′

อานช่ือแอลกอฮอลลงทายดวย alkyl แลวตามดวยช่ือกรด ลงทายดวย - oate

1. การสังเคราะหเอสเทอรทําไดโดยนํากรดอินทรียมา ทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอล โดยมีกรดเปนตัวเรง ปฏิกิริยา 2. เอสเทอรสามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยม ีกรด หรือเบส เปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดแอลกอฮอล และกรด อินทรียกลับมา

R CO

++ R CO

OH+HOR′ R′OH

อีเทอร (Ether)

ออกซี (Oxy)

R O R′

อานช่ือ alkoxy (ดาน C นอย) แลวลงทายดวย alkoxy

(ดาน C มาก)

จุดเดือดสูงกวาสารประกอบไฮโดรคารบอน แตไมมากเทากับแอลกอฮอล ละลายน้ําไดเล็กนอย นิยมนํามาใชเปนตัวทําละลาย

แอลดีไฮด (Aldehyde)

คารบอกซาลดีไฮด (Carboxaldehyde)

R CO H

อานเหมือน alkane

แตตัด e ออกแลวเติม - al

1. สามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกตได ตะกอนสีนํ้าตาลแดงของ Cu2O 2. ละลายน้ําไดเล็กนอย นิยมใชเปนตัวทําละลาย และยาดองศพ

คีโตน (Ketone)

คารบอนิล (Carbonyl) R CO R′

อานเหมือน alkane

แตตัด e ออกแลวเติม - one

นิยมใชเปนตัวทําละลาย และทั้งแอลดีไฮดและคีโตนมีจุดเดือดมากกวาสารประกอบไฮโดรคารบอนทั่วไป แตไมมากกวาแอลกอฮอล เพราะเน่ืองจากไมมีพันธะไฮโดรเจน

เอมีน (Amine)

อะมิโน (Amino) R NH2

นําหนาดวย amino

ลงทายตามชนิดของสารประกอบไฮโดรคารบอน

1. จุดเดือดสูงกวาไฮโดรคารบอนทั่วไปเพราะมี พันธะไฮโดรเจน 2. มีฤทธ์ิเปนเบส (เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากสีแดงเปน สีนํ้าเงิน)

R NH2 + HCl R +3NH Cl-

3. การเกิดเอไมด

R C OHO

++ R CO

OH22NHR′ NHR′

เอไมด (Amide)

เอไมด (Amide) R CONR′R″

อานเหมือนกรดอินทรียแตตัด - oic acid ออก แลวเติม

amide เขาแทน

1. จุดเดือดสูงเน่ืองจากมีพันธะไฮโดรเจน 2. สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส โดยมีกรดหรือเบส เปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดกรดอินทรียและเอมีน 3. สารประกอบเอไมดและเอมีนสามารถละลายน้ํา ไดเล็กนอย 4. สารประกอบเอไมดมีฤทธ์ิเปนกลาง เน่ืองจากมี โครงสรางท่ีสามารถเกิดเรโซแนนซได


เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพ และผลิตภัณฑ ปโตรเลียม (Petroleum) ปโตรเลียม (Petroleum) เปนของผสมระหวางแอลเคน แอลคีน ไซโคลแอลเคนและสารประกอบอะโรมาติกหลายพันชนิด ปรากฏอยูในรูปกาซและของเหลวขนสีนํ้าตาลถึงดํา ซ่ึงเราเรียกวา นํ้ามันดิบ การกล่ันน้ํามันดิบ (Refining)

ผลิตภัณฑ จํานวน C จุดเดือด (°C) ประโยชน กาซปโตรเลียม C1-C4 < 30°C

1. มีเทนใชเปนเช้ือเพลิงผลิตกระแสไฟฟา 2. อีเทน โพรเพนและบิวเทน ใชในอุตสาหกรรมปโตรเคมี 3. โพรเพนและบิวเทนใชทํากาซหุงตม (LPG)

แนฟทาเบา C5-C7 30-110°C ใชทําตัวทําละลาย ใชทํานํามันเบนซิน แนฟทาหนัก C6-C12 40-205°C ใชทําเช้ือเพลิงรถยนตกาซโซลีน (นํ้ามันเบนซิน) นํ้ามันกาด C10-C14 170-250°C ใชทําเช้ือเพลิงสําหรับตะเกียงและเครื่องยนตไอพน นํ้ามันดีเซล C14-C19 250-340°C ใชทําเช้ือเพลิงเครื่องยนตดีเซล ไดแก รถบรรทุก, เรือ นํ้ามันหลอลื่น C19-C35 > 350°C ใชทํานํ้ามันหลอลื่นเครื่องยนต เครื่องจักรกล นํ้ามันเตา C35-C40 > 400°C ใชเปนเช้ือเพลิงเครื่องจักร เรือเดินทะเล

ไข C40-C50 > 400°C ใชทําเทียนไข จารบี เครื่องสําอาง ยางมะตอย > C50 > 400°C ใชทํายางมะตอยสําหรับราดถนน ใชทําวัสดุกันซึม

การกําหนดคุณภาพของน้ํามัน น้ํามันเบนซิน สําหรับน้ํามันเบนซิน จะวัดจากคาออกเทน (Octane number) โดยกําหนด

H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 C

3CH

3CH

2CH CH 3CH3CH

n-heptane (เลขออกเทนเทากับ 0) iso-octane (เลขออกเทนเทากับ 100) สารเพิ่มคาออกเทน

CH3 Pb

3CH

3CH

3CH CH3 C

3CH

3CH

3CHO

tetramethyl lead methyl tertiary butyl ether


น้ํามันดีเซล สําหรับน้ํามันดีเซล จะวัดจากคาซีเทน (Cetane Number) โดยกําหนด

H3C (CH2)14 CH3 3CH

n-cetane (เลขซีเทนเทากับ 100) α-methylnapthalene (เลขซีเทนเทากับ0) แกสธรรมชาติ

สารประกอบ สูตรโมเลกุล %V/V ประโยชน

มีเทน CH4 60-80 ปุยเคมี เช้ือเพลิงอุตสาหกรรม ไฟฟา รถ ขสมก. แท็กซ่ี CNG และ NGV

อีเทน C2H6 4-10 วัตถุดิบในอุตสาหกรรมปโตรเคมี (Monomer) เม็ดพลาสติก เสนใยสังเคราะห

โพรเพน บิวเทน

C3H8 C4H10

3-5 1-3

โพรเพน + บิวเทนใชเปนกาซหุงตม (LPG) เช้ือเพลิงรถยนต และใชโพรเพนอุตสาหกรรมปโตรเคมี (Monomer)

เพนเทน เฮกเซน

C5H12 C6H14

0.1-1 ใชทําตัวทําละลาย ทํานํ้ามันเบนซิน

คารบอนไดออกไซด CO2 15-25 ผลิตนํ้าแข็งแหงเพ่ือใชถนอมอาหารและการแสดง ทําไอศกรีม อุตสาหกรรมผลิตนํ้าอัดลม ผลิตนํ้ายาดับเพลิง

ไนโตรเจน N2 ไมเกิน 3 ใชทําปุยไนโตรเจน พลังงานทดแทน แกสโซฮอล นํ้ามันแกสโซฮอลหรือท่ีนิยมเรียกวา E10 คือ นํ้ามันเช้ือเพลิงสําหรับรถยนต ท่ีเกิดจากการผสมระหวาง น้ํามันเบนซิน 90% กับแอลกอฮอล 10% (ไดแก เอทานอล ท่ีไดจากพืชเชน ออย มันสําปะหลัง ขาวโพด เปนตน) ไบโอดีเซล ไบโอดีเซล คือ นํ้ามันเช้ือเพลิงท่ีผลิตมาจากนํ้ามันพืชหรือไขมันสัตว เชน ปาลม มะพราว ถ่ัวเหลือง ทานตะวัน เมล็ดเรพ สบูดํา หรือ นํ้ามันพืช นํ้ามันสัตว ท่ีผานการใชงานแลว โดยผานปฏิกิริยา Transesterification ท่ีทําใหโมเลกุลเล็กลง ใหอยูในรูปของ เอทิลเอสเตอร (Ethyl esters) หรือเมทิลเอสเตอร (Methyl Esters)

R C OO

R C OO

R C OO

Triglyceride

+ 3R′OH 3R CO

OR′ +

OH

OH

OHAlcohol Biodiesel Glycerol

ในประเทศไทยมีการนําไบโอดีเซลเขามาผสมกับน้ํามันดีเซลในอัตราสวน 5% หรือท่ีรูจักกันในช่ือ B5


พอลิเมอร (Polymer) พอลิเมอร เปนสารโมเลกุลใหญ ท่ีประกอบดวยหนวยยอยท่ีเรียกวา “เมอร” มากมายมาเช่ือมตอกันดวยพันธะโควาเลนต ชนิดของโพลีเมอร 1. โฮโมพอลิเมอร (Homopolymers) เกิดจากมอนอเมอรชนิดเดียวมาตอกัน ภาพอธิบาย : nA A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- ... 2. โคพอลิเมอร (Copolymers) หรือพอลิเมอรรวม เกิดจากมอนอเมอรมากกวาหนึ่งชนิดมาตอกันอาจเกิดได 4 แบบ ดังน้ี 1. โคพอลีเมอรแบบสุมหรือแบบคละ (Random Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-A-A-B-B-A-B-B-A-A-A-A-B-B-B- 2. โคพอลีเมอรแบบสลับ (Alternating Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B -A-B-A-B-A- 3. โคพอลีเมอรแบบกลุมหรือแบบบล็อก (Block Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A-B-B-B-B- 4. โคพอลีเมอรแบบกิ่งหรือแบบกราฟท (Graft Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- B B B B B B ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (Polymerization) แบบเติม (Addition polymerization) เปนปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันท่ีเกิดจากการรวมตัวกันของพันธะคูของสารประกอบทําใหเกิดปฏิกิริยาเหมือนกับการเติมในสารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไมอิ่มตัว ตัวอยางปฏิกิริยาการเติม

มอนอเมอร พอลิเมอร ประโยชน เอทิลีน

CH2 CH2 Polyethylene: PE ถุงพลาสติก ถุงขยะแผนพลาสติก ของเลนเด็ก

ฉนวนหุมสายไฟ ดอกไมพลาสติก ไวนิลคลอไรด

CH2 CH Cl Polyvinylchloride: PVC กระเบื้องยาง ทอพีวีซี หนังเทียม บัตรเครดิต มาน ภาชนะบรรจุสารเคมี รองเทา

เตตระฟลูออโรเอทิลีน CF2 CF2

Polytetrafluoroethylene: PTFE or Teflon

ใชเคลือบภาชนะหุงตม ทําใหอาหารไมติดภาชนะ นํ้ายาเคลือบสีรถ

สไตรีน CHPh

2CH

Polystylene: PS ทําโฟม วัสดุกันกระแทก เครื่องมือสื่อสาร วัสดุทําหลอดฉีดยา ทําปายและสิ่งประดับตางๆ ของเลนเด็ก แกวนํ้า


มอนอเมอร พอลิเมอร ประโยชน โพรพิลีน

CH3CH CH2 Polypropylene: PP ใชทําถุงสําหรับใสของรอน ใสอาหาร วัสดุทํา

โตะ หมวกกันน็อค เชือก เมทิลเมทาคริเลท

CO

3CHCH2

3OCHC

Polymethylmetacrelate: PMMA แผนพลาสติก แทงพลาสติก กระจก แวนตา เลนส โคมไฟ เฟอรนิเจอร สีพนรถยนต

อะคริโลไนไตรด CH2 CH CN Polyacrilonitride: PAN ผาโอรอน ดายสําหรับถักไหมพรม ถุงเทา

เสื้อกันหนาว เสื้อผาเด็ก 2. แบบควบแนน (Condensation Polymerization) เปนปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันจะตองมีหมูฟงกชันมากกวาหนึ่งชนิดมาทําปฏิกิริยากัน แลวจะตองมีการกําจัดโมเลกุลขนาดเล็กออก เชน นํ้า ไฮโดรเจนคลอไรด หรือแอมโมเนีย เชน การผลิตไนลอน-6, 6 พอลิยูรีเทน เปนตน ตัวอยางของหมูฟงกชันตางๆที่เกิดปฏิกิริยาพอลิมไรเซชันแบบควบแนน

มอนอเมอร พอลิเมอร ประโยชน เอทิลีนไกลคอล

HO (CH2)2 OH กรดเทเรฟทาลิก

HO

O

O

OH

พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต: PET

เสนใย แห อวน เอ็น เชือก เทปวีดีโอ ขวดนํ้าดื่มชนิดแข็ง ขวดนํ้าอัดลม หินออนเทียม สารเคลือบรูปภาพ

เฮกซะเมทิลีนไดเอมีน H2N (CH2)6 NH2

กรดอะดิปก

OH C 42 )(CH C OHO O

พอลิเอไมด: PA หรือ ไนลอน-6, 6ใชทําเสื้อผา ถุงเทา รองเทา เชือก แห อวน เอ็นตกปลา พรม รมชูชีพ กระเปา


มอนอเมอร พอลิเมอร ประโยชน ยูเรีย

H2N CO

NH2 ฟอรมาลดีไฮด H2C O

พอลิยูเรียฟอรมาลดีไฮด: UF สวิตชไฟฟา เตาเสียบไฟฟา แผนฟอรไมกา

บิส-ฟนอลเอ

OH OH3CH

C

3CH

ฟอสจีน Cl CO

Cl

พอลิคารบอเนต: PC ขวดนมเด็ก ภาชนะแทนแกว กลองบรรจุเครื่องมือ

เมลามีน

2NHNN

N

NH2

NH2

ฟอรมาลดีไฮด H2C O

พอลิเมลามีนฟอรมาลดีไฮด : MF หรือเมลามีน

ทําถวยชาม เครื่องใชในครัว แผนฟอรไมกา

1, 4 บิวเทนไดออล HO (CH2)4 OH

เฮกซะเมทิลีนไดโอไซยาเนต OCN (CH2)6 NCO

พอลิยูรีเทน: PU นํ้ายาเคลือบผิว ลอรถเข็น โฟมบุเกาอี้ เสันใยทําชุดวายน้ํา

ฟนอล OH

ฟอรมาลดีไฮด H2C O

พอลิฟนอลฟอรมาลดีไฮด: PF หรือเบกาไลต

สวิตชไฟฟา เตาเสียบไฟฟา โทรศัพท กลองถายรูป ดามจับกระทะ เตารีด


โครงสรางและสมบัติของพอลิเมอร 1. พอลิเมอรแบบเสน (Linear Polymers) พอลิเมอรชนิดน้ีมีความหนาแนนสูง ทําใหมีลักษณะแข็ง ขุนและเหนียวมากกวาโครงสรางอื่นๆ เชน พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแนนสูง พีวีซี เปนตน 2. พอลิเมอรแบบกิ่ง (Branch Chain Polymers) พอลิเมอรชนิดน้ีมีความหนาแนนต่ําและมีจุดหลอมเหลวต่ํากวาพอลิเมอรชนิดแรก แตมีความยืดหยุนดีกวาพอลิเมอรชนิดอื่นๆ ไดแก พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแนนต่ํา (LDPE) เปนตน ** พอลิเมอรแบบเสนและแบบกิ่ง เมื่อไดรับความรอนจะออนตัว แตเมื่ออุณหภูมิต่ําลงก็จะกลับมาแข็งตัวดังเดิม โดยที่สมบัติของพอลิเมอรไมเปลี่ยนแปลง ทําใหสามารถใชขึ้นรูปไดหลายครั้ง 3. พอลิเมอรแบบรางแห (Network Polymers) พอลิเมอรมีลักษณะแข็งตัวและไมยืดหยุน มีจุดหลอมเหลวที่สูงกวาพอลิเมอรชนิดอื่นๆ แตเมื่อไดรับความรอนท่ีสูงมากๆ จะแตกหรือไหม ไดแก เมลามีน เบกาไลต อีพอกซี เปนตน ผลิตภัณฑจากพอลิเมอร พลาสติก (Plastic) 1. เทอรโมพลาสติก (Thermoplastics) เปนพลาสติกท่ีสามารถนํากลับมาหลอมขึ้นรูปใหมได โดยที่ไมทําใหสมบัติของพลาสติกน้ันเปลี่ยนแปลง กลาวคือ จะออนตัวเมื่อไดรับความรอนและสามารถเปลี่ยนกลับไปมาได เชน พอลีเอทิลีน พอลีโพรพีลีน เปนตน 2. พลาสติกเทอรโมเซ็ต (Thermoset Plastics) เมื่อขึ้นรูปแลวจะนํามาหลอมใชใหมไมได ถาไดรับ ความรอนสูงมากจะทําใหแตกและเสียหายไปเลย โดยที่ไมสามารถนํากลับมาใชใหมได เชน เมลามีน อีพอกซีเรซิน พอลิฟนอลฟอรมอลดีไฮด พอลิยูรีเทน เปนตน เสนใย (Fibers) เสนใย คือ พอลิเมอรท่ีประกอบดวยโมเลกุลขนาดยาวที่เรียงกันเปนเสนอยางเปนระเบียบ จากลักษณะโครงสรางทําใหเสนใยมีความเหนียวพอท่ีจะนํามาปนเปนเสนยาวได ยาง (Rubber) แบงออกเปน 2 ประเภท คือ ยางธรรมชาติ (Natural Rubbers) คือ พอลิเมอรท่ีเกิดจากนํ้ายางท่ีเปนคอลลอยดไดจากตนยาง เกิดจากมอนอเมอรท่ีมีช่ือวาไอโซพรีน (Isoprene) เช่ือมตอกันตั้งแต 1,500 ถึง 15,000 หนวย ดังน้ันเราอาจเรียกยางธรรมชาติอีกช่ือหนึ่งวา พอลิไอโซพรีน ปฏิกิริยาท่ีเกิดขึ้นเปนดังสมการ

Isoprene Polyisoprene


ยางพารา มีโครงรูปของโมเลกุลเปนแบบ cis

2CH

H3CH

2CH

ยางกัตตา มีโครงรูปของโมเลกุลเปนแบบ trans

2CH H

3CH 2CH

กระบวนการวัลคาไนเซชัน (Vulcanization) เปนวิธีการเพ่ิมและปรับปรุงคุณภาพของยาง ทําใหยางธรรมชาติมีสมบัติท่ีดีขึ้น (ยืดหยุนมากขึ้น สามารถทนความรอนไดโดยไมออนตัว) โดยการนําเอากํามะถัน (S8) มาเผากับยาง จะเกิดการเช่ือมระหวางโซพอลิเมอรดวยอะตอมซัลเฟอร (S) ดวยพันธะโควาเลนต ดังรูป

2. ยางสังเคราะห (Synthetic Rubbers) คือ

1. H2C CH CH CH2 n

2. H2C CCl

CH CH2 nCl

3. 2CH HC H2C CH CH CH2 n

Butadiene

Chlorprene (Neoprene)

Styrene Styrene Butadiene


สารชีวโมเลกุล สารชีวโมเลกุล คือ สารอินทรียโมเลกุลใหญท่ีสามารถพบไดในรางกายของสิ่งมีชีวิต ซ่ึงจะประกอบดวยธาตุหลัก ไดแก C H O และในกรณีท่ีเปนโปรตีนและกรดนิวคลีอิกจะมีธาตุไนโตรเจนเปนองคประกอบ โดยเราสามารถแบงการศึกษาออกเปนสาร 4 จําพวกดวยกัน ไดแก โปรตีน คารโบไฮเดรต ไขมัน และกรดนิวคลีอิก โดยบทบาทและประโยชนของสารชีวโมเลกุลมีดังตอไปนี้ 1. ใชในการเจริญเติบโต 2. ถายทอดลักษณะทางพันธุกรรม 3. ชวยใหผิวหนังชุมช้ืน สุขภาพผมและเล็บดี 4. เปนสวนหนึ่งในการรักษาสมดุลของน้ําและกรด-เบส 5. สลายใหพลังงาน 6. เปนสวนประกอบของฮอรโมน เอนไซมและระบบภูมิคุมกัน โปรตีน (Protein) โปรตีนถือวาเปนสารชีวโมเลกุลท่ีรางกายของคนเรามีมากกวาสารชีวโมเลกุลอื่นๆ (50% ของน้ําหนักแหงของคนเราประกอบดวยโปรตีน) 1. โปรตีนประกอบดวย C H O N เปนธาตุองคประกอบหลัก นอกจากนี้อาจจะมี S, P, Fe, Zn และ Cu เปนองคประกอบดวย 2. เราสามารถจัดโปรตีนเปนสารประเภทพอลิเมอรไดเน่ืองจากโปรตีนมี monomer เปนกรดอะมิโน ซ่ึงถาหากวา กรดอะมิโนท่ีนํามาประกอบเปนโปรตีนนั้นเปนกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน จะถือวา เปนโฮโมพอลิเมอรแตถาหากวา กรดอะมิโนท่ีนํามาตอกันเปนโปรตีนประกอบไปดวยอะมิโนท่ีตางชนิดกันจะจัดเปนโคพอลิเมอร 3. โปรตีนมีหนวยยอยท่ีเรียกวา กรดอะมิโน (amino acid) ซ่ึงโปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนจํานวนมากกวา 50 หนวยมาเช่ือมกันดวยพันธะระหวางโมเลกุลของกรดอะมิโนท่ีเรียกวา พันธะเพปไทด (Peptide bond) 4. โครงสรางท่ัวไปของกรดอะมิโน ประกอบไปดวย 3 สวนท่ีสําคัญ ไดแก 1. หมู carboxyl (COOH) 2. หมูอะมิโน (NH2) 3. ไฮโดรคารบอนที่เรียกวา side chain (R)

CHNH2 C OHR

O

หมูคารบอกซิลหมูอะมิโน


5. เราสามารถแบงกรดอะมิโนจํานวน 22 ชนิดท่ีรางกายเราไดจากการยอยโปรตีนออกเปน 2 ประเภทตามเกณฑการใชประโยชน ไดแก - กรดอะมิโนท่ีไมจําเปนตอรางกาย คือ กรดอะมิโนท่ีรางกายมนุษยสามารถสังเคราะหขึ้นมาเองได - กรดอะมิโนท่ีจําเปนตอรางกาย คือ กรดอะมิโนท่ีรางกายมนุษยไมสามารถสังเคราะหขึ้นมาเองได มีท้ังหมด 8 ชนิด ไดแก ไลซีน ทรีโอนีน ไอโซลิวซีน ลิวซีน ทริปโตเฟน วาลีน เมไทโอนีน ฟนิลอะลานีนสําหรับเด็กทารกตองการอารจีนีน และฮีสทิดีนเพ่ิมเติม 6. กรดอะมิโนแตละชนิดสามารถทําปฏิกิริยารวมตัวกันแบบควบแนนโดยมีผลิตภัณฑขางเคียงเปนน้ํา ดังสมการ

O+C C OH

H

1RNH2

OC C OHH

2RNH2

OC CH

1RNH2 N C

HC OH + OH2

O2RH

ท้ังน้ีการรวมกันของกรดอะมิโนอาจเกิดไดหลายโมเลกุล กอใหเกิดรูปแบบที่มากมายของโปรตีน 7. การเรียกช่ือสารประกอบเพปไทดน้ัน ใหเรียกช่ือตามจํานวนของกรดอะมิโนท่ีประกอบกัน

จํานวนกรดอะมิโน จํานวนพันธะเพปไทด ชื่อสาร 2 1 ไดเพปไทด 3 2 ไตรเพปไทด 4 3 เตตระเพปไทด

ตั้งแต 10-50 9-49 พอลิเพปไทด มากกวา 50 มากกวา 49 โปรตีน

8. สารประกอบเพปไทดน้ันสามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยมีความรอนและกรดหรือเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยาจะไดเปนกรดอะมิโนองคประกอบของตัวเองกลับมา 9. โมเลกุลของโปรตีนอาจประกอบดวยพอลิเพปไทด 1 สาย หรือมากกวา 1 สายก็ได นอกจากนั้นสาย พอลิเพปไทดอาจมีการเปลี่ยนไปเปนโครงสรางตางๆ ไดอีกหลายแบบทําใหสามารถแบงโปรตีนตามโครงสรางท่ีตางกันเปน 4 ระดับ ดังน้ี 1. โครงสรางปฐมภูมิ (Primary Structure) เปนโครงสรางในระดับท่ีงายท่ีสุด เปนการแสดงการเรียงลําดับของกรดอะมิโนท่ีเช่ือมตอกันเปนสายยาวในโมเลกุลโปรตีน การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในโปรตีนแตละชนิดจะมีความแตกตางกันและมีความจําเพาะเจาะจง การเขียนลําดับกรดอะมิโนสลับกันก็ทําใหไดความหมายที่ผิดเพ้ียนไป ในการเขียนการเรียงลําดับกรดอะมิโนตามหลักสากล จะเขียนแทนเพปไทดดวยระบบสามตัวอักษรของกรดอะมิโนชนิดน้ัน จากปลายเอ็น (N-terminal) ไปปลายซี (C-terminal) เพ่ือปองกันความสับสน


2. โครงสรางทุติยภูมิ (Secondary Structure) เปนโครงสรางท่ีเกิดจากการขดหรือมวนหรือพับตัวของโครงสรางปฐมภูมิ เน่ืองมาจากการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางหมูคารบอนิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งในระยะถัดไป 4 หนวยในสายเพปไทดเดียวกัน เกิดโครงสรางในลักษณะบิดเปนเกลียวเหมือนขดสปริง ซ่ึงเรียกวาเกลียวแอลฟา (α-Helix) ถาพันธะไฮโดรเจนเกิดจากหมูคารบอนิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งระหวางสายเพปไทดท่ีอยูติดกันหรือใกลกัน จะเกิดโครงสรางท่ีมีลักษณะเปนแผนพับงอซ่ึงเรียกวา แผนเบตา (β-Sheet) ซ่ึงสามารถเกิดซอนทับกันไปมาไดเหมือนจีบกระโปรงโดยสามารถเกิดได 2 ลักษณะ คือ เกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดท่ีหันดานปลายเอ็นไปทางเดียวกัน เรียกวา พาราเลล (Parallel) กับการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดท่ีหันปลายเอ็นไปทางตรงขามกัน เรียกวา แอนตี้พาราเลล (Anti Parallel) 3. โครงสรางตติยภูมิ (Tertiary Structure) เปนโครงสรางท่ีเกิดจากโครงสรางทุติยภูมิเกิดการมวนเขาหากันและไขวกันโดยมีแรงยึดเหนี่ยวหลายชนิด เกิดเปนรูปรางตางท่ีมีความจําเพาะในโปรตีนแตละชนิด โดยแรงยึดเหนี่ยวสําคัญท่ีพบ เชน พันธะไฮโดรเจน แรงระหวางประจุ พันธะไดซัลไฟด แรงลอนดอน แรงไดโพล-ไดโพล ซ่ึงแรงเหลาน้ีจะยึดเหนี่ยวกันทําใหโครงสรางตติยภูมิอยูตัวได 4. โครงสรางจตุรภูมิ (Quaternary Structure) เปนโครงสรางของโปรตีนขนาดใหญท่ีมีความซับซอนมาก เกิดจากการรวมตัวของโครงสรางตติยภูมิหนวยยอยชนิดเดียวกันหรือตางชนิดกัน โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยวเหมือนกับท่ีพบในโครงสรางตติยภูมิ และอาจจะมีโมเลกุลหรืออะตอมอื่นๆ อยูในโครงสรางดวย เชน ในโปรตีนฮีโมโกลบินท่ีมีรูปรางเปนทรงกลมประกอบดวยเพปไทดหนวยยอย 4 หนวย และมีอะตอมเหล็กเปนองคประกอบ หรือโปรตีนคอลลาเจนที่มีรูปรางเปนเกลียวเสนตรงขนาดใหญ ซ่ึงเกิดจากเกลียวแอลฟา 3 เกลียว มามวนพันกัน เปนตน สวนการแบงโปรตีนตามลักษณะการจัดตัวในโครงสราง 3 มิติ สามารถแบงออกเปน โปรตีนทรงกลม (Globular Protein) โปรตีนเหลาน้ีเกิดจากการขดตัวและอัดแนน (Coil) จนเปนกอนกลม สามารถละลายน้ําไดดี สวนใหญทําหนาท่ีเก่ียวกับกระบวนการตางๆ ท่ีเกิดขึ้นภายในเซลล ตัวอยางเชน เอนไซม ฮอรโมนอินซูลิน ฮีโมโกลบิน โกลบูลิน เปนตน โปรตีนเสนใย (Fibrous Protein) โปรตีนเหลาน้ีเกิดจากการพันกันของสายพอลิเพปไทดในลักษณะเปนสายยาวคลายเสนใย ละลายน้ําไดนอย หรือไมละลายน้ํา มีความแข็งแรง เหนียวและมีความยืดหยุนสูง สวนใหญทําหนาท่ีเปนโครงสรางในเนื้อเยื่อ เสนผม เล็บ กลามเน้ือ กีบสัตว ตัวอยางเชน คอลลาเจนในเนื้อเยื่อ ไฟโบรอินในเสนไหม มีโครงสรางเปนแผนเบตาแบบแอนติพาราเลล การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในพอลิเพปไทดของไฟโบรอิน ประกอบดวยกรดอะมิโน 6 หนวยเรียงลําดับเปนหนวยซํ้า คือ ไกลซีน-ซีรีน-ไกลซีน-อะลานีน-ไกลซีน-อะลานีน (GSGAGA) คอลลาเจนในกลามเน้ือ อิลาสตินในเสนเอ็น เคราตินในเสนผม เปนตน


10. การทดสอบโปรตีนใชสารละลายไบยูเร็ต (Biyuret) ซึ่งเปน CuSO4 ใน NaOH หรือในเบสจะไดตะกอนสีมวงปนนํ้าเงิน ซึ่งเกิดเปนสารเชิงซอนที่เรียกวา “ไบยูเร็ต” - ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นก็ตอเมื่อสารตัวอยางน้ันประกอบไปดวยพันธะเพปไทดตั้งแต 2 พันธะขึ้นไป - การทดสอบนี้เราอาจเรียกอีกช่ือหนึ่งวา การทดสอบไบยูเร็ต

O

2OH

O

OO

OH2HN NH

NHHN+2Cu

11. เม่ือนําโปรตีนมาตมจะทําใหโปรตีนสูญเสียสมรรถภาพทางชีวภาพ คือ จะทําลายโครงสรางท่ีซับซอนของโปรตีนออกไป ทําใหความสามารถในการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมเสื่อมลง หรือถาหากนําโปรตีนมาเติม กรด เบส เอทานอล หรือ Pb(NO3)2 จะทําใหโปรตีนเกิดการตกตะกอน ดังน้ันโดยสรุปการเปลี่ยนสภาพของโปรตีน ประกอบไปดวยปจจัยตางๆ ดังตอไปนี้ - ความรอน - ความเปนกรด-เบส - โลหะหนักบางชนิด - ตัวทําละลายอินทรีย คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 1. คารโบไฮเดรตประกอบดวยธาตุหลัก ไดแก C H O เปนสารประกอบประเภทพอลิแอลดีไฮด หรือ พอลิไฮดรอกซีคีโตนเปนสวนประกอบของเยื่อหุมเซลลของสิ่งมีชีวิตและกระดองของสัตวบางชนิด เชน ปูและหอยทาก เปนตน นอกจากนี้คารโบไฮเดรตยังถือเปนสารใหพลังงานท่ีมีความสําคัญมากท่ีสุดในรางกายของสิ่งมีชีวิตอีกดวย 2. เราสามารถแบงคารโบไฮเดรตออกเปน 3 ประเภท ไดแก • มอนอแซ็กคาไรด (Monosaccharide) • โอลิโกแซ็กคาไรด (Oligosaccharide) • พอลิแซ็กคาไรด (Polysaccharide)


มอนอแซ็กคาไรด (Monosaccharide) คือ นํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยวมีสูตรท่ัวไปเปน (CH2O)n ไดแก นํ้าตาลท่ีมีคารบอน 5 อะตอม เชน ไรโบส (C5H10O5) นํ้าตาลท่ีมีจํานวนคารบอน 6 อะตอม เชน กลูโคส กาแล็กโทสและฟรักโทสมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน (C6H12O6) แตสูตรโครงสรางตางกันจึงมีสมบัติตางกัน เรายังสามารถแบงนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยวตามหมูฟงกชัน ดังน้ี น้ําตาลอัลโดส (Aldoses) เปนน้ําตาลท่ีมีหมูคารบอกซาลดีไฮดซ่ึงสามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกตไดตะกอนสีแดงอิฐ เชน กลูโคส กาแล็กโทส และไรโบส เปนตน น้ําตาลคีโตส (Ketoses) เปนน้ําตาลท่ีมีหมูคารบอนิลซ่ึงสามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกต ไดตะกอนสีแดงอิฐไดเชนกัน ไดแก ฟรุกโทส เปนตน ท้ังน้ีนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยวยังสามารถแบงออกไดอีกเปนชนิดยอยๆ โดยอาศัยหลักเกณฑตามจํานวนคารบอนในโมเลกุลก็ได ไดแก 1. นํ้าตาลไตรโอส (Triose Sugar คือ นํ้าตาลท่ีมี 3 คารบอน : จัดเปนน้ําตาลท่ีมีขนาดเล็กท่ีสุด) 2. นํ้าตาลเทโทรส (Tetrose Sugar คือ นํ้าตาลท่ีมี 4 คารบอน) 3. นํ้าตาลเพนโทส (Pentose Sugar คือ นํ้าตาลท่ีมี 5 คารบอน) 4. นํ้าตาลเฮกโซส (Hexose Sugar คือ นํ้าตาลท่ีมี 6 คารบอน) 5. นํ้าตาลเฮปโทส (Heptose Sugar คือ นํ้าตาลท่ีมี 7 คารบอน : เปนน้ําตาลในธรรมชาติขนาดใหญท่ีสุด) ดังน้ัน ถาเปนน้ําตาลท่ีมีหมูฟงกชันเปนแอลดีไฮดและมีจํานวนคารบอนเทากับ 6 อะตอม ก็จะเรียกวาเปนน้ําตาลในกลุมแอลโดเฮกโซส (Aldohexose Sugar) เปนตน การทดสอบน้ําตาลโดยการใชสารละลายเบเนดิกต สารละลายเบเนดิกตเปนสารละลายที่ประกอบดวยคอปเปอร (II) ซัลเฟต โซเดียมคารบอเนต และโซเดียมซีเตรต ปกติเปนสารละลายที่มีสีฟา แตเมื่อทําปฏิกิริยาจะใหเปนตะกอนสีแดงอิฐ สามารถเกิดปฏิกิริยารีดอกซไดกับสารที่มีหมูฟงกชันเปนแอลดีไฮด / แอลฟาไฮดรอกซีคีโตน / มอนอแซคคาไรดและไดแซคคาไรดท่ัวไป ยกเวน ซูโครส สมการเคมีแสดงปฎิกิริยากับสารละลายเบเนดิกต

OR C H + +22Cu + -5OH

สารละลายเบเนดิกตมอนอแซ็กคาไรดและไดแซ็กคาไรดทั่วไป ยกเวนซูโครส

∆ ตะกอนสีแดงอิฐ

OR C + O2Cu2 + O3H2

-O


โอลิโกแซ็กคาไรด (Oligosaccharides) เปนสารท่ีเกิดจากนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยว 2-10 โมเลกุลมารวมตัวกัน โดยการเชื่อมดังกลาวนั้นจะเปนการเชื่อมแบบ C O C หรือเรียกวาพันธะไกลโคซิดิก (Glycosidic) ไดแก ไดแซ็กคาไรด (Disaccharides) หรือน้ําตาลโมเลกุลคู จะเกิดจากนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุลมารวมตัวกันโดยกําจัดนํ้าออกไป 1 โมเลกุล เชน ซูโครส (C12H22O11) เกิดจากกลูโคสรวมตัวกับฟรุกโทส

กลูโคส + OH2ฟรุกโทส ซูโครส (น้ําตาลทราย)

CHOH2CHOH2

HOHO HOOHOHHO

HO กรด

OHCH2

CHOH2HO

HO OH

HOHO

OHCH2

OHCH2

+O O

OOO

ไตรแซ็กคาไรด (Trisaccharide) เปนน้ําตาลท่ีประกอบดวยน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 3 โมเลกุล โดยน้ําตาลไตรแซ็กคาไรดท่ีพบบอยในธรรมชาติ คือ ราฟฟโนส (Raffinose) ซ่ึงประกอบดวยฟรุกโทส + กลูโคส + กาแล็กโทส พบในน้ําตาลจากหัวบีทและพืชช้ันสูงชนิดอื่นๆ อีกหลายชนิด เปนตน พอลิแซ็กคาไรด (Polysaccharides) เกิดจากนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยวหลายโมเลกุลมาเช่ือมตอกันเปนสายยาว เชน แปง เซลลูโลส ไกลโคเจน ซ่ึงทําใหพอลิแซ็กคาไรดเปนสารคารโบไฮเดรตท่ีมีโครงสรางซับซอนมากท่ีสุด nGlucose Polysaccharide nC6H12O6 (C6H10O5)n + nH2O เราสามารถแบงการศึกษาพอลิแซ็กคาไรด ออกเปน 3 ชนิด ดังนี้ 1. แปง (Starch) เปนคารโบไฮเดรตท่ีสะสมอยูในพืช พบท้ังใบ ลําตน ราก ผล และเมล็ด มีลักษณะเปนผงสีขาว ไมละลายน้ํา ประกอบดวยพอลิแซ็กคาไรด 2 ชนิด คือ 1.1 อะไมโลส (Amylose) ซ่ึงเปนกลูโคสท่ีตอเปนโซยาวและขดเปนเกลียว (Helix)

O

OHCH2

OHOH

OH300-600

OHOHOH O

OHOH

OHCH2OHCH2OOO

OO

Amylose


1.2 อะไมโลเพกติน (Amylopectin) ซ่ึงเปนกลูโคสท่ีตอโซก่ิง

OH

HOHO

OO

OOH

HOHO

OO

OHO

HOO

O

OH

HO

OHO

O Amylopectin

โดยทั่วไปแปงจะประกอบดวยอะไมโลส 20% และเปนอะไมโลเพกติน 80% การทดสอบแปง เราสามารถทําการทดสอบแปงไดโดยการใชสารละลายไอโอดีนซ่ึงจะใหสารประกอบเชิงซอนท่ีมีสีนํ้าเงิน ดังน้ี

O

OH

OH

OHO

Amylosehelice with theglucose-monomerunit :

2. ไกลโคเจน (Glycogen) เปนคารโบไฮเดรตท่ีอยูในสัตว ประกอบดวยกลูโคสท่ีตอกันแบบโซยาวและ มีก่ิง ซ่ึงมักจะถูกสะสมในตับของคนและสัตวและใชเปนแหลงพลังงานสํารองและมีหนาท่ีปรับระดับกลูโคสเลือดใหคงท่ี ไกลโคเจน มีลักษณะเปนผงสีขาว ไมละลายน้ํา เมื่อนําไปทําปฏิกิริยากับสารละลายไอโอดีนจะใหสารสีแดงเขม


โครงสรางของไกลโคเจนเปน ดังนี้

O

OHCH2

OH

OH

OHOHHO O

OHOH

OHCH2OHCH2OOO

OO O

O

2CH

OH

OH

OHOHO

OHOH

OHCH2OHCH2OOO

OO OOO OOH

OH

OHO

OH

OHCH2OO

O O

OHCH2

3. เซลลูโลส (Cellulose) เปนคารโบไฮเดรตท่ีประกอบดวยกลูโคสจํานวนมากมายมาตอกันเปนโซยาวไมมีก่ิงและเกิดพันธะระหวางกันเปนเบตากลูโคส ซ่ึงจะแตกตางจากแปงและไกลโคเจนที่เปนแอลฟากลูโคส เซลลูโลสเปนสวนประกอบของผนังเซลลของพืช มักจะพบในพืช เชน เน้ือไม ฝาย สําลี เซลลูโลสไมละลายน้ํา ไมทําปฏิกิริยากับสารละลายไอโอดีน และสารละลายเบเนดิกต นอกจากนี้รางกายของมนุษยยังไมสามารถยอยเซลลูโลสไดเน่ืองจากไมมีเอนไซมท่ีเหมาะสม โครงสรางของเซลลูโลสเปน ดังนี้

ลิพิด (Lipids) 1. ลิพิด ประกอบดวยธาตุหลักคือ C H O นอกจากนี้ยังอาจประกอบดวย N และ P ลิพิดไมละลายน้ํา ซ่ึงโดยสวนใหญลิพิดเปนสารประกอบเอสเทอรท่ีเกิดจากกรดไขมันกับกลีเซอรอล ประเภทของลิพิด ลิพิดอาจแบงไดเปน 3 ประเภท คือ 1. ลิพิดอยางงายหรือลิพิดธรรมดา (Simple lipid) ซ่ึงไดแก ไขมัน (Fat) นํ้ามัน (Oil) และไข (Wax) 2. ลิพิดเชิงประกอบ (Compound lipid) หมายถึง ลิพิดอยางงายท่ีมีองคประกอบอื่นรวมอยูดวยเชน ฟอสโฟลิพิด ประกอบดวยลิพิดอยางงายและหมูฟอสเฟต ไกลโคลิพิด ประกอบดวยลิพิดอยางงายและคารโบไฮเดรต ลิโพโปรตีน ประกอบดวยลิพิดอยางงายและโปรตีน


3. ลิพิดเบ็ดเตล็ด (Miscellaneous lipid) หมายถึง สารอื่นๆ ท่ีมีสมบัติคลายกับลิพิด แตไมเปนสารประกอบ ประเภทเอสเทอรของกรดไขมันกับกลีเซอรอล ไมทําปฏิกิริยากับสารละลายเบส สารเหลาน้ีไดแก สเตอรรอยด วิตามินท่ีละลายไดในน้ํามัน และสารประกอบประเภทเทอรพีน 2. ไขมันและน้ํามัน จัดเปนลิพิดประเภทหนึ่ง ซ่ึงเกิดจากการรวมกันระหวางกรดไขมัน 3 โมเลกุล (อาจจะเปนกรดไขมันตางชนิดกันก็ได) กับกลีเซอรอล 1 โมเลกุล เรียกสารประเภทนี้วา ไตรกลีเซอไรด (Triglyceride) โดยที่สามารถแสดงเปนสมการได ดังน้ี

OHOH

OHCH2HCCH2

+ C R3 HOO

CH2

HC

CH2

+O C

O

R

C

O

O

O

C RO

OH3 2

กลีเซอรอล กรดไขมัน ไตรกลีเซอไรด น้ํา

R

หากมองโดยทั่วไปจะเห็นวาสมการการเกิดไตรกลีเซอไรดน้ันคลายกับสมการเอสเทอริฟเคชันในเรื่องเคมีอินทรีย 3. ไขมัน (Fats) และน้ํามัน (Oils) มีความแตกตางกันตรงท่ีความเสถียรท่ีอุณหภูมิหอง โดยที่อุณหภูมิหองไขมันจะมีสถานะเปนของแข็ง ในขณะที่นํ้ามันจะมีสถานะเปนของเหลว สาเหตุท่ีทําใหสาร 2 ชนิดน้ีมีความแตกตางกัน เน่ืองมาจากที่สวนประกอบของไตรกลีเซอไรดท้ัง 2 แบบนี้ประกอบดวยกรดไขมันท่ีตางชนิดกัน 4. กรดไขมัน (Fatty Acid) คือ กรดอินทรียชนิดหนึ่งท่ีมีสูตรท่ัวไปคือ R COOH แตเน่ืองจากหมู R มีขนาดใหญมาก (มี C ตั้งแต 11 อะตอมขึ้นไป) ซ่ึงเราสามารถแบงกรดไขมันออกเปน 2 ชนิด คือ a. กรดไขมันอ่ิมตัว เกิดจากการท่ี Side chain (หมู R) ของกรดไขมันนั้นประกอบดวยพันธะเดี่ยวท้ังหมด ซ่ึงมีสูตรท่ัวไปดังน้ี CnH2n + 1COOH โดยกรดไขมันอิ่มตัวท่ีมีมากท่ีสุด ไดแก กรดสเตียริก (C17H35COOH)

OHO

Lauric acid


b. กรดไขมันไมอ่ิมตัว เกิดจากการท่ีหมู R ของกรดไขมันนั้นประกอบดวยพันธะคูหรือพันธะสามในโมเลกุล ซ่ึงจะทําใหเราไมสามารถหาสูตรท่ัวไปของกรดไขมันไมอิ่มตัวไดและไมเขาสูตรท่ัวไปของกรดไขมันอิ่มตัว ดังน้ันเราสามารถเช็คความอิ่มตัวของกรดไขมันไดจากสูตรท่ัวไปของกรดไขมันอิ่มตัว โดยกรดไขมันท่ีไมอิ่มตัวท่ีมีมากท่ีสุด คือ กรดโอเลอิก (C17H33COOH)

HOO

trans-Oleic acid

HOO

cis-Oleic acid

จากขอมูลความอิ่มตัวของกรดไขมัน ทําใหเราสามารถสรุปได ดังน้ี I. กรดไขมันจะมีจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้น เมื่อมวลโมเลกุลเพ่ิมขึ้น II. กรดไขมันอิ่มตัวจะมีจุดหลอมเหลวมากกวากรดไขมันไมอิ่มตัว III. เมื่อหมู R ของกรดไขมันมีพันธะคูเพ่ิมขึ้น จุดหลอมเหลวจะลดลง 5. ไข (Waxes) เปนสารประกอบเอสเทอรท่ีเกิดจากกรดไขมันทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอลโมเลกุลใหญ (C ตั้งแต 24-36 อะตอม) มักจะมีสถานะเปนของแข็ง เชน ขี้ผ้ึง ไขคานูบา ไขปลาวาฬ เปนตน โดยสวนใหญเราจะนําไขมาใชทําเปนสารเคลือบผิวเพ่ือปองกันน้ํา เทียนไข เครื่องสําอาง 6. คุณสมบัติและปฏิกิริยาตางๆ ของไขมัน สรุปไดดังน้ี • เราสามารถทดสอบความอิ่มตัวของกรดไขมันไดโดยการใชนํ้าโบรมีน (Br2) ซ่ึงสามารถทําไดโดยการนับหยดปริมาณโบรมีนท่ีใชในฟอกสี (หยดจนกระทั่งไมฟอกสีแลวบันทึกจํานวนหยด) โดยถาย่ิงใชจํานวนหยดโบรมีนมาก กรดไขมันนั้นก็จะยิ่งไมอิ่มตัวมาก ถาใชโบรมีนนอยก็แสดงวากรดไขมันมีความอิ่มตัว เปลืองโบรมีนนอย → กินนอย → อิ่มมาก เปลืองโบรมีนมาก → กินมาก → ไมอิ่ม


• เมื่อเก็บไวนานจะเกิดการเหม็นหืน (Rancidity) ซ่ึงถาดูจากโครงสรางพวกไขมันหรือนํ้ามันจากพืชจะเหม็นหืนดีกวาจากสัตว แตสภาพเปนจริงจากพืชจะเหม็นหืนนอยกวาสัตว เน่ืองจากมีพวกสารกันหืน (Antioxidant) เชน Vitamin C และ E นอกจากนี้ยังมีสารกันหืนท่ีไดจากการสังเคราะห เชน butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT)

O

OH

O

OHBHA

OH

BHT • ปฏิกิริยาการเหม็นหืนมี 2 แบบ 1. เกิดผานปฏิกิริยา Hydrolysis ซ่ึงเกิดจากน้ําในไขมันจะเกิดจาก Hydrolyze ไดกรดไขมันและกลีเซอรอลที่มีกลิ่น ซ่ึงจะเกิดไดจะตองมีแบคทีเรียเปนตัวเรงปฏิกิริยา 2. เกิดผานปฏิกิริยา Oxidation ซ่ึงเกิดจาก O2 ในอากาศจะ Oxidize ตรงตําแหนงพันธะคูและมีความรอนเรงปฏิกิริยาจะไดพวกแอลดีไฮดท่ีมีกลิ่น • การทดสอบไขมันทําไดโดยการนําไขมันไปถูกับกระดาษ ถากระดาษน้ันโปรงแสง แสดงวาเปนไขมัน • การทําเนยเทียม คือ กระบวนการการนํานํ้ามันมาทําปฏิกิรยาไฮโดรจิเนชัน (เติมไฮโดรเจนเขาไป) โดยจะตองตัวเรงปฏิกิริยาท่ีเหมาะสม เชน โลหะ Pt หรือ Ni ทําใหไดโมเลกุลท่ีอิ่มตัว และมีผลทําใหมีจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้นดวย • สบู (Soap) ปฏิกิริยาการเกิดสบู เรียกวา ปฏิกิริยาสะปอนนิฟเคชัน (Sponification) ซ่ึงเปนปฏิกิริยาท่ีเกิดจากการนําสบูไปตมกับสารละลายเบส จะไดเกลือของกรดไขมัน โดยมีสมการท่ัวไปคลายกับสมการไฮโดรไลซิสของเอสเทอรเมื่อใชตัวเรงปฏิกิริยาเปนเบส ดังน้ี

ONaOH/H3 2

heat

O

O

O

RO

R

R

O

OO

3 RONa

+O

O

H

H

OH

ไขมัน + สารละลายเบส → เกลือของกรดไขมัน (สบู) + กลีเซอรอล

สบู เปนสารลดแรงตึงผิวชนิดหนึ่งโดยสบูท่ีไดจากเกลือโซเดียมจะมีความแข็งมากกวาสบูท่ีไดจากเกลือโพแทสเซียม นอกจากนี้สบูท่ีทําจากไขมันสัตวจะมีความแข็งมากกวาสบูท่ีทําจากพืช

O NaO

ภาพโครงสรางของสบู


การละลายน้ําและการทํางานของสบู เน่ืองจากโครงสรางของสบูจะประกอบไปดวย 2 สวน น้ันก็คือสวนท่ีเปน Side chain ขนาดใหญท่ีเปนสวนท่ีไมมีขั้ว และสวนท่ีเปน COO-Na+ ท่ีเปนสวนท่ีมีขั้ว ดังน้ันทําใหเวลาที่เราถูสบู สบูจะใชหลักการละลาย Like Dissolve Like ท่ีจะหันขางท่ีไมมีขั้วน้ันเขาสูสิ่งสกปรกและไขมันตามรางกายของเรา และหันดานท่ีมีขั้วออก จากน้ันเมื่อเราราดนํ้าจะทําใหสวนท่ีมีขั้วน้ันถูกนํ้าชะลางออกไปและดึงเอาสิ่งสกปรกนั้นตามออกไปดวย กลาวคือ สบูทําหนาท่ีเปนประสานระหวางไขมันกับน้ําน่ันเอง (ปกตินํ้ากับน้ํามันจะไมละลายเปนเนื้อเดียวกัน) โดยชวงท่ีเกิดการจัดเรียงตัวของโมเลกุลในน้ํา เรียกวา ไมเซลล (Micelle)

ปญหาของสบู คือ สบูไมสามารถทํางานไดดีเมื่อใชในน้ํากระดางซ่ึงเปนน้ําท่ีมีปริมาณแคลเซียมไอออนและแมกนีเซียมไอออน ซ่ึงไอออน 2 ชนิดน้ีจะเขาไปรวมตัวกับสบูเกิดเปนเกลือแคลเซียมและเกลือแมกนีเซียมของกรดไขมันแทน ซ่ึงสารใหมน้ีท่ีเกิดขึ้นจะเปนไคลสบู ซ่ึงทําใหสิ้นเปลืองสบูเปนจํานวนมาก เน่ืองจากการละลายนํ้าของสบูลดลงอยางมาก ดังน้ันเพ่ือแกปญหาดังกลาวนักวิทยาศาสตรจึงไดสังเคราะหผงซักฟอก (Detergent) ขึ้นมาใชแทนสบู ผงซักฟอก (Detergent) เปนสารซักลางท่ีผลิตขึ้นมาใชแทนสบู ซ่ึงเปนเกลือโซเดียมซัลโฟเนตของไฮโดรคารบอน มีสูตรท่ัวไปเปน R- -

3SO Na+ ผงซักฟอกมีขอดีเหนือสบูคือสามารถทํางานไดดี แมในน้ํากระดางท่ีมีไอออน Ca2+, Fe2+, Fe3+ และ Mg2+ ถาหมูแอลคิลเปนเสนตรง (LAS : Linear Alkyl benzene Sulfonate) จะถูกยอยดวยจุลินทรียไดดี เกิดมลพิษนอย แตถาหมูแอลคิลเปนโซก่ิง (ABS : Alkyl benzene sulfonate) จุลินทรียจะยอยไดยาก โดยโครงสรางของผงซักฟอกแตละแบบมีดังตอไปนี้

SO

O

+NaO-

โครงสรางของผงซักฟอกประเภทโซเดียมแอลคิลซัลโฟเนต


SO

O

+NaO-

โครงสรางของผงซักฟอกประเภท LAS

SO

O

+NaO-

โครงสรางของผงซักฟอกประเภท ABS

นอกจากนี้องคประกอบอื่นของผงซักฟอก อาจมีสวนประกอบดังน้ี • บิลเดอร (Builder): Na5P3O10 (โซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต) มีหนาท่ีทําใหน้ําท่ีเปนเบสเกิดการชําระลางไดดีขึ้น โดยจะเขาไปลดความกระดางของน้ํา แตมีขอเสียคือเนื่องจากประกอบดวยสารประกอบฟอสเฟตจะเปนอาหารที่ดีของพืชทําใหพืชน้ําเจริญเติบโตไดเร็วเปนปญหาตอสิ่งแวดลอม • อิมัลซิไฟเออร (Emulsifier): cellulose-OCH2

-2CO Na+ มีหนาท่ี ปองกันไมใหผงซักฟอกตกตะกอน

• สารฟอกขาว (Bleach): NaOCl, Ca(OCl)2 มีหนาท่ี ทําใหเสื้อผาขาวขึ้นเพราะเขาไปปองกันการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลสีเมื่อถูกแสงแดด • สารปองกันสนิม (Corrosion Inhibitor): Na2Si3O7 มีหนาท่ีปองกันไมใหโลหะในเสื้อผา เชน กระดุม ซิปนั้นเกิดสนิม โดยจะเคลือบฟลมบางๆ ไว กรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) กรดนิวคลีอิกเปนสารท่ีมีโมเลกุลขนาดใหญ เปนพอลิเมอรท่ีพบบนโครโมโซมในนิวเคลียสของเซลล มีสมบัติเปนกรด และมีหนาท่ีควบคุมการสังเคราะหโปรตีนซ่ึงนําไปสูการถายทอดทางพันธุกรรมจากรุนพอแมไปสู รุนลูก แบงออกไดเปน 2 ชนิด คือ 1. กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic acid): DNA สวนใหญพบในนิวเคลียสของเซลลท่ัวไป ทําหนาท่ีเปนสารพันธุกรรม 2. กรดไรโบนิวคลีอิก (Ribonucleic acid): RNA สวนใหญพบในไซโทพลาซึมและนิวเคลียส เกิดจากการสังเคราะหของ DNA ทําหนาท่ีสรางโปรตีนภายในเซลล


โครงสรางของนิวคลีโอไทด DNA และ RNA เน่ืองจาก DNA และ RNA เปนสารอินทรียท่ีมีโมเลกุลใหญและซับซอนมาก โดยเกิดจากการหนวยยอยๆมาเรียงตอกัน เราเรียกหนวยยอยๆ ดังกลาววา นิวคลีโอไทด (Nucleotide) ซ่ึงประกอบดวยสวนยอยๆ 3 สวน ดังน้ี

2CHAdenine unit

Deoxyribose unitPhosphate unit OH H

OHH

H H

OP

-O

-OO

2NHN

N N

N

ภาพโครงสรางของนิวคลีโอไทด

1. นํ้าตาลไรโบส (ใน RNA) และน้ําตาลดีออกซีไรโบส (ใน DNA) ตามลําดับ

OH OH

OHHO

H HO

HH

OH

OHHO

H HO

HHH

2. เบสที่มีไนโตรเจนเปนองคประกอบหรือ Nitrogenous base (N-base) ซ่ึงแบงออกเปน 2 กลุม คือ a. เบสพิริมิดีน (Pyrimidine base) ไดแก Cytosine (C), Thymine (T), Uracil (U) b. เบสพิวรีน (Purine base) ไดแก Adenine (A), Guanine (G) 3. กรด H3PO4 หรือ H แตกตัวออกหมดเปนหมูฟอสเฟต ความแตกตางระหวาง DNA และ RNA คือ นํ้าตาลท่ีไมเหมือนกันและยังมี N-base ท่ีตางกัน โดยใน DNA จะมี Thymine (T) ในขณะที่ใน RNA จะมี Uracil (U)

hadyai2012 chemistry krit

Documents