บทท 1 อะตอมและตารางธาต 07 อะตอม 07

ตารางธาต 42

ปฏกรยานวเคลยร 72

บทท 2 พนธะเคม 75 พนธะโคเวเลนต (Covalent Bond) 75

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต 82

(Coordinate Covalent Bond)

พนธะไอออนก (Ionic Bond) 97

พนธะโลหะ (Metallic Bond) 107

แรงระหวางอนภาคและจดเปลยนสถานะ 108

ขอควรรเกยวกบแรงระหวางโมเลกล 110

(Intermolecular Force)

บทท 3 ปรมาณสารสมพนธ 117 ความรทวไปเกยวกบสมการเคม 117

โมล มวลอะตอม และมวลตอโมล 123

กฎทรงมวลและกฎสดสวนคงท 134

ความเขมขนของสารละลาย 137

สมบตคอลลเกทฟ 148

รอยละขององคประกอบในสาร 151

ปรมาณสารสมพนธของกาซ 152

สารบญ

Lecture chemistry senior.indd 4 26/2/2562 BE 10:01

บทท 4 ของแขง ของเหลว กาซ 153 ของแขง (Solid) 153

ของเหลว (Liquid) 163

กาซ (Gas) 172

เทคโนโลยทควรรเกยวกบสมบตของของแขง 188

ของเหลว และกาซ

ประวตนกเขยน 192

Lecture chemistry senior.indd 5 26/2/2562 BE 10:01

เคม

Lecture chemistry senior.indd 6 26/2/2562 BE 10:01

7

บทท

1

ผทคนพบ ค�าอธบายเกยวกบอะตอม

ดอลตน

(John Dalton) อะตอมเปนเพยงแคทรงกลมตน

ทอมสน

(J. J. Thomson หรอ

Joseph John Thomson)

ทดลองหลอดรงสแคโทด จนคนพบวาอะตอมมอนภาคทม

ประจลบ ตอมาเรยกวา อเลกตรอน ซงทอมสนคดวาประจลบ

กระจายอยทวไป อะตอมทมสภาพเปนกลางทางไฟฟา

จะมจ�านวนประจบวกและประจลบเทากน

รทเทอรฟอรด

(Ernest Rutherford)

ทดลองยงอนภาคแอลฟาใสแผนทองค�าเปลว คนพบวา

จรงๆ แลวประจลบไมไดแทรกอยในเนออะตอมทมประจบวก

อะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมโปรตอนรวมกนอยตรงกลาง

นวเคลยสมขนาดเลก (มมวลมาก) สวนอเลกตรอน (มมวลนอย)

จะเคลอนทอยรอบนวเคลยส

แชดวก

(James Chadwick)

ทดลองยงอนภาคแอลฟาใสแผนโลหะเบรลเลยม คนพบวา

ในนวเคลยสของอะตอมจะมอนภาคทมความเปนกลางทางไฟฟา

ทมมวลพอๆ กบโปรตอน ตอมาเรยกอนภาคนนวา นวตรอน

แบบจ�าลองอะตอม

บทท 1 อะตอมและตารางธาต

สามารถแบงแบบจ�าลองอะตอมตามการคนพบไดดงน

1. อะตอม

Lecture chemistry senior.indd 7 26/2/2562 BE 10:01

8

ผทคนพบ ค�าอธบายเกยวกบอะตอม

โบร

(Niels Bohr)

ศกษาสเปกตรมของกาซไฮโดรเจนโดยพจารณาในเชงของ

คลนแมเหลกไฟฟา อาศยสมการของพลงคและเชอมโยงเขากบ

สมการความเรวแสง ท�าใหไดแบบจ�าลองอะตอมทเพมเตมจาก

รทเทอรฟอรด คอ อเลกตรอนทโคจรรอบนวเคลยสมระดบ

พลงงานในการโคจรของมน

นกวทยาศาสตรในยคตอมา

อาศยความรเรองกลศาสตรควอนตมในการอธบายการโคจรของ

อเลกตรอนรอบนวเคลยส โดยใชกฎของความไมแนนอน (The

Uncertainty Relation) ในการหาโอกาสทจะพบอเลกตรอน

ณ ต�าแหนงใดๆ รอบนวเคลยส

Lecture chemistry senior.indd 8 26/2/2562 BE 10:01

9

บทท

1อะตอมของดอลตน อะตอมในปจจบน

1. สสารทกชนดประกอบดวยสงทเรยกวา

“อะตอม” มลกษณะเปนทรงกลมตน

เปนสงทเลกทสด ไมสามารถแบงแยกไดอก

ปจจบนพบวาอะตอมสามารถแบงแยกไดอก

เพราะยงมอนภาคอนๆ ทเปนองคประกอบ

เชน โปรตอน นวตรอน อเลกตรอน ควารก

2. ธาตเดยวกนจะมอะตอมทมสมบตเหมอนกน

และธาตทตางกน สมบตของอะตอม

กจะตางกนดวย

ปจจบนมการคนพบไอโซโทป คอการทธาต

เดยวกนมเลขมวลตางกนเนองจากนวตรอนของ

ธาตไมเทากน เชน I-127 และ I-131

ลกษณะของอะตอมแบบดอลตน สรปไดดงน

1. สสารทกชนดประกอบดวยสงทเรยกวา “อะตอม” มลกษณะเปนทรงกลมตน เปนสง

ทเลกทสด ไมสามารถแบงแยกไดอก

2. ธาตเดยวกนจะมอะตอมทมสมบตเหมอนกน และธาตทตางกน สมบตของอะตอมกจะ

ตางกนดวย

3. อะตอมไมสามารถถกท�าใหหายไปหรอท�าใหเกดขนใหมได

4. อะตอมของธาตสามารถรวมตวกนได อยในรปสารประกอบ โดยมสดสวนเปนเลขลงตว

อยางต�า

แบบจ�าลองของดอลตน

ตารางสรปและเปรยบเทยบอะตอมยคเรมแรกกบยคปจจบน

Lecture chemistry senior.indd 9 26/2/2562 BE 10:01

10

อะตอมของดอลตน อะตอมในปจจบน

3. อะตอมไมสามารถถกท�าใหหายไปหรอท�าให

เกดขนใหมได

ถกสรางไดแลวดวยปฏกรยานวเคลยร

โดยเหนยวน�าใหเกดปฏกรยานวเคลยรฟชชน

และปฏกรยานวเคลยรฟวชน

4. อะตอมของธาตสามารถรวมตวกนได อยในรป

สารประกอบ โดยมสดสวนเปนเลขลงตวอยางต�า

เปนจรงอยในปจจบน เชน H2O

โดย H : O = 2 : 1

แบบจ�าลองอะตอมของทอมสน

เทคโนโลยหลอดสญญากาศ

ในสมยนนมเทคโนโลยหลอดสญญากาศ ซงสามารถสบกาซออกจากหลอดแกวจนเปนสญญากาศ

(มอากาศในหลอดต�ากวาหรอเทากบ 1 ในลานสวน) และท�าใหอะตอมของอากาศทเหลอในหลอด

สามารถน�าไฟฟาได ทอมสนจงน�าเทคโนโลยดงกลาวมาออกแบบการทดลองของตนเองเพออธบาย

แบบจ�าลองอะตอมเพมเตมจากแบบจ�าลองอะตอมของดอลตน โดยทดลองตอขวไฟฟาความตางศกยสง

เขาไปในหลอดสญญากาศ ซงจะท�าใหอะตอมของกาซในหลอดแตกตวและเกดการน�าไฟฟา สงเกต

ไดจากแสงทตกกระทบกบหลอดแกวสวนทาย

Lecture chemistry senior.indd 10 26/2/2562 BE 10:01

11

บทท

1

ตอมาทอมสนจงสรางหลอดทดลองขนใหม เพอสงเกตการตกกระทบของรงสแคโทด

หลอดรงสแคโทดของทอมสน

ประกอบไปดวย

1. หลอดแกวทสบอากาศออกจนเหลอนอยมากๆ

• ท�าใหเกดการน�าไฟฟาไดในหลอดแกว เนองจากกาซในหลอดมความดนต�ามาก

จงแตกตวไดงาย

2. ขวไฟฟาความตางศกยสง

• สรางรงสแคโทดทมประจลบ โดยรงสแคโทดเกดจากอเลกตรอนทหลดออกจากขวลบ

และอเลกตรอนของกาซทถกอเลกตรอนจากขวพงชนแลวหลดออกมารวมกน

3. แผนโลหะขวแอโนด (ขวบวก) รปโดนทจากภาพหนา 12

• ดงดดอเลกตรอน (ประจลบ) จากขวแคโทดวงเปนล�าแสงผานรของขวแอโนด

กลายเปนเสนรงสแคโทดทเรยวเลก

4. สนามไฟฟาทปรบคาความตางศกยได

• ท�าใหรวาล�าแสงทผานเขามามประจชนดใด สงเกตจากการเบยงเบนของล�าแสง

ในสนามไฟฟา

5. สนามแมเหลก

• ครอมอยกบสนามไฟฟาเพอหกลางกบแรงเนองจากสนามไฟฟา

6. ปลายหลอดทฉาบดวยสารซงคซลไฟด (ZnS)

• ท�าใหรวาล�าแสงทออกมาเบยงเบนอยางไร โดยสงเกตการเรองแสงทกนหลอด

หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน หลอดรงสแคโทดของทอมสน

Lecture chemistry senior.indd 11 26/2/2562 BE 10:01

12

ทศทางของรงสแคโทดในการทดลองของทอมสน

1. เมอเปดขวไฟฟาความตางศกยสงในหลอดสญญากาศ ท�าใหกาซในอากาศแตกตวไดอนภาคลบ

ไปรวมกบอนภาคลบทออกมาจากขวแคโทด เรยกวา รงสแคโทด (ตอมาเรยกวา อเลกตรอน)

2. รงสแคโทดเคลอนทไปยงขวแอโนดทเจาะรตรงกลาง ท�าใหไดเปนเสนรงสเรยวเลก

3. เสนรงสดงกลาวผานสนามไฟฟาทมแผนบนเปนขวลบและแผนลางเปนขวบวก เนองจากตวมน

เปนประจลบ สงเกตเหนจดเรองแสงทกนหลอดทฉาบดวยซงคซลไฟด (ZnS) จะเหนวาม

จดเรองแสงทบรเวณดานลางของกนหลอดต�าแหนง (C)

4. แตหากเปดเฉพาะสนามแมเหลกจะมแรงดงขนเพยงอยางเดยว เนองจากมแรงแมเหลกตามกฎ

มอขวาของเฟลมมง จะท�าใหรงสแคโทดไปตกกระทบทกนหลอดในต�าแหนง (A)

Lecture chemistry senior.indd 12 26/2/2562 BE 10:01

13

บทท

1

เสนรงสแคโทดทเกดขนในหลอด (ตามภาพหนา 12)

1. เสนเบนขน (A) เกดจากแรงเนองจากสนามแมเหลกเทานน

2. เสนไมเบยงเบน (B) เกดได 2 กรณ คอ

1) ไมมการเปดสนามไฟฟาและสนามแมเหลก

2) มการเปดสนามไฟฟาและสนามแมเหลกใหมแรงสมดลกน

3. เสนเบนลง (C) เกดจากแรงเนองจากสนามไฟฟาเทานน

(รงสแคโทดถกแผนบวกดงลง)

คณสมบตของอนภาคทเกดภายในหลอดสญญากาศ

1. รงสแคโทด

• มความเปนลบทางไฟฟา

• มจ�านวนมากกวารงสแอโนด เพราะมาจากอเลกตรอนทหลดออกจากขวไฟฟารวมกบ

อเลกตรอนของอะตอมกาซทแตกตว เนองจากถกอเลกตรอนตวอนพงชน

• ขนาดเลกกวารงสแอโนด วงเรวกวา

• อ�านาจการทะลทะลวงดกวารงสแอโนด

2. รงสแอโนด

• มความเปนบวกทางไฟฟา

• มจ�านวนนอยกวา เพราะมาจากอะตอมของกาซทถกอเลกตรอนทหลดออกจากขว

พงชนจนเหลอแตนวเคลยสของกาซเทานน

• ขนาดใหญกวา เคลอนทชากวา

• อ�านาจการทะลทะลวงต�ากวารงสแคโทด

การหาคาประจตอมวลของรงสแคโทด (อเลกตรอน)

• สงทนาสนใจทน�าไปสการจ�าลองลกษณะอะตอมของทอมสน คอ การคนพบอนภาคท

เกดขนภายในหลอดสญญากาศน 2 ชนด คอ รงสแคโทดและรงสแอโนด ซงทง 2

อนภาคตางกมคณสมบตทแตกตางกน

• ทอมสนน�ารงสแคโทดยงผานสนามไฟฟาและสนามแมเหลกทปรบคาไดจนเสนอนภาค

เปนเสนตรง เพอทจะไดใชกฎนวตน ขอท 3 คอ แรงดงขนเทากบแรงดงลง ในการแก

สมการหาคาประจตอมวล (q/m) ของรงสแคโทด

Lecture chemistry senior.indd 13 26/2/2562 BE 10:01

14

สรปเกยวกบการทดลองและแบบจ�าลองอะตอมของทอมสน

• เสนอแบบจ�าลอง Plum-Pudding Model อธบายวาอะตอมทกชนดมความเปนกลางทางไฟฟา

ประกอบดวยเนอทรงกลมตนทมประจบวกดงดดกบอนภาคลบ (รงสแคโทด) แทรกอยอกท

• โดยทอมสนเปดสนามแมเหลกทวางตงฉากกบสนามไฟฟา ท�าใหเกดแรงดงรงสแคโทดขน

(ตามกฎมอขวา) และปรบคาสนามไฟฟาซงท�าใหเกดแรงดงรงสแคโทดลง จนกระทง

รงสแคโทดอยในแนวเสนตรงไมเบยงเบนแลว ทอมสนสามารถค�านวณคาประจตอมวล

จากเสนรงสแคโทดทเกดขนไดจากเสน B (จากรปหนา 12) โดยเมอรงสแคโทดวงเปน

เสนตรงแลวจะเปนไปตามความสมพนธดงน

1) กลศาสตรของนวตนเพอหาความเรว (v) ของรงสแคโทด

แรงดงรงสแคโทดขน = แรงดงรงสแคโทดลง

แรงเนองจากสนามไฟฟา = แรงเนองจากสนามแมเหลก

qE = qvB

v =E

B

2) น�าคาความเรวของรงสแคโทด (v) ไปแทนในสมการรศมความโคงของอนภาค

ทถกเบยงเบนในสนามแมเหลก

แรงเนองจากสนามแมเหลก = แรงเขาสศนยกลาง

qvB = mv2

r

qm =

vBr

โดยท q = ประจไฟฟา E = สนามไฟฟา

v = ความเรวรงสแคโทด B = สนามแมเหลก

m = มวลรงสแคโทด

r = รศมความโคงของอนภาคทถกเบยงเบน

ซงคดออกมาไดคาประจตอมวลของอเลกตรอน (q/m) = 1.76 x 108

คลอมบตอกรม

Lecture chemistry senior.indd 14 26/2/2562 BE 10:01

15

บทท

1

• สวนประกอบของอะตอม อธบายไดจากอะตอมทถกชนดวยรงสแคโทด (จากแหลงก�าเนด

ไฟฟา) ในหลอดสญญากาศ รงสแคโทดจากแหลงก�าเนดไฟฟาจะเขาไปชนรงสแคโทด

ทฝงในเนออะตอมใหหลดออก ท�าใหอะตอมสญเสยความเปนกลางทางไฟฟาและแตกตว

ออกมาเปนอนภาคบวก (รงสแอโนด)

• ค�านวณคาประจตอมวล (q/m) ของรงสแคโทด (อเลกตรอน) ไดเทากบ 1.76 x 108

คลอมบตอกรม น�าไปสการค�านวณคามวลของอเลกตรอนตอไป

การคนพบอนภาคทมประจบวก (รงสแอโนด)

กอนหนาทอมสนราวๆ 18 ป โกลดสไตนใชหลอดรงสแคโทดทดลองพบอนภาคบวก

เปนครงแรก โดยเขาเลอกใชขวแคโทดทเจาะรตรงกลาง (ตางจากทอมสนทเขาเจาะรทขว

แอโนด) เมอเปดเครองก�าเนดไฟฟา อเลกตรอนจากขวแคโทดจะวงเขาชนกบอะตอมของกาซ

ในหลอดท�าใหสญเสยอเลกตรอน อะตอมจงแสดงประจไฟฟาบวกแลววงจากขวแอโนดเขาหา

ขวแคโทดเปนเสนรงสชอวา รงสแอโนด เมอน�าไปผานสนามไฟฟาพบวามการเบยงเบน

ทตางกน ขนอยกบชนดของกาซในหลอด แตยงบอกไมไดวาอนภาคบวกทพบเปนองคประกอบ

พนฐานของธาตทกชนด เพราะมสดสวนทตางกนไปในแตละธาต

การคนพบอเลกตรอน

ทอมสนใชสมการขางบน ไดคาประจตอมวลของรงสแคโทด (q/m) เทากบ 1.76 x 108

คลอมบตอกรม และไดขอสงเกตวา ไมวาจะเปลยนชนดของกาซหรอโลหะเปนอะไร ขวแคโทด

กจะปลดปลอยรงสแคโทดทมประจไฟฟาลบและไดคาประจตอมวลคงทเสมอ ทอมสนเรยก

รงสแคโทดใหมวา อเลกตรอน และสรปวาอเลกตรอนเปนองคประกอบพนฐานของอะตอม

ดวยเหตนการทดลองของทอมสนจงลมลางแบบจ�าลองอะตอมของดอลตนทกลาววา อะตอมเปน

สงทเลกทสด เนองจากอะตอมยงมอเลกตรอนและอนภาคอนๆ ทยงไมคนพบเปนองคประกอบ

จากนนเขาไดเสนอแบบจ�าลองอะตอม Plum-Pudding Model โดยกลาววา อะตอมมความ

เปนกลางทางไฟฟา ประกอบดวยอเลกตรอนทมประจลบฝงอยในเนออะตอมทมประจบวก

Lecture chemistry senior.indd 15 26/2/2562 BE 10:01

16

1. ฉดละอองน�ามนเลกๆ เขาไปในแกวผานรเลกๆ บนฝา

2. ฉายรงสเอกซ (X-ray) ท�าใหอะตอมของกาซในแกวแตกตวไดอเลกตรอนอสระ

3. อเลกตรอนอสระจะเขาไปจบกบหยดน�ามนท�าใหหยดน�ามนมประจลบ ขณะทอะตอมของกาซ

บางสวนมประจบวก เนองจากสญเสยอเลกตรอนกเขาไปจบกบหยดน�ามนเชนกน

4. หยดน�ามนในตอนนจะมทงทเปนประจลบและประจบวก

5. มลลแกนเปดสนามไฟฟาทแผนบนเปนแผนบวก และแผนลางเปนแผนลบ

การหาประจของอเลกตรอนของมลลแกน

ในเวลาตอมา หลงจากทอมสนหาประจตอมวลของอเลกตรอนไดแลว มลลแกนจงท�าการ

ทดลองเพอหาประจของอเลกตรอน โดยวธการทดลองทชอวา การทดลองหยดน�ามน

(Oil-Drop Experiment) มวธการดงน

Lecture chemistry senior.indd 16 26/2/2562 BE 10:01

17

บทท

1

Fดงขน = Fดงลง แรงเนองจากสนามไฟฟา = แรงโนมถวง

qE = mg

q =mgE

8. มลลแกนสงเกตหยดน�ามนทหยดนงๆ หลายครง พบสงทนาสนใจวา คาของประจ

หยดน�ามนแตละครงเปนเลขจ�านวนเตมทคณดวย 1.602 x 10-9 พดงายๆ คอ

1.602 x 10-9 เปน ห.ร.ม. ของหยดน�ามนทกตวทวดคา เชน สมมตวามลลแกน

เจอหยดน�ามนทลอยนงๆ และน�ามาวดคาประจ จะไดดงน

หยดท 1 วดประจได 1.602 x 10-9 คลอมบ คอเลข 1 x 1.602 x 10-9

หยดท 2 วดประจได 3.204 x 10-9 คลอมบ คอเลข 2 x 1.602 x 10-9

หยดท 3 วดประจได 4.806 x 10-9 คลอมบ คอเลข 3 x 1.602 x 10-9

หยดท n วดประจได n x 1.602 x 10-9 คลอมบ คอเลข n x 1.602 x 10-9

มลลแกนเชอวาเลขจ�านวนเตม 1, 2, 3, …n เปนจ�านวนอเลกตรอนทเกาะอย

บนหยดน�ามน เนองจากจ�านวนประจต�าสดทวดไดมคา 1.602 x 10-9 คลอมบ

ดงนนจงสรปวา อเลกตรอนมประจเทากบ 1.602 x 10-9 คลอมบ

โดยท q = ประจไฟฟา, E = สนามไฟฟา, m = มวลหยดน�ามน,

g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวง

การทราบมวลอเลกตรอน

ใชสมการประจตอมวลของทอมสน คอqm = 1.76 x 108 คลอมบตอกรม และ

ขอมลคาของประจอเลกตรอนจากมลลแกน (q) เทากบ 1.602 x 10-9 คลอมบ แทนคา

q ลงไปในสมการ จะไดมวลของอเลกตรอน (m) = 9.1 x 10-28 กรม

6. ท�าใหหยดน�ามนทมอเลกตรอนลอยขนไปในทศสนามไฟฟาแผนบวก และหยดน�ามน

ทมประจบวกลอยตกไปในทศสนามไฟฟาแผนลบ มลลแกนสงเกตเหนผานกลอง

ก�าลงขยายสงทตดตงไวขางแกว

7. ไอเดยของการทดลองนอยตรงทมหยดน�ามนบางหยดลอยอยนงๆ เนองจากแรงดงขน

จากสนามไฟฟาเทากบแรงดงลงเนองจากแรงโนมถวง (น�าหนกของหยดน�ามน)

ท�าใหมลลแกนสามารถค�านวณประจของอเลกตรอนไดดวยความสมพนธดงน

Lecture chemistry senior.indd 17 26/2/2562 BE 10:01

18

แบบจ�าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

รทเทอรฟอรดบอกวา แบบจ�าลองอะตอมของทอมสน (Plum-Pudding Model) ไมถกตอง ดวยการ

ทดลองยงอนภาคแอลฟาใสแผนทองค�าเปลวทฝนจนบาง (Gold Foil Scattering) เขาอธบายวา หากแบบ

จ�าลองอะตอมของทอมสนเปนจรง อนภาคแอลฟาทมความหนาแนนของประจไฟฟาบวกสงยอมทะลผานอะตอม

ของแผนทองค�าไปทงหมด เพราะอะตอมแบบทอมสนนนประจบวกกระจายกนอยในเนออะตอมท�าใหความ

หนาแนนของประจบวกต�ากวา แตผลการทดลองกลบพบวามอนภาคแอลฟาบางสวนเบยงเบน บางสวนก

สะทอนกลบมา แสดงใหเหนวาจรงๆ แลวอะตอมมจดทมประจบวกกระจกตวหนาแนนพอๆ กบอนภาคแอลฟา

เรยกจดนนวา นวเคลยสของอะตอม รทเทอรฟอรดเลยสรปแบบจ�าลองอะตอมใหมวา จรงๆ แลวอะตอม

มประจบวกทเรยกวานวเคลยสอยตรงกลาง และลอมรอบไปดวยอเลกตรอนทเปนประจลบวงอยรอบๆ

Lecture chemistry senior.indd 18 26/2/2562 BE 10:01