Hadyai2012 Chemistry Krit

โครงสรางอะตอมและตารางธาตุ สรุปแบบจําลองอะตอมแบบตางๆ

Dalton

Thomson

Rutherford

Bohr

สัญลักษณนิวเคลียร สัญลักษณนิวเคลียร คือ สัญลักษณที่ใชบอกชนิดของธาตุ ตลอดจนจํานวนอนุภาคมูลฐานทั้งหมดของธาตุ นั้นๆ โดยจะประกอบดวยสวนสําคัญ 2 สวน ไดแก มวลอะตอม A สัญลักษณธาตุ เลขอะตอม

ZX

1. เลขอะตอม (Atomic number, Z) คือ ตัวเลขที่แสดงจํานวนโปรตอนในนิวเคลียส เปนตัวบงชี้ชนิด และสมบัติเฉพาะตัวของธาตุนั้นๆ 2. เลขมวล (Mass number, A) คือ ตัวเลขที่แสดงผลรวมของจํานวนโปรตอน และนิวตรอนในนิวเคลียส

วิทยาศาสตร เคมี (2) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

ไอโซโทป (Isotope) คือ อะตอมของธาตุเดียวกันที่มีเลขมวลตางกันหรืออนุภาคที่มีจํานวนโปรตอนเทากัน ซึ่งอนุภาคที่เปนไอโซโทปกันจะมีสมบัติทางเคมีคลายคลึงกันแตสมบัติทางกายภาพบางประการตางกัน โดยธาตุ หนึ่งๆ อาจมีไดหลายไอโซโทป ไอโซบาร (Isobar) คือ อะตอมของธาตุตางชนิดกันที่มีเลขมวลเทากัน ไอโซโทน (Isotone) คือ อะตอมของธาตุตางชนิดกันที่มีจํานวนนิวตรอนเทากัน ไอโซอิเล็กทรอนิก (Isoelcetronic) คือ อะตอมหรือไอออนของสารที่มีจํานวนอิเล็กตรอนเทากัน ไอออน คือ อนุภาคที่เกิดการสูญเสียเสถียรภาพทางไฟฟา ทําใหเกิดธาตุที่มีประจุไฟฟา เพราะมีจํานวน อิเล็กตรอนไมเทากับจํานวนโปรตอน โดยถาหากวาจํานวนอิเล็กตรอนมากกวาโปรตอน เรียกวา “ไอออนลบ” สวน ถาหากวามีจํานวนอิเล็กตรอนนอยกวาจํานวนโปรตอน เรียกวา “ไอออนบวก”

การจัดเรียงอิเล็กตรอน การจัดเรียงอิเล็กตรอน เปนกระบวนการที่ใชในการแบงกลุมของอิเล็กตรอนโดยใชสภาวะและบริเวณที่ อิเล็กตรอนแตละตัวอยู เพื่อบอกตําแหนงของธาตุในตารางธาตุ อีกทั้งยังสามารถอธิบายพฤติกรรมบางอยางได จากการจัดเรียงอิเล็กตรอน โดยทั่วไปเราสามารถแบงการจัดเรียงอิเล็กตรอนเปนไดเปน 2 วิธี ไดแก 1. การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก (Core Shell Electron Configuration) 2. การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย (Subshell Electron Configuration) การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก เปนกระบวนการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่คอนขางสะดวก เหมาะสําหรับการบอกตําแหนงในตารางธาตุเทานั้น ไมสามารถอธิบายรายละเอียดของพฤติกรรมตางๆ ของ อะตอมไดชัดเจนเหมือนกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยซึ่งการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน หลักจะใหขอมูลเพียง 2 ชนิด ดังนี้ 1. ระดับพลังงาน 2. จํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนั้นๆ มีวิธีการดังตอไปนี้ 1. หาจํานวนอิเล็กตรอนที่สามารถจุไดในระดับพลังงานตางๆ โดย จํานวนอิเล็กตรอนที่สามารถจุไดในระดับพลังงาน = 2n2 โดย n = ระดับพลังงานที่ n ดังนั้น ที่ระดับพลังงาน n = 1 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 2 × 12 = 2 ที่ระดับพลังงาน n = 2 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 8 ที่ระดับพลังงาน n = 3 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 18 ที่ระดับพลังงาน n = 4 สามารถจุอิเล็กตรอนได = 32 2. อิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุด เรียกวา เวเลนซอิเล็กตรอน มีไดไมเกิน 8 อนุภาค (ตามเลขหมู)

โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ____________________________________วิทยาศาสตร

เคมี (3)

3. ชวงหางระหวางระดับพลังงานเรียงจากนิวเคลียสออกไป ดังนี้ n=5

n=1 n=2 n=3 n=4

n=7

n=6

“จากภาพทําใหเราไดเห็นวา ยิ่งอยูหางจากนิวเคลียสออกไปความแตกตางของระดับพลังงานยิ่งลดลง” 4. จํานวนระดับพลังงานบอกเลขที่คาบ (ธาตุในแนวนอน) จํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนบอกเลขที่หมู (ธาตุ ในแนวตั้ง) ไดเฉพาะธาตุพวกเรพรีเซนเตตีฟ (ธาตุพวก A) 5. สวนธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 สวนใหญมีจํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนเปน 2 ยกเวนบางธาตุที่เปน 1 (Cr และ Cu) และอิเล็กตรอนในระดับพลังงานรองสุดทายเปน 9 ถึง 18

การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย การจัดเรียงอิเล็กตรอนในรูปแบบนี้จะมีการบอกรายละเอียดของอิเล็กตรอนอยู 3 สวนหลัก ไดแก 1. ระดับพลังงาน 2. ออรบิทัล 3. จํานวนอิเล็กตรอนที่อยูในระดับพลังงานและออรบิทัลนั้นๆ

จํานวนอิเล็กตรอน

1s2 ระดับพลังงาน

ออรบิทัล

โดยความแตกตางระหวางการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักและในระดับพลังงานยอย คือ “ออรบิทัล (Orbital)” ซึ่งหมายถึงบริเวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอน ซึ่งออรบิทัลจะพบไดหลายลักษณะเปนรูปทรง ตางๆ ตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ซึ่งเปนพลังงานจลนที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส และการหมุนรอบตัวเองของอิเล็กตรอน โดยแตละออรบิทัลมีรูปแบบเปนดังนี้ ระดับพลังงานยอย s บรรจุอิเล็กตรอนได 2 อิเล็กตรอนใหเสน spectrum เสนบางเล็ก (sharp) ระดับพลังงานยอย p บรรจุอิเล็กตรอนได 6 อิเล็กตรอนใหเสน spectrum เสนหนาชัด (principal) ระดับพลังงานยอย d บรรจุอิเล็กตรอนได 10 อิเล็กตรอนใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ระดับพลังงานยอย f บรรจุอิเล็กตรอนได 14 อิเล็กตรอนใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ระดับพลังงานยอย g บรรจุอิเล็กตรอนได 18 อิเล็กตรอนใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ทั้งนี้ ในการจัดเรียงธาตุที่มีเลขอะตอมสูงมากๆ (เลขอะตอมมากกวา 120) อาจจะพบ g-orbital และ h-orbital วิทยาศาสตร เคมี (4) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

เนื่องจากการที่ระดับพลังงานมีคาไมเทากันและมีการเรียงที่ซอนกันในออรบิทัลตางๆ ทําใหอิเล็กตรอนนั้น จะตองถูกบรรจุอยูในระดับพลังงานและออรบิทัลที่มีพลังงานต่ําที่สุดกอนเพื่อความเสถียร ดังนั้นการจัดเรียง อิเล็กตรอนสามารถทําไดโดยจัดตามลําดับตอไปนี้ เรียงลําดับพลังงานจากนอยไปหามากตามลูกศรนี้ 1s 2s 3s

2p 3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

5g

หรือเรียงลําดับไดตามนี้ : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, ... การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยจะมีประโยชนมากในการศึกษาวิชาเคมีในระดับสูง เพราะ สามารถนําการจัดเรียงอิเล็กตรอนรูปแบบนี้ไปใชอธิบายปรากฎการณตางๆ ของอะตอมไดโดยสามารถนําไปสราง แผนภาพออรบิทัล (Orbital Diagram) เพื่อขยายภาพพฤติกรรมของอิเล็กตรอนที่ชัดเจนมากขึ้น ขอควรระวังในการสรางแผนภาพออรบิทัล 1.

2.


เคมี (5)

ความสัมพันธระหวางตารางธาตุและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย H 1s1 Li 2s1

Be 2s2 3s 4s 5s 6s 7s

ตารางธาตุ ความสัมพันธระหวางตําแหนงและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย (แสดงเฉพาะโครงสรางอิเล็กตรอนออรบิทัลสุดทายที่สามารถบงชี้ถึงตําแหนงได)

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 3d1 3d2 3d3 3d4 3d5 3d6 3d7 3d8 3d9 3d10 4d 5d 6d La 4f1

Ce 4f2

Pr 4f3

Nd 4f4

Pm 4f5

Sm 4f6

Eu 4f7

Gd 4f8

Tb 4f9

C N O B F 1 2 3 4 2p 2p 2p 2p 2p5 3p

He 1s2 Ne 2p6

4p 5p 6p 7p

Dy Ho Er Tm Yb 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14

5f

ตารางธาตุ ตารางธาตุ คือ ตารางการจัดหมวดหมูของธาตุที่มีมากมายเอาไวอยางเปนระเบียบตามคุณสมบัติที่ คลายคลึงกันเพื่อสะดวกตอการใชงานและงายตอการจดจํา นอกจากนี้ยังสามารถใชในการทํานายหาคุณสมบัติ ของธาตุกอนการคนพบและการทดลองไดอีกดวย ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติทั่วไปทั้งทางกายภาพและคุณสมบัติทั่วไปทางเคมีของโลหะและอโลหะ คุณสมบัติทางกายภาพ สมบัติของธาตุ โลหะ อโลหะ สถานะ ของแข็ง ยกเวน Hg Ga Cs Fr มีทั้ง 3 สถานะ การนําไฟฟา นําไฟฟาไดดี ไมนํา ยกเวนแกรไฟต ฟอสฟอรัสดํา จุดหลอมเหลว สูง ยกเวน ปรอท ต่ํา ยกเวนคารบอน ความหนาแนน มีทั้งสูงและต่ํา ต่ํา ยกเวนคารบอน (เพชร) คุณสมบัติทางเคมี สมบัติของธาตุ โลหะ อโลหะ เมื่อมีการรวมตัว (ทั่วไป) ตัวจายอิเล็กตรอน (Reduce) ตัวรับอิเล็กตรอน (Oxidize) สารประกอบคลอไรด กลาง กรด สารประกอบออกไซด เบส กรด ยกเวน Be, B และ Al ซึ่งถือเปนสารที่ใหสมบัติเปนกรดหรือเบสก็ได (เปนกลางไมได) เรียกวา Amphoteric วิทยาศาสตร เคมี (6) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

แนวโนมคุณสมบัติทั่วไปของธาตุในตารางธาตุ โดยทั่วไปจะแบงคุณสมบัติที่นาสนใจของธาตุตางๆ ออกเปน 5 คุณสมบัติ ไดแก 1. ขนาดอะตอม และขนาดไอออน 2. คาพลังงานไอออไนเซชัน (Ionization Energy): IE 3. คาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity): EA 4. คาอิเล็กโทรเนกาติวิตี (Electronegativity): EN 5. ความเปนโลหะ และความเปนอโลหะ สรุปแนวโนมคุณสมบัติที่นาสนใจทั้ง 5 ไดดังนี้ ขนาดอะตอม / ความเปนโลหะ ขนาดอะตอม/ ความเปนโลหะ

IE1 , EA, EN / ความเปนอโลหะ

IE1 , EA, EN / ความเปนอโลหะ ทิศทางหัวลูกศร แสดงถึงทิศทางการเพิ่มขึ้น

ขนาดอะตอม และขนาดไอออน คือ ระยะระหวางจุดศูนยกลางของอะตอมกับผิวของอะตอม ซึ่งก็คืออิเล็กตรอนวง นอกสุด ถาแรงยึดเหนี่ยวระหวางกันมากจะทําใหอิเล็กตรอนอยูใกลนิวเคลียส อะตอมจะมีขนาดเล็ก ปจจัยที่มีผลตอขนาดอะตอม ไดแก 1. ระดับพลังงานชั้นนอกสุด : ถาอยูระดับพลังงานสูงก็จะมีขนาดใหญ 2. จํานวนโปรตอน : ถามีมากก็จะดึงอิเล็กตรอนใหเขาใกลนิวเคลียส อะตอมจะมีขนาดเล็ก 3. จํานวนอิเล็กตรอน : ถามีมากก็กระจายตัวรอบอะตอมไกลขึ้น อะตอมจะมีขนาดใหญ พลังงานไอออไนเซชัน (IE) พลังงานไอออไนเซชัน คือ พลังงานปริมาณนอยสุดที่ทําใหอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมในสถานะแกส โดยทําใหธาตุเปลี่ยนแปลงเปนไอออนบวก ถาอิเล็กตรอนตัวแรกหลุดเรียกพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่หนึ่ง (IE1) พลังงานที่ทําใหอิเล็กตรอนในลําดับตอๆ มาหลุดมีคาเปน IE2, IE3, ... ตามลําดับ เชน B+(g) + eIE1 = 807 kJ/mol B(g) + 2+ B (g) + e IE2 = 2433 kJ/mol B (g) จะพบวาในธาตุชนิดเดียวกัน IE1 < IE2 < IE3 < ... < IEn โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ____________________________________วิทยาศาสตร

เคมี (7)

I.E. (MJ/mole)

***ขอควรระวัง*** ธาตุในหมู 2A และหมู 5A มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยออรบิทัลสุดทายเปน ns2 และ np3 ตามลําดับ ซึ่งรูปแบบดังกลาวทําใหธาตุหมู 2A มีลักษณะเปน Full-fill orbital และของหมู 5A เปน Halffill orbital ซึ่งทําใหธาตุนั้นมีความเสถียรมากเปนพิเศษจึงทําใหคาพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของธาตุใน 2 หมูนี้มีลักษณะมากกวาที่ควรจะเปนตามแนวโนม ดังกราฟ 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

Li Be B C N O F Ne Cs Ba Ti Pb Bi Po At Rn

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (EA) สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่ออะตอมของธาตุในสถานะแกสไดรับอิเล็กตรอน 1 อนุภาคแลวกลายเปนไอออนลบในสถานะแกส พลังงานนี้มักจะอยูในรูปคายพลังงานเพื่อสรางแรงยึดเหนี่ยว ระหวางนิวเคลียสของอะตอมกับอิเล็กตรอนตัวใหม เชน Cl-(g) EA = -349 kJ/mol Cl(g) + eทั้งนี้ธาตุที่มีคา EA สูง หมายความวา ธาตุนั้นรับอิเล็กตรอนไดดีและเกิดเปนไอออนลบที่เสถียร (ยิ่งลบ มากยิ่งเสถียร) แตถาคา EA เปนบวกแสดงวาธาตุนั้นจะเปนไอออนลบที่ไมเสถียรและเกิดการรับอิเล็กตรอนไดไมดี ***ขอควรระวัง*** คลายกับกรณีของพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1

อิเล็กโทรเนกาติวิตี (EN) อิเล็กโทรเนกาติวิตี คือ คาที่แสดงถึงความสามารถของอะตอมของธาตุในการดึงดูดอิเล็กตรอนของอะตอม ของธาตุอื่นขณะสรางพันธะเพื่อรวมเปนสารประกอบ คา EN ของธาตุไมมีหนวยเนื่องจากเปนคาที่เกิดจากการ เปรียบเทียบ โดยธาตุที่มี EN สูงที่สุดในตารางธาตุ คือ ฟลูออรีน (F)

วิทยาศาสตร เคมี (8) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

ความวองไวในการเกิดปฏิกิริยา ความเปนโลหะ คือ มีความวองไวในการจายอิเล็กตรอน (Reduce) ดังนั้นความวองไวจะขึ้นกับความเปน โลหะของธาตุนั้นๆ โดยยิ่งธาตุที่เปนโลหะมาก ก็จะสามารถจายอิเล็กตรอนไดดี เพิ่มขึ้นจากบนลงลางในหมู เดียวกันและลดลงจากซายไปขวาในคาบเดียวกัน โดยสังเกตไดจากคาพลังงานไอออไนเซชัน ยิ่งมีคานอย ยิ่งจายอิเล็กตรอนไดงาย และยิ่งมีความเปนโลหะมาก ความเปนอโลหะ คือ มีความวองไวในการรับอิเล็กตรอน (Oxidize) ดังนั้นความวองไวจะขึ้นกับความเปน อโลหะของธาตุนั้นๆ โดยยิ่งธาตุที่เปนอโลหะมาก ก็จะสามารถรับอิเล็กตรอนไดดี เพิ่มขึ้นจากลางขึ้นบนในหมู เดียวกันและเพิ่มขึ้นจากซายไปขวาในคาบเดียวกัน โดยสังเกตไดจากคาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน ยิ่งมีคา มาก (เปนลบมาก) ยิ่งรับอิเล็กตรอนไดดี และยิ่งมีความเปนอโลหะมาก เพิ่มเติม สําหรับหมูที่ 8A ความวองไวในการทําปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นจากบนลงลาง (ไมเหมือนอโลหะ หมูอื่นๆ) เนื่องจากระดับพลังงานที่เพิ่มมากขึ้นทําใหอิเล็กตรอนที่ชั้นนอกสุดอยูหางจากนิวเคลียสเพิ่มมากขึ้น จึงทําใหเกิดการสรางพันธะโควาเลนตได


เคมี (9)

สมบัติของธาตุตามตารางธาตุ เคมีนิวเคลียร ธาตุกัมมันตรังสี คือ ธาตุที่มีสมบัติในการแผกัมมันตภาพรังสี ธาตุพวกนี้แผกัมมันตภาพรังสีแลวอาจ เปลี่ยนเปนธาตุอื่นได โดยเปลี่ยนจํานวนอนุภาคในนิวเคลียส เชน จํานวนโปรตอนและนิวตรอน โดยมีปจจัยสําคัญ ที่ทําใหอะตอมปลดปลอยกัมมันตรังสีออกมาก็คือ เสถียรภาพของนิวเคลียส ซึ่งการพิจารณาเสถียรภาพของ นิวเคลียสก็คือ พิจารณาอัตราสวนระหวางจํานวนนิวตรอน และจํานวนโปรตอน ถาอัตราสวนดังกลาวมีคา ใกลเคียงกับ 1 เมื่อมีเลขอะตอมเพิ่มขึ้น นิวเคลียสนั้นจะเสถียร (สําหรับธาตุขนาดเล็ก) ดังแสดงในกราฟ เสถียรภาพดานลาง N T1/2 160 1020 s 140 120 100 80 60

Z=N

1s

40 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Z

เมื่อ N = จํานวนนิวตรอน Z = เลขอะตอม (จํานวนโปรตอน) T1/2 = ครึ่งชีวิตของนิวเคลียสนั้นๆ (ถายิ่งมีคามาก แสดงวามีความสเถียรมาก) ปจจัยที่ทําใหเปนธาตุกัมมันตรังสี 1. นิวเคลียสมีขนาดใหญเกินไป (เลขอะตอมมากกวา 83) (ปรับเสถียรภาพโดยการคายแอลฟา) 2. อัตราสวน n/p มากเกินไป (ปรับเสถียรภาพโดยการคายอนุภาคเบตาออกมา) 3. อัตราสวน n/p นอยเกินไป (ปรับเสถียรภาพโดยการคายอนุภาคโพซิตรอนออกมาหรือรับเบตา) 4. พลังงานมากเกินไป (ปรับเสถียรภาพโดยการคายแกมมา)

วิทยาศาสตร เคมี (10) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

จากปจจัยดังกลาวจะทําใหนิวเคลียสไมเสถียรและปลดปลอยกัมมันตภาพรังสีออกมา โดยกัมมันภาพตรังสี ที่ถูกปลดปลอยออกมา ไดแก อนุภาค ดังนี้ ชื่ออนุภาค

สัญลักษณ

1. โปรตอน

p

สัญลักษณที่ใชใน สมการนิวเคลียร 1H 1

2. นิวตรอน

n

1 0n

3. เบตา

β-

0 -1 e

4. โพซิตรอน

β+

+1

0e

มีลักษณะเปนอนุภาค คือ เปนอิเล็กตรอนที่ออกจากนิวเคลียส ความเร็วสูง อํานาจเจาะทะลุมากกวาอนุภาคแอลฟา คุณสมบัติทั่วไปคลายกับเบตา แตมีประจุเปนบวก

5. แอลฟา

α

4 He 2

มีลักษณะเปนอนุภาคที่มีประจุไฟฟาบวก มีอํานาจเจาะทะลุนอย

6. แกมมา

γ

0γ 0

เปนพลังงานที่เปนคลื่นแมเหล็กไฟฟามีอํานาจเจาะทะลุมาก มี ความยาวคลื่นสั้น

คุณสมบัติทั่วไป -

“โดยทั่วไป ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต 83 ขึ้นไปถึงถือวาเปนธาตุกัมมันตรังสีและธาตุกัมมันตรังสีที่มี เลขอะตอมตั้งแต 93 ขึ้นไปเกิดขึ้นจากการสังเคราะหทั้งหมด” สมการนิวเคลียร (Nuclear Equation) คือ สมการที่แสดงปฏิกิริยานิวเคลียร สมการตองดุลทั้งเลขมวล และเลขอะตอมทั้งดานซายและดานขวาของสมการเคมีใหเทากัน กลาวคือ ผลบวกของเลขมวลและเลขอะตอม ของสารตั้งตนเทากับของผลิตภัณฑ ตัวอยาง สมการการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี 232 Th 208 Pb + 6 4 He + 90 82 2

4 -01 e

ตัวอยาง สมการการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร 235 U + 1 n 92 0

92 36 Kr

141 Ba 56

+

+

2 01 n

ปฏิกิริยานิวเคลียร คือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอมแลวได นิวเคลียสของอะตอมใหมเกิดขึ้น ซึ่งจะทําใหเกิดการคายพลังงานมหาศาล แบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1. Nuclear Fission (ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน) เปนปฏิกิริยานิวเคลียรของนิวเคลียสของธาตุหนัก ซึ่ง เกิดจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเขาไปยังนิวเคลียสของธาตุหนักแลวทําใหนิวเคลียสของธาตุนั้นแตกออกเปนสอง สวนที่มีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของนิวเคลียสเดิม พรอมทั้งปลดปลอยนิวตรอนออกมาอีก 2-3 อนุภาคเพื่อเขาไป ชนนิวเคลียสอื่นๆ อีก ทําใหเกิดเปนปฏิกิริยาลูกโซที่ใหพลังงานสูง เชน การทําระเบิดปรมาณู ในการเกิดปฏิกิริยา นี้ จํ าเป น จะต อ งมี ม วลของสารที่ เ พี ย งพอต อ การเกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าลู ก โซ ซึ่ ง เราเรี ย กมวลค านั้ น ว า “มวลวิ ก ฤติ ” (Critical Mass) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________

วิทยาศาสตร เคมี (11)

Ba-141

U-235

n

n

Ba-141

U-235

n n

Kr-92 n Kr-92

Ba-141

U-235

n n

n n Kr-92

แผนภาพการเกิดปฏิกิริยาฟชชัน 2. Nuclear Fusion (ปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชัน) เปนปฏิกิริยานิวเคลียรที่เกิดจากแกนของอะตอมเบา หลอมรวมกันเขาเปนแกนอะตอมที่หนัก แลวคายพลังงานมหาศาลออกมา โดยมีความเปนพิษตอสิ่งแวดลอมนอย กวาปฏิกิริยาฟชชันแตใหพลังงานมากกวาปฏิกิริยาฟชชัน ซึ่งเชื่อวาปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชันเปนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ภายในดวงอาทิตย ตัวอยางการใชประโยชนจากปฏิกิริยานี้ คือการทําระเบิดโฮโดรเจน ในการเกิดปฏิกิริยานี้ จําเปนจะตองมีอุณหภูมิของสารที่เพียงพอตอการเกิดการหลอมนิวเคลียส ซึ่งเราเรียกอุณหภูมิคานั้นวา “อุณหภูมิ วิกฤติ” (Critical Ignition) E + D

+ D

3

He

N.

Proton Neutron แผนภาพการเกิดปฏิกิริยาฟวชัน


ครึ่งชีวิต (Half Life) ครึ่งชีวิต คือ ระยะเวลาที่ธาตุกัมมันตรังสีเปลี่ยนแปลงปริมาณไปจากเดิมโดยจะลดลงครึ่งหนึ่งในชวงเวลา นั้นๆ ใชสัญลักษณ t1/2 เชน 222Ra มีครึ่งชีวิต 40 วัน หมายถึง เมื่อเวลาผานไป 40 วัน Ra 1 กรัม จะเหลือ Ra เพียง 0.5 กรัมนั่นเอง โดยมีสูตรที่ใชในการคํานวณ ดังตอไปนี้ Nt = N0/2n เมื่อ Nt = ปริมาณที่เหลือ N0 = ปริมาณที่เริ่มตน n = จํานวนครั้งที่เกิดการสลายตัว

n = T/t1/2

T = เวลาทั้งหมดที่ใช t1/2 = ครึ่งชีวิตของธาตุใดๆ

โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


พันธะเคมี พันธะไอออนิก พันธะไอออนิกเกิดจากอะตอมของธาตุที่มีคา EN ตางกันมากๆ เชน อะตอมของโลหะ กับอโลหะมารวมตัวกัน โดยธาตุที่มีคา EN ต่ําจะเสียอิเล็กตรอนเกิดเปนไอออนบวก และธาตุที่มีคา EN สูงจะรับอิเล็กตอนเกิดเปนไอออนลบ หลังจากนั้นไอออนทั้งสองจะยึดจับกันดวยแรงทางไฟฟา การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกสามารถเขียนไดโดย การเขียนดุลสมการเคมีเพื่อดุลประจุใหเปน 0 เนื่องจากสารประกอบไอออนิกมีประจุสุทธิเทากับ 0 ดังนั้นเราสามารถดําเนินการไดโดยการเขียนไอออนทั้งสอง พรอมทั้งแสดงตัวเลขออกซิเดชันแลวทําการสลับที่กันระหวางตัวเลขออกซิเดชันของไอออนลบและไอออนบวก ยกตัวอยางเชน สารประกอบระหวางธาตุ Ca และ Cl ซึ่งมีเลขออกซิเดชันเทากับ +2 และ -1 ตามลําดับ Ca2+

Cl-

= CaCl2

ทั้งนี้เนื่องจากสูตรสารประกอบไอออนิกที่ไดเปนสูตรอยางงาย (สูตรเอมพิริคัล) ดังนั้น สูตรที่ไดทั้งหมด จะตองทําการปรับเปนอัตราสวนอยางต่ํา ตัวอยางเชน Mg2+

O2-

= MgO

สวนวิธีการอานชื่อนั้นสามารถอานชื่อไดจากธาตุที่ EN ต่ําไปหาธาตุที่มี EN สูง โดยการผันเสียงสาร ตัว สุดทายดวย -ไอด (-ide) เชน CaCl2 = แคลเซียมคลอไรด MgO = แมกนีเซียมออกไซด เปนตน ตัวอยางชื่อของไอออนที่ควรทราบ ไอออน

ชื่อ

ไอออน

ชื่อ

ไอออน

ชื่อ

NH +4

แอมโมเนียมไอออน

Cr2O 27-

ไดโครเมตไอออน

CO 23-

คารบอเนตไอออน

ซัลไฟตไอออน

แมงกาเนตไอออน เปอรแมงกาเนตไอออน

ไฮโดรเจนซัลไฟตไอออน

CN-

ไซยาไนดไอออน

ไฮโดรเจนซัลเฟตไอออน

CrO 24PO 33BO 23ClO-3 ClO-4

โครเมตไอออน

PO 34HCO-3 HPO 24H 2 PO-4 Fe(CN) 36NO-2 NO-3

ฟอสเฟตไอออน

ซัลเฟตไอออน

MnO 24MnO-4

SO23SO24HSO-3 HSO-4 S 2O 23S 4 O26S 2O 28SCN-

ไทโอซัลเฟตไอออน เตตระไทโอเนตไอออน เปอรซัลเฟตไอออน ไทโอไซยาเนตไอออน

ฟอสไฟตไอออน โบเรตไอออน คลอเรตไอออน

ไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน ไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน ไดไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน เฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) ไอออน ไนไตรตไอออน ไนเตรตไอออน

เปอรคลอเรตไอออน


พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก วัฏจักรบอรฮาเบอร เปนวัฏจักรที่แสดงขั้นตอนการเกิดสารประกอบไอออนิก Na(g) → Na + (g) + e-

1 Cl (g) → Cl(g) 2 2 Na(s) → Na(g) ปฏิกิริยาราวม Na(s) + 12 Cl 2 (g) → NaCl(s)

Cl(g) + e- → Cl- (g) Na + (g) + Cl - (g) → NaCl(s)

= ∆HS + 12 ∆HD+ IE1 - EA - ∆HL *** เครื่องหมาย + แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน *** *** เครื่องหมาย - แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน *** สมบัติของสารประกอบไอออนิก 1. สถานะ สารประกอบไอออนิกเปนผลึกของแข็งที่เปราะ 2. การนําไฟฟา ในสภาวะปกติจะไมนําไฟฟา แตนําไดเมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ํา 3. จุดเดือดจุดหลอมเหลว สูง 4. การละลาย 4.1 ในขั้นแรกจะตองใชพลังงานในการทําลายแรงยึดเหนี่ยวระหวางไอออนภายในโครงผลึกเทากับ พลังงานที่ไอออนยึดเหนี่ยวกันซึ่งก็คือ พลังงานแลตทิช นั่นเอง ∆H = +L XY(s) -----------------> X+(g) + Y-(g) 4.2 เมื่อไอออนหลุดออกมาน้ําก็จะเขาไปลอมรอบไอออนนั้นไวโดยที่จะทําการคายพลังงานออกมา ซึ่ง พลังงานที่คายออกมาก็คือ พลังงานไฮเดรชัน ∆H = -H X+(g) + Y-(g) -----------------> X+(aq) + Y-(aq) โดยการละลายในแตละชนิดสามารถจําแนกไดเปน L > H การละลายน้ําจะเกิดการดูดพลังงานทําใหสารละลายเย็นลง L < H การละลายน้ําจะเกิดการคายพลังงานทําใหสารละลายรอนขึ้น L >> H จะไมเกิดการละลายน้ํา ∆Hf



ผลของอุณหภูมิตอการละลาย ความสามารถในการละลาย ดูดความรอน คายความรอน อุณหภูมิ

จากการละลายดังกลาว เราสามารถเชื่อมโยงกับการทดลองโดยสรางเปนกราฟแสดงความสามารถใน การละลายเทียบกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป สารประกอบไอออนิกที่ละลายและไมละลายน้ําที่อุณหภูมิ 25°C 1. หมู IA ละลายน้ําทั้งหมด 2. NH +4 ละลายน้ําทั้งหมด 3. NO-3 ClO-3 ClO-4 ละลายน้ําทั้งหมด 4. OH- สวนใหญไมละลายน้ํา ยกเวน หมู IA NH +4 และ Ba2+ สวน Ca2+ ละลายไดเล็กนอย 5. Cl- Br- I- ละลายได ยกเวน Ag+ Hg 22+ และ Pb2+ 6. CO 23- PO33- S2- ไมละลายน้ํา ยกเวน หมู IA และ NH +4 7. SO24- ละลายน้ํา ยกเวน BaSO4 HgSO4 PbSO4 สวน CaSO4 และ Ag2SO4 ละลายไดเล็กนอย ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิกสามารถเขียนไดโดยการสลับไอออนบวกและไอออนลบของสารตั้งตนกัน ยกตัวอยางเชน เมื่อนําสารละลาย CaCl2 กับสารละลาย Na2CO3 มาผสมกันจะสามารถเขียนสมการไอออนิกได ดังนี้ CaCO3(s) + NaCl(aq) CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) สมการไอออนิกสุทธิ CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO 23- (aq)


พันธะโคเวเลนต เปนพันธะที่เกิดจากการใชเวเลนซอิเล็กตรอนรวมกันของอะตอม เนื่องจากแตละอะตอมที่มารวมพันธะตาง ก็มีคา EN สูงดวยกัน จึงไมเกิดการรับหรือใหอิเล็กตรอนอยางเบ็ดเสร็จ

Shared Electrons

ตัวอยางเชน การเกิดโมเลกุลไฮโดรเจนจากไฮโดรเจนอะตอมเมื่อสรางความสัมพันธระหวางพลังงานศักย และระยะทางระหวางนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนจะไดกราฟดังนี้ พลังงานศักย 0

H H

H H

H

H

HH ระยะทางระหวางนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน (pm)

ที่ระยะหาง 74 pm จะพบวาโมเลกุลไฮโดรเจนมีพลังงานต่ําที่สุดซึ่งมีพลังงานเทากับ 436 kJ/mol จะเห็น ไดวาอะตอมของไฮโดรเจนใชอิเล็กตรอนรวมกันดังรูป +

+

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบโควาเลนต การเขียนสูตรของสารประกอบโควาเลนตสามารถเขียนไดโดยใชสูตรแบบจุดของลิวอิส โดยแสดงถึง อิเล็กตรอนคูที่เขารวมพันธะกัน ซึ่งวิธีการเขารวมพันธะนั้นอาจพิจารณาแบงออกไดเปน 3 แบบ ไดแก 1. โมเลกุลที่เปนไปตามกฏออกเตต เชน Cl2, CO2, CH4 เปนตน 2. โมเลกุลที่ไมเปนไปตามกฏออกเตต 2.1 นอยกวากฎออกเตต เชน BeCl2, BF3 เปนตน 2.2 เกินกวากฎออกเตต เชน PCl5 SF6 เปนตน 2.3 อิเล็กตรอนที่เปนเลขคี่ เชน NO2, ClO2 เปนตน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


สวนการเรียกชื่อนั้น เนื่องจากสารประกอบโควาเลนตเปนสารประกอบที่มีสูตรโมเลกุล ดังนั้นวิธีการอาน ชื่อเราจะตองอานทั้งชื่อของธาตุและจํานวนอะตอมของธาตุนั้นๆ ในสารประกอบโดยใชการเรียกชื่อตัวเลขในภาษา ละติน ยกตัวอยางเชน Cl2O อานวา ไดคลอรีน มอนอกไซด เปนตน ชนิดของพันธะโควาเลนต • พันธะเดี่ยวเกิดจากการใชอิเล็กตรอนรวมกัน 1 คู • พันธะคู เกิดจากการใชอิเล็กตรอนรวมกัน 2 คู • พันธะสามเกิดจากการใชอิเล็กตรอนรวมกัน 3 คู ความยาวพันธะและพลังงานพันธะ ความยาวพันธะ ก็คือระยะหางระหวาง 2 นิวเคลียสของอะตอมที่สรางพันธะกัน โดยที่ระยะหางนี้จะทําให โมเลกุลมีความเสถียรมากที่สุด ซึ่งอะตอมในสารแตละชนิดก็จะมีความยาวพันธะตางๆกันไปแมวาจะเปนอะตอม ชนิดเดียวกันก็ตามเชน ความยาวพันธะระหวาง C O ในสาร H2CO และ CO2 ก็จะมีคาไมเทากัน ดังนั้น โดยทั่วไปเราจึงใชคา ความยาวพันธะเฉลี่ย ในการพิจารณา โดยปกติในอะตอมชนิดเดียวกันเราสามารถเรียงลําดับความยาวพันธะไดดังนี้คือ ความยาวพันธะ : พันธะเดี่ยว > พันธะคู > พันธะสาม พลังงานพันธะ คือ พลังงานที่อะตอมใชยึดเหนี่ยวกัน หรือพลังงานที่ใชในการทําลายพันธะระหวางอะตอม ในสภาวะแกส ซึ่งแมจะเปนอะตอมชนิดเดียวกัน สารแตละชนิดก็จะมีพลังงานพันธะที่ไมเทากัน ดังนั้นเราจะใช พลังงานพันธะเฉลี่ยในการคํานวณ ซึ่งในอะตอมชนิดเดียวกันเราสามารถเรียงลําดับพลังงานพันธะไดดังนี้ คือ พลังงานพันธะ : พันธะสาม > พันธะคู > พันธะเดี่ยว การสลายพันธะและการเกิดพันธะ การสลายพันธะ เปนการเปลี่ยนแปลงประเภทการดูดพลังงาน การเกิดพันธะ เปนการเปลี่ยนแปลงประเภทการคายพลังงาน ในปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะตองมีทั้งการสลายพันธะของสารตั้งตนและการเกิดพันธะของสารผลิตภัณฑ ดังนั้นการคํานวณเกี่ยวกับการสลายและการสรางพันธะ จําเปนตองพิจารณาคูกันระหวางดานของสารตั้งตนซึ่ง เปนการสลายพันธะ (ดูดพลังงาน, +) และดานของผลิตภัณฑซึ่งเปนการสรางพันธะ (คายพลังงาน, -) ผาน กระบวนการคํานวณพลังงานของพันธะทั้งหมดของสารตั้งตนและสารผลิตภัณฑ โดยพิจารณาจากผลบวกโดย เครื่องหมายของผลรวมดังกลาว จะไดวาปฏิกิริยาเคมีดังกลาวควรการเปลี่ยนแปลงแบบดูดพลังงานหรือแบบคาย พลังงาน แนวคิดเกี่ยวกับเรโซแนนซ เรโซแนนซ คือ ปรากฎการณที่ไมสามารถเขียนสูตรโครงสรางที่เปนไปตามกฏออกเตตไดอยางถูกตอง แนนอน ซึ่งเกิดจากการที่อิเล็กตรอน (Electron Delocalization) ในพันธะนั้นสามารถเกิดการเคลื่อนที่ได สงผล ใหสารที่มีโครงสรางเรโซแนนซมักจะมีความเสถียร ยกตัวอยางเชน

O

+ O

O-

+ -O O O


รูปรางของโมเลกุล จํานวนคู อิเล็กตรอน อิเล็กตรอน คูโดดเดี่ยว

โครงสราง

1

0

X X

2

1

X

0

X

1

X

0

X

1

X

2

X

0

X

3

4

5

6

1

X

2

X

0

X

1

X

2

X

ชื่อ

ขนาดของมุม

ตัวอยาง

เสนตรง Linear เสนตรง Linear สามเหลี่ยมแบนราบ Trigonal Planar มุมงอ Bend (V-shape) ทรงเหลี่ยมสี่หนา Tetrahedron ปรามิด Pyramid มุมงอ Bend (V-shape) ปรามิดคูฐานสามเหลี่ยม Trigonal Bipyramid ไมกระดก Irregular Tetrahedron (Seesaw) รูปตัวที T-shape ทรงเหลี่ยมแปดหนา Octahedron ปรามิดฐานสี่เหลี่ยม Square Pyramid สี่เหลี่ยมแบนราบ Square Planar

180

HCl

180

BeCl2

120

BF3

<120

SO2

109.5

CH4

<109.5

NH3

<<109.5

H2O

120, 90

PCl5

<120, <90

SF4

<90

ClF3

90

SF6

90

IF5

90

XeF4



การพิจารณาขนาดของมุมตางๆ ดังที่ไดทราบกันดีวาปจจัยสําคัญที่มีผลตอรูปรางของโมเลกุลโควาเลนทนั้น คือ แรงผลักกันระหวางกลุม อิเล็กตรอนที่มีมาก นอยเรียงกันตามลําดับที่ไดกลาวไวแลว มุมที่เกิดขึ้นนั้นจะมีคามาก หรือนอยนั้นนอกจากจะ ขึ้นอยูกับรูปราง เชน ทรงเหลี่ยมสี่หนา แตละมุมจะมีขนาด 109.5 องศา, สามเหลี่ยมแบนราบ แตละมุมจะมี ขนาด 120 องศา และเสนตรง จะมีขนาดมุม 180 องศา แลวแต โดยรายละเอียดมุมจะมีขนาดเบี่ยงเบนไปจากคา เหลานี้ไดจากปจจัยตางๆ ดังตอไปนี้ กลุมอิเล็กตรอนของอะตอมกลาง ถาอิเล็กตรอนที่อยูรอบๆ อะตอมกลางนั้นมีลักษณะไมเหมือนกัน ขนาดของมุมของแตละพันธะจะเบี่ยงเบน ออกไป โดยจะเบี่ยงเบนไปเทาไร ก็จะขึ้นอยูกับชนิดของกลุมอิเล็กตรอน ดังที่ไดเคยเรียงลําดับไวแลวในขางตนคือ อิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยว > อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว > พันธะสาม > พันธะคู > พันธะเดี่ยว ขนาดอะตอม ขนาดของอะตอมนั้นมีผลกระทบทั้งอะตอมปลาย และอะตอมกลาง โดยขนาดของมุมยอมจะแปรผันตรง กับอะตอมปลาย เพื่อลดแรงผลักกันระหวางอิเล็กตรอนที่ผิวของอะตอมปลายแตละอะตอม สวนในกรณีของขนาด อะตอมกลางนั้นจะแปรผกผันกันกับคาความกวางของมุมเนื่องจากเมื่ออะตอมมีขนาดใหญมากขึ้น เมื่ออิเล็กตรอน ผลักกันหางออกในระยะเดิม แตมุมยอมแคบลง ดังรูปที่แสดงไวตอไปนี้

ความแตกตางของคา E.N. ปกติแลวอิเล็กตรอนคูรวมพันธะจะอยูใกลกับอะตอมใดนั้น ขึ้นอยูกับคา E.N. กลาวคือ อิเล็กตรอนจะอยู ใกลกับธาตุที่มีคา E.N. สูง ดังนั้น หากอิเล็กตรอนยิ่งอยูใกลอะตอมกลางมากเทาใด ก็ยิ่งจะทําใหแรงผลักกันมาก ขึ้นตามไปดวย และยอมจะทําใหมุมของพันธะนั้นๆ มีขนาดใหญขึ้นดวยดังที่แสดงไวตามรูปตอไปนี้


สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต ขั้วของพันธะนั้นสามารถพิจารณาไดจากความแตกตางของคา E.N. ดังที่ไดกลาวไวแตตนแลว ซึ่งเราอาศัย ขั้วของพันธะนี้เอง เปนตัวบงถึงขั้วของโมเลกุลโดยการรวมเวคเตอรของขั้วตางๆ ที่มีอยูในโมเลกุลเขาดวยกัน เพื่อหาเวคเตอรผลลัพธที่จะบอกถึงขั้วของโมเลกุลนั้น จึงตองทราบถึงโครงสรางในสามมิติของโมเลกุลเสียกอน เชน คารบอนไดออกไซดมีขั้วรวมเปน ศูนย เพราะขั้วลบของพันธะชี้ออกไปทาง O C O ออกซิเจนเทาๆ กันใน 2 ทิศทางที่ตรงขามกันพอดี N H H H

แอมโมเนียมีขั้วลบชี้ขึ้นตรงๆ ทางดานบน เพราะ ขั้วของพันธะมาเสริมกันใน แนวแกน z แตในระนาบหักลางกันหมดไป

โมเลกุลที่ไมมีขั้ว ไดแก 1. โมเลกุลของธาตุชนิดเดียวกัน เนื่องจากมีคา EN เทากัน เชน H2, O2, S8, P4, N2 เปนตน 2. โมเลกุลที่ประกอบดวยธาตุ 2 ชนิด มีจํานวนอะตอม3 อะตอมขึ้นไป อะตอมกลางไมมีอิเล็กตรอนคู โดดเดี่ยว รูปรางโมเลกุลจะเปนลักษณะสมมาตรทําใหสภาพขั้วหักลางกัน เชน CO2, BeH2, CF4, PH5, SCl6 เปนตน 3. สารประกอบไฮโดรคารบอน เชน CH4, C2H6, C6H6 เปนตน โมเลกุลที่มีขั้ว ไดแก 1. โมเลกุลที่ประกอบดวยอะตอมของธาตุที่ตางกัน 2 อะตอม เชน HCl, CO, NO เปนตน 2. โมเลกุลที่มีอะตอมกลางเกิดพันธะกับอะตอมขางเคียง 2 อะตอมขึ้นไป เชน H2O, NH3, IF5, CH2I2 เปนตน แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลโคเวเลนต โมเลกุลโควาเลนทโดยปรกติจะไมเชื่อมตอกันแบบรางแหอยางพันธะโลหะ หรือไอออนิค แตจะมีขอบเขตที่ แนนอน จึงตองพิจารณาแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลดวย ซึ่งจะเปนสวนที่ใชอธิบายสมบัติทางกายภาพของ โมเลกุลโควาเลนท อันไดแก ความหนาแนน, จุดเดือด, จุดหลอมเหลว หรือความดันไอ ไดโดยแรงยึดเหนี่ยว ระหวางโมเลกุลนั้น เกิดจากแรงดึงดูดเนื่องจากความแตกตางของประจุเปนสําคัญ แรงตางๆ เหลานั้น เชน แรงลอนดอน (London Force) เปนแรงที่เกิดจากการดึงดูดทางไฟฟาของโมเลกุลที่ไมมีขั้ว ซึ่งแรงดึงดูดทางไฟฟานั้นเกิดไดจากการ เคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอยางเสียสมดุลทําใหเกิดขั้วขึ้นเล็กนอย และขั้วที่เกิดขึ้นชั่วคราวนี้เอง จะเหนี่ยวนํากับ โมเลกุลขางเคียงใหมีแรงยึดเหนี่ยวเกิดขึ้น ดังนั้นยิ่งโมเลกุลที่มีขนาดใหญ ก็จะยิ่งมีโอกาสที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ เสียสมดุลไดมาก จึงอาจกลาวไดวา แรงลอนดอน แปรผันตรงกับขนาดของโมเลกุล เชน F2, Cl2, Br2, I2 และ CO2 เปนตน



แรงไดโพล-ไดโพล (Dipole-Dipole Interaction) เปนแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดระหวางโมเลกุลที่มีขั้วสองโมเลกุลขึ้นไป เปนแรงดึงดูดทางไฟฟาที่แข็งแรงกวาแรง ลอนดอน เพราะเปนขั้วไฟฟาที่เกิดขึ้นอยางถาวร โมเลกุลจะเอาดานที่มีประจุตรงขามกันหันเขาหากัน ตามแรง ดึงดูดทางประจุ เชน H2O, HCl, H2S และ CO เปนตน

แรงไดโพล-อินดิวซไดโพล (Dipole-Induced Dipole Interaction) เปนแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลที่มีขั้วกับ โมเลกุลที่ไมมีขั้ว โดยโมเลกุลที่มีขั้วจะเหนี่ยวนําใหโมเลกุลที่ไม มีขั้วเกิดการเสียสมดุลของอิเล็กตรอน เกิดขั้วขึ้นชั่วคราว และมีแรงยึดเหนี่ยวกันได เชน การละลายของโบรมีน ในน้ํา ไดเปนจํานวนเล็กนอย เปนตน พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen Bond) เปนแรงยึดเหนี่ยวที่มีคาสูงมาก โดยเกิดระหวางไฮโดรเจน กับธาตุที่มีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวเหลือ เกิดขึ้น ไดตองมีปจจัยตางๆ ไดแก ไฮโดรเจนที่ขาดอิเล็กตรอน อันเนื่องมาจากถูกสวนที่มี E.N. สูงในโมเลกุลดึงไป จนกระทั่งไฮโดรเจนนั้นมีสภาพเปนบวกสูง และจะตองมีธาตุที่มีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวเหลือ และมีความหนาแนน อิเล็กตรอนสูงพอใหไฮโดรเจนที่กําลังขาดอิเล็กตรอนนั้น เขามาสรางแรงยึดเหนี่ยวดวยได เชน H2O, HF และ NH3 เปนตน HCl นั้นไมสามารถเกิดไดเพราะอิเล็กตรอนไมหนาแนนพอที่จะใหไฮโดรเจนเขามาสรางแรงยึด เหนี่ยวได

H

H

F

F

H H

F

O H

H

O

H O H

H

H

O H

H N H H

H

O

H

H N H H H N H H

การเกิด Hydrogen Bond การละลายของสารประกอบโคเวเลนซ โมเลกุลที่มีขั้ว จะละลายกับโมเลกุลที่มีขั้ว และโมเลกุลที่ไมมีขั้วจะละลายกับโมเลกุลที่ไมมีขั้ว วิทยาศาสตร เคมี (22) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

สารโครงผลึกรางตาขาย เปนสารประกอบโควาเลนตที่เกิดการสรางพันธะตอเนื่องกันไปเรื่อยๆ แบบสามมิติเกิดเปนลักษณะคลาย โครงตาขาย พันธะโลหะ สมบัติของสารโครงผลึกรางตาขาย 1. ในภาวะปกติมีสถานะเปนของแข็งที่แข็งมาก ยกเวนแกรไฟต 2. บางชนิดไมนําไฟฟา เชน เพชร บางชนิดนําไฟฟาไดเชน แกรไฟต 3. มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง ไมละลายน้ํา 4. ไมมีสูตรโมเลกุล มีแตสูตรอยางงาย สมบัติของโลหะ 1. โลหะสามารถที่จะถูกดึงออกเปน ตี หรือ ทุบ ใหโลหะบิดงอ 2. สามารถนําไฟฟาได 3. สามารถนําความรอนไดดี 4. ผิวเปนมันวาว 5. จุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง



ปริมาณสารสัมพันธ ปริมาณสารสัมพันธ I มวลอะตอม 12 C มีมวลเทากับ 12.0 amu (Atomic Mass Unit) 6 1 amu = 1.66 × 10-24 g (มวลของ AZ X 1 อะตอม) A มวลอะตอมของ Z X = (1/12 เทาของมวลของ C-12 1 อะตอม) มวลอะตอมเฉลี่ย ธาตุแตละชนิดมีหลายไอโซโทป (Isotope) เมื่อจะคิดน้ําหนักจึงตองใชมวลอะตอมเฉลี่ย และเนื่องจากแต ละไอโซโทปมีปริมาณไมเทากันในธรรมชาติ จึงจําเปนตองใชการเฉลี่ยแบบถวงน้ําหนัก Σ{(มวลอะตอมของแตละไอโซโทป) × (รอยละของแตละไอโซโทป)} มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุ ZX = 100% มวลโมเลกุล มวลโมเลกุล = Σ(มวลอะตอม) มวลโมเลกุลเฉลี่ย = Σ (มวลอะตอมเฉลี่ย) (มวลของสาร 1 โมเลกุล) มวลโมเลกุล = (1/12 เทาของมวลของ C-12 1 อะตอม) โมล หนวยที่ใชบอกจํานวนอนุภาคของสาร จากมวลอะตอมเฉลี่ยจะไดขอสังเกตุวา 1 6C มีมวลอะตอมเฉลี่ยเทากับ 12.01 แสดงวา มีจํานวน -24 มีจํานวน 1 ÷ (1.66054 × 10-24) 6C 12.01 × (1.66054 × 10 ) กรัม 12.01 กรัม เทากับ 6.02214 × 1023 6C เทากับ 1

อะตอม อะตอม อะตอม โมลอะตอม


Avogadro Number = 6.02214 × 1023

g = N = 22.4v L n = Mw 23 6.02 × 10

สวน

สารละลาย ของเหลวผสมเนื้อเดียว ประกอบดวยตัวทําละลาย และตัวถูกละลาย ความเขมขนของสารละลาย 1. % โดยมวล/มวล (%W/W) หมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในมวลของสารละลาย 100

Wตัวถูก Wสารละลาย × 100 2. % โดยปริมาตร/ปริมาตร (%V/V) หมายถึง ปริมาตรของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในปริมาตรของ สารละลาย 100 สวน Vตัวถูก × 100 %V/V = V สารละลาย 3. % โดยมวล/ปริมาตร (%W/V) หมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในปริมาตรของสารละลาย 100 สวน Wตัวถูก × 100 %W/V = V สารละลาย 4. โมลาริตี (Molarity, Molar, M) หมายถึง จํานวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในสารละลาย 1 ลิตร หรือ 1 dm3 n ตัวถูก Molar = v สารละลาย (L) 5. โมแลลิตี (Molality, Molal, m) หมายถึง จํานวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในตัวทําละลาย 1 kg n ตัวถูก Molar = w (kg) ตัวทํา 6. สวนในลานสวน (ppm) หมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยูในสารละลาย 1,000,000 สวน (mg/L) ตัวถูก ppm = สารละลาย × 106

%W/W =



การเตรียมสารละลาย 1. เตรียมจากของแข็ง คํานวณแลว ชั่งน้ําหนักของตัวถูกละลายที่แนนอน แลวมาปรับปริมาตรใหไดความเขมขนที่ตองการ C = n ×V1000 2. เตรียมจากการเจือจางจากสารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ C1 × V1 = C2 × V2 สารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ 2.1. มีความบริสุทธิ์สูง 2.2. มีเสถียรภาพสูง คือสามารถเก็บรักษาในสภาพที่บริสุทธิ์ไดนาน ไมดูดความชื้นงาย ไมเกิด ปฏิกิริยาเมื่อไดรับแสง เปนตน 2.3. มีน้ําหนักโมเลกุลสูง เพื่อใหมีความผิดพลาดจากการชั่งนอย 2.4. ไมเปนสารที่มีน้ําผลึก (hydrated substance) ยกเวนสารที่น้ําผลึกมีเสถียรภาพสูง จํานวนโมล ของน้ําผลึกไมเปลี่ยนแปลง เมื่อนําไปอบหรือเก็บไวในโถดูดความชื้น 2.5. ละลายไดดีในตัวทําละลายที่ตองการใช 3. นํามาทําใหเขมขนขึ้น โดยการเติมเนื้อสารลงไปหรือระเหยน้ําออก 4. นําสารละลายตั้งแต 2 ความเขมขนขึ้นไปมาผสมกัน C1 × V1 = C2 × V2 + C3 × V3 + C4 × V4 + ... หลักสําคัญในการคํานวน 1. พิจารณาวา เนื้อสารที่ตองการมีเทาใด แลวตองเอามาจากสิ่งที่มีอยูเดิมเทาไหรหรือใสเพิ่มไปอีกเทาใด 2. พิจารณาปริมาตรรวมสุดทายวาตองเปนเทาไหร 3. การเอาสารละลายมาผสมกัน นอกจากจะตองเอาเนื้อสารมารวมกันแลว ตองเอาปริมาตรมารวมกันดวย *เมื่อปริมาตรของสารละลายเปลี่ยนแปลง สิ่งที่เปลี่ยนไปคือความเขมขนเทานั้น ปริมาณเนื้อสารไมได เปลี่ยนแปลงไปแตอยางใด สมบัติคอลลิเกทีฟของสารละลาย 1. สารละลายจะมีจุดเดือดเพิ่มขึ้น จุดเยือกแข็งต่ําลง เมื่อเทียบกับตัวทําละลายบริสุทธิ์ 2. สมบัติคอลิเกทีฟไมขึ้นอยูกับชนิดของตัวถูกละลาย แตจะขึ้นกับชนิดของตัวทําละลายและปริมาณของ ตัวถูกละลาย คือ ถาสารละลายมีความเขมขนในหนวยโมแลลเทากัน(ตัวทําละลายชนิดเดียวกัน) สารละลายนั้นจะ มีจุดเดือดและจุดเยือกแข็งเทากัน


3. ตัวถูกละลายตองเปนสารที่ระเหยยากและไมแตกตัว (ถาตัวถูกละลายแตกตัวได จะทําใหจุดเดือดของ สารละลายเพิ่มขึ้นและจุดเยือกแข็งของสารละลายต่ําลง แตจะไมเปนไปตามสมบัติคอลลิเกทีฟ เพราะมีผลของ แรงดึงดูดทางไฟฟาของไอออน ทําใหไอออนเคลื่อนที่ไมเปนอิสระ) ∆Tb = Kb × m ∆Tf = Kf × m โดยที่ ∆Tb คือ จุดเดือดที่เพิ่มขึ้น ∆Tf คือ จุดเยือกแข็งที่ต่ําลง Kb คือ คาคงที่ของการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด Kf คือ คาคงที่ของการลดลงของจุดเยือกแข็ง ระบบและสิ่งแวดลอม 1. ระบบ คือสิ่งที่เราสนใจ สิ่งแวดลอมคือ สิ่งที่นอกเหนือไปจากระบบ 2. ระบบเปด คือระบบที่ยอมใหมีการแลกเปลี่ยนมวลและพลังงานกับสิ่งแวดลอมได 3. ระบบปด คือระบบที่ยอมใหมีการแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดลอมได แตไมมีการแลกเปลี่ยนมวล 4. ระบบโดดเดี่ยว คือระบบที่ไมยอมใหมีการแลกเปลี่ยนมวลและพลังงานกับสิ่งแวดลอมเลย กฎทรงมวล ในระบบที่ไมมีการถายเทมวลสาร มวลของสารทั้งหมดกอนทําปฏิกิริยาจะตองเทากับมวลของสารทั้งหมด หลังทําปฏิกิริยา กฎสัดสวนคงที่ เมื่อธาตุสองธาตุขึ้นไปรวมตัวกันเกิดเปนสารประกอบอัตราสวนโดยมวลของธาตุที่เปนองคประกอบจะคงที่ เสมอไมวาจะเตรียมสารประกอบนั้นกี่ครั้งหรือเตรียมดวยวิธีการใด กฎเกย-ลูสแซก อัตราสวนโดยปริมาตรของกาซที่ทําปฏิกิริยาพอดีกัน และปริมาตรของกาซที่ไดจากปฏิกิริยา ซึ่งวัดที่ อุณหภูมิและความดันเดียวกัน จะเปนเลขจํานวนเต็มลงตัวนอยๆ (ซึ่งก็คือเลขหนาสมการที่ดุลแลวนั่นเอง) กฎอาโวกาโดร กาซที่มีปริมาตรเทากันภายใตอุณหภูมิและความดันเดียวกัน จะมีจํานวนโมเลกุลเทากัน จากกฎทั้งสองแสดงวาที่สภาวะภายใตอุณหภูมิและความดันเดียวกัน ปริมาตรของกาซและโมลจะ สัมพันธกันโดยตรง v ∝ n ดังนั้นจากทั้งสองกฎเราสามารถคํานวณหาขอมูลในสมการเคมีที่โจทยใหมาไดโดยการแทนปริมาตรที่กาซ ทําปฏิกิริยากันไวเปนเลขหนาสมการที่ถือวาดุลแลวไดเลย สูตรเคมี สูตรอยางงาย (สูตรเอมพิริคัล) คือ สูตรที่แสดงอัตราสวนอยางต่ําระหวางจํานวนอะตอมของธาตุที่เปน องคประกอบ



วิธีการหาสูตรอยางงาย (หาสัดสวนโดยโมล) 1. ตองรูสัดสวนโดยน้ําหนักของธาตุแตละชนิดในสารประกอบ 2. ถาอะตอมที่เราตองการทราบน้ําหนักเปลี่ยนไปอยูในรูปของโมเลกุล เชน ตองการทราบปริมาณ C ใน CO2 ใหใชกฎสัดสวนคงที่ชวย 3. นํามาทําใหเปนสัดสวนโดยโมล โดยการหารดวยมวลอะตอม 4. ทําใหเปนสัดสวนอยางงาย (จํานวนเต็ม) : ตัวเลขควรมีจุดทศนิยมอยางนอย 2 ตําแหนง : 0.2-0.8 หามปด : ใหเอาเลขที่นอยที่สุดหารตลอด แลวเอาเลขจํานวนเต็มมาคูณจนกระทั่งปดได สูตรโมเลกุล คือ สูตรที่แสดงจํานวนอะตอมของธาตุองคประกอบที่มีอยูใน 1 โมเลกุล วิธีการหาสูตรโมเลกุล สูตรโมเลกุล = (สูตรอยางงาย)n เราจะสามารถหาคา n ไดจาก มวลโมเลกุล = (ผลบวกมวลอะตอมทั้งหมดของสูตรอยางงาย) × n การหามวลรอยละของธาตุ มวลของธาตุ มวลรอยละของธาตุ = × 100 มวลโมเลกุล สมการเคมี หมายถึง สมการที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาเคมี โดยใชสูตรเคมีบอก ถึงสวนประกอบของสารที่ทําปฏิกิริยากัน และสารที่เกิดจากปฏิกิริยา - ในการเขียนสมการเคมีนั้น ทั้งสองฝงของสมการจะตองดุลกัน (อะตอมและประจุของธาตุตางๆ ทั้งสอง ฝงตองเทากัน) - ระบุสถานะของสาร - ถาโจทยกําหนดสารตั้งตนมาใหหลายตัว ใหเอาตัวหมดเทียบในสมการ สารกําหนดปริมาณ เมื่อมีการใชสารตั้งตนมากกวา 1 ชนิดในปฏิกิริยา อาจเปนไปไดวาสารไมไดทําปฏิกิริยากันหมดพอดี หากมี การใสสารหนึ่งมากกวาอีกสารหนึ่ง ก็จะมีสารหนึ่งที่หมดกอน เราเรียกสารที่หมดกอนวา สารกําหนดปริมาณ เนื่องจากพอสารตั้งตนตัวหนึ่งหมด อีกตัวก็จะไมสามารถเกิดปฏิกิริยาตอไปไดปฏิกิริยาจึงหยุดอยูแคนั้น


ความสัมพันธระหวางปริมาณของสารในสมการเคมีมากกวา 1 สมการ ในการคํานวณจะตองทําใหจํานวณโมลของสารที่ตอเนื่องกันเทากัน โดยการคูณดวยเลขจํานวนเต็ม จากนั้นจึงคํานวณตามความสัมพันธ ยกตัวอยางเชน ถาเราตองการความสัมพันธระหวางสาร A และสาร F จาก A + B C + 2D สมการที่ 1 D + E 3F สมการที่ 2 คูณ 2 เขาไปในสมการที่ 2 จะได 2D + 2E 6F สมการที่ 3 นําสมการที่ 1 ลบสมการที่ 3 จะได A + B + 2E C + 6F ดังนั้นจะไดวา A 1 โมล จะทําใหเกิด F 6 โมล รอยละของผลได ผลที่ไดจริง × 100 รอยละของผลได = ผลที่ไดตามทฤษฎี ผลที่ไดจริง คือ ปริมาณของสารที่ไดจากการทดลองจริงๆ ผลที่ไดตามทฤษฎี คือ ปริมาณของสารที่คํานวณไดจากสมการเคมี



ของแข็ง ของเหลว และแกส สถานะของสาร สารทุกชนิดสามารถมีสถานะไดทั้ง 3 แบบ ไดแก ของแข็ง ของเหลว และกาซ ความสัมพันธระหวางพลังงานและสถานะของสารสามารถสรุปเปนแผนภาพได ดังนี้ ระเหิด หลอมเหลว ของแข็ง

เยือกแข็ง

ของเหลว

ระเหย/เดือด ความแนน

แกส

แข็งตัว ดูดพลังงาน คายพลังงาน

ของแข็ง (Solid)

สมบัติของแข็ง 1. ของแข็งแตละชนิดมีรูปรางและปริมาตรที่แนนอน 2. ของแข็งชนิดเดียวกันอาจมีรูปรางไดหลายรูปแบบ (อัญรูป) 3. ของแข็งจะมีการแพรชากวากาซและของเหลว 4. โดยทั่วไปความหนาแนนของของแข็งจะมากกวากาซและของเหลว 5. อุณหภูมิและความดันจะมีผลนอยมากเมื่อเทียบกับปริมาตรที่เปลี่ยนไป 6. ของแข็งมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลที่สูง


เราสามารถแบงชนิดของของแข็งไดเปน 2 ชนิดตามรูปรางการจัดเรียงโมเลกุล คือ 1. ของแข็งที่เปนผลึก (Crystalline Solid) เปนของแข็งที่โมเลกุลมีตําแหนงที่แนนอนและเรียงตัวกัน อยางเปนระเบียบ โดยมีหนวยที่เล็กที่สุดของผลึกที่แสดงลักษณะการเรียงตัวของอนุภาคไดอยางสมบูรณ เรียกวา หนวยเซลล (Unit Cell) ชนิดผลึกของของแข็งสามารถแบงไดดังแสดงในตารางดานลาง ตารางชนิดและสมบัติบางประการของของแข็งที่อยูในรูปผลึก ชนิดของ ชนิดของพันธะหรือ ชนิดของผลึก อนุภาคใน สมบัติทั่วไป แรงยึดเหนี่ยวระหวาง ผลึก อนุภาค ออนหรือแข็งปานกลางเปราะไมมาก ผลึกโมเลกุล โมเลกุล หรือ โมเลกุลมีขั้ว - จุดหลอมเหลวต่ํา อะตอม 1. แรงดึงดูดระหวางขั้ว - ไมนําความรอนและไฟฟา 2. พันธะไฮโดรเจน โมเลกุลไมมีขั้วหรืออะตอม 1. แรงลอนดอน - ออน - เพิ่มขึ้นไดตามขนาดสาร ผลึกโควาเลนต อะตอมของ รางตาขาย ธาตุอโลหะ

พันธะโควาเลนต

ผลึกโลหะ

อะตอมของ ธาตุโลหะ

พันธะโลหะ

ผลึกไอออนิก

ไอออน

พันธะไอออนิก

-

ตัวอยาง

โมเลกุลมีขั้ว - น้ําแข็ง - แอมโมเนีย โมเลกุลไมมีขั้ว - น้ําแข็งแหง - แนฟทาลีน - กํามะถัน - ไอโอดีน แข็ง - แกรไฟต จุดหลอมเหลวสูง - เพชร สวนใหญไมนําความรอนและไฟฟา - ควอตซ แข็ง - แมกนีเซียม จุดหลอมเหลวสูง - เหล็ก นําความรอนและไฟฟาไดดี - ทองแดง - โซเดียม แข็งเปราะ - โพแทสเซียมจุดหลอมเหลวสูง ไนเตรต ไมนําความรอนและไฟฟา - ซิลเวอรคลอไรด



2. ของแข็งอสัญฐาน (Amorphous) เปนของแข็งที่โมเลกุลนั้นเรียงตัวกันอยางไมเปนระเบียบ เชน แกว ยาง พลาสติก ของแข็ง เปนตน

ภาพแสดงการเปรียบเทียบโครงสรางและการจัดเรียงตัวภายในโมเลกุลของของแข็ง 2 ชนิด การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง การหลอมเหลว คือ กระบวนการอยางหนึ่งที่เกิดขึ้นกับของแข็งเปลี่ยนสถานะเปนของเหลวที่อุณหภูมิ หนึ่งวัดอุณหภูมิขณะหลอมเหลว อุณหภูมิคงที่ถาเปนสารบริสุทธิ์ เรียกวา จุดหลอมเหลว ซึ่งจะมีความหมาย ตรงกันขามกับ จุดเยือกแข็ง โดยจุดหลอมเหลวปกติของสารจะคิดเทียบจากความดันบรรยากาศที่ 1 atm ปจจัยของการหลอมเหลว คือ • ชนิดของของแข็ง (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • ความดันบรรยากาศ การระเหิด คือ กระบวนการอยางหนึ่งที่ของแข็งเปลี่ยนเปนไอ โดยไมตองเปลี่ยนเปนของเหลวกอน ของแข็งที่ระเหิดไดจะเกิดขึ้นในสารบางชนิดที่ไมมีขั้วหรือขั้วนอยมาก เนื่องจากอนุภาคมีแรงยึดเหนี่ยวกันนอย (แรงลอนดอน) และอนุภาคภายในของแข็งมีการสั่นตลอดเวลาทําใหมีการถายเทพลังงาน ทําใหอนุภาคที่ผิวหนา สามารถเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวได ตัวอยางของแข็งที่เกิดการระเหิด เชน ลูกเหม็น (แนฟทาลีน) การบูร ไอโอดีน และน้ําแข็งแหง เปนตน ปจจัยของการระเหิด คือ • ชนิดของของแข็ง (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • ความดันบรรยากาศ • พื้นที่ผิวของของแข็ง • อากาศเหนือของแข็ง


ของเหลว (Liquid)

สมบัติของเหลว 1. ของเหลวมีปริมาตรคงที่ แตรูปรางไมคงที่ 2. แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลมากกวากาซแตนอยกวาของแข็ง 3. การแพรจะชากวากาซ แตเร็วกวาของแข็ง 4. โดยทั่วไปของเหลวมีความหนาแนนมากกวากาซ แตนอยกวาของแข็ง 5. เมื่อนํามาผสมกัน ปริมาตรกอนและหลังอาจเทาหรือไมเทากันก็ได 6. ปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงไปนอยเมื่ออุณหภูมิและความดันเปลี่ยน แรงดึงผิวและความตึงผิว แรงดึงผิว (Tension Force) คือ แรงที่ดึงผิวของของเหลวเขามาภายใน เพื่อทําใหพื้นที่ผิวของของเหลว เหลือนอยที่สุด ความตึงผิว (Surface Tension) คือ งานที่ตองใชในการยืดหรือเพิ่มพื้นที่ผิวของเหลว 1 หนวยพื้นที่ มีหนวย J/m2 หรือ N/m หรือเปนสัดสวนระหวางแรงตึงผิวตอ 1 หนวยพื้นที่

ภาพแสดงการเกิดแรงตึงผิว โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


ปจจัยที่มีตอความตึงผิวของของเหลว คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • การเติมสารบางชนิดลงในของเหลว ความหนืด (Viscosity) ความหนืดเปนความสามารถของของไหลที่จะตานการไหล ยิ่งมีคาความหนืดสูง ของไหลก็จะยิ่งไหลยาก ความหนืดของของเหลวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของสารสูงขึ้น โดยทั่วไปของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล สูงมักจะมีความหนืดสูงกวาของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลที่ต่ํากวา การระเหย (Evaporation) การระเหย คือ การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะกลายเปนไออยางชาๆ ณ อุณหภูมิหนึ่ง การระเหยเกิดขึ้น เฉพาะผิวหนาของของเหลวเทานั้น นอกจากนั้น การระเหยยังสามารถเกิดไดในทุกๆ อุณหภูมิ โดยเกิดจากการที่ โมเลกุลในของเหลวนั้นมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา การเคลื่อนที่ดังกลาวทําใหเกิดการชนกันระหวางโมเลกุล และ เกิดการถายเทพลังงาน ทําใหบางโมเลกุลมีพลังงานจลนเพิ่มขึ้น บางโมเลกุลมีพลังงานจลนลดลง ซึ่งทําใหที่ ผิวหนาของของเหลวมีพลังงานที่เกิดจากการสะสมมามากจนสามารถหลุดออกจากผิวหนาของของเหลวกลายเปน ไอออกไปได ปจจัยที่มีผลตอการระเหยของของเหลว คือ • ชนิดของสาร (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • พื้นที่ผิวของของเหลว • ความดันบรรยากาศ • การคนหรือการกวน • อากาศเหนือของเหลว ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว ความดันไอ (Vapour Pressure) คือ แรงดันไออิ่มตัวของของเหลวที่มีตอพื้นที่ 1 ตารางหนวย ซึ่งเกิด จากการที่โมเลกุลของของเหลวนั้นเกิดการชนกันแลวระเหยออกไปกลายเปนไอ และในเวลาเดียวกันไอก็ชนกัน แลวควบแนนกลับมาเปนของเหลว ซึ่งเมื่อเวลาผานไป อัตราทั้ง 2 นี้จะมีคาเทากัน เราเรียกปรากฏการณเชนนี้วา “สมดุลไดนามิก” และความดันไอที่มีคาสูงสุดเรียกวา ความดันไอสมดุล หรือ เรียกสั้นๆไดวา ความดันไอ ปจจัยที่มีผลตอความดันไอ คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ การเดือด (Boiling) คือ กระบวนการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปนไอทั่วทั้งกอนของของเหลวที่อุณหภูมิ สูงถึงจุดหนึ่ง โดยขณะนั้นความดันไอของของเหลวเทากับความดันบรรยากาศ


จุดเดือด (Boiling Point) คือ อุณหภูมิขณะที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปนไอทั่วทั้งกอนของของเหลว โดยของเหลวขณะนั้นมีความดันไอเทากับความดันบรรยากาศ ซึ่งจุดเดือดปกติ คือ อุณหภูมิขณะที่ของเหลวมี ความดันไอเทากับ 1 บรรยากาศ ความดันไอของของเหลวจะแปรผกผันกับจุดเดือดของของเหลว ปจจัยที่มีผลตอจุดเดือดของของเหลว คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางอนุภาค) • ความดันบรรยากาศ

แกส เปนสถานะที่มีปริมาตรและรูปรางที่ไมแนนอนขึ้นกับภาชนะที่บรรจุ โดยอนุภาคของแกสมีแรงยึดเหนี่ยวกัน นอยมาก ทําใหอนุภาคของแกสสามารถเกิดการแพรและฟุงกระจายไดเปนอยางดี

ประเภทของแกส เพื่อความสะดวกในการศึกษาเรื่องแกส เราไดแบงแกสออกเปน 2 ประเภทดวยกัน ไดแก 1. แกสจริง (Real Gas) เปนแกสที่มีอยูจริง มีพฤติกรรมและสมบัติตางๆ เบี่ยงเบนออกจากกฎของแกส และทฤษฎีจลนของแกส อยางไรก็ตามทีส่ ภาวะอุณหภูมิสูง ความดันต่ํา แกสจริงจะมีสมบัติและพฤติกรรม ใกลเคียงกับแกสในอุดมคติ 2. แกสในอุดมคติหรือแกสสมบูรณแบบ (Ideal Gas) เปนแกสสมมติตามทฤษฎีที่ไมวาจะอยูสภาวะ แบบใดก็ตาม จะมีสมบัติหรือพฤติกรรมเปนไปตามกฎตางๆ ของแกสในอุดมคติ และยังมีสมบัติเปนไปตามทฤษฎี จลนของแกสครบทุกขออีกดวย

ทฤษฎีจลนของแกส เปนทฤษฎีที่ใชอธิบายสมบัติทางกายภาพของแกสในอุดมคติ ซึ่งมีสาระสําคัญดังนี้ 1. แกสประกอบดวยอนุภาคจํานวนมากที่มีขนาดเล็กมาก จนถือไดวาอนุภาคแกสไมมีปริมาตรเมื่อเทียบกับ ขนาดภาชนะที่บรรจุ ซึ่งจะถือวามีมวลแตไมมีปริมาตร 2. โมเลกุลของแกสอยูหางกันมากทําใหแรงดึงดูดและแรงผลักระหวางโมเลกุลนอยมาก จนถือไดวาไมมี แรงกระทําตอกัน (ไมมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) 3. โมเลกุลของแกสเคลื่อนที่อยางรวดเร็วในแนวเสนตรง เปนอิสระดวยอัตราเร็วคงที่ (แตวาไมจําเปนตอง เทากันในแตละโมเลกุล) และไมเปนระเบียบจนกระทั่งชนกับโมเลกุลอื่นหรือชนกับผนังของภาชนะจึงจะเปลี่ยน ทิศทางและอัตราเร็ว 4. โมเลกุลของแกสที่ชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะจะเกิดการชนแบบยืดหยุนโดยถายโอนพลังงานใหแก กันได แตพลังงานรวมของระบบมีคาคงที่ 5. ณ อุณหภูมิเดียวกันโมเลกุลของแกสแตละโมเลกุลเคลื่อนที่ดวยความเร็วไมเทากัน แตจะมีพลังงาน จลนเฉลี่ยเทากัน โดยที่พลังงานจลนเฉลี่ยของแกสจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ (เคลวิน) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


ความสัมพันธของปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิของแกส จากคุณสมบัติและทฤษฎีจลนของแกส สําคัญตอไปนี้ - จํานวนโมลของแกส (n) - ปริมาตร (V) - ความดัน (P) - อุณหภูมิ (T)

ทําใหการศึกษาเกี่ยวกับแกสจะตองคํานึงถึงตัวแปรเกี่ยวของที่

กฎของบอยล “เมื่ออุณหภูมิและมวลของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสจะแปรผกผันกับความดัน” P α V1 กฎของชารล “เมื่อความดันและมวลของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสแปรผันตรงกับอุณหภูมิ” V α T กฎของเกยลุสแซค “เมื่อปริมาตรและมวลของแกสคงที่ ความดันของแกสแปรผันตรงกับอุณหภูมิ” P α V กฎของอโวกาโดร “เมื่อความดันและอุณหภูมิของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสแปรผันตรงกับจํานวนโมล” V α n จากกฎตางๆ ทําใหเราสามารถสรางสมการที่รวบรวมตัวแปรตางๆ ของแกสได โดยเราเรียกสมการนี้วา สมการแกสสมบูรณ ดังนี้ PV = nRT

โดยสมการนี้มีการบังคับหนวยตามคาคงที่ของแกส (คา R) ดังตอไปนี้ R = คาคงที่มีคาเทากับ 0.0821 L ⋅ atm ⋅ K-1 ⋅ mol-1 P = ความดัน (atm) n = จํานวนโมล (mol) V = ปริมาตร (L) T = อุณหภูมิ (K) จากสมการกฎแกสสมบูรณ


การหาคาความหนาแนน D = PM RT ให D = ความหนาแนนของแกสมีหนวยเปน กรัมตอลิตร (g/L) M = น้ําหนักโมเลกุลของสาร

การหาคาความเขมขนของแกส P C = RT ให C = ความเขมขนของสารมีหนวยเปน โมลตอลิตร (mol/L)

กฎความดันยอยของดอลตัน “ความดันรวมของแกสผสมจะมีคาเทากับผลรวมของความดันที่แกสแตละชนิดทําใหเกิดขึ้น” PT = P1 + P2 + P3 + ... จากกฎความดันยอยของดอลตันทําใหเราทราบถึงความสัมพันธระหวางความดันของระบบและความดัน ยอยของแกสแตละชนิดในระบบที่มีอุณหภูมิคงที่ ซึ่งสามารถสรุปเปนสมการไดดังนี้ PรวมVรวม = P1V1 + P2V2 + P3V3 + ...

กฎการแพรผานของเกรแฮม การแพร หมายถึง การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจากบริเวณที่มีความเขมขนมากไปหาบริเวณที่มีความเขมขน นอย การแพรในลักษณะนี้สามารถพบไดในชีวิตประจําวัน เชน การไดกลิ่น เปนตน กฎการแพรผานของเกรแฮม มีใจความสําคัญอยูวา “ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน อัตราการแพรผานของแกสเปนสัดสวนผกผันกับรากที่สองของความ หนาแนนของแกส” เราสามารถสรุปเปนสมการที่จะนําไปใชได ดังนี้ r1 M2 d2 d1 = M 1 r2 = เมื่อ r = อัตราเร็วของการแพรของแกส d = ความหนาแนนของแกส M = มวลโมเลกุลของแกส



อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของปฏิกิริยา จากสมการ aA + bB จะไดความสัมพันธ

cC + dD

R = 1a RA = 1b RB = 1c RC = d1 RD เมื่อ R คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยา RX คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยาของสาร X ประเภทของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี 1. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ชวงเวลาหนึ่ง 2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย (ตั้งแตเริ่มตนจนสิ้นสุดปฏิกิริยา) 3. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ขณะใดขณะหนึ่ง กราฟแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยา ปริมาณของ

สารตั้งตนที่เหลือ

เวลา

สารตั้งตนที่เหลือ

เวลา

เวลา

แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี 1. ทฤษฎีเกี่ยวกับการชน ทฤษฎีนี้มีหลักการคิดสําคัญคือ “ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นไดตอเมื่ออนุภาคของสารตั้งตน (อาจเปน โมเลกุล, อะตอม หรือไอออนก็ได) จะตองมีการเคลื่อนที่ชนกันกอน” ซึ่งการชนนั้นอาจจะเกิดปฏิกิริยาหรือไมเกิดก็ ไดทั้งนี้ขึ้นอยูกับปจจัยตอไปนี้ - พลังงานจลนของอนุภาคที่เคลื่อนที่ชนกัน คือ พลังงานที่เพียงพอที่จะทําใหเกิดการสลายพันธะ เกา แลวสรางพันธะใหมเกิดเปนสารผลิตภัณฑ - ทิศทางการชน จะตองชนดวยทิศทางที่ถูกตอง เชน ปฏิกิริยาระหวางกาซไฮโดรเจน (H2) กับไอ ของไอโอดีน (I2) กลายเปนกาซไฮโดรเจนไอโอไดด (HI) ดังสมการ H2 (g) + I2(g) 2HI(g)


(1) การชนกันในทิศทางที่ไมเหมาะสม ทําใหการชนกันไมเปนผลสําเร็จหรือไมเกิดปฏิกิริยาดังรูป

H2

I2

H2

I2

(2) การชนกันในทิศทางที่เหมาะสมทําใหการชนกันเปนผลสําเร็จ เกิดปฏิกิริยาได ดังรูป HI

H2

HI

I2

พลังงานกอกัมมันต (Activation Energy)

E

Ea

H2 + O2

H2O

t

2. ทฤษฎีสารเชิงซอนที่ถูกกระตุน ในระหวางที่สารชนกันนั้น จะเกิดสารที่มีพลังงานสูงมากเรียกวา สารเชิงซอนกัมมันต (Activated Complex) ซึ่งเกิดจากการที่พันธะเดิมระหวางสารตั้งตนยังไมขาดออกจากกัน ในขณะเดียวกันก็สรางพันธะใหมอยู สภาวะเชนนี้ไมเสถียรเพราะพลังงานจะสูงมาก เราเรียกสภาวะนี้วา สภาวะแทรนซิชัน (Transition State) ตัวอยางเชน

Eac

E Ea

Er Ep

∆E

t โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


พลังงานกับการดําเนินไปของปฏิกิริยา ในระหวางที่สารเกิดปฏิกิริยาจะมีการเปลี่ยนแปลงทางพลังงาน ซึ่งเมื่อเราเขียนกราฟระหวางพลังงานและ การดําเนินไปของปฏิกิริยาจะไดปฏิกิริยา 2 แบบดังนี้ • ปฏิกิริยาดูดพลังงาน หรือ ปฏิกิริยาดูดความรอน (Endothermic Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่ มีการถายเทพลังงานจากสิ่งแวดลอมเขาสูระบบ ดังนั้นในปฏิกิริยาชนิดนี้สารตั้งตนจะมีพลังงานต่ํากวาผลิตภัณฑ • ปฏิกิริยาคายพลังงาน หรือ ปฏิกิริยาคายความรอน (Exothermic Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่มีการถายเทพลังงานจากระบบไปสูสิ่งแวดลอม ดังนั้นในปฏิกิริยาคายพลังงาน พลังงานสารที่เปน ผลิตภัณฑจะมีคาต่ํากวาพลังงานของสารตั้งตน สรุปไดวาสารที่มีความถี่ในการชนมาก, พลังงานสูง, พลังงานกระตุนต่ํา จะเกิดปฏิกิริยาไดเร็ว พลังงานกับปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได ปฏิกิริยาที่ผันกลับไดเปนปฏิกิริยาเคมีที่มีสารตั้งตนทําปฏิกิริยากันเกิดผลิตภัณฑ ซึ่งเรียกวา ปฏิกิริยาไป ขางหนา และผลิตภัณฑที่เกิดขึ้นจะเขาทําปฏิกิริยาเกิดเปนสารตั้งตนใหม เรียกไดวาเปน ปฏิกิริยายอนกลับ และ พลังงานของปฏิกิริยาที่ผันกลับได ก็หาไดจากผลตางของพลังงานของสารตั้งตนกับพลังงานของผลิตภัณฑ หรือ อาจจะหาจากผลตางของพลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาไปขางหนากับปฏิกิริยายอนกลับ และปฏิกิริยาเคมีที่ผัน กลับจะเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาไดงายกวาปฏิกิริยายอนกลับ ก็ตอเมื่อพลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาไปขางหนา นอยกวา พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่มีกลไกในการเกิดหลายขั้นตอน

E

A+B

E

C+D

***ดังนั้น พลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาที่มี กลไกในการเกิดหลายขั้นตอนเทากับพลังงาน กอกัมมันตในขั้นตอนที่เกิดชาที่สุด***

การดําเนินไปของ ปจจัยที่มีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี a. ความเขมขนของสารกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎอัตราและคาคงที่อัตรา (Rate Law and Rate Constant) กําหนดปฏิกิริยาใหดังนี้ aA + bB cC + dD ซึ่งจะไดสมการ กฎอัตรา (Rate Law) คือ Rate = k[A]m[B]m โดย R คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยา [ ] คือ ความเขมขน k คือ คาคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาในปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กําหนด n, m คือ เลขชี้กําลังความเขมขน อาจจะเปนจํานวนเต็มบวกหรือลบหรือเศษสวนก็ได ซึ่งผลบวกที่เกิดขึ้นระหวางเลขชี้กําลังความเขมขนจะไดเปนอันดับปฏิกิริยา สรุปการพิจารณาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจากกราฟโดยใชกฎอัตรา (สําหรับปฏิกิริยา A → ผลิตภัณฑ) วิทยาศาสตร เคมี (40) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

อันดับของปฏิกิริยาที่ สมการแสดงกฎอัตรา กราฟแสดงความเขมขน ของ A กับเวลา

ศูนย R = k[A]0 [A]

หนึ่ง R = k[A]1 [A] t

กราฟแสดงอัตรากับความ เขมขนของ A

อัตรา

สอง R = k[A]2 [A] t

t

อัตรา [A]

อัตรา ความเขม K [A]

[A]

หรือ อัตรา ความเขม K [A]

พื้นที่ผิวของสารกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

สารที่มีพื้นที่ผิวมากๆ จะยิ่งเพิ่มโอกาสที่สารจะชนกันแลวเกิดปฏิกิริยาไดมากกวาสารที่มีพื้นที่ผิวนอยๆ เมื่อ พื้นที่ผิวของสารตั้งตนที่เปนของแข็งมากปฏิกิริยาจะเกิดเร็ว เพราะอนุภาคของสารตั้งตนชนกันดวยความถี่สูง ในทางตรงกันขามเมื่อสารตั้งตนที่เปนของแข็งมีพื้นที่ผิวนอยปฏิกิริยาจะเกิดชา เพราะอนุภาคของสารตั้งตนชนกัน ดวยความถี่ต่ํา โดยทั่วไปผลของการเพิ่มพื้นที่ผิวจะมากกวาผลของการเพิ่มความเขมขน c. อุณหภูมิกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อุณหภูมิต่ํา

อุณหภูมิสูง



เมื่อเพิ่มอุณหภูมิใหแกระบบของปฏิกิริยาเคมีจะทําใหอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้น เชน การบมผลไมใน ภาชนะปดจะสุกเร็วกวาเมื่อไมปดฝา เพราะอุณหภูมิภายในภาชนะสูงกวาขางนอก และในทางตรงกันขามอัตรา การเกิดปฏิกิริยาจะลดลงเมื่อลดอุณหภูมิลง โดยการอธิบายผลของอุณหภูมิตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถ อธิบายไดดวยทฤษฎีจลน คือ เมื่อเพิ่มอุณหภูมิโมเลกุลของกาซจะเคลื่อนที่ดวยอัตราเร็วเฉลี่ยเพิ่มขึ้น สงผลให พลังงานจลนสูงขึ้นและพบวา อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นไมไดเปนเพราะโมเลกุลมีโอกาสชนกันเพิ่มมากขึ้น เทานั้น แตตองอาศัยทฤษฎีการกระจายพลังงานที่สูงพอเมื่ออุณหภูมิของระบบสูงขึ้นจํานวนโมเลกุลที่มีพลังงาน จลนต่ํามีจํานวนนอย แตจํานวนโมเลกุลที่มีพลังงานเทากับหรือมากกวาพลังงานกอกัมมันตจึงมีจํานวนมากขึ้น ปฏิกิริยาจึงเกิดเร็วขึ้น โดยปรกติการเพิ่มอุณหภูมิ 10°C จะทําใหอัตราเพิ่มขึ้นประมาณ 2 เทา d. ตัวเรงและตัวหนวงปฏิกิริยาเคมี ตัวเรงปฏิกิริยา คือสารที่เติมลงไปเพื่อทําใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น หรือเพิ่มขึ้น และเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา สารนั้นก็ยังคงแสดงสมบัติเชนเดิม ตัวเรงปฏิกิริยาอาจจะมีสวนรวมในปฏิกิริยานั้นแตเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา ตัวเรง ก็จะกลับคืนมาอยางเดิม ตัวเรงปฏิกิริยา โดยทั่วๆ ไป แบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1. ตัวเรงปฏิกิริยาเนื้อเดียว หมายถึง ตัวเรงปฏิกิริยาที่อยูในสถานะเดียวกับสารตั้งตน เชนเปนของแข็ง เหมือนกัน หรือเปนของเหลวเหมือนกัน เชน การเผาโพแทสเซียมคลอเรต จะไดโพแทสเซียมคลอไรด และ แก็ส ออกซิเจน ดังนี้ 2KCIO3(s) MnO2 2KCl(s) + 3O2(g), MnO2 เปนตัวเรงปฏิกิริยาใหเกิดเร็ว 2. ตัวเรงปฏิกิริยาเนื้อผสม หมายถึง ตัวเรงปฏิกิริยาและสารตั้งตนอยูในสถานะตางกัน เชนปฏิกิริยา ระหวางแกสไฮโดรเจน กับ แกสออกซิเจน ไดผลิตภัณฑเปนน้ํา ดังนี้ H2(g) + O2(g) Pt 2H2O มี Pt เปนตัวเรงปฏิกิริย การเปรียบเทียบปฏิกิริยาที่มีตัวเรงปฏิกิริยาและไมมีตัวเรงปฏิกิริยา C2H2(g) + H2(g) C2H6(g) เกิดชา C2H2(g) + H2(g) + Pt(s) C2H6(g) + Pt(s) เกิดเร็ว ผลของตัวเรงปฏิกิริยาที่มีตอปฏิกิริยาเคมี ตัวเรงปฏิกิริยาที่ใสลงไปชวยใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น เนื่องจากตัวเรงปฏิกิริยาจะเขาไปชวยใหพลังงาน กอกัมมันตลดลง ดังนั้นจะเกิดปฏิกิริยาไดงายขึ้น เพราะเมื่อพลังงานกอกัมมันตลดลงมีผลทําใหจํานวนอนุภาคที่มี พลังงานสูงพอเพิ่มมากขึ้น การชนที่เปนผลสําเร็จจึงมากขึ้น หรืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น พลังงาน Ea1 Ea2

∆H

การดําเนินไปของ วิทยาศาสตร เคมี (42) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

วิธีการลดพลังงานกอกัมมันตของตัวเรงปฏิกิริยา อาจเกิดขึ้นโดยวิธีตอไปนี้ ตัวเรงปฏิกิริยาจะเขารวมกับสารตั้งตนกลายเปนสารใหม เพื่อทําใหโมเลกุลของสารมีความวองไวในการ เกิดปฏิกิริยามากขึ้น ตัวเรงปฏิกิริยาทําหนาที่ดูดซับสารตั้งตนไวที่ผิวในรูปที่วองไวในการเกิดปฏิกิริยา กรณีนี้ สารตั้งตนอยูใน สถานะแกส สวนตัวเรงปฏิกิริยาอยูในสถานะของแข็ง หรือเปนตัวเรงปฏิกิริยาเนื้อผสมนั่นเอง ตัวเรงปฏิกิริยาทําหนาที่ดูดซับสารตั้งตนไวที่ผิว และทําใหสารตั้งตนมีพันธะภายในโมเลกุลออนลง โมเลกุลของสารตั้งตนจึงสลายตัวหรือเกิดปฏิกิริยาไดงายขึ้น (พลังงานกอกัมมันตลดลง) จึงเกิดปฏิกิริยาไดเร็วขึ้น ตัวหนวงปฏิกิริยา ตัวหนวงปฏิกิริยา คือ สารที่เติมลงไปแลวทําใหปฏิกิริยาเกิดชาลง หรือลดลง เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาสารนั้นก็ จะคืนมาเหมือนเดิม มวลคงที่ แตสมบัติทางกายภาพอาจจะเปลี่ยน เชน ขนาด รูปราง ไดแก ปฏิกิริยาการสลาย H2O2 จะเกิดชาถาเติมฟอสเฟต PO 34- เปนตัวหนวงปฏิกิริยาไมใหเกิด H2O และ O2 เร็ว ดังนี้ PO 34H2O2(l) H2O(l) + 12 O2(g) , PO 34- เปนตัวหนวงปฏิกิริยาใหเกิดชาลง ผลของตัวหนวงปฏิกิริยาที่มีตอปฏิกิริยาเคมี ตัวหนวงปฏิกิริยาชวยทําใหปฏิกิริยาเคมีเกิดชาลง เนื่องจากจะไปทําใหพลังงานกอกัมมันตเพิ่มขึ้น ดังนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงชาลง ดังรูป

พลังงาน

Ea2 Ea1

∆H

การดําเนินไปของปฏิกิริยา ***ตัวเรงปฏิกิริยาไมมีผลตอคาความรอนของปฏิกิริยา (∆H) ที่ดูดหรือคายออกมา c และเมื่อสิ้นสุด ปฏิกิริยาจะตองไดตัวเรงปฏิกิริยา และตัวหนวงปฏิกิริยา คืนกลับมา*** e. ธรรมชาติของสารตั้งตน สารตางชนิดกันจะทําปฏิกิริยาเคมีไดเร็วหรือชาตางกันขึ้นอยูกับสมบัติขิงสารแตละชนิด ตัวอยางเชน โลหะโซเดียมทําปฏิกิริยากับน้ําเย็นไดเร็วมาก และเกิดปฏิกิริยารุนแรงในขณะที่โลหะแมกนีเซียมทําปฏิกิริยากับ น้ําเย็นไดชาแตเกิดไดเร็วขึ้นเมื่อใชน้ํารอน ที่เปนเชนนี้เพราะวาโลหะโซเดียมมีความวองไวในการเกิดปฏิกิริยาได ดีกวาโลหะแมกนีเซียม



f. ความดันสําหรับปฏิกิริยาของกาซ

เพิ่มความดัน กระบอก ฉีดปด

ปฏิกิริยาที่มีสารตั้งตนอยางในสถานะกาซ เมื่อเพิ่มความดันโดยการลดปริมาตรทําใหปฏิกิริยาเคมีเกิดได เร็วขึ้น เพราะการเพิ่มความดันโดยการลดปริมาตรทําใหอนุภาคของสารตั้งตนที่อยูในสถานะกาซอยูชิดกันมากขึ้น (มีความเขมขนมากขึ้น) จึงชนกันดวยความถี่สูงขึ้น ในทางตรงกันขาม ถาลดความดันเพิ่มปริมาตร ทําใหปฏิกิริยา เคมีเกิดชาลง เพราะการลดความดันโดยการเพิ่มปริมาตร ทําใหอนุภาคของสารตั้งตนที่อยูในสถานะกาซอยูหางกัน มากขึ้น (มีความเขมขนลดลง) จึงชนกันดวยความถี่ลดลง


สมดุลเคมี การเปลี่ยนแปลงที่ทําใหเกิดสมดุล 1. สมดุลของการเปลี่ยนสถานะ เชน การเปลี่ยนสถานะของไอโอดีน (I2) จะมีการระเหิดและการตกผลึก เกิดขึ้นพรอมๆ กัน ดังสมการ I2(s) I2(g) สีมวงเขม

สีมวงแดง

2. สมดุลของการละลาย เกิดในสารละลายที่อิ่มตัว หรือสารที่ละลายไดยาก จะมีการละลายและการตกผลึกเกิดขึ้นพรอมๆ กัน ดังสมการ C12H22O11(s) C12H22O11(aq) 3. สมดุลของการเกิดปฏิกิริยาเคมี เกิดกับปฏิกิริยาที่ผันกลับได ซึ่งโดยทั่วไปมีคุณสมบัติดังนี้ 1. เกิดในระบบปด 2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนา เทากับ อัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับ 3. สมบัติของระบบจะตองคงที่ 4. เปนสมดุลไดนามิก 5. สารทุกตัวในระบบตองอยูครบ ไมวาปฏิกิริยาจะเกิดนานเพียงใดก็ตาม 6. ระบบสามารถเขาสูสมดุลไดจากการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนา หรือ ยอนกลับก็ได 7. ที่ภาวะสมดุล ความเขมขนของสารทุกตัวในระบบจะตองคงที่ แตไมจําเปนตองเทากัน กราฟของปฏิกิริยาที่ผันกลับได 1. กราฟของอัตราการเกิดปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนา อัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับ เวลา

2. กราฟของปริมาณสารตั้งตนและสารผลิตภัณฑ ปริมาณสาร

ปริมาณสาร

ปริมาณสาร

สารตั้งตน

ผลิตภัณฑ สารตั้งตน

สารตั้งตน ผลิตภัณฑ

ผลิตภัณฑ เวลา

เวลา


เวลา


คาคงที่สมดุล กําหนดสมการทั่วไปดังนี้ aA + bB cC + dD คาคงที่สมดุลคืออัตราสวนระหวางผลคูณความเขมขนของผลิตภัณฑกับผลคูณความเขมขนของสารตั้งตน เมื่อความเขมขนของแตละสารมีเลขยกกําลังเทากับเลขสัมประสิทธิ์แสดงจํานวนโมลของสารนั้นในสมการเคมีที่ สมดุลแลว ดังสมการ c d Kc = [C] a [D]b [A] [B] *** คา K ขึ้นอยูกับอุณหภูมิ ทุกครั้งที่บอกคา K ตองบอกอุณหภูมิดวย เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป คา K จะ เปลี่ยนไป ในกรณีที่สารในปฏิกิริยามีแกสเขามาเกี่ยวของ เราสามารถเขียนคาคงที่สมดุลในรูปความดัน (Kp ) เขียน ไดดังนี้ Pc P d Kp = Ca Db PA PB ความสัมพันธระหวาง Kp กับ Kc จากกฎของแกสสมบูรณ PV = nRT ; P = (n/V)RT เมื่อ n/V คือ จํานวนโมลตอปริมาตร หมายถึงความเขมขน ดังนั้น PA = [A]RT PB = [B]RT PC = [C]RT PD = [D]RT เมื่อแทนคาความดันลงในสมการ Kp ไดความสัมพันธดังนี้ Kp = Kc(RT)∆n สมดุลของการละลาย AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Ksp = [Ag+][Cl-] คาคงที่สมดุลเชิงคณิตศาสตร 1. การนําสมการมาบวกกัน ใหนําคาคงที่สมดุลมาคูณกัน 2. การกลับสมการ ใหนําคาคงที่สมดุลกลับเศษเปนสวนและกลับสวนเปนเศษ 3. การนําคาคงที่คูณทั้งสมการ ใหนําคาคงที่นั้นไปยกกําลังคาคงที่สมดุล องคประกอบที่มีผลตอสมดุลเคมี สิ่งที่ทําใหสมดุลของระบบเปลี่ยนแปลงคือ 9 1. ความเขมขน 9 2. อุณหภูมิ 9 3. ความดัน 4. การเติมกาซเฉื่อย 5. การเติมตัวเรงปฏิกิริยา วิทยาศาสตร เคมี (46) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

หลักของเลอชาเตอลิเอ (Le Chatelier’s Principle) กลาววา “เมื่อระบบอยูในสมดุล ถาสภาวะของ ระบบเปลี่ยนไป ระบบจะมีการกระทําไปในทิศทางที่จะทําใหภาวะสมดุลกลับคืน” หรือ “เมื่อมีสิ่งที่มีผลตอสมดุล (ความเขมขน อุณหภูมิหรือความดัน) มารบกวนระบบที่อยู ณ ภาวะสมดุล จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรง ขามกับสิ่งรบกวนนั้น เพื่อที่จะเกิดสมดุลใหมตอไป” ซึ่งหลักนี้มีความสําคัญตอสมดุลเคมีเปนอยางมาก ถูกนํามาใช เสมอเพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงตางๆ ที่เกี่ยวกับสมดุลเมื่อไดรับอิทธิพลบางอยางจากนอกระบบ และชวยในการ ทํานายวาปฏิกิริยาจะดําเนินไปในทางใด ในกระบวนการอุตสาหกรรมหลายชนิด ใชหลักนี้ในการเลือกสภาวะที่ควร ปฏิบัติเพื่อใหไดผลผลิตมากที่สุด pH กับสภาพการละลาย สภาพการละลายของสารหลายชนิดขึ้นอยูกับ pH ของสารละลายดวย เชน สมดุลการละลายของ Mg(OH)2 ดังสมการ Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq) ถาเติม OH- ลงไป (ทําให pH สูงขึ้น) สมดุลจะเคลื่อนจากขวาไปซาย และทําให Mg(OH)2 ละลายได นอยลง ในทางตรงกันขาม การเติม H+ (ทําให pH ลดลง) สมดุลจะเคลื่อนจากซายไปขวา และทําให Mg(OH)2 ละลายไดมากขึ้น ดังนั้นเบสที่ไมละลายในน้ําจะละลายไดในกรด และกรดที่ไมละลายในน้ําจะละลายไดในเบส การเปลี่ยนแปลงความเขมขน เมื่อเพิ่มความเขมขนของตัวทําปฏิกิริยาในขณะที่ระบบอยูในสมดุล สมดุลจะเลื่อนไปทางขวาคือไดผล ปฏิกิริยามากขึ้น การลดความเขมขนของผลผลิตก็จะใหผลทํานองเดียวกัน คือสมดุลจะเลื่อนไปทางขวา จากสมการ A + B C +D ตัวอยาง ถาเพิ่มความเขมขนของ A ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ สมดุลจะปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางลด ความเขมขนของ A คือ สมดุลจะเลื่อนไปทางขวาหรือเปลี่ยนจากซายไปขวา จึงเกิดปฏิกิริยาไปขางหนามากขึ้น และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของสาร A จะเพิ่มขึ้นเพราะเราเพิ่มความเขมขนของ A ความเขมขน ของสาร B จะลดลง เพราะ B ทําปฏิกิริยากับ A เพื่อใหสมดุลเลื่อนไปทางขวา ความเขมขนของสาร C และ D จะเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม หมายเหตุ

1. ถาเพิ่มความเขมขนของสารใด สารนั้นจะเพิ่มเสมอ เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม 2. ถาลดความเขมขนของสารใด สารนั้นจะลดเสมอ เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ผลของอุณหภูมิตอภาวะสมดุล แยกพิจารณาออกเปน 2 กรณี กรณีที่ 1 : ถาเปนปฏิกิริยาคายความรอน (หมายถึงปฏิกิริยาไปขางหนาคายความรอน ปฏิกิริยายอนกลับดูดความรอน บอกดวย สัญลักษณ -∆H) A + B C + D + energy A + B C + D ; ∆H = -34.2 kJ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


ก) เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ (หรือใหความรอนแกระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางลด ความรอนของระบบ ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางดูดความรอนคือสมดุลจาก เลื่อนไปทางซาย หรือเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ปริมาณของสารตั้งตนจะเพิ่มขึ้น (A และ B เพิ่ม) ปริมาณของสารผลิตภัณฑลดลง (C และ D ลดลง) สงผลใหคาคงที่ของสมดุลลดลงและอัตราเร็วของปฏิกิริยานี้ จะเพิ่มขึ้นเพราะอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ข) เมื่อลดอุณหภูมิ (หรือการลดความรอนของระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทาง ตรงกันขามกับการเพิ่มอุณหภูมิ คือสมดุลเลื่อนไปทางขวา หรือเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ความเขมขน ของ A และ B ลดลง สวนความเขมขนของ C และ D เพิ่มขึ้น สงผลใหคาคงที่ของสมดุลเพิ่มขึ้นและอัตราการ เกิดปฏิกิริยาลดลงเนื่องจากอุณหภูมิลดลง กรณีที่ 2 : ถาเปนปฏิกิริยาดูดความรอน (หมายถึงปฏิกิริยาไปขางหนาดูดความรอน ปฏิกิริยายอนกลับคายความรอน บอกดวย สัญลักษณ ∆H) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะเกิดตรงขามกับกรณีที่ 1 A + B + energy C+D A + B C + D ; ∆H = 57.1 kJ

ก) เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ (หรือใหความรอนแกระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางลด ความรอนของระบบ ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางดูดความรอนคือสมดุลจาก เลื่อนไปทางขวา หรือเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ปริมาณของสารผลิตภัณฑจะเพิ่มขึ้น (C และ D เพิ่ม) ปริมาณของสารตั้งตนลดลง (A และ B ลดลง) สงผลใหคาคงที่ของสมดุลเพิ่มขึ้นและอัตราเร็วของปฏิกิริยานี้ จะ เพิ่มขึ้นเพราะอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ข) เมื่อลดอุณหภูมิ (หรือการลดความรอนของระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทาง ตรงกันขามกับการเพิ่มอุณหภูมิ คือสมดุลเลื่อนไปทางซาย หรือเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ความ เขมขนของ A และ B เพิ่ม สวนความเขมขนของ C และ D ลดลง สงผลใหคาคงที่ของสมดุลลดลงและอัตราการ เกิดปฏิกิริยาลดลงเนื่องจากอุณหภูมิลดลง ***การเพิ่มอุณหภูมิไมวาเปนปฏิกิริยาดูดหรือคายความรอน อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเสมอ***


การเปลี่ยนแปลงความดัน ตามปกติการเปลี่ยนแปลงความดันมักไมมีผลตอความเขมขนของสารในสถานะควบแนน (เชนใน สารละลายที่มีน้ําเปนตัวทําละลาย) เนื่องจากของเหลวและของแข็ง มีปริมาตรที่คอนขางคงที่แตความเขมขนของ กาซนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงไปไดมากเมื่อความดันเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงความดันจะมีผลตอภาวะสมดุลอยางไรนั้น จะพิจารณาเปน 3 กรณี ไดแก กรณีที่ 1 : จํานวนโมลของกาซสารตั้งตน เทากับ จํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ กรณีนี้เนื่องจากจํานวนโมลของกาซตั้งตนเทากับจํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ การปลี่ยนแปลงความดัน จะไมมีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กรณีที่ 2 : จํานวนโมลของกาซสารตั้งตน มากกวา จํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ เมื่อเพิ่มความดันใหแกระบบ ระบบก็จะปรับตัวใหเขาสูสมดุลใหมโดยการลดความดัน จาก PV = nRT เมื่อ n มาก P ก็มาก และเมื่อ n นอย P ก็นอย ดังนั้นเมื่อเพิ่มความดันโดยการลดปริมาตร จะทําให จํานวนโมลของสารตอปริมาตรในระบบเพิ่มมากขึ้น ระบบจึงพยายามปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางลดความดัน หรือลดจํานวนโมลของสารในระบบตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ดังนั้นสมดุลจะเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ปริมาณสารตั้งตนจะลดลง และปริมาณของสารผลิตภัณฑจะเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม เมื่อลดความดันของระบบโดยการเพิ่มปริมาตร จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงขาม กับการเพิ่มความดัน คือ จํานวนโมลของสารตอปริมาตรในระบบนอยลง ระบบจึงพยายามปรับตัวโดยเปลี่ยนไปใน ทิศทางเพิ่มความดันหรือเพิ่มจํานวนโมลของสารในระบบตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ดังนั้น สมดุลจะเปลี่ยนจาก ขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ปริมาณสารตั้งตนจะเพิ่มขึ้นและปริมาณของสารผลิตภัณฑจะลดลง กรณีที่ 3 : จํานวนโมลของกาซสารตั้งตนนอยกวาจํานวนโมลของกาซผลิตภัณฑ การเพิ่มและลดความดัน ไดผลตรงขามกับกรณีที่ 2 การเติมกาซเฉื่อย การเติมกาซเฉื่อย (กาซที่ไมทําปฏิกิริยากับสารอื่นๆ) เขาไปในระบบของกาซใดๆ ซึ่งทําปฏิกิริยากันจนเขาสู สภาวะสมดุลแลว จะมีผลทําใหความดันทั้งหมดภายในระบบเพิ่มขึ้น แตจะไมทําใหความดันยอยหรือความเขมขน ของสารใดสารหนึ่งเปลี่ยนแปลง ความดันที่เพิ่มขึ้นจึงไมมีผลตอตําแหนงของสภาวะสมดุล การเติมตัวเรงปฏิกิริยา เราทราบจากการศึกษาเรื่องอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีแลววา ตัวเรงปฏิกิริยาจะทําใหพลังงานกระตุนของ ปฏิกิริยาลดต่ําลง ปฏิกิริยาจึงเกิดไดเร็วขึ้น ดังนั้นตัวเรงปฏิกิริยาจึงสงผลตอการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยา แตจะไมมีผลตอคาคงที่ของสมดุล เพราะการเติมตัวเรงปฏิกิริยาลงไปในปฏิกิริยา จะชวยใหอัตราการเกิดปฏิกิริยา ไปขางหนาและอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับเกิดเร็วขึ้น ปฏิกิริยาจึงดําเนินเขาสูสภาวะสมดุลไดเร็วขึ้นเทานั้น แตจะไมมีผลตอความเขมขนของสารตางๆ ที่สภาวะสมดุลเลย คาคงที่ของสมดุลจึงยังคงเทาเดิม ถาอุณหภูมิคงที่



กรด-เบส สารละลายอิเล็กโทรไลต สารละลายอิเล็กโทรไลต คือ สารละลายที่สามารถนําไฟฟาไดเพราะแตกตัวเปนไอออนได มี 2 ชนิด - สารละลายอิเล็กโทรไลตแก สามารถเกิดการแตกตัวไดทั้งหมด - สารละลายอิเล็กโทรไลตออน สามารถเกิดการแตกตัวไดเพียงบางสวน

ทฤษฎีกรด-เบส 1. อารเรเนียส (Arrhenius) กรด - สารที่ละลายน้ําแลวให H+ เบส - สารที่ละลายน้ําแลวให OHHCOOH + H2O H3O+ + KOH + H2O K+ + 2. เบรินสเตด-เลาวรี (Bronsted-Lowry) กรด - สารที่ให H+ แกสารอื่น เบส - สารที่รับ H+ มาจากสารอื่น 3. ลิวอิส (Lewis) กรด - สารที่รับคู e- จากสารอื่น เบส - สารที่ใหคู e- กับสารอื่น

HCOOOH-

เชน สมบัติทั่วไปของสารละลายกรดและสารละลายเบส 1. 2. 3. 4. 5.

6.

สารละลายกรด เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีน้ําเงินเปนสีแดง บางชนิดมีรสเปรี้ยว มีฤทธิ์กัดกรอน ทําปฏิกิริยากับโลหะใหกาซ H2 เชน Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 ทําปฏิกิริยากับสารละลายเบส ไดเกลือกับน้ํา ทําปฏิกิริยากับเกลือคารบอเนต หรือ ไฮโดรเจนคารบอเนต ไดแกส CO2 เชน CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O นําไฟฟาได

1. 2. 3. 4. 5.

สารละลายเบส เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีแดงเปนสีน้ําเงิน มีรสฝาดหรือขม ลื่นมือคลายสบู สวนใหญไมทําปฏิกิริยากับโลหะ ที่อุณหภูมิปกติ ทําปฏิกิริยากับสารละลายกรด ไดเกลือกับน้ํา ตมกับสารละลายเกลือแอมโมเนียม ( NH +4 ) จะไดแกส แอมโมเนีย เชน NH4Cl + NaOH NaCl + H2O + NH3

6. นําไฟฟาได


Amphiprotic เปนสารที่ทําหนาที่ไดทั้งกรดและเบส HS-

H+

H 2S

OH-

H 2 S + S 2-

HPO-4

H+ OHH 2O

คูกรด-เบส CH3COOH + H2O กรด 1

เบส 2

H3O+ + CH3COOคูกรด 2

คูเบส 1

การแตกตัวของกรด-เบส แบงตามความแรงในการแตกตัว - กรดแก หรือเบสแก HCl H+ + Clไมเกิดสมดุล หาคา Kaไมได - กรดออน หรือเบสออน • แบงตามความสามารถในการแตกตัวให H+ - กรดโมโนโปรติก ไดแก กรดที่สามารถแตกตัวได H+ 1 ครั้ง - กรดไดโปรติก ไดแก กรดที่สามารถแตกตัวได H+ 2 ครั้ง - กรดไตรโปรติก ไดแก กรดที่สามารถแตกตัวได H+ 3 ครั้ง • แบงตามแหลงกําเนิด - กรดอินทรียคือกรดที่ไดจากสิ่งมีชีวิต RCOOH - กรดอนินทรีย คือกรดที่ไดจากสิ่งไมมีชีวิต กรดไฮโดร กรดที่มีสูตรโมเลกุลเปน HyAy กรดออกซี กรดที่มีสูตรโมเลกุลเปน HxAOy หลักการพิจารณาความแรงของกรดและเบส 1. กรด 2 ธาตุ ความแรงจะเพิ่มขึ้นจากบนลงลาง HF < HCl < HBr < HI 2. กรด 2 ธาตุ ความแรงจะเพิ่มขึ้นจากซายไปขวา CH4 < NH3 < H2O < HF 3. กรด 3 ธาตุ ชนิดเดียวกัน ถาอะตอมกลางมีเลขออกซิเดชันมาก จะมีความแรงมาก หรือกรดที่มี อะตอมออกซิเจนมาก จะมีความแรงมาก HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4 •



4. กรด 3 ธาตุ ที่อยูหมูเดียวกัน อะตอมกลางมีเลขออกซิเดชันเทากัน ขนาดเล็กจะมี ความแรงมาก HNO3 > H3PO4 > H3AsO4 5. เบสหมูเดียวกันความแรงจะเพิ่มขึ้นจากบนลงลาง LiOH < NaOH < KOH 6. เบสคาบเดียวกัน ความแรงจะลดลงจากซายไปขวา 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

คาคงที่สมดุลการแตกตัวของกรด-เบสออน กรดออน

HA + H2O Ka

เบสออน

=

B- + H2O Kb

=

H3O+ + A[H 3O + ][A- ] [HA] OH + HB [OH- ][HB] [B- ]

การแตกตัวของน้ํา จากสมการ H2O + H2O H3O+ + OHKw = [H3O+][OH-] = 1.0 × 10-14 ที่ 25°C [H3O + ] [OH- ] × 100 เปอรเซ็นตการแตกตัว = [HA] × 100 หรือ [B- ]

การคํานวณเกี่ยวกับการแตกตัวของกรด-เบสออน 1. 2. 3. 4.

พิจารณาสมการเคมี ดุลสมการเคมีใหเรียบรอย พิจารณาตัวกําหนดปฏิกิริยาและแสดงแผนภาพมี-ใช-เหลือ (สมดุล) ใหการเปลี่ยนแปลงที่เกิดเปน x และเขียนตัวแปรการเปลี่ยนแปลง พิจารณาคาคงที่ หาคาตัวแปร x จากนั้นนําไปคา x ที่ไดไปคํานวณเพื่อหาคําตอบ

ความสัมพันธของสารที่เปนคูกรด-เบสกัน Ka × Kb = Kw ใชสําหรับสารที่เปนคูกรด-คูเบส เทานั้น คา Kw เปนคาคงที่ ผลคูณของไอออนของน้ําและจากการทดลองพบวามีคา 1.0 × 10-14 คา Kw ที่เราใชในการคํานวณโดยทั่วไปจะคิดที่ 25°C


pH ของสารละลาย pH pOH pH + pOH

= = =

-log [H3O+] -log [OH-] 14

<-------------- เปนจริงเสมอ

เกลือและปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสของเกลือ กรดและเบสทําปฏิกิริยาสะเทินไดผลิตภัณฑคือ เกลือที่สามารถเกิดไฮโดรไลซิสและน้ํา กรณีที่ 1 เกลือที่เกิดจากกรดออนกับเบสแก เกลือที่เกิดขึ้นจะมีสมบัติเปนเบส (OH-) กรณีที่ 2 เกลือที่เกิดจากกรดแกกับเบสออน เกลือที่เกิดขึ้นจะมีสมบัติเปนกรด (H3O+) กรณีที่ 3 เกลือที่เกิดจากกรดออนกับเบสออน ตองพิจารณา Ka ของกรดและ Kb ของเบสที่เกิดจาก ถา Ka > Kb จะเปนเกลือที่มีสมบัติกรด ถา Ka < Kb จะเปนเกลือที่มีสมบัติเบส ถา Ka = Kb จะเปนเกลือที่มีสมบัติกลาง กรณีที่ 4 เกลือที่เกิดจากกรดแกกับเบสแก เกลือที่เกิดขึ้นจะมีสมบัติเปนกลาง

บัฟเฟอร สารละลายบัฟเฟอร คือ สารละลายที่มีความสามารถควบคุม pH ใหคงที่ได เมื่อเติมกรดหรือเบส ลง เล็กนอย มี 2 ชนิด ไดแก ชนิดที่ 1 บัฟเฟอรที่ไดจาก กรดออน ผสมกับ เกลือของกรดออนนั้น [กรด] [H3O+] = ⋅K [เกลือ] a [กรด] เนื่องจาก -log Ka = pKa และ pH = -log Ka - log [เกลือ] [กรด] pH = pKa - log [เกลือ]



ชนิดที่ 2 บัฟเฟอรที่ไดจาก เบสออน ผสมกับ เกลือของเบสออนนั้น [กรด] [OH-] = ⋅K [เกลือ] b [กรด] เนื่องจาก -log Kb = pKb และ pOH = -log Kb - log [เกลือ] [กรด] pOH = pKb - log [เกลือ]

การคํานวณเกี่ยวกับปฏิกิริยากรดเบส กรณีที่ 1 หากกรดกับเบสทําปฏิกิริยากันหมดพอดี สูตร acava = bcbvb ใชหาปริมาณกรด หรือ เบส ที่ทําปฏิกิริยากันหมดพอดี a คือ จํานวน H+ ในกรด b คือ จํานวน OH- ในเบส ca คือ ความเขมขนกรด (โมลตอลิตร) cb คือ ความเขมขนเบส (โมลตอลิตร) 3 va คือ ปริมาตรกรด (cm ) vb คือ ปริมาตรเบส (cm3) กรณีที่ 2 เมื่อเหลือกรดแกหรือเบสแก ac a v a - bc b v b หากเหลือกรดแก [H3O+] = v รวม bc b v b - ac a v a หากเหลือเบสแก [OH-] = v รวม กรณีที่ 3 เมื่อเหลือกรดออนหรือเบสออน ac a v a - bc b v b [กรดที่เหลือ] = av รวม

[กรด] ⋅K [เกลือ] a [กรด] “สมการ Henderson-Hasselbalch” pH = pKb - log [เกลือ] หากเหลือกรดออน จะไดสารละลายบัพเฟอร bc b v b - ac a v a [เบสที่เหลือ] = bv [H3O+] =

รวม

[กรด] [OH-] = ⋅K [เกลือ] b [กรด] pOH = pKb - log [เกลือ] หากเหลือเบสออน จะไดสารละลายบัพเฟอร วิทยาศาสตร เคมี (54) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

อินดิเคเตอร อินดิเคเตอร เปนสารอินทรียพวกสียอม จะเปลี่ยนสีเมื่อความเขมขนของ H+ หรือ pH เปลี่ยนไปจัดเปน สารจําพวก กรด-เบส ซึ่งรูปกรดและรูปเบสจะมีสีตางกัน เชน ลิตมัสรูปกรด สีแดงรูปเบส สีนํ้าเงิน HIn + H2O H3O+ + Inรูปกรด

รูปเบส

ดังนั้น คาคงที่การแตกตัวของอินดิเคเตอร (KIn) จึงสามารถเขียนไดในรูปของสมการตอไปนี้ + ][In - ] KIn = [H[HIn]

การแสดงสีของอินดิเคเตอร อัตราสวนความเขมขน [HIn] > 10 [In - ] [HIn] < 10 [In - ] [HIn] ≈ 10 [In - ]

สีที่แสดง

สีของ HIn สีของ Inสีผสม

ชวงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอรสําหรับระบบกรด-เบส pH range = pKIn ± 1 ชนิดของอินดิเคเตอร



การไทเทรต การไทเทรต เปนกระบวนการหาความเขมขนหรือปริมาณของสาร สารละลายมาตรฐาน (Standard Solution) คือ สารที่ทราบความเขมขนที่แนนอน บิวเรต (Buret) คือ อุปกรณสําหรับไทเทรต ไทแทรนท (Titrant) คือ สารละลายที่ทราบความเขมขนแนนอนที่บรรจุในบิวเรต จุดยุติ (End Point) คือ จุดที่อินดิเคเตอรเปลี่ยนสี จุดสมมูล (Equivalent Point) คือ จุดที่สารทําปฏิกิริยากันพอดี

การไทเทรตกรด-เบส (Acid-Base Titration) ในระบบตางๆ การไทเทรต คือ วิธีการาปริมาตรของสารละลายมาตรฐานที่ทราบความเขมขนแนนอนใหทําปฏิกิริยาพอดี กับสารละลายอื่นที่ยังไมทราบความเขมขน เพื่อนําคาปริมาตรที่ไดมาคํานวณหาความเขมขนของสารละลายอื่นนั้น ซึ่งจุดที่สารทั้งสองทําปฏิกิริยาพอดีกัน เรียกวา จุดสมมูล สวนการหาจุดสมมูลนั้นสามารถหาไดโดยการใชอินดิเค เตอรซึ่งเราเรียก ณ จุดที่หยุดทําการไทเทรตวา จุดยุติ ซึ่งในทางทฤษฎีนั้นเราตองการใหจุดสมมูลและจุดยุตินั้น เปนจุดเดียวกัน แตในทางปฏิบัติจริงนั้นอาจจะไดคาที่ใกลเคียงกันเทานั้น 1. การไทเทรตกรดแกกับเบสแก


2. การไทเทรตกรดแกกับเบสออน

pH

ปริมาตรของ HCl ที่เติม (mL)

3. การไทเทรตกรดออนกับเบสแก

pH

ปริมาตรของ NaOH ที่เติม (mL)

4. การไทเทรตกรดออนกับเบสออน การไทเทรตระหวางกรดออนกับเบสออน จุดยุติของสารละลายจะกวาง ดังนั้นจึงไมนิยมทําการไทเทรต ระหวางกรดออนกับเบสออน 5. การไทเทรตกรดโพลีโปรติกกับเบสแก



ไฟฟาเคมี

ไฟฟาเคมี (Electrochemistry) คือ การใชไฟฟาชวยใหเกิดปฏิกิริยาเคมี หรือการเปลี่ยนปฏิกิริยาทาง เคมีใหเกิดกระแสไฟฟา ปฏิกิริยาไฟฟาเคมี (Electrochemical Reaction) เปนปฏิกิริยาที่เกี่ยวกับการถายโอนอิเล็กตรอนโดย เปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเปนไฟฟา หรือใหกระแสไฟฟาแลวทําใหเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยารีดอกซ (Redox reaction/Oxidation - Reduction Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่ เกี่ยวกับการถายโอนอิเล็กตรอน จะตองประกอบดวยปฏิกิริยายอย 2 ชนิด คือ 1. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน - ปฏิกิริยาที่มีการเสียอิเล็กตรอน - ทําใหสารที่เสียอิเล็กตรอน มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น - สารที่เสียอิเล็กตรอนใหสารอื่น เรียกวาตัวรีดิวซ หรือตัวถูกออกซิไดซ

Cu(s) 2. ปฏิกิริยารีดักชัน

Cu2+(aq) + 2e-

- ปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอน - สารทีร่ ับอิเล็กตรอน จะมีเลขออกซิเดชันลดลง - สารทีร่ ับอิเล็กตรอนจากสารอื่น เรียกวาตัวออกซิไดซ หรือ ตัวถูกรีดิวซ

Ag+(aq) + e-

Ag(s)


เลขออกซิเดชัน เลขออกซิเดชัน เปนเลขที่ใชแสดงประจุไฟฟาสมมติของอะตอมในธาตุสารประกอบ หรือไอออนของสาร ทุกชนิด ซึ่งอาจมีคาเปนศูนย เปนบวก เปนลบ หรือเปนเศษสวนก็ได การหาคาเลขออกซิเดชันสามารถทําได 2 วิธี คือ 1. ใชหลักการหาคาเลขออกซิเดชัน 2. วาดโครงสรางแบบจุด หลักการหาคาเลขออกซิเดชัน 1. เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระทุกชนิดจะมีคาเปน ศูนย เชน Li, Be, Fe, H2, O2, O3, S8, P4 2. เลขออกซิเดชันของธาตุหมู 1 ในสารประกอบทุกชนิด จะมีคาเปน +1 เสมอ 3. เลขออกซิเดชันของธาตุหมู 2 ทุกชนิดในสารประกอบ จะมีคาเปน +2 เสมอ 4. ธาตุที่มักมีเลขออกซิเดชันไดคาเดียวเสมอไดแก Al = +3, Sc = +3, Zn = +2, Ag = +1, Cd = +2, F = -1 5. ผลรวมของเลขออกซิเดชันของทุกอะตอมในสารประกอบจะมีคาเปนศูนย เชน NH3, H2O, KCl 6. ผลรวมของเลขออกซิเดชันของทุกอะตอม ในไอออน จะเทากับประจุที่แสดงนั้น เชน NH +4 , SO 24- , CO 23- , PO 34- , OH-, NO-3 , CN-, NO-2 , CrO 24- , CrO 27- , MnO-4 7. เลขออกซิเดชันของธาตุที่เปนไอออน จะเทากับประจุ ที่แสดงนั้น เชน Fe2+, Fe3+, Cl-, Na+, Br8. ธาตุ H โดยทั่วไปจะมีเลขออกซิเดชันเปน +1 ยกเวนในสารประกอบไฮไดรด จะมีคาเปน -1 เชน NaH, CaH2, AlH3, LiAlH4 9. ธาตุ O โดยทั่วไปจะมีเลขออกซิเดชันเปน -2 ยกเวน ในสารประกอบเปอรออกไซด จะมีคาเปน -1 เชน H2O2, Na2O2, BaO2 ในสารประกอบซุปเปอรออกไซด จะมีคาเปน - 12 เชน KO2, NaO2 ในสารประกอบ OF2 เปนกรณีเดียวที่ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเปน +2 10. ธาตุหมู 5, 6, 7 โดยทั่วไปจะมีเลขออกซิเดชันเปน -3, -2 และ -1 ตามลําดับ การดุลสมการรีดอกซ สามารถทําได 2 วิธี 1. ใชเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนคูณไขว 1. หาธาตุที่มี O.N. เปลี่ยนไปตอ 1 อะตอมของธาตุ 2. นําเลข O.N. ที่เปลี่ยนไปมาคูณไขว (เพื่อใหจํานวน e- ที่ถายเทเทากัน) 3. ดุลอะตอมของธาตุ (H กับ O ทําทีหลัง) 4. ถาทอนไดใหทอนเปนอัตราสวนอยางต่ํา



Ex. FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4 1. หาเลข O.N. ที่เปลี่ยนไปตอ 1 อะตอมของธาตุ FeCl 3 + SnCl 2 +3 +2 รับ 1 e-

FeCl 2 +2

+ SnCl 4 +4

เสีย 2 e2. คูณไขวจํานวน e- ใหถายเทเทากัน 2FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4 3. ดุลสมการ 2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4 2. วิธีครึ่งปฏิกิริยา 1. แยกสมการรีดอกซเปน 2 ปฏิกิริยายอย คือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน และปฏิกิริยารีดักชัน 2. ดุลประจุ 3. ดุลอะตอมอื่น 4. รวมสมการ 5. ตรวจเช็คความถูกตองครั้งสุดทาย Ex. I- + MnO-4 I2 + MnO2 แยกครึ่งปฏิกิริยา Oxidation : II2 ดุลอะตอม 2I I2 ดุลประจุ 2I I2 + 2e Reduction : MnO 4 MnO2 Q อะตอมของ Mn ดุลแลว ∴ ดุล O โดยเติม H2O ดานขาด O เทากับจํานวนที่ขาด O2 MnO-4 MnO2 + 2H2O เติม H+ ดานขาด H เทากับจํานวนที่ขาด H MnO-4 MnO2 + 2H2O ∴ สารละลายเบสหามมีกรด ดังนั้นตองเติม OHMnO-4 + 4H2O MnO2 + 2H2O + 4OHMnO-4 + 2H2O MnO2 + 4OHMnO-4 + 2H2O + 3eMnO2 + 2H2O + 4OHทํา e- ที่ถายเทใหเทากัน (โดยคูณไขวจํานวน e-)

หักลาง H2O ดุลประจุ


Oxidation : 2II2 + 2eReduction : MnO-4 + 2H2O + 3eMnO2 + 4OH6I3I2 + 6e(1) × 3 จะได 2MnO-4 + 4H2O + 6e2MnO2 + 8OH(2) × 2 จะได รวมสมการ 6e- + 2MnO-4 + 4H2O 3I2 + 2MnO2 + 8OH-

...(1) ...(2)

เซลลไฟฟาเคมี เซลลไฟฟาเคมีที่เราคุนเคยในชีวิตประจําวันนั้น เปนแหลงกําเนิดพลังงานที่อาศัย ปฏิกิริยารีดอกซ ทําให เกิดกระแสไฟฟา และ กระบวนการทางไฟฟาเคมีอีกชนิดหนึ่ง เกิดในทิศทางตรงขาม คือ อาศัยพลังงานไฟฟา มา ชวยใหเกิดปฏิกิริยาทางเคมีขึ้น ดังนั้น เซลลไฟฟาเคมี จึงสามารถแบงไดเปน 2 ชนิด

พลังงานเคมี (ปฏิกิริยาเคมี)

Galvanic Cell Electrolytic Cell

พลังงานไฟฟา (กระแสไฟฟา)

เซลลกัลวานิก เปนเซลลที่เปลี่ยนปฏิกิริยาเคมีไปเปนพลังงานไฟฟา ประกอบดวย 3 สวนที่สําคัญ คือ 1. ขั้วไฟฟา (Electrode) 2. สะพานไอออน (Salt Bridge) 3. โวลตมิเตอร การเขียนแผนภาพเซลลกัลวานิก สะพานเกลือ แคโทด

แอโนด Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) ครึ่งเซลล ออกซิเดชัน

ครึ่งเซลล รีดักชัน



ศักยไฟฟาของเซลล และ ศักยไฟฟามาตรฐานของครึ่งเซลล การเปรียบเทียบ ระหวางครึ่งเซลลที่ตองการ กับครึ่งเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน (25°C, 1 atm, 1 M) Eocell = Eocathode - Eoanode ประโยชนของคา Eocell

Eocell > 0 Eocell < 0 Eocell = 0

ปฏิกิริยาเกิดได ปฏิกิริยาเกิดไมได (เกิดในทิศตรงขาม) ปฏิกิริยาเกิดไมไดแนนอน

เซลลเล็กโทรไลต เซลลที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟา ใหเปนปฏิกิริยาทางเคมี โดยผานไฟฟากระแสตรงเขาไปยังระบบของสารเคมี ทําใหเกิดปฏิกิริยารีดอกซ เรียกกระบวนการเชนนี้วา อิเล็กโทรไลซิส ประโยชนของเซลลอิเล็กโทรไลต 1. การชุบโลหะ หลักการ 1. ชิ้นงานไวดานแคโทด 2. โลหะที่จะมาเคลือบอยูดานแอโนด 3. สารละลายตองเปนตัวเดียวกันกับโลหะที่จะเคลือบนั้น 4. ใชกระแสตรง 5. ความเขมขนของสารละลาย ไมเปลี่ยนแปลง 2. การทําโลหะใหบริสุทธิ์ คลายกับการชุบโลหะแตตางกันตรงที่ ดานแคโทดตองเปนโลหะที่บริสุทธิ์ โลหะที่ไมบริสุทธิ์เปนแอโนด ใชสารละลายที่มีไอออนของโลหะที่ตองการทําใหบริสุทธิ์ และสารปนเปอนตัวอื่นๆ ตองมีความสามารถในการรับ อิเล็กตรอนตางจากโลหะที่ตองการทําใหบริสุทธิ์พอสมควร การแยกสารดวยกระแสไฟฟา พิจารณาจากสารที่อยูในสารละลายและที่ขั้วแอโนดและแคโทดวาสามารถเกิดปฏิกิริยาไดหรือไม โดยใชคา E° เปนเครื่องตัดสิน ยกตัวอยางเชน การแยกสารละลาย Na2SO4 ดังนี้ Na+ + eNa E° = 2.71 V 2H2O + 2e H2 + 2OH E° = 0.83 V 1 S O 2- + e2 SO 4 E° = 2.01 V 2 2 8 1 O + 2H+ + eH2O E° = 1.23 V 2 2


ดานแอโนด (ขั้วบวก) : สารที่จะไปใหอิเล็กตรอนที่ขั้วแอโนดไดมี H2O และ SO 24แตจากคา E° พบวา H2O ใหอิเล็กตรอนไดดีกวา ดังนั้น ที่ขั้วแอโนดเกิดปฏิกิริยาดังนี้ 1 O + 2H+ + eH2O 2 2 ดานแคโทด (ขั้วลบ) : สารที่จะไปรับอิเล็กตรอนที่ขั้วแคโทดไดมี H2O และ Na+ แตจากคา E° พบวา H2O รับอิเล็กตรอนไดดีกวา ดังนั้น ที่ขั้วแคโทดเกิดปฏิกิริยาดังนี้ 2H2O + 2eH2 + 2OH1O +H ปฏิกิริยารวม H2O 2 2 2 ประเภทของเซลลกัลวานิก 1. เซลลปฐมภูมิ คือเซลลที่สามารถนําไปใชไดทันทีโดยไมตองอัดไฟ เมื่อใชไฟหมดไมสามารถนํากลับมา ใชไดอีก 2. เซลลทุติยภูมิ คือเซลลที่ตองนําไปอัดไฟ (ประจุไฟฟา) กอนนําไปใชงาน แตเมื่อใชไปจนไฟหมดแลว ก็ สามารถนําไปอัดไฟใหมแลวใชไดอีก

เซลลถายไฟฉาย

Anode : Zn(s) Zn2+(aq) + 2eCathode : 2MnO2(s) + 2NH +4 (aq) + 2eMn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l) เซลลอัลคาไลน ผุกรอนไดชากวา ที่ขั้วแอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2eที่ขั้วแคโทด 2MnO2(s) + H2O(l) + 2eMn2O3(s) + 2OH-(aq)



เซลลปรอท มีศักยไฟฟา 1.3 โวลต ที่ขั้วแอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ที่ขั้วแคโทด HgO(s) + H2O(l) + 2e-

ZnO(s) + H2O(l) + 2eHg(l) + 2OH-(aq)

แอโนด HgO, KOH แคโทด

สวนประกอบของเซลลปรอท เซลลเงิน ใช Ag2O แทน HgO ที่ขั้วแอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ที่ขั้วแคโทด Ag2O(s) + H2O(l) + 2e-

ZnO(s) + H2O(l) + 2e2Ag(s) + 2OH-(aq)

เซลลเชื้อเพลิง 1. เซลลเชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน เซลลนี้จะใชเบสเปนอิเลคโตรไลต ซึ่งมีการควบคุมความดันปองกันมิใหกาซ H2 และ O2 เขาไปภายใน เซลล ซึ่งจะไดผลิตภัณฑ คือ นํ้า พลังงานไฟฟาและความรอน

แอโนด : H2(g) + CO 23- (l) แคโทด : 12 O2(g) + CO2(g) + 2eรีดอกซ : H2(g) + 12 O2(g)

H2O(g) + CO2(g) + 2eCO 23- (l) H2O(g)


2. เซลลเชื้อเพลิงโพรเพน-ออกซิเจน เซลลนี้จะใชกรดเปนอิเลคโตรไลต ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะเหมือนกับปฏิกิริยาการสันดาปของกาซโพรเพน แตจะใหประสิทธิภาพในการทํางานเปน 2 เทา ของเครื่องยนตสันดาปภายใน แอโนด : C3H8(g) + 6H2O(l) แคโทด : 5O2(g) + 20H+(aq) + 20eรีดอกซ : C3H8(g) + 5O2(g)

3CO2(g) + 20H+(aq) + 20e10H2O(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)

แบตเตอรี่สะสมไฟฟาแบบตะกั่ว แบตเตอรี่ คือ เซลลไฟฟาหลายๆ เซลลตอกันเปนอนุกรม ประกอบดวยเซลลไฟฟา 6 เซลล แตละเซลลจะ มีศักยไฟฟา 2 โวลต ประกอบดวยขั้วไฟฟาคือแผนตะกั่ว และมีกรดซัลฟวริกเจือจางเปนอิเล็กโทรไลต ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ มี 3 ลักษณะ คือ 1. การประจุไฟฟาครั้งแรก เซลลจะมีลักษณะเปนเซลลอิเล็กโทรไลต เพราะทั้งขั้วแอโนด และขั้วแคโทด เปน Pb เหมือนกัน จึง ตองมีการผานกระแสไฟฟาเขาไปเพื่อใหเกิดปฏิกิริยา ขั้วแอโนด (Pb) ขั้วที่ตอกับขั้วบวกของ External Pb(s) Pb2+(aq) + 2ePb2+(aq) + 2H2O(l) PbO2(s) + 4H+(aq) + 2eขั้วแอโนด (Pb) ขั้วที่ตอกับขั้วบวกของ External 4H+(aq) + 4e2H2(g)

2. ขั้นตอนการจายไฟ เปนปฏิกิริยาโดยทั่วไปของเซลลกัลวานิก คือ เปลี่ยนปฏิกิริยาทางเคมีไปเปนไฟฟา ขั้วแอโนด (Pb) ขั้วลบเดิมของ external PbO2(s) + 2ePb(s) + SO 24- (aq) ขั้วแคโทด (PbO2) ขั้วบวกเดิมของ external PbSO4(s) + 2H2O(l) PbO2(s) + SO 24- (aq) + 4H+(aq) + 2e-



3. การประจุไฟครั้งที่ 2 เมื่อใชไปนานๆจะเกิด PbSO4 ทั้งสองขั้วทําใหความตางศักยลดลงจนเปนศูนย จึงตองนําไปตอเขากับ พลังงานไฟฟาภายนอก การเกิดปฏิกิริยาในขั้นนี้จะเปนแบบ เซลลอิเล็กโทรไลต ขั้วแอโนด (PbSO4) PbO2(s) + SO 24- (aq) + 4H+(aq) + 2ePbSO4(s) + 2H4O(l) ขั้วแคโทด (PbSO4) PbSO4(s) + 2ePb2(s) + SO 24- (aq)

การผุกรอนของโลหะและการปองกัน


การปองกันสนิม 1. ทาสี ทาน้ํามัน การรมดํา และการเคลือบพลาสติก 2. เคลือบดวยโลหะบางชนิดมีสมบัติพิเศษ กลาวคือเมื่อทําปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ จะเกิดเปน ออกไซดของโลหะเคลือบอยูที่ผิวของโลหะนั้น และจะไมเกิดการผุกรอนอีกตอไป โลหะที่มีสมบัติดังกลาว เชน อะลูมิเนียม ดีบุก สังกะสี วิธีที่ทําใหโลหะเกิดเปนสารประกอบออกไซดเพื่อปองกันการผุกรอน เรียกวา วิธีอะโนไดซ 3. การผุกรอนของโลหะมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นเชนเดียวกับแอโนดในเซลลอิเล็กโทรไลต ดังนั้นถาไมตองการให โลหะผุกรอนจึงตองใหโลหะนั้นมีสภาวะเปนแคโทดหรือคลายกับแคโทด โดยใชโลหะที่เสีย e- งายกวาเหล็กไปอยู ดวย



เคมีอินทรีย เคมีอินทรียเปนวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีของสารประกอบคารบอน ซึ่ง เปนองคประกอบหลักของสิ่งมีชีวิตทั่วไป ซึ่งอาจเรียกไดวา “สารอินทรีย” ทั้งนี้สารประกอบคารบอนทุกชนิดไมได ถูกจัดเปนสารอินทรียทั้งหมด โดยกลุมของสารประกอบคารบอนที่ไมใชสารอินทรีย ไดแก 1. ธาตุคารบอน เชน เพชร, แกรไฟต, C60 เปนตน 2. สารประกอบโลหะคารไบด (Metal Carbide) เชน Ca2C, Mg2C เปนตน 3. สารประกอบออกไซดของคารบอน เชน CO, CO2 เปนตน 4. สารประกอบกรดคารบอนิกและเกลือ (Carbonic Acid, Bicarbonate Salt, Carbonate Salt) เชน H2CO3, NaHCO3, CaCO3 เปนตน 5. สารประกอบเกลือ Cyanide, Cyanate และ Thiocyanate เชน KCN, NaOCN, NH4SCN เปนตน โครงสรางทั่วไปของสารประกอบอินทรีย โดยทั่วไปโครงสรางของสารประกอบอินทรียจะมีองคประกอบหลักเปน C และ H สรางพันธะตอเชื่อมกัน เปนสายยาว และอาจจะมีอะตอมของธาตุอื่นๆ (hetero atom) เขามาสรางพันธะอยูดวย ซึ่งอาจจะวาดโครงสราง คราวๆ ไดดังนี้ H H H H H C C C C X H H H H residue functional group group

Residue group : เปนดานที่มีเฉพาะ C และ H จึงเปนดานที่มีขั้วนอย และเฉื่อยตอการเกิดปฏิริยาเคมี Functional group : เปนดานที่มีขั้ว และวองไวตอการเกิดปฏิกิริยาเคมีมากกวา


1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

ประเภทของสารประกอบอินทรีย ประเภทของสารประกอบอินทรีย Hydrocarbon 1.1. Alkane 1.2 Alkene 1.3 Alkyne 1.4 อนุพันธของ Benzene Alcohol Ether Amine Carboxylic acid Ester Amide Aldehyde Ketone Alkyl Halides

โครงสรางทั่วไป

ชื่อของ functional group

R H R R R R R C6H5 R OH R O R R NH2 R COOH R COO R R CONH2 R CHO R CO R R X (เมื่อ X คือ F, Cl, Br, I)

aryl group hydroxyl group oxy group amino group carboxylic group oxycarbonyl group amide group formyl group carbonyl group

Isomerism ไอโซเมอรริซึม (Isomerism) หมายถึง ปรากฏการณที่สารประกอบมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แตมี โครงสรางไมเหมือนกัน ทําใหมีคุณสมบัติทั้งทางเคมีและทางกายภาพที่แตกตางกัน เราเรียกสารที่มีปรากฎการณ ไอโซเมอริซึมวา “ไอโซเมอร” (Isomer) โดยสามารถแบงชนิดของไอโซเมอรไดดังตอไปนี้ Isomer Constitutional Isomer (Structural Isomer)

Stereoisomer Enantiomer (Chiral/Achiral)

Diastereomer

Functional Isomer Positional Isomer

Skeleton Isomer

Geometry Isomer (Cis/Trans)



สิ่งสําคัญที่จะตองใชเพื่อตรวจสอบความเปนไอโซเมอรของสารประกอบคารบอน 1. สูตรโมเลกุลเหมือนกันหรือไม 2. สูตรโครงสรางเหมือนกันหรือไม SAME = สารประกอบมีสูตรโมเลกุลเหมือนกันและมีโครงสรางเหมือนกัน (สารชนิดเดียวกัน) DIFFERENT = สารประกอบมีสูตรโมเลกุลตางกันและมีโครงสรางตางกัน (สารตางชนิดกัน) ISOMER = สารประกอบที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แตมีโครงสรางตางกัน (สารเปนไอโซเมอรกัน)

แตในที่นี้ในระดับมัธยมศึกษาจะสนใจเฉพาะ Constitutional Isomer หรือ ไอโซเมอรเชิงโครงสรางเทานั้น โดยจะยกตัวอยางจากโมเลกุล C5H12O โดยจะแสดงโครงสรางบางโครงสรางที่เปนไอโซเมอรกันไดดังตอไปนี้ Functional isomer : มี functional group แตกตางกัน Positional isomer : มีตําแหนงของ functional group แตกตางกัน Skeleton isomer : มี residue group แตกตางกัน

OH

OH

O

OH

OH

OH

การหาจํานวนไอโซเมอรทั้งหมดสามารถเริ่มตนโดยการพิจารณาจากสูตรโมเลกุลวาสารตัวนั้นนาจะมีพันธะ คูหรือพันธะสาม หรือลักษณะโครงสรางที่เปนวงหรือไม ซึ่งการพิจารณาสิ่งเหลานี้สามารถทําไดโดยการหาจํานวน คูของไฮโดรเจนที่หายไปหรือที่เราเรียกวา คา Double Bond Equivalent (DBE) หรือคา degree of unsatturation ซึ่งคํานวณไดจากสมการตอไปนี้ DBE = C - H2 - X2 + N2 + 1 โดย C = จํานวนอะตอมของคารบอนในสารประกอบ H = จํานวนอะตอมของไฮโดรเจนในสารประกอบ X = จํานวนอะตอมของธาตุฮาโลเจน (ธาตุหมูที่ 7A หรือหมูที่ 17) ในสารประกอบ N = จํานวนอะตอมของไนโตรเจนในสารประกอบ หมายเหตุ เราจะไมคิดอะตอม O (ออกซิเจน) ในสมการการคํานวณคา DBE แตจะตองคิดเผื่อโครงสราง แบบตางๆ เนื่องจากอะตอม O ในโมเลกุลสามารถเกิดพันธะคูหรือพันธะเดี่ยวก็ได คา DBE ที่ไดใชบอกจํานวน H หายไป -H ที่หายไป 0 คู หรือมีจํานวน H มากที่สุดเทาที่ เปนได จะมีโครงสรางเปนสายเปด + พันธะเดี่ยวทั้งหมด วิทยาศาสตร เคมี (70) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012

-H ที่หายไป 1 คู อาจจะมีโครงสรางเปน ดังนี้ 1. สายเปด + พันธะคู 1 พันธะ 2. วงปด 1 วง พันธะเดี่ยวทั้งหมด -H ที่หายไป 2 คู อาจจะมีโครงสรางเปน ดังนี้ 1. สายเปด + พันธะสาม 1 พันธะ 2. สายเปด + พันธะคู 2 พันธะ 3. วงปด 2 วง 4. วงปด 1 วง + พันธะคู 1 พันธะ “โดยสรุปความหมายของ 1 DBE จะมีคาเทากับการมีพันธะคู 1 คู หรือ วงปด 1 วง เพิ่มขึ้นมาใน โครงสราง” เมื่อไดรูปแบบโครงสรางที่ควรจะเปน จากนั้นเราจะทําการเขียนโครงสรางที่เปนไปไดทั้งหมดของโมเลกุล นั้นออกมาโดยนับจํานวนอะตอมทั้งหมดแลวดูรูปแบบการตอกันของแตละอะตอม เพื่อสรางไอโซเมอรที่เปนไปได ทั้งหมดของสูตรโมเลกุลนั้นออกมา ซึ่งวิธีนี้เรียกวา การหักแลวจับตอ ***ขอควรระวัง*** วิธีการตรวจสอบตัวซ้ํา !!! • ตรวจสอบไดโดยการทดลองอานชื่อ หากอานชื่อแลวไดชื่อที่ซ้ํากัน ถือวาสาร 2 ตัวนั้นเปนสารตัว เดียวกัน • ทดลองจับโมเลกุลหมุนไปมาและพลิกกลับไปมาอาจไดตัวเดิม การเปรียบเทียบสมบัติทางกายภาพของสารประกอบอินทรีย สมบัติทางกายภาพโดยทั่วไป หมายถึง สถานะ จุดเดือด จุดหลอมเหลว และ ความสามารถในการละลาย เปนตน ซึ่งสมบัติตางๆ ดังกลาว ลวนเปนผลมาจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลทั้งสิ้น ดังนั้นสารประกอบ อินทรียจึงสามารถจัดแบงประเภทได 3 ประเภทตามแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล และเรียงลําดับจากแรงยึด เหนี่ยวระหวางโมเลกุลมากไปนอยของโมเลกุลที่มีขนาดเทาๆ กัน ไดดังตอไปนี้ 1. กลุมที่สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกุลได : amide > carboxylic > alcohol > amine 2. กลุมที่เปนโมเลกุลมีขั้วสูง เกิดแรงระหวางขั้วยึดเหนี่ยวกัน : ketone > aldehyde > ester > ether 3. กลุมที่มีขั้วต่ํา หรือไมมีขั้ว ยึดเหนี่ยวกันดวยแรงลอนดอน : alkyne > alkane > alkene โดยคราวๆ แลวจุดเดือดจากทุกกลุมสารจากมากไปนอย เมื่อมีขนาดโมเลกุลใกลเคียงกัน จะสามารถเรียง ไดดังนี้ amide > carboxylic acid > alcohol > ketone > amine > aldehyde > ester > alkyne > ether > alkane > alkene สวนความสามารถในการละลายน้ํานั้น สารในกลุมที่ 1 และ 2 สามารถละลายน้ําไดดีเมื่อมีขนาดโมเลกุลเล็ก และความสามารถในการละลายน้ําจะคอยๆ ลดลงไปเมื่อขนาดของโมเลกุลใหญขึ้นเรื่อยๆ



โมเลกุลที่เปนกิ่งจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลต่ํากวาโมเลกุลที่เปนเสนตรง เพราะการอัดตัวกันเปนไป ไดยากกวา จึงเปนผลใหโมเลกุลที่มีกิ่งมาก ละลายน้ําไดงายขึ้น และมีจุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ําลง

เพื่อความสะดวกในการศึกษาเราจะแบงเนื้อหาของบทเรียนนี้ออกเปน 2 สวนหลักๆ คือ 1. สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds) 2. สารประกอบอินทรีย (Organic Compounds) 1. สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds) 1.1 ความหมายและสิ่งที่จําเปนตองรูเกี่ยวกับสารประกอบไฮโดรคารบอน สารประกอบไฮโดรคารบอน หมายถึง สารประกอบที่ประกอบดวยธาตุเพียง 2 ชนิด คือ คารบอนและไฮโดรเจน ซึ่งสารประกอบดังกลาวถือเปนสวนประกอบที่สําคัญของสารอินทรียในสวนที่เปน Residue group นอกจากนี้เรายังพบสารประกอบไฮโดรคารบอนไดทั่วไปในอุตสาหกรรมปโตรเลียม 1.2 ประเภทของสารประกอบไฮโดรคารบอน เนื่องดวยสารประกอบไฮโดรคารบอนนั้นมีมากมาย ทําใหวิธีการแบงก็มีวิธีการแบงที่แตกตางกัน ดังนี้ วิธีที่ 1 แบงประเภทโดยใชชนิดของพันธะเปนเกณฑ 1. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดอิ่มตัว (Saturated Hydrocarbons) (พันธะ C C เปนพันธะเดี่ยว) ไดแก แอลเคน (Alkanes) และไซโคลแอลเคน (Cycloalkanes) 2. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดไมอิ่มตัว (Unsaturated Hydrocarbons) (พันธะ C C มีพันธะคูหรือสาม) ไดแก แอลคีน (Alkenes) ไซโคลแอลคีน (Cycloalkenes) แอลไคน (Alkynes) และ อะโรมาติก ไฮโดรคารบอน (Aromatic Hydrocarbons) วิธีที่ 2 แบงประเภทโดยใชลักษณะของโครงสรางและการทําปฏิกิริยาเปนเกณฑ สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds)

แอลเคนและไซโคลแอลเคน (Alkane & Cycloalkane)

อะลิฟาติกไฮโดรคารบอน (Aliphatic Hydrocarbon)

อะโรแมติกไฮโดรคารบอน (Aromatic Hydrocarbon)

แอลคีนและไซโคลแอลคีน (Alkane & Cycloalkane)

แอลไคน (Alkyne Cycloalkyne)


คุณสมบัติของสารประกอบไฮโดรคารบอน แบงไดตามตารางดังตอไปนี้ ชนิดของ สูตร โครงสราง การ การ ปฏิกิริยาเคมี สาร ทั่วไป ทั่วไป เรียกชื่อ เผาไหม Alkane

CnH2n+2

Cycloalkane CnH2n Alkene

CnH2n

สามารถฟอกสีโบรมีนไดในที่สวางโดยเกิดปฏิกิริยาการ C H แทนที่ไดกรดเปนผลิตภัณฑ and -ane H H H H C C ไมมีเขมา แสง H C C H + Br2 H C C Br + HBr(g) bonds H H H H Alkane วงปด Cyclo--ane 1. สามารถฟอกสีโบรมีนไดทั้งในที่สวางและที่มืด โดย เกิดปฏิกิริยาการเติม H H C C -ene H H

C C

H มีเขมา เล็กนอย

H

2. สามารถฟอกสี ออกซิเดชัน

H H

Cycloalkene CnH2n-2 Alkene วงปด Cyclo--ene

C C

+ Br2

KMnO4

CH 3

H

Br C C Br H H

โดยเกิดปฏิกิริยา

+ 2 KMnO 4

+

4 H 2O

H H H C C CH 3 + 2 MnO 2 + 2HOH OH OH

Alkyne

CnH2n-2

C C

1. สามารถฟอกสีโบรมีนไดทั้งในที่สวางและที่มืด โดย เกิดปฏิกิริยาการเติม

-yne มีเขมา

Cycloalkyne

-

Aromatic

Ar-

Alkyne วงปด Cyclo--yne

-

Br Br H C C H Br Br

H C C H + 2Br2

2. สามารถฟอกสี KMnO4 โดยเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชันโดยจะไดตะกอนสีน้ําตาลของ MnO2 คลายกับกรณีของ Alkene สามารถเกิดปฏิกิริยาแทนที่ได เชน H H H H

H Cat. H

มีเขมามาก H

H

H + H 2 SO 4

SO3 H

H

H + H 2O

หมายเหตุ สูตรทั่วไปของสารประกอบแอลคีน ไซโคลแอลคีน เปนสูตรที่คิดที่จํานวนพันธะคู 1 พันธะ สวน แอลไคนและไซโคลแอลไคน จะเปนสูตรที่คิดที่พันธะสาม 1 พันธะ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


ปฏิกิริยาการเผาไหมของสารประกอบไฮโดรคารบอน สามารถเกิดปฏิกิริยาการเผาไหมที่สมบูรณ โดยมีสมการทั่วไป ดังนี้ CxHy + (x + y/4)O2 xCO2 + y/2H2O สวนการเผาไหมไมสมบูรณ (Incomplete combustion) : เมื่อปฏิกิริยาการเผาไหมที่เกิดไมสมบูรณ จะ เหลือเขมา และควันดํา ซึ่งก็คือ C เอาไว และมี CO ปนออกมาดวย ซึ่งการเผาไหมที่ไมสมบูรณนั้นเกิดไดจาก 1. สารอินทรียที่มี C C หรือ C C หรือ วงเบนซีนซึ่งเปนพันธะที่แข็งแรง จะทําใหไมสามารถสลาย พันธะระหวางคารบอนทั้งหมดได จึงเหลือเปนเขมา 2. ปริมาณ O2 นอยเกินไป เชน การเผาในภาชนะปดที่มี O2 เปนจํานวนจํากัด 3. สารอินทรียที่มีขนาดโมเลกุลใหญมาก ซึ่งทําให O2 เขาแทรกทําปฏิกิริยาไดยาก จึงเกิดการเผาไหมที่ไม สมบูรณไดเชนกัน ดังนั้น : เราสามารถเปรียบเทียบปริมาณเขมาไดดวยอัตราสวน C : H ในโมเลกุลนั้นโดยถา C : H มากสารนั้นจะมีเขมามาก 2. สารประกอบอินทรีย (Organic Compounds) สารอินทรีย หมายถึง สารประกอบของคารบอนที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตหรือเกิดจากการสังเคราะหของ มนุษย ซึ่งจะมีธาตุตางๆ นอกเหนือจากไฮโดรเจนและคารบอน โดยสวนใหญจะมีออกซิเจนและไนโตรเจน หรือธาตุ อื่นอยูดวย ประเภทสาร

แอลกอฮอล (Alcohols)

กรดอินทรีย (Carboxylic acid)

ลักษณะ การเรียกชื่อ หมูฟงกชัน

คุณสมบัติ/ปฏิกิริยาเคมี/ประโยชน

ไฮดรอกซี (Hydroxyl) R OH

1. มีจุดเดือดสูงกวาสารประกอบไฮโดรคารบอนทั่วไป เพราะ โมเลกุลสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนได ลงทายดวย 2. สามารถเปนกรดทางทฤษฎีไดโดยการทําปฏิกิริยากับโลหะ - nol โซเดียม (Na) แตเปนกรดที่ออนมากๆ และไมเปลี่ยนสีของลิตมัส 2ROH + 2Na 2RO-Na+ + H2(g)

คารบอกซิล (Carboxyl) R COOH

1. จุดเดือดสูงกวาแอลกอฮอลเพราะสามารถเกิดพันธะ ไฮโดรเจนไดมากกวา 2. มีฤทธิ์เปนกรด เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสได 3. สามารถทําปฏิกิริยากับ Na และ NaHCO3 O O ลงทายดวย 2R C OH + 2Na 2R C O- Na + + H 2 (g) - oic acid O O R C OH + NaHCO 3 R C O-Na + + CO 2 (g) + H 2O 4. สามารถทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอลไดเอสเทอร (Esterification) O O + H R C OH + R′OH R C OR′ + H 2O


ประเภทสาร

เอสเทอร (Ester)

ลักษณะ หมูฟงกชัน

การเรียกชื่อ

อานชื่อ แอลกอฮอลลง ออกซีคารบอกซิล ทายดวย alkyl (Oxycarboxyl) แลวตามดวยชื่อ R COO R′ กรด ลงทาย ดวย - oate

อานชื่อ alkoxy อีเทอร (ดาน C นอย) แลว (Ether) ลงทายดวย alkoxy (ดาน C มาก) อานเหมือน คารบอกซาลดีไฮด alkane แอลดีไฮด (Carboxaldehyde) แตตัด e ออก (Aldehyde) R CO H แลวเติม - al อานเหมือน คารบอนิล alkane คีโตน (Carbonyl) แตตัด e ออก (Ketone) R CO R′ แลวเติม - one

ออกซี (Oxy) R O R′

เอมีน (Amine)

นําหนาดวย อะมิโน (Amino) amino R NH2 ลงทายตามชนิด ของสารประกอบ ไฮโดรคารบอน

เอไมด (Amide)

อานเหมือนกรด อินทรียแตตัด เอไมด (Amide) - oic acid R CONR′R″ ออก แลวเติม amide เขาแทน

คุณสมบัติ/ปฏิกิริยาเคมี/ประโยชน

1. การสังเคราะหเอสเทอรทําไดโดยนํากรดอินทรียมา ทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอล โดยมีกรดเปนตัวเรง ปฏิกิริยา 2. เอสเทอรสามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยมีกรด หรือเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดแอลกอฮอลและกรด อินทรียกลับมา O O R C OR′ + H + R C OH + R′OH จุดเดือดสูงกวาสารประกอบไฮโดรคารบอน แตไมมาก เทากับแอลกอฮอล ละลายน้ําไดเล็กนอย นิยมนํามาใชเปน ตัวทําละลาย 1. สามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกตได ตะกอนสีน้ําตาลแดงของ Cu2O 2. ละลายน้ําไดเล็กนอย นิยมใชเปนตัวทําละลาย และยาดองศพ นิยมใชเปนตัวทําละลาย และทั้งแอลดีไฮดและคีโตนมีจุด เดือดมากกวาสารประกอบไฮโดรคารบอนทั่วไป แตไม มากกวาแอลกอฮอล เพราะเนื่องจากไมมีพันธะไฮโดรเจน 1. จุดเดือดสูงกวาไฮโดรคารบอนทั่วไปเพราะมี พันธะไฮโดรเจน 2. มีฤทธิ์เปนเบส (เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากสีแดงเปน สีน้ําเงิน) R NH2 + HCl R NH 3+ Cl3. การเกิดเอไมด O O R C OH + R ′NH 2 R C NHR′ + H 2O 1. จุดเดือดสูงเนื่องจากมีพันธะไฮโดรเจน 2. สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส โดยมีกรดหรือเบส เปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดกรดอินทรียและเอมีน 3. สารประกอบเอไมดและเอมีนสามารถละลายน้ําไดเล็กนอย 4. สารประกอบเอไมดมีฤทธิ์เปนกลาง เนื่องจากมี โครงสรางที่สามารถเกิดเรโซแนนซได



เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพ และผลิตภัณฑ ปโตรเลียม (Petroleum) ปโตรเลียม (Petroleum) เปนของผสมระหวางแอลเคน แอลคีน ไซโคลแอลเคนและสารประกอบอะโร มาติกหลายพันชนิด ปรากฏอยูในรูปกาซและของเหลวขนสีน้ําตาลถึงดํา ซึ่งเราเรียกวา น้ํามันดิบ การกลั่นน้ํามันดิบ (Refining) ผลิตภัณฑ จํานวน C กาซปโตรเลียม C1-C4

แนฟทาเบา แนฟทาหนัก น้ํามันกาด น้ํามันดีเซล น้ํามันหลอลื่น น้ํามันเตา ไข ยางมะตอย

C5-C7 C6-C12 C10-C14 C14-C19 C19-C35 C35-C40 C40-C50 > C50

จุดเดือด (°C) ประโยชน < 30°C 1. มีเทนใชเปนเชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟา 2. อีเทน โพรเพนและบิวเทน ใชในอุตสาหกรรมปโตรเคมี 3. โพรเพนและบิวเทนใชทํากาซหุงตม (LPG) 30-110°C ใชทําตัวทําละลาย ใชทํานํามันเบนซิน 40-205°C ใชทําเชื้อเพลิงรถยนตกาซโซลีน (น้ํามันเบนซิน) 170-250°C ใชทําเชื้อเพลิงสําหรับตะเกียงและเครื่องยนตไอพน 250-340°C ใชทําเชื้อเพลิงเครื่องยนตดีเซล ไดแก รถบรรทุก, เรือ > 350°C ใชทําน้ํามันหลอลื่นเครื่องยนต เครื่องจักรกล > 400°C ใชเปนเชื้อเพลิงเครื่องจักร เรือเดินทะเล > 400°C ใชทําเทียนไข จารบี เครื่องสําอาง > 400°C ใชทํายางมะตอยสําหรับราดถนน ใชทําวัสดุกันซึม

การกําหนดคุณภาพของน้ํามัน น้ํามันเบนซิน สําหรับน้ํามันเบนซิน จะวัดจากคาออกเทน (Octane number) โดยกําหนด CH 3 CH 3 H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 H 3 C C CH 2 CH CH 3 CH 3 n-heptane (เลขออกเทนเทากับ 0) iso-octane (เลขออกเทนเทากับ 100) สารเพิ่มคาออกเทน CH 3 CH 3 H 3 C Pb CH 3 H 3 C C O CH 3 CH 3 CH 3 tetramethyl lead methyl tertiary butyl ether


น้ํามันดีเซล สําหรับน้ํามันดีเซล จะวัดจากคาซีเทน (Cetane Number) โดยกําหนด CH 3 H3C (CH2)14 CH3

n-cetane (เลขซีเทนเทากับ 100)

α-methylnapthalene

(เลขซีเทนเทากับ0)

แกสธรรมชาติ สารประกอบ

สูตรโมเลกุล

%V/V

มีเทน

CH4

60-80

อีเทน

C2H6

4-10

โพรเพน บิวเทน เพนเทน เฮกเซน

C3H8 C4H10 C5H12 C6H14

3-5 1-3

ประโยชน ปุยเคมี เชื้อเพลิงอุตสาหกรรม ไฟฟา รถ ขสมก. แท็กซี่ CNG และ NGV วัตถุดิบในอุตสาหกรรมปโตรเคมี (Monomer) เม็ดพลาสติก เสนใยสังเคราะห โพรเพน + บิวเทนใชเปนกาซหุงตม (LPG) เชื้อเพลิง รถยนต และใชโพรเพนอุตสาหกรรมปโตรเคมี (Monomer)

0.1-1

ใชทําตัวทําละลาย ทําน้ํามันเบนซิน

คารบอนไดออกไซด

CO2

ไนโตรเจน

N2

ผลิตน้ําแข็งแหงเพื่อใชถนอมอาหารและการแสดง ทํา ไอศกรีม อุตสาหกรรมผลิตน้ําอัดลม ผลิตน้ํายาดับเพลิง ไมเกิน 3 ใชทําปุยไนโตรเจน 15-25

พลังงานทดแทน แกสโซฮอล น้ํามันแกสโซฮอลหรือที่นิยมเรียกวา E10 คือ น้ํามันเชื้อเพลิงสําหรับรถยนต ที่เกิดจากการผสมระหวาง น้ํามันเบนซิน 90% กับแอลกอฮอล 10% (ไดแก เอทานอล ที่ไดจากพืชเชน ออย มันสําปะหลัง ขาวโพด เปนตน) ไบโอดีเซล ไบโอดีเซล คือ น้ํามันเชื้อเพลิงที่ผลิตมาจากน้ํามันพืชหรือไขมันสัตว เชน ปาลม มะพราว ถั่วเหลือง ทานตะวัน เมล็ดเรพ สบูดํา หรือ น้ํามันพืช น้ํามันสัตว ที่ผานการใชงานแลว โดยผานปฏิกิริยา Transesterification ที่ทําใหโมเลกุลเล็กลง ใหอยูในรูปของ เอทิลเอสเตอร (Ethyl esters) หรือเมทิลเอสเตอร (Methyl Esters) O R C O OH O O R C O + 3R′OH 3R C OR′ + OH O R C O OH Alcohol Triglyceride Glycerol Biodiesel ในประเทศไทยมีการนําไบโอดีเซลเขามาผสมกับน้ํามันดีเซลในอัตราสวน 5% หรือที่รูจักกันในชื่อ B5 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


พอลิเมอร (Polymer) พอลิเมอร เปนสารโมเลกุลใหญ ที่ประกอบดวยหนวยยอยที่เรียกวา “เมอร” มากมายมาเชื่อมตอกันดวย พันธะโควาเลนต ชนิดของโพลีเมอร 1. โฮโมพอลิเมอร (Homopolymers) เกิดจากมอนอเมอรชนิดเดียวมาตอกัน ภาพอธิบาย : nA A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- ... 2. โคพอลิเมอร (Copolymers) หรือพอลิเมอรรวม เกิดจากมอนอเมอรมากกวาหนึ่งชนิดมาตอกันอาจ เกิดได 4 แบบ ดังนี้ 1. โคพอลีเมอรแบบสุมหรือแบบคละ (Random Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-A-A-B-B-A-B-B-A-A-A-A-B-B-B2. โคพอลีเมอรแบบสลับ (Alternating Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B -A-B-A-B-A3. โคพอลีเมอรแบบกลุมหรือแบบบล็อก (Block Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A-B-B-B-B4. โคพอลีเมอรแบบกิ่งหรือแบบกราฟท (Graft Copolymer) ภาพอธิบาย : -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-AB B B B B B ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (Polymerization) แบบเติม (Addition polymerization) เปนปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันที่เกิดจากการรวมตัวกันของพันธะ คูของสารประกอบทําใหเกิดปฏิกิริยาเหมือนกับการเติมในสารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไมอิ่มตัว ตัวอยางปฏิกิริยาการเติม มอนอเมอร เอทิลีน CH2 CH2 ไวนิลคลอไรด CH2 CH Cl เตตระฟลูออโรเอทิลีน CF2 CF2 สไตรีน CH CH 2 Ph

พอลิเมอร

Polyethylene: PE Polyvinylchloride: PVC Polytetrafluoroethylene: PTFE or Teflon Polystylene: PS

ประโยชน ถุงพลาสติก ถุงขยะแผนพลาสติก ของเลนเด็ก ฉนวนหุมสายไฟ ดอกไมพลาสติก กระเบื้องยาง ทอพีวีซี หนังเทียม บัตรเครดิต มาน ภาชนะบรรจุสารเคมี รองเทา ใชเคลือบภาชนะหุงตม ทําใหอาหารไมติด ภาชนะ น้ํายาเคลือบสีรถ ทําโฟม วัสดุกันกระแทก เครื่องมือสื่อสาร วัสดุทําหลอดฉีดยา ทําปายและสิ่งประดับ ตางๆ ของเลนเด็ก แกวน้ํา


มอนอเมอร โพรพิลีน CH3CH CH2 เมทิลเมทาคริเลท H 2 C C CH 3 O C OCH 3 อะคริโลไนไตรด CH2 CH CN


ประโยชน ใชทําถุงสําหรับใสของรอน ใสอาหาร วัสดุทํา โตะ หมวกกันน็อค เชือก

Polypropylene: PP Polymethylmetacrelate: PMMA

แผนพลาสติก แทงพลาสติก กระจก แวนตา เลนส โคมไฟ เฟอรนิเจอร สีพนรถยนต

Polyacrilonitride: PAN

ผาโอรอน ดายสําหรับถักไหมพรม ถุงเทา เสื้อกันหนาว เสื้อผาเด็ก

2. แบบควบแนน (Condensation Polymerization) เปนปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันจะตองมีหมู ฟงกชันมากกวาหนึ่งชนิดมาทําปฏิกิริยากัน แลวจะตองมีการกําจัดโมเลกุลขนาดเล็กออก เชน น้ํา ไฮโดรเจนคลอไรด หรือแอมโมเนีย เชน การผลิตไนลอน-6, 6 พอลิยูรีเทน เปนตน ตัวอยางของหมูฟงกชันตางๆที่เกิดปฏิกิริยาพอลิมไรเซชันแบบควบแนน มอนอเมอร เอทิลีนไกลคอล HO (CH2)2 OH กรดเทเรฟทาลิก HO O O OH เฮกซะเมทิลีนไดเอมีน H2N (CH2)6 NH2 กรดอะดิปก O O OH C (CH 2 ) 4 C OH


ประโยชน

พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต: PET

เสนใย แห อวน เอ็น เชือก เทปวีดีโอ ขวดน้ําดื่มชนิดแข็ง ขวดน้ําอัดลม หินออนเทียม สารเคลือบรูปภาพ

ใชทําเสื้อผา ถุงเทา รองเทา พอลิเอไมด: PA หรือ ไนลอน-6, 6 เชือก แห อวน เอ็นตกปลา พรม รมชูชีพ กระเปา



มอนอเมอร ยูเรีย O H2N C NH2 ฟอรมาลดีไฮด H2C O บิส-ฟนอลเอ CH 3 OH OH C CH 3 O ฟอสจีน Cl C Cl เมลามีน H2N N N NH 2 N H2N ฟอรมาลดีไฮด H2C O 1, 4 บิวเทนไดออล HO (CH2)4 OH เฮกซะเมทิลีนไดโอไซยาเนต OCN (CH2)6 NCO


พอลิยูเรียฟอรมาลดีไฮด: UF

พอลิคารบอเนต: PC

พอลิเมลามีนฟอรมาลดีไฮด : MF หรือเมลามีน

ฟอรมาลดีไฮด H2C O

สวิตชไฟฟา เตาเสียบไฟฟา แผนฟอรไมกา

ขวดนมเด็ก ภาชนะแทนแกว กลองบรรจุเครื่องมือ

ทําถวยชาม เครื่องใชในครัว แผนฟอรไมกา

พอลิยูรีเทน: PU

น้ํายาเคลือบผิว ลอรถเข็น โฟมบุเกาอี้ เสันใยทําชุดวายน้ํา

พอลิฟนอลฟอรมาลดีไฮด: PF หรือเบกาไลต

สวิตชไฟฟา เตาเสียบไฟฟา โทรศัพท กลองถายรูป ดามจับ กระทะ เตารีด

ฟนอล OH

ประโยชน


โครงสรางและสมบัติของพอลิเมอร 1. พอลิเมอรแบบเสน (Linear Polymers) พอลิเมอรชนิดนี้มีความหนาแนนสูง ทําใหมีลักษณะแข็ง ขุน และเหนียวมากกวาโครงสรางอื่นๆ เชน พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแนนสูง พีวีซี เปนตน 2. พอลิเมอรแบบกิ่ง (Branch Chain Polymers) พอลิเมอรชนิดนี้มีความหนาแนนต่ําและมีจุด หลอมเหลวต่ํากวาพอลิเมอรชนิดแรก แตมีความยืดหยุนดีกวาพอลิเมอรชนิดอื่นๆ ไดแก พอลิเอทิลีนชนิดความ หนาแนนต่ํา (LDPE) เปนตน ** พอลิเมอรแบบเสนและแบบกิ่ง เมื่อไดรับความรอนจะออนตัว แตเมื่ออุณหภูมิต่ําลงก็จะกลับมาแข็งตัว ดังเดิม โดยที่สมบัติของพอลิเมอรไมเปลี่ยนแปลง ทําใหสามารถใชขึ้นรูปไดหลายครั้ง 3. พอลิเมอรแบบรางแห (Network Polymers) พอลิเมอรมีลักษณะแข็งตัวและไมยืดหยุน มีจุด หลอมเหลวที่สูงกวาพอลิเมอรชนิดอื่นๆ แตเมื่อไดรับความรอนที่สูงมากๆ จะแตกหรือไหม ไดแก เมลามีน เบกาไลต อีพอกซี เปนตน

ผลิตภัณฑจากพอลิเมอร พลาสติก (Plastic) 1. เทอรโมพลาสติก (Thermoplastics) เปนพลาสติกที่สามารถนํากลับมาหลอมขึ้นรูปใหมได โดยที่ไมทํา ใหสมบัติของพลาสติกนั้นเปลี่ยนแปลง กลาวคือ จะออนตัวเมื่อไดรับความรอนและสามารถเปลี่ยนกลับไปมาได เชน พอลีเอทิลีน พอลีโพรพีลีน เปนตน 2. พลาสติกเทอรโมเซ็ต (Thermoset Plastics) เมื่อขึ้นรูปแลวจะนํามาหลอมใชใหมไมได ถาไดรับ ความรอนสูงมากจะทําใหแตกและเสียหายไปเลย โดยที่ไมสามารถนํากลับมาใชใหมได เชน เมลามีน อีพอกซีเรซิน พอลิฟนอลฟอรมอลดีไฮด พอลิยูรีเทน เปนตน เสนใย (Fibers) เสนใย คือ พอลิเมอรที่ประกอบดวยโมเลกุลขนาดยาวที่เรียงกันเปนเสนอยางเปนระเบียบ จากลักษณะ โครงสรางทําใหเสนใยมีความเหนียวพอที่จะนํามาปนเปนเสนยาวได ยาง (Rubber) แบงออกเปน 2 ประเภท คือ ยางธรรมชาติ (Natural Rubbers) คือ พอลิเมอรที่เกิดจากน้ํายางที่เปนคอลลอยดไดจากตนยาง เกิด จากมอนอเมอรที่มีชื่อวาไอโซพรีน (Isoprene) เชื่อมตอกันตั้งแต 1,500 ถึง 15,000 หนวย ดังนั้นเราอาจเรียก ยางธรรมชาติอีกชื่อหนึ่งวา พอลิไอโซพรีน ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเปนดังสมการ

Isoprene

Polyisoprene



ยางพารา มีโครงรูปของโมเลกุลเปนแบบ cis CH 2 CH 2 CH 3 H

ยางกัตตา มีโครงรูปของโมเลกุลเปนแบบ trans CH 2 H CH 3 CH 2

กระบวนการวัลคาไนเซชัน (Vulcanization) เปนวิธีการเพิ่มและปรับปรุงคุณภาพของยาง ทําใหยางธรรมชาติมีสมบัติที่ดีขึ้น (ยืดหยุนมากขึ้น สามารถ ทนความรอนไดโดยไมออนตัว) โดยการนําเอากํามะถัน (S8) มาเผากับยาง จะเกิดการเชื่อมระหวางโซพอลิเมอร ดวยอะตอมซัลเฟอร (S) ดวยพันธะโควาเลนต ดังรูป

2. ยางสังเคราะห (Synthetic Rubbers) คือ n

1. H2C CH CH CH2 Butadiene Cl 2. H2C C CH CH2 Chlorprene (Neoprene)

3.

HC CH 2

Styrene

n Cl

H2C CH CH CH2 Styrene Butadiene


n

สารชีวโมเลกุล สารชีวโมเลกุล คือ สารอินทรียโมเลกุลใหญที่สามารถพบไดในรางกายของสิ่งมีชีวิต ซึ่งจะประกอบดวย ธาตุหลัก ไดแก C H O และในกรณีที่เปนโปรตีนและกรดนิวคลีอิกจะมีธาตุไนโตรเจนเปนองคประกอบ โดยเรา สามารถแบงการศึกษาออกเปนสาร 4 จําพวกดวยกัน ไดแก โปรตีน คารโบไฮเดรต ไขมัน และกรดนิวคลีอิก โดย บทบาทและประโยชนของสารชีวโมเลกุลมีดังตอไปนี้ 1. ใชในการเจริญเติบโต 2. ถายทอดลักษณะทางพันธุกรรม 3. ชวยใหผิวหนังชุมชื้น สุขภาพผมและเล็บดี 4. เปนสวนหนึ่งในการรักษาสมดุลของน้ําและกรด-เบส 5. สลายใหพลังงาน 6. เปนสวนประกอบของฮอรโมน เอนไซมและระบบภูมิคุมกัน

โปรตีน (Protein) โปรตีนถือวาเปนสารชีวโมเลกุลที่รางกายของคนเรามีมากกวาสารชีวโมเลกุลอื่นๆ (50% ของน้ําหนักแหง ของคนเราประกอบดวยโปรตีน) 1. โปรตีนประกอบดวย C H O N เปนธาตุองคประกอบหลัก นอกจากนี้อาจจะมี S, P, Fe, Zn และ Cu เปนองคประกอบดวย 2. เราสามารถจัดโปรตีนเปนสารประเภทพอลิเมอรไดเนื่องจากโปรตีนมี monomer เปนกรดอะมิโน ซึ่ง ถาหากวา กรดอะมิโนที่นํามาประกอบเปนโปรตีนนั้นเปนกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน จะถือวา เปนโฮโมพอลิเมอรแต ถาหากวา กรดอะมิโนที่นํามาตอกันเปนโปรตีนประกอบไปดวยอะมิโนที่ตางชนิดกันจะจัดเปนโคพอลิเมอร 3. โปรตีนมีหนวยยอยที่เรียกวา กรดอะมิโน (amino acid) ซึ่งโปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนจํานวนมากกวา 50 หนวยมาเชื่อมกันดวยพันธะระหวางโมเลกุลของกรดอะมิโนที่เรียกวา พันธะเพปไทด (Peptide bond) 4. โครงสรางทั่วไปของกรดอะมิโน ประกอบไปดวย 3 สวนที่สําคัญ ไดแก 1. หมู carboxyl (COOH) O 2. หมูอะมิโน (NH2) H 2 N CH C OH 3. ไฮโดรคารบอนที่เรียกวา side chain (R) หมูอะมิโน R หมูคารบอกซิล



5. เราสามารถแบงกรดอะมิโนจํานวน 22 ชนิดที่รางกายเราไดจากการยอยโปรตีนออกเปน 2 ประเภท ตามเกณฑการใชประโยชน ไดแก - กรดอะมิโนที่ไมจําเปนตอรางกาย คือ กรดอะมิโนที่รางกายมนุษยสามารถสังเคราะหขึ้นมาเองได - กรดอะมิโนที่จําเปนตอรางกาย คือ กรดอะมิโนที่รางกายมนุษยไมสามารถสังเคราะหขึ้นมาเองได มี ทั้งหมด 8 ชนิด ไดแก ไลซีน ทรีโอนีน ไอโซลิวซีน ลิวซีน ทริปโตเฟน วาลีน เมไทโอนีน ฟนิลอะลานีนสําหรับเด็ก ทารกตองการอารจีนีน และฮีสทิดีนเพิ่มเติม 6. กรดอะมิโนแตละชนิดสามารถทําปฏิกิริยารวมตัวกันแบบควบแนนโดยมีผลิตภัณฑขางเคียงเปนน้ํา ดังสมการ R1 O R2 O R1 O H R 2 O H 2 N C C OH + H 2 N C C OH H 2 N C C N C C OH + H 2O H H H H ทั้งนี้การรวมกันของกรดอะมิโนอาจเกิดไดหลายโมเลกุล กอใหเกิดรูปแบบที่มากมายของโปรตีน 7. การเรียกชื่อสารประกอบเพปไทดนั้น ใหเรียกชื่อตามจํานวนของกรดอะมิโนที่ประกอบกัน จํานวนกรดอะมิโน 2 3 4 ตั้งแต 10-50 มากกวา 50

จํานวนพันธะเพปไทด 1 2 3 9-49 มากกวา 49

ชื่อสาร ไดเพปไทด ไตรเพปไทด เตตระเพปไทด พอลิเพปไทด โปรตีน

8. สารประกอบเพปไทดนั้นสามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยมีความรอนและกรดหรือเบสเปนตัวเรง ปฏิกิริยาจะไดเปนกรดอะมิโนองคประกอบของตัวเองกลับมา 9. โมเลกุลของโปรตีนอาจประกอบดวยพอลิเพปไทด 1 สาย หรือมากกวา 1 สายก็ได นอกจากนั้นสาย พอลิเพปไทดอาจมีการเปลี่ยนไปเปนโครงสรางตางๆ ไดอีกหลายแบบทําใหสามารถแบงโปรตีนตามโครงสรางที่ ตางกันเปน 4 ระดับ ดังนี้ 1. โครงสรางปฐมภูมิ (Primary Structure) เปนโครงสรางในระดับที่งายที่สุด เปนการแสดงการ เรียงลําดับของกรดอะมิโนที่เชื่อมตอกันเปนสายยาวในโมเลกุลโปรตีน การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในโปรตีนแต ละชนิดจะมีความแตกตางกันและมีความจําเพาะเจาะจง การเขียนลําดับกรดอะมิโนสลับกันก็ทําใหไดความหมายที่ ผิดเพี้ยนไป ในการเขียนการเรียงลําดับกรดอะมิโนตามหลักสากล จะเขียนแทนเพปไทดดวยระบบสามตัวอักษร ของกรดอะมิโนชนิดนั้น จากปลายเอ็น (N-terminal) ไปปลายซี (C-terminal) เพื่อปองกันความสับสน


2. โครงสรางทุติยภูมิ (Secondary Structure) เปนโครงสรางที่เกิดจากการขดหรือมวนหรือพับตัว ของโครงสรางปฐมภูมิ เนื่องมาจากการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางหมูคารบอนิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่ง กับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งในระยะถัดไป 4 หนวยในสายเพปไทดเดียวกัน เกิดโครงสรางใน ลักษณะบิดเปนเกลียวเหมือนขดสปริง ซึ่งเรียกวาเกลียวแอลฟา (α-Helix) ถาพันธะไฮโดรเจนเกิดจากหมูคารบอนิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งระหวางสายเพปไทดที่อยูติดกัน หรือใกลกัน จะเกิดโครงสรางที่มีลักษณะเปนแผนพับงอซึ่งเรียกวา แผนเบตา (β-Sheet) ซึ่งสามารถเกิดซอนทับ กันไปมาไดเหมือนจีบกระโปรงโดยสามารถเกิดได 2 ลักษณะ คือ เกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดที่หัน ดานปลายเอ็นไปทางเดียวกัน เรียกวา พาราเลล (Parallel) กับการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดที่หัน ปลายเอ็นไปทางตรงขามกัน เรียกวา แอนตี้พาราเลล (Anti Parallel) 3. โครงสรางตติยภูมิ (Tertiary Structure) เปนโครงสรางที่เกิดจากโครงสรางทุติยภูมิเกิดการมวน เขาหากันและไขวกันโดยมีแรงยึดเหนี่ยวหลายชนิด เกิดเปนรูปรางตางที่มีความจําเพาะในโปรตีนแตละชนิด โดย แรงยึดเหนี่ยวสําคัญที่พบ เชน พันธะไฮโดรเจน แรงระหวางประจุ พันธะไดซัลไฟด แรงลอนดอน แรงไดโพล-ได โพล ซึ่งแรงเหลานี้จะยึดเหนี่ยวกันทําใหโครงสรางตติยภูมิอยูตัวได 4. โครงสรางจตุรภูมิ (Quaternary Structure) เปนโครงสรางของโปรตีนขนาดใหญที่มีความซับซอน มาก เกิดจากการรวมตัวของโครงสรางตติยภูมิหนวยยอยชนิดเดียวกันหรือตางชนิดกัน โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยว เหมือนกับที่พบในโครงสรางตติยภูมิ และอาจจะมีโมเลกุลหรืออะตอมอื่นๆ อยูในโครงสรางดวย เชน ในโปรตีน ฮีโมโกลบินที่มีรูปรางเปนทรงกลมประกอบดวยเพปไทดหนวยยอย 4 หนวย และมีอะตอมเหล็กเปนองคประกอบ หรือโปรตีนคอลลาเจนที่มีรูปรางเปนเกลียวเสนตรงขนาดใหญ ซึ่งเกิดจากเกลียวแอลฟา 3 เกลียว มามวนพันกัน เปนตน สวนการแบงโปรตีนตามลักษณะการจัดตัวในโครงสราง 3 มิติ สามารถแบงออกเปน โปรตีนทรงกลม (Globular Protein) โปรตีนเหลานี้เกิดจากการขดตัวและอัดแนน (Coil) จนเปนกอน กลม สามารถละลายน้ําไดดี สวนใหญทําหนาที่เกี่ยวกับกระบวนการตางๆ ที่เกิดขึ้นภายในเซลล ตัวอยางเชน เอนไซม ฮอรโมนอินซูลิน ฮีโมโกลบิน โกลบูลิน เปนตน โปรตีนเสนใย (Fibrous Protein) โปรตีนเหลานี้เกิดจากการพันกันของสายพอลิเพปไทดในลักษณะ เปนสายยาวคลายเสนใย ละลายน้ําไดนอย หรือไมละลายน้ํา มีความแข็งแรง เหนียวและมีความยืดหยุนสูง สวน ใหญทําหนาที่เปนโครงสรางในเนื้อเยื่อ เสนผม เล็บ กลามเนื้อ กีบสัตว ตัวอยางเชน คอลลาเจนในเนื้อเยื่อ ไฟโบรอิน ในเสนไหม มีโครงสรางเปนแผนเบตาแบบแอนติพาราเลล การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในพอลิเพปไทดของไฟโบรอิน ประกอบดวยกรดอะมิโน 6 หนวยเรียงลําดับเปนหนวยซ้ํา คือ ไกลซีน-ซีรีน-ไกลซีน-อะลานีน-ไกลซีน-อะลานีน (GSGAGA) คอลลาเจนในกลามเนื้อ อิลาสตินในเสนเอ็น เคราตินในเสนผม เปนตน



10. การทดสอบโปรตีนใชสารละลายไบยูเร็ต (Biyuret) ซึ่งเปน CuSO4 ใน NaOH หรือในเบสจะได ตะกอนสีมวงปนนํ้าเงิน ซึ่งเกิดเปนสารเชิงซอนที่เรียกวา “ไบยูเร็ต” - ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นก็ตอเมื่อสารตัวอยางนั้นประกอบไปดวยพันธะเพปไทดตั้งแต 2 พันธะขึ้นไป - การทดสอบนี้เราอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งวา การทดสอบไบยูเร็ต O O H 2O HN NH Cu 2 + NH O O HN OH2 11. เมื่อนําโปรตีนมาตมจะทําใหโปรตีนสูญเสียสมรรถภาพทางชีวภาพ คือ จะทําลายโครงสรางที่ ซับซอนของโปรตีนออกไป ทําใหความสามารถในการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมเสื่อมลง หรือถาหากนําโปรตีนมา เติม กรด เบส เอทานอล หรือ Pb(NO3)2 จะทําใหโปรตีนเกิดการตกตะกอน ดังนั้นโดยสรุปการเปลี่ยนสภาพของ โปรตีน ประกอบไปดวยปจจัยตางๆ ดังตอไปนี้ - ความรอน - ความเปนกรด-เบส - โลหะหนักบางชนิด - ตัวทําละลายอินทรีย

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 1. คารโบไฮเดรตประกอบดวยธาตุหลัก ไดแก C H O เปนสารประกอบประเภทพอลิแอลดีไฮด หรือ พอลิไฮดรอกซีคีโตนเปนสวนประกอบของเยื่อหุมเซลลของสิ่งมีชีวิตและกระดองของสัตวบางชนิด เชน ปูและหอย ทาก เปนตน นอกจากนี้คารโบไฮเดรตยังถือเปนสารใหพลังงานที่มีความสําคัญมากที่สุดในรางกายของสิ่งมีชีวิตอีก ดวย 2. เราสามารถแบงคารโบไฮเดรตออกเปน 3 ประเภท ไดแก • มอนอแซ็กคาไรด (Monosaccharide) • โอลิโกแซ็กคาไรด (Oligosaccharide) • พอลิแซ็กคาไรด (Polysaccharide)


มอนอแซ็กคาไรด (Monosaccharide) คือ น้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวมีสูตรทั่วไปเปน (CH2O)n ไดแก น้ําตาลที่มีคารบอน 5 อะตอม เชน ไรโบส (C5H10O5) น้ําตาลที่มีจํานวนคารบอน 6 อะตอม เชน กลูโคส กาแล็กโทสและฟรักโทสมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน (C6H12O6) แตสูตรโครงสรางตางกันจึงมีสมบัติตางกัน เรายังสามารถแบงน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวตามหมูฟงกชัน ดังนี้ น้ําตาลอัลโดส (Aldoses) เปนน้ําตาลที่มีหมูคารบอกซาลดีไฮดซึ่งสามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกต ไดตะกอนสีแดงอิฐ เชน กลูโคส กาแล็กโทส และไรโบส เปนตน น้ําตาลคีโตส (Ketoses) เปนน้ําตาลที่มีหมูคารบอนิลซึ่งสามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกต ได ตะกอนสีแดงอิฐไดเชนกัน ไดแก ฟรุกโทส เปนตน ทั้งนี้น้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวยังสามารถแบงออกไดอีกเปนชนิดยอยๆ โดยอาศัยหลักเกณฑตามจํานวน คารบอนในโมเลกุลก็ได ไดแก 1. น้ําตาลไตรโอส (Triose Sugar คือ น้ําตาลที่มี 3 คารบอน : จัดเปนน้ําตาลที่มีขนาดเล็กที่สุด) 2. น้ําตาลเทโทรส (Tetrose Sugar คือ น้ําตาลที่มี 4 คารบอน) 3. น้ําตาลเพนโทส (Pentose Sugar คือ น้ําตาลที่มี 5 คารบอน) 4. น้ําตาลเฮกโซส (Hexose Sugar คือ น้ําตาลที่มี 6 คารบอน) 5. น้ําตาลเฮปโทส (Heptose Sugar คือ น้ําตาลที่มี 7 คารบอน : เปนน้ําตาลในธรรมชาติขนาดใหญที่สุด) ดังนั้น ถาเปนน้ําตาลที่มีหมูฟงกชันเปนแอลดีไฮดและมีจํานวนคารบอนเทากับ 6 อะตอม ก็จะเรียกวา เปนน้ําตาลในกลุมแอลโดเฮกโซส (Aldohexose Sugar) เปนตน

การทดสอบน้ําตาลโดยการใชสารละลายเบเนดิกต สารละลายเบเนดิกตเปนสารละลายที่ประกอบดวยคอปเปอร (II) ซัลเฟต โซเดียมคารบอเนต และโซเดียม ซีเตรต ปกติเปนสารละลายที่มีสีฟา แตเมื่อทําปฏิกิริยาจะใหเปนตะกอนสีแดงอิฐ สามารถเกิดปฏิกิริยารีดอกซได กับสารที่มีหมูฟงกชันเปนแอลดีไฮด / แอลฟาไฮดรอกซีคีโตน / มอนอแซคคาไรดและไดแซคคาไรดทั่วไป ยกเวน ซูโครส

สมการเคมีแสดงปฎิกิริยากับสารละลายเบเนดิกต O R C H

มอนอแซ็กคาไรด และไดแซ็กคาไรด ทั่วไป ยกเวนซูโครส

+

2Cu 2+

+

5OH -

สารละลายเบเนดิกต

∆

O R C O- + 2Cu 2 O + 3H 2 O ตะกอนสีแดงอิฐ



โอลิโกแซ็กคาไรด (Oligosaccharides) เปนสารที่เกิดจากน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 2-10 โมเลกุลมารวมตัวกัน โดยการเชื่อมดังกลาวนั้นจะเปนการ เชื่อมแบบ C O C หรือเรียกวาพันธะไกลโคซิดิก (Glycosidic) ไดแก ไดแซ็กคาไรด (Disaccharides) หรือน้ําตาลโมเลกุลคู จะเกิดจากน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุลมา รวมตัวกันโดยกําจัดน้ําออกไป 1 โมเลกุล เชน ซูโครส (C12H22O11) เกิดจากกลูโคสรวมตัวกับฟรุกโทส HOH 2C HO HO

O

+ OH OH

HOH 2C

O HO

HO HO

HOH 2C HO HO

กรด CH 2OH

CH 2OH

OH O HO

O

HO

CH 2OH ซูโครส (น้ําตาลทราย)

+ H 2O

ฟรุกโทส

กลูโคส

O

ไตรแซ็กคาไรด (Trisaccharide) เปนน้ําตาลที่ประกอบดวยน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 3 โมเลกุล โดยน้ําตาล ไตรแซ็กคาไรดที่พบบอยในธรรมชาติ คือ ราฟฟโนส (Raffinose) ซึ่งประกอบดวยฟรุกโทส + กลูโคส + กาแล็กโทส พบในน้ําตาลจากหัวบีทและพืชชั้นสูงชนิดอื่นๆ อีกหลายชนิด เปนตน

พอลิแซ็กคาไรด (Polysaccharides) เกิดจากน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวหลายโมเลกุลมาเชื่อมตอกันเปนสายยาว เชน แปง เซลลูโลส ไกลโคเจน ซึ่ง ทําใหพอลิแซ็กคาไรดเปนสารคารโบไฮเดรตที่มีโครงสรางซับซอนมากที่สุด nGlucose Polysaccharide nC6H12O6 (C6H10O5)n + nH2O เราสามารถแบงการศึกษาพอลิแซ็กคาไรด ออกเปน 3 ชนิด ดังนี้ 1. แปง (Starch) เปนคารโบไฮเดรตที่สะสมอยูในพืช พบทั้งใบ ลําตน ราก ผล และเมล็ด มีลักษณะเปน ผงสีขาว ไมละลายน้ํา ประกอบดวยพอลิแซ็กคาไรด 2 ชนิด คือ 1.1 อะไมโลส (Amylose) ซึ่งเปนกลูโคสที่ตอเปนโซยาวและขดเปนเกลียว (Helix)

OH

CH 2OH O OH

OH

O

CH 2OH O OH

O

OH

Amylose

CH2OH O OH 300-600

OH

OH


1.2 อะไมโลเพกติน (Amylopectin) ซึ่งเปนกลูโคสที่ตอโซกิ่ง OH O O HO OH HO O O O HO HOO O OH HO HOO O HO HO O Amylopectin

โดยทั่วไปแปงจะประกอบดวยอะไมโลส 20% และเปนอะไมโลเพกติน 80%

การทดสอบแปง เราสามารถทําการทดสอบแปงไดโดยการใชสารละลายไอโอดีนซึ่งจะใหสารประกอบเชิงซอนที่มีสีน้ําเงิน ดังนี้ Amylosehelice with the glucose-monomerunit : OH O O HO OH

2. ไกลโคเจน (Glycogen) เปนคารโบไฮเดรตที่อยูในสัตว ประกอบดวยกลูโคสที่ตอกันแบบโซยาวและ มีกิ่ง ซึ่งมักจะถูกสะสมในตับของคนและสัตวและใชเปนแหลงพลังงานสํารองและมีหนาที่ปรับระดับกลูโคสเลือดให คงที่ ไกลโคเจน มีลักษณะเปนผงสีขาว ไมละลายน้ํา เมื่อนําไปทําปฏิกิริยากับสารละลายไอโอดีนจะใหสารสีแดงเขม



โครงสรางของไกลโคเจนเปน ดังนี้

HO

CH 2OH O OH

OH

O

O

CH 2OH O OH

CH 2OH O OH

OH

OH

O

O

CH2OH O OH

CH 2OH O OH

OH

OH

O

O CH 2

OH

O OH

O

CH 2OH O OH

OH

O

CH 2OH O OH

OH

O

3. เซลลูโลส (Cellulose) เปนคารโบไฮเดรตที่ประกอบดวยกลูโคสจํานวนมากมายมาตอกันเปนโซยาวไม มีกิ่งและเกิดพันธะระหวางกันเปนเบตากลูโคส ซึ่งจะแตกตางจากแปงและไกลโคเจนที่เปนแอลฟากลูโคส เซลลูโลส เปนสวนประกอบของผนังเซลลของพืช มักจะพบในพืช เชน เนื้อไม ฝาย สําลี เซลลูโลสไมละลายน้ํา ไมทํา ปฏิกิริยากับสารละลายไอโอดีน และสารละลายเบเนดิกต นอกจากนี้รางกายของมนุษยยังไมสามารถยอย เซลลูโลสไดเนื่องจากไมมีเอนไซมที่เหมาะสม โครงสรางของเซลลูโลสเปน ดังนี้

ลิพิด (Lipids) 1. ลิพิด ประกอบดวยธาตุหลักคือ C H O นอกจากนี้ยังอาจประกอบดวย N และ P ลิพิดไมละลายน้ํา ซึ่งโดยสวนใหญลิพิดเปนสารประกอบเอสเทอรที่เกิดจากกรดไขมันกับกลีเซอรอล ประเภทของลิพิด ลิพิดอาจแบงไดเปน 3 ประเภท คือ 1. ลิพิดอยางงายหรือลิพิดธรรมดา (Simple lipid) ซึ่งไดแก ไขมัน (Fat) น้ํามัน (Oil) และไข (Wax) 2. ลิพิดเชิงประกอบ (Compound lipid) หมายถึง ลิพิดอยางงายที่มีองคประกอบอื่นรวมอยูดวยเชน ฟอสโฟลิพิด ประกอบดวยลิพิดอยางงายและหมูฟอสเฟต ไกลโคลิพิด ประกอบดวยลิพิดอยางงายและ คารโบไฮเดรต ลิโพโปรตีน ประกอบดวยลิพิดอยางงายและโปรตีน


3. ลิพิดเบ็ดเตล็ด (Miscellaneous lipid) หมายถึง สารอื่นๆ ที่มีสมบัติคลายกับลิพิด แตไมเปน สารประกอบ ประเภทเอสเทอรของกรดไขมันกับกลีเซอรอล ไมทําปฏิกิริยากับสารละลายเบส สารเหลานี้ไดแก สเตอรรอยด วิตามินที่ละลายไดในน้ํามัน และสารประกอบประเภทเทอรพีน 2. ไขมันและน้ํามัน จัดเปนลิพิดประเภทหนึ่ง ซึ่งเกิดจากการรวมกันระหวางกรดไขมัน 3 โมเลกุล (อาจจะเปนกรดไขมันตางชนิดกันก็ได) กับกลีเซอรอล 1 โมเลกุล เรียกสารประเภทนี้วา ไตรกลีเซอไรด (Triglyceride) โดยที่สามารถแสดงเปนสมการได ดังนี้ O H 2C O C R H 2C OH O O HC OH + 3 HO C R HC O C R + 3 H 2O O H 2C OH H 2C O C R กลีเซอรอล กรดไขมัน ไตรกลีเซอไรด น้ํา หากมองโดยทั่วไปจะเห็นวาสมการการเกิดไตรกลีเซอไรดนั้นคลายกับสมการเอสเทอริฟเคชันในเรื่องเคมีอินทรีย 3. ไขมัน (Fats) และน้ํามัน (Oils) มีความแตกตางกันตรงที่ความเสถียรที่อุณหภูมิหอง โดยที่ อุณหภูมิหองไขมันจะมีสถานะเปนของแข็ง ในขณะที่น้ํามันจะมีสถานะเปนของเหลว สาเหตุที่ทําใหสาร 2 ชนิดนี้มี ความแตกตางกัน เนื่องมาจากที่สวนประกอบของไตรกลีเซอไรดทั้ง 2 แบบนี้ประกอบดวยกรดไขมันที่ตางชนิดกัน 4. กรดไขมัน (Fatty Acid) คือ กรดอินทรียชนิดหนึ่งที่มีสูตรทั่วไปคือ R COOH แตเนื่องจากหมู R มี ขนาดใหญมาก (มี C ตั้งแต 11 อะตอมขึ้นไป) ซึ่งเราสามารถแบงกรดไขมันออกเปน 2 ชนิด คือ a. กรดไขมันอิ่มตัว เกิดจากการที่ Side chain (หมู R) ของกรดไขมันนั้นประกอบดวยพันธะเดี่ยวทั้งหมด ซึ่งมีสูตร ทั่วไปดังนี้ CnH2n + 1COOH โดยกรดไขมันอิ่มตัวที่มีมากที่สุด ไดแก กรดสเตียริก (C17H35COOH) O OH Lauric acid



b. กรดไขมันไมอิ่มตัว เกิดจากการที่หมู R ของกรดไขมันนั้นประกอบดวยพันธะคูหรือพันธะสามในโมเลกุล ซึ่งจะทําใหเรา ไมสามารถหาสูตรทั่วไปของกรดไขมันไมอิ่มตัวไดและไมเขาสูตรทั่วไปของกรดไขมันอิ่มตัว ดังนั้นเราสามารถเช็ค ความอิ่มตัวของกรดไขมันไดจากสูตรทั่วไปของกรดไขมันอิ่มตัว โดยกรดไขมันที่ไมอิ่มตัวที่มีมากที่สุด คือ กรดโอเลอิก (C17H33COOH) O HO trans-Oleic acid O HO cis-Oleic acid

จากขอมูลความอิ่มตัวของกรดไขมัน ทําใหเราสามารถสรุปได ดังนี้ I. กรดไขมันจะมีจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้น เมื่อมวลโมเลกุลเพิ่มขึ้น II. กรดไขมันอิ่มตัวจะมีจุดหลอมเหลวมากกวากรดไขมันไมอิ่มตัว III. เมื่อหมู R ของกรดไขมันมีพันธะคูเพิ่มขึ้น จุดหลอมเหลวจะลดลง 5. ไข (Waxes) เปนสารประกอบเอสเทอรที่เกิดจากกรดไขมันทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอลโมเลกุลใหญ (C ตั้งแต 24-36 อะตอม) มักจะมีสถานะเปนของแข็ง เชน ขี้ผึ้ง ไขคานูบา ไขปลาวาฬ เปนตน โดยสวนใหญเรา จะนําไขมาใชทําเปนสารเคลือบผิวเพื่อปองกันน้ํา เทียนไข เครื่องสําอาง 6. คุณสมบัติและปฏิกิริยาตางๆ ของไขมัน สรุปไดดังนี้ • เราสามารถทดสอบความอิ่มตัวของกรดไขมันไดโดยการใชน้ําโบรมีน (Br2) ซึ่งสามารถทําไดโดย การนับหยดปริมาณโบรมีนที่ใชในฟอกสี (หยดจนกระทั่งไมฟอกสีแลวบันทึกจํานวนหยด) โดยถายิ่งใชจํานวนหยด โบรมีนมาก กรดไขมันนั้นก็จะยิ่งไมอิ่มตัวมาก ถาใชโบรมีนนอยก็แสดงวากรดไขมันมีความอิ่มตัว เปลืองโบรมีนนอย → กินนอย → อิ่มมาก เปลืองโบรมีนมาก → กินมาก → ไมอิ่ม


เมื่อเก็บไวนานจะเกิดการเหม็นหืน (Rancidity) ซึ่งถาดูจากโครงสรางพวกไขมันหรือนํ้ามันจากพืช จะเหม็นหืนดีกวาจากสัตว แตสภาพเปนจริงจากพืชจะเหม็นหืนนอยกวาสัตว เนื่องจากมีพวกสารกันหืน (Antioxidant) เชน Vitamin C และ E นอกจากนี้ยังมีสารกันหืนที่ไดจากการสังเคราะห เชน butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT) •

O

O

OH

OH

OH

BHA

BHT

ปฏิกิริยาการเหม็นหืนมี 2 แบบ 1. เกิดผานปฏิกิริยา Hydrolysis ซึ่งเกิดจากนํ้าในไขมันจะเกิดจาก Hydrolyze ไดกรดไขมันและ กลีเซอรอลที่มีกลิ่น ซึ่งจะเกิดไดจะตองมีแบคทีเรียเปนตัวเรงปฏิกิริยา 2. เกิดผานปฏิกิริยา Oxidation ซึ่งเกิดจาก O2 ในอากาศจะ Oxidize ตรงตําแหนงพันธะคูและมี ความรอนเรงปฏิกิริยาจะไดพวกแอลดีไฮดที่มีกลิ่น • การทดสอบไขมันทําไดโดยการนําไขมันไปถูกับกระดาษ ถากระดาษนั้นโปรงแสง แสดงวาเปนไขมัน • การทําเนยเทียม คือ กระบวนการการนําน้ํามันมาทําปฏิกิรยาไฮโดรจิเนชัน (เติมไฮโดรเจนเขาไป) โดยจะตองตัวเรงปฏิกิริยาที่เหมาะสม เชน โลหะ Pt หรือ Ni ทําใหไดโมเลกุลที่อิ่มตัว และมีผลทําใหมีจุด หลอมเหลวเพิ่มขึ้นดวย • สบู (Soap) ปฏิกิริยาการเกิดสบู เรียกวา ปฏิกิริยาสะปอนนิฟเคชัน (Sponification) ซึ่งเปนปฏิกิริยาที่เกิดจาก การนําสบูไปตมกับสารละลายเบส จะไดเกลือของกรดไขมัน โดยมีสมการทั่วไปคลายกับสมการไฮโดรไลซิสของ เอสเทอรเมื่อใชตัวเรงปฏิกิริยาเปนเบส ดังนี้ O H R O R 3 NaOH/H 2O O O O O 3R + O heat ONa O O H R H O ไขมัน + สารละลายเบส → เกลือของกรดไขมัน (สบู) + กลีเซอรอล สบู เปนสารลดแรงตึงผิวชนิดหนึ่งโดยสบูที่ไดจากเกลือโซเดียมจะมีความแข็งมากกวาสบูที่ไดจาก เกลือโพแทสเซียม นอกจากนี้สบูที่ทําจากไขมันสัตวจะมีความแข็งมากกวาสบูที่ทําจากพืช O O Na •

ภาพโครงสรางของสบู โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 __________________________________


การละลายน้ําและการทํางานของสบู เนื่องจากโครงสรางของสบูจะประกอบไปดวย 2 สวน นั้นก็คือสวนที่เปน Side chain ขนาดใหญที่เปนสวน ที่ไมมีขั้ว และสวนที่เปน COO-Na+ ที่เปนสวนที่มีขั้ว ดังนั้นทําใหเวลาที่เราถูสบู สบูจะใชหลักการละลาย Like Dissolve Like ที่จะหันขางที่ไมมีขั้วนั้นเขาสูสิ่งสกปรกและไขมันตามรางกายของเรา และหันดานที่มีขั้วออก จากนั้นเมื่อเราราดน้ําจะทําใหสวนที่มีขั้วนั้นถูกน้ําชะลางออกไปและดึงเอาสิ่งสกปรกนั้นตามออกไปดวย กลาวคือ สบูทําหนาที่เปนประสานระหวางไขมันกับน้ํานั่นเอง (ปกติน้ํากับน้ํามันจะไมละลายเปนเนื้อเดียวกัน) โดยชวงที่เกิด การจัดเรียงตัวของโมเลกุลในน้ํา เรียกวา ไมเซลล (Micelle)

ปญหาของสบู คือ สบูไมสามารถทํางานไดดีเมื่อใชในน้ํากระดางซึ่งเปนน้ําที่มีปริมาณแคลเซียมไอออน และแมกนีเซียมไอออน ซึ่งไอออน 2 ชนิดนี้จะเขาไปรวมตัวกับสบูเกิดเปนเกลือแคลเซียมและเกลือแมกนีเซียม ของกรดไขมันแทน ซึ่งสารใหมนี้ที่เกิดขึ้นจะเปนไคลสบู ซึ่งทําใหสิ้นเปลืองสบูเปนจํานวนมาก เนื่องจากการละลาย น้ําของสบูลดลงอยางมาก ดังนั้นเพื่อแกปญหาดังกลาวนักวิทยาศาสตรจึงไดสังเคราะหผงซักฟอก (Detergent) ขึ้นมาใชแทนสบู ผงซักฟอก (Detergent) เปนสารซักลางที่ผลิตขึ้นมาใชแทนสบู ซึ่งเปนเกลือโซเดียมซัลโฟเนตของ + ไฮโดรคารบอน มีสูตรทั่วไปเปน R SO 3 Na ผงซักฟอกมีขอดีเหนือสบูคือสามารถทํางานไดดี แมในน้ํากระดางที่มี ไอออน Ca2+, Fe2+, Fe3+ และ Mg2+ ถาหมูแอลคิลเปนเสนตรง (LAS : Linear Alkyl benzene Sulfonate) จะถูกยอยดวยจุลินทรียไดดี เกิดมลพิษนอย แตถาหมูแอลคิลเปนโซกิ่ง (ABS : Alkyl benzene sulfonate) จุลินทรียจะยอยไดยาก โดยโครงสรางของผงซักฟอกแตละแบบมีดังตอไปนี้ O S O-Na + O โครงสรางของผงซักฟอกประเภทโซเดียมแอลคิลซัลโฟเนต


O S O-Na + O โครงสรางของผงซักฟอกประเภท LAS O S O-Na + O โครงสรางของผงซักฟอกประเภท ABS

นอกจากนี้องคประกอบอื่นของผงซักฟอก อาจมีสวนประกอบดังนี้ • บิลเดอร (Builder): Na5P3O10 (โซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต) มีหนาที่ทําใหนํ้าที่เปนเบสเกิดการชําระ ลางไดดีขึ้น โดยจะเขาไปลดความกระดางของนํ้า แตมีขอเสียคือเนื่องจากประกอบดวยสารประกอบฟอสเฟตจะ เปนอาหารที่ดีของพืชทําใหพืชนํ้าเจริญเติบโตไดเร็วเปนปญหาตอสิ่งแวดลอม • อิมัลซิไฟเออร (Emulsifier): cellulose-OCH2 CO-2 Na+ มีหนาที่ ปองกันไมใหผงซักฟอกตกตะกอน • สารฟอกขาว (Bleach): NaOCl, Ca(OCl)2 มีหนาที่ ทําใหเสื้อผาขาวขึ้นเพราะเขาไปปองกันการ เปลี่ยนแปลงของโมเลกุลสีเมื่อถูกแสงแดด • สารปองกันสนิม (Corrosion Inhibitor): Na2Si3O7 มีหนาที่ปองกันไมใหโลหะในเสื้อผา เชน กระดุม ซิปนั้นเกิดสนิม โดยจะเคลือบฟลมบางๆ ไว

กรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) กรดนิวคลีอิกเปนสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ เปนพอลิเมอรที่พบบนโครโมโซมในนิวเคลียสของเซลล มี สมบัติเปนกรด และมีหนาที่ควบคุมการสังเคราะหโปรตีนซึ่งนําไปสูการถายทอดทางพันธุกรรมจากรุนพอแมไปสู รุนลูก แบงออกไดเปน 2 ชนิด คือ 1. กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic acid): DNA สวนใหญพบในนิวเคลียสของเซลลทั่วไป ทําหนาที่เปนสารพันธุกรรม 2. กรดไรโบนิวคลีอิก (Ribonucleic acid): RNA สวนใหญพบในไซโทพลาซึมและนิวเคลียส เกิดจากการ สังเคราะหของ DNA ทําหนาที่สรางโปรตีนภายในเซลล



โครงสรางของนิวคลีโอไทด DNA และ RNA เนื่องจาก DNA และ RNA เปนสารอินทรียที่มีโมเลกุลใหญและซับซอนมาก โดยเกิดจากการหนวยยอยๆ มาเรียงตอกัน เราเรียกหนวยยอยๆ ดังกลาววา นิวคลีโอไทด (Nucleotide) ซึ่งประกอบดวยสวนยอยๆ 3 สวน ดังนี้ NH 2 N N N N O Adenine unit O P O CH 2 O H H OH H Phosphate unit OH H Deoxyribose unit ภาพโครงสรางของนิวคลีโอไทด

1. น้ําตาลไรโบส (ใน RNA) และน้ําตาลดีออกซีไรโบส (ใน DNA) ตามลําดับ HO HO OH OH O O H H H H H H H H H OH OH OH 2. เบสที่มีไนโตรเจนเปนองคประกอบหรือ Nitrogenous base (N-base) ซึ่งแบงออกเปน 2 กลุม คือ a. เบสพิริมิดีน (Pyrimidine base) ไดแก Cytosine (C), Thymine (T), Uracil (U) b. เบสพิวรีน (Purine base) ไดแก Adenine (A), Guanine (G) 3. กรด H3PO4 หรือ H แตกตัวออกหมดเปนหมูฟอสเฟต ความแตกตางระหวาง DNA และ RNA คือ น้ําตาลที่ไมเหมือนกันและยังมี N-base ที่ตางกัน โดยใน DNA จะมี Thymine (T) ในขณะที่ใน RNA จะมี Uracil (U)


Hadyai2012 Chemistry Krit

Recommend Documents