Loading…

Flash Player 9 (or above) is needed to view presentations.
We have detected that you do not have it on your computer. To install it, go here.

Like this document? Why not share!

Like this? Share it with your network

Share

Brandssummercamp 2012 feb55_chemical

  • 2,095 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
2,095
On Slideshare
1,849
From Embeds
246
Number of Embeds
1

Actions

Shares
Downloads
35
Comments
0
Likes
0

Embeds 246

http://canmoo.wordpress.com 246

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. สวนที่ 1 (O NET) .........โดย ผศ.ดร.พัชณิตา ธรรมยงคกจ ............................... หนา ิ 2-37สวนที่ 2 (PAT 2)...........โดย อ.บัวแกว รัตนกมุท ............................................... หนา 38-108สวนที่ 3 (PAT 2)...........โดย อ.กฤตน ชื่นเปนนิจ ............................................... หนา 109-160
  • 2. สารชีวโมเลกุล1. คารโบไฮเดรต 1. Monosaccharide (CnH2nOn) เชน กลูโคส ฟรุกโตส กาแลกโตส 2. Disaccharide : Monosaccharide 2 โมเลกุล มารวมตัวกัน สามารถถูกไฮโดรลิซิสไดMonosaccharide 2 โมเลกุล เชน C12H22O11 มีซูโครส มอลโตส แลคโตสการทดสอบกับสารละลายเบเนดิกต (สารละลายผสมระหวาง CuSO4, Na2CO3 และโซเดียมซิเตรต เปนCu2+/OH- มีสีน้ําเงิน) O O R C H + 2Cu2+ + 5OH- ∆ R C O- + 2Cu2O + 3H2O มอนอแซกคาไรต และ สารละลายเบเนดิกต ตะกอนสีแดงอิฐ ไดแซกคาไรตทั่วไป ยกเวนซูโครส 3. Polysaccaride : เชน แปง ไกลโคเจน เซลลูโลส เกิดการไฮโดรลิซิสได Monosaccharide ที่เปนกลูโคสจํานวนมาก ใหผลบวกกับการทดสอบดวยน้ําแปง ไดเปนสารประกอบเชิงซอนสีน้ําเงินวิทยาศาสตร เคมี (2) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 3. 2. กรดอะมิโนและโปรตีน พันธะเพปไทด คือ พันธะโคเวเลนตที่เกิดขึ้นระหวาง C อะตอมในหมูคารบอกซิลของกรดอะมิโนโมเลกุลหนึ่งยึดกับ N อะตอม ในหมูอะมิโน ( NH2) ของกรดอะมิโนอีกโมเลกุลหนึ่ง H R1 O H R2 O H R3 O ... H N C C OH H N C C OH H N C C OH ... (กรดอะมิโน) H H H nH2O H R1 O H R 2 O H R 3 O ... N C C N C C N C C ... (สารประกอบเพปไทด) H H H พันธะเพปไทด สารที่ประกอบดวยกรดอะมิโน 2 โมเลกุล เรียกวา ไดเพปไทด สารที่ประกอบดวยกรดอะมิโน 3 โมเลกุล เรียกวา ไตรเพปไทด สารที่ประกอบดวยกรดอะมิโนตั้งแต 100 โมเลกุลขึ้นไป เรียกวา พอลิเพปไทด และเรียกพอลิเพปไทดนี้วาโปรตีน เอนไซมและโปรตีนบางชนิดเมื่อไดรับความรอน หรือเปลี่ยนคา pH หรือเติมตัวทําลายอินทรียบางชนิด จะทําใหเปลี่ยนโครงสรางจับเปนกอนตกตะกอน (Denature) การทดสอบโปรตีนหรือสารที่มีพันธะเพปไทด 2 พันธะขึ้นไปสามารถทําไดโดยใชสารละลายไบยูเรต(สารละลายผสมระหวาง CuSO4 กับ NaOH) ซึ่งมีสีฟา ผลบวกที่ได คือ ตะกอนสีมวง/น้ําเงิน3. ไขมันและน้ํามัน ลิปด : ไดจากเนื้อเยื่อพืชและสัตว ละลายในตัวทําละลายอินทรีย เปนโมเลกุลโคเวเลนตไมมีขั้ว จึงไมละลายน้ํา เชน ไตรกลีเซอไรด (ไขมัน, น้ํามัน) Wax ฟอสฟอลิปด สเตอรอยด เปนตน กรดไขมัน : O C R OH ถาเปนหมูแอลคีลที่มีแตพันธะเดี่ยว กรดไขมันอิ่มตัว (สูตร CnH2n+1COOH) ถาเปนหมูแอลคีลที่มีพันธะคู กรดไขมันไมอิ่มตัว (สูตร CnHmCOOH, m < 2n + 1) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ____________________________________วิทยาศาสตร เคมี (3)
  • 4. กรดไขมันอิ่มตัวมีจุดเดือดและจุดเยือกแข็งสูงกวากรดไขมันไมอิ่มตัว ที่มีมวลโมเลกุลใกลเคียงกันเนื่องจากโมเลกุลของกรดไขมันอิ่มตัวเปนสายตรงทําใหสามารถจัดเรียงโมเลกุลไดเปนระเบียบ ดังนั้น ไขมันซึ่งเปนของแข็งและพบในสัตว ประกอบดวยกรดไขมันอิ่มตัวมากกวากรดไขมันไมอิ่มตัว สวนน้ํามันซึ่งเปนของเหลวและมักพบในพืชประกอบดวยกรดไขมันไมอิ่มตัวมากกวากรดไขมันอิ่มตัว ปฏิกิริยา 1. การเกิดกลิ่นเหม็นหืน เกิดจากปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสกับน้ําโดยมีจุลินทรียเปนตัวเรงปฏิกริยา หรือ ิปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอากาศทําใหไดสารประกอบอินทรียที่มีกลิ่นเหม็นหืน วิธีการปองกัน คือ การเก็บในที่ที่แหงหรือเติมสารกันเหม็นหืน (Antioxidiant) เชน วิตามิน E วิตามิน C สาร BHT 2. Saponification : H 2C OOCR H 2C OH HC OOCR + 3NaOH HC OH + 3RCOO-Na + H 2C OOCR H 2C OH (ไขมัน) (กลีเซอรอล) สบู สบู หมูคารบอกซิเลต (มีขั้ว) ผงซักฟอก หมูซลโฟเนต (มีขั้ว) ั R CO- Na + 2 R SO-Na + 3 หมูไฮโดรคารบอน (ไมมีขั้ว) หมูไฮโดรคารบอน (ไมมีขั้ว) จุลินทรียในน้ําสามารถยอยสลายเฉพาะสารประกอบซัลโฟเนตที่มีหมู R เปนหมูอัลคิลสายยาว 3. ไฮโดรจีเนชัน : การเตรียมเนยเทียม (Magarine) น้ํามน + H2/ตัวเรงปฏิกิริยา ไขมัน 4. แฮโลจีเนชัน : สังเกตการฟอกสีสารละลาย I2 ใชทดสอบปริมาณของกรดไขมันไมอิ่มตัววิทยาศาสตร เคมี (4) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 5. แบบทดฝกหัด1. พิจารณาผลการทดลองตอไปนี้ สาร การทดลอง ผลที่ได X ตมกับ HCl แลวทําใหเปนกลางดวย NaOH ตะกอนสีแดงอิฐ และเติมสารละลายเบเนดิกต Y เติมสารละลาย NaOH ตามดวย CuSO4 เปลี่ยนเปนสีน้ําเงินมวง Z ตมกับ HCl กลิ่นคลายน้ําสมสายชู X, Y และ Z นาจะเปนสารใด ตามลําดับ 1) ไขขาว น้ําตาลทราย เอทิลอะซีเตต 2) น้ําตาลทราย ไขขาว เอทิลอะซีเตต 3) ไขขาว เอทิลอะซีเตต น้ําตาลทราย 4) เอทิลอะซีเตต ไขขาว น้ําตาลทราย2. ถาไขมัน 92.1 g ทําปฏิกิริยาพอดีกับสารละลาย NaOH 12.0 g ไขมันนี้มีมวลโมเลกุลเทาใด 1) 461 2) 702 3) 307 4) 9213. ผงซักฟอกที่ดีควรมีลักษณะดังขอใด 1) มีสารทําใหเกิดฟอง ตกตะกอนกับ Ca2+ และ Mg2+ ยอยสลายงายดวยจุลินทรีย 2) มีสารลดความตึงของน้ํา มีสารทําใหเกิดฟอง มีสารฟอกจาง 3) มีเกลือที่เปนอาหารของพืชน้ํา มีสารทําใหเกิดฟอง ไมตกตะกอนกับ Ca2+ และ Mg2+ 4) ไมตกตะกอนกับ Ca2+ และ Mg2+ ยอยสลายงายดวยจุลินทรีย มีสารลดความตึงผิวของน้ํา4. พิจารณา ก, ข และ ค บนลูกศรของปฏิกิริยาตอไปนี้ โปรตีน ก กรดอะมิโน กลูโคส + ฟรักโทส ข ซูโครส + น้ํา ไขมันหรือน้ํามัน ค กรดไขมัน + กลีเซอรอล ขอใดกลาวถูกตอง ก ข ค 1) ปฏิกิริยาการรวมตัว ปฏิกิริยาไฮโดรลิซสิ ปฏิกริยาไฮโดรลิซิส ิ 2) ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส ปฏิกิริยาการรวมตัว ปฏิกริยาไฮโดรลิซิส ิ 3) ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส ปฏิกริยาการรวมตัว ิ 4) ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส ปฏิกิริยาการรวมตัว ปฏิกิรยาการรวมตัว ิ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ____________________________________วิทยาศาสตร เคมี (5)
  • 6. 5. องคประกอบของน้ํามันและไขมันจากแหลงตางๆ เปนดังนี้ (หนวยเปนรอยละโดยมวล) ไขมัน กรดไมริสติก กรดปาลมิติก กรดสเตียริก กรดโอเลอิก กรดไลโนเลอิก น้ํามันมะกอก 1 5 5 80 7 น้ํามันขาวโพด 1 10 4 35 46 น้ํามันถั่วเหลือง 1 6 2 20 50 น้ํามันหมู 1 25 15 50 6 น้ํามันมะพราว* 18 8 2 6 1 (*องคประกอบสวนที่เหลือ คือ กรดลอริก (50 เปอรเซ็นต)) ขอใดผิด 1) น้ํามันมะกอกมีองคประกอบสวนใหญเปนไขมันไมอิ่มตัว 2) น้ํามันขาวโพดเหม็นหืนไดยากกวาน้ํามันหมู เพราะมีวิตามิน E ปองกันการเหม็นหืนอยู 3) น้ํามันถั่วเหลืองมีจุดแข็งสูงกวาน้ํามันมะพราว 4) น้ํามันขาวโพดจะทําปฏิกิริยากับโบรมีนไดมากกวาน้ํามันมะกอกในน้ําหนักเทากัน6. สารในขอใดมีพันธะเพปไทดมากที่สุด O O O O 1) NH 2 C NH C NH C NH C NH 2 O O 2) NH 2 CH 2 C NH CH C NH CHCH 3 CH 3 CH 3 O O 3) NH 2 CH C NH CH 2 C NH 2 CH 3 O O O O 4) NH 2 CH C NH CH 2 C NH CH C NH CH 2 COH CH 3 CH 3วิทยาศาสตร เคมี (6) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 7. ปโตรเลียม เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพ (Fossil Fuel) หมายถึง เชื้อเพลิงที่ไดจากการหมักทับถมกันของสารอินทรียทั้งจากพืชและสัตวเปนระยะเวลายาวนาน ในภาวะที่มีอุณหภูมและความดันสูง และออกซิเจนจํากัด จนมีการ ิเปลี่ยนแปลงโครงสรางเปนเชื้อเพลิงที่นํามาใชใหเกิดพลังงานตางๆ เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพ มี 3 ประเภท ดังนี้ 1. ถานหิน 2. หินน้ํามัน 3. ปโตรเลียม1. ถานหิน (Coal) เปนหินตะกอนที่กําเนิดมาจากซากพืช ลักษณะแข็งแตเปราะ มีสน้ําตาลถึงดํา มีทั้งชนิดผิวมันและผิวดาน ีองคประกอบหลักในถานหิน คือ ธาตุคารบอน และธาตุอื่นๆ เชน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกํามะถัน การเกิดและประเภทของถานหิน ทําเชื้อเพลิง ผลิตกระแสไฟฟา ถลุงโลหะ ทําเชื้อเพลิง พลังงานสูง (นอย) ปริมาณคารบอนองคประกอบ (มาก) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ____________________________________วิทยาศาสตร เคมี (7)
  • 8. 2. หินน้ํามัน (Oil Shale) หินน้ํามันใชเปนแหลงพลังงานไดเชนเดียวกับถานหิน ผลิตภัณฑที่ไดประกอบดวยน้ํามันกาด น้ํามันตะเกียงพาราฟน น้ํามันเชื้อเพลิง น้ํามันหลอลื่น ไข แนฟทา และผลิตภัณฑที่เปนผลพลอยไดอื่นๆ เชน แอมโมเนียม-ซัลเฟต สวนประกอบของหินน้ํามัน มี 2 ประเภท ดังนี้ 1. สารประกอบอนินทรีย ไดแก กลุมแรซิลิเกต กลุมแรคารบอเนต แรซัลไฟด และแรฟอสเฟต 2. สารประกอบอินทรีย ประกอบดวยบิทูเมน และเคอโรเจน บิทูเมนละลายไดในเบนซีน เฮกเซน และตัวทําละลายอินทรียอื่นๆ จึงแยกออกจากหินน้ํามันไดงาย สวนเคอโรเจนไมละลายในตัวทําละลาย หินน้ํามันที่มีสารอินทรียละลายอยูในปริมาณสูงจัดเปนหินน้ํามันคุณภาพดี แตถามีสารอนินทรียปนอยูมาก จะเปนหินน้ํามันคุณภาพต่ํา3. ปโตรเลียม (Petroleum) น้ํามันดิบ มีลักษณะขนเหนียว จนถึงหนืดคลายยางมะตอย มีสีเหลือง เขียว น้ําตาลจนถึงดํา มีความหนาแนนสูง แกสธรรมชาติ (Natural Gas) มีองคประกอบหลัก คือ สารประกอบไฮโดรคารบอนที่มีคารบอนในโมเลกุล 1-5 อะตอม แกสธรรมชาติที่ใชในยานพาหนะที่เปนที่รูจักกันดี ไดแก - NGV (Natural Gas Vehicle) มีเทน, อีเทน - LPG (Liquid Petroleum Gas) โพรเพน, บิวเทนการสํารวจปโตรเลียม การสํารวจปโตรเลียมทําไดหลายวิธี และมีขั้นตอนตางๆ ดังนี้ 1. การสํารวจทางธรณีวิทยา (Geology) โดยทําแผนที่ภาพถายทางอากาศ 2. สํารวจทางธรณีวิทยาพื้นผิว โดยการเก็บตัวอยางหินไปศึกษา 3. การสํารวจทางธรณีฟสิกส (Geophysics) ไดแก การวัดความเขมสนามแมเหล็กโลก การวัดคาความโนมถวงของโลก และการวัดคาความไหวสะเทือน (Seismic Wave) 4. การเจาะสํารวจ จะบอกใหทราบถึงความยากงายของการขุดเจาะเพื่อนําปโตรเลียมมาใช และบอกใหทราบวาสิ่งที่กักเก็บอยูเปนแกสธรรมชาติหรือน้ํามันดิบ และมีปริมาณมากนอยเพียงใดวิทยาศาสตร เคมี (8) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 9. การกลั่นน้ํามันดิบ น้ํามันดับเปนของผสมของสารประกอบไฮโดรคารบอนหลายชนิด ทั้งแอลเคน ไซโคลแอลเคน น้ํา และสารประกอบอื่นๆ การกลั่นน้ํามันดิบจึงใชการกลั่นลําดับสวน ซึ่งมีข้นตอนดังนี้ ั ชวงอุณหภูมิ ประโยชน < 30°C ทําสารเคมี วัสดุสังเคราะห เชื้อเพลิงแกสหุงตม (LPG) C1-C4 ควบแนน ตัวทําละลาย แนฟทาเบา 30-110°C C5-C7 65-170°C น้ํามันเบนซิน แนฟทาหนัก C6-C12 170-250°C น้ํามันกาด เชื้อเพลิง เครื่องยนตไอพนและตะเกียง C10-C19 250-340°C น้ํามันดีเซล เชื้อเพลิง อุณหภูมิ 320-385°C เครื่องยนตดีเซล C14-C19 > 350°C น้ํามันหลอลื่น C19-C35 น้ํามันดิบ > 500°C ไข น้ํามันเตา และยางมะตอย C > C35 การปรับปรุงคุณภาพน้ํามัน 1. กระบวนการแตกสลาย (Cracking Process) เปนกระบวนการทําใหสารประกอบไฮโดรคารบอนโมเลกุลใหญแตกออกเปนโมเลกุลเล็กลง โดยใชความรอนสูงประมาณ 500°C และมีตัวเรงปฏิกิริยาที่เหมาะสม ตัวเรงปฏิกิริยา C10H20 500°C C8H16 + C2H6 2. กระบวนการรีฟอรมมิง (Reforming Process) เปนกระบวนการเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคารบอนโซตรงใหเปนไอโซเมอรแบบโซกิ่ง หรือการเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคารบอนแบบวงใหเปนสารอะโรมาติก โดยใชความรอนสูงและมีตัวเรงปฏิกิริยา CH 3 ตัวเรงปฏิกิริยา CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH 3 CH CH CH 3 ความรอน CH 3 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ____________________________________วิทยาศาสตร เคมี (9)
  • 10. 3. กระบวนการแอลคิเลชัน (Alkylation Process) เปนกระบวนการรวมสารประกอบแอลเคนและแอลคีนโซกิ่งที่มีมวลโมเลกุลต่ํา เกิดเปนโมเลกุลสารประกอบแอลเคนที่มีโครงสรางเปนแบบโซกิ่งที่มีโมเลกุลใหญขึ้น CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 H 2 SO 4 CH 3 C CH 2 + CH 3 CH CH 3 CH 3 CH CH 2 C CH 3 CH 3 2, 2, 4-ไตรเมทิล-เพนเทน (ไอโซออกเทน) 4. กระบวนการโอลิโกเมอไรเซชัน (Oligomerization Process) เปนกระบวนการรวมสารประกอบแอลคีนโมเลกุลเล็กเขาดวยกัน โดยใชความรอนหรือตัวเรงปฏิกิริยา เกิดเปนสารประกอบไฮโดรคารบอนที่มีจํานวนอะตอมคารบอนเพิ่มขึ้น และมีพันธะคูเหลืออยูในผลิตภัณฑ CH 3 CH 3 CH 3 ตัวเรงปฏิกิริยา CH3 CH CH2 + CH3 CH CH CH CH3 CH3 CH CH2 CH CH CH CH3 โพรพีน 4-เมทิล-2-เพนทีน 4, 6-ไดเมทิล-2-เฮปทีนเลขออกเทน (Octane Number) การกําหนดคุณภาพน้ํามันเบนซินกําหนดเปนเลขออกเทน ใชไอโซเมอรของออกเทนที่มีช่อสามัญวา ืไอโซออกเทน (iso-octane) เปนเชื้อเพลิงที่เหมาะกับเครื่องยนตท่ใชน้ํามันเบนซิน เพราะชวยปองกันการชิง ีจุดระเบิด ทําใหเครื่องยนตเดินเรียบ สารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไมเหมาะเปนเชื้อเพลิง คือ เฮปเทน ชนิดโซตรงเพราะทําใหเครื่องยนตเกิดการชิงจุดระเบิดไดงาย CH 3 CH 3 CH 3 C CH 2 CH CH 3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH 3 2, 2, 4-ไตรเมทิล-เพนทีน เฮปเทนโซตรง ไอโซออกเทน (เลขออกเทน 100) เลขออกเทน 0 กําหนดเลขออกเทนดังนี้ น้ํามันเบนซินที่มีสมบัติในการเผาไหมเหมือนกับไอโซออกเทน มีเลขออกเทน 100 น้ํามันเบนซินที่มีสมบัติในการเผาไหมเหมือนกับเฮปเทน มีเลขออกเทน 0 ดังนั้น น้ํามันเบนซินที่มีเลขออกเทน 95 จะ “มีสมบัติในการเผาไหมเชนเดียวกับ” เชื้อเพลิงที่เกิดจากการผสมไอโซออกเทนรอยละ 95 และเฮปเทนรอยละ 5 โดยมวลวิทยาศาสตร เคมี (10) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 11. สารเพิ่มคาออกเทน การเพิ่มคาออกเทนในอดีดทําโดยการเติมสารบางชนิดลงไปในน้ํามัน เชน เตตระเมทิลเลด หรือเตตระ-เอทิลเลด แตสารทั้งสองชนิดเมื่อเกิดการเผาไหมจะเกิดไอของสารประกอบของตะกั่วสูบรรยากาศ ในป พ.ศ.2539 ไดเปลี่ยนมาใชเคมีอื่น เชน เมทิลเทอรเทียรีบิวทิลอีเทอร (MTBE) เอทานอล หรือเมทานอล และเรียกน้ํามันเบนซินชนิดนี้วา น้ํามันไรสารตะกั่ว (ULG : Unlead Gasoline) CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 H 3C CH 3 Pb Pb CH 3 C O CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 H 3C CH 3 CH 3 เตตระเอทิลเลด เตตระเมทิลเลด เมทิลเทอรเทียรีบิวทิลอีเทอร (MTBE)เลขซีเทน (Cetane Number) การกําหนดคุณภาพของน้ํามันดีเซล (Diesel) ที่ใชกับเครื่องยนตดีเซลใชเลขซีเทน โดยกําหนดใหซเทน ี(C16H34) มีเลขซีเทน 100 และแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน (C11H10) มีเลขซีเทน 0 ซึ่งการแปลความหมายของเลขซีเทนเปนดังนี้ น้ํามันดีเซลที่มีสมบัติในการเผาไหมเหมือนกับซีเทน มีเลขซีเทน 100 น้ํามันดีเซลที่มีสมบัติในการเผาไหมเหมือนกับแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน มีเลขซีเทน 0 CH 3 CH3 (CH2)14 CH3 ซีเทน (เลขซีเทน 100) แอลฟาเมทิลแนฟทาลีน (เลขซีเทน 0)ดีโซฮอล (Diesohol) เปนน้ํามันเชื้อเพลิงที่ไดจากการผสมน้ํามันดีเซลกับเอทานอลชนิดที่มีความบริสุทธิ์ 99.5% ขึ้นไป แตถาใชเอทานอลชนิดที่มีความบริสุทธิ์ 95% จะตองผสมสารเคมีประเภทอิมัลซิฟายเออรลงไปดวย เพื่อทําใหเอทานอลกับน้ํามันดีเซลผสมเขากันโดยไมแยกชั้น โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (11)
  • 12. ไบโอดีเซล (Biodiesel) ในความหมายสากลเปนเอสเทอรที่ผลิตจากน้ํามันพืชหรือน้ํามันสัตวโดยผานกระบวนการทางเคมีที่เรียกวาTransesterification คือ การนําน้ํามันพืชหรือน้ํามันสัตวไปทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอลโดยมีกรดหรือเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยา จะไดเอสเทอรกับกลีเซอรอลเปนผลพลอยได ไบโอดีเซลที่ไดมีช่ือเรียกตามชนิดของแอลกอฮอลถาเปนเมทิลแอลกอฮอลจะเรียกวา เมทิลเอสเทอร ถาเปนเอทิลแอลกอฮอล จะเรียกวา เอทิลเอสเทอร O CH 2 O C R CH 2 OH O O CH O C R + 3CH 3 OH 3R C O CH 3 + CH OH O CH 2 O C R CH 2 OH ไตรกลีเซอไรด เมทานอล เมทิลเอสเทอร กลีเซอรอลแกสธรรมชาติและแกสปโตรเลียมเหลว แกสธรรมชาติและแกสปโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas : LPG) เปนแกสที่ไมมีกลิ่น จึงมีการเติมสารเมอรแคปแทน (Mercaptan) เชน เมทิลเมอรแคปแทน (CH3 SH) หรือเอทิลเมอรแคปแทน(C2H5 SH) ซึ่งมีกลิ่นเหม็นเพื่อชวยเตือนใหทราบเมื่อมีแกสรั่ว ประเทศไทยมีโรงแยกแกส ที่ตําบลมาบตาพุด จังหวัดระยอง และที่อําเภอขนอม จังหวัดนครศรีธรรมราชแกสที่แยกไดเปนแกสหุงตม (โพรเพน + บิวเทน) สวนมีเทนจะสงไปตามทอไปยังโรงไฟฟา และโรงงานตางๆ เพื่อใชเปนเชื้อเพลิง และใชในการผลิตปุยเคมี สวนอีเทนและโพรเพนใชเปนสารตั้งตนในอุตสาหกรรมผลิตพลาสติกและเสนใย สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds) ในปโตรเลียมและแกสธรรมชาติ สารประกอบไฮโดรคารบอนเปนสารที่มี C และ H เปนองคประกอบ เชนCH4, C2H6, C2H4 แตโดยทั่วไปสารประกอบไฮโดรคารบอนอาจมี O, N, S, F, Cl, Br, I ฯลฯ เปนองคประกอบรวม สมบัติของสารประกอบไฮโดรคารบอน ไมละลายน้ํา ยกเวน Alcohol และ Acid ที่จํานวน C ≤ 4 ความหนาแนนนอยกวาน้ํา เกิดปฏิกิริยาเผาไหมกับแกสออกซิเจน (หรือ ติดไฟได) ไดผลิตภัณฑเปนแกสคารบอนไดออกไซดและไอน้ําสําหรับสารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดอิ่มตัว (สูตรโมเลกุล คือ CnH2n+2) การเผาไหมจะเกิดอยางสมบูรณและไมเกิดเขมาถามีออกซิเจนเพียงพอ เชน 2 C6H14(g) + 19 O2(g) 12 CO2(g) + 14 H2O(g)วิทยาศาสตร เคมี (12) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 13. สารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไมอิ่มตัวหรือที่มพันธะคูหรือพันธะสามระหวางอะตอมคารบอน (มีจํานวน H ีนอยกวา 2n+2) จะตองใชพลังงานมากเพื่อสลายพันธะเดิมกอนสรางพันธะใหมกับแกสออกซิเจนเกิดเปน CO2ถาพลังงานที่ใชในการเผาไหมไมเพียงพอที่จะสลายพันธะคูหรือพันธะสามไดอยางสมบูรณ จะทําใหมีคารบอนที่ยังไมเกิดปฏิกิริยาเหลืออยูในรูปของเขมา สรุปปฏิกิริยา ปฏิกิริยา สาร ฟอกจางสี Br2 ฟอกจางสี Br2 ฟอกจางสี KMnO4 เขมา (ติดไฟ) ที่สวาง ที่มืด Alkane (CnH2n+2) ไมมีเขมา Alkene (CnH2n) เขมา Alkyne (CnH2n-2) เขมามาก Aromatic เขมามากๆๆๆ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (13)
  • 14. แบบทดฝกหัด7. สําหรับผลิตภัณฑที่ไดจากการกลั่นลําดับสวนน้ํามันปโตรเลียม เมื่อเรียงลําดับจุดเดือดจากต่ําไปสูงขอใดถูก 1) แกสหุงตม น้ํามันเบนซิน น้ํามันดีเซล น้ํามันกาด 2) แกสหุงตม น้ํามันเบนซิน น้ํามันกาด น้ํามันดีเซล 3) แกสหุงตม น้ํามันกาด น้ํามันดีเซล น้ํามันเบนซิน 4) น้ํามันดีเซล น้ํามันกาด น้ํามันเบนซิน แกสหุงตม8. ขอความใดไมถูกตองเกี่ยวกับน้ํามันที่มีเลขออกเทน 95 1) ไดจากการปรับปรุงน้ํามันที่มีเลขออกเทนต่ําโดยการเติมสารเพิ่มเลขออกเทน เชน MTBE 2) ทําใหเครื่องยนตเดินเรียบกวาน้ํามันที่มีเลขออกเทน 91 3) ประกอบดวยไอโซออกเทน 95 สวน และเฮปเทน 5 สวนโดยมวล 4) ใชไดกับเครื่องยนตแบบแกสโซลีน9. นักเรียนคนหนึ่งนําน้ํามัน 3 ชนิด ที่มีเลขออกเทนตางๆ มาผสมกันตามจํานวนดังนี้ น้ํามัน เลขออกเทน จํานวน (ลิตร) X 100 10 Y 90 15 Z 80 20 น้ํามันผสมที่ไดมีเลขออกเทนเทาใด 1) 83 2) 87 3) 91 4) 9510. กระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ํามันกระบวนการใดที่ไมมีการเปลี่ยนแปลงจํานวนคารบอนในโมเลกุลของ สารประกอบไฮโดรคารบอน 1) แอลคิลเลชัน 2) รีฟอรมมิง 3) โอลิโอเมอไรเซชัน 4) แตกสลายวิทยาศาสตร เคมี (14) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 15. พอลิเมอร (Polymer) พอลิเมอร เปนสารที่มีมวลโมเลกุลสูง เกิดจากโมเลกุลพื้นฐานที่เรียกวา มอนอเมอร (Monomer) จํานวนมากเชื่อมตอกันดวยพันธะโคเวเลนต ประเภทของพอลิเมอร 1. แบงตามการเกิด พอลิเมอรธรรมชาติ เชน โปรตีน แปง เซลลูโลส ยางธรรมชาติ พอลิเมอรสังเคราะห เชน พลาสติก ไนลอน ดาครอน และลูไซต 2. แบงตามโครงสราง พอลิเมอรแบบเสน : เกิดจากมอนอเมอรสรางพันธะตอกันเปน สายยาว โซพอลิเมอรเรียงชิดกันมากกวาโครงสรางแบบอื่นๆ จึงมีความหนาแนน และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุนเหนียวกวาโครงสรางอื่นๆ เชน PVC, PS, PE, PP เปนตน พอลิเมอรแบบกิ่ง : เกิดจากการมีการแตกกิ่งกานสาขาจากโซหลัก ซึ่งทําใหโซพอลิเมอรไมสามารถจัดเรียงใหชิดกันไดมาก จึงมี ความหนาแนนและจุดหลอมเหลวต่ํา ยืดหยุนได ความเหนียวต่ํา โครงสรางเปลี่ยนรูปไดงายเมื่ออุณหภูมเพิ่มขึ้น เชน พอลิเอทิลีน ิ ชนิดความหนาแนนต่ํา ไกลโคเจน เปนตน พอลิเมอรแบบรางแห : เกิดจากมอนอเมอรตอเชื่อมกันเปน รางแห พอลิเมอรชนิดนี้มีความแข็งแกรง และเปราะหักงาย พอลิเมอรแบบรางแหมีจุดหลอมเหลวสูง เมื่อขึ้นรูปแลวไม สามารถหลอมหรือเปลี่ยนรูปรางได เชน เบกาไลต เมลามีนใช ทําถวยชาม เปนตน 3. แบงตามปฏิกิริยาการเกิด ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแนน (Condensation Polymerization Reaction) : เกิดจากมอนอเมอรที่มีหมูฟงกชันมากกวา 1 หมู ทําปฏิกิริยากันเกิดเปนพอลิเมอร และไดสารโมเลกุลขนาดเล็กเปนผลพลอยได เชน น้ํา แกสไฮโดรเจนคลอไรด แอมโมเนีย หรือเอทานอล เชน ปฏิกิริยาระหวางกรดอะดิปกกับเฮกซะเมทิลีนไดเอมีน ไดพอลิเมอรที่มีชื่อสามัญวา ไนลอน 6, 6 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (15)
  • 16. O O nH 2 N (CH 2 ) 6 NH 2 + nHO C (CH 2 ) 4 C OH เฮกซะเมทิลีนไดเอมีน กรดอะดิปก O O    NH (CH 2 ) 6 NH C (CH 2 ) 4 C  + 2nH 2O  n ไนลอน 6, 6 หรือ หมูเอไมด O O     NH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C  + 2nH 2O n 6C จาก 6C จาก เฮกซะเมทิลนไดเอมีน ี กรดอะดิปก ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบเติม (Addition Polymerization Reaction) : เกิดจากโมเลกุลของมอนอเมอรที่มีพันธะคูระหวางคารบอนอะตอม เชน เอทิลีน โพรพิลีน ไวนิลคลอไรด และสไตรีน ทําปฏิกิริยาตอกันตรงบริเวณพันธะคูไดผลิตภัณฑเปนพอลิเมอรโดยไมมีสารโมเลกุลเล็กเกิดขึ้น เชน ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของไวนิลคลอไรดเปนพอลิไวนิลคลอไรด ดังนี้  H Cl    H 2C CHCl   C C     H H n ไวนิลคลอไรด พอลิไวนิลคลอไรด 4. แบงตามชนิดของมอนอเมอรองคประกอบ โฮโมพอลิเมอร (Homopolymer) : เกิดจากมอนอเมอรชนิดเดียวกัน เชน พอลิไวนิลคลอไรด(ดังตัวอยางขางตน) แปง เซลลูโลส เปนตน โคพอลิเมอรหรือพอลิเมอรรวม (Copolymer) : เกิดจากมอนอเมอรตางชนิดกัน เชน ไนลอน 6, 6(ดังตัวอยางขางตน) โปรตีนซึ่งเกิดจากกรดอะมิโนหลายชนิด พอลิเอสเทอร เปนตนวิทยาศาสตร เคมี (16) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 17. 5. แบงตามลักษณะทางกายภาพ พลาสติก : แบงไดเปน 2 ประเภท เมื่อใชการเปลี่ยนแปลงของพลาสติกเมื่อไดรับความรอนเปนเกณฑ ดังนี้ - เทอรมอพลาสติก (Thermoplastic) เปนพลาสติกที่ออนตัวเมื่อไดรับความรอน และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว ถาใหความรอนอีกก็จะออนตัว และสามารถทําใหกลับเปนรูปรางเดิมหรือเปลี่ยนรูปรางได โดยสมบัติของพลาสติกไมเปลี่ยนแปลงจึงสามารถนํากลับมาใชใหมได พอลิเมอรแบบนี้มีโครงสรางแบบเสนหรือโซกิ่ง มีการเชื่อมตอระหวางโซพอลิเมอรนอยมาก เชน พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอสไตรีน เปนตน - เทอรมอเซ็ตติงพลาสติก (Thermosetting Plastic) เปนพลาสติกที่ขึ้นรูปดวยการผานความรอน หรือแรงดันแลวจะไมสามารถนํากลับมาขึ้นรูปใหมไดอีก เพราะมีการเชื่อมตอระหวางโซโมเลกุลแบบรางแห สามารถทนความรอนไดสูง แตถาทําใหมีอุณหภูมิสงมาก ูจะแตกและไหมเปนเถา เชน พอลิฟนอลฟอรมาลดีไฮด พอลิเมลามีนฟอรมาลดีไฮด และพอลิยูรีเทน เปนตน เสนใย : มีโครงสรางโมเลกุลเหมาะสมตอการรีดและการปนเปนเสนดาย ซึ่งมีทั้งในธรรมชาติและที่สังเคราะหขึ้นมา - เสนใยธรรมชาติ (Natural Fiber) ไดแก เซลลูโลส ซึ่งไดจากสวนตางๆ ของพืช ไดแก เสนใยหุมเมล็ดฝาย นุน ใยมะพราว เสนใยจากเปลือกไม เชน ลินิน ปอ กัญชา เสนใยจากใบ เชน สับปะรด ศรนารายณ สวนเสนใยที่ไดจากสัตวเปนเสนใยโปรตีน เชน ขนแกะ ขนแพะ และเสนใยจากรังไหม เสนใยเหลานี้มีสมบัติทั่วไปคลายโปรตีนอื่นๆ คือ เมื่อเปยกน้ําจะมีความเหนียวและความแข็งแรงลดลง ถาถูกแสงแดดเปนเวลานานจะสลายตัวหรือกรอบ - เสนใยกึ่งสังเคราะห (Semi-Synthetic Fiber) เปนเสนใยที่สังเคราะหมาจากเซลลูโลส เพื่อปรับปรุงคุณภาพของเสนใยใหเหมาะสมกับการใชงานมากขึ้น เชน เซลลูโลสอะซิเตต เรยอน เซลลูโลสซานเทต - เสนใยสังเคราะห (Synthetic Fiber) เปนเสนใยที่ไดจากพอลิเมอรสังเคราะห เสนใยสังเคราะหบางชนิดมีสมบัติดีกวาเสนใยธรรมชาติเชน มีความทนทานตอจุลินทรีย เชื้อรา แบคทีเรีย ไมยับงาย ไมดูดน้ํา ทนทานตอสารเคมี ซักงาย แหงเร็วตัวอยางเสนใยที่นํามาใชประโยชนอยางแพรหลาย เชน ไนลอน และโอรอน (พอลิอะคริโลไนไตรด) ยาง : - ยางธรรมชาติ ถูกนํามาใชในการผลิตสิ่งของหลายชนิด เชน ถุงมือแพทย กระเปาน้ํารอน ยางยืด ถุงยางอนามัยเบาหลอตุกตา ฟองน้ําสําหรับทําที่นอนและหมอน เปนตน โครงสรางทางเคมีของเนื้อยางธรรมชาติประกอบดวยมอนอเมอรไอโซพรีน (Isoprene) ที่เชื่อมตอกันอยูในชวง 1500 ถึง 15000 หนวย มีสูตรดังนี้ CH 2 CH 2 C C H 3C H n ยางพารา (ซิส-พอลิไอโซพรีน) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (17)
  • 18. สูตรเคมีของไอโซพรีน คือ C5H8 มีสูตรโครงสรางดังนี้ H 2C CH 2 C C H 3C H ไอโซพรีน นอกจากยางพาราแลวยังมีพืชบางชนิดที่ใหน้ํายางได เชน ตนยางกัตตา ตนยางพาราทา และตนยางชิคเคิล ซึ่งเคยใชทําสวนผสมในหมากฝรั่ง ยางจากพืชทั้ง 3 ชนิดนี้เปนพอลิไอโซพรีนเชนเดียวกับยางพาราแตมีโครงสรางตางกันดังนี้ H 3C CH 2 C C CH 2 H n ยางกัตตา (ทราน-พอลิไอโซพรีน) วัลคาไนเซชัน เปนกระบวนการปรับปรุงคุณภาพยาง โดยใหยางทําปฏิกิริยากับกํามะถันในปริมาณเหมาะสม ที่อุณหภูมิสูงกวาจุดหลอมเหลวของกํามะถัน ทําใหเกิดพันธะโคเวเลนตของกํามะถันเชื่อมตอระหวางโซพอลิไอโซพรีนในบางตําแหนง ซึ่งทําใหยางมีสภาพคงตัวภายใตแรงกระทํา ทนตอความรอน แสง และละลายในตัวทําละลายยากขึ้น ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเปนดังนี้  CH 3  CH 3    CH 2 CH C CH 2 CH 2 CH C CH   n + S8 S + (8 - x)H 2 S   CH 2 CH C CH  2 CH 2 CH C CH    CH 3 n CH 3 n กอนวัลคาไนเซชัน หลังวัลคาไนเซชัน - x = จํานวนอะตอมของ S ซึ่งจะเปนเทาใดก็ได - สมการไมไดดุล เนื่องจากพันธะซัลไฟดเกิดแบบสุม การเติมซิลิกา ซิลิเกต และผงถาน ยังชวยเพิ่มความแข็งแกรงใหยางที่นําไปใชผลิตยางของยานยนต โดยเฉพาะอยางยิ่งผงถานจะชวยปองกันการสึกกรอนและถูกทําลายดวยแสงแดดไดดี - ยางสังเคราะห เชน พอลิบิวทาไดอีน มีสูตรโครงสรางพอลิเมอร คือ ( CH2 CH CH CH2 )n ภาวะที่เหมาะสม nCH2 CH CH2 ( CH2 CH CH CH2 )n Butadiene Polybutadieneวิทยาศาสตร เคมี (18) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 19. พอลิคลอโรพรีนซึ่งเปนพอลิเมอรมชื่อทางการคาวา นีโอพรีน มีสูตรโครงสราง คือ ี   CH 2 C CH CH 2     Cl n นีโอพรีน ยางเอสบีอารหรือยางสไตรีน-บิวทาไดอีน เปนโคพอลิเมอรที่ไดจากปฏิกิริยาระหวาง สไตรีนกับบิวทาไดอีน ถามีสไตรีนมากเรียกวาพลาสติกสไตรีน-บิวทาไดอีน ถามีบิวทาไดอีน มากเรียกวายางสไตรีน-บิวทาไดอีนใชเปนสวนผสมในการผลิตยางรถยนต มีสมบัตทนทานตอการขัดถู และเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนไดยากกวา ิยางธรรมชาติ แตมีความยืดหยุนนอย ภาวะที่เหมาะสมnCH2 CH CH CH2 + n CH CH2 ( CH2 CH CH CH2 CH CH2 )n แบบทดฝกหัด11. ขอใดที่มีขอมูลสอดคลองตามลําดับหัวขอตอไปนี้ เสนใยธรรมชาติ เสนใยสังเคราะห ยางพารา เทอรมอพลาสติก 1) ขนแกะ พอลิเอไมด ยางพอลิบิวทาไดอีน พอลิยูรีเทน 2) ปอ พอลิเอสเทอร ยางพอลิไอโซพรีน พอลิเอทิลีน 3) ใยสับปะรด ไนลอน ยางพอลิคลอโรพรีน เมลามีน 4) เสนใยไหม เรยอน ยางสไตรีน-บิวทาไดอีน พอลิสไตรีน12. A เปนมอนอเมอรที่ใชเตรียมยางสังเคราะห ซึ่งไมคอยทนไฟและสลายตัวงาย เมื่อปรับปรุง A ใหมจะได มอนอเมอร B ซึ่งใชเตรียมยางสังเคราะหที่ทนไฟ ทนตอน้ํามัน และสลายตัวยาก B อาจเปนสารในขอใด 1) H3C CH CH CH3 2) H 2C CH CH CH 3 CH 3 3) H2C CH CH CH2 4) H 2C CH C CH 2 Cl โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (19)
  • 20. 13. พอลิเมอรในตารางขางลางนี้ ไดจากมอนอเมอรตางๆ และแสดงการนําไปใชเปนผลิตภัณฑสําเร็จรูป พอลิเมอร มอนอเมอร สูตรมอนอเมอร ผลิตภัณฑ ก. ยางพารา ไอโซพรีน H 2C CH C CH 2 ยางรถ ฟองน้ํา Cl ข. พีวีซี ไวนิลคลอไรด CH CH 2 สายยาง ทอน้ํา Cl ค. ใยไหม กรดอะมิโน RCH(NH2)COOH ผา ดาย ง. พอลิโพรพิลีน โพรพิลีน CH2 CHCH3 ขวด กระสอบ ขอมูลในขอใดถูกตอง 1) ก., ข. และ ค. 2) ก., ค. และ ง. 3) ข., ค. และ ง. 4) ก., ข. และ ง.14. พิจารณาขอความตอไปนี้ ก. การใหความรอนกับเอทิลีน โดยมีตัวเรงปฏิกิริยา ข. การหยดสารละลายกรดซัลฟวริกลงไปในสารผสมของยูเรียกับฟอรมาลดีไฮด ค. การเติมกํามะถันลงไปในน้ํายาง ง. การเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซดลงในน้ําแปง ขอใดเปนการทําใหเกิดพอลิเมอร 1) ก. และ ข. 2) ก. และ ง. 3) ข., ค. และ ง. 4) ก., ค. และ ง.15. พิจารณาขอมูลตอไปนี้ ก. พอลิเอทิลีนเปนเทอรมอเซตที่โมเลกุลมีการเชื่อมโยงเปนรางแห ไมสามารถนํามาหลอมใหมได ข. ภาชนะเมลามีนสามารถนํามารีไซเคิลหรือหลอมใชใหมได เพื่อลดมลภาวะ ค. พลาสติกที่มีโครงสรางโมเลกุลเปนโซตรงจะออนตัวเมื่อไดรับความรอน และแข็งตัวเมื่อลดอุณหภูมิลง เรียกวา เทอรมอพลาสติก ง. เทฟลอนที่ใชเคลือบภาชนะหุงตมนั้นเปนเทอรมอเซต เนื่องจากทนความรอนดีมาก และไมหลอมเหลว ขอใดผิด 1) ก. และ ข. 2) ก., ข. และ ง. 3) ก., ค. และ ง. 4) ก., ข., ค. และ ง.วิทยาศาสตร เคมี (20) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 21. ปฏิกิริยาเคมี การเกิดปฏิกิริยาสามารถเขียนแทนดวยสมการเคมีดังตอไปนี้ R1(s) + R2(l) P1(g) + P2(aq) สสาร R สารตั้งตน P ผลิตภัณฑ สถานะ (s) = solid ของแข็ง (l) = liquid ของเหลว (g) = gas แกส (aq) = aqueous สารละลายที่มีน้ําเปนตัวทําละลาย สภาวะของปฏิกิริยา ∆ เผาดวยเปลวไฟ X °C ควบคุมอุณหภูมิที่ X °C X mm(Hg) ควบคุมความดันที่ X มิลลิเมตรของปรอท UV ทําปฏิกิริยาภายใตแสง UV ))) กระตุนดวยคลื่นเสียงความถี่สูง X (cat) ใช X เปนตัวเรงปฏิกิริยา และเมื่อพิจารณาถึงการเปลี่ยนแปลงเชิงพลังงานในปฏิกิริยา จะสามารถจําแนกปฏิกิริยาไดเปน 2 ประเภทดังนี้ 1. ปฏิกิริยาดูดความรอน (Endothermic Reaction) - ตองการความรอนในการเกิดปฏิกิริยา : A + B + ความรอน → C + D - เมื่อทําปฏิกิริยาที่อุณหภูมิหอง ภาชนะที่ทาปฏิกิริยาจะเย็นลง ํ 2. ปฏิกิริยาคายความรอน (Exothermic Reacton) - ใหความรอนหลังจากปฏิกิริยา : A + B → C + D + พลังงาน - เมื่อทําปฏิกิริยาที่อุณหภูมิหอง ภาชนะที่ทาปฏิกิริยาจะรอนขึ้น ํทฤษฎีการชน ( Collision Theory ) การเกิดปฏิกิริยานั้น เปนผลมาจากการชนกันของโมเลกุลที่มีพลังงานมากพอ และมีทิศทางการชนที่ถูกตองซึ่งเมื่อมีองคประกอบดังนี้แลว อะตอมก็จะเกิดการเรียงตัวกันใหม มีการสลายพันธะเดิม และสรางพันธะใหมขึ้นมาแทนที่ โดยโมเลกุลที่จะเกิดปฏิกิริยาได ตองมีพลังงานอยางนอยคาหนึ่งซึ่งจะมากพอที่จะทําใหพันธะเกิดการสลายและสรางใหมได เรียกพลังงานนี้วา พลังงานกระตุน หรือพลังงานกอกัมมันต (Activation Energy) และยังจะตองชนกันไดอยางถูกทิศทางดวย เรียกวา การชนกันอยางมีประสิทธิภาพ (Effective Collision) ดังรูปที่เปรียบเทียบใหดูตอไปนี้ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (21)
  • 22. รูปแสดงการชนที่ถูกทิศทาง รูปแสดงการชนที่ทิศทางไมเหมาะสม ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดไดเร็วหรือชา จึงตองขึ้นอยูกับพลังงานของโมเลกุลและจํานวนครั้งของการชนที่เปนการชนอยางมีประสิทธิภาพ ถาพลังงานของโมเลกุลมีคาสูง และจํานวนครั้งของการชนที่มีประสิทธิภาพตอ 1หนวยเวลาสูงขึ้น ปฏิกิริยาก็ยอมจะเกิดไดเร็วขึ้นเสมอ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปจจัยที่มีอิทธิพลตออัตราเร็วในการเกิดปฏิกิรยา ิ 1. ปจจัยดานพลังงาน อุณหภูมิถาอุณหภูมิสูงพลังงานของโมเลกุลจะสูงไปดวย ทําใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น 2. ปจจัยดานจํานวนการชนอยางมีประสิทธิภาพ 2.1 ความเขมขน สารละลายความเขมขนสูง ทําใหโอกาสการชนกันของโมเลกุลเพิ่มสูงขึ้น 2.2 ความดัน แกสความดันสูงมีผลเชนเดียวกับความเขมขน เพราะ P = c(RT) 2.3 พื้นที่ผิว ของแข็งพื้นที่ผิวมากจะมีโอกาสการชนไดมากขึ้นตามไปดวย 2.4 การคน ทําใหสารตั้งตนลอยเขามาชนกันไดเร็วขึ้นกวาการแพรของสารดวยตัวเอง 3. ปจจัยอื่นๆ 3.1 ตัวเรงปฏิกิริยา เรงใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น ซึ่งมีกลไกการเรงปฏิกิริยาแตกตางกันไป 3.2 ตัวหนวงปฏิกิริยา หนวงใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น ซึ่งมีกลไกการหนวงปฏิกิริยาแตกตางกันไป 3.3 ธรรมชาติของปฏิกิริยานั้นๆ เอง ซึ่งบางปฏิกิริยาเกิดไดเร็ว บางปฏิกิริยาเกิดไดชา การคํานวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สําหรับปฏิกิริยา aA + bB cC + dD อัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาเคมีก็คือ การคํานวณหาอัตราเร็วในการลดลงของสารตั้งตน หรืออัตราเร็วในการเพิ่มขึ้นของผลิตภัณฑ แตดวยสัมประสิทธิ์ที่แตกตางกัน จึงทําใหอัตราเร็วของการเกิดผลิตภัณฑแตละชนิดและอัตราเร็วในการลดลงของสารตั้งตนแตละชนิดไมเทากัน จึงคํานวณคาอัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาไดวา อัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี = - 1 ∆[A] = - 1 ∆[B] = 1 ∆[C] = d ∆[D] ิ a ∆t b ∆t c ∆t 1 ∆tวิทยาศาสตร เคมี (22) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 23. แบบทดฝกหัดพิจารณาขอมูลนี้ แลวตอบคําถามขอ 16-18 ปฏิกิริยา 2H2O2(aq) + B(s) 2H2O(l) + O2(g) + B(s) การทดลอง ความเขมขนเมื่อเริ่มตน / mol ⋅ dm-3 อัตราการเกิด O2 H2O2 B mol ⋅ dm-3 ⋅ s-1 1 2 × 10-3 1 × 10-3 0.24 × 10-3 2 4 × 10-3 1 × 10-3 0.48 × 10-3 3 2 × 10-3 0 1.00 × 10-616. ขอมูลจากการทดลองทําใหสรุปไดวาอัตราการเกิดปฏิกิริยาขางตนขึ้นอยูกับความเขมขนของสารดังขอใด  1) ความเขมขนของ H2O2 เทานั้น 2) ความเขมขนของ H2O2 และ B 3) ความเขมขนของ O2 ที่เกิดขึ้น 4) ไมสามารถสรุปไดจากขอมูลที่มอยู ี17. อัตราการสลายตัวของ H2O2 ในการทดลองที่ 1 เปนเทาใด 1) 0.12 × 10-3 mol ⋅ dm-3 ⋅ s-1 2) 0.48 × 10-3 mol ⋅ dm-3 ⋅ s-1 3) 0.24 × 10-3 mol ⋅ dm-3 ⋅ s-1 4) 0.96 × 10-3 mol ⋅ dm-3 ⋅ s-118. ขอสรุปใดถูกตองเกี่ยวกับสาร B 1) อัตราการเกิด O2 แปรผันโดยตรงกับความเขมขนของสาร B 2) ปฏิกิริยาไมสามารถดําเนินไดอยางสมบูรณถาไมมีสาร B  3) สาร B ทําใหปฏิกิริยาสามารถเกิดผานขั้นตอนที่มีพลังงานกระตุนที่ตําลง ่ 4) หนาที่ของสาร B คือทําใหโมเลกุล H2O2 มีการชนกันมากขึ้น โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (23)
  • 24. 19. พิจารณาปฏิกิริยาระหวางยูเรียในน้ําตอไปนี้ NH2C(O)NH2(aq) + H2O(l) 2NH3(g) + 2CO2(g) เมื่อปฏิกิรยามีการเปลี่ยนตัวแปรดังนี้ ิ ก. อุณหภูมเพิ่มขึ้น ิ ข. ใชน้ําปริมาณมากขึ้น ค. ความดันเพิ่มขึ้น ง. เติมยูรเอส ี ปฏิกรยาจะเกิดเร็วขึ้นในกรณีใด ิิ 1) ก. และ ง. 2) ค. และ ง. 3) ก. และ ค. 4) ข. และ ง.วิทยาศาสตร เคมี (24) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 25. โครงสรางของอะตอมและตารางธาตุ ทฤษฎีแบบจําลองอะตอมที่ใชอธิบายโครงสรางของอะตอมไดถกพัฒนามาเปนลําดับ ดังแสดง ู แบบจําลองอะตอมแบบตางๆ Dalton Rutherford Bohr กลุมหมอกอิเล็กตรอน หนึ่งในแบบจําลองที่นิยมถูกนํามาใช คือ โครงสรางของนีล บอหร (Niel Bohr) ซึ่งอธิบายไววาอะตอมมีรูปรางเปนทรงกลม ตรงกลางเปนนิวเคลียสซึ่งมีนิวตรอนและโปรตอนอาศัยอยูรอบนิวเคลียสมีอิเล็กตรอนวิ่งวนโดยมีระดับชั้นของพลังงานที่แตกตางกัน ดังแสดง แต ละธาตุ มี ความเฉพาะเจาะจงสําหรั บ แต ล ะธาตุอั น เนื่ อ งมาจากความแตกต างของจํ านวนนิ ว ตรอนโปรตอน และอิเล็กตรอนนี้ โดยถูกเขียนออกมาในรูปสัญลักษณธาตุสัญลักษณธาตุ X = ชื่อยอธาตุ A Z Xn ± Z = A = เลขอะตอม (Atomic Number) มีคาเทากับจํานวนโปรตอน (p) เลขมวล (Mass Number) มีคาเทากับจํานวนโปรตอน (p) + จํานวนนิวตรอน (n) n± = ประจุ (Charge) มีคาเทากับจํานวนโปรตอน (p) - จํานวนอิเล็กตรอน (e)  โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (25)
  • 26. บางครั้งในตารางธาตุ เราจะเห็นสัญลักษณธาตุในรูปแบบที่แตกตางออกไป แตตัวเลขที่กากับอยูก็ยังคงมี ํความหมายเดิม เชนการจัดเรียงอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนอาศัยอยูในสิ่งที่เรียกวา “ออรบิทัล” ที่มีระดับพลังงานแตกตางกัน ชนิดของออรบิทัล โดยที่ 1ออรบิทัล บรรจุได 2e- ออรบิทัลสามารถแบงออกไดเปนหลายชนิด ซึ่งไดแก ชนิด s มี 1 ออรบิทัล ดังนั้น บรรจุไดมากที่สุด 2e- ชนิด p มี 3 ออรบิทัล ดังนั้น บรรจุไดมากที่สุด 6e- ชนิด d มี 5 ออรบิทัล ดังนั้น บรรจุไดมากที่สุด 10e- ชนิด f มี 7 ออรบทล ดังนั้น บรรจุไดมากที่สุด 14e- ิ ั การจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถถูกเขียนไดในหลายรูปแบบ ไดแก 1. อยางละเอียด 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, … 2. อยางยอ [Ne] 3s2, 3p6, … 3. อยางออรบิทัลไดอะแกรม 1s 2s 2p 4. อยางงาย 2, 8, 18, 18, ... การเขียนในสามรูปแบบแรก อาศัยการเรียงระดับพลังงานของแตละออรบิทลจากนอยไปมาก ตามแนว ัลูกศรในรูปตอไปนี้ ในขณะที่การแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบที่สี่ แสดงจํานวนอิเล็กตอนในแตละระดับชั้นพลังงาน (จํานวนอิเล็กตรอนในชั้น n เดียวกัน)วิทยาศาสตร เคมี (26) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 27. หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนอยางงาย 1. อิเล็กตรอนจะบรรจุอยูในระดับพลังงานที่ต่ําที่สุดกอนเสมอ 2. ระดับพลังงานสุดทาย (Valence) มีอิเล็กตรอนเทาไรก็ไดแตจะตองไมเกิน 8 3. ระดับพลังงานอื่นๆ ตองมีอิเล็กตรอนเปนจํานวน 2, 8, 18 หรือ 32 อิเล็กตรอน โดยจะตองเปนตัวเลขที่มากที่สุดที่เปนไปได ตัวอยางการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุบางชนิด การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม เวเลนซ ชื่อธาตุ ชื่อยอธาตุ เลขอะตอม ตามระดับพลังงาน อิเล็กตรอน ลิเทียม Li 3 โบรอน B 5 แมกนีเซียม Mg 12 โปแทสเซียม K 19 อารเซนิก As 33 ทิน (ดีบุก) Sn 50 ซีเซียม Cs 55 เรดอน Rn 86 การจัดเรียงอิเล็กตรอนจะทําใหเราทราบถึงจํานวนอิเล็กตรอนที่อยูในระดับพลังงานชั้นสุดทาย ซึ่งมีผลตอสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของธาตุนั้นๆ ไอโซโทป (Isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน (มีจํานวนโปรตอนหรือเลขอะตอมเทากัน)แตจานวนนิวตรอนตางกัน (หรือมีมวลตางกัน) ยกตัวอยางเชน ไอโซโทปของคารบอน ํ จํานวน n สัญลักษณธาตุ เลขมวล จํานวน p จํานวน e- (= เลขมวล - จํานวน p) 12 C 6 13 C 6 14 C 6 ไอโซโทน (Isotone) หมายถึง ธาตุตางชนิดกันที่มีจํานวนนิวตรอนเทากัน แตมจานวนโปรตอน (เลข ีํอะตอม) ไมเทากัน ซึ่งทําใหเลขมวลไมเทากันไปดวย เชน สัญลักษณนิวเคลียร เลขมวล จํานวน p จํานวน n จํานวน e- 18 O 8 19 F 9 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (27)
  • 28. ไอโซบาร (Isobar) หมายถึง ธาตุตางชนิดกันที่มีเลขมวลเทากัน แตมีจํานวนโปรตอน (เลขอะตอม) ไมเทากัน ซึ่งทําใหจํานวนนิวตรอนไมเทากันไปดวย เชน สัญลักษณนิวเคลียร เลขมวล จํานวน p จํานวน n จํานวน e- 30 P 15 30 Si 14 ไอโซอิเล็กทรอนิก (Isoelectronic) หมายถึง ธาตุตางชนิดกันที่มีจํานวนอิเล็กตรอนเทากัน เชน สัญลักษณนิวเคลียร เลขมวล จํานวน p จํานวน n จํานวน e- 14 N 7 16 O + 8ตารางธาตุ จํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนของธาตุในหมู 1A-8A จะตรงกับหมายเลขหมูของธาตุนั้นๆ ธาตุในแตละหมูถูกจัดกลุมดังรูปตอไปนี้วิทยาศาสตร เคมี (28) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 29. แบบทดฝกหัด20. ขอใดถูกเกี่ยวกับจํานวนอนุภาคใน 235 U 92 1) มีจํานวนโปรตอนเทากับ 92 2) มีจํานวนนิวตรอนเทากับ 235 3) มีจํานวนอิเล็กตรอนเทากับ 143 4) มีจานวนโปรตอนเทากับ 143 ํ21. อะตอมคูใดเปนไอโซโทปกัน a 1) x A , a A 2) x A , b A a y x a 3) x A , b B a 4) x A , a B y y22. อนุภาคในขอใดมีจํานวนอิเล็กตรอนและจํานวนโปรตอนมากที่สุด 1) 10 A 2- 22 2) 20 B3- 11 35 C 2- 3) 15 29 D 4- 4) 1223. พิจารณาสัญลักษณและเลขอะตอมของธาตุตอไปนี้ 28A 17B 53C 39D 56E ขอใดจัดธาตุเหลานี้ในกลุมทีถูกตอง ่ ธาตุแอลคาไลนเอิรท ธาตุแฮโลเจน ธาตุแทรนซิชน ั 1) E, A B C, D 2) A B, C D, E 3) E B, C A, D 4) E, A B, C D โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (29)
  • 30. ธาตุและสารประกอบ H He 1 2 Li Be B C N O F Ne 3 4 5 6 7 8 9 10Na Mg Al Si P S Cl Ar 11 12 13 14 15 16 17 18 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54Cs Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 55 56 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uuo 87 88 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 118 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102แนวโนมของสมบัติบางประการในตารางธาตุ ขนาดอะตอม 1. คาบเดียวกัน : โปรตอนนอย (หมูนอย) → แรงดึงดูดอิเล็กตรอนเขาใกลนิวเคลียสมีนอย → ขนาดใหญ 2. หมูเดียวกัน : คาบมากขึ้น → จํานวนระดับพลังงานมากขึ้น → ขนาดใหญ แนวโนมของความเปนโลหะ/ความวองไวการเกิดปฏิกิริยาของโลหะ ใหญที่สุด = Fr และเปนเหมือนกับแนวโนมของขนาดอะตอม เล็กที่สุด = Heวิทยาศาสตร เคมี (30) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 31. ความเปนโลหะ และความเปนอโลหะ ความเปนโลหะขึ้นกับความสามารถในการปลอยอิเล็กตรอนออกไป ธาตุพยายามจัดเรียงอิเล็กตรอนใหเปนเหมือนกาซเฉื่อย ดังนั้นสําหรับธาตุในคาบเดียวกัน - ธาตุในหมูทางซายจึงอยากเสียอิเล็กตรอนไปมากกวาที่จะรับมา → โลหะ - ธาตุในหมูทางขวาจึงอยากรับอิเล็กตรอนมามากกวาที่จะเสียไป → อโลหะ เมื่อจํานวนระดับพลังงานเพิ่มมากขึ้น นิวเคลียสจะมีแรงดึงดูดอิเล็กตรอนวงนอกสุดนอย ดังนั้นสําหรับธาตุในหมูเดียวกัน (หมู 3A-7A) - ธาตุในคาบดานบนเสียอิเล็กตรอนไปไดยาก → อโลหะ - ธาตุในคาบดานลางจึงอยากเสียอิเล็กตรอนไปไดงาย → โลหะ ธาตุที่อยูติดเสนขั้นบันได จะมีสมบัติเปนกึ่งโลหะพันธะเคมี เรียงลําดับตามความแข็งแรงจากมากไปนอยไดดังนี้ พันธะโลหะ ระหวางไอออนบวกกับทะเลอิเล็กตรอน (โลหะ + โลหะ) นําไฟฟา นําความรอน และมันวาว เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได ตีเปนแผนหรือรีดเปนเสนได เพราะเกิดการเลื่อนไถลของระนาบไอออนบวก m.p. + b.p. สูงมากๆ (สถานะของแข็ง ยกเวนปรอท) พันธะไอออนิก Li F Li+ F- ระหวางไอออนบวกกับไอออนลบ (โลหะ + อโลหะ) นําไฟฟา นําความรอนไดเมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ํา แข็ง แตเปราะ m.p. + b.p. สูง (สถานะของแข็ง) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (31)
  • 32. พันธะโคเวเลนต F F2 ระหวางอะตอม โดยการใชอิเล็กตรอนรวมกัน (อโลหะ + อโลหะ) 1 จํานวนพันธะ ∝ ความแข็งแรง ∝ Bond ความยาวพันธะ ไมนําไฟฟา ไมนาความรอน ํ m.p. + b.p. พิจารณาจากแรงยึดเหนี่ยวภายนอกโมเลกุล (สถานะมีไดทั้งของแข็ง ของเหลว แกส) โครงรางตาขาย เชน C (Graphite, Diamond), SiO2 (ทราย, แกว)ธาตุกัมมันตรังสี อะตอมใดของธาตุกัมมันตรังสีจะไมเสถียร และสลายตัวไปไดเองในธรรมชาติ เกิดเปนไอโซโทปใหม ถายังไมเสถียรก็จะสลายตัวตอไปอีก จนไดไอโซโทปมีความเสถียรมากพอ การสลายตัวจะหยุด ครึ่งชีวิต อัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี จะไมขึ้นอยูกับสภาพแวดลอม แตละไอโซโทปจะสลายตัวดวยอัตราเร็วที่แตกตางกัน แตจะคอยๆ ชาลงเรื่อยๆ เมื่อมีปริมาณของไอโซโทปนั้นๆ ลดลง ธรรมชาติของการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีจงถูกอธิบายโดย “ครึ่งชีวิต” ซึ่งก็คือ เวลาที่ธาตุสลายตัวไปครึ่งหนึ่งของปริมาณตั้งตน ึดังแสดง รอยละ 100.0 T หรือ t1/2 = ครึ่งชีวิต 50.0 25.0 12.5 เวลา (ชั่วโมง) T 2T 3T 4T 5T 6T 7Tวิทยาศาสตร เคมี (32) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 33. ตัวอยางคาครึ่งชีวิตของไอโซโทปบางชนิด ไอโซโทป ครึ่งชีวิต ไอโซโทป ครึ่งชีวิต Uuo-294 1.29 × 10-3 s I-131 3 d Ag-110 24 s Ag-111 7.5 d Fr-223 22 m Zn-65 245 d At-210 8.3 h C-14 5700 y Cu-64 12.8 h U-238 4.5 × 109 y Hg-197 65 h Th-232 1.4 × 1010 y s = วินาที m = นาที h = ชั่วโมง d = วัน y = ป ตัวอยางแผนภูมิการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี C-14 มีครึ่งชีวิต 5700 ป ระยะเวลา (ป) 0 น้ําหนัก (กรัม) 8.00 ∴ C-14 หนัก 8 กรัม สลายตัวไป 5 ครึ่งชีวิต จะเหลืออยู ______ กรัม ใชเวลารวม ______ ปสรุปสมบัติของธาตุและสารประกอบ 1. การละลายน้ํา 1.1 สารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ําได - หมู 1 - NH + 4 - NO 3 - - ClO- 3 - ClO 4 - - CH3COO- - หมู 7 ยกเวน Ag+, Pb2+, Hg2+ 1.2 สารประกอบไอออนิกที่ไมละลายน้ํา - โลหะ กับ OH-, O2-, S2- ยกเวน หมู 1, หมู 2 (Ca, Sr, Ba, Ra) - โลหะทรานซิชน กับ OH-, ประจุ 2-, 3- ยกเวน CuSO4, CdSO4 ั - หมู 2 กับ CO 2- , SO2- , PO 3- ยกเวน MgSO4 3 4 4 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (33)
  • 34. 1.3 ความเปนกรด-เบสของสารละลาย - สารประกอบคลอไรด - โลหะ มีฤทธิ์เปนกลาง ยกเวน Be, หมู 3, ทรานซิชัน เปนกรด - อโลหะ มีฤทธิ์เปนกรด ยกเวน CCl4, NCl3 ไมละลายน้ํา - สารประกอบออกไซด - โลหะ มีฤทธิ์เปนเบส ยกเวน BeO, Al2O3 ไมละลายน้ํา - อโลหะ มีฤทธิ์เปนกรด ยกเวน SiO2 ไมละลายน้ํา - สารประกอบซัลไฟด - โลหะ มีฤทธิ์เปนเบส - อโลหะ มีฤทธิ์เปนกรด 2. ปฏิกิริยาที่ควรรู 2.1 การเผาไหม CxHy + (x + y ) O2 4 xCO2 + y H2O 4 2.2 MgCO3 MgO + CO2 CaCO3 CaO + CO2 2.3 โลหะ + กรด (H +) H2(g) 2.4 CO 3 2- หรือ HCO- + กรด (H+) CO2(g) 3 2.5 กรด + เบส เกลือ + น้ํา 3. สี สีสารประกอบ สีของหลอดไฟ สีเปลวไฟ สีแกส (โลหะทรานซิชัน) เมื่อบรรจุแกส Na - เหลือง Cu+ เขียว Cu2+ ฟา F2 - เหลืองจาง (ไมมีสี) H2 - มวง Ba - เขียวออน Fe2+ เขียว Fe3+ สม Cl2 - เขียวจาง (ไมมีสี) Ne - แดง Cu - เขียว Cr2+ ฟา Cr3+ เขียว Br2 - สม น้ําตาล Hg - เขียว Sr - แดง Cr6+ เหลืองสม I2 - มวง Ca - แดงอิฐ Mn2+ น้ําตาล Mn3+ ดํา K - มวง Mn6+ เขียว Mn7+ มวงวิทยาศาสตร เคมี (34) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 35. แบบทดฝกหัด24. ให X เปนธาตุที่มีเลขอะตอม 8 ธาตุ X จะเกิดพันธะชนิดใดกับธาตุตอไปนี้  1) พันธะไอออนิกกับ 17A 2) พันธะไอออนิกกับ 56B 3) พันธะโคเวเลนตกับ 13C 4) พันธะโคเวเลนตกับ 20D25. สมบัติของธาตุไฮโดรเจนในขอใดบางที่ไมเหมาะกับการจัดธาตุนี้ไวในหมูเดียวกับโลหะแอลคาไล ก. จํานวนเวเลนตอิเล็กตรอน ข. ชนิดของสารประกอบและพันธะ ค. จุดหลอมเหลวและจุดเดือด ง. พลังงานไอออไนเซชัน 1) ก. และ ง. 2) ข. และ ค. 3) ข., ค. และ ง. 4) ก., ข., ค. และ ง.26. สารประกอบคลอไรดของธาตุ A มีสูตร ACl2 และมีสีฟาอมเขียว เมื่อนํามาละลายน้ําแลวเติมสารละลาย แอมโมเนียจะเกิดตะกอนสีฟาของ A(OH)2 ซึ่งเมื่อเติมสารละลายแอมโมเนียมากขึ้น ตะกอนจะละลายให สารละลายสีน้ําเงินเขม A ควรอยูตําแหนงใดในตารางธาตุ 1) คาบ 3 หมู IIA 2) คาบ 3 หมู IIIA 3) คาบ 4 หมู IB 4) คาบ 4 หมู IIIB27. ออกไซดของธาตุ X และ Y มีสมบัติบางประการดังนี้ ออกไซด จุดหลอมเหลว ความเปนกรด–เบสของสารละลายในน้ํา XO2 ต่ํากวา 0°C กรด Y2O สูงกวา 1000°C เบส ธาตุในขอใดมีโอกาสที่จะเปน X และ Y ตามลําดับ 1) C และ Cl 2) C และ Na 3) S และ Cl 4) S และ Be28. ถาทิ้งไอโซโทปกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง 20.0 กรัม ไวนาน 28 วัน ปรากฏวามีไอโซโทปนั้นเหลืออยู 1.25 กรัม ครึ่งชีวิตของไอโซโทปนี้มีคาเทาใด 1) 28 วัน 2) 20 วัน 3) 12 วัน 4) 7 วัน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (35)
  • 36. ผูชวยศาสตราจารย ดร. พัชณิตา ธรรมยงคกิจ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัยการศึกษา พ.ศ. 2541 วิทยาศาสตรบัณฑิต (เกียรนิยมอันดับหนึ่ง) คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย พ.ศ. 2545 ปริญญาเอก (Dr.rer.nat.), Eberhard Karls Universität Tübingen, ประเทศเยอรมนีประสบการณวิจัย 10/2548-ปจจุบัน อาจารยประจําภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย 01/2552-12/2553 นักวิจัยทุนรางวัล Marie Curie International Incoming Research Fellowship, ดูแลโครงการวิจัยรวมกับ Linz Institute for Organic Solar Cells (LIOS), Institute of Physical Chemistry, Johannes Kepler University Linz, ประเทศ ออสเตรีย 04/2545-07/2548 นักวิจัย Postdoc (Postdoctoral researcher) ในกลุมวิจัยของ Prof. Jonathan S. Lindsey, Department of Chemistry, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, ประเทศสหรัฐอเมริกา 04/2542-02/2545 ผูชวยวิจัย (ในฐานะนักเรียนทุน German Academic Exchange Service หรือ DAAD) ที่ Institute of Organic Chemistry, Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Tübingen, ประเทศเยอรมนี 05/2540-07/2541 ผูชวยวิจัย, ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย 03/2540-05/2540 นิสิตฝกงาน, การปโตรเลียมแหงประเทศไทย (บริษัท ปตท จํากัด (มหาชน) ใน ปจจุบัน)วิทยาศาสตร เคมี (36) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 37. ประสบการณสอน วิชา “Chemistry for Engineering”, International School of Engineering, คณะวิศวกรรมศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยลัย วิชา “เคมีอินทรียสังเคราะหขั้นสูง”, ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย วิชา “เคมีอินทรียสังเคราะห”, ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย วิชา “เคมีอินทรีย I”, ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย วิชา “เรื่องคัดเฉพาะทางเคมีอินทรีย 4: พื้นฐานและวัสดุอินทรียสําหรับการประยุกตทางอิเล็กทรอนิกสเชิงแสง” วิชาปฏิบัติการเคมีและเคมีอินทรียอื่นๆ สําหรับหลากหลายคณะในจุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย วิทยากรรับเชิญในมหาวิทยาลัยตางๆ ทั้งในและตางประเทศ Brand Summer Camp ป 2550รางวัลและทุนรางวัล พ.ศ. 2540 ทุนศิษยกนกุฏิ จาก สํานักงานพัฒนาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีแหงชาติ (สวทช.) พ.ศ. 2541 รางวัลนิสิตที่ไดคะแนนรวมวิชาสาขาเคมีอินทรียสูงที่สุดในรุน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย พ.ศ. 2542-พ.ศ. 2545 ทุน German Academic Exchange Service (DAAD) จากประเทศเยอรมนี พ.ศ. 2552-พ.ศ. 2553 ทุนรางวัล Marie Curie International Incoming Fellowship จาก คณะกรรมาธิการยุโรป พ.ศ. 2552 ทุนสนับสนุนการเขารวมประชุม (Young Chemist Award) จาก 42nd IUPAC Congress และตําแหนง Young Observer ในการประชุม 45th IUPAC General Assembly ณ เมือง Glasgow สหราชอาณาจักรงานวิจัยที่สนใจ สารประกอบอินทรียสําหรับการประยุกตใชในเซลลสุริยะชนิดอินทรียและตัวเรงปฏิกิริยาเคมีไฟฟาเชิงแสง การออกแบบและสังเคราะห โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (37)
  • 38. พันธะเคมี การทําใหสารในธรรมชาติเปลี่ยนสถานะจะตองใชพลังงาน ซึ่งมากหรือนอยขึ้นกับชนิดของสาร และการสลายโมเลกุลใหเปนอะตอมตองใชพลังงาน แสดงใหเห็นวามีแรงยึดเหนี่ยวระหวางอนุภาคของสาร พันธะเคมี คือ แรงยึดเหนี่ยวระหวางอะตอมในกอนโลหะ ในโมเลกุล หรือระหวางไอออนในสารประกอบไอออนิก พันธะไอออนิก คือ แรงดึงดูดระหวางไอออนบวกและไอออนลบ ซึ่งมีประจุไฟฟาตางชนิดกัน เกิดเปนสารประกอบไอออนิก ซึ่งจัดเรียงตัวเปนโครงผลึกที่มีรูปรางแนนอน ประกอบดวยไอออนบวกและไอออนลบตอเนื่องสลับกันไปทั้งสามมิติ โครงสรางของผลึกจะขึ้นกับสัดสวนของจํานวนประจุ และขนาดของไอออน NaCl จะมี Na+ และ Cl- เรียงสลับกันไป Na+ แตละไอออนจะถูกลอมรอบดวย Cl- 6 ไอออน และ Cl-แตละไอออนจะถูกลอมรอบดวย Na+ 6 ไอออน จึงมีอัตราสวนอยางต่ําของ Na+ กับ Cl- เปน 1 : 1 CaF2 พบวา Ca2+ แตละไอออนจะถูกลอมรอบดวย F- 8 ไอออน และ F- แตละไอออนจะถูกลอมรอบดวย Ca2+ 4 ไอออน จึงมีอัตราสวนอยางต่ําของ Ca2+ กับ F- เปน 1 : 2 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA H + Li+ H- N3- O2- F- Na+ Mg2+ Al3+ P3- S2- Cl- K+ Ca2+ Ga3+ As3- Se2- Br- โลหะแทรนซิชันอาจเกิดไอออนมากกวา Sn2+ Sb3- Te2- Rb+ Sr2+ 1 ชนิด เชน Cr2+ Cr3+ Mn2+ Mn3+ In3+ Sn4+ l- 2+ Cs+ Ba2+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Co3+ Cu+ Cu2+ Tl3+ Pb4+ Bi3+ Pb ไอออนบวกและไอออนลบของธาตุบางธาตุในตารางธาตุวิทยาศาสตร เคมี (38) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 39. เนื่องจากโครงสรางของสารประกอบไอออนิกมีไอออนบวกและไอออนลบอยูตอเนื่องกันไปทั้งสามมิติ โดยไมแยกเปนโมเลกุล จึงจัดเปนสารประกอบที่ไมมีสูตรโมเลกุล และใชสูตรเอมพิริคัลแสดงอัตราสวนอยางต่ําของจํานวนไอออนที่เปนองคประกอบแทนสูตรโมเลกุล การเกิดปฏิกิริยาระหวางโลหะโซเดียมกับแกสคลอรีนเกิดเปนโซเดียมคลอไรดอาจเขียนแผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานไดดังนี้ (วัฏจักรบอรน-ฮารเบอร) Na + (g) + Cl(g) + e- 3 ∆H 3 = + 496 kJ 4 ∆H 4 = -349 kJ Na + (g) + Cl- (g) Na(g) + Cl(g) พลังงาน Na(g) + 1 Cl 2 (g) 2 ∆H 2 = +122 kJ 2 Na(s) + 1 Cl 2 (g) 1 ∆H1 = +107 kJ 2 5 ∆H 5 = -787 kJ เริ่มตน ∆H f [NaCl(s)] = - 411 kJ สุดทาย NaCl(s) แผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดโซเดียมคลอไรด 1 โมลตัวอยางที่ 1 สมการการเกิดสารประกอบ CaBr2 Ca(s) + Br2(l) CaBr2(s) ขั้นตอนใดที่ไมอยูในแผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ก. Br2(l) 2Br(g) ข. Ca 2+(g) + 2Br-(g) CaBr2(s) ค. Ca(g) + Br2(g) Ca(g) + Br2(g) ง. Ca(g) + 2Br(g) Ca2+(g) + 2Br(g) + 2e- 1) ก. และ ข. 2) ข. และ ค. * 3) ก. และ ค. 4) ง.ตัวอยางที่ 2 พิจารณาปฏิกิริยา Ca(s) + 1 O2(g) 2 CaO(s)พลังงานในขอใดไมเกี่ยวของกับปฏิกิริยานี้ 1) พลังงานแลตทิซ 2) พลังงานการระเหิดของ Ca * 3) พลังงานไอออไนเซชันของธาตุออกซิเจน 4) พลังงานการสลายพันธะของธาตุออกซิเจน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (39)
  • 40. ตัวอยางที่ 3 พิจารณาปฏิกิริยาการเกิดสารประกอบตอไปนี้ Na(s) + 1 X2(g) 2 NaX(s) เมื่อ X = 17Cl หรือ 35Br หรือ 53I จากขอมูลขางตน ขอใดถูก 1) จุดหลอมเหลวของ NaCl < NaBr < NaI 2) ถา X เปน 53I พบวาพลังงานที่คายออกมาจากปฏิกิริยามีคาสูงสุด  * 3) พลังงานแลตทิซของ NaX จะขึ้นกับแรงดึงดูดระหวาง Na +(g) และ X-(g) 4) พลังงานที่คายออกมาจากปฏิกิริยาขึ้นอยูกับพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของโลหะโซเดียมเปนสําคัญวิธีคิด Na+(g) + X-(g) NaX(s) + พลังงานโครงผลึกหรือพลังงานแลตทิซ สมบัตของสารประกอบไอออนิก ิ เมื่อทุบผลึกของสารไอออนิกจะเกิดการเลื่อนไถลของไอออนไปตามระนาบผลึก เปนผลใหไอออนชนิดเดียวกันเลื่อนไปอยูตรงกัน จึงเกิดแรงผลักระหวางไอออนทําใหผลึกแตกออก ดังนั้นสารไอออนิกจึงเปราะ และแตกไดงาย ตัวอยางที่ 4 ผลึกไอออนิกแตกหักเมื่อมีแรงเขาไปกระทําเพราะเหตุใด * 1) ประจุชนิดเดียวกันผลักกัน 2) อิเล็กตรอนหลุดออกจากผลึก 3) จํานวนประจุบวกและลบไมเทากัน 4) อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วขึ้น เนื่องจากมีพลังงานจลนมากขึ้นตัวอยางที่ 5 ธาตุ X เมื่อเกิดสารประกอบไอออนิกกับธาตุออกซิเจนพบวาไดสารที่มีสูตรเคมีเปน XO2 โดยออกซิเจนในสารประกอบนี้มีการจัดอิเล็กตรอนเปน 1s2 2s2 2p5 ขอใดถูก 1) X เปนอโลหะ 2) X เปนธาตุในคาบ 2 * 3) X เปนธาตุที่อยูหมูเดียวกับธาตุที่มีเลขอะตอม 88 4) X เปนธาตุท่มีคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุดในตารางธาตุ ี สารประกอบไอออนิกที่เปนผลึกของแข็ง ไอออนที่เปนองคประกอบจะยึดเหนี่ยวกันอยางแข็งแรง ไมสามารถเคลื่อนที่ไดจึงทําใหไมนําไฟฟา แตในสภาพหลอมเหลวหรือละลายอยูในน้ําจะนําไฟฟาได สารประกอบสวนใหญละลายในน้ํา แตบางชนิดละลายไดนอยหรือไมละลาย เมื่อละลายในน้ําจะมีการสลายพันธะระหวางไอออนบวกกับ ไอออนลบ และเกิดแรงยึดเหนี่ยวระหวางไอออนกับโมเลกุลของน้ําตัวอยางที่ 6 ขอใดไมใชสมการที่อยูในวัฏจักรพลังงานการละลายน้ําของ NaNO3(s) 1) NaNO3(s) Na+(g) + NO- (g)3 2) Na +(g) Na +(aq) 3) NO 3 (g) - NO- (aq) 3 * 4) NaNO3(g) Na+(g) + NO- (g) 3วิทยาศาสตร เคมี (40) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 41. เมื่อผสมสารละลายของสารประกอบไอออนิกบางคู ไอออนอิสระจะทําปฏิกิรยากันเกิดเปนสารประกอบไอออนิก ิชนิดอื่นตัวอยางที่ 7 การผสมสารละลายในขอใดมีปฏิกิริยาเกิดขึ้น และสามารถเขียนสมการไอออนิกสุทธิไดทั้งคู สารละลายผสม I สารละลายผสม II 1) NaCl กับ AgNO3 Kl กับ Na2CO3 2) Ca(OH)2 กับ Pb(NO3)2 Li2SO4 กับ MgCl2 3) BaCl2 กับ Na2SO4 NH4CN กับ Na2HPO4 *4) AgNO3 กับ KBr Mg กับ HClตัวอยางที่ 8 นักเรียนคนหนึ่งทําการวิเคราะหสารตัวอยาง A, B และ C ซึ่งเปนสารประกอบไอออนิก โดยนํามาทดสอบกับสารละลาย AgNO3, Na2SO4, Na2CO3 และ Na2HPO4 ซึ่งเปนสารละลายใสไมมีสี และสารละลาย Cl2 ใน CCl4 และ Br2 ใน CCl4 ซึ่งเปนสารละลายใสไมมีสีและมีสีสม ตามลําดับ สังเกตการเปลี่ยนแปลงและบันทึกผล ไดผลดังตาราง สาร ผลการทดสอบเมื่อผสมกับสารละลาย ตัวอยาง AgNO3 Na2SO4 Na2CO3 Na2HPO4 Cl2 ใน CCl4 Br2 ใน CCl4 A เกิดตะกอน ไมมีตะกอน เกิดตะกอน เกิดตะกอน สีชมพูแกมมวง สีชมพูแกมมวง B เกิดตะกอน เกิดตะกอน เกิดตะกอน เกิดตะกอน สีสม สีสม C ไมมีตะกอน เกิดตะกอน เกิดตะกอน เกิดตะกอน ไมมีสี สีสม จากผลการทดสอบสารตัวอยาง A, B และ C ควรเปนสารในขอใด A B C 1) MgBr2 CaO SrCl2 2) NH4Cl BaCl2 Ca(NO3)2 3) MgCl2 Sr(NO3)2 (NH4)2S *4) MgI2 CaBr2 Ba(NO3)2 พันธะโคเวเลนตเกิดจากอะตอมตั้งแต 2 อะตอม ใชอิเล็กตรอนรวมกันเปนคู โดยทั่วไปอะตอมจะรวมกันดวยอัตราสวนที่ทําใหอะตอมมีเวเลนซอเล็กตรอนครบ 8 ตามกฎออกเตต ซึ่งกฎออกเตตใชทํานายอัตราสวน ิจํานวนอะตอมของธาตุองคประกอบที่รวมกันเปนสารโคเวเลนต และชนิดของพันธะโคเวเลนต โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (41)
  • 42. การรวมตัวของไฮโดรเจนสองอะตอมเปนโมเลกุลมีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ดังรูป พลังงานศักย (kJ/mol) H H 436 kJ/mol H H ระยะระหวางอะตอมของไฮโดรเจน (pm) 74 pm* กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดโมเลกุลไฮโดรเจนตัวอยางที่ 9 ปฏิกิริยาใดตอไปนี้เกิดขึ้นไมไดอยางแนนอน 1) ClF + F2 ClF3 2) PF3 + F2 PF5 3) SF2 + F2 SF4 * 4) SiF4 + F2 SiF6ตัวอยางที่ 10 สมการขอใดไมถูกตอง (กําหนดเลขอะตอม Ca = 20, N = 7, H = 1, O = 8, C = 6, Ba = 56, S = 16) * 1) Ca(s) + 2H2O(l) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) + 2H+(aq) 2) NH3(g) + H2O(l) NH + (aq) + OH-(aq) 4 3) C3H8(g) + 5O2(g) พลังงาน 3CO (g) + 4H O(g) 2 2 4) Ba(NO3)2(aq) + H2SO4(aq) BaSO4(s) + 2H+(aq) + 2NO- (aq) 3ตัวอยางที่ 11 กําหนดให X เปนธาตุในหมู VA และ Y เปนธาตุในหมู VIIA พลังงานพันธะของ X2(g) และY2(g) เทากับ 960 และ 240 kJ/mol ตามลําดับ เมื่อ X2(g) ทําปฏิกิริยากับ Y2(g) ในสองสภาวะไดผลิตภัณฑXY3 และ X2Y4 ซึ่งเปนสารโคเวเลนตที่มีแตพันธะเดี่ยวในโมเลกุลเทานั้น ดังสมการ (ก) และ (ข) (สมการยังไมไดดุล) (ก) X2(g) + Y2(g) XY3(g) (ข) X2(g) + Y2(g) X2Y4(g) ปฏิกิริยา (ก) และ (ข) ที่ใหผลิตภัณฑ 1 mol จะคายพลังงานเทากับ 600 และ 1540 kJ ตามลําดับพลังงานพันธะ X - X และ X - Y ในผลิตภัณฑมีคากี่ kJ/mol พลังงานพันธะ X - X (kJ/mol) พลังงานพันธะ X - Y (kJ/mol) 1) 320 665 2) 340 600 *3) 1060 480 4) 1460 380วิทยาศาสตร เคมี (42) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 43. ตารางรูปรางโมเลกุลโคเวเลนต จํานวน จํานวน จํานวนสูตร อิเล็กตรอน รูปราง ตัวอยาง อิเล็กตรอน อิเล็กตรอน คูรวมพันธะ คูโดดเดี่ยว HgCl2, BeCl2(g),AB2 2 2 0 Linear CO2, HCN Trigonal BF3, BCl3,AB3 3 3 0 BH3, SO3 planar SnCl2, SO2,AB2 3 2 1 Bent NO-2 CH4, SiCl4,AB4 4 4 0 Tetrahedral POCl3 Trigonal NH3, PF3AB3 4 3 1 pyramidal + H2O, ICl 2 , OF2,AB2 4 2 2 Bent BrO2, SCl2 Trigonal PF5, PCl5,AB5 5 5 0 bipyramidal SbF5, IO 3 F2- Distorted SF4, IF4+AB4 5 4 1 tetrahedral CIF3, BrF3AB3 5 3 2 T-shape I - , ICl - , XeF2 3 2AB2 5 2 3 Linear โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (43)
  • 44. จํานวน จํานวน จํานวน สูตร อิเล็กตรอน รูปราง ตัวอยาง อิเล็กตรอน อิเล็กตรอน คูรวมพันธะ คูโดดเดี่ยว AB6 6 6 0 Octahedral SF6, PF6- Square AB5 6 5 1 IF5, BrF5, XeOF4 pyramidal Square XeF4, BrF4 - AB4 6 4 2 planarตัวอยางที่ 12 สูตรของกรดอะมิโนชนิดหนึ่งเขียนได ดังนี้ H H a H N O H bC C cC OH H H มุมระหวางพันธะ a, b และ c ควรเปนขอใด (หนวยองศา) a b c 1) 106 109 90 *2) 106 109 120 3) 120 90 90 4) 120 90 120วิธีคิด รูปรางโมเลกุลโคเวเลนต มุมระหวางพันธะ เสนตรง 180° สามเหลี่ยมแบนราบ 120° ทรงสี่หนา 109.5° พีระมิดฐานสามเหลี่ยม เล็กกวา 109.5°ตัวอยางที่ 13 การเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางกรดอินทรียชนิดหนึ่งกับน้ํา O H a c H C C C O H O H b d มุมระหวางพันธะในขอใดที่มีขนาดตางจากขออื่น 1) a 2) b 3) c * 4) dวิทยาศาสตร เคมี (44) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 45. ตัวอยางที่ 14 มุมพันธะในสารประกอบขอใด เมื่อรวมกันในทุกสารประกอบแลวมีคานอยที่สุด (กําหนดเลขอะตอม Be = 4, F = 9, C = 6, O = 8, H = 1, S = 16, Cl = 17, Xe = 54) 1) BeF2, CO2 * 2) H2F+, BeCl2 3) BeH2, O3 4) SO2, XeF2ตัวอยางที่ 15 โมเลกุลหรือไอออนในขอใดที่มีรูปรางแตกตางจากขออื่น 1) I -3 2) SCN- * 3) XeO2 4) XeF2ตัวอยางที่ 16 สารประกอบโคเวเลนตขอใดมีรูปรางเหมือนกันทั้งหมด 1) CCl4 NH + XeF4 4 2) BF3 NH3 PCl3 3) BrF5 PCl5 IF5 * 4) H2O SO2 O3ตัวอยางที่ 17 สารประกอบหรือไอออนในขอใดที่มีรูปรางเหมือนกันและมีมมพันธะเทากันทั้งหมด ุ (กําหนดเลขอะตอม Be = 4, Br = 35, H = 1, O = 8, C = 6, Cl = 17, S = 16, N = 7) 1) BeBr2 และ H2O * 2) CCl4 และ SO 2- 4 3) NH + และ CH3Cl 4 4) CO2 และ H2Sตัวอยางที่ 18 สารประกอบใดตอไปนี้มีโครงสรางแตกตางจากขออื่น * 1) NF3 2) SO3 3) NO- 3 4) B(C6F5)3ตัวอยางที่ 19 กําหนดให A, D, E, G, J, X, Y และ Z เปนธาตุที่อยูในคาบที่ 2-5 ของตารางธาตุ ดังนี้คาบ 2 A X Y 3 D 4 E G J Z 5 ขอใดเปนสมบัติของธาตุหรือสารประกอบที่เกิดจากธาตุในตารางธาตุที่กําหนด 1) E, G และ J เปนธาตุแทรนซิชันที่มีเลขออกซิเดชันหลายคา 2) พันธะในโมเลกุลที่เกิดจาก X กับ Y ยาวกวาพันธะในโมเลกุลที่เกิดจาก Y กับ Z 3) สารประกอบ AY และสารประกอบ DZ ไมละลายน้ํา เพราะมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางอะตอมที่แข็งแรง * 4) มุมระหวางพันธะของโมเลกุลที่เปนไปตามกฎออกเตตที่เกิดจาก X และ Z ใหญกวาที่เกิดจาก Y และ Zวิธีคิด สารประกอบที่เกิดจากอโลหะหมู 5 และหมู 7 มีรูปรางเปนพีระมิดฐานสามเหลี่ยม มีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวตรงอะตอมกลาง 1 คู สารประกอบที่เกิดจากอโลหะหมู 6 และหมู 7 มีรูปรางเปนมุมงอ มีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวตรงอะตอมกลาง 2 คู โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (45)
  • 46. ตัวอยางที่ 20 การเรียงลําดับความยาวพันธะที่เกิดจากอะตอมที่ตางกันในโมเลกุล ขอใดแตกตางจากขออื่น * 1) NH3 H2O 2) CO CO2 3) C2H2 C2H4 4) CCl4 CBr4วิธีคิด N O C O H C C H H H H H H O C O H C C H H H พันธะโคเวเลนต 1. พันธะโคเวเลนตไมมีขั้ว (Non-polar covalent bond) คือ พันธะโคเวเลนตระหวางอะตอมที่มีคาอิเล็ก-โทรเนกาติวิตีเทากัน ดังนั้นอิเล็กตรอนคูรวมพันธะจะถูกนิวเคลียสทั้งสองดึงดูดดวยแรงเทาๆ กัน 2. พันธะโคเวเลนตมีขั้ว (Polar covalent bond) คือ พันธะโคเวเลนตระหวางอะตอมที่มีคาอิเล็กโทรเนกาติวิตีตางกัน อิเล็กตรอนคูรวมพันธะจะอยูใกลอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกวาอะตอมนี้จะแสดงอํานาจไฟฟาเปนลบ การแสดงขั้วของพันธะโคเวเลนต ใชสัญลักษณ δ- และ δ+ (อานวา เดลตาลบ และเดลตาบวก ตามลําดับ) δ+ δ- ไฮโดรเจนคลอไรด แสดงขั้วของพันธะ H - Cl ผลตางของอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหวางอะตอมมาก ขั้วของพันธะโคเวเลนตจะมีอํานาจไฟฟาสูงกวาหรือมีสภาพขั้วแรงกวาผลตางของอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหวางอะตอมนอย โมเลกุลโคเวเลนต (Covalent molecule) 1. โมเลกุลไมมีขั้ว (Non-polar molecule) คือ โมเลกุลโคเวเลนตที่อะตอมกลางใชเวเลนซอิเล็กตรอนทั้งหมดสรางพันธะกับอะตอมของธาตุเพียงชนิดเดียว เชน N2, BeCl2, SiH4, PCl5, SF6 เปนตน 2. โมเลกุลมีขั้ว (Polar molecule) คือ โมเลกุลโคเวเลนตท่อะตอมกลางใชเวเลนซอิเล็กตรอนทั้งหมด ีสรางพันธะกับอะตอมของธาตุตางชนิดกัน หรือโมเลกุลที่อะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยว เชน H2O, PCl3เปนตน Boiling point (°C) Boiling point (°C) 120 H 2O 20 HF 100 0 SbH 3 80 -20 NH 3 HI 60 -40 AsH 3 40 SnH 4 -60 HCl HBr 20 H 2 Te -80 0 -100 PH 3 GeH 4 -20 -120 SiH 4 -40 H 2Se -140 -60 H 2S -160 CH 4 20 40 60 80100 120 20 40 60 80100 120 Molecular weight Molecular weight กราฟแสดงจุดเดือดของสารประกอบไฮไดรด หมู IV A ถึง VII Aวิทยาศาสตร เคมี (46) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 47. ตัวอยางที่ 21 ขอใดมีสภาพขั้วเหมือนกันทั้งหมด 1) CHCl3 H2O CS2 * 2) CCl4 CO2 BF3 3) PCl5 SO2 BeCl2 4) NH3 HCl CO2ตัวอยางที่ 22 โมเลกุลของสารอินทรียชนิดหนึ่งไมมีขั้ว จุดเดือดเทากับ 77°C เมื่อนํามาผสมกับน้ํา ขอใดถูก 1) ละลายรวมเปนเนื้อเดียวกัน 2) สารอินทรียแยกชั้นอยูดานบน 3) สารอินทรียแยกชั้นอยูดานลาง * 4) แยกชั้นแตไมสามารถระบุชั้นไดตัวอยางที่ 23 กําหนดสารประกอบฟลูออไรดตอไปนี้ (a) AaFb (b) BcFd (c) CeFf (d) DgFh ถาเลขอะตอมของ A = 1, B = 7, C = 8, D = 15, F = 9 และ a, b, c, d, e, f, g, h เปนเลขจํานวนเต็มบวก การเรียงลําดับแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล ขอใดถูก * 1) (a) > (d) > (b) > (c) 2) (a) > (d) > (c) > (b) 3) (d) > (b) > (a) > (c) 4) (d) > (c) > (b) > (a)วิธีคิด โมเลกุลโคเวเลนตที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลเปนพันธะไฮโดรเจน ไดแก H2O HF NH3 กรดอินทรียแอลกอฮอล เปนตนตัวอยางที่ 24 พันธะเคมีในสารตอไปนี้ขอใดถูก พันธะ ไอออนิก โคเวเลนต โคออรดิเนตโคเวเลนต ไฮโดรเจนระหวางโมเลกุล 1) SiCl4 XeF4 NH +4 HF 2) KBr Cl2O PH3 H2S 3) SF6 PCl5 SO2 H2O *4) MgO BF3 O3 NH3ตัวอยางที่ 25 การเกิดพันธะหรือแรงยึดเหนี่ยวระหวางอนุภาคภายในผลึกตอไปนี้ ก. ผลึกแอมโมเนียเกิดพันธะไฮโดรเจน ข. ผลึกกํามะถันเกิดแรงดึงดูดระหวางขั้ว ค. แกรไฟตเกิดพันธะโลหะ ง. เพชรเกิดพันธะโคเวเลนต จ. ผลึก ZnS เกิดพันธะไอออนิก ฉ. ซิลิกา (SiO2) เกิดพันธะไอออนิก ขอใดถูก * 1) ก., ง. และ จ. 2) ก., จ. และ ฉ. 3) ข., ค. และ ง. 4) ข., ง. และ ฉ. โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (47)
  • 48. ขอมูลเรื่องสมมาตรของโมเลกุล ตอบคําถามตัวอยางที่ 26-29 สมมาตรของโมเลกุลมี 3 ประเภท คือ จุดสมมาตร แกนสมมาตร และระนาบสมมาตร จุดสมมาตร คือ จุดที่เมื่อสะทอนรูปรางของโมเลกุลผานจุดนี้แลว จะไดรูปรางของโมเลกุลใหมซอนทับกับตําแหนงเดิมพอดี ตัวอยางเชน F F Xe F มีอะตอม Xe เปนจุดสมมาตร F แกนสมมาตร คือ แกนที่เมื่อหมุนโมเลกุลรอบแกนแลวจะไดรูปรางของโมเลกุลใหมซอนทับกับตําแหนงเดิมพอดี โดยการหมุน 1 รอบอาจจะพบรูปรางที่ซอนทับกับตําแหนงเดิมมากกวา 1 ครั้งก็ได ตัวอยางเชน O แกนสมมติที่ลากผาน S และ O เปนแกนสมมาตรที่หมุน 1 รอบ S Cl ไดรูปที่ซอนทับกับตําแหนงเดิม 3 ครั้ง Cl Cl ระนาบสมมาตร คือ ระนาบที่เมื่อสะทอนรูปรางของโมเลกุลผานระนาบนี้แลว จะไดรูปรางของโมเลกุลใหมซอนทับตําแหนงเดิมพอดี ตัวอยางเชน O ระนาบที่บรรจุอะตอมทั้งสาม และระนาบที่ตั้งฉากกับระนาบนั้น H H เปนระนาบสมมาตรทั้งคูตัวอยางที่ 26 โมเลกุลใดไมมีจุดสมมาตร H 1) O C O * 2) N+ H H H 3) 4) มีจุดสมมาตรทุกโมเลกุลตัวอยางที่ 27 โมเลกุลใดเมื่อหมุนรอบแกนสมมาตรแลวจะมีจํานวนครั้งที่รปรางซอนทับกับโมเลกุลเดิมมากที่สุด ู Cl * 1) Cl Be Cl 2) B Cl Cl Cl Cl 3) C Cl 4) Cl P Cl Cl Cl Cl Clวิทยาศาสตร เคมี (48) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 49. ตัวอยางที่ 28 XeF4 มีแกนสมมาตรที่เมื่อหมุนรอบแกนแลวมีรูปรางซ้ํากับโมเลกุลเดิม 2 ครั้ง รวมทั้งสิ้นกี่แกน 1) 1 2) 2 * 3) 4 4) 8 โมเลกุลคูใดที่มีจํานวนระนาบสมมาตรเทากันตัวอยางที่ 29 S F S F * 1) F F และ S F 2) F F และ F S F F F F F F F 3) S F F S F F 4) ไมมีขอถูก F F และ F F F พันธะโลหะอธิบายสมบัติบางประการของโลหะได 1. โลหะนําความรอน และนําไฟฟาได เนื่องจากเวเลนซอิเล็กตรอนไมประจําที่ 2. โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง และดึงใหขาดออกจากกันไดยาก เพราะเวเลนซอิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมดในกอนโลหะ ยึดอะตอมไวอยางเหนียวแนน 3. โลหะตีเปนแผนบางๆ ได เพราะการตีโลหะใหแผออกเปนแผนบางๆ เปนการผลักใหอนุภาคเล็กๆ เลื่อนไถลไมหลุดออกจากกัน เพราะมีกลุมเวเลนซอเล็กตรอนทําหนาที่ยึดอนุภาคเหลานี้ไว ิ 4. ผิวหนาของโลหะมักเปนเงาวาว สะทอนแสงได เพราะกลุมอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไดโดยอิสระเมื่อกระทบกับแสง ซึ่งเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟาจะรับและกระจายคลื่นแสงออกมาทําใหผวของโลหะสะทอนไดดี ิตัวอยางที่ 30 กําหนดสมบัติทางกายภาพของสาร ดังนี้ ก. มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวสูง ข. มีสถานะเปนแกสที่อุณหภูมิหอง ค. นําความรอนได ง. นําไฟฟาได จ. ละลายน้ําได ขอใดเปนสมบัติทางกายภาพที่สอดคลองกับประเภทสารที่กําหนด ประเภทสาร สมบัติทางกายภาพ 1) โคเวเลนตไมมีขั้ว ข. และ ค. 2) โครงผลึกรางตาขาย ก. และ จ. 3) ไอออนิก ก., ง. และ จ. *4) โลหะ ก., ค. และ ง. โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (49)
  • 50. ตัวอยางที่ 31 ขอใดผิดเกี่ยวกับการนําไฟฟาของสารชนิดตางๆ * 1) การนําไฟฟาของสารประกอบไอออนิกในสถานะของเหลวเกิดจากการถายเทอิเล็กตรอนจากไอออนบวก ใหไอออนลบ 2) การนําไฟฟาของโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลนสูง 3) แกรไฟตซึ่งเปนอัญรูปหนึ่งของคารบอนนําไฟฟาไดเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน 4) สารกึ่งตัวนําจะนําไฟฟาไดก็ตอเมื่อไดรับพลังงานจํานวนหนึ่ง แลวทําใหอิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนระดับ พลังงานตัวอยางที่ 32 รูปตอไปนี้ แสดงแบบจําลองโมเลกุลสามมิตของมีเทน (CH4) ิ ขอใดแสดงรูปโครงสรางสามมิติของมีเทนที่ไมใชรูปทรงสี่หนา (กําหนดให สัญลักษณ แทนพันธะที่ชี้ออกไปดานหนาของระนาบกระดาษ แทนพันธะที่ชี้เขาไปดานหลังของระนาบกระดาษ แทนพันธะที่อยูในระนาบเดียวกับกระดาษ) H H H 1) H 2) C C H H H H H H H * 3) C 4) H C H H H Hวิทยาศาสตร เคมี (50) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 51. ปริมาณสัมพันธ โมล หมายถึง ปริมาณสารที่มีจํานวนอนุภาคเทากับจํานวนอะตอมของ C-12 ที่มีมวล 12 กรัม หรือ6.02 × 1023 อนุภาค สาร 1 โมล จะมีมวลเปนกรัมเทากับมวลอะตอมของธาตุ หรือมวลโมเลกุลของสาร ปริมาตรตอโมลของแกส = 22.4 dm3 ที่ STP 3 จํานวนอนุภาค โมล = มวล (กรัม) = ปริมาตร (dm ) ที่ STP = 22.4 มวลอะตอมหรือมวลโมเลกุล 6.02 × 1023ตัวอยางที่ 1 กําหนดให - ธาตุ Y 3 อะตอมมีมวลเปน 4 เทาของมวลคารบอน -12 - ธาตุ X ในธรรมชาติมี 2 ไอโซโทป คือ 14X และ 15X - ธาตุ 14X มีมวลอะตอม = 14.00 ปริมาณรอยละที่พบในธรรมชาติ = 99.6 และธาตุ 15X มีมวลอะตอม = 15.00 สารประกอบที่มีสูตรโมเลกุล XY ที่มีจํานวนอะตอมเทากับ 6.02 × 1023 อะตอม จะมีน้ําหนักกี่กรัมวิธีคิด 1 มวลของธาตุ 1 อะตอม = มวลอะตอม × 12 มวล C-12 1 อะตอม 1 มวลของ Y 3 อะตอม = 3 × มวลอะตอมของ Y × 12 มวล C-12 1 อะตอม 3 มวลอะตอมของ Y × 12 = 4 1 มวลอะตอมของ Y = 16 มวลอะตอมของ X = 14(99.6) + 15(0.4) 100 = 1394.4 + 6 = 14.004 100 มวลโมเลกุล XY = 14 + 16 = 30 วิธีการเปลี่ยนแปลงคาและหนวยตางๆ โดยใชแฟคเตอรเปลี่ยนหนวย 23 30 gXY gXY = 6.02 × 10 โมเลกุล XY × 2 6.02 × 1023 โมเลกุล XY = 15 gตัวอยางที่ 2 B-10 จํานวน 1 อะตอม มีน้ําหนักประมาณกี่กรัม * 1) 1.66 × 10-23 2) 6.02 × 10-23 3) 1.66 × 10-24 4) 6.02 × 10-24 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (51)
  • 52. ตัวอยางที่ 3 แกสไนโตรเจนไดออกไซด จํานวน 6.02 × 1020 โมเลกุล มีมวลและปริมาตรที่ STP เทาใด (N = 14, O = 16) * 1) 0.046 กรัม 0.022 ลิตร 2) 0.092 กรัม 0.045 ลิตร 3) 0.460 กรัม 0.224 ลิตร 4) 0.920 กรัม 0.448 ลิตรตัวอยางที่ 4 สารประกอบ Mg3(PO4)2 ที่ประกอบดวย P เทากับ a อะตอม มีมวลกี่กรัม (Mg = 24, P = 31, O = 16) * 1) 2.18 × 10-22 a 2) 4.36 × 10-22 a 3) 131 a 4) 293 aวิธีคิด มวลโมเลกุล Mg3(PO4)2 = 262 P 2 โมล ในสารประกอบ Mg3(PO4)2 1 โมล P 2 × 6.02 × 1023 อะตอม ในสารประกอบ Mg3(PO4)2 262 กรัม P a อะตอม ในสารประกอบ Mg3(PO4)2 262 a กรัม 2 × 6.02 × 1023 สารละลาย ความเขมขนของสารละลาย บอกไดหลายวิธี ดังนี้ 1. รอยละหรือสวนใน 100 สวน (pph), สวนในลานสวน (ppm), สวนในพันลานสวน (ppb) รอยละโดยมวลของ A = มวลของ A (หนวยมวล) × 100 มวลของสารละลาย (หนวยมวล) รอยละโดยปริมาตรของ A = ปริมาตรของ A (หนวยปริมาตร) × 100 ปริมาตรของสารละลาย (หนวยปริมาตร) รอยละโดยมวล/ปริมาตรของ A = มวลของ A (หนวยมวล) × 100 ปริมาตรของสารละลาย (หนวยปริมาตร) 2. บอกปริมาณตัวละลายเปนโมล, ตัวทําละลายเปนมวล, ปริมาตร หรือโมล โมแลลิตี = โมแลล (m) = จํามวลของตัวทำละลาย (kg) นวนโมลของตัวละลาย (mol) โมลาริตี = โมลาร (M) = จํานวนโมลของตัวละลาย (mol) ปริมาตรของสารละลาย (dm 3 หรือ L) เศษสวนโมลของ A = จํานวนโมลของ A (mol) จํานวนโมลรวมของสารในสารละลาย (mol) รอยละโดยจํานวนโมลของ A = เศษสวนโมลของ A × 100วิทยาศาสตร เคมี (52) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 53. การเตรียมสารละลาย 1. การเตรียมสารละลายจากสารบริสุทธิ์ MV mol = 1000 มวล = mol × มวลโมเลกุล 2. การทําสารละลายเขมขนใหเจือจางลง จํานวนโมลของตัวละลายกอน และหลังการทําใหเจือจางจะมีคาเทาเดิม M1V1 = M2V2ตัวอยางที่ 5 อุปกรณในขอใดมีความแมนยําในการวัดปริมาณสารนอยที่สุด 1) บิวเรตขนาด 50 มิลลิลิตร * 2) ขวดวัดปริมาตรขนาด 100 มิลลิลิตร 3) เครื่องชั่งสารแบบทศนิยม 3 ตําแหนง 4) ปเปตแบบกระเปาะ (Volumetric pipette) ขนาด 25 มิลลิลิตรตัวอยางที่ 6 การใชปเปตแบบ Graduated pipette (มีมาตรวัดปริมาตรละเอียด 0.1 มิลลิลิตรอยูขางปเปต)ขนาด 10 มิลลิลิตร เพื่อถายเทสารปริมาตร 5 มิลลิลิตร ควรทําตามขอใดจึงจะเหมาะสมที่สุด 1) ดูดสารเขาไปในปเปต 5 มิลลิลิตร แลวปลอยออกจนหมด พนสารที่เหลือคางที่ปลายปเปตออกดวยลูกยาง * 2) ดูดสารเขาไปในปเปต 10 มิลลิลิตร แลวปลอยออก 5 มิลลิลิตร 3) ดูดสารเขาไปในปเปต 5 มิลลิลตร แลวปลอยออกจนหมด ิ 4) ไมควรใชปเปตนี้ ควรเปลี่ยนไปใชปเปตขนาด 5 มิลลิลิตรแทนตัวอยางที่ 7 ตองการเตรียมกรดไนตริก (HNO3) ใหมีความเขมขน 0.12 โมลาร ปริมาตร 50 มิลลิลตร ตอง ิใชกรดไนตริกที่มีความเขมขน 63% โดยมวล ความหนาแนน 1.20 กรัม/มิลลิลิตร อยางนอยกี่มิลลิลิตร (H = 1, N = 14, O = 16) * 1) 0.5 2) 5 3) 10 4) 12ตัวอยางที่ 8 ตองการเตรียมสารละลายไทเทเนียม ปริมาตร 100 มิลลิลิตร ใหมีความเขมขน 10 มิลลิกรัม/ลิตรตองใช TiSO4 กี่กรัม (O = 16, S = 32, Ti = 48) 1) 3 × 10-1 2) 3 × 10-2 * 3) 3 × 10-3 4) 3 × 10-4ตัวอยางที่ 9 ตองการเตรียมสารละลายกรด H2SO4 0.9 โมลาร ปริมาตร 250 มิลลิลิตร ตองใชกรด H2SO4 ที่มีความเขมขนรอยละ 98 โดยมวล กี่มิลลิลิตร กําหนดความหนาแนนของกรด H2SO4 เปน 1.80 กรัม/มิลลิลิตร (H = 1, O = 16, S = 32) 1) 6.3 * 2) 12.5 3) 18.0 4) 25.0 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (53)
  • 54. ตัวอยางที่ 10 สารละลาย NaBr ความเขมขนรอยละ a โดยมวล มีความหนาแนนเทากับ b g/cm3 เมื่อนําสารละลายนี้ ปริมาตร 50.0 cm3 เจือจางเปน 250.0 cm3 สารละลายที่ไดมีความเขมขนเทาใด (Na = 23, Br = 80) 1) a103b M × 2) a103b m × * 3) 2 ×103 b M a× 4) 2 ×103 b m a×วิธีคิด M1V1 = M2V2 10 ba × 50 = M × 250 103 2 M2 = 2 × a × b mol/dm3 103ตัวอยางที่ 11 มีสารละลายกรด HCl เขมขน 0.40 โมลาร จํานวน 500 มิลลิตร และสารละลายกรด HClเขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 500 มิลลิลิตร ตองการเตรียมสารละลายกรด HCl เขมขน 0.20 โมลาร จํานวน 500มิลลิลิตร วิธีเตรียมตอไปนี้ ขอใดถูกตอง 1) ใชสารละลายกรด HCl เขมขน 0.40 โมลาร จํานวน 200 มิลลิลิตร ผสมกับสารละลายกรด HCl เขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 300 มิลลิลิตร 2) ใชสารละลายกรด HCl เขมขน 0.40 โมลาร จํานวน 300 มิลลิลิตร ผสมกับสารละลายกรด HCl เขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 200 มิลลิลิตร * 3) ใชสารละลายกรด HCl เขมขน 0.40 โมลาร จํานวน 200 มิลลิลิตร ผสมกับสารละลายกรด HCl เขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 200 มิลลิลิตร แลวเติมน้ํา 100 มิลลิลิตร 4) ใชสารละลายกรด HCl เขมขน 0.40 โมลาร จํานวน 200 มิลลิลิตร ผสมกับสารละลายกรด HCl เขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 100 มิลลิลิตร แลวเติมน้ํา 200 มิลลิลิตรวิธีคิด MV = M1V1 + M2V2 0.2 × 500 = (0.4 × 200) + (0.1 × 200) การหาจุดเดือดของสารบริสุทธิ์ และสารละลาย เทอรมอมิเตอร แทงแกวคนสาร หลอดทดลองขนาดเล็ก หลอดคะปลลารีตัวอยางที่ 12 หากนักเรียนทําตะเกียงแอลกอฮอลที่มีไฟติดอยูหกบนโตะทดลอง นักเรียนควรจะปฏิบัติอยางไร 1) หาน้ํามาดับไฟบนโตะ 2) ชวยกันเปาใหไฟดับ * 3) เอาผาชุบน้ําคลุมบริเวณที่ติดไฟ 4) เปดหนาตางใหอากาศถายเทไดดีขึ้นวิทยาศาสตร เคมี (54) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 55. การหาจุดหลอมเหลวของสารบริสุทธิ์ และสารละลาย เทอรมอมิเตอร แทงแกวคนสาร หลอดคะปลลารี สรุป ตัวละลายจะเปนสารใดก็ได แตเปนสารที่ระเหยยาก และไมแตกตัวเปนไอออน 1. จุดเดือดของสารละลายจะสูงกวาจุดเดือดของตัวทําละลายบริสุทธิ์ 2. จุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็งของสารละลายจะต่ํากวาจุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็งของตัวทําละลายบริสุทธิ์ 3. สารละลายที่มตัวทําละลายชนิดเดียวกัน ถามีความเขมขน (mol/kg) เทากัน ีจะมีจุดเดือดและจุดเยือกแข็งเทากัน 4. สารละลายที่มตัวทําละลายชนิดเดียวกัน ความเขมขน (mol/kg) ของสารละลายยิ่งสูงจุดเดือดจะ ีสูงขึ้นดวย แตจุดหลอมเหลวหรือจุดเยือกแข็งจะยิ่งต่ํา W1 × 1000 ∆Tb = Kbm = Kb × Mw × W 2 W1 × 1000 ∆Tf = Kfm = Kf × Mw × W 2 ∆Tb= ผลตางระหวางจุดเดือดของสารละลายกับจุดเดือดของตัวทําละลายบริสุทธิ์ ∆Tf= ผลตางระหวางจุดเยือกแข็งของตัวทําละลายบริสุทธิ์กับจุดเยือกแข็งของสารละลาย m = ความเขมขนของสารละลายเปนโมแลล หรือโมลตอกิโลกรัม Kb = คาคงที่ของการเพิ่มของจุดเดือด Kf = คาคงที่ของการลดของจุดเยือกแข็ง W1 = มวลของตัวละลาย (กรัม) W2 = มวลของตัวทําละลาย (กรัม) Mw = มวลโมเลกุลของตัวละลาย โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (55)
  • 56. ตัวอยางที่ 13 นําสาร A หนัก 1.5 กรัม กับสาร B ละลายในเบนซีน ปริมาตร 100 cm3 ไดสารละลายที่มีจุดเยือกแข็งเทากับ 5.021°C สาร B ที่ใชหนักกี่กรัม กําหนดให ความหนาแนนของเบนซีน = 0.9 g/cm3 จุดเยือกแข็งของเบนซีน = 5.533 °C คา Kf ของเบนซีน = 5.12 °C/m มวลโมเลกุล A = 300 มวลโมเลกุล B = 250 * 1) 1.00 2) 1.25 3) 2.00 4) 2.50วิธีคิด สาร B ที่ใชหนัก x กรัม 1.5 mol A = 300 = 0.005 mol B = 250 x W1 × 1000 ∆Tf = Kf × Mw × W 2 x  1000 5.533 - 5.021 = 5.12 × 0.005 + 250  × 100 × 0.9     สาร B ที่ใชหนัก = 1 กรัมตัวอยางที่ 14 นําสาร 4 ชนิด ปริมาณชนิดละ 0.001 โมล ผสมกับน้ํา 1 kg พบวาไดสารละลายที่มีจุดเดือดแตกตางกัน สารขอใดใหจุดเดือดสูงที่สุด 1) NaCl * 2) CaCl2 3) C6H12O6 4) CH3COOHตัวอยางที่ 15 จากขอมูลของสารตอไปนี้ สาร ความเขมขน (mol/kg) จุดเดือด (°C) A - 80.0 B - 75.5 สารละลาย X ใน A 0.5 81.5 สารละลาย Y ใน B 1.5 78.5 สารละลาย X ใน B ความเขมขน 2 mol/kg และสารละลาย Y ใน A ความเขมขน 1 mol/kgจะมีจดเดือดตางกันกี่องศาเซลเซียส (3.5°C) ุตัวอยางที่ 16 ถาจุดเยือกแข็งของแนฟทาลีนเทากับ 80.6°C เมื่อนําสารตัวอยาง (XmYn) หนัก 0.51 กรัม มาละลายในแนฟทาลีน 10.2 กรัม พบวาสารละลายมีจุดเยือกแข็ง 78.9°C สูตรโมเลกุลของ XmYn คือขอใด(กําหนด Kf ของแนฟทาลีน = 6.80°C ⋅ kg/mol และมวลอะตอม X = 100, Y = 50) 1) XY * 2) XY2 3) X2Y 4) XY3วิทยาศาสตร เคมี (56) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 57. W1 × 1000วิธีคิด ∆Tf = Kf × Mw × W 2 80.6 - 78.9 = 6.8 × 0.51 × 1000 Mw × 10.2 การคํานวณมวลเปนรอยละจากสูตร มวลของ A × 100 รอยละของ A ในสารประกอบ = มวลของสารประกอบตัวอยางที่ 17 วิเคราะหผลึกของสารประกอบชนิดหนึ่งซึ่งมีสูตรเปน Na2XH20O14 พบวาผลึกนี้ 1.5 กรัมมีธาตุ X รอยละ 15.2 โดยมวล มวลอะตอมของธาตุ X เปนเทาใด (Na = 23, H = 1, O = 16) 1) 45.0 * 2) 52.0 3) 59.1 4) 62.6วิธีคิด มวลของ X × 100 รอยละของ X ในสารประกอบ = มวลของสารประกอบ 15.2 = 2(23) + XX+×20(1) + 14(16) 100 X = 51.98ตัวอยางที่ 18 สารประกอบ hexachlorophene หนึ่งโมเลกุลมี Cl จํานวน 6 อะตอม และมีรอยละโดยมวลของ Cl เทากับ a สารประกอบ hexachlorophene มีมวลโมเลกุลเทาใด (Cl = 35.5) 23 * 1) 35.5 × a × 100 6 2) 35.5 × 6.02 × 10 × 6 × 100 a 3) 35.5100 × a ×6 × 1023 4) 35.5 × 6.02 100 × 6 × a การคํานวณปริมาณสารในปฏิกิริยาเคมี กฎทรงมวล อองตวน-โลรอง ลาวัวซิเอ ทดลองเผาสารในหลอดที่ปดสนิท พบวามวลรวมของสารกอนเกิดปฏิกริยาเทากับมวลรวมของสารหลังเกิดปฏิกิริยา ิ ระบบปด เปนระบบที่ไมมีการถายเทมวลกับสิ่งแวดลอม 2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq) ตะกอนสีเหลือง ระบบเปด เปนระบบที่มีการถายเทมวลกับสิ่งแวดลอม CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) ภาวะของระบบคือสมบัติของสารและปจจัยที่มีผลตอสมบัติของระบบ กฎสัดสวนคงที่ โจเซฟ เพราสต ศึกษาการเตรียมสารประกอบ พบวาสารประกอบชนิดหนึ่งเตรียมดวยวิธการที่แตกตางกัน จะมีอัตราสวนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเปนสารประกอบคงที่เสมอ ี โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (57)
  • 58. การศึกษาปริมาตรของแกสในปฏิกิริยาระหวาง O2 กับ NO กรดไนตริก ทองแดง แกสไนโตรเจนมอนอกไซด การเตรียมแกสไนโตรเจนมอนอกไซด การถายแกสจากหลอดทดลองเขาสูกระบอกตวง เมื่อวัดปริมาตรของ O2 และ NO ที่เขาทําปฏิกิริยาพอดีกันแลวอัตราสวนโดยปริมาตร O2 : NO = 1 : 2 กฎการรวมปริมาตรของแกส หรือเรียกวา กฎของเกย-ลูสแซก สรุปวา ที่อุณหภูมิและความดันคงที่อัตราสวนระหวางปริมาตรของแกสที่ทําปฏิกิริยาพอดีกับปริมาตรของแกสที่เกิดขึ้น จะเปนเลขจํานวนเต็มลงตัวนอยๆ กฎของอาโวกาโดร สรุปวา ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันแกสใดๆ ที่มีปริมาตรเทากัน จะมีจํานวนโมเลกุลเทากันตัวอยางที่ 19 ถังแกสใบหนึ่งบรรจุ O2 ไวที่ 20 บรรยากาศ 300 เคลวิน เมื่อเปลี่ยนไปบรรจุ SO2 แทนที่อุณหภูมและความดันเดียวกัน พบวาถังนี้มีน้ําหนักเพิ่มขึ้น 4 กิโลกรัม ถังใบนี้มีปริมาตรบรรจุประมาณกี่ลิตร ิ (กําหนดใหคาคงที่ของแกส = 0.082 atm ⋅ L ⋅ mol-1 ⋅ K-1) 1) 0.154 2) 0.769 3) 76.875 * 4) 153.750 ความสัมพันธระหวางปริมาณของสารในสมการเคมี ผลไดรอยละ = ผลไดจริง × 100 ผลไดตามทฤษฎี สารกําหนดปริมาณ คือ สารตั้งตนที่ทําปฏิกิริยาหมดกอนสารอื่นตัวอยางที่ 20 จากปฏิกิริยาตอไปนี้ NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(g) (สมการยังไมไดดุล) ถานํา NH3 จํานวน a กรัม ทําปฏิกิริยากับ O2 จํานวน a กรัม จะเกิด NO กี่กรัม (N = 14, H = 1, O = 16) * 1) 0.75 a 2) a 3) 1.25 a 4) 1.76 aวิธีคิด 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) O2 เปนสารกําหนดปริมาณ mol NO = 4 mol O2 5 mol NO = 5 mol O24 4 มวล NO = 5 mol O2 × 30วิทยาศาสตร เคมี (58) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 59. ตัวอยางที่ 21 การเผา Ag2CO3 จะไดโลหะเงินบริสุทธิ์ดังสมการ (Ag = 108) Ag2CO3(s) Ag(s) + CO2(g) + O2(g) ... (สมการยังไมไดดุล) เมื่อเผา Ag2CO3 อยางสมบูรณไดแกสปริมาตร 3.36 dm3 ที่ STP จะไดโลหะเงินบริสุทธิ์กี่กรัม 1) 16.2 * 2) 21.6 3) 32.4 4) 41.1วิธีคิด 2Ag2CO3(s) 4Ag(s) + 144(g) 4+ 42(g) 2CO2 2 4 O 4 3 แกส 3 mol mol Ag 4 mol แกส = 3 4 mol Ag = 3 mol แกส 4 มวล Ag = 3 mol แกส × 108ตัวอยางที่ 22 ถาตองการทําใหธาตุ 1 กรัม เกิดเปนสารประกอบออกไซด โดยเผากับ O2 ธาตุใดจะตองใชปริมาณ O2 มากที่สุด (Na = 23, Mg = 24, K = 39, Ca = 40) 1) Na * 2) Mg 3) K 4) Caวิธีคิด มวลโมเลกุลของ Na2O, MgO, K2O และ CaO = 62, 40, 94, 56 ตามลําดับตัวอยางที่ 23 นําตัวอยาง 1.0 กรัม ที่มีแคลเซียมเปนองคประกอบ มาทําปฏิกิริยากับ (NH4)2C2O4 ไดตะกอนCaC2O4 หนัก 2.56 กรัม ตัวอยางมีแคลเซียมอยูรอยละเทาใด 1) 20 2) 40 3) 60 * 4) 80วิธีคิด มวลโมเลกุล CaC2O4 = 128 CaC2O4 128 g มี Ca 40 g CaC2O4 2.56 g มี Ca 40 × 2.56 = 0.8 g 128 0.8 × 100 = 80 ตัวอยางมีแคลเซียมอยูรอยละ 1.0ตัวอยางที่ 24 สารตัวอยาง 10 กรัม มี Ba(OH)2 เปนองคประกอบ นํามาทําปฏิกิริยากับกรดดังสมการ Ba(OH)2(aq) + H2SO4(aq) BaSO4(s) + 2H2O นําตะกอน BaSO4 ไปเผาได BaS หนัก 3.38 กรัม รอยละของ Ba ในสารตัวอยางเทากับเทาใด (Ba = 137, S = 32, O = 16) 1) 2.7 2) 13.7 * 3) 27.4 4) 34.2วิธีคิด มวลโมเลกุล BaS = 137 + 32 = 169 BaS หนัก 3.38 กรัม มี Ba 137 × 3.38 = 2.74 กรัม 169 รอยละของ Ba ในสารตัวอยาง 102.74 × 100 = 27.4 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (59)
  • 60. ตัวอยางที่ 25 เติมเกลือ Zn(OH)2 ลงในสารละลาย HBr เขมขน 0.550 mol/dm3 ปริมาตร 400 cm3 พบวาสารละลายยังเปนกรด เมื่อนําสารละลายที่ไดไทเทรตกับสารละลาย NaOH เขมขน 0.500 mol/dm3 พบวาที่จุดสมมูลใชปริมาตรของสารละลาย NaOH เทากับ a cm3 เกลือ Zn(OH)2 ที่ใชมีมวลกี่กรัม (Zn = 65, O = 16, H = 1) 1) 10.89 - 0.025 * 2) 10.89 - 0.025 a 3) 21.78 - 0.050 a a 4) 21.78 - 0.050 aวิธีคิด Zn(OH)2 + 2HBr ZnBr2 + 2H2O ...(1) HBr + NaOH NaBr + H2O ...(2) จากปฏิกิริยา 2 ; mol HBr = mol NaOH = 0.5 × a 1000 จากปฏิกิริยา 1 ; mol HBr ที่ใชในปฏิกิริยา = 0.55 × 400 - 0.5a 1000 1000 1  0.55 × 400 0.5a  mol Zn(OH)2 ที่ใช = 2  1000 - 1000    มวล Zn(OH)2 ที่ใช = mol × มวลโมเลกุลตัวอยางที่ 26 เมื่อเผา MgCO3(s) จะได MgO(s) และ CO2 (g) จากการนําสารผสมระหวาง MgCO3(s)และ MgO(s) จํานวน 16.00 กรัม มาเผาจนเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ ปรากฏวาเหลือของแข็งหนัก 11.60 กรัมมวลของ MgCO3(s) ในสารผสมมีกี่กรัม (Mg = 24, C = 12, O = 16) 1) 4.4 2) 5.9 3) 7.6 * 4) 8.4ตัวอยางที่ 27 นําผงซักฟอกชนิดหนึ่งหนัก 0.620 กรัม มาเผาจนรอนแดงเพื่อทําลายสารอินทรีย แลวนํามาเติมกรด HCl ที่รอนจํานวนมากเกินพอ เพื่อเปลี่ยนธาตุฟอสฟอรัสใหเปนกรด H3PO4 ซึ่งสามารถทําปฏิกิรยากับิสารละลายผสม Mg2+ และ NH 4 เพื่อใหตกตะกอน MgNH4PO4 ⋅ 6H2O เมื่อนําตะกอนไปเผาจะเหลือของแข็ง +Mg2P2O7 หนัก 0.222 กรัม ธาตุฟอสฟอรัสในผงซักฟอกชนิดนี้มปริมาณรอยละเทาใด (Mg = 24, P = 31, O = 16) ี 1) 5 * 2) 10 3) 15 4) 20วิธีคิด มวลโมเลกุลของ Mg2P2O7 = 222ตัวอยางที่ 28 ถาตองการเตรียมสารละลาย Zn2+ เขมขน 0.4 โมลาร โดยเตรียมจากการละลายโลหะ Zn หนัก13 กรัม ดวยสารละลายกรด HCl ตองละลายโลหะ Zn ลงในสารละลาย HCl ที่มีความเขมขนและปริมาตรตามขอใด (Zn = 65) 1) 0.4 โมลาร 500 มิลลิลิตร 2) 0.8 โมลาร 1000 มิลลิลิตร * 3) 1.2 โมลาร 500 มิลลิลิตร 4) ไมมีขอถูก วิทยาศาสตร เคมี (60) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 61. ตัวอยางที่ 29 เมื่อเผาแร AX2 ในบรรยากาศออกซิเจนและไฮโดรเจน ตามลําดับ ไดโลหะ A ดังสมการ(สมการยังไมดุล) AX2 + O2 AO3 + XO2 AO3 + H2 A + H2O ถากระบวนการเผาแรดังกลาวใช AX2 1600 g แกสออกซิเจน 560 g และแกสไฮโดรเจน 120 gจะไดโลหะ A มากที่สุดกี่กรัม (มวลอะตอม X = 32, A = 96) ตอบ 480 gตัวอยางที่ 30 ภาชนะสองใบตอเชื่อมถึงกัน ใบแรกมีขนาด 2 ลิตร บรรจุแกส N2 ไว 3 บรรยากาศ ใบที่สองขนาด 3 ลิตร บรรจุแกส O2 ไว 5 บรรยากาศ ที่อุณหภูมิคงที่ เมื่อเปดวาลวที่กั้นระหวางภาชนะทั้งสอง จะเกิดปฏิกิริยากันจนสมบูรณไดผลิตภัณฑเปนออกไซดชนิดหนึ่งของไนโตรเจนมีความดันเทากับ 1.2 บรรยากาศ โดยไมมีสารตั้งตนใดเหลืออยู สูตรของออกไซดที่เกิดขึ้นคือขอใด 1) NO2 2) NO3 3) N2O4 * 4) N2O5ตัวอยางที่ 31 แอสไพริน (C9H8O4) เตรียมไดจากปฏิกิริยาระหวางกรดซาลิซลิก (C7H6O3) ิกับแอซิตกแอนไฮไดรด (C4H6O3) ดังสมการ ิ 2 C7H6O3 + C4H6O3 2 C9H8O4 + H2O ตองใชกรดซาลิซิลิกกี่กรัมเพื่อใหทําปฏิกิริยาพอดีกับแอซิติกแอนไฮไดรด 1.02 กรัม และไดแอสไพรินกี่กรัม ตามลําดับ (H = 1, C = 12, O = 16) 1) 0.69 และ 0.90 2) 1.38 และ 1.80 * 3) 2.76 และ 3.60 4) 2.76 และ 7.20วิธีคิด มวลโมเลกุลแอซิติกแอนไฮไดรด (C4H6O3) = 102 มวลโมเลกุลของกรดซาลิซิลิก (C7H6O3) = 138 มวลโมเลกุลของแอสไพริน (C9H8O4) = 180 จํานวนโมลของแอซิติกแอนไฮไดรด = 1.02 = 0.01 102 มวลของกรดซาลิซิลิกที่ใช = (2 × 0.01) × 138 = 2.76 g มวลของแอสไพรินเกิดขึ้น = (2 × 0.01) × 180 = 3.60 gตัวอยางที่ 32 สาร A 18 กรัม เผาไหมในบรรยากาศที่มีออกซิเจนมากเกินพอ พบวาไดแกส X และแกส Y โดยที่แกส X เกิดปฏิกิริยากับสารละลาย Ca(OH)2 ไดตะกอนหนัก 80.0 กรัม ในขณะที่แกส Y ถูกดูดซับดวยซิลิกาเจลและพบวามวลของซิลิกาเจลกอนและหลังดูดซับเปน 50.0 กรัม และ 68.0 กรัม ตามลําดับ สาร A คือขอใด(มวลอะตอม Ca = 40, C = 12, H = 1, O = 16) 1) C2H5O2 * 2) C4H10O2 3) C6H15O4 4) C8H20O2 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (61)
  • 62. ตัวอยางที่ 33 พิจารณาปฏิกิริยาระหวางฟอสฟอรัสกับแกสคลอรีน P4 + Cl2(g) D(g) + E(g) สารผลิตภัณฑทั้ง 2 ชนิด อยูในสถานะแกสที่สภาวะของการทําปฏิกิริยา หลังจากเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ คอยๆ ลดอุณหภูมิลง พบวาผลิตภัณฑ E ควบแนนออกมากอน มีน้ําหนัก 4.17 กรัม หลังจากนั้นผลิตภัณฑD ควบแนนออกมามีน้ําหนัก 8.25 กรัม ผูทําการทดลองลดอุณหภูมิจนถึง -100°C พบวาไดของเหลวอีกชนิดหนึ่งมีน้ําหนัก 6.00 มิลลิกรัม ในการทําปฏิกิริยานี้ใช P4 กี่กรัม (มวลอะตอม P = 31, Cl = 35.5) * 1) 2.48 2) 4.96 3) 7.44 4) 9.92ตัวอยางที่ 34 หยดกรด H2SO4 เขมขนปริมาณมากเกินพอลงไปในผลึก NaCl พบวาเกิดแกสชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติในการกัดกรอน เมื่อผานแกสนี้ลงไปในน้ํา 1.000 dm3 แลวนําสารละลายที่ได 20.00 cm3 ไปไทเทรตกับสารละลาย Na2CO3 ขน 4.000 × 10-2 M พบวาที่จุดยุติตองใชสารละลาย Na2CO3 25.00 cm3 ปฏิกิริยาการเกิดแกสนี้ตองใช NaCl กี่กรัม (มวลอะตอม Na = 23, Cl = 35.5, H = 1, S = 32, O = 16) 1) 2.925 * 2) 5.850 3) 8.775 4) 11.70ตัวอยางที่ 35 นักเรียนนํากระปองน้ําอัดลมมาขัดดวยกระดาษทราย เพื่อเอาพอลิเมอรที่เคลือบออก แลวตัดใหเปนชิ้นเล็กๆ จากนั้นนําไปชั่งใหไดนําหนัก 0.3375 กรัม ใสในบีกเกอรเติมสารละลาย KOH ขน 1.400 mol/dm3 ้ปริมาตร 25.00 cm 3 ลงในบีกเกอร นําไปใหความรอนจะไดสารแขวนลอยสีเทาดํา เมื่อนําไปกรองจะไดสารละลายใสตั้งทิ้งไวใหเย็น คอยๆ เติมสารละลายกรด H2SO4 ขน 9.000 mol/dm3 ปริมาตร 10.00 cm3 จะไดสารสีขาวตกตะกอนออกมา เมื่อนําไปกรองแลวลางผลึกดวยเอทานอลเย็น ทิ้งไวใหแหง ถาปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นสมบูรณและมีสารอื่นที่ไมทาปฏิกริยากับ KOH เจือปนอยู 20% โดยมวล และผลิตภัณฑสุดทายคือสารสม (KAl(SO4)2 ⋅ 12H2O) จะได ํ ิสารสมกี่กรัม กําหนดใหมวลอะตอม H = 1, O = 16, Al = 27, S = 32, K = 39 1) 2.580 2) 3.225 * 3) 4.740 4) 5.925วิทยาศาสตร เคมี (62) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 63. ตารางขอมูลการทดลองการตกตะกอนของไอออนโลหะ ตอบคําถามตัวอยางที่ 36-37 ปฏิกิริยา สิ่งที่สังเกตพบ X+(aq) + Cl-(aq) → XCl(aq) สารละลายใสไมมีสี 2X+(aq) + O2-(aq) → X2O(s) ตะกอนสีขาวขุน Y2+(aq) + 2Cl-(aq) → YCl2(s) สารละลายสีฟาขุน Y2+(aq) + O2-(aq) → YO(s) ตะกอนละเอียดสีขาว Z3+(aq) + 3Cl-(aq) → ZCl3(aq) สารละลายใสสีสม 2Z3+(aq) + 3O2-(aq) → Z2O3(s) ตะกอนสีน้ําตาลตัวอยางที่ 36 เมื่อหยดสารละลายของ Cl- ในสารตัวอยางที่อาจจะมีไอออน X+, Y2+ และ/หรือ Z3+ ไดสารละลายใสสีสม ในขณะที่เมื่อหยดสารละลายของ O2- ในสารตัวอยางนั้น ไดตะกอนสีน้ําตาลแดง สารตัวอยางนี้ไมมไอออนใด ี 1) X+ * 2) Y2+ 3) Z3+ 4) X+ และ Y2+ตัวอยางที่ 37 ขอใดไมถูก 1) ตองใชสารละลาย O2- 1 โมลาร ปริมาตร 30 มิลลิลิตร เพื่อตกตะกอนสีน้ําตาลของ Z3+ จากสาร ตัวอยางปริมาตร 20 มิลลิลิตร Z3+ มีความเขมขนเริ่มตน 1 โมลาร 2) สารละลาย Z3+ เปนสารละลายใสสีสม * 3) สารละลาย Y2+ เปนสารละลายสีฟา 4) ขอ 2) และ 3) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (63)
  • 64. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ ปริมาณของสารตั้งตนหรือผลิตภัณฑที่เปลี่ยนแปลงขณะปฏิกิริยาดําเนินไปในหนึ่งหนวยเวลา อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารตั้งตนที่เปลี่ยนแปลงไป ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยา = ปริมาณผลิตภัณฑที่เปลี่ยนแปลงไป ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกริยาของสารตางๆ เทากับอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณเปนโมลของสารแตละชนิดหาร ิดวยสัมประสิทธิ์จํานวนโมลของสารนั้นๆ 2A + 3B 4C อัตราการเกิดปฏิกิริยา = - 1  ∆[A]  2  ∆t    = - 1 [B] 3 t ∆     ∆  = 1  ∆[C]  4  ∆t   ตัวอยางที่ 1 การศึกษาอัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี ิ 2A(aq) B(aq) พบวาการเปลี่ยนแปลงความเขมขนของสาร A เปนฟงกชันของเวลา (t) ในหนวยวินาที ดังสมการ [A] = 4 - t อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ วินาทีที่ 4 มีคาเทาใด * 1) 0.125 2) 0.250 3) 0.375 4) 0.500ตัวอยางที่ 2 การศึกษาอัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี ิ A(aq) 2B(aq) พบวาการเปลี่ยนแปลงความเขมขนของสาร A เปนฟงกชันของเวลา (t) ในหนวยวินาที ดังสมการ [A] = 4 - t2 อัตราการเกิดสาร B ณ วินาทีที่ 1 มีคาเทาใด 1) 1 2) 2 * 3) 4 4) 8วิทยาศาสตร เคมี (64) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 65. ตัวอยางที่ 3 ปฏิกิริยาการสลายตัวของ N2O4 เปนดังสมการ N2O4(g) 2NO2(g) จากขอมูลการทดลองตอไปนี้ ความดัน (atm) เวลา (s) N2O4 NO2 0.0 0.050 0.000 20.0 0.033 A 40.0 B 0.050 60.0 0.020 C A, B และ C มีคาเทาใด A B C 1) 0.025 0.028 0.075 * 2) 0.034 0.025 0.060 3) 0.040 0.026 0.060 4) 0.045 0.030 0.075 ปจจัยที่มีผลตออัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี ิ 1. ความเขมขนของสารตั้งตน โซเดียมไทโอซัลเฟตทําปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก ดังสมการ Na2S2O3(aq) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + H2O(l) + SO2(g) + S(s) S 2O 32- (aq) + 2H+(aq) H2O(l) + SO2(g) + S(s) อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย = ปริมาณของกํามะถันที่เกิดขึ้น ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยา โดยทั่วไปการเพิ่มความเขมขนของสารตั้งตนจะมีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แตมีบางปฏิกริยาที่ิอัตราการเกิดปฏิกริยาเคมีขึ้นกับความเขมขนของสารตั้งตนชนิดใดชนิดหนึ่ง หรือบางปฏิกิริยาอัตราการเกิดปฏิกิริยา ิไมขึ้นกับความเขมขนของสารตั้งตน เชน ปฏิกิริยาการกําจัดแอลกอฮอลออกจากกระแสเลือดในตับ อัตราการสลายตัวของแอลกอฮอลเปนสารอื่นจะมีคาคงที่ โดยไมขึ้นกับปริมาณของแอลกอฮอลในเลือด 2. พื้นที่ผิวของสารตั้งตน สารตั้งตนที่มีพื้นที่ผิวมากมีผลทําใหอนุภาคของสารมีโอกาสเขาชนกันไดมาก ปฏิกิริยาจึงเกิดไดเร็วขึ้น 3. อุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดไดเร็วขึ้น กราฟแสดงการกระจายพลังงานจลนของโมเลกุลของแกสที่อุณหภูมิตางๆ T2 > T1 จํานวนโมเลกุลของแกส T1 E บริเวณที่แสดงถึง T2 จํานวนโมเลกุลที่ ชนกันแลวมีโอกาส เกิดปฏิกิริยาได พลังงานจลน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (65)
  • 66. 4. ตัวเรงและตัวหนวงปฏิกิริยาเคมี แมงกานีส (II) ซัลเฟต ทําหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยาระหวางสารละลายกรดออกซาลิกกับสารละลายโพแทสเซียมเปอรแมงกาเนต โซเดียมฟลูออไรด ทําหนาที่เปนตัวหนวงปฏิกิริยาระหวางเปลือกไขกบสารละลายกรดแอซีติก ั กรดไฮโดรคลอริกหรือกลีเซอรอลเปนตัวหนวงปฏิกิริยาทําให H2O2 สลายตัวชาลงตัวอยางที่ 4 ขอใดถูกตามทฤษฎีจลน 1) ทุกครั้งที่สารตั้งตนชนกันในทิศทางที่เหมาะสม จะเกิดสารผลิตภัณฑ * 2) การสลายตัวของสารเชิงซอนกัมมันตอาจไดสารตั้งตนหรือสารผลิตภัณฑ 3) สารเชิงซอนกัมมันตที่เกิดขึ้นระหวางปฏิกิริยามีพลังงานต่ํากวาสารตั้งตนและสารผลิตภัณฑ 4) การเกิดสารเชิงซอนกัมมันตปฏิกิริยาจะคายพลังงานออกมาซึ่งเรียกพลังงานนี้วาพลังงานกอกัมมันตตัวอยางที่ 5 ทําการทดลองวัดอัตราเร็วของการสลายตัวของสารตั้งตนในปฏิกริยา ิ R(s) P(s) จํานวน 2 การทดลอง (การทดลอง A และ B) โดยเริ่มตนจากความเขมขนของสาร R เทากันภายใตความดันเดียวกัน ไดผลการทดลองดังที่แสดงในกราฟ อัตราการเกิดปฏิกิริยา A B การดําเนินไปของปฏิกิริยา (t) ขอใดผิด * 1) การทดลอง A เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกวาการทดลอง B 2) พลังงานกอกัมมันตของการทดลอง A สูงกวาการทดลอง B 3) มีการเติมสารเรงปฏิกิริยาลงในการทดลอง B 4) มีการบดสารตั้งตน R ในการทดลอง Bวิทยาศาสตร เคมี (66) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 67. กราฟผลของตัวเรงปฏิกิริยาตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี Ea1 = พลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาที่ Ea1 ไมมีตัวเรงปฏิกิริยา พลังงาน (E) Ea2 Ea2 = พลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยาที่ สารตั้งตน มีตัวเรงปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ การดําเนินไปของปฏิกิริยา กราฟเปรียบเทียบจํานวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงกวา Ea ในกรณีที่มีและไมมตวเรงปฏิกิริยา ี ั Ea = พลังงานต่ําสุดที่จะทําใหเกิดปฏิกิริยา จํานวนโมเลกุล เมื่อไมมีตัวเรงปฏิกิริยา Ea > Ea+c Ea+c = พลังงานต่ําสุดที่จะทําใหเกิดปฏิกิริยา เมื่อมีตัวเรงปฏิกิริยา พลังงานจลน Ea+c Ea กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยาในสถานะแกส ปฏิกิริยาดูดความรอน ปฏิกริยาคายความรอน ิ Eaพลังงาน (E) พลังงาน (E) ผลิตภัณฑ Ea สารตั้งตน สารตั้งตน ผลิตภัณฑ การดําเนินไปของปฏิกิริยา การดําเนินไปของปฏิกิริยา โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (67)
  • 68. ตัวอยางที่ 6 จากปฏิกิริยาตอไปนี้ A+B C+D พบวาความสัมพันธระหวางพลังงานกับการดําเนินไปของปฏิกิริยาเปนไป ดังรูป [A + B ↔ C + D]* พลังงาน (E) x ขอใดถูก *1) ปฏิกิริยานี้เปนกระบวนการคายความรอน A+B 2) ผลิตภัณฑมีความเสถียรนอยกวาสารตั้งตน y C+D 3) พลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยามีคาเทากับ x + y 4) เมื่อมีการเติมตัวเรงลงในปฏิกิริยาจะทําใหคา y ลดลง การดําเนินไปของปฏิกริยา ิตัวอยางที่ 7 กราฟพลังงานกับการดําเนินไปของปฏิกิริยา พลังงาน I II C+D X A+B การดําเนินไปของปฏิกิริยา ขอใดถูก 1) การดําเนินไปของปฏิกิริยาตามเสนทางที่ I ดูดความรอนมากกวาเสนทางที่ II 2) คาคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาของทั้งสองเสนทางมีคาเทากัน *3) พลังงานกอกัมมันตของปฏิกริยาไปขางหนาตามเสนทางที่ II สูงกวาพลังงานกอกัมมันตของปฏิกิริยา ิ ยอนกลับ 4) สาร X ทําใหปฏิกิริยาระหวางสาร A และสาร B เกิดไดเร็วขึ้นวิทยาศาสตร เคมี (68) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 69. ขอมูลสําหรับตอบคําถามตัวอยางที่ 8-9 การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิรยา ก ิ จ แสดงดังแผนภาพตอไปนี้ ข ง พลังงาน (E) ค C A B จ D ก การดําเนินไปของปฏิกิริยา (t)ตัวอยางที่ 8 การอธิบายเกี่ยวกับกลไกของปฏิกิริยาเคมีขอใดถูก *1) ปฏิกิริยาขั้นตอน ค จ เปนปฏิกิริยาคายความรอนเทากับ B 2) ปฏิกิริยาขั้นตอน ก ค เกิดขึ้นเร็วกวาปฏิกิริยาขั้นตอน ค จ 3) เปนปฏิกริยา 2 ขั้นตอน และมีการเปลี่ยนแปลงความรอนของปฏิกิริยาเทากับ B + D ิ 4) เกิดสารเชิงซอนกัมมันตขึ้น 2 ชนิด และมีความแตกตางของพลังงานเทากับ A - Cตัวอยางที่ 9 การเปลี่ยนแปลงของพลังงานนอยที่สุดที่ทําใหเกิดปฏิกิริยายอนกลับคือขอใด 1) A 2) C 3) A - (B + C) * 4) A - (B + D)ตัวอยางที่ 10 ยอยโลหะ Zn หนัก 1.3 กรัม ดวยสารละลายกรด HCl เขมขน 0.5 โมลาร ปริมาตร 40 มิลลิลิตรจะเกิด H2 ดวยอัตราเร็วเริ่มตน 2.24 มิลลิลตรตอนาที ที่ STP อัตราการลดลงของ HCl เทากับกี่โมลารตอนาที ิ 1) 2 × 10-4 2) 2 × 10-3 *3) 5 × 10-3 4) 5 × 10-2ตัวอยางที่ 11 สมการปฏิกิริยาระหวางสาร A และสาร B A + 2B 3C + 4D สาร A จํานวน 1 โมล ทําปฏิกิริยากับสาร B จํานวน 2 โมล ในสารละลายปริมาตร 1 ลิตร เมื่อ เวลาผานไป 10 วินาที เกิดสาร C ขึ้น 3 โมล ขอใดผิด 1) อัตราการสลายตัวเฉลี่ยของสาร A ในชวง 10 วินาทีแรกเทากับ 0.1 โมลตอวินาที * 2) อัตราการสลายตัวเฉลี่ยของสาร B ในชวง 10 วินาทีแรกเทากับ 2.0 โมลตอวินาที 3) อัตราการเกิดสาร C ในชวง 10 วินาทีแรกเทากับ 0.3 โมลตอวินาที 4) อัตราการเกิดสาร C จํานวน 1 โมล เทากับอัตราการสลายตัวของสาร B จํานวน 0.67 โมล โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (69)
  • 70. ตัวอยางที่ 12 เมื่อทําปฏิกิริยาระหวาง HCl เขมขน 0.1 mol/dm3 จํานวน 100 cm3 กับกอนแคลเซียม-คารบอเนตที่มากเกินพอ หนัก x กรัม ในขวดรูปกรวยเปด และบันทึกน้ําหนักรวมของขวดรูปกรวยเปดเปนระยะเวลาหนึ่ง ไดผลเปนกราฟหมายเลข 4 ถาทําการทดลองซ้ําอีก 3 ครั้ง โดยใช HCl ความเขมขนตางๆ กับแคลเซียมคารบอเนตหนัก x กรัม ในขวดรูปกรวยเปดเดิม ดังนี้ ก. HCl เขมขน 0.1 mol/dm3 จํานวน 100 cm3 กับผงแคลเซียมคารบอเนต ข. HCl เขมขน 0.1 mol/dm3 จํานวน 50 cm3 กับกอนแคลเซียมคารบอเนต ค. HCl เขมขน 0.2 mol/dm3 จํานวน 50 cm3 กับกอนแคลเซียมคารบอเนต กราฟใดแสดงปฏิกริยาในขอ ก., ข. และ ค. ตามลําดับ ไดถูกตอง ิ 0 5 *1) กราฟหมายเลข 1, 5 และ 2 2) กราฟหมายเลข 2, 5 และ 1 2 4 น้ําหนัก 1 3) กราฟหมายเลข 2, 1 และ 3 3 4) กราฟหมายเลข 1, 3 และ 2 เวลาตัวอยางที่ 13 ปฏิกิริยา A + B E; ∆H = -700 kJ เปนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นใน 3 ขั้นตอน ดังนี้ ขั้นตอนที่ 1 A + B 2C; ∆H = -500 kJ, Ea = 1,000 kJ ขั้นตอนที่ 2 2C D; ∆H = X kJ, Ea = 500 kJ ขั้นตอนที่ 3 D E; ∆H = Y kJ, Ea = 600 kJ พลังงานศักยของสาร A และ B = 1,000 kJ พลังงานศักยของสาร D = 700 kJ คาของ X และ Y เปนกี่กิโลจูล ตามลําดับ 1) 200 และ 400 2) -200 และ -400 3) -200 และ 400 * 4) 200 และ -400ตัวอยางที่ 14 จากการทดลองศึกษาปฏิกิริยา A2(g) + 2B2(g) 2AB2(g) พบวาเมื่อเวลาผานไป 1 ชั่วโมงความเขมขนของสาร B2 ลดลงครึ่งหนึ่ง แตเมื่อทําการทดลองอีกครั้งโดยเพิ่มความเขมขนของสาร A2 เปน 2 เทาภายใตเงื่อนไขเดียวกันพบวา เมื่อเวลาผานไป 1 ชั่วโมง สาร B2 ก็ยังคงลดไปครึ่งหนึ่งจากปริมาณเริ่มตนเชนกัน พิจารณาขอสรุปตอไปนี้ ก. สาร A2 เปนสารเชิงซอนกัมมันตของปฏิกิรยา ิ ข. สาร B2 จะหมดลงภายในเวลา 2 ชั่วโมง ค. ไมวาจะเพิ่มสาร A2 เทาไรก็ตาม อัตราการเกิดปฏิกรยาจะคงเดิม ิิ ง. อัตราการเกิดปฏิกิริยานี้ขึ้นกับความเขมขนของสาร B2 ขอใดถูกตอง 1) ก. และ ข. * 2) ค. และ ง. 3) ก. และ ค. 4) ข. และ ง.วิทยาศาสตร เคมี (70) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 71. ตัวอยางที่ 15 ถาเริ่มจากความเขมขนของ A และ B ตางๆ กัน จะเกิด C ที่ 1 นาที ดังสมการ A + 2B 2C และตารางความเขมขนของสารที่ใชในปฏิกิริยา ความเขมขน (โมลาร) A (เริ่มตน) B (เริ่มตน) C (ที่ 1 นาที) 0.10 0.10 0.04 0.10 0.20 0.04 0.20 0.20 0.08 ถาตองการทําลายสาร B เขมขน 1.00 โมลาร ใหหมดภายใน 1 นาที ดวยการทําปฏิกิริยากับสารA จะตองใสสาร A ลงไปใหมีความเขมขนเริ่มตนขั้นต่ํากี่โมลาร 1) 0.50 2) 2.50 *3) 5.00 4) 10.00ขอมูลตอบคําถามตัวอยางที่ 16-17 พิจารณาขอมูลการเปลี่ยนแปลงความเขมขนของสารตางๆ ในปฏิกิริยาเมื่อเวลาผานไป ดังนี้ เวลา [A] [B] [C] [D] การทดลองที่ (นาที) (M) (M) (M) (M) 1 0 10 10 0 0 2 8 7 2 4 4 6 4 4 8 2 0 20 20 0 0 2 16 14 4 8 4 12 8 8 16ตัวอยางที่ 16 จากขอมูลขางตน สมการปฏิกิริยาที่ดุลแลวเปนไปตามขอใด 1) A + B → C + D * 2) 2A + 3B → 2C + 4D 3) 3A + 2B → 2C + 4D 4) 3A + 2B → 4C + 2Dตัวอยางที่ 17 ถา [A]t=0 นาที = [B]t=0 นาที = 40 M และ [C]t=0 นาที = [D]t=0 นาที = 10 M หลังจากเกิดปฏิกริยาแลวกี่นาทีจึงจะมี [C] = 34 M ิ 1) 2 2) 4 * 3) 6 4) 10 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (71)
  • 72. กรด-เบส อิเล็กโทรไลตแก คือ ตัวละลายที่แตกตัวเปนไอออนไดดีมากหรือไดหมด ไดแก กรดแก, เบสแก กรดแก ไดแก HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4 และ H2SO4 เบสแก ไดแก LiOH, NaOH, KOH Ca(OH)2, Sr(OH)2 และ Ba(OH)2ตัวอยางที่ 1 เมื่อสารละลายกรดแกหกรดมือ ควรทําอยางไรจึงเหมาะสมที่สุด 1) ใชผาชุบน้ําเช็ดออก * 2) ลางออกดวยน้ําเปลาปริมาณมากๆ 3) สะเทินฤทธิ์ดวยสารละลายเบส แลวจึงลางดวยน้ําเปลาอีกครั้ง 4) ใชกระดาษทิชชูซบกรดออกกอน แลวจึงลางออกดวยน้ําเปลาอีกครั้ง ั อิเล็กโทรไลตออน คือ ตัวละลายที่แตกตัวเปนไอออนไดบางสวน หรือแตกตัวไดนอย โดยสวนใหญคงเปนโมเลกุล ไดแก กรดออน, เบสออน ทฤษฎีกรด-เบส 1. ทฤษฎีกรด-เบสอารเรเนียส กรด คือ สารที่ละลายน้ําแลว แตกตัวใหไฮโดรเจนไอออน H 2O HCl H+ + Cl- เบส คือ สารที่ละลายน้ําแลวแตกตัวใหไฮดรอกไซดไอออน H 2O NaOH Na+ + OH- 2. ทฤษฎีกรด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี กรด คือ สารที่ใหโปรตอน และเบส คือ สารที่รับโปรตอน 3. ทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส กรด คือ สารที่รับคูอิเล็กตรอน และเบส คือ สารที่ใหคูอิเล็กตรอน คูกรด-เบส HA(aq) + B(aq) HB + (aq) + A - (aq) กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1วิทยาศาสตร เคมี (72) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 73. การแตกตัวของกรดและเบส กรดแกและเบสแกแตกตัวเปนไอออนไดอยางสมบูรณ การคํานวณของกรดออน การคํานวณของเบสออน C > 103 C > 103 Ka Kb [H3O+] = Ka ⋅ C [OH-] = Kb ⋅ C Ka Kb % = C × 100 % = C × 100ตัวอยางที่ 2 ตัวแปรคูใดของสารละลายกรด ที่มีความสัมพันธเปนกราฟเสนตรง (เมื่อ C คือ ความเขมขนของสารละลายกรด) * 1) 1 และ รอยละการแตกตัว 2) Ka และ รอยละการแตกตัว C 3) 1 และ ความเขมขนของ H+ 4) pH และ pKa Cตัวอยางที่ 3 ขอใดเรียงลําดับความแรงของกรดไดถูกตอง 1) HClO > HClO2 > HClO3 > HClO4 * 2) HlO4 > HlO3 > HBrO3 > HClO3 3) H2O > H2S > H2Se > H2Te 4) ถูกทุกขอตัวอยางที่ 4 ตารางแสดงคาคงที่การแตกตัวของกรด ชื่อสาร Ka HSO- 4 1.2 × 10-2 HNO2 4.5 × 10-4 CH3COOH 1.8 × 10-5 NH + 4 6.0 × 10-10 ขอใดเรียงลําดับความแรงของคูเบสของสารในตารางไดถูกตอง 1) SO 2- > NO- > CH3COO- > NH3 4 2 * 2) NH3 > CH3COO- > NO- > SO 2- 2 4 2+ 2+ 3) H2SO4 > NO 2 > CH3COO- > NH 5 - 4) NH 5 > CH3COO- > NO 2 > H2SO4 -ตัวอยางที่ 5 กรดแตกตัวครั้งเดียว 4 ชนิด ไดแก A, B, C และ D มีความเขมขนเทากัน แตกตัวให H3O+เขมขน 1.5 × 10-3, 6.5 × 10-4, 4.0 × 10-5 และ 5.5 × 10-6 โมลาร ตามลําดับ ขอใดเรียงลําดับคา pKa ถูกตอง และคูเบสของสารใดเปนเบสแรงที่สุด 1) A > B > C > D และคูเบสของ A เปนเบสแรงที่สุด 2) A > B > C > D และคูเบสของ D เปนเบสแรงที่สุด 3) D > C > B > A และคูเบสของ A เปนเบสแรงที่สุด * 4) D > C > B > A และคูเบสของ D เปนเบสแรงที่สุด โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (73)
  • 74. การแตกตัวเปนไอออนของน้ํา Kw = [H3O+][OH-] = 1.0 × 10-14 ที่อุณหภูมิ 25°C pH ของสารละลาย pH = -log [H3O+] [H3O+] = A × 10-B mol/dm3 pH = B - log A pH + pOH = 14 ที่อุณหภูมิ 25°Cตัวอยางที่ 6 สารละลายกรด HCl เขมขนรอยละ 0.10 โดยมวล มีความหนาแนน 1.10 กรัม/มิลลิลิตรจํานวน 100 มิลลิลิตร มี pH เปนเทาใด (H = 1, Cl = 35.5, log 3 = 0.4771) *1) 1.52 2) 2.48 3) 2.52 4) 3.48วิธีคิด mol/dm3 = 10dx M [H3O +] = 10 × 1.1 × 0.1 36.5 = 0.03 = 3 × 10-2 mol/dm3 pH = 2 - log 3ตัวอยางที่ 7 สารละลายกรดออน HA เขมขน 0.1 โมลาร มี pH 3.0 ถานําสารละลายกรดออน HA 100 มิลลิลิตรเติมน้ํา 900 มิลลิลิตร จะไดสารละลายเจือจางที่มี pH เทาใด 1) 2.5 * 2) 3.5 3) 4.0 4) 4.5วิธีคิด pH กรดออน HA = 3 [H3O+] = 10-3 mol/dm3 [H3O+] = Ka ⋅ C [H 3O + ]2 C = Ka M1V1 = M2V2 [10-3 ]2 × 100 = [H 3O + ]2 × (100 + 900) Ka Kaวิทยาศาสตร เคมี (74) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 75. ตัวอยางที่ 8 H2A เปนกรดออนเขมขน 0.10 โมลาร มี pH เทากับ 4.5 และความเขมขนของ A2- เทากับ10-12 โมลาร ดังนั้น คา Ka1 แตกตางจากคา Ka2 กี่เทา 1) 100,000 * 2) 10,000 3) 1,000 4) 100ตัวอยางที่ 9 HA เปนกรดออนเขมขน 0.1 โมลาร pH เทากับ 5.0 สาร x เปนกรดออนแตกตัวครั้งเดียวอีกชนิดหนึ่ง มีคา Ka เปน 10 เทาของ Ka ของกรด HA สารละลาย x เขมขน 0.01 โมลาร มีคา pH เทาใด 1) 3 2) 4 * 3) 5 4) 6ตัวอยางที่ 10 เมื่อนําสารละลาย HCl ที่มี pH = 4 ปริมาตร 400 cm3 ผสมกับสารละลาย HNO3 ที่มี pH = 2ปริมาตร 100 cm3 สารละลายผสมที่ไดมีคา pH เทาใด (กําหนด log 2 = 0.301 และ log 3 = 0.477) 1) 2.3 *2) 2.7 3) 3.0 4) 3.3วิธีคิด [HCl] = 1 × 10-4 mol/dm3   กรดแก HA [HNO3] = 1 × 10-2 mol/dm3  MV = M1V1 + M2V2 M × 500 = (1 × 10-4 × 400) + (1 × 10-2 × 100)ตัวอยางที่ 11 ขอความที่เกี่ยวของกับ pH ตอไปนี้ ขอใดผิด 1) สารละลายที่มี OH- 0.002 โมล ในน้ํา 200 cm3 มี pH 12 *2) สารละลายกรดออน (HA) ที่มี Ka = 1.0 × 10-7 และเขมขน 0.001 mol/dm3 จํานวน 1000 cm3 มี pH 6.5 3) สารละลายกรด HCl ที่มี pH 2.0 จํานวน 100 cm3 เมื่อเติมน้ําลงไป 900 cm3 จะไดสารละลายที่มี pH 3.0 4) สารละลายกรด HNO3 0.63 กรัม ในน้ํา 100 cm3 มี pH เทากับสารละลายกรด HCl เขมขน 0.1 mol/dm3 จํานวน 500 cm3วิธีคิด [H3O+] = Ka ⋅ C = 1 × 10-7 × 10-3 = 10-5 mol/dm3 pH = -log [H3O+]ตัวอยางที่ 12 ขอความที่เกี่ยวของกับกรด เบสตอไปนี้ ขอใดผิด 1) คูเบสของ HSO- คือ SO 2- และคูกรดของ HSO- คือ H2SO3 3 3 3 2) ความแรงของกรดเรียงตามลําดับ คือ H3PO4 > H 2 PO- > HPO 2- 4 4 *3) คูกรดของเบส CH3NH2 (Kb = 4 × 10-4) มีความแรงมากกวา C6H5NH2 (Kb = 4 × 10-10) 4) จากปฏิกิรยา NaHCO3 + Ba(OH)2 ิ BaCO3 + NaOH + H2O แสดงวา NaHCO3 ทําหนาที่ เปนกรดวิธีคิด Kw = Ka ⋅ Kb โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (75)
  • 76. อินดิเคเตอรสําหรับกรด-เบส HIn(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + In-(aq) รูปกรด รูปเบสตัวอยางที่ 13 เมื่อเติมครีซอลเรด (Cresol red) ลงในสารละลายเบส NH3 เขมขน 0.20 โมลาร จะไดสารละลายสีอะไร กําหนดให ครีซอลเรด มีชวงการเปลี่ยนสีระหวางสีเหลือง-สีแดง ที่ pH 7.2-8.8 NH3 มีคา Kb = 2.0 × 10-5, log 5 = 0.699 1) เหลือง 2) สม * 3) แดง 4) ไมมสี ีวิธีคิด [OH-] = Kb × C = 2.0 × 10-5 × 0.2 = 2 × 10-3 mol/dm3 [H3O+] = 5 × 10-12 mol/dm3 pH = 12 - log 5ตัวอยางที่ 14 อินดิเคเตอรชนิดหนึ่งเปนกรดออนและมีสูตรเปน HIn สารละลาย HIn ที่มี pH 4.0 จํานวน20 cm3 ทําปฏิกิริยาพอดีกับสารละลาย NaOH เขมขน 0.01 mol/dm3 จํานวน 40 cm3 ถา ชวง pH ของอินดิเคเตอรคิดไดจากสูตร ชวง pH = (pKa - 1) ถึง (pKa + 1) และสีที่เปลี่ยน คือ แดง-เหลือง เมื่อนําอินดิเคเตอรชนิดนี้หยดลงในสารละลายที่มี pH 5.0 จะไดสีอะไร (กําหนดให log 2 = 0.3) 1) เหลือง *2) แดง 3) สม 4) ชมพูออนตัวอยางที่ 15 เมื่อนําสารละลาย X มาเติมอินดิเคเตอรชนิดตางๆ ใหผลดังนี้ อินดิเคเตอร การเปลี่ยนสี ชวง pH สีของสารละลาย X เมทิลออเรนจ แดง-เหลือง 3.1-4.4 เหลือง เมทิลเรด แดง-เหลือง 4.4-6.2 สม ลิตมัส แดง-น้ําเงิน 5.0-8.0 แดง โบรโมไทมอลบลู เหลือง-น้ําเงิน 6.0-7.6 เหลือง ฟนอลเรด เหลือง-แดง 6.8-8.4 เหลือง สารละลาย X มี pH อยูในชวงใด 1) 4.4-6.2 *2) 4.4-5.0 3) 5.0-6.0 4) 6.8-7.6วิทยาศาสตร เคมี (76) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 77. ปฏิกิริยาของกรดและเบส ปฏิกิริยาการสะเทิน คือ ปฏิกิริยาระหวางไฮโดรเนียมไอออนจากกรดกับไฮดรอกไซดไอออนจากเบสเกิดเปนน้ํา H3O+(aq) + OH-(aq) 2H2O(l) ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสของเกลือ คือ ปฏิกิริยาที่เกิดจากไอออนบวก หรือไอออนลบของเกลือกับน้ําไดผลิตภัณฑเปน H3O+ หรือ OH- ในสารละลาย กรด + เบส ตัวอยางเกลือ ความเปนกรด-เบสของสารละลายเกลือ กรดแก + เบสแก NaClO4 KNO3 กลาง กรดแก + เบสออน NH4Cl NH4NO3 กรด กรดออน + เบสแก NaHCO3 K2CO3 เบส NH4NO2 NH4Cl Ka > Kb กรด กรดออน + เบสออน CH3COONH4 Ka = Kb กลาง NH4CN (NH4)2CO3 Ka < Kb เบสตัวอยางที่ 16 เกลือในขอใดละลายน้ําแลวไดสารละลายที่เปนเบสทั้งหมด * 1) CH3COONa NaCN KNO2 2) NaCl NaCN KNO2 3) NH4Cl CH3COONa CH3COONH4 4) NaCN NH4Cl KNO2ตัวอยางที่ 17 ขอใดไมใชปฏิกิริยาระหวางกรด-เบส 1) NaH + H2O NaOH + H2 2) Na + H2O NaOH + H2 3) Co 2+ + H O 2 [Co(H2O)6]2+ * 4) มีคําตอบมากกวา 1 ขอตัวอยางที่ 18 สารละลายผสมที่มีความเปนกรดสูงที่สุดคือขอใด 1) 0.10 M NaOH + 0.10 M HCl * 2) 0.10 M KCN + 0.10 M HCl 3) 0.10 M NaOH + 0.10 M HCN 4) 0.10 M KCN + 0.10 M NH4OHตัวอยางที่ 19 ปฏิกิริยาในขอใดเมื่อเกิดปฏิกิรยาสมบูรณ จะไดเกลือซึ่งเมื่อเกิดไฮโดรลิซิสแลวไดสารละลายมี ิฤทธิ์เปนกรด 1) 0.50 โมลาร HCN ปริมาตร 200 มิลลิลิตร + 0.50 โมลาร NH3 ปริมาตร 200 มิลลิลิตร 2) 0.20 โมลาร HCl ปริมาตร 200 มิลลิลิตร + 0.10 โมลาร NaOH ปริมาตร 400 มิลลิลิตร * 3) 0.40 โมลาร HNO3 ปริมาตร 100 มิลลิลิตร + 0.10 โมลาร NH3 ปริมาตร 400 มิลลิลิตร 4) 0.10 โมลาร CH3COOH ปริมาตร 200 มิลลิลิตร + 0.20 โมลาร NaOH ปริมาตร 100 มิลลิลิตร โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (77)
  • 78. ตัวอยางที่ 20 ปฏิกิริยาใดตอไปนี้ไมเกิด CO2 1) H2CO3 ∆ 2) NaHCO3 ∆ 3) HCl + CaCO3 * 4) Na2CO3 + CaCl2 การไทเทรตกรด-เบส กรดทําปฏิกิริยาพอดีกับเบส ตรวจสอบไดจาก 1. การนําไฟฟาของสารละลาย เชน H2SO4 + Ba(OH)2 2. การเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร เชน HCl + NaOH จุดสมมูล คือ ภาวะที่กรดกับเบสทําปฏิกิริยากันพอดีตัวอยางที่ 21 สารที่เหมาะสมกับการเตรียมเปนสารละลายมาตรฐานสําหรับการไทเทรตกรด-เบส ควรมีสมบัติดังตอไปนี้ ยกเวนขอใด 1) ไมดูดความชื้น 2) มีน้ําหนักโมเลกุลสูง * 3) เปนกรดหรือเบสแก 4) เสถียร ไมสลายตัวงายตัวอยางที่ 22 การกระทําในขอใดกอใหเกิดความผิดพลาดจากการไทเทรตระหวางกรดแก-เบสแกที่มีความเขมขนชนิดละประมาณ 1 โมลารนอยที่สุด 1) ใสอินดิเคเตอรปริมาณมากๆ เพื่อใหเห็นจุดยุติชัดๆ * 2) ชะสารละลายที่อาจติดขางขวดรูปกรวยลงไปดวยน้ํากลั่น 3) ใชขวดรูปกรวยขนาด 50 มิลลิลิตร เพื่อไทเทรตสารตัวอยาง 20 มิลลิลตร ิ 4) ปลอยสารมาตรฐานลงจากบิวเรตอยางรวดเร็วในการไทเทรตครั้งที่สองเนื่องจากทราบปริมาตรของสาร มาตรฐานจากการไทเทรตครั้งแรกแลวตัวอยางที่ 23 การไทเทรตหาความเขมขนของสารละลายกรดแอซิติกปริมาตร 20.00 มิลลิลิตร ดวยสารละลายมาตรฐานโซเดียมไฮดรอกไซดเขมขน 0.500 มิลลิลิตร 2 ครั้งพบวา ตองใชสารละลายมาตรฐาน 19.95 และ19.80 มิลลิลิตร ตามลําดับ ความเขมขนของสารละลายกรดแอซิติกที่คํานวณไดมีความละเอียดเปนเลขนัยสําคัญกี่ตําแหนง 1) 2 * 2) 3 3) 4 4) 5วิทยาศาสตร เคมี (78) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 79. ขอมูลสําหรับตอบคําถามตัวอยางที่ 24-26 การทดลองไทเทรตหาความเขมขนของ Na2S2O3 มีวิธีการตามลําดับดังนี้ 1. ปเปตสารละลายมาตรฐาน KIO3 เขมขน 0.015 โมลาร ปริมาตร 25 มิลลิลิตร ลงในขวดรูปกรวย 2. เติมสารละลายกรด H2SO4 และ KI ปริมาณมากเกินพอลงไปผสมกันใหเกิดปฏิกิรยาที่ 1ิ 3. นําไปไทเทรตดวยสารละลาย Na2S2O3 โดยมีน้ําแปงเปนอินดิเคเตอร จะเกิดปฏิกิริยาที่ 2 ที่จุดยุติจะเห็น สีน้ําเงินของสารประกอบเชิงซอนระหวางแปงและ I- จางหายไปโดยสมบูรณ 3 ปฏิกิริยาที่ 1 IO 3 + I - - I3 - ปฏิกิริยาที่ 2 S 2 O 2- + I - 3 3 S 4 O 2- + I- 6 บันทึกผลการทดลองไดดังตาราง ปริมาตรที่อานไดจากบิวเรต (มิลลิลิตร) ปริมาตรที่ใช การไทเทรตครั้งที่ กอนไทเทรต หลังไทเทรต (มิลลิลิตร) 1 0.20 12.65 2 12.70 25.25ตัวอยางที่ 24 ในการไทเทรตแตละครั้ง ควรใชขวดรูปกรวยขนาดกี่มิลลิลตรจึงจะเหมาะสมที่สุด ิ 1) 50 * 2) 100 3) 250 4) 500ตัวอยางที่ 25 จากการทดลอง ถาระดับของสารละลายใสไมมีสีของ Na2S2O3 ในบิวเรตแสดงไดดงภาพ ปริมาตรของ ั สารละลายที่อานไดควรมีคาเทาไร 1) 9.65 10.0 * 2) 9.75 3) 10.25 4) 10.35ตัวอยางที่ 26 ความเขมขนของสารละลาย Na2S2O3 ที่ไดจากการทดลองนี้มีคากี่โมลาร 1) 0.030 2) 0.060 * 3) 0.180 4) 0.240 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (79)
  • 80. ขอมูลสําหรับตอบคําถามตัวอยางที่ 27-28 การทดลองหาความเขมขนของ KMnO4 จากความเขมสีของสารละลาย โดยมีขอมูลความสัมพันธระหวางความเขมขน และความเขมสีของสารละลาย KMnO4 ดังตาราง ตารางความสัมพันธระหวางความเขมขน และความเขมของสีของสารละลาย KMnO4 ความเขมขน (มิลลิโมลาร) ความเขมของสี 0.05 0.200 0.15 0.225 0.25 0.375 0.40 0.600 0.50 0.750 0.75 0.850 1.00 0.900 ทําการทดลองตามวิธีการดังนี้ นําสารละลาย KMnO4 ที่ไมทราบคาความเขมขน รวม 3 ตัวอยาง ไปวัดความเขมสีแลวใชคาที่ไดมาเปรียบเทียบกับขอมูลในตารางขางตน เพื่อหาความเขมขนของสารละลายตัวอยาง KMnO4 ทั้งสามตัวอยางพบวาสารละลายตัวอยางทั้งสามนั้นมีคาความเขมของสีดังตารางตอไปนี้ สารตัวอยาง ความเขมของสี A 0.300 B 0.630 C 0.825ตัวอยางที่ 27 สารละลาย B มีความเขมขนของ KMnO4 เทากับกี่มิลลิโมลาร * 1) 0.42 2) 0.45 3) 0.48 4) 0.58ตัวอยางที่ 28 คาความเขมขนที่คํานวณไดจากการทดลองของสารตัวอยางใดมีโอกาสผิดพลาดมากที่สุด 1) A 2) B * 3) C 4) A และ Cตัวอยางที่ 29 สารละลายกรดออน (HA) มีความเขมขนเทากับ a โมลาร และมีคา Ka เทากับ b ขอใดถูก *1) สารละลายกรดมีคา pH เทากับ -log (ab) -b + (b 2 + 4ab) 2) สารละลายมีความเขมขนของ H3O+ เทากับ a โมลาร -14 3) สารละลายมีความเขมขนของ OH- เทากับ 1.0 ×a10 โมลาร 4) ถานําสารละลายปริมาตร 25.00 cm3 ไทเทรตกับสารละลาย NaOH เขมขน 0.20 โมลาร พบวาที่ จุดยุติจะใชสารละลาย NaOH ปริมาตรเทากับ 250 a cm3วิทยาศาสตร เคมี (80) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 81. วิธีคิด [H3O+] = Ka ⋅ C = (ab) pH = -log [H3O+] = -log (ab)ตัวอยางที่ 30 เมื่อนําสารละลายกรด H2SO4 ทําปฏิกิริยากับสารละลายเบส NaOH โดยเริ่มตนใชสารละลายกรด H2SO4 ที่มีปริมาตรตางๆ กัน นําปริมาตรของกรด H2SO4 และเบส NaOH ที่ทําปฏิกิริยาพอดีกันมาเขียนกราฟไดดังนี้ 45 40 ถา NaOH เขมขน 0.1 mol/dm3 กรด 35 H2SO4 ที่ใชมีความเขมขนกี่ mol/dm3 30 H 2 SO 4 (cm 3 ) 25 *1) 0.05 20 2) 0.1 15 3) 0.2 10 5 4) 0.4 0 0 5 10 15 20 25 NaOH(cm 3 )ตัวอยางที่ 31 ตารางผลการไทเทรตระหวางสารละลายตัวอยาง Ba(OH)2 ปริมาตร 25.00 มิลลิลิตร กับสารละลายมาตรฐาน HCl เขมขน 0.10 โมลาร มีฟนอลฟทาลีนเปนอินดิเคเตอร ปริมาตรที่อานไดจากบิวเรต (มิลลิลิตร) การไทเทรตครั้งที่ กอนไทเทรต หลังไทเทรต 1 1.00 40.95 2 2.00 42.05 ความเขมขนของ Ba(OH)2 เทากับกี่โมลาร * 1) 0.08 2) 0.13 3) 0.16 4) 0.25ตัวอยางที่ 32 การไทเทรตน้ําอัดลมปริมาตร 20 มิลลิลิตร ตองใช NaOH 1.0 โมลาร ปริมาตร 5.0 มิลลิลิตรปฏิกิรยาระหวางกรดคารบอนิกกับ NaOH คือ ิ H2CO3 + 2NaOH Na2CO3 + 2H2O ความเขมขนของกรดคารบอนิกในน้ําอัดลมเทากับกี่กรัมตอลิตร 1) 0.78 2) 1.55 * 3) 7.75 4) 15.50 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (81)
  • 82. ตัวอยางที่ 33 ตัวอยางน้ําสมสายชู 2.00 มิลลิลิตร เมื่อไทเทรตดวยโซเดียมไฮดรอกไซดเขมขน 0.1 M พบวาตองใชโซเดียมไฮดรอกไซด 6.0 มิลลิลิตร ปริมาณกรดแอซิตกในตัวอยางเทากับกี่กรัมตอลิตร ิ * 1) 18 2) 9 3) 5 4) 3ตัวอยางที่ 34 เติมสารละลาย KOH เขมขน 0.15 mol/dm3 ปริมาตร 80.00 cm3 ลงในสารละลายกรดออนHA ปริมาตร 25.00 cm3 แลวนําสารละลายที่ไดไปไทเทรตกับสารละลาย HCl เขมขน 0.20 mol/dm3 พบวาที่จุดยุตใชสารละลาย HCl ปริมาตร 22.50 cm3 สารละลายกรดออน HA มีความเขมขนกี่โมลตอลูกบาศกเดซิเมตร ิ 1) 0.15 2) 0.20 3) 0.25 * 4) 0.30วิธีคิด KOH + HA KA + H2O KOH + HCl KCl + H2O mol KOH ที่ทําปฏิกริยาพอดีกับกรดออน HA = 0.15 × 80 - 0.21000 1000 × 22.5 mol HA ที่ทาปฏิกริยาพอดี ํ ิ = 0.012 - 0.0045 = 0.0075 สารละลายกรดออน HA มีความเขมขน = 0.0075 × 1000 = 0.3 M 25ตัวอยางที่ 35 สารละลาย NH3 ที่ตองการหาความเขมขน ปริมาตร 25.0 cm3 เมื่อทําปฏิกิริยากับสารละลายHCl เขมขน 0.1 mol/dm3 ที่มากเกินพอ ปริมาตร 40.0 cm3 พบวาปริมาณ HCl ที่เหลือทําปฏิกิริยาพอดีกับสารละลาย NaOH เขมขน 0.05 mol/dm3 ปริมาตร 20.0 cm3 ความเขมขนของสารละลาย NH3 มีคากี่โมลตอลูกบาศกเดซิเมตร 1) 0.08 * 2) 0.12 3) 0.26 4) 0.35ตัวอยางที่ 36 มีสารละลายกรด 2 ชนิด ผสมกันอยู คือ กรด H2SO4 เขมขน 0.1 โมลาร ปริมาตร 60 มิลลิลิตรและกรด HCl เขมขน 0.2 โมลาร ปริมาตร 50 มิลลิลิตร จะตองเติมสารละลายเบส NaOH ที่มีความเขมขน 0.4โมลาร จํานวนเทาใดจึงจะทําปฏิกริยาพอดีกับกรดผสมทั้งหมดนั้น ิ 1) 40 มิลลิลิตร 2) 45 มิลลิลิตร 3) 50 มิลลิลิตร * 4) 55 มิลลิลิตรตัวอยางที่ 37 ผสมสารละลายกรดไนตริกเขมขน 0.1 mol/dm3 ปริมาตร 200 cm3 กับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซดเขมขน 0.20 mol/dm3 ปริมาตร 250 cm3 จะตองเติมน้ําลงในสารละลายผสมอีกกี่ลิตรจึงจะไดสารละลายผสมที่มี pH = 12 (ตอบ 2.55 dm3)ตัวอยางที่ 38 กรดออนชนิดหนึ่งมีคาคงที่การแตกตัวเทากับ 10-6 และมีความเขมขนประมาณ 0.02 โมลารเมื่อนํามาไทเทรตดวยสารละลาย NaOH ที่มความเขมขนเทากัน ควรจะเลือกใชอินดิเคเตอรที่มีคา pK1 ประมาณ ีเทาใด 1) 6 2) 8 * 3) 9 4) 10ตัวอยางที่ 39 หยดกรด H2SO4 เขมขนลงไปบนผง CaCO3 พบวาเกิดแกส CO2 แลวผานแกสนี้ลงไปในน้ําปริมาตร 1.0 dm3 คาการละลายของ CO2 ในน้ํามีคาเทากับ 1.1 g/dm3 คา pH ของสารละลายนี้เปนเทาใด(Ka ของ H2CO3 = 4.0 × 10-7, มวลอะตอม H = 1, C = 12, O = 16) 1) 3.0 * 2) 4.0 3) 5.0 4) 6.0วิทยาศาสตร เคมี (82) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 83. ตัวอยางที่ 40 นําโพแทสเซียมไฮโดรเจนทาเลต (KC8H5O4) 2.04 กรัม ละลายในน้ํา 100.00 cm3 นําสารละลายนี้ 25.00 cm3 ไปไทเทรตกับสารละลาย NaOH พบวาที่จุดยุติปริมาตรของสารละลาย NaOH ที่ใชเปน 20.00 cm3 นําสารละลาย NaOH นี้ไปไทเทรตกับสารละลายกรดแอซิติก 25.00 cm3 พบวาที่จุดยุติปริมาตรของสารละลาย NaOH ที่ใชเปน 20.00 cm3 ระหวางการไทเทรตกรดแอซิติกนี้ไดติดตาม pH ของสารละลาย จะตองเติมสารละลาย NaOH เทาใดในหนวย cm3 สารละลายจึงมี pH เทากับ 4.263(โพแทสเซียมไฮโดรเจนทาเลตเปนกรดออนที่แตกตัวได 1 ครั้งในน้ํา, คา pKa ของกรดแอซิติก = 4.74,มวลอะตอม H = 1, C = 12, O = 16, K = 39, log2 = 0.301, log3 = 0.477) * 1) 5.000 2) 10.00 3) 15.00 4) 20.00 สารละลายบัฟเฟอร คือ สารละลายผสมที่สามารถควบคุม pH ของสารละลายใหเกือบคงที่ไดเมื่อเติมกรด หรือเบสลงไปเพียงเล็กนอย 1. สารละลายของกรดออนกับเกลือของกรดออน เชน CH3COOH + CH3COONa, H3PO4 + NaH2PO4 [กรด] pH = pKa - log [เกลือ] 2. สารละลายของเบสออนกับเกลือของเบสออน เชน NH3 + NH4Cl [เบส] pOH = pKb - log [เกลือ] 3. สารละลายเกลือ + เกลือ (ที่ไอออนเปนคูกรด-เบสกัน) เชน NaH2PO4 + Na2HPO4, NaHCO3 + Na2CO3ตัวอยางที่ 41 สารประกอบชีวโมเลกุล ขอใดมีสมบัติเปนบัฟเฟอรสําหรับกรด-เบส 1) กรดไขมัน * 2) กรดอะมิโน 3) น้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 4) คอเลสเตอรอลตัวอยางที่ 42 เมื่อนําสารละลายกรด HCl เขมขน 0.30 โมลาร ผสมกับสารละลายเบส NH3 เขมขน 0.20โมลาร ที่มีปริมาตรตางๆ ผสมกัน 4 ครั้ง ดังตาราง ขอใดเปนสารละลายบัฟเฟอร ปริมาตรสารละลาย (มิลลิลิตร) HCl เขมขน 0.30 โมลาร NH3 เขมขน 0.20 โมลาร 1) 200 300 2) 200 100 3) 200 200 * 4) 100 200 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (83)
  • 84. ตัวอยางที่ 43 HCN เปนกรดออน มีคา Ka = 5.0 × 10-10 สารละลายกรด HCN จํานวน 0.005 โมลในน้ํา 500 มิลลิลตร มีการแตกตัวและเกิดสมดุลของกรดออนดังสมการ ิ HCN(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CN-(aq) ในขณะที่กาลังสมดุล เติมเกลือ KCN ลงไป 0.005 โมล จะไดสารละลายมี pH เทาใด ํ 1) 6.8 2) 7.2 3) 8.5 * 4) 9.3ตัวอยางที่ 44 ไทเทรตสารละลายกรดแอซิติก (CH3COOH) เขมขน 0.2 โมลาร ปริมาตร 15.00 มิลลิลิตรดวยสารละลาย NaOH เขมขน 0.1 โมลาร ปริมาตร 20.00 มิลลิลิตร สารละลายผสมที่ไดคือขอใด(กําหนด Ka ของ CH3COOH ที่ 25°C = 1.8 × 10-5, log 0.5 = -0.301, log 1.5 = 0.176, log 1.8 = 0.255) 1) สารละลายกรด pH 3.150 2) สารละลายบัฟเฟอร pH 4.921 * 3) สารละลายบัฟเฟอร pH 5.046 4) สารละลายเบส pH 8.751วิทยาศาสตร เคมี (84) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 85. ไฟฟาเคมี ปฏิกิริยารีดอกซ คือ ปฏิกิริยาที่มการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของสารที่ทําปฏิกิริยากัน ี การทดลอง การจุมโลหะสังกะสีลงในสารละลาย CuSO4 ปฏิกิริยาออกซิเดชัน Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- ตัวรีดิวซ ถูกออกซิไดส ปฏิกิริยารีดักชัน Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) ตัวออกซิไดส ถูกรีดิวซ ปฏิกิริยารีดอกซ Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)ตัวอยางที่ 1 ขอใดเปนปฏิกิริยารีดอกซ 1) 2K2CrO4 + 2HCl K2Cr2O7 + 2KCl + H2O *2) 2CuSO4 + 4KCN Cu2(CN)2 + 2K2SO4 + (CN)2 3) [Co(NH3)5Br]SO4 + BaCl2 [Co(NH3)5Br]Cl2 + BaSO4 4) Zn2[Fe(CN)6] + 8NaOH 2Na2ZnO2 + Na4[Fe(CN)6] + 4H2O การดุลสมการรีดอกซโดยใชเลขออกซิเดชันตัวอยางที่ 2 จากปฏิกิริยารีดอกซตอไปนี้  a CaCr2O7 + b H3PO4 + c AlBr3 d Ca3(PO4)2 + e CrPO4 + f AlPO4 + g H2O + h Br2 ถา a = 3 ในสมการที่ดุลแลว h มีคาเทาใด 1) 3 2) 5 3) 7 * 4) 9ตัวอยางที่ 3 จงหาคา a และ b จากปฏิกิริยารีดอกซตอไปนี้ a Fe2+(aq) + b MnO- (aq) + H+(aq) 4 Fe3+(aq) + H2O(l) + Mn2+(aq) 1) 1 และ 5 2) 2 และ 5 * 3) 5 และ 1 4) 5 และ 2 การดุลสมการรีดอกซโดยใชครึ่งปฏิกิริยา 1. หาเลขออกซิเดชันของธาตุที่เปลี่ยนไป 2. แยกสมการรีดอกซออกเปนครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน 3. ดุลจํานวนอะตอมของธาตุที่เลขออกซิเดชันเปลี่ยนและดุลเลขออกซิเดชันใหเทากัน โดยเติมอิเล็กตรอน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (85)
  • 86. การดุลในสารละลายกรด - ดุลจํานวนอะตอม O โดยการเติม H2O - ดุลจํานวนอะตอม H โดยการเติม H+ การดุลในสารละลายเบส - ดุลจํานวนประจุไฟฟา โดยการเติม OH- - ดุลจํานวนอะตอม O โดยการเติม H2Oตัวอยางที่ 4 X และ Y เปนธาตุสมมติ สารประกอบของธาตุ X และ Y เกิดปฏิกิริยาในสารละลายเบสเขียนสมการไอออนิกไดดังนี้ 2 aXO- (aq) + bYO 3- (aq) 4 cXO 2 (s) + dYO 2- (aq) 4 เมื่อดุลสมการโดยใชครึ่งปฏิกริยาแลว ขอสรุปใดผิด ิ 1) a + b = 5 2) น้ําเปนสารตั้งตนและ OH- เปนผลิตภัณฑ 2 3) XO- เปนตัวออกซิไดส และ YO 3- เปนตัวรีดิวซ 4 *4) จํานวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวของเทากับ 5 โมลวิธีคิด YO 2- + 2OH- 3 YO 2- + H2O + 2e- 4 XO 4 - + 2H O + 3e- 2 XO2 + 4OH- ปฏิกรยารวม 2XO- + 3YO2- + H2O ิิ 4 3 2XO2 (s) + 3YO 2- + 2OH- 4 เซลลกัลวานิก โวลตมิเตอร e- e- แอโนด 0.76 V แคโทด Zn(s) สะพานเกลือ H2(1 atm) ZnSO4 1 mol/dm3 HCl 1 mol/dm3 Pt(s) Zn(s)|Zn2+(aq, 1 mol/dm3)||H+(aq, 1 mol/dm3)|H2(g, 1 atm)|Pt(s) การตอครึ่งเซลลไฮโดรเจนมาตรฐานกับครึ่งเซลลสังกะสีมาตรฐาน การเขียนแผนภาพของเซลลกัลวานิก Mg(s)|Mg2+(aq, 1 M)||Fe3+(aq, 1 M), Fe2+(aq, 1 M)|Pt(s) ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ปฏิกิริยารีดักชัน E o อย น Eo มาก o o o Eเซลล = Eแคโทด - Eแอโนดวิทยาศาสตร เคมี (86) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 87. ตัวอยางที่ 5 ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลลกัลวานิกเปนดังนี้ Ni(s) + 2Ag+(aq) Ni2+(aq) + 2Ag(s) ขอใดถูก 1) แผนภาพเซลลกัลวานิกเขียนไดเปน Ni(s) | Ag+(aq) || Ni2+(aq) | Ag(s) 2) แผนภาพเซลลกัลวานิกเขียนไดเปน Ag(s)| Ag+(aq) || Ni2+(aq) | Ni(s) 3) Ag(s) สามารถรีดิวซ Ni2+(aq) ได *4) Ag(s) เปนขั้วบวก เรียกวา แคโทดวิธีคิด แผนภาพเซลลกัลวานิก Ni(s) | Ni2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s) ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ปฏิกิริยารีดักชันตัวอยางที่ 6 จากคา E° ของปฏิกิริยาของเซลลตอไปนี้ เมื่อ A B C และ D เปนธาตุสมมติและ H เปนธาตุไฮโดรเจน เซลลที่ ปฏิกิริยาของเซลล E° (V) 1 C2+ + 2D2+ → C + 2D3+ -0.91 2 C2+ + B → C + B2+ -0.48 3 3B2+ + 2A → 3B + 2A3+ 2.82 4 2A + 6H+ → 2A3+ + 3H2 2.48 เซลลกัลวานิกที่มีแผนภาพเซลล A/A3+//D3+, D2+/Pt มี E° ของเซลลกี่โวลต 1) 1.57 2) 1.91 * 3) 3.25 4) 3.73 คาศักยไฟฟามาตรฐานของครึ่งเซลลนําไปใชประโยชนได ดังนี้ 1. เปรียบเทียบความสามารถในการเปนตัวรีดิวซหรือตัวออกซิไดส สารที่มี E° ต่ํา จะเปนตัวรีดิวซที่ดีกวาสารที่มี E° สูงกวา 2. คํานวณหาคาศักยไฟฟามาตรฐานของเซลล 3. ทํานายวาปฏิกิริยารีดอกซที่เขียนแสดงได เกิดขึ้นไดจริงหรือไมและทิศทางของปฏิกิริยาดําเนินไปทางใด โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (87)
  • 88. ตัวอยางที่ 7 กําหนดคา E° ที่ 298 K ดังนี้ ปฏิกิริยาครึ่งเซลลรีดักชัน E°(V) A+(aq) + e- → A(s) +0.80 B3+(aq) + e- → B2+(aq) +0.77 C2(s) + 2e- → 2C-(aq) +0.54 D3+(aq) + 3e- → D(s) -0.04 E2+(aq) + 2e- → E(s) -0.13 ขอสรุปใดถูกตอง o 1) เซลลไฟฟาที่มีคา Eเซลล สูงที่สุด มีแผนภาพเซลล ดังนี้ A(s) / A+(aq, 1 mol/dm3) // E2+(aq, 1 mol/dm3) / E(s) 2) เซลลที่มีแผนภาพเซลลดังแสดง ใหกระแสไฟฟาได Pt(s) / B2+(aq, 1 mol/dm3), B3+(aq, 1 mol/dm3) // E2+(aq, 1 mol/dm3) / E(s) * 3) ไมควรเก็บสารละลายที่มี D3+ ในภาชนะที่ทําดวยโลหะ E 4) D3+ สามารถออกซิไดส C- ใหกลายเปน C2 ไดพิจารณาสมการและคาศักยไฟฟาของปฏิกิริยาตอไปนี้ ตอบคําถามตัวอยางที่ 8-9 J2+(aq) + 2e- J(s) E° = +0.20 V K+(aq) + e- K(s) E° = -0.30 V 2L+(aq) + 2e- L2(g) E° = -0.20 V M3+(aq) + e- M2+(aq) E° = +0.10 Vตัวอยางที่ 8 ความสามารถในการรีดิวซเรียงลําดับจากนอยไปมากคือขอใด 1) K < L2 < M2+ < J *2) J < M2+ < L2 < K 3) J2+ < M3+ < L+ < K+ 4) ไมมีขอใดถูกตัวอยางที่ 9 ขอใดถูก เมื่อจุมโลหะ K ลงในสารละลายผสมของ M3+ และ J2+ 1) เกิดโลหะ J เกาะที่ผิวของโลหะ K 2) เกิดโลหะ J เกาะที่ผิวของโลหะ K กอน แลวเกิดไอออน M2+ *3) เกิดโลหะ J เกาะที่ผิวของโลหะ K พรอมเกิดไอออน M2+ 4) ไมเกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆตัวอยางที่ 10 จากแผนภาพเซลลไฟฟาตอไปนี้ ซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟาเทากับ +0.80 V Pt | H2 (1 atm) | H+(1 M) || Ag+(1 M) | Ag ขอใดระบุคาศักยไฟฟารีดักชันของสารตั้งตนไดถูกตอง 1) H2 0.80 V 2) Pt -0.80 V *3) Ag+ 0.80 V 4) Ag -0.80 Vวิทยาศาสตร เคมี (88) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 89. ตัวอยางที่ 11 คาศักยไฟฟาครึ่งเซลลมาตรฐาน Cu2+ + 2e- Cu E° = +0.34 Sn 4+ + 2e- Sn 2+ E° = +0.15 Fe 3+ + 3e- Fe E° = -0.04 Pb 2+ + 2e- Pb E° = -0.13 Sn2+ + 2e- Sn E° = -0.14 Fe 2+ + 2e- Fe E° = -0.44 กระปองดีบุกสามารถบรรจุสารละลายในขอใดไดโดยไมเกิดปฏิกิริยา 1) Fe3+ * 2) Fe2+ 3) Pb2+ 4) Cu2+ตัวอยางที่ 12 คาศักยไฟฟาครึ่งเซลลมาตรฐาน 2HClO + 2H+ + 2e Cl2 + 2H2O E° = +1.63 V Pt2+ + 2e- Pt E° = +1.20 V PbSO4 + 2e - Pb + SO 4 2- E° = -0.31 V ปฏิกิริยาขอใดเกิดขึ้นเองไมได 1) 2HClO + Pt + 2H+ Cl2 + Pt2+ + 2H2O 2) 2HClO + Pb + SO 4 + 2H+ 2- Cl2 + PbSO4 + 2H2O *3) PbSO4 + Pt Pb + Pt 2+ + SO 2- 4 4) เกิดปฏิกิริยาไดเองทุกขอตัวอยางที่ 13 คาศักยไฟฟาครึ่งเซลลมาตรฐานมีดังนี้ Ni2+(aq) + 2e- Ni(s) E° = -0.25 V O2(g) + 2H +(aq) + 2e- H2O2(s) E° = +0.68 V Ag +(aq) + e- Ag(s) E° = +0.80 V การสลายตัวของ H2O2 ไปเปน O2 เกิดขึ้นเองไดเมื่อใด 1) เมื่อสัมผัสกับโลหะ Ag 2) เมื่อสัมผัสกับโลหะ Ni * 3) เมื่อสัมผัสกับสารละลาย Ag+ 4) เมื่อสัมผัสกับสารละลาย Ni2+ตัวอยางที่ 14 คาศักยไฟฟาครึ่งเซลลมาตรฐานมีดังนี้ Fe3+(aq) + 3e- Fe(s) E° = -0.44 V Sn 2+(aq) + 2e- Sn(s) E° = -0.14 V Fe2+(aq) + 2e- Fe(s) E° = -0.04 V Sn 4+(aq) + 2e- Sn2+(aq) E° = +0.15 V การกระทําในขอใดไมสงผลใหเกิดปฏิกิริยารีดอกซ 1) จุมโลหะ Fe ลงในสารละลาย Sn2+ 2) จุมโลหะ Fe ลงในสารละลาย Sn4+ 3) จุมโลหะ Sn ลงในสารละลาย Fe2+ * 4) จุมโลหะ Sn ลงในสารละลาย Fe3+วิธีคิด สารที่มี E° ต่ํา จะเปนตัวรีดิวซ ดีกวาสารที่มี E° สูงกวา โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (89)
  • 90. ตัวอยางที่ 15 คาศักยไฟฟาครึ่งเซลลมาตรฐานมีดังนี้ Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) E° = -0.76 V Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) E° = +0.34 V Ag +(aq) + e- Ag(s) E° = +0.80 V 2H +(aq) + 2e- H2(g) E° = 0.00 V พิจารณาขอความตอไปนี้ ก. ถาใสแผนสังกะสีลงในสารละลายกรด HCl เขมขน 1 โมลาร จะมีฟองแกสไฮโดรเจนเกิดขึ้น ข. ถาใสแผนทองแดงลงในสารละลายกรด HCl เขมขน 1 โมลาร จะมีฟองแกสไฮโดรเจนเกิดขึ้น ค. ถานําแผนสังกะสีใสลงในสารละลาย CuSO4 เขมขน 1 โมลาร สารละลายจะเปลี่ยนจากสีฟาเปน ไมมีสี และเกิดตะกอนของโลหะทองแดง ง. ถานําแผนทองแดงและแผนสังกะสีใสลงในสารละลาย AgNO3 เขมขน 1 โมลาร จะเกิดตะกอนของ โลหะทองแดงและโลหะสังกะสี ขอใดถูกตอง 1) ก., ข. และ ค. * 2) ก. และ ค. 3) ข. และ ค. 4) ค. และ ง.ตัวอยางที่ 16 กําหนดให Pb2+ + 2e- Pb E° = -0.13 V Zn 2+ + 2e- Zn E° = -0.76 V เซลลไฟฟาเคมีที่สรางดังรูปตอไปนี้ โวลตมิเตอรจะอานคาไดกี่โวลต V สะพานเกลือ สะพานเกลือ Pb Zn Pb Zn Pb2+ Zn 2+ Pb2+ Zn 2+ 1.0 mol/dm 3 1.0 mol/dm 3 1.0 mol/dm 3 1.0 mol/dm 3 1) 0.63 2) 0.89 *3) 1.26 4) 1.53ตัวอยางที่ 17 โลหะผสมชนิดหนึ่งประกอบดวยแมกนีเซียมอยูรอยละ 36 โดยมวลและอะลูมิเนียมกับทองแดงที่ไมทราบปริมาณ เมื่อนําโลหะผสมนี้หนัก 12 กรัม เติมกรด HCl ในปริมาณมากเกินพอ พบวาไดแกสไฮโดรเจน0.96 กรัม โลหะผสมนี้ประกอบดวยอะลูมิเนียมรอยละโดยมวลเทาใด (H = 1, Mg = 24, Al = 27, Cl = 35.5) ขอมูลที่กําหนดให Cu2+ + 2e- Cu ................... E° = 0.34 V 2H + + 2e- H2 ................... E° = 0.00 V Al3+ + 3e- Al ................... E° = -1.68 V Mg 2+ + 2e- Mg ................... E° = -2.36 V 1) 33.75 *2) 45 3) 64 4) 67.5วิทยาศาสตร เคมี (90) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 91. ตัวอยางที่ 18 คาศักยไฟฟาครึ่งเซลลมาตรฐานมีดังนี้ X+(aq) + e- X(s) E° = -0.10 V Y 2+(aq) + 2e- Y(s) E° = +0.50 V o - 0.060 log Q จากสมการ Ecell = E cell n โดยที่ n คือ จํานวนอิเล็กตรอนที่ถายโอนในเซลลไฟฟาเคมี Q คือ อัตราสวนความเขมขนของสารผลิตภัณฑตอสารตั้งตน ตามหลักการของคาคงที่สมดุล คา Q ที่ถูกตองที่ทําใหเซลลนี้มีคา Eเซลล เทากับ +0.54 V คือขอใด 1) Q = [X+]/[Y2+] = 10 2) Q = [X+]2/[Y2+] = 10 3) Q = [X+]/[Y2+] = 100 *4) Q = [X+]2/[Y2+] = 100 เซลลความเขมขน คือ เซลลกัลวานิกที่มีครึ่งเซลลชนิดเดียวกัน แตความเขมขนของสารละลายอิเล็กโทรไลตแตกตางกัน เชน Cu(s) | Cu2+(aq, 0.1 M) || Cu2+(aq, 1 M) | Cu(s) Pt(s) | H2(g, 1 atm | H+(aq, 1 M) || H+(aq, 1 M) | H2(g, 2 atm) | Pt(s) Pt(s) | H2(g, 1 atm) | H+(aq, 0.1 M) ||H+(aq, 1 M | H2(g, 1 atm) | Pt(s) เซลลอิเล็กโทรไลต แหลงกําเนิดไฟฟากระแสตรง + - e- e- แอโนด แคโทด (ออกซิเดชัน) ให e- (รีดักชัน) H2O H+ รับ e - สารละลายอิเล็กโทรไลต สวนประกอบของเซลลอิเล็กโทรไลต หลักการของเซลลอเล็กโทรไลตนําไปใชประโยชนทางอุตสาหกรรมได เชน การแยกสารเคมีดวยไฟฟา ิการชุบโลหะและการทําโลหะใหบริสุทธิ์ การทดลอง การแยกสารละลาย CuSO4 ดวยกระแสไฟฟา ขั้วแอโนด (ขั้วไฟฟาที่ตอกับขั้วบวกของแบตเตอรี่) 1 S O 2- (aq) + e- SO 2- (aq) ; E° = +2.01 V 2 2 8 4 1 O (g) + 2H+(aq) + 2e- H2O(l) ; E° = +1.23 V 2 2 ขั้วแคโทด (ขั้วไฟฟาที่ตอกับขั้วลบของแบตเตอรี่) Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) ; E° = +0.34 V 2H2O(l) + 2e - H2(g) + 2OH -(aq) ; E° = -0.83 V โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (91)
  • 92. สรุปปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในการแยกสารละลาย CuSO4 ดวยกระแสไฟฟา ขั้วแอโนด H2O(l) 1 O (g) + 2H+(aq) + 2e- 2 2 ขั้วแคโทด Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) ปฏิกริยารวม 2Cu ิ 2+(aq) + 2H O(l) 2Cu(s) + O2(g) + 4H+(aq) 2 สรุปปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในการแยกสารละลาย KI ดวยกระแสไฟฟา ขั้วแอโนด 2I-(aq) I2(s) + 2e- ขั้วแคโทด 2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH-(aq) ปฏิกิริยารวม 2H2O(l) + 2I-(aq) H2(g) + 2OH-(aq) + I2(s) การแยกสารที่หลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา เมื่อใหความรอนกับสารไอออนิกจนถึงจุดหลอมเหลว สารจะเกิดการหลอมเหลว ทําใหไอออนบวกและไอออนลบที่เปนองคประกอบของสารเหลานั้นมีอิสระในการเคลื่อนที่ และนําไฟฟาได เมื่อผานกระแสไฟฟาเขาไปจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันและออกซิเดชันที่ขั้วไฟฟา การแยกสาร CaCl2 ที่หลอมเหลวดวยไฟฟาและปฏิกริยาที่เกิดขึ้นได ดังนี้ ิ แคโทด Ca 2+(l) + 2e- Ca(s) แอโนด 2Cl -(l) Cl2(g) + 2e- ปฏิกริยารวม Ca2+(l) + 2Cl-(l) ิ Ca(s) + Cl2(g) แหลงกําเนิดไฟฟากระแสตรง e- e- Cl-(l) Ca2+(l) แผนภาพแสดงการแยก CaCl2 ที่หลอมเหลวดวยกระแสไฟฟาวิทยาศาสตร เคมี (92) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 93. การชุบโลหะดวยกระแสไฟฟา แหลงกําเนิดไฟฟากระแสตรง e- e- แอโนด แคโทด ตะปู แผนสังกะสี สารละลาย ZnSO4 การชุบตะปูเหล็กดวยสังกะสี หลักการชุบโลหะดวยกระแสไฟฟา 1. วัตถุที่ตองการชุบตอเขากับขั้วลบของแบตเตอรี่ (แคโทด) 2. โลหะที่ใชชุบตอเขากับขั้วบวกของแบตเตอรี่ (แอโนด) 3. สารละลายอิเล็กโทรไลตที่ใชตองมีไอออนของโลหะชนิดเดียวกับโลหะที่เปนแอโนด 4. ใชไฟฟากระแสตรงตัวอยางที่ 19 ถาตองการชุบโลหะสังกะสีดวยทองแดง ตองตอเซลลไฟฟาโดยใชโลหะใดเปนแอโนด โลหะใดเปนแคโทด และสารละลายใดเปนอิเล็กโทรไลต ตามลําดับ 1) Zn Cu CuSO4 * 2) Cu Zn CuSO4 3) Zn Cu ZnSO4 4) Cu Zn ZnSO4ตัวอยางที่ 20 ชุบสังกะสีดวยเงิน ตองตอเซลลไฟฟาแบบใด 1) Pt(s)|H2(g)||Ag+(aq)|Ag(s) * 2) Zn(s)|Zn2+(aq)||Ag+(aq)|Ag(s) *3) Ag(s)|Ag+(aq)||Zn2+(aq)|Zn(s) 4) Ag(s)|Ag+(aq)||H+(aq)|H2(g)|Pt(s) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (93)
  • 94. ธาตุ และสารประกอบในอุตสาหกรรมตัวอยางที่ 1 พิจารณาสิ่งตอไปนี้ ก. หินงอก หินยอย ข. เลือดปู เลือดปลาหมึก ค. ปุย โปรตีน ง. แกว เครื่องบด ธาตุที่เปนองคประกอบสําคัญของสิ่งที่พิจารณาขางตน ขอใดถูก ก. ข. ค. ง. 1) Na Fe P Zn *2) Ca Cu N Si 3) Na Cu K Fe 4) Ca Fe S Crตัวอยางที่ 2 พิจารณาขอความตอไปนี้ ก. เพชรเปนแรรัตนชาติที่มีความแข็งที่สุดและนําไฟฟาไดดีกวาทองแดง ข. สารประกอบหลักของแกวคริสตัลคือ ZrO2 จึงทําใหมีลักษณะแวววาวคลายเพชร ค. การยางแรทองแดง สังกะสี และพลวงจะไดแกส SO2 ซึ่งสามารถกําจัดโดย Ca(OH)2 ง. ทับทิมมีอะลูมิเนียมออกไซดเปนสารหลักและมีสารประกอบของโลหะแทรนซิชันเปนสารมลทิน ขอใดถูกตอง 1) ก. และ ข. 2) ข. และ ค. *3) ค. และ ง. 4) ก. และ ง.วิธีคิด - แกวคริสตัล เปนแกวที่มีซิลกาประมาณรอยละ 54-65 โดยมวล ิ - ทับทิมสยาม และไพลิน เปนพลอยในตระกูลแรคอรันดัม มีสวนประกอบหลักเปนอะลูมิเนียมออกไซดถามีธาตุโครเมียม รอยละ 0.1-1.25 โดยมวล เนื้อพลอยจะมีสชมพู จนถึงสีแดงเขม เรียกวา ทับทิม สวนไพลินจะ ีมีทั้งธาตุเหล็ก และธาตุไทเทเนียม ปนอยูดวยตัวอยางที่ 3 ในการผลิตแกวมีสารใดเปนองคประกอบหลักและจะตองเติมสารใดลงไปเพื่อใหแกวมีสมบัติทนตอการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไดดี องคประกอบหลัก สารที่เติม 1) CaO PbO 2) SiO2 NaF * 3) SiO2 B2O3 4) CaO และ Na2O Cr2O3วิธีคิด แกวโบโรซิลิเกต มีซิลิกา (SiO2) ปริมาณคอนขางสูง มีการเติม B2O3 ลงไปเพื่อทําใหสัมประสิทธิ์การขยายตัว เนื่องจากความรอนมีคาลดลง ทําใหทนตอการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิวิทยาศาสตร เคมี (94) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 95. ตัวอยางที่ 4 การถลุงแรดีบุก (SnO2) ทําไดโดยนําสินแรดีบุกที่มีซิลิกาเจือปนมาผสมกับถานโคกและหินปูนโดยใชน้ํามันเตาหรือกระแสไฟฟาเปนแหลงใหความรอน ถาใสสินแรดีบุกในปริมาณที่เกินพอ เมื่อเทียบกับปริมาณถานโคกกับหินปูน ขอใดไมใชผลิตภัณฑหลังการถลุงแรดีบุก 1) CaSiO3 2) CaSnO3 3) Ca2SnO4 * 4) Sn(CO3)2ตัวอยางที่ 5 Ta2O5 และ Nb2O5 สามารถนําไปใชประโยชนในอุตสาหกรรมตางๆ ไดโดยตรง แตถาตองการ สกัดจนไดโลหะ Ta และ Nb ตองทําปฏิกิริยากับโลหะชนิดใด และใชสารใดเปนตัวเรงปฏิกิริยา ตามลําดับ 1) Mg, MgCl2 * 2) Ca, CaCl2 3) Na, NaCl 4) Li, LiClตัวอยางที่ 6 ขอใดถูก ก. แรทองแดงที่สําคัญ คือ แรคาลโคไพไรต (CuFeS2) ซึ่งมี FeS และ CuS ผสมอยู ข. การถลุงทองแดงจากแร มีการกําจัด FeO โดยนําไปเผากับ SiO2 ได FeSiO3 เปนกากตะกอนเหลว ซึ่งแยกออกมาได ค. โลหะผสมทองแดง นิกเกิล และสังกะสี เรียกวา เงินนิกเกิล หรือเงินเยอรมัน ใชทําเครื่องใชตางๆ เชน เครื่องมือแพทย และอุปกรณทันตกรรม 1) ก. และ ข. 2) ข. และ ค. 3) ก. และ ค. * 4) ถูกทุกขอตัวอยางที่ 7 พลอยในตระกูลแรคอรันดัม เชน ทับทิม มีเนื้อพลอยสีชมพูจนถึงสีแดงสม เนื่องจากมีธาตุชนิดใดเปนมลทิน 1) เหล็ก 2) ไทเทเนียม *3) โครเมียม 4) อะลูมิเนียม โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (95)
  • 96. เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพและผลิตภัณฑ เชื้อเพลิงที่นามาใชมากที่สุด 3 ประเภทแรก ไดแก น้ํามัน แกสธรรมชาติ และถานหิน ซึ่งจัดเปนเชื้อเพลิง ํซากดึกดําบรรพ หมายถึง เชื้อเพลิงที่เปลี่ยนสภาพมาจากสิ่งมีชวิตในยุคตางๆ โดยกระบวนการทางธรณีวิทยา ีและธรณีเคมี ไดแก น้ํามัน แกสธรรมชาติ ถานหิน และหินน้ํามัน เปนตน ถานหิน เปนหินตะกอนที่กําเนิดมาจากซากพืช องคประกอบหลัก คือ ธาตุคารบอน และธาตุอื่นๆ เชนไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกํามะถัน อาจพบปรอท สารหนู ซีลีเนียม โครเมียม นิกเกิล ทองแดงแคดเมียม ซึ่งเปนสาเหตุสําคัญกอใหเกิดปญหาตอสุขภาพและสิ่งแวดลอม การเกิดถานหิน ซากพืชอยูใตผิวโลกภายใตความรอนและความดันสูงจะอยูในภาวะที่มีออกซิเจนจํากัด จึงเกิดการยอยสลายอยางชาๆ โครงสรางหลักของพืชเปนเซลลูโลส น้ํา และลิกนิน เมื่อถูกยอยสลายคารบอนจะเปลี่ยนไปเปนสารอินทรียที่มีคารบอนตั้งแตรอยละ 50 โดยมวล หรือมากกวารอยละ 70 โดยปริมาตร ลิกนิน เปนสารในเนื้อไม เกิดรวมกับเซลลูโลสเปนสารเคลือบผนังเซลลของพืช เพิ่มความแข็งแรงใหแกพืช การเผาไหมถานหินแตละชนิดที่มีมวลเทากัน จะใหพลังงานความรอนแตกตางกันตามปริมาณคารบอนมีลําดับมากไปนอย คือ แอนทราไซต > บิทูมินัส > ซับบิทูมินัส > ลิกไนต > พีต แหลงถานหินที่ใหญที่สุด และมีการผลิตมากที่สุด คือ เหมืองแมเมาะ จังหวัดลําปาง รองลงมา คือ เหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ การใชถานหินเปนเชื้อเพลิงโดยตรงจะไดผลิตภัณฑทั้งในรูปแกส ซึ่งเปนออกไซดของธาตุที่เปนองคประกอบในถานหิน และเถาถาน แกสเหลานี้ ไดแก CO2, CO, NO2 และ SO2 การกําจัด SO2 ซึ่งเปนการกําจัดหลังการเผาไหม โดยการฉีดหรือพนหินปูนเขาไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงหินปูนจะสลายตัวไดแคลเซียมออกไซด เมื่อทําปฏิกิริยากับ SO2 จะได CaSO3 เปนวิธีที่ลงทุนถูกกวา และนิยมนํามาใช หินน้ํามัน เปนหินตะกอนเนื้อละเอียดเรียงตัวเปนชั้นบางๆ มีสารประกอบอินทรียท่สําคัญ คือ เคอโรเจน ีแทรกอยูระหวางชั้นหินตะกอน เมื่อนําหินน้ํามันมาสกัดดวยความรอน เคอโรเจนจะสลายตัวใหนํามันหินลักษณะ ้คลายน้ํามันดิบ การเกิดหินน้ํามัน หินน้ํามันเกิดจากการสะสม และทับถมตัวของซากพืชพวกสาหราย และสัตวพวกแมลงปลา และสัตวเล็กๆ สารอินทรียในซากพืช และสัตวจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเกิดเปนสารประกอบเคอโรเจน ผสมกับตะกอนดินทรายอัดแนนกลายเปนหินน้ํามัน หินน้ํามัน มีสวนประกอบที่สําคัญ 2 ประเภท คือ สารประกอบอนินทรีย และสารประกอบอินทรีย(ประกอบดวย บิทูเมน และเคอโรเจน) ปโตรเลียม เปนสารผสมของสารประกอบไฮโดรคารบอน และสารอินทรีย สถานะของเหลว ไดแก น้ํามันดิบสถานะแกส ไดแก แกสธรรมชาติ ซึ่งมีองคประกอบหลัก คือ สารประกอบไฮโดรคารบอนที่มีคารบอนในโมเลกุล1-5 อะตอม แกสธรรมชาติเหลว ประกอบดวยไฮโดรคารบอนกลุมเดียวกับแกสธรรมชาติ แตมีจํานวนอะตอมของคารบอนมากกวา เมื่ออยูใตผิวโลกที่ลึกมากอุณหภูมิสูงจะมีสถานะเปนแกส เมื่อนําขึ้นมาถึงระดับผิวดินซึ่งมีอุณหภูมิต่ําลง ไฮโดรคารบอนจะกลายสภาพเปนของเหลววิทยาศาสตร เคมี (96) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 97. การเกิดปโตรเลียม ปโตรเลียมเกิดจากการทับถม และสลายตัวของอินทรียสารจากพืชและสัตว ถูกอัดดวยความดัน ความรอนสูงรวมทั้งมีออกซิเจนจํากัด จึงสลายตัวเปลี่ยนสภาพเปนน้ํามันดิบ และแกสธรรมชาติแทรกอยูระหวางชั้นหินที่มีรูพรุน ดานบนเปนหินตะกอน หรือหินดินดานปดกั้นไมใหปโตรเลียมไหลลอดออกไปได การสํารวจปโตรเลียม 1. การสํารวจทางธรณีวิทยา ทําแผนที่ภาพถายทางอากาศ การเก็บตัวอยางหิน วิเคราะหซากพืช ซากสัตวในหิน ทําใหคาดคะเนไดวาจะมีโอกาสพบโครงสรางและชนิดของหินที่กักเก็บปโตรเลียม 2. การสํารวจทางธรณีฟสิกส  การวัดคาความเขมของสนามแมเหล็กโลก บอกใหทราบถึงขอบเขต ความหนา ความกวางใหญของแอง และความลึกของชั้นหิน การตรวจวัดคาความโนมถวงของโลก บอกใหทราบถึงชนิดของชั้นหินใตผิวโลกในระดับตางๆ ชวยในการกําหนดขอบเขตและรูปรางของแองใตผิวดิน การสํารวจดวยการวัดคลื่นไหวสะเทือน บอกใหทราบถึงตําแหนง รูปราง ลักษณะ และโครงสรางของชั้นหินใตดิน แหลงน้ํามันดิบที่ใหญที่สุดของไทย ไดแก น้ํามันดิบเพชรจากแหลงสิริกิติ์ กิ่งอําเภอลานกระบือ จังหวัดกําแพงเพชร แหลงผลิตแกสธรรมชาติที่ใหญที่สุดอยูในอาวไทย ชื่อวา แหลงบงกช การกลั่นน้ํามันดิบ น้ํามันดิบ ประกอบดวยสารประกอบไฮโดรคารบอน ประเภทแอลเคน และไซโคลแอลเคนเปนสวนใหญนอกจากนี้ยังมีสารประกอบของกํามะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน รวมทั้งโลหะตางๆ ปนอยูดวย การแยกสารในน้ํามันดิบใชการกลั่นลําดับสวน < 30°C ทําสารเคมี วัสดุสังเคราะห เชื้อเพลิงแกสหุงตม (LPG) C1-C4 ควบแนน ตัวทําละลาย แนฟทาเบา 30-110°C C5-C7 65-170°C น้ํามันเบนซิน แนฟทาหนัก C6-C12 170-250°C น้ํามันกาด เชื้อเพลิง เครื่องยนตไอพนและตะเกียง C10-C19 250-340°C น้ํามันดีเซล เชื้อเพลิง อุณหภูมิ 320-385°C เครื่องยนตดีเซล C14-C19 > 350°C น้ํามันหลอลื่น C19-C35น้ํามันดิบ > 500°C ไข น้ํามันเตาและยางมะตอย C > C35 กรรมวิธีในการกลั่นน้ํามันดิบและผลิตภัณฑ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (97)
  • 98. ปจจุบันมีความตองการใชน้ํามันเบนซิน (C6-C12) และน้ํามันดีเซล (C14-C19) ในปริมาณที่สูงมาก รวมทั้งผลิตภัณฑท่ไดจากการกลั่นโดยตรงมีคุณภาพไมเหมาะสมกับความตองการ นักวิทยาศาสตรจึงหาวิธีทําสารประกอบ ีไฮโดรคารบอนที่มีมวลโมเลกุลสูง และเปนที่ตองการนอยใหเปนสารที่มีมวลโมเลกุลใกลเคียงกับน้ํามันเบนซินและน้ํามันดีเซล และใชเปนสารตั้งตนในการผลิตสารชนิดอื่นๆ ตอไป ซึ่งทําไดหลายวิธี ดังนี้ 1. กระบวนการแตกสลาย คือ การทําใหสารประกอบไฮโดรคารบอนโมเลกุลใหญแตกออกเปนโมเลกุลเล็ก โดยใชความรอนสูงประมาณ 500°C และมีตัวเรงปฏิกิริยาที่เหมาะสม ตัวเรงปฏิกิริยา C10H22 500°C C8H16 + C2H6 2. กระบวนการรีฟอรมมิง คือ การเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคารบอนแบบโซตรงเปนไอโซเมอรแบบโซกิ่งหรือการเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคารบอนแบบวงใหเปนสารอะโรมาติก โดยใชความรอนสูงและตัวเรงปฏิกิริยา CH 3 ตัวเรงปฏิกิริยา CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH 3 CH CH CH 3 ความรอน CH 3 CH 3 CH 3 ตัวเรงปฏิกิริยา ความรอน + 3H 2 3. กระบวนการแอลคิเลชัน คือ การรวมสารประกอบของแอลเคนกับแอลคีนที่มีมวลโมเลกุลต่ํา โดยมีกรดเปนตัวเรงปฏิกิริยา เกิดเปนโมเลกุลของสารประกอบแอลเคนที่มีโครงสรางแบบโซกิ่ง CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 H 2 SO 4 CH 3 C CH 2 + CH 3 CH CH 3 CH 3 CH CH 2 C CH 3 CH 3 4. กระบวนการโอลิโกเมอไรเซซัน คือ การรวมสารประกอบของแอลคีนโมเลกุลเล็กเขาดวยกัน โดยใชความรอนหรือตัวเรงปฏิกิรยา เกิดเปนสารประกอบไฮโดรคารบอนที่มีจํานวนคารบอนเพิ่มขึ้นและมีพันธะคูเหลืออยูใน ิผลิตภัณฑ CH 3 CH 3 CH 3 ตัวเรงปฏิกิริยา CH 3 C CH 2 + CH 3 C CH 2 CH 3 C CH 2 C CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 ตัวเรงปฏิกิริยาCH3 CH CH2 + CH3 CH CH CH CH3 CH3 CH CH2 CH CH CH CH3 น้ํามันเบนซินมีองคประกอบสวนใหญเปนสารประกอบไฮโดรคารบอนที่ในโมเลกุลมีคารบอน 6-12 อะตอมน้ํามันเบนซินประกอบดวยชนิดและไอโซเมอรที่ตางกันของสารประกอบไฮโดรคารบอน ทําใหเกิดการติดไฟและระเบิดไมพรอมกัน สารประกอบไฮโดรคารบอนที่มีโครงสรางแบบโซกิ่งหรืออะโรมาติก จัดเปนน้ํามันเบนซินที่มีวิทยาศาสตร เคมี (98) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 99. คุณภาพดีกวาแบบโซตรง เพราะวาสารประกอบไฮโดรคารบอนที่เปนชนิดโซตรงติดไฟไดงายกวาและเกิดการระเบิด เร็วกวาจังหวะที่ควรเปนในกระบอกสูบ ทําใหเครื่องยนตเกิดอาการเดินไมเรียบซึ่งเรียกวา การชิงจุดระเบิด ไอโซเมอรของออกเทนที่มีชื่อสามัญวา ไอโซออกเทน เปนเชื้อเพลิงที่เหมาะกับเครื่องยนตท่ใชน้ํามันเบนซิน เพราะจะชวย ีปองกันการชิงจุดระเบิดของเครื่องยนต ทําใหเครื่องยนตเดินเรียบ การกําหนดคุณภาพน้ํามันเบนซินดวยเลขออกเทน น้ํามันเบนซินเลขออกเทน 95 คือ น้ํามันเบนซินที่มีสมบัติในการเผาไหมเชนเดียวกับเชื้อเพลิงที่ไดจากการผสมไอโซออกเทนรอยละ 95 กับเฮปเทนรอยละ 5 โดยมวล CH 3 CH 3 CH 3 C CH 2 CH CH 3 CH 3 ไอโซออกเทน (เลขออกเทน 100) CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 เฮปเทน (เลขออกเทน 0) การเพิ่มคาเลขออกเทนในอดีตทําโดยเติมสารเคมีบางชนิด เชน เตตระเมทิลเลด หรือเตตระเอทิลเลดลงในน้ํามันเบนซิน ปจจุบันเปลี่ยนมาใชสารเคมี เชน เมทิลเทอรเชียรีบิวทิลอีเทอร (MTBE), เอทานอล หรือเมทานอลเรียกวา น้ํามันไรสารตะกั่ว CH 3 CH 3 C O CH 3 CH 3 เมทิลเทอรเชียรีบิวทิลอีเทอร (MTBE) ดีเซล เปนผลิตภัณฑน้ํามันที่ไดจากการกลั่นลําดับสวน น้ํามันดิบ แบงเปน 2 ชนิด คือ ดีเซลหมุนเร็วหรือโซลาเหมาะสําหรับเครื่องยนตความเร็วรอบสูงกวา 1000 รอบ/นาที และดีเซลหมุนชาหรือขี้โล เหมาะสําหรับเครื่องยนตที่ใชขับเคลื่อนเรือเดินทะเลและการผลิตกระแสไฟฟา การกําหนดคุณภาพของน้ํามันดีเซลดวย เลขซีเทนโดยกําหนดใหซีเทน (C16H34) มีเลขซีเทน 100 และแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน (C11H10) มีเลขซีเทน 0 CH 3 CH3 (CH2)14 CH3 ซีเทน (เลขซีเทน 100) แอลฟาเมทิลแนฟทาลีน (เลขซีเทน 0) ดีโซฮอล เปนน้ํามันเชื้อเพลิงที่ไดจากการผสมน้ํามันดีเซลกับเอทานอลชนิดที่มีความบริสุทธิ์ 99.5% ขึ้นไปแตหากใชเอทานอลชนิดที่มีความบริสุทธิ์ 95% จะตองผสมสารเคมีประเภทอิมัลซิไฟเออรลงไปดวย เพื่อทําใหเอทานอลกับน้ํามันดีเซลผสมเขากันโดยไมแยกชั้น โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 ___________________________________วิทยาศาสตร เคมี (99)
  • 100. ไบโอดีเซล เปนเอสเทอรที่ผลิตจากน้ํามันพืชหรือน้ํามันสัตว โดยผานกระบวนการทางเคมีที่เรียกวาTransesterification คือ การนําน้ํามันพืชหรือน้ํามันสัตวไปทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอล โดยมีกรดหรือเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยา จะไดเอสเทอรกับกลีเซอรอลเปนผลพลอยได ไบโอดีเซลที่ไดมีชื่อเรียกตามชนิดของแอลกอฮอลถาเปนเมทิลแอลกอฮอลจะเรียกวา เมทิลเอสเทอร ถาเปนเอทิลแอลกอฮอลจะเรียกวา เอทิลเอสเทอร O CH 2 O C R 1 CH 2 OH O O CH O C R 2 + 3CH 3 OH 3R C O CH 3 + CH OH O CH 2 O C R 3 CH 2 OH ไตรกลีเซอไรด เมทานอล เมทิลเอสเทอร กลีเซอรอล ปจจุบันประเทศไทยใชแกสธรรมชาติเปนพลังงานหลัก (มากกวารอยละ 60 ของพลังงานทั้งหมดที่ใช) ในการผลิตกระแสไฟฟาตัวอยางที่ 1 ปฏิกิริยาตอไปนี้เปนการผลิตสารใด O CH 2 O C C15 H 31 CH 2 OH O O CH O C C15 H 31 + 3CH3OH CH OH + 3C15 H31 C OCH 3 O CH 2 O C C15 H 31 CH 2 OH * 1) ไบโอดีเซล 2) ดีโซฮอล 3) แกสโซฮอล 4) สบู แกสธรรมชาติและแกสธรรมชาติเหลว ประกอบดวย สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดตางๆ เชน มีเทน อีเทนโพรเทน บิวเทน เพนเทน กับสารที่ไมใชไฮโดรคารบอน ไดแก คารบอนไดออกไซด ไฮโดรเจนซัลไฟด ไอปรอทและไอน้ํา แกสธรรมชาติท่ขุดเจาะขึ้นมาจากใตพื้นดินจะมีทั้งสถานะของเหลวและแกสผสมกันอยู ี สวนที่เปนของเหลว เรียกวา แกสธรรมชาติเหลว และสวนที่เปนแกส เรียกวา แกสธรรมชาติ กระบวนการแยกแกสประกอบดวย การแยกสารประกอบที่ไมใชสารประกอบไฮโดรคารบอน กําจัดออกโดยผานกระบวนการ ดังนี้ 1. หนวยกําจัดสารปรอท เพื่อปองกันการผุกรอนของทอจากการรวมตัวกับปรอท 2. หนวยกําจัดแกส H2S และ CO2 เนื่องจาก H2S มีพิษและกัดกรอน สวน CO2 ทําใหเกิดการอุดตันของทอ เพราะวาที่ระบบแยกแกสมีอุณหภูมิต่ํามาก การกําจัด CO2 ทําโดยใชสารละลาย K2CO3 ผสมตัวเรงปฏิกริยา ิ 3. หนวยกําจัดความชื้น โดยการกรองผานสารที่มีรูพรุนสูง เชน ซิลิกาเจลวิทยาศาสตร เคมี (100) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 101. มีเทน แกสธรรมชาติ หอกลั่นลําดับสวนเพื่อแยก เปนเชือเพลิงผลิตกระแสไฟฟา เปนเชือเพลิงในโรงงาน ้ ้ องคประกอบของไฮโดรคารบอน อุตสาหกรรม แกสธรรมชาติอัดใชเปนเชือเพลิงในรถยนต ้ และเปนวัตถุดิบในการผลิตปุยเคมี แกสเหลว อีเทน หนวยกําจัด หนวยเปลี่ยนสถานะแกส สารปรอท ใหเปนของเหลว โพรเพน อีเทนและโพรเพนใชในอุตสาหกรรมปโตรเคมี แกสปโตรเลียมเหลว (แอลพีจี : LPG) หนวยกําจัด หนวยกําจัด ใชเปนเชือเพลิงในครัวเรือน (แกสหุงตม) ้ H2S และ CO2 ความชื้น แกสโซลีนธรรมชาติ (NGL) ปอนโรงกลั่นน้ํามันเพื่อผลิตเปนน้ํามันเบนซิน อุตสาหกรรมผลิตตัวทําละลาย อุตสาหกรรมปโตรเคมี แผนผังการแยกแกสธรรมชาติและการนําไปใชประโยชนตัวอยางที่ 2 เชื้อเพลิงปโตรเลียมใดเผาไหมไดดีที่สุด ในสภาวะปฏิกิริยาเดียวกัน 1) อะเซทิลีน (C2H2) เพราะมีสถานะเปนแกสใชในการใหความรอนเชื่อมโลหะไดดี 2) iso-octane บริสุทธิ์ เพราะมีคาเลขออกเทนเทากับ 100 * 3) แกสธรรมชาติอัด (CNG) เพราะมีน้ําหนักโมเลกุลต่ํา 4) ไมสามารถเทียบกันได เพราะเปนเชื้อเพลิงตางประเทศ อุตสาหกรรมปโตรเคมีเกิดจากการนําสารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไดจากการกลั่นน้ํามันดิบ และจากการแยกแกสธรรมชาติมาใชเปนวัตถุดิบเพื่อผลิตเคมีภัณฑตางๆ 1. อุตสาหกรรมปโตรเคมีข้นตน เปนการนําสารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไดจากแกสธรรมชาติ หรือ ัน้ํามันดิบมาผลิตเปนมอนอเมอร 2. อุตสาหกรรมปโตรเคมีข้นตอเนื่อง เปนการนํามอนอเมอรมาผลิตเปนพอลิเมอร ผลิตภัณฑในขั้นนี้ ัอาจอยูในรูปของพลาสติก โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (101)
  • 102. ผลิตภัณฑจาก ผลิตภัณฑจาก ผลิตภัณฑที่ได วัตถุดิบ อุตสาหกรรม อุตสาหกรรม และการใชประโยชน ปโตรเคมีขั้นตน ปโตรเคมีขั้นตอเนื่อง แกสธรรมชาติ พอลิเอทิลีน หรือน้ํามันดิบ ใชผลิตถุงพลาสติก ฟลม ภาชนะ ทอน้ํา พอลิโพรพิลีน ใชผลิตถุงพลาสติก เชือก อีเทน เอทิลีน พอลิเอทิลีน อุตสาหกรรม แห อวน ขวด ฉนวนหุม โพรพิลีน พอลิโพรพิลีน ขึ้นรูปพลาสติก สายไฟฟาอื่นๆ โพรเพน บิวทาไดอีน พอลิไวนิลคลอไรด พอลิไวนิลคลอไรด เบนซีน พอลิสไตรีน อื่นๆ ใชผลิตทอตางๆ ฟลม สไตรีน แนฟทา วัสดุปูพื้น โทลูอีน ไซลีน พอลิสไตรีน ใชผลิตโฟม ตลับเทป ตูโทรทัศน กลองฉนวนความรอน วัตถุดิบสําหรับเสนใย อุตสาหกรรม เครื่องนุงหม เสนใย สังเคราะห เอทิลีนไกลคอล เครื่องเรือน มาน พรม กรดเทเรฟทาลิก อื่นๆ เชือก ผาใบ อื่นๆ ยางสังเคราะห อุตสาหกรรม ยาง ยางรถยนต สายรัด ยางสไตรีน-บิวทาไดอีน ยางบิวทาไดอีน อื่นๆ เชือก ผาใบ อื่นๆ อุตสาหกรรมสี วัตถุดิบสําหรับผลิตสี และสารเคลือบผิว ตัวทําละลาย พอลิยูรีเทน สีทาวัสดุอุปกรณตางๆ อื่นๆ อุตสาหกรรม ผงซักฟอก ผงซักฟอก แชมพู สารซักลาง น้ํายาขัดผิวโลหะ อื่นๆ ปุย สียอม กาว ขั้นตอนในอุตสาหกรรมปโตรเคมีและการใชประโยชนวิทยาศาสตร เคมี (102) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 103. พอลิเมอร เกิดจากมอนอเมอรจํานวนมากเชื่อมตอกันดวยพันธะโคเวเลนต 1. โฮโมพอลิเมอร ประกอบดวย มอนอเมอรชนิดเดียวกัน เชน PVC 2. โคพอลิเมอร หรือพอลิเมอรรวม ประกอบดวย มอนอเมอรตางชนิดกันเชื่อมตอกัน เชน ไนลอน 6, 6 ปฏิกิริยาที่มอนอเมอรรวมกันเปนพอลิเมอร เรียกวา ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน เกิดได 2 แบบ 1. ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแนน เกิดจากมอนอเมอรที่มีหมูฟงกชันมากกวา 1 หมูทําปฏิกิริยากันเกิดเปนพอลิเมอร และไดสารโมเลกุลขนาดเล็ก เชน น้ํา แกสไฮโดรเจนคลอไรด แอมโมเนียหรือเมทานอลเปนผลพลอยได O O nH2N (CH2)6 NH2 + nHO C (CH2)4 C OH เฮกซะเมทิลนไดเอมีน ี กรดอะดิปก Oหมูเอไมด O NH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH C CH2 CH2 CH2 CH2 C + 2nH2O n คารบอน 6 อะตอม จากเฮกซะเมทิลีนไดเอมีน คารบอน 6 อะตอม จากกรดอะดิปก พอลิเมอรสังเคราะหที่เตรียมจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแนน มอนอเมอร พอลิเมอร ไดเมทิลเทเรฟทาเลต + เอทิลีนไกลคอล พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) เฮกซะเมทิลีนไดเอมีน + กรดอะดิปก พอลิเอไมด (PA) (ไนลอน 6, 6) บิส-ฟนอลเอ + ฟอสจีน พอลิคารบอเนต (PC) 1, 4-บิวเทนไดออล + เฮกซะเมทิลีนไดไอโซไซยาเนต พอลิยูรีเทน (PU) ฟนอล + ฟอรมาลดีไฮด พอลิฟนอลฟอรมาลดีไฮด (PF) (เบกาไลต) ยูเรีย + ฟอรมาลดีไฮด พอลิยูเรียฟอรมาลดีไฮด (UF) เมลามีน + ฟอรมาลดีไฮด พอลิเมลามีนฟอรมาลดีไฮด (MF) Oตัวอยางที่ 3 สารใดไมเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันกับ C H H OH O 1) 2) H 2 N NH 2 NH2 Cl N N 3) H2N N NH2 * 4) Cl โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (103)
  • 104. ตัวอยางที่ 4 พอลิเมอรแลคไทดเปนพอลิเมอรที่ยอยสลายไดตามธรรมชาติ มีโครงสรางดังรูป O O OH HO O O n O สามารถเตรียมไดจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของสารใด O O O O Cl Cl * 1) 2) Cl 3) OH 4) ถูกทั้งขอ 2) และ 3) O Oตัวอยางที่ 5 ไดเมทิโคน (Dimethicone) เปนพอลิเมอรในกลุมซิลิโคนมีหนวยซ้ําเปน -Si(CH3)2O- สามารถเตรียมไดจากปฏิกริยาระหวาง Si(CH3)2Cl2 กับ H2O อัตราสวนจํานวนโมลของสารตั้งตน Si(CH3)2Cl2 : H2O ิ ขอใดที่เตรียมเปนพอลิเมอรไดสายยาวที่สุด 1) 1 : 100 2) 1 : 2 * 3) 1 : 1 4) 100 : 1ตัวอยางที่ 6 ไคโตซานเปนพอลิเมอร ที่มีโครงสรางดังนี้ HO HO HO O O O HO O O OH HO NH2 HO NH 2 HO NH 2 ขอใดกลาวถูกตองเกี่ยวกับการละลายของไคโตซาน 1) ละลายไดดีในตัวทําละลายอินทรีย 2) ละลายไดดีในน้ําที่อุณหภูมิต่ํา 3) ละลายไดดีในน้ําเมื่อ pH สูง * 4) ละลายไดดีในน้ําเมื่อ pH ต่ําตัวอยางที่ 7 สารประกอบ 3 ชนิดที่สามารถนํามาใชเปนสารตั้งตนสําหรับปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซซัน มีโครงสรางดังภาพ O O OH NH2 Cl Cl HO H2N A B C พอลิเมอรท่มีความเหนียวทนทานมากที่สุด เตรียมไดจากสารตั้งตนในขอใด ี 1) A + B เพราะมีขั้วมากที่สุด * 2) A + C เพราะมีพันธะไฮโดรเจน 3) B + C เพราะโมเลกุลเรียงชิดกันแนน 4) A + B + C เพราะเปนแบบรางแหวิทยาศาสตร เคมี (104) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 105. 2. ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบเติม เกิดจากโมเลกุลของมอนอเมอรที่มีพันธะคูระหวางคารบอนอะตอมทําปฏิกิริยาตอกันบริเวณพันธะคู ไดผลิตภัณฑเปนพอลิเมอรโดยไมมีสารโมเลกุลเล็กๆ เกิดขึ้น โครงสรางและสมบัติของพอลิเมอร 1. พอลิเมอรแบบเสน เกิดจากมอนอเมอรสรางพันธะโคเวเลนตเปนโซยาว เชน พอลิเอทิลีน,พอลิโพรพิลน, พอลิไวนิลคลอไรด, พอลิสไตรีน, พอลิอคริโลไนไตรด, ไนลอน 6, 6 และพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต ี 2. พอลิเมอรแบบกิ่ง ในโครงสรางมีโซกิ่งอาจเปนชนิดโซสั้น หรือโซยาวแตกออกไปจากโซหลัก เชนพอลิเอทิลีนชนิดความหนาแนนต่ํา (LDPE) สมบัติ พอลิเมอรชนิดนี้มีความยืดหยุน ความหนาแนนต่ํา จุดหลอมเหลวต่ํากวาพอลิเมอรแบบเสน 3. พอลิเมอรแบบรางแห เกิดจากการเชื่อมโยงระหวางโซพอลิเมอรที่มีโครงสรางแบบเสน หรือแบบกิ่งตอเนื่องกันเปนรางแห เชน พอลิฟนอลฟอรมาลดีไฮด (เบกาไลต), พอลิเมลามีนฟอรมาลดีไฮด (เมลามีน) สมบัติ จุดหลอมเหลวสูง เมื่อขึ้นรูปแลวไมสามารถหลอมหรือเปลี่ยนแปลงรูปรางไดตัวอยางที่ 8 พอลิเมอรแบบกิ่งสามารถเตรียมไดจากปฏิกิริยาระหวางเอทิลีนและสารใด 1) acetylene 2) butadiene 3) ethylene glycol * 4) hexeneตัวอยางที่ 9 โครงสรางของเมลามีน และฟอรมาลดีไฮดเปนดังนี้ NH2 N N O H2N N NH2 H H เมลามีน ฟอรมาลดีไฮด ในอุตสาหกรรมพลาสติกที่นําเมลามีนมาทําปฏิกิริยาควบแนนกับฟอรมาลดีไฮด จะไดผลิตภัณฑพอลิเมอรที่มี โครงสรางแบบใด 1) เสนตรง 2) ขดเปนวง 3) ขดเปนเกลียว * 4) รางแหตัวอยางที่ 10 พอลิเมอรขนาดโมเลกุลใกลเคียงกันที่มีโครงสรางในขอใดนาจะมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุด O O H 1) O O * 2) N N O n O H n 3) 4) n n โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (105)
  • 106. ตัวอยางที่ 11 ซิลิโคนที่มีโครงสรางดังรูป สามารถสังเคราะหไดจากสารใด H 3C CH 3 Si O n * 1) (CH3)2SiCl2 และ H2O 2) CH3Cl และ SiO2 3) CH3CH2Cl และ SiO2 4) (CH3)2SiCl2 และ SiO2 พลาสติก 1. เทอรมอพลาสติก เปนพลาสติกที่ออนตัวเมื่อไดรบความรอน และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว โดย ัสมบัติของพลาสติกไมเปลี่ยนแปลงจึงสามารถนํากลับมาใชใหมได พลาสติกนี้มีโครงสรางแบบเสนหรือแบบกิ่ง มีการเชื่อมตอระหวางโซพอลิเมอรนอยมาก 2. พลาสติกเทอรมอเซต ไมสามารถนํากลับมาขึ้นรูปใหมไดอีก เพราะพอลิเมอรเปนแบบรางแห ถาทําใหมีอุณหภูมิสงมากจะแตกและไหมเปนเถา เชน พอลิฟนอลฟอรมาลดีไฮด, พอลิเมลามีนฟอรมาลดีไฮด และพอลิยูรีเทน ู เสนใย เสนใยธรรมชาติ เสนใยกึ่งสังเคราะห เสนใยสังเคราะห เซลลูโลส ใยหิน เรยอน พอลิเอสเทอร พอลิอะคริโลไนไตรด โปรตีน พอลิเอไมด อื่นๆ การจําแนกชนิดเสนใย เสนใยธรรมชาติ เชน เสนใยเซลลูโลสจากสวนตางๆ ของพืช ไดแก เสนใยที่หุมเมล็ดฝาย นุน ใยมะพราวเสนใยจากเปลือกไม เชน ลินิน ปอ กัญชา เสนใยจากใบ เชน สับปะรด ศรนารายณ เสนใยจากฝายจัดเปนเซลลูโลสบริสุทธิ์ที่นํามาใชประโยชนมากที่สุดถึงรอยละ 50 ของเสนใยทั้งหมด เสนใยที่ไดจากสัตวซึ่งเปนสารประเภทโปรตีน เชน ขนแกะ ขนแพะ และเสนใยจากรังไหม เสนใยเหลานี้มีสมบัติ คือ เมื่อเปยกน้ํามีความเหนียวและความแข็งแรงจะลดลง ถาถูกแสงแดดเปนเวลานานๆ จะสลายตัวหรือกรอบ เสนใยจากธรรมชาติบางชนิด เชน ฝาย เมื่อนํามาทอเปนผาเพื่อใชงานจะเปนราไดงาย ผาไหมจะหดตัวเมื่อไดรบความรอนและความชื้น ลินิน ปาน ตองผลิตดวยมือถาผลิตดวยเครื่องจักรจะไดเสนใยที่มีคุณภาพไมดี ัและมีการสูญเสียมากวิทยาศาสตร เคมี (106) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 107. เสนใยกึ่งสังเคราะห เชน เซลลูโลส แอซีเตต เตรียมไดจากเซลลูโลสทําปฏิกิริยากับกรดแอซีติกเขมขนโดยมีกรดซัลฟวริกเขมขนเปนตัวเรงปฏิกิริยา การเตรียมเสนใยเรยอน (คิวปราโมเนียมเรยอน) Cu2+(aq) + 2OH-(aq) Cu(OH)2(s) คอปเปอร (II) ไฮดรอกไซด Cu(OH)2(aq) + 4NH3 Cu(NH3)4(OH)2(aq) เตตระแอมมีนคอปเปอร (II) ไฮดรอกไซด เมื่อฉีดสารละลายเซลลูโลสที่เกิดขึ้น ลงในกรดซัลฟวริกจะเกิดเปนเสนใยเรยอน สีฟาของเสนใยจะจางหายไป เนื่องจาก Cu2+ ไอออนจะแพรเขาไปอยูในสารละลายของกรดซัลฟวริก เสนใยที่ไดน้ําหนักเบา เหมาะใชทําเสื้อผาฤดูรอน เสนใยสังเคราะห โมเลกุลเรียงตัวคอนขางเปนระเบียบ เรียงตัวตามแนวแกนของเสนใย สมบัติมีความทนทานตอจุลินทรีย เชื้อรา แบคทีเรีย ไมยับงาย ไมดูดน้ํา ทนทานตอสารเคมี ซักงาย และแหงเร็ว เชน ไนลอนและโอรอน (พอลิอะคริโลไนไตรด) ไนลอน 6, 6 และไนลอน 6, 10 เปนเสนใยพอลิเอไมด (ตัวเลขหลังชื่อไนลอนแสดงจํานวนอะตอมของคารบอนในมอนอเมอรของเอมีน และกรดอินทรีย ตามลําดับ) ดาครอน หรือโทราเทโทรอน เปนเสนใยพอลิเอสเทอรเปนโคพอลิเมอรระหวางเอทิลีนไกลคอลกับไดเมทิล-เทเรฟทาเลต มีสมบัติทนความรอน แสงแดด ทนสารเคมี ซักแลวไมตองรีด ยาง โครงสรางทางเคมีของเนื้อยางประกอบดวยมอนอเมอรไอโซพรีนที่เชื่อมตอกันอยูในชวง 1500 ถึง15000 หนวย CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C C C C C C CH 3 H CH 3 H CH 3 H ยางพารา (ซิส-พอลิไอโซพรีน) พืชบางชนิดที่ใหน้ํายางได เชน ตนยางกัตตา ตนยางบาราทาและตนยางชิคเคิล ใชทําสวนผสมในหมากฝรั่งยางจากพืชทั้ง 3 ชนิดนี้เปนพอลิไอโซพรีนเชนเดียวกับยางพารา แตมีโครงสรางตางกัน ดังนี้ CH 2 H CH 3 CH 2 CH 2 H C C C C C C CH 3 CH 2 CH 2 H CH 3 CH 2 ยางกัตตา สมบัติสําคัญประการหนึ่งของยาง คือ มีความยืดหยุนสูง ซึ่งเกิดจากโครงสรางโมเลกุลของยางที่มีลักษณะมวนขดไปมาเปนวงและบิดเปนเกลียว มีแรงแวนเดอรวาลสยึดเหนี่ยวระหวางโซของพอลิเมอรเขาไวดวยกันยางพารามีความตานทานแรงดึงสูง ทนตอการขัดถู เปนฉนวนที่ดีมาก ทนน้ํา ทนน้ํามันจากพืชและจากสัตว แตไมทนตอน้ํามันเบนซินและตัวทําละลายอินทรีย เมื่อไดรบความรอนจะเหนียวและออนตัว แตจะแข็งและเปราะที่ ัอุณหภูมิต่ํากวาอุณหภูมิหอง โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (107)
  • 108. ชารล กูดเยียร คนพบเมื่อยางทําปฏิกิริยากับกํามะถันในปริมาณเหมาะสมที่อุณหภูมิสูงกวาจุดหลอมเหลวของกํามะถัน ทําใหยางมีสภาพคงตัวในอุณหภูมิตางๆ ทนตอความรอน แสง และละลายในตัวทําละลายยากขึ้นเรียกกระบวนการนี้วา วัลคาไนเซชัน CH 3 CH 3 (CH 2 CH C CH 2 ) n- (CH 2 CH C CH ) n- + (8 - x)H 2 S + S8 Sx (CH 2 CH C CH 2 ) n- (CH 2 CH C CH ) n- CH 3 CH 3 x = จํานวนอะตอมของ S ซึ่ง จะเปนเทาใดก็ได ยางกอนการวัลคาไนซ ยางหลังการวัลคาไนซ ยางที่เติมกํามะถันในปริมาณที่เหมาะสม จะเกิดพันธะโคเวเลนตของกํามะถันเชื่อมตอระหวางโซพอลิไอโซพรีนในบางตําแหนง เมื่อไดรับแรงกระทํา สายโซจะไมเลื่อนหลุดออกจากกันไดงาย จึงทําใหยางมีความยืดหยุนคงรูปรางมากขึ้นวิทยาศาสตร เคมี (108) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 109. โครงสรางอะตอมและตารางธาตุสรุปแบบจําลองอะตอมแบบตางๆ Dalton Thomson Rutherford Bohrสัญลักษณนิวเคลียร สัญลักษณนิวเคลียร คือ สัญลักษณที่ใชบอกชนิดของธาตุ ตลอดจนจํานวนอนุภาคมูลฐานทั้งหมดของธาตุนั้นๆ โดยจะประกอบดวยสวนสําคัญ 2 สวน ไดแก มวลอะตอม A ZX สัญลักษณธาตุ เลขอะตอม 1. เลขอะตอม (Atomic number, Z) คือ ตัวเลขที่แสดงจํานวนโปรตอนในนิวเคลียส เปนตัวบงชี้ชนิดและสมบัติเฉพาะตัวของธาตุนั้นๆ 2. เลขมวล (Mass number, A) คือ ตัวเลขที่แสดงผลรวมของจํานวนโปรตอน และนิวตรอนในนิวเคลียส โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (109)
  • 110. ไอโซโทป (Isotope) คือ อะตอมของธาตุเดียวกันที่มีเลขมวลตางกันหรืออนุภาคที่มีจํานวนโปรตอนเทากันซึ่งอนุภาคที่เปนไอโซโทปกันจะมีสมบัตทางเคมีคลายคลึงกันแตสมบัติทางกายภาพบางประการตางกัน โดยธาตุ ิหนึ่งๆ อาจมีไดหลายไอโซโทป ไอโซบาร (Isobar) คือ อะตอมของธาตุตางชนิดกันที่มีเลขมวลเทากัน ไอโซโทน (Isotone) คือ อะตอมของธาตุตางชนิดกันที่มีจํานวนนิวตรอนเทากัน  ไอโซอิเล็กทรอนิก (Isoelectronic) คือ อะตอมหรือไอออนของสารที่มจํานวนอิเล็กตรอนเทากัน ี ไอออน คือ อนุภาคที่เกิดการสูญเสียเสถียรภาพทางไฟฟา ทําใหเกิดธาตุที่มีประจุไฟฟา เพราะมีจํานวนอิเล็กตรอนไมเทากับจํานวนโปรตอน โดยถาหากวาจํานวนอิเล็กตรอนมากกวาจํานวนโปรตอน เรียกวา “ไอออนลบ”และถาหากวามีจํานวนอิเล็กตรอนนอยกวาจํานวนโปรตอน เรียกวา “ไอออนบวก”การจัดเรียงอิเล็กตรอน การจัดเรียงอิเล็กตรอน เปนกระบวนการที่ใชในการแบงกลุมของอิเล็กตรอนโดยใชสภาวะและบริเวณที่อิเล็กตรอนแต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างสะดวกเหมาะสําหรับการบอกตําแหนงในตารางธาตุเทานั้น ไมสามารถอธิบายรายละเอียดของพฤติกรรมตางๆ ของอะตอมไดชัดเจนเหมือนกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยซึ่งการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักจะใหขอมูลเพียง 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)วิทยาศาสตร เคมี (110) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 111. 3. ชวงหางระหวางระดับพลังงานเรียงจากนิวเคลียสออกไป ดังนี้ n=5 n=7 n=1 n=2 n=3 n=4 n=6 “จากภาพทําใหเราไดเห็นวา ยิ่งอยูหางจากนิวเคลียสออกไปความแตกตางของระดับพลังงานยิ่งลดลง” 4. จํานวนระดับพลังงานบอกเลขที่คาบ (ธาตุในแนวนอน) จํานวนเวเลนซอิเล็กตรอนบอกเลขที่หมู (ธาตุในแนวตั้ง) 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 18การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย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บทัล (Orbital)” ซึ่งหมายถึงบริเวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอน ซึ่งออรบิทัลจะพบไดหลายลักษณะเปนรูปทรง ิตางๆ ตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ซึ่งเปนพลังงานจลนท่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ี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 ในการจัดเรียงธาตุที่มเลขอะตอมสูงมากๆ (เลขอะตอมมากกวา 120) อาจจะพบ g-orbital และ h-orbital ี โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (111)
  • 112. เนื่องจากการที่ระดับพลังงานมีคาไมเทากันและมีการเรียงที่ซอนกันในออรบิทัลตางๆ ทําใหอิเล็กตรอนนั้นจะตองถูกบรรจุอยูในระดับพลังงานและออรบิทัลที่มีพลังงานต่ําที่สุดกอนเพื่อความเสถียร ดังนั้นการจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถทําไดโดยจัดตามลําดับตอไปนี้ เรียงลําดับพลังงานจากนอยไปหามากตามลูกศรนี้ 1s 2s 2p 3s 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 เพราะสามารถนําการจัดเรียงอิเล็กตรอนรูปแบบนี้ไปใชอธิบายปรากฏการณตางๆ ของอะตอมไดโดยสามารถนําไปสรางแผนภาพออรบิทัล (Orbital Diagram) เพื่อขยายภาพพฤติกรรมของอิเล็กตรอนที่ชัดเจนมากขึ้น ขอควรระวังในการสรางแผนภาพออรบิทัล 1. 2.วิทยาศาสตร เคมี (112) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 113. ความสัมพันธระหวางตารางธาตุและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย H He 1s1 1s2 Li Be ตารางธาตุ B C N O F Ne 2s1 2s2 ความสัมพันธระหวางตําแหนงและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอย 2p 1 2p2 2p3 2p4 2p5 2p6 3s (แสดงเฉพาะโครงสรางอิเล็กตรอนออรบิทัลสุดทายที่สามารถบงชี้ถึงตําแหนงได) 3p Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 4s 4p 3d1 3d2 3d3 3d4 3d5 3d6 3d7 3d8 3d9 3d10 5s 4d 5p 6s 5d 6p 7s 6d 7p La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb 4f1 4f2 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f8 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14 5fตารางธาตุ ตารางธาตุ คือ ตารางการจัดหมวดหมูของธาตุที่มีมากมายเอาไวอยางเปนระเบียบตามคุณสมบัติที่คลายคลึงกันเพื่อสะดวกตอการใชงานและงายตอการจดจํา นอกจากนี้ยังสามารถใชในการทํานายหาคุณสมบัติของธาตุก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 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (113)
  • 114. แนวโนมคุณสมบัติทั่วไปของธาตุในตารางธาตุ โดยทั่วไปจะแบงคุณสมบัตท่นาสนใจของธาตุตางๆ ออกเปน 5 คุณสมบัติ ไดแก ิ ี  1. ขนาดอะตอม และขนาดไอออน 2. คาพลังงานไอออไนเซชัน (Ionization Energy): IE 3. คาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity): EA 4. คาอิเล็กโทรเนกาติวตี (Electronegativity): EN ิ 5. ความเปนโลหะ และความเปนอโลหะ สรุปแนวโนมคุณสมบัติที่นาสนใจทั้ง 5 ไดดงนี้ ั ขนาดอะตอม / ความเปนโลหะ ขนาดอะตอม / IE1 , EA , EN / ความเปนโลหะ ความเปนอโลหะ IE1 , EA , EN / ความเปนอโลหะ ทิศทางหัวลูกศร แสดงถึงทิศทางการเพิ่มขึ้น ขนาดอะตอม และขนาดไอออน คือ ระยะระหวางจุดศูนยกลางของอะตอมกับผิวของอะตอม ซึ่งก็คืออิเล็กตรอน วงนอกสุด ถาแรงยึดเหนี่ยวระหวางกันมากจะทําใหอิเล็กตรอนอยูใกลนิวเคลียส อะตอมจะมีขนาดเล็ก ปจจัยที่มผลต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สโดยทําใหธาตุเปลี่ยนแปลงเปนไอออนบวก ถาอิเล็กตรอนตัวแรกหลุดเรียกพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่หนึ่ง (IE1)พลังงานที่ทําใหอิเล็กตรอนในลําดับตอๆ มาหลุดมีคาเปน IE2, IE3, ... ตามลําดับ เชน B(g) B+(g) + e- IE1 = 807 kJ/mol B +(g) B 2+(g) + e- IE2 = 2433 kJ/mol จะพบวาในธาตุชนิดเดียวกัน IE1 < IE2 < IE3 < ... < IEnวิทยาศาสตร เคมี (114) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 115. ***ขอควรระวัง*** ธาตุในหมู 2A และหมู 5A มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานยอยออรบิทัลสุดทายเปน ns2 และnp3 ตามลําดับ ซึ่งรูปแบบดังกลาวทําใหธาตุหมู 2A มีลักษณะเปน Full-fill orbital และของหมู 5A เปน Half-fill orbital ซึ่งทําใหธาตุนั้นมีความเสถียรมากเปนพิเศษจึงทําใหคาพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของธาตุใน 2หมูนี้มีลักษณะมากกวาที่ควรจะเปนตามแนวโนม ดังกราฟ 2.5 2.0 I.E. (MJ/mole) 1.5 1.0 0.5 0.0 Li Be B C N O F Ne Cs Ba Ti Pb Bi Po At Rnสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (EA) สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน คือ พลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่ออะตอมของธาตุในสถานะแกสไดรับอิเล็กตรอน1 อนุภาคแลวกลายเปนไอออนลบในสถานะแกส พลังงานนี้มักจะอยูในรูปคายพลังงานเพื่อสรางแรงยึดเหนี่ยวระหวางนิวเคลียสของอะตอมกับอิเล็กตรอนตัวใหม เชน Cl(g) + e- Cl-(g) EA = -349 kJ/mol ทั้งนี้ธาตุท่มีค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 1อิเล็กโทรเนกาติวิตี (EN) อิเล็กโทรเนกาติวิตี คือ คาที่แสดงถึงความสามารถของอะตอมของธาตุในการดึงดูดอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุอื่นขณะสรางพันธะเพื่อรวมเปนสารประกอบ คา EN ของธาตุไมมหนวยเนื่องจากเปนคาที่เกิดจากการ ีเปรียบเทียบ โดยคาอิเล็กโทรเนกาติวิตของธาตุหนึ่งๆ จะมีความสัมพันธกับคาไอออไนซันและคาสัมพรรคภาพ ีอิเล็กตรอนดวย ซึ่งการหาอิเล็กโทรเนกาติวตีน้นจะตองใชตัวแปรสําคัญในการเปรียบเทียบ คือ พลังงานพันธะที่ ิ ัเกิดขึ้นระหวางธาตุที่ตองการกับธาตุท่มี EN สูงที่สุดในตารางธาตุอยางฟลูออรีน (F) ดังนั้น หากธาตุใดไม ีสามารถสรางพันธะกับฟลูออรีนได ก็จะไมสามารถหาคา EN ได โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (115)
  • 116. ความวองไวในการเกิดปฏิกิริยา ความเปนโลหะ คือ มีความวองไวในการจายอิเล็กตรอน (ตัวรีดิวซ) ดังนั้นความวองไวจะขึ้นกับความเปนโลหะของธาตุนั้นๆ โดยยิ่งธาตุที่เปนโลหะมาก ก็จะสามารถจายอิเล็กตรอนไดดี เพิ่มขึ้นจากบนลงลางในหมูเดียวกันและลดลงจากซายไปขวาในคาบเดียวกัน โดยสังเกตไดจากคาพลังงานไอออไนเซชัน ยิ่งมีคานอยยิ่งจายอิเล็กตรอนไดงาย และยิ่งมีความเปนโลหะมาก ความเปนอโลหะ คือ มีความวองไวในการรับอิเล็กตรอน (ตัวออกซิไดซ) ดังนั้นความวองไวจะขึ้นกับความเปนอโลหะของธาตุนั้นๆ โดยยิ่งธาตุที่เปนอโลหะมาก ก็จะสามารถรับอิเล็กตรอนไดดี เพิ่มขึ้นจากลางขึ้นบนในหมูเดียวกันและเพิ่มขึ้นจากซายไปขวาในคาบเดียวกัน โดยสังเกตไดจากคาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน ยิ่งมีคามาก (เปนลบมาก) ยิ่งรับอิเล็กตรอนไดดี และยิ่งมีความเปนอโลหะมาก เพิ่มเติม สําหรับหมูที่ 8A ความวองไวในการทําปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นจากบนลงลาง (ไมเหมือนอโลหะหมูอื่นๆ) เนื่องจากระดับพลังงานที่เพิ่มมากขึ้นทําใหอิเล็กตรอนที่ชั้นนอกสุดอยูหางจากนิวเคลียสเพิ่มมากขึ้นจึงทําใหเกิดการสรางพันธะโควาเลนตไดตัวอยาง อะตอม 40 Ar และไอออน 45 Sc 3+ มีความสัมพันธตอกันดังขอใด 18 21 1) ไอโซโทป 2) ไอโซโทน 3) ไอโซบาร 4) ไอโซอิเล็กทรอนิกเฉลย 4) ไอโซอิเล็กทรอนิกตัวอยาง จากขอมูลตอไปนี้ ก. จํานวนออรบิทัลของธาตุ 19K มีอิเล็กตรอนบรรจุเทากับ 10 ออรบิทัล ข. การจัดเรียงอิเล็กตรอนชั้นนอกของไอออน Fe3+ คือ 3d3 4s2 ค. ธาตุ A มีเลขอะตอม 38 และธาตุ B มีเลขอะตอม 17 เมื่อทําปฏิกิริยากันจะไดสารประกอบ ไอออนิกที่มีสูตรเปน AB2 ง. เลขออกซิเดชันของไนโตเจนในสารประกอบ NCl3 และ N2O3 มีคาไมเทากัน ขอใดถูก 1) ก. และ ค. 2) ก. และ ง. 3) ข. และ ง. 4) ก., ข., ค. และ ง.เฉลย 1) ก. และ ค.ตัวอยาง ขอใดเปนการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่สภาวะพื้นของ Fe(II) (Z =26) 1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d6 3) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 4) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 4s2 3d5เฉลย 2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d6วิทยาศาสตร เคมี (116) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 117. ตัวอยาง กราฟความสัมพันธระหวางธาตุในคาบที่สอง 8000 7000 6000 5000 กิโลจูลตอโมล 4000 3000 2000 1000 0 3 4 5 6 7 8 9 10 เลขอะตอม แกน Y นาจะแสดงถึงคาใด 1) EN 2) EA 3) IE1 4) IE2เฉลย 4) IE2ตัวอยาง ธาตุ X เมื่อเกิดสารประกอบไอออนิกกับธาตุออกซิเจนพบวาไดธาตุที่มีสูตรเคมีเปน XO2 โดย ออกซิเจนในสารประกอบนี้มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเปน 1s2 2s2 2p5 จากขอมูลขางตนขอใดถูก 1) X เปนอโลหะ 2) X เปนธาตุในคาบ 2 3) X เปนธาตุท่อยูหมูเดียวกับธาตุที่มีเลขอะตอม 88 ี 4) X เปนธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุดในตารางธาตุเฉลย 3) X เปนธาตุที่อยูหมูเดียวกับธาตุที่มีเลขอะตอม 88 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (117)
  • 118. สมบัติของธาตุตามตารางธาตุเคมีนิวเคลียร ธาตุกัมมันตรังสี คือ ธาตุท่มีสมบัติในการแผกัมมันตภาพรังสี ธาตุพวกนี้แผกมมันตภาพรังสีแลวอาจ ี ัเปลี่ยนเปนธาตุอื่นได โดยเปลี่ยนจํานวนอนุภาคในนิวเคลียส เชน จํานวนโปรตอนและนิวตรอน โดยมีปจจัยสําคัญที่ทําใหอะตอมปลดปลอยกัมมันตรังสีออกมาก็คือ เสถียรภาพของนิวเคลียส ซึ่งการพิจารณาเสถียรภาพของนิวเคลียสก็คือ พิจารณาอัตราสวนระหวางจํานวนนิวตรอน และจํานวนโปรตอน ถาอัตราสวนดังกลาวมีคาใกลเคียงกับ 1 เมื่อมีเลขอะตอมเพิ่มขึ้น นิวเคลียสนั้นจะเสถียร (สําหรับธาตุขนาดเล็ก) ดังแสดงในกราฟเสถียรภาพด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 (118) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 119. จากปจจัยดังกลาวจะทําใหนิวเคลียสไมเสถียรและปลดปลอยกัมมันตภาพรังสีออกมา โดยกัมมันภาพตรังสีที่ถูกปลดปลอยออกมา ไดแก อนุภาค ดังนี้ สัญลักษณที่ใชใน ชื่ออนุภาค สัญลักษณ คุณสมบัติทั่วไป สมการนิวเคลียร 1H1. โปรตอน p 1 - 12. นิวตรอน n 0n - 0 มีลักษณะเปนอนุภาค คือ เปนอิเล็กตรอนที่ออกจากนิวเคลียส3. เบตา β- -1 e ความเร็วสูง อํานาจเจาะทะลุมากกวาอนุภาคแอลฟา 0e4. โพซิตรอน β+ +1 คุณสมบัติทั่วไปคลายกับเบตา แตมประจุเปนบวก ี 4 He มีลักษณะเปนอนุภาคที่มีประจุไฟฟาบวก มีอํานาจเจาะทะลุนอย5. แอลฟา α 2 0γ เปนพลังงานที่เปนคลื่นแมเหล็กไฟฟามีอํานาจเจาะทะลุมาก6. แกมมา γ 0 มีความยาวคลื่นสั้น “โดยทั่วไป ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต 83 ขึ้นไปถึงถือวาเปนธาตุกัมมันตรังสีและธาตุกัมมันตรังสีที่มีเลขอะตอมตั้งแต 93 ขึ้นไปเกิดขึ้นจากการสังเคราะหทั้งหมด” สมการนิวเคลียร (Nuclear Equation) คือ สมการที่แสดงปฏิกริยานิวเคลียร สมการตองดุลทั้งเลขมวล ิและเลขอะตอมทั้งดานซายและดานขวาของสมการเคมีใหเทากัน กลาวคือ ผลบวกของเลขมวลและเลขอะตอมของสารตั้งตนเทากับของผลิตภัณฑตัวอยาง สมการการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี 232 Th 208 Pb + 6 4 He + 4 -0 e 90 82 2 1ตัวอยาง สมการการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร 235 U + 1 n 141 Ba + 92 + 1 20 n 92 0 56 36 Kr ปฏิกิริยานิวเคลียร คือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอมแลวไดนิวเคลียสของอะตอมใหมเกิดขึ้น ซึ่งจะทําใหเกิดการคายพลังงานมหาศาล แบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1. Nuclear Fission (ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน) เปนปฏิกิริยานิวเคลียรของนิวเคลียสของธาตุหนัก ซึ่งเกิดจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเขาไปยังนิวเคลียสของธาตุหนักแลวทําใหนิวเคลียสของธาตุนั้นแตกออกเปนสองสวนที่มขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของนิวเคลียสเดิม พรอมทั้งปลดปลอยนิวตรอนออกมาอีก 2-3 อนุภาคเพื่อเขาไป ีชนนิวเคลียสอื่นๆ อีก ทําใหเกิดเปนปฏิกิริยาลูกโซที่ใหพลังงานสูง เชน การทําระเบิดปรมาณู ในการเกิดปฏิกิริยานี้จําเปนจะตองมีมวลของสารที่เพียงพอตอการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ ซึ่งเราเรียกมวลคานั้นวา “มวลวิกฤติ” (CriticalMass) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (119)
  • 120. Ba-141 U-235 n n Ba-141 n U-235 n Kr-92 n Ba-141 U-235 n Kr-92 n n n Kr-92 แผนภาพการเกิดปฏิกิริยาฟชชัน 2. Nuclear Fusion (ปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชัน) เปนปฏิกิริยานิวเคลียรที่เกิดจากแกนของอะตอมเบาหลอมรวมกันเขาเปนแกนอะตอมที่หนัก แลวคายพลังงานมหาศาลออกมา โดยมีความเปนพิษตอสิ่งแวดลอมนอยกวาปฏิกรยาฟชชันแตใหพลังงานมากกวาปฏิกิริยาฟชชัน ซึ่งเชื่อวาปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชันเปนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายใน ิิดวงอาทิตย ตัวอยางการใชประโยชนจากปฏิกิริยานี้ คือ การทําระเบิดโฮโดรเจน ในการเกิดปฏิกิริยานี้จําเปนจะตองมีอุณหภูมิของสารที่เพียงพอตอการเกิดการหลอมนิวเคลียส ซึ่งเราเรียกอุณหภูมิคานั้นวา “อุณหภูมิวิกฤติ”(Critical Ignition) E + + D D 3 N. He Proton Neutron แผนภาพการเกิดปฏิกิริยาฟวชันครึ่งชีวิต (Half Life) ครึ่งชีวิต คือ ระยะเวลาที่ธาตุกัมมันตรังสีเปลี่ยนแปลงปริมาณไปจากเดิมโดยจะลดลงครึ่งหนึ่งในชวงเวลานั้นๆ ใชสัญลักษณ t1/2 เชน 222Ra มีครึ่งชีวิต 40 วัน หมายถึง เมื่อเวลาผานไป 40 วัน Ra 1 กรัม จะเหลือ Raเพียง 0.5 กรัมนั่นเอง โดยมีสูตรที่ใชในการคํานวณ ดังตอไปนี้ Nt = N0/2n n = T/t1/2วิทยาศาสตร เคมี (120) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 121. เมื่อ Nt = ปริมาณที่เหลือ T = เวลาทั้งหมดที่ใช N0 = ปริมาณที่เริ่มตน t1/2 = ครึ่งชีวิตของธาตุใดๆ n = จํานวนครั้งที่เกิดการสลายตัวตัวอยาง Co-60 เปนสารกัมมันตรังสีที่ปลอยอนุภาคบีตา มีครึ่งชีวิตเทากับ 5.3 ป เมื่อเวลาผานไป 26.5 ป อัตราสวนของ Co-60 ที่เหลืออยูจะเปนเทาใดเมื่อเทียบกับเวลาเริ่มตน 1) 1/5 2) 1/8 3) 1/16 4) 1/32เฉลย 4) 1/32ตัวอยาง กระบวนการสลายตัวของ 232 Th จะมีไอโซโทปกัมมันตรังสี 6 ตัวที่จะปลอยอนุภาคแอลฟา และมี 90 ไอโซโทปกัมมันตรังสี 4 ตัวที่สลายตัวใหอนุภาคเบตา ผลิตภัณฑสุดทายของการสลายตัวคือขอใด 1) 204 W 74 2) 208 W 74 204 Pb 3) 82 208 Pb 4) 82เฉลย 4) 208 Pb 82ตัวอยาง ธาตุกัมมันตรังสี Pb-210 มีคาครึ่งชีวิต 20 ป ในป พ.ศ. 2500 นาย ก. ไดนําตัวอยางของชิ้นสวนซาก สิ่งมีชีวิตที่มี Pb-210 มาวิเคราะหหาปริมาณรังสีได 400 Bq/kg และไดทําการบันทึกไว ตอมานาย ข. ไดทําการวิเคราะหปริมาณรังสีจากซากสิ่งมีชีวตนี้อีกครั้งพบวาได 6.25 Bq/kg อยากทราบวา นาย ข. ิ ทําการวิเคราะหในป พ.ศ. ใด 1) 2600 2) 2601 3) 2620 4) 2621เฉลย 3) 2620 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (121)
  • 122. ของแข็ง ของเหลว และแกสสถานะของสาร สารทุกชนิดสามารถมีสถานะไดทั้ง 3 แบบ ไดแก ของแข็ง ของเหลว และแกสความสัมพันธระหวางพลังงานและสถานะของสารสามารถสรุปเปนแผนภาพได ดังนี้ ระเหิด หลอมเหลว ระเหย/เดือด ของแข็ง ของเหลว แกส เยือกแข็ง ควบแนน แข็งตัว ดูดพลังงาน คายพลังงาน ของแข็ง (Solid) สมบัติของแข็ง 1. ของแข็งแตละชนิดมีรปรางและปริมาตรที่แนนอน ู 2. ของแข็งชนิดเดียวกันอาจมีรปรางไดหลายรูปแบบ (อัญรูป) ู 3. ของแข็งจะมีการแพรชากวาแกสและของเหลว 4. โดยทั่วไปความหนาแนนของของแข็งจะมากกวาแกสและของเหลว 5. อุณหภูมิและความดันจะมีผลนอยมากเมื่อเทียบกับปริมาตรที่เปลี่ยนไป 6. ของแข็งมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลที่สูงวิทยาศาสตร เคมี (122) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 123. เราสามารถแบงชนิดของของแข็งไดเปน 2 ชนิดตามรูปรางการจัดเรียงโมเลกุล คือ 1. ของแข็งที่เปนผลึก (Crystalline Solid) เปนของแข็งที่โมเลกุลมีตําแหนงที่แนนอนและเรียงตัวกันอยางเปนระเบียบ โดยมีหนวยที่เล็กที่สุดของผลึกที่แสดงลักษณะการเรียงตัวของอนุภาคไดอยางสมบูรณ เรียกวาหนวยเซลล (Unit Cell) ชนิดผลึกของของแข็งสามารถแบงไดดังแสดงในตารางดานลาง ตารางชนิดและสมบัติบางประการของของแข็งที่อยูในรูปผลึก ชนิดของ ชนิดของพันธะหรือชนิดของผลึก อนุภาค แรงยึดเหนี่ยวระหวาง สมบัติทั่วไป ตัวอยาง ในผลึก อนุภาคผลึกโมเลกุล โมเลกุล หรือ โมเลกุลมีขั้ว ออนหรือแข็งปานกลางเปราะไมมาก โมเลกุลมีข้ว ั อะตอม 1. แรงดึงดูดระหวางขั้ว - จุดหลอมเหลวต่ํา - น้ําแข็ง 2. พันธะไฮโดรเจน - ไมนําความรอนและไฟฟา - แอมโมเนีย โมเลกุลไมมีขั้วหรืออะตอม โมเลกุลไมมขั้ว ี 1. แรงลอนดอน - น้ําแข็งแหง - ออน - แนฟทาลีน - เพิ่มขึ้นไดตามขนาดสาร - กํามะถัน - ไอโอดีนผลึกโคเวเลนต อะตอมของ พันธะโคเวเลนต - แข็ง - แกรไฟตรางตาขาย ธาตุอโลหะ - จุดหลอมเหลวสูง - เพชร - สวนใหญไมนําความรอนและไฟฟา - ควอตซผลึกโลหะ อะตอมของ พันธะโลหะ - แข็ง - แมกนีเซียม ธาตุโลหะ - จุดหลอมเหลวสูง - เหล็ก - นําความรอนและไฟฟาไดดี - ทองแดง - โซเดียมผลึกไอออนิก ไอออน พันธะไอออนิก - แข็งเปราะ - โพแทสเซียม- - จุดหลอมเหลวสูง ไนเตรต - ไมนําความรอนและไฟฟา - ซิลเวอรคลอไรด โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (123)
  • 124. 2. ของแข็งอสัญฐาน (Amorphous) เปนของแข็งที่โมเลกุลนั้นเรียงตัวกันอยางไมเปนระเบียบ เชนแกว ยาง พลาสติก ของแข็ง เปนตน ภาพแสดงการเปรียบเทียบโครงสรางและการจัดเรียงตัวภายในโมเลกุลของของแข็ง 2 ชนิด การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง การหลอมเหลว คือ กระบวนการอยางหนึ่งที่เกิดขึ้นกับของแข็งเปลี่ยนสถานะเปนของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่งวัดอุณหภูมขณะหลอมเหลว อุณหภูมิคงที่ถาเปนสารบริสุทธิ์ เรียกวา จุดหลอมเหลว ซึ่งจะมีความหมายตรงกันขาม ิกับจุดเยือกแข็ง โดยจุดหลอมเหลวปกติของสารจะคิดเทียบจากความดันบรรยากาศที่ 1 atm ปจจัยของการหลอมเหลว คือ • ชนิดของของแข็ง (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • ความดันบรรยากาศ การระเหิด คือ กระบวนการอยางหนึ่งที่ของแข็งเปลี่ยนเปนไอ โดยไมตองเปลี่ยนเปนของเหลวกอนของแข็งที่ระเหิดไดจะเกิดขึ้นในสารบางชนิดที่ไมมีขั้วหรือขั้วนอยมาก เนื่องจากอนุภาคมีแรงยึดเหนี่ยวกันนอย(แรงลอนดอน) และอนุภาคภายในของแข็งมีการสั่นตลอดเวลาทําใหมีการถายเทพลังงาน ทําใหอนุภาคที่ผวหนา ิสามารถเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวได ตัวอยางของแข็งที่เกิดการระเหิด เชน ลูกเหม็น (แนฟทาลีน) การบูร ไอโอดีนและน้ําแข็งแหง เปนตน ปจจัยของการระเหิด คือ • ชนิดของของแข็ง (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • ความดันบรรยากาศ • พื้นที่ผิวของของแข็ง • อากาศเหนือของแข็งวิทยาศาสตร เคมี (124) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 125. ของเหลว (Liquid) สมบัติของเหลว 1. ของเหลวมีปริมาตรคงที่ แตรปรางไมคงที่ ู 2. แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลมากกวาแกสแตนอยกวาของแข็ง 3. การแพรจะชากวาแกส แตเร็วกวาของแข็ง 4. โดยทั่วไปของเหลวมีความหนาแนนมากกวาแกส แตนอยกวาของแข็ง 5. เมื่อนํามาผสมกัน ปริมาตรกอนและหลังอาจเทาหรือไมเทากันก็ได 6. ปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงไปนอยเมื่ออุณหภูมิและความดันเปลี่ยน แรงดึงผิวและความตึงผิว แรงดึงผิว (Tension Force) คือ แรงที่ดงผิวของของเหลวเขามาภายใน เพื่อทําใหพื้นที่ผิวของของเหลว ึเหลือนอยที่สุด ความตึงผิว (Surface Tension) คือ งานที่ตองใชในการยืดหรือเพิ่มพื้นที่ผิวของเหลว 1 หนวยพื้นที่มีหนวย J/m2 หรือ N/m หรือเปนสัดสวนระหวางแรงตึงผิวตอ 1 หนวยพื้นที่ ภาพแสดงการเกิดแรงตึงผิว โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (125)
  • 126. ปจจัยที่มีตอความตึงผิวของของเหลว คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • การเติมสารบางชนิดลงในของเหลว ความหนืด (Viscosity) ความหนืดเปนความสามารถของของไหลที่จะตานการไหล ยิ่งมีคาความหนืดสูง ของไหลก็จะยิ่งไหลยากความหนืดของของเหลวจะลดลงเมื่ออุณหภูมของสารสูงขึ้น โดยทั่วไปของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลสูง ิมักจะมีความหนืดสูงกวาของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลที่ต่ํากวา การระเหย (Evaporation) การระเหย คือ การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะกลายเปนไออยางชาๆ ณ อุณหภูมิหนึ่ง การระเหยเกิดขึ้นเฉพาะผิวหนาของของเหลวเทานั้น นอกจากนั้นการระเหยยังสามารถเกิดไดในทุกๆ อุณหภูมิ โดยเกิดจากการที่โมเลกุลในของเหลวนั้นมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา การเคลื่อนที่ดังกลาวทําใหเกิดการชนกันระหวางโมเลกุล และเกิดการถายเทพลังงาน ทําใหบางโมเลกุลมีพลังงานจลนเพิ่มขึ้น บางโมเลกุลมีพลังงานจลนลดลง ซึ่งทําใหที่ผิวหนาของของเหลวมีพลังงานที่เกิดจากการสะสมมามากจนสามารถหลุดออกจากผิวหนาของของเหลวกลายเปนไอออกไปได ปจจัยที่มีผลตอการระเหยของของเหลว คือ • ชนิดของสาร (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ • พื้นที่ผิวของของเหลว • ความดันบรรยากาศ • การคนหรือการกวน • อากาศเหนือของเหลว ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว ความดันไอ (Vapour Pressure) คือ แรงดันไออิ่มตัวของของเหลวที่มีตอพื้นที่ 1 ตารางหนวย ซึ่งเกิดจากการที่โมเลกุลของของเหลวนั้นเกิดการชนกันแลวระเหยออกไปกลายเปนไอ และในเวลาเดียวกันไอก็ชนกันแลวควบแนนกลับมาเปนของเหลว ซึ่งเมื่อเวลาผานไป อัตราทั้ง 2 นี้จะมีคาเทากัน เราเรียกปรากฏการณเชนนี้วา“สมดุลไดนามิก” และความดันไอที่มีคาสูงสุดเรียกวา ความดันไอสมดุล หรือเรียกสั้นๆ ไดวา ความดันไอ ปจจัยที่มีผลตอความดันไอ คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) • อุณหภูมิ การเดือด (Boiling) คือ กระบวนการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปนไอทั่วทั้งกอนของของเหลวที่อุณหภูมิสูงถึงจุดหนึ่ง โดยขณะนั้นความดันไอของของเหลวเทากับความดันบรรยากาศวิทยาศาสตร เคมี (126) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 127. จุดเดือด (Boiling Point) คือ อุณหภูมิขณะที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเปนไอทั่วทั้งกอนของของเหลวโดยของเหลวขณะนั้นมีความดันไอเทากับความดันบรรยากาศ ซึ่งจุดเดือดปกติ คือ อุณหภูมิขณะที่ของเหลวมีความดันไอเทากับ 1 บรรยากาศ ความดันไอของของเหลวจะแปรผกผันกับจุดเดือดของของเหลว ปจจัยที่มีผลตอจุดเดือดของของเหลว คือ • ชนิดของของเหลว (แรงยึดเหนี่ยวระหวางอนุภาค) • ความดันบรรยากาศแกส เปนสถานะที่มีปริมาตรและรูปรางที่ไมแนนอนขึ้นกับภาชนะที่บรรจุ โดยอนุภาคของแกสมีแรงยึดเหนี่ยวกันนอยมาก ทําใหอนุภาคของแกสสามารถเกิดการแพรและฟุงกระจายไดเปนอยางดีประเภทของแกส เพื่อความสะดวกในการศึกษาเรื่องแกส เราไดแบงแกสออกเปน 2 ประเภทดวยกัน ไดแก 1. แกสจริง (Real Gas) เปนแกสที่มีอยูจริง มีพฤติกรรมและสมบัตตางๆ เบี่ยงเบนออกจากกฎของแกส ิและทฤษฎีจลนของแกส อยางไรก็ตามที่สภาวะอุณหภูมิสง ความดันต่ํา แกสจริงจะมีสมบัตและพฤติกรรม ู ิใกลเคียงกับแกสในอุดมคติ 2. แกสในอุดมคติหรือแกสสมบูรณแบบ (Ideal Gas) เปนแกสสมมติตามทฤษฎีที่ไมวาจะอยูสภาวะแบบใดก็ตาม จะมีสมบัติหรือพฤติกรรมเปนไปตามกฎตางๆ ของแกสในอุดมคติ และยังมีสมบัติเปนไปตามทฤษฎีจลนของแกสครบทุกขออีกดวยทฤษฎีจลนของแกส เปนทฤษฎีที่ใชอธิบายสมบัติทางกายภาพของแกสในอุดมคติ ซึ่งมีสาระสําคัญดังนี้ 1. แกสประกอบดวยอนุภาคจํานวนมากที่มีขนาดเล็กมาก จนถือไดวาอนุภาคแกสไมมีปริมาตรเมื่อเทียบกับขนาดภาชนะที่บรรจุ ซึ่งจะถือวามีมวลแตไมมีปริมาตร 2. โมเลกุลของแกสอยูหางกันมากทําใหแรงดึงดูดและแรงผลักระหวางโมเลกุลนอยมาก จนถือไดวาไมมีแรงกระทําตอกัน (ไมมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล) 3. โมเลกุลของแกสเคลื่อนที่อยางรวดเร็วในแนวเสนตรง เปนอิสระดวยอัตราเร็วคงที่ (แตวาไมจําเปนตองเทากันในแตละโมเลกุล) และไมเปนระเบียบจนกระทั่งชนกับโมเลกุลอื่นหรือชนกับผนังของภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและอัตราเร็ว 4. โมเลกุลของแกสที่ชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะจะเกิดการชนแบบยืดหยุนโดยถายโอนพลังงานใหแกกันได แตพลังงานรวมของระบบมีคาคงที่ 5. ณ อุณหภูมิเดียวกันโมเลกุลของแกสแตละโมเลกุลเคลื่อนที่ดวยความเร็วไมเทากัน แตจะมีพลังงานจลนเฉลี่ยเทากัน โดยที่พลังงานจลนเฉลี่ยของแกสจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ (เคลวิน) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (127)
  • 128. ความสัมพันธของปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิของแกส จากคุณสมบัติและทฤษฎีจลนของแกส ทําใหการศึกษาเกี่ยวกับแกสจะตองคํานึงถึงตัวแปรเกี่ยวของที่สําคัญตอไปนี้ - จํานวนโมลของแกส (n) - ปริมาตร (V) - ความดัน (P) - อุณหภูมิ (T) กฎของบอยล “เมื่ออุณหภูมิและมวลของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสจะแปรผกผันกับความดัน” P α V 1 กฎของชารล “เมื่อความดันและมวลของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสแปรผันตรงกับอุณหภูมิ” V α T กฎของเกยลุสแซค “เมื่อปริมาตรและมวลของแกสคงที่ ความดันของแกสแปรผันตรงกับอุณหภูมิ” P α V กฎของอาโวกาโดร “เมื่อความดันและอุณหภูมิของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสแปรผันตรงกับจํานวนโมล” V α n จากกฎตางๆ ทําใหเราสามารถสรางสมการที่รวบรวมตัวแปรตางๆ ของแกสได โดยเราเรียกสมการนี้วาสมการแกสสมบูรณ ดังนี้ PV = nRT โดยสมการนี้มการบังคับหนวยตามคาคงที่ของแกส (คา R) ดังตอไปนี้ ี R = คาคงที่มคาเทากับ 0.0821 L ⋅ atm ⋅ K-1 ⋅ mol-1 ี P = ความดัน (atm) n = จํานวนโมล (mol) V = ปริมาตร (L) T = อุณหภูมิ (K) จากสมการกฎแกสสมบูรณวิทยาศาสตร เคมี (128) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 129. การหาคาความหนาแนน D = PM RT ให D = ความหนาแนนของแกสมีหนวยเปน กรัมตอลิตร (g/L) M = น้ําหนักโมเลกุลของสารการหาค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างความดันของระบบและความดันยอยของแกสแตละชนิดในระบบที่มอุณหภูมคงที่ ซึ่งสามารถสรุปเปนสมการไดดังนี้ ี ิ PรวมVรวม = P1V1 + P2V2 + P3V3 + ...กฎการแพรผานของเกรแฮม การแพร หมายถึง การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจากบริเวณที่มีความเขมขนมากไปหาบริเวณที่มความเขมขนนอย ีการแพรในลักษณะนี้สามารถพบไดในชีวิตประจําวัน เชน การไดกลิ่น เปนตน กฎการแพรผานของเกรแฮม มีใจความสําคัญอยูวา “ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน อัตราการแพรผานของแกสเปนสัดสวนผกผันกับรากที่สองของความหนาแนนของแกส”เราสามารถสรุปเปนสมการที่จะนําไปใชได ดังนี้ r1 d2 M2 r2 = d1 = M 1 เมื่อ r = อัตราเร็วของการแพรของแกส d = ความหนาแนนของแกส M = มวลโมเลกุลของแกส โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (129)
  • 130. ตัวอยาง ความสัมพันธระหวางน้ําหนักโมเลกุลและตัวแปรขอใดของแกสที่มความสัมพันธเปนสมการเสนตรง ี 1) ความดัน 2) ปริมาตร 3) อัตราการแพร 4) ความหนาแนนเฉลย 4) ความหนาแนนตัวอยาง นักเรียนคนหนึ่งนําไดเอทิลอีเทอร (C2H5OC2H5) 1 หยด ใสในภาชนะที่มีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร แลวทําใหเปนไอทั้งหมดที่อุณหภูมิคงที่ 80°C ปรากฏวาวัดความดันของไอได 38.0 mmHg ถาใช ไดเอทิลอีเทอร 3 หยด แตใสในภาชนะ 500 มิลลิลิตร โดยใชอุณหภูมิ 80°C เทาเดิม จะวัดความดัน ของไอไดกี่บรรยากาศ 1) 0.05 2) 0.15 3) 0.30 4) 0.45เฉลย 3) 0.30ตัวอยาง ถังแกสใบหนึ่งบรรจุ O2 ไวที่ 20 บรรยากาศ 300 เคลวิน เมื่อเปลี่ยนไปบรรจุ SO2 แทนที่อุณหภูมิ เดียวกัน พบวาถังนี้มีน้ําหนักเพิ่มขึ้น 4 กิโลกรัม ถังใบนี้มีปริมาตรบรรจุประมาณกี่ลิตร (กําหนดใหคาคงที่ของแกส = 0.082 atm ⋅ L ⋅ mol-1 ⋅ K-1) 1) 0.154 2) 0.769 3) 76.875 4) 153.750เฉลย 4) 153.750ตัวอยาง แกส X เคลื่อนที่ในหลอดนําแกสอันหนึ่ง ไดระยะทาง 30.0 เซนติเมตร ใชเวลา 2.0 วินาที แกส Y เคลื่อนที่ในหลอดนําแกสอันเดียวกันนี้ไดระยะทาง 216 เซนติเมตร ใชเวลา 8.0 วินาที แกส X จํานวน 10 โมเลกุลหนัก 1.34 × 10-21 กรัม มวลโมเลกุลของแกส Y เทากับเทาใด 1) 14 2) 25 3) 44 4) 260เฉลย 2) 25วิทยาศาสตร เคมี (130) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 131. สมดุลเคมี การเปลี่ยนแปลงที่ทําใหเกิดสมดุล 1. สมดุลของการเปลี่ยนสถานะ เชน การเปลี่ยนสถานะของไอโอดีน (I2) จะมีการระเหิดและการตกผลึกเกิดขึ้นพรอมๆ กัน ดังสมการ I2(s) I2(g) สีมวงเขม สีมวงแดง 2. สมดุลของการละลาย เกิดในสารละลายที่อิ่มตัว หรือสารที่ละลายไดยาก จะมีการละลายและการตกผลึกเกิดขึ้นพรอมๆ กันดังสมการ C12H22O11(s) C12H22O11(aq) 3. สมดุลของการเกิดปฏิกิรยาเคมี ิ เกิดกับปฏิกิริยาที่ผนกลับได ซึ่งโดยทั่วไปมีคุณสมบัติดังนี้ ั 1. เกิดในระบบปด 2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาเทากับอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับ 3. สมบัติของระบบจะตองคงที่ 4. เปนสมดุลไดนามิก 5. สารทุกตัวในระบบตองอยูครบ ไมวาปฏิกิริยาจะเกิดนานเพียงใดก็ตาม 6. ระบบสามารถเขาสูสมดุลไดจากการเกิดปฏิกริยาไปขางหนาหรือยอนกลับก็ได ิ 7. ที่ภาวะสมดุล ความเขมขนของสารทุกตัวในระบบจะตองคงที่ แตไมจําเปนตองเทากัน กราฟของปฏิกิริยาที่ผันกลับได 1. กราฟของอัตราการเกิดปฏิกิรยา ิ 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 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (131)
  • 132. คาคงที่สมดุล กําหนดสมการทั่วไปดังนี้ aA + bB cC + dD คาคงที่สมดุล คือ อัตราสวนระหวางผลคูณความเขมขนของผลิตภัณฑกับผลคูณความเขมขนของสารตั้งตนเมื่อความเขมขนของแตละสารมีเลขยกกําลังเทากับเลขสัมประสิทธิ์แสดงจํานวนโมลของสารนั้นในสมการเคมีที่สมดุลแล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 จะเปลี่ยนไป ในกรณีที่สารในปฏิกิริยามีแกสเขามาเกี่ยวของ เราสามารถเขียนคาคงที่สมดุลในรูปความดัน (Kp ) ไดดังนี้ Pc P d Kp = C D a b PA PB ความสัมพันธระหวาง Kp กับ Kc จากกฎของแกสสมบูรณ PV = nRT ; P = (n/V)RT เมื่อ n/V คือ จํานวนโมลตอปริมาตร หมายถึง ความเข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นาคาคงที่สมดุลมาคูณกัน ํ 2. การกลับสมการ ใหนําคาคงที่สมดุลกลับเศษเปนสวนและกลับสวนเปนเศษ 3. การนําคาคงที่คูณทั้งสมการ ใหนําคาคงที่นั้นไปยกกําลังคาคงที่สมดุล องคประกอบที่มีผลตอสมดุลเคมี สิ่งที่ทําใหสมดุลของระบบเปลี่ยนแปลง คือ 1. ความเขมขน 2. อุณหภูมิ 3. ความดัน 4. การเติมแกสเฉื่อย 5. การเติมตัวเรงปฏิกิริยาวิทยาศาสตร เคมี (132) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 133. หลักของเลอชาเตอลิเอ (Le Chatelier’s Principle) กลาววา “เมื่อระบบอยูในสมดุล ถาสภาวะของระบบเปลี่ยนไป ระบบจะมีการกระทําไปในทิศทางที่จะทําใหภาวะสมดุลกลับคืน” หรือ “เมื่อมีสิ่งที่มผลตอสมดุล ี(ความเขมขน อุณหภูมิหรือความดัน) มารบกวนระบบที่อยู ณ ภาวะสมดุล จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงขามกับสิ่งรบกวนนั้น เพื่อที่จะเกิดสมดุลใหมตอไป” ซึ่งหลักนี้มีความสําคัญตอสมดุลเคมีเปนอยางมาก ถูกนํามาใชเสมอเพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงตางๆ ที่เกี่ยวกับสมดุลเมื่อไดรับอิทธิพลบางอยางจากนอกระบบ และชวยในการทํานายวาปฏิกิรยาจะดําเนินไปในทางใด ในกระบวนการอุตสาหกรรมหลายชนิด ใชหลักนี้ในการเลือกสภาวะที่ควรปฏิบัติ ิเพื่อใหไดผลผลิตมากที่สุด pH กับสภาพการละลาย สภาพการละลายของสารหลายชนิดขึ้นอยูกับ pH ของสารละลายดวย เชน สมดุลการละลายของMg(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)2ละลายไดมากขึ้น ดังนั้นเบสที่ไมละลายในน้ําจะละลายไดในกรด และกรดที่ไมละลายในน้ําจะละลายไดในเบส การเปลี่ยนแปลงความเขมขน เมื่อเพิ่มความเขมขนของตัวทําปฏิกิริยาในขณะที่ระบบอยูในสมดุล สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา คือ ไดผลปฏิกริยา ิมากขึ้น การลดความเขมขนของผลผลิตก็จะใหผลทํานองเดียวกัน คือ สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา จากสมการ A + B C +Dตัวอยาง ถาเพิ่มความเขมขนของ A ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ สมดุลจะปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางลดความเขมขนของ A คือ สมดุลจะเลื่อนไปทางขวาหรือเปลี่ยนจากซายไปขวา จึงเกิดปฏิกิริยาไปขางหนามากขึ้น และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของสาร A จะเพิ่มขึ้นเพราะเราเพิ่มความเขมขนของ A ความเขมขนของสาร B จะลดลง เพราะ B ทําปฏิกิริยากับ A เพื่อใหสมดุลเลื่อนไปทางขวา ความเขมขนของสาร C และ Dจะเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิมหมายเหตุ 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 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (133)
  • 134. ก) เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ (หรือใหความรอนแกระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางลดความรอนของระบบ ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางดูดความรอน คือ สมดุลเลื่อนไปทางซาย หรือเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ปริมาณของสารตั้งตนจะเพิ่มขึ้น (A และ B เพิ่ม)ปริมาณของสารผลิตภัณฑลดลง (C และ D ลดลง) สงผลใหคาคงที่ของสมดุลลดลงและอัตราเร็วของปฏิกรยานี้ ิิจะเพิ่มขึ้นเพราะอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ข) เมื่อลดอุณหภูมิ (หรือการลดความรอนของระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันขามกับการเพิ่มอุณหภูมิ คือ สมดุลเลื่อนไปทางขวา หรือเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของ A และ B ลดลง สวนความเขมขนของ C และ D เพิ่มขึ้น สงผลใหคาคงที่ของสมดุลเพิ่มขึ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลงเนื่องจากอุณหภูมิลดลง กรณีที่ 2 : ถาเปนปฏิกิริยาดูดความรอน (หมายถึงปฏิกิริยาไปขางหนาดูดความรอน ปฏิกิรยาย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สมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางลดความรอนของระบบ ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางดูดความรอน คือ สมดุลเลื่อนไปทางขวา หรือเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณ สมดุลใหม ปริมาณของสารผลิตภัณฑจะเพิ่มขึ้น (C และ D เพิ่ม)ปริมาณของสารตั้งตนลดลง (A และ B ลดลง) สงผลใหคาคงที่ของสมดุลเพิ่มขึ้นและอัตราเร็วของปฏิกิริยานี้ จะเพิ่มขึ้นเพราะอุณหภูมเพิ่มสูงขึ้น ิ ข) เมื่อลดอุณหภูมิ (หรือการลดความรอนของระบบ) จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันขามกับการเพิ่มอุณหภูมิ คือ สมดุลเลื่อนไปทางซาย หรือเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ความเขมขนของ A และ B เพิ่ม สวนความเขมขนของ C และ D ลดลง สงผลใหคาคงที่ของสมดุลลดลงและอัตราการเกิดปฏิกริยาลดลงเนื่องจากอุณหภูมลดลง ิ ิ ***การเพิ่มอุณหภูมิไมวาเปนปฏิกิริยาดูดหรือคายความรอน อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเสมอ***วิทยาศาสตร เคมี (134) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 135. การเปลี่ยนแปลงความดัน ตามปกติการเปลี่ยนแปลงความดันมักไมมีผลตอความเขมขนของสารในสถานะควบแนน (เชน ในสารละลายที่มนําเปนตัวทําละลาย) เนื่องจากของเหลวและของแข็ง มีปริมาตรที่คอนขางคงที่แตความเขมขนของแกสนั้นจะมี ี ้การเปลี่ยนแปลงไปไดมากเมื่อความดันเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงความดันจะมีผลตอภาวะสมดุลอยางไรนั้น จะพิจารณาเปน 3 กรณี ไดแก กรณีที่ 1 : จํานวนโมลของแกสสารตั้งตนเทากับจํานวนโมลของแกสผลิตภัณฑ กรณีนี้เนื่องจากจํานวนโมลของแกสตั้งตนเทากับจํานวนโมลของแกสผลิตภัณฑ การเปลี่ยนแปลงความดัน จะไมมีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กรณีที่ 2 : จํานวนโมลของแกสสารตั้งตนมากกวาจํานวนโมลของแกสผลิตภัณฑ เมื่อเพิ่มความดันใหแกระบบ ระบบก็จะปรับตัวใหเขาสูสมดุลใหมโดยการลดความดัน จากPV = nRT เมื่อ n มาก P ก็มาก และเมื่อ n นอย P ก็นอย ดังนั้นเมื่อเพิ่มความดันโดยการลดปริมาตร จะทําใหจํานวนโมลของสารตอปริมาตรในระบบเพิ่มมากขึ้น ระบบจึงพยายามปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางลดความดันหรือลดจํานวนโมลของสารในระบบตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ดังนั้นสมดุลจะเปลี่ยนจากซายไปขวา และ ณสมดุลใหม ปริมาณสารตั้งตนจะลดลง และปริมาณของสารผลิตภัณฑจะเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม เมื่อลดความดันของระบบโดยการเพิ่มปริมาตร จะทําใหสมดุลเปลี่ยนไปในทิศทางตรงขามกับการเพิ่มความดัน คือ จํานวนโมลของสารตอปริมาตรในระบบนอยลง ระบบจึงพยายามปรับตัวโดยเปลี่ยนไปในทิศทางเพิ่มความดันหรือเพิ่มจํานวนโมลของสารในระบบตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ดังนั้นสมดุลจะเปลี่ยนจากขวาไปซาย และ ณ สมดุลใหม ปริมาณสารตั้งตนจะเพิ่มขึ้นและปริมาณของสารผลิตภัณฑจะลดลง กรณีที่ 3 : จํานวนโมลของแกสสารตั้งตนนอยกวาจํานวนโมลของแกสผลิตภัณฑ การเพิ่มและลดความดัน ไดผลตรงขามกับกรณีท่ี 2 การเติมแกสเฉื่อย การเติมแกสเฉื่อย (แกสที่ไมทําปฏิกิริยากับสารอื่นๆ) เขาไปในระบบของแกสใดๆ ซึ่งทําปฏิกิรยากันจนเขาสู ิสภาวะสมดุลแลว จะมีผลทําใหความดันทั้งหมดภายในระบบเพิ่มขึ้น แตจะไมทําใหความดันยอยหรือความเขมขนของสารใดสารหนึ่งเปลี่ยนแปลง ความดันที่เพิ่มขึ้นจึงไมมีผลตอตําแหนงของสภาวะสมดุล การเติมตัวเรงปฏิกิริยา เราทราบจากการศึกษาเรื่องอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีแลววา ตัวเรงปฏิกิริยาจะทําใหพลังงานกระตุนของปฏิกิริยาลดต่ําลง ปฏิกิริยาจึงเกิดไดเร็วขึ้น ดังนั้นตัวเรงปฏิกิริยาจึงสงผลตอการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาแตจะไมมีผลตอคาคงที่ของสมดุล เพราะการเติมตัวเรงปฏิกิริยาลงไปในปฏิกิริยา จะชวยใหอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาและอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับเกิดเร็วขึ้น ปฏิกิริยาจึงดําเนินเขาสูสภาวะสมดุลไดเร็วขึ้นเทานั้นแตจะไมมีผลตอความเขมขนของสารตางๆ ที่สภาวะสมดุลเลย คาคงที่ของสมดุลจึงยังคงเทาเดิม ถาอุณหภูมิคงที่ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (135)
  • 136. ตัวอยาง จากปฏิกิริยา N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + 92 kJ การรบกวนสมดุลและผลจากการปรับสมดุล ขอใดถูก ปริมาณ NH3 ใน การรบกวนสมดุล ทิศทางการปรับสมดุล สมดุลใหมเมื่อเทียบ คาคงที่สมดุล กับสมดุลเดิม 1) ลดปริมาตรภาชนะ เกิดไปทางซาย ลดลง เปลี่ยนแปลง 2) เพิ่ม H2(g) เกิดไปทางขวา ลดลง เทาเดิม 3) กําจัด NH3(g) ออกไป เกิดไปทางซาย เพิ่มขึ้น เทาเดิม 4) ลดอุณหภูมิ เกิดไปทางขวา เพิ่มขึ้น เปลี่ยนแปลงเฉลย 4) การรบกวนสมดุล = ลดอุณหภูม,ิ ทิศทางการปรับสมดุล = เกิดไปทางขวา, ปริมาณ NH3 ในสมดุล ใหมเมื่อเทียบกับสมดุลเดิม = เพิ่มขึ้น และคาคงที่สมดุล = เปลี่ยนแปลงตัวอยาง HgS มีคา Ksp เทากับ 2 × 10-49 ถาตัวอยางน้ําเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมมีความเขมขนของ Hg2+ เทากับ 2 × 10-20 โมลาร และความเขมขนของ S2- เทากับ 1 × 10-29 โมลาร ตัวอยางน้ําเสีย มีสภาวะเปนอยางไร 1) เปนสารละลายเจือจางของเกลือ HgS 2) เปนสารละลายอิ่มตัวของเกลือ HgS 3) เกิดตะกอนของเกลือ HgS 4) สรุปไมไดเฉลย 2) เปนสารละลายอิ่มตัวของเกลือ HgSตัวอยาง พิจารณาสมดุลตอไปนี้ A + B C (สมการยังไมดุล) จากการทดลองพบวา ความเขมขนที่สมดุลเปนดังตาราง ความเขมขนที่สมดุล (M) การทดลองที่ [A] [B] [C] 1 10.00 10.00 10.00 2 10.00 22.50 15.00 3 15.00 10.00 15.00 ทั้ง 3 การทดลองนี้ทําที่อุณหภูมิเดียวกัน ถาความเขมขนที่สมดุลของ A = 25.00 M และ B = 40.00 M ความเขมขนที่สมดุลของสาร C ควรเปนเทาใด 1) 20.00 M 2) 50.00 M 3) 100.0 M 4) 250.0 Mเฉลย 2) 50.00 Mวิทยาศาสตร เคมี (136) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 137. เคมีอินทรีย เคมีอินทรียเปนวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีของสารประกอบคารบอน ซึ่งเป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นH2CO3, NaHCO3, CaCO3 เปนตน 5. สารประกอบเกลือ Cyanide, Cyanate และ Thiocyanate เชน KCN, NaOCN, NH4SCN เปนตน โครงสรางทั่วไปของสารประกอบอินทรีย โดยทั่วไปโครงสรางของสารประกอบอินทรียจะมีองคประกอบหลักเปน C และ H สรางพันธะตอเชื่อมกัน เปนสายยาว และอาจจะมีอะตอมของธาตุอื่นๆ (hetero atom) เขามาสรางพันธะอยูดวย ซึ่งอาจจะวาดโครงสรางคร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านที่มเฉพาะ C และ H จึงเปนดานที่มีขั้วนอย และเฉื่อยตอการเกิดปฏิกิริยาเคมี ี Functional group : เปนดานที่มีขั้ว และวองไวตอการเกิดปฏิกิริยาเคมีมากกวา โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (137)
  • 138. ประเภทของสารประกอบอินทรีย ประเภทของสารประกอบอินทรีย โครงสรางทั่วไป ชื่อของ functional group 1. Hydrocarbon 1.1. Alkane R H - 1.2 Alkene R R - 1.3 Alkyne R R - 1.4 อนุพันธของ Benzene R C6H5 aryl group 2. Alcohol R OH hydroxyl group 3. Ether R O R oxy group 4. Amine R NH2 amino group 5. Carboxylic acid R COOH carboxylic group 6. Ester R COO R oxycarbonyl group 7. Amide R CONH2 amide group 8. Aldehyde R CHO formyl group 9. Ketone R CO R carbonyl group 10. Alkyl Halides R X (เมื่อ X คือ F, Cl, Br, I) Isomerism ไอโซเมอริซึม (Isomerism) หมายถึง ปรากฏการณที่สารประกอบมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แตมีโครงสรางไมเหมือนกัน ทําใหมีคุณสมบัติทั้งทางเคมีและทางกายภาพที่แตกตางกัน เราเรียกสารที่มีปรากฏการณไอโซเมอริซึมวา “ไอโซเมอร” (Isomer) โดยสามารถแบงชนิดของไอโซเมอรไดดังตอไปนี้ Isomer Constitutional Stereoisomer Isomer (Structural Isomer) Enantiomer Diastereomer Functional Isomer Positional Isomer Skeleton Isomer (Chiral/Achiral) Geometry Isomer (Cis/Trans)วิทยาศาสตร เคมี (138) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 139. 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านั้นโดยจะยกตัวอยางจากโมเลกุล C5H12O โดยจะแสดงโครงสรางบางโครงสรางที่เปนไอโซเมอรกันไดดังตอไปนี้ Functional isomer OH O : มี functional group แตกตางกัน Positional isomer OH : มีตําแหนงของ functional group แตกตางกัน OH Skeleton isomer OH OH : มี residue group แตกตางกัน การหาจํานวนไอโซเมอรทั้งหมดสามารถเริ่มตนโดยการพิจารณาจากสูตรโมเลกุลวาสารตัวนั้นนาจะมีพันธะคูหรือพันธะสาม หรือลักษณะโครงสรางที่เปนวงหรือไม ซึ่งการพิจารณาสิ่งเหลานี้สามารถทําไดโดยการหาจํานวนคูของไฮโดรเจนที่หายไปหรือที่เราเรียกวา คา Double Bond Equivalent (DBE) หรือคา degree ofunsatturation ซึ่งคํานวณไดจากสมการตอไปนี้ DBE = C - H - X + N + 1 2 2 2 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างแบบตางๆ เนื่องจากอะตอม O ในโมเลกุลสามารถเกิดพันธะคูหรือพันธะเดี่ยวก็ได คา DBE ที่ไดใชบอกจํานวน H หายไป -H ที่หายไป 0 คู หรือมีจํานวน H มากที่สดเทาที่ ุเปนได จะมีโครงสรางเปนสายเปด + พันธะเดี่ยวทั้งหมด โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (139)
  • 140. -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 เพิ่มขึ้นมาในโครงสราง” เมื่อไดรูปแบบโครงสรางที่ควรจะเปน จากนั้นเราจะทําการเขียนโครงสรางที่เปนไปไดทั้งหมดของโมเลกุลนั้นออกมาโดยนับจํานวนอะตอมทั้งหมดแล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นสารตัวเดียวกัน • ทดลองจับโมเลกุลหมุนไปมาและพลิกกลับไปมาอาจไดตวเดิม หรือนําสารทั้งสองมาหมุนเพื่อซอนทับกัน ัก็ได หากวาสามารถซอนทับกันไดสนิทแสดงวาเปนสารชนิดเดียวกัน การเปรียบเทียบสมบัติทางกายภาพของสารประกอบอินทรีย สมบัติทางกายภาพโดยทั่วไป หมายถึง สถานะ จุดเดือด จุดหลอมเหลว และ ความสามารถในการละลายเปนตน ซึ่งสมบัติตางๆ ดังกลาว ลวนเปนผลมาจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลทั้งสิ้น ดังนั้นสารประกอบอินทรียจึงสามารถจัดแบงประเภทได 3 ประเภทตามแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล และเรียงลําดับจากแรงยึดเหนี่ยวระหว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 จะสามารถเรียงไดดงนี้ ั amide > carboxylic acid > alcohol > ketone > amine > aldehyde > ester > alkyne >ether > alkane > alkene สวนความสามารถในการละลายน้ํานั้น สารในกลุมที่ 1 และ 2 สามารถละลายน้ําไดดีเมื่อมีขนาดโมเลกุลเล็กและความสามารถในการละลายน้ําจะคอยๆ ลดลงไปเมื่อขนาดของโมเลกุลใหญขึ้นเรื่อยๆวิทยาศาสตร เคมี (140) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 141. โมเลกุลที่เปนกิ่งจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลต่ํากวาโมเลกุลที่เปนเสนตรง เพราะการอัดตัวกันเปนไปไดยากกวา จึงเปนผลใหโมเลกุลที่มกิ่งมาก 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 คือคารบอนและไฮโดรเจน ซึ่งสารประกอบดังกลาวถือเปนสวนประกอบที่สําคัญของสารอินทรียในสวนที่เปนResidue group นอกจากนี้เรายังพบสารประกอบไฮโดรคารบอนไดทั่วไปในอุตสาหกรรมปโตรเลียม 1.2 ประเภทของสารประกอบไฮโดรคารบอน เนื่องดวยสารประกอบไฮโดรคารบอนนั้นมีมากมาย ทําใหวิธีการแบงก็มีวิธีการแบงที่แตกตางกันดังนี้ วิธีที่ 1 แบงประเภทโดยใชชนิดของพันธะเปนเกณฑ 1. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดอิ่มตัว (Saturated Hydrocarbons) (พันธะ C Cเปนพันธะเดี่ยว) ไดแก แอลเคน (Alkanes) และไซโคลแอลเคน (Cycloalkanes) 2. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดไมอิ่มตัว (Unsaturated Hydrocarbons) (พันธะC C มีพันธะคูหรือสาม) ไดแก แอลคีน (Alkenes) ไซโคลแอลคีน (Cycloalkenes) แอลไคน (Alkynes) และอะโรแมติกไฮโดรคารบอน (Aromatic Hydrocarbons) วิธีที่ 2 แบงประเภทโดยใชลักษณะของโครงสรางและการทําปฏิกิริยาเปนเกณฑ สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon Compounds) อะลิฟาติกไฮโดรคารบอน อะโรแมติกไฮโดรคารบอน (Aliphatic Hydrocarbon) (Aromatic Hydrocarbon) แอลเคนและไซโคลแอลเคน แอลคีนและไซโคลแอลคีน แอลไคน (Alkane & Cycloalkane) (Alkene & Cycloalkene) (Alkyne Cycloalkyne) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (141)
  • 142. คุณสมบัติของสารประกอบไฮโดรคารบอน แบงไดตามตารางดังตอไปนี้ ชนิดของ สูตร โครงสราง การ การ ปฏิกิริยาเคมี สาร ทั่วไป ทั่วไป เรียกชื่อ เผาไหม C H สามารถฟอกสีโบรมีนไดในที่สวางโดยเกิดปฏิกิริยา and การแทนที่ไดกรดเปนผลิตภัณฑ Alkane CnH2n+2 -ane H H H H C C ไมมีเขมา แสง H C C Br + HBr(g) bonds H C C H + Br2Cycloalkane CnH2n Alkane วงปด Cyclo--ane H H H H 1. สามารถฟอกสีโบรมีนไดทั้งในที่สวางและที่มืด โดยเกิดปฏิกิริยาการเติม Alkene CnH2n C C -ene H H H H C C + Br2 Br C C Br H H H H 2. สามารถฟอกสี KMnO4 โดยเกิดปฏิกิริยา มีเขมา ออกซิเดชัน เล็กนอย H CH 3 C C + 2 KMnO 4 + 4 H 2OCycloalkene CnH2n-2 Alkene วงปด Cyclo--ene H H H H H C C CH 3 + 2 MnO 2 + 2HOH OH OH 1. สามารถฟอกสีโบรมีนไดทั้งในที่สวางและที่มืด Alkyne CnH2n-2 C C -yne โดยเกิดปฏิกิริยาการเติม Br Br H C C H + 2Br2 H C C H มีเขมา Br BrCycloalkyne - Alkyne วงปด Cyclo--yne 2. สามารถฟอกสี KMnO4 โดยเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชันโดยจะไดตะกอนสีน้ําตาลของ MnO2 คลายกับกรณีของ Alkene สามารถเกิดปฏิกิริยาแทนที่ได แตตองมีตวเรง ั ปฏิกิริยาและสภาวะที่เหมาะสม เชน H H H H Aromatic Ar- - มีเขมามาก H H Cat. H SO3 H H H H H + H 2 SO 4 + H2O หมายเหตุ สูตรทั่วไปของสารประกอบแอลคีน ไซโคลแอลคีน เปนสูตรที่คิดที่จํานวนพันธะคู 1 พันธะ สวนแอลไคนและไซโคลแอลไคน จะเปนสูตรที่คิดที่พันธะสาม 1 พันธะวิทยาศาสตร เคมี (142) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 143. ปฏิกิริยาการเผาไหมของสารประกอบไฮโดรคารบอน สามารถเกิดปฏิกิริยาการเผาไหมที่สมบูรณ โดยมีสมการทั่วไป ดังนี้ CxHy + (x + y/4)O2 xCO2 + y/2H2O สวนการเผาไหมไมสมบูรณ (Incomplete combustion) : เมื่อปฏิกิริยาการเผาไหมที่เกิดไมสมบูรณ จะเหลือเขม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สามารถสลายพันธะระหวางคารบอนทั้งหมดได จึงเหลือเปนเขมา 2. ปริมาณ O2 นอยเกินไป เชน การเผาในภาชนะปดที่มี O2 เปนจํานวนจํากัด 3. สารอินทรียที่มขนาดโมเลกุลใหญมาก ซึ่งทําให O2 เขาแทรกทําปฏิกิริยาไดยาก จึงเกิดการเผาไหมที่ไม ีสมบูรณไดเชนกัน ดังนั้น : เราสามารถเปรียบเทียบปริมาณเขมาไดดวยอัตราสวน C : H ในโมเลกุลนั้นโดยถา C : Hมากสารนั้นจะมีเขมามาก 2. สารประกอบอินทรีย (Organic Compounds) สารอินทรีย หมายถึง สารประกอบของคารบอนที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตหรือเกิดจากการสังเคราะหของมนุษย ซึ่งจะมีธาตุตางๆ นอกเหนือจากไฮโดรเจนและคารบอน โดยสวนใหญจะมีออกซิเจนและไนโตรเจน หรือธาตุอื่นอยูดวย ลักษณะ ประเภทสาร การเรียกชื่อ คุณสมบัติ/ปฏิกิริยาเคมี/ประโยชน หมูฟงกชัน 1. มีจุดเดือดสูงกวาสารประกอบไฮโดรคารบอนทั่วไป เพราะ ไฮดรอกซี โมเลกุลสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนได แอลกอฮอล ลงทายดวย (Hydroxyl) 2. สามารถเปนกรดทางทฤษฎีไดโดยการทําปฏิกิริยากับโลหะ (Alcohols) - nol R OH โซเดียม (Na) แตเปนกรดที่ออนมากๆ และไมเปลี่ยนสีของลิตมัส 2ROH + 2Na 2RO-Na+ + H2(g) 1. จุดเดือดสูงกวาแอลกอฮอลเพราะสามารถเกิดพันธะ ไฮโดรเจนไดมากกวา 2. มีฤทธิ์เปนกรด เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสได 3. สามารถทําปฏิกิริยากับ Na และ NaHCO3 กรดอินทรีย คารบอกซิล O O ลงทายดวย (Carboxylic (Carboxyl) 2R C OH + 2Na 2R C O- Na + + H 2 (g) - oic acid acid) R COOH O O R C OH + NaHCO 3 R C O-Na + + CO 2 (g) + H 2O 4. สามารถทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอลไดเอสเทอร (Esterification) O O R C OH + R′OH H + R C OR′ + H O 2 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (143)
  • 144. ลักษณะประเภทสาร การเรียกชื่อ คุณสมบัติ/ปฏิกิริยาเคมี/ประโยชน หมูฟงกชัน 1. การสังเคราะหเอสเทอรทําไดโดยนํากรดอินทรียมา อานชื่อ ทําปฏิกิริยากับแอลกอฮอล โดยมีกรดเปนตัวเรง แอลกอฮอลลง ปฏิกิริยา ออกซีคารบอกซิล เอสเทอร ทายดวย alkyl 2. เอสเทอรสามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยมีกรด (Oxycarboxyl) (Ester) แลวตามดวยชื่อ หรือเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดแอลกอฮอลและกรด R COO R′ กรด ลงทาย อินทรียกลับมา ดวย - oate O O R C OR′ + H + R C OH + R′OH อานชื่อ alkoxy จุดเดือดสูงกวาสารประกอบไฮโดรคารบอน แตไมมาก ออกซี อีเทอร (ดาน C นอย) แลว เทากับแอลกอฮอล ละลายน้ําไดเล็กนอย นิยมนํามาใชเปน (Oxy) (Ether) ลงทายดวย alkoxy ตัวทําละลาย R O R′ (ดาน C มาก) อานเหมือน 1. สามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกตได คารบอกซาลดีไฮด แอลดีไฮด alkane ตะกอนสีน้ําตาลแดงของ Cu2O (Carboxaldehyde) (Aldehyde) แตตัด e ออก 2. ละลายน้ําไดเล็กนอย นิยมใชเปนตัวทําละลาย R CO H แลวเติม - al และยาดองศพ อานเหมือน นิยมใชเปนตัวทําละลาย และทั้งแอลดีไฮดและคีโตน คารบอนิล คีโตน alkane มีจุดเดือดมากกวาสารประกอบไฮโดรคารบอนทั่วไป (Carbonyl) (Ketone) แตตัด e ออก แตไมมากกวาแอลกอฮอล เพราะเนื่องจากไมมพันธะไฮโดรเจน ี R CO R′ แลวเติม - one 1. จุดเดือดสูงกวาไฮโดรคารบอนทั่วไปเพราะมี อานเหมือน พันธะไฮโดรเจน อะมิโน (Amino) alkane 2. มีฤทธิ์เปนเบส (เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากสีแดงเปน เอมีน สีน้ําเงิน) R NH2 แตตัด e ออก (Amine) R NH2 + HCl + R NH 3 Cl- แลวเติม - amine 3. การเกิดเอไมด O O R C OH + R ′NH 2 R C NHR′ + H 2O 1. จุดเดือดสูงเนื่องจากมีพันธะไฮโดรเจน อานเหมือน 2. สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส โดยมีกรดหรือเบส เอไมด เอไมด (Amide) alkane เปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดกรดอินทรียและเอมีน (Amide) R CONR′R″ แตตัด e ออก 3. สารประกอบเอไมดและเอมีนสามารถละลายน้ําไดเล็กนอย แลวเติม - 4. สารประกอบเอไมดมีฤทธิ์เปนกลาง เนื่องจากมี amide โครงสรางที่สามารถเกิดเรโซแนนซไดวิทยาศาสตร เคมี (144) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 145. ตัวอยาง เลขออกซิเดชันของคารบอนในหมูคารบอกซิลิกในกรด HOOC(CH2)3COOH มีคาเทากับเทาใด 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4เฉลย 3) 3ตัวอยาง สารประกอบแอโรมาติกชนิดหนึ่งมี วงเบนซีนเปนองคประกอบอยู 1 วง มีสูตรโมเลกุลเปน C7H8O สารประกอบนี้มีโครงสรางที่เปนไปไดทั้งสิ้นกี่แบบ 1) 3 แบบ 2) 4 แบบ 3) 5 แบบ 4) 6 แบบเฉลย 3) 5 แบบตัวอยาง ในการทดสอบเพื่อจําแนกสารประกอบอินทรียท่มีหมูฟงกชันที่แตกตางกัน ขอใดถูก ี 1) แอลกอฮอลและอีเทอร ทดสอบดวยสารละลาย NaHCO3 2) แอลเคนและแอลคีน ทดสอบดวยสารละลาย KMnO4 3) กรดอินทรียและกรดไขมัน ทดสอบดวยโลหะ Na  4) มีคําตอบถูกมากกวา 1 ขอเฉลย 2) แอลเคนและแอลคีน ทดสอบดวยสารละลาย KMnO4 โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (145)
  • 146. สารชีวโมเลกุล สารชีวโมเลกุล คือ สารอินทรียโมเลกุลใหญที่สามารถพบไดในรางกายของสิ่งมีชีวิต ซึ่งจะประกอบดวยธาตุหลัก ไดแก C H O และในกรณีที่เปนโปรตีนและกรดนิวคลีอิกจะมีธาตุไนโตรเจนเปนองคประกอบ โดยเราสามารถแบงการศึกษาออกเปนสาร 4 จําพวกดวยกัน ไดแก โปรตีน คารโบไฮเดรต ไขมัน และกรดนิวคลีอิก โดยบทบาทและประโยชน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มกันโปรตีน (Protein) โปรตีนถือวาเปนสารชีวโมเลกุลที่รางกายของคนเรามีมากกวาสารชีวโมเลกุลอื่นๆ (50% ของน้ําหนักแหงของคนเราประกอบดวยโปรตีน) 1. โปรตีนประกอบดวย C H O N เปนธาตุองคประกอบหลัก นอกจากนี้อาจจะมี S, P, Fe, Zn และ Cuเปนองคประกอบดวย 2. เราสามารถจัดโปรตีนเปนสารประเภทพอลิเมอรไดเนื่องจากโปรตีนมี Monomer เปนกรดอะมิโนซึ่งถาหากวา กรดอะมิโนที่นํามาประกอบเปนโปรตีนนั้นเปนกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน จะจัดวาเปนโฮโมพอลิเมอรแตถาหากวา กรดอะมิโนที่นามาตอกันเปนโปรตีนประกอบไปดวยอะมิโนที่ตางชนิดกันจะจัดเปนโคพอลิเมอร ํ 3. โปรตีนมีหนวยยอยที่เรียกวา กรดอะมิโน (Amino Acid) ซึ่งโปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนจํานวนมากกวา50 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บอกซิลวิทยาศาสตร เคมี (146) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 147. 5. เราสามารถแบงกรดอะมิโนจํานวน 22 ชนิดที่รางกายเราไดจากการยอยโปรตีนออกเปน 2 ประเภทตามเกณฑการใชประโยชน ไดแก - กรดอะมิโนที่ไมจําเปนตอรางกาย คือ กรดอะมิโนที่รางกายมนุษยสามารถสังเคราะหขึ้นมาเองได - กรดอะมิโนที่จําเปนตอรางกาย คือ กรดอะมิโนที่รางกายมนุษยไมสามารถสังเคราะหขึ้นมาเองไดมีทั้งหมด 8 ชนิด ไดแก ไลซีน ทรีโอนีน ไอโซลิวซีน ลิวซีน ทริปโตเฟน วาลีน เมไทโอนีน ฟนิลอะลานีน สําหรับเด็กทารกตองการอารจีนน และฮีสทิดีนเพิ่มเติม ี 6. กรดอะมิโนแตละชนิดสามารถทําปฏิกิริยารวมตัวกันแบบควบแนนโดยมีผลิตภัณฑขางเคียงเปนน้ําดังสมการ 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 จํานวนพันธะเพปไทด ชื่อสาร 2 1 ไดเพปไทด 3 2 ไตรเพปไทด 4 3 เตตระเพปไทด ตั้งแต 10-50 9-49 พอลิเพปไทด มากกวา 50 มากกวา 49 โปรตีน 8. สารประกอบเพปไทดน้ันสามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยมีความรอนและกรดหรือเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยาจะไดเปนกรดอะมิโนองคประกอบของตัวเองกลับมา 9. โมเลกุลของโปรตีนอาจประกอบดวยพอลิเพปไทด 1 สาย หรือมากกวา 1 สายก็ได นอกจากนั้นสายพอลิเพปไทดอาจมีการเปลี่ยนไปเปนโครงสรางตางๆ ไดอีกหลายแบบทําใหสามารถแบงโปรตีนตามโครงสรางที่ตางกันเปน 4 ระดับ ดังนี้ 1. โครงสรางปฐมภูมิ (Primary Structure) เปนโครงสรางในระดับที่งายที่สุด เปนการแสดงการเรียงลําดับของกรดอะมิโนที่เชื่อมตอกันเปนสายยาวในโมเลกุลโปรตีน การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในโปรตีนแตละชนิดจะมีความแตกตางกันและมีความจําเพาะเจาะจง การเขียนลําดับกรดอะมิโนสลับกันก็ทําใหไดความหมายที่ผิดเพี้ยนไป ในการเขียนการเรียงลําดับกรดอะมิโนตามหลักสากล จะเขียนแทนเพปไทดดวยระบบสามตัวอักษรของกรดอะมิโนชนิดนั้น จากปลายเอ็น (N-terminal) ไปปลายซี (C-terminal) เพื่อปองกันความสับสน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (147)
  • 148. 2. โครงสรางทุติยภูมิ (Secondary Structure) เปนโครงสรางที่เกิดจากการขดหรือมวนหรือพับตัวของโครงสรางปฐมภูมิ เนื่องมาจากการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางหมูคารบอนิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งในระยะถัดไป 4 หนวยในสายเพปไทดเดียวกัน เกิดโครงสรางในลักษณะบิดเปนเกลียวเหมือนขดสปริง ซึ่งเรียกวาเกลียวแอลฟา (α-Helix) ถาพันธะไฮโดรเจนเกิดจากหมูคารบอนิล(C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งระหวางสายเพปไทดที่อยูติดกันหรือใกลกัน จะเกิดโครงสรางที่มีลักษณะเปนแผนพับงอซึ่งเรียกวา แผนเบตา (β-Sheet) ซึ่งสามารถเกิดซอนทับกันไปมาไดเหมือนจีบกระโปรงโดยสามารถเกิดได 2 ลักษณะ คือ เกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดที่หันดานปลายเอ็นไปทางเดียวกัน เรียกวา พาราเลล (Parallel) กับการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดที่หันปลายเอ็นไปทางตรงขามกัน เรียกวา แอนตี้พาราเลล (Anti Parallel) 3. โครงสรางตติยภูมิ (Tertiary Structure) เปนโครงสรางที่เกิดจากโครงสรางทุติยภูมิเกิดการมวนเขาหากันและไขวกันโดยมีแรงยึดเหนี่ยวหลายชนิด เกิดเปนรูปรางตางที่มีความจําเพาะในโปรตีนแตละชนิด โดยแรงยึดเหนี่ยวสําคัญที่พบ เชน พันธะไฮโดรเจน แรงระหวางประจุ พันธะไดซัลไฟด แรงลอนดอน แรงไดโพลไดโพลซึ่งแรงเหลานี้จะยึดเหนี่ยวกันทําใหโครงสรางตติยภูมิอยูตัวได 4. โครงสรางจตุรภูมิ (Quaternary Structure) เปนโครงสรางของโปรตีนขนาดใหญที่มีความซับซอนมาก เกิดจากการรวมตัวของโครงสรางตติยภูมิหนวยยอยชนิดเดียวกันหรือตางชนิดกัน โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยวเหมือนกับที่พบในโครงสรางตติยภูมิ และอาจจะมีโมเลกุลหรืออะตอมอื่นๆ อยูในโครงสรางดวย เชน ในโปรตีนฮีโมโกลบินที่มีรูปรางเปนทรงกลมประกอบดวยเพปไทดหนวยยอย 4 หนวยและมีอะตอมเหล็กเปนองคประกอบหรือโปรตีนคอลลาเจนที่มีรูปรางเปนเกลียวเสนตรงขนาดใหญ ซึ่งเกิดจากเกลียวแอลฟา 3 เกลียวมามวนพันกันเปนตน สวนการแบงโปรตีนตามลักษณะการจัดตัวในโครงสราง 3 มิติ สามารถแบงออกเปน โปรตีนทรงกลม (Globular Protein) โปรตีนเหลานี้เกิดจากการขดตัวและอัดแนน (Coil) จนเปนกอนกลมสามารถละลายน้ําไดดี สวนใหญทําหนาที่เกี่ยวกับกระบวนการตางๆ ที่เกิดขึ้นภายในเซลล ตัวอยางเชน เอนไซมฮอรโมนอินซูลิน ฮีโมโกลบิน โกลบูลิน เปนตน โปรตีนเสนใย (Fibrous Protein) โปรตีนเหลานี้เกิดจากการพันกันของสายพอลิเพปไทดในลักษณะเปนสายยาวคลายเสนใย ละลายน้ําไดนอย หรือไมละลายน้ํา มีความแข็งแรง เหนียวและมีความยืดหยุนสูง สวนใหญทําหนาที่เปนโครงสรางในเนื้อเยื่อ เสนผม เล็บ กลามเนื้อ กีบสัตว ตัวอยางเชน คอลลาเจนในเนื้อเยื่อ ไฟโบรอินในเสนไหม มีโครงสรางเปนแผนเบตาแบบแอนติพาราเลล การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในพอลิเพปไทดของไฟโบรอินประกอบดวยกรดอะมิโน 6 หนวยเรียงลําดับเปนหนวยซ้ํา คือ ไกลซีน-ซีรีน-ไกลซีน-อะลานีน-ไกลซีน-อะลานีน(GSGAGA) คอลลาเจนในกลามเนื้อ อิลาสตินในเสนเอ็น เคราตินในเสนผม เปนตนวิทยาศาสตร เคมี (148) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 149. 10. การทดสอบโปรตีนใชสารละลายไบยูเร็ต (Biuret) ซึ่งเปน CuSO4 ใน NaOH หรือในเบสจะไดตะกอนสีมวงปนนํ้าเงิน ซึ่งเกิดเปนสารเชิงซอนที่เรียกวา “ไบยูเร็ต”  - ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นก็ตอเมื่อสารตัวอยางนั้นประกอบไปดวยพันธะเพปไทดตั้งแต 2 พันธะขึ้นไป - การทดสอบนี้เราอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งวา การทดสอบไบยูเร็ต O O H 2O HN NH Cu 2 + O HN NH O OH2 11. เมื่อนําโปรตีนมาตมจะทําใหโปรตีนสูญเสียสมรรถภาพทางชีวภาพ คือ จะทําลายโครงสรางที่ซับซอนของโปรตีนออกไป ทําใหความสามารถในการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมเสื่อมลง หรือถาหากนําโปรตีนมาเติมกรด เบส เอทานอล หรือ Pb(NO3)2 จะทําใหโปรตีนเกิดการตกตะกอน ดังนั้นโดยสรุปการเปลี่ยนสภาพของโปรตีนประกอบไปด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 หรือพอลิไฮดรอกซีคีโตนเปนสวนประกอบของเยื่อหุมเซลลของสิ่งมีชีวิตและกระดองของสัตวบางชนิด เชน ปูและหอยทากเปนตน นอกจากนี้คารโบไฮเดรตยังถือเปนสารใหพลังงานที่มความสําคัญมากที่สุดในรางกายของสิ่งมีชีวิตอีกดวย ี 2. เราสามารถแบงคารโบไฮเดรตออกเปน 3 ประเภท ไดแก • มอนอแซ็กคาไรด (Monosaccharides) • โอลิโกแซ็กคาไรด (Oligosaccharides) • พอลิแซ็กคาไรด (Polysaccharides) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (149)
  • 150. มอนอแซ็กคาไรด (Monosaccharide) คือ น้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวมีสูตรทั่วไปเปน (CH2O)n ไดแก น้ําตาลที่มีคารบอน 5 อะตอม เชน ไรโบส(C5H10O5) น้ําตาลที่มีจํานวนคารบอน 6 อะตอม เชน กลูโคส กาแล็กโทส และฟรักโทสมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน(C6H12O6) แตสูตรโครงสรางตางกันจึงมีสมบัติตางกัน เรายังสามารถแบงน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวตามหมูฟงกชันดังนี้ 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 ฟรักโทส เปนตน ทั้งนี้น้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวยังสามารถแบงออกไดอีกเปนชนิดยอยๆ โดยอาศัยหลักเกณฑตามจํานวนคาร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าเปนน้ําตาลในกลุมแอลโดเฮกโซส (Aldohexose Sugar) เปนตนการทดสอบน้ําตาลโดยการใชสารละลายเบเนดิกต สารละลายเบเนดิกตเปนสารละลายที่ประกอบดวยคอปเปอร (II) ซัลเฟต โซเดียมคารบอเนต และโซเดียม-ซีเตรต ปกติเปนสารละลายที่มีฟา แตเมื่อทําปฏิกิรยาจะใหเปนตะกอนสีแดงอิฐ สามารถเกิดปฏิกิริยารีดอกซได ิกับสารที่มหมูฟงกชันเปนแอลดีไฮด / แอลฟาไฮดรอกซีคีโตน / มอนอแซ็กคาไรดและไดแซ็กคาไรดทั่วไป ยกเวน ีซูโครสสมการเคมีแสดงปฎิกิริยากับสารละลายเบเนดิกต O O + 2Cu 2+ + ∆ R C H 5OH - R C O- + 2Cu 2 O + 3H 2 O มอนอแซ็กคาไรด สารละลายเบเนดิกต ตะกอนสีแดงอิฐ และไดแซ็กคาไรด ทั่วไป ยกเวนซูโครสวิทยาศาสตร เคมี (150) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 151. โอลิโกแซ็กคาไรด (Oligosaccharides) เปนสารที่เกิดจากน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 2-10 โมเลกุลมารวมตัวกัน โดยการเชื่อมดังกลาวนั้นจะเปนการเชื่อมแบบ C O C หรือเรียกวาพันธะไกลโคซิดิก (Glycosidic) ไดแก ไดแซ็กคาไรด (Disaccharides) หรือน้ําตาลโมเลกุลคู จะเกิดจากน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุลมารวมตัวกันโดยกําจัดน้ําออกไป 1 โมเลกุล เชน ซูโครส (C12H22O11) เกิดจากกลูโคสรวมตัวกับฟรักโทส HOH 2C O HOH 2C O CH 2OH O HO HOH 2CHO + กรด O HO OH HO OH O OH HO CH 2OH HO HO HO HO CH 2OH กลูโคส ฟรุกโทส + H 2O ซูโครส (น้ําตาลทราย) ไตรแซ็กคาไรด (Trisaccharide) เปนน้ําตาลที่ประกอบดวยน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 3 โมเลกุล โดยน้ําตาลไตรแซ็กคาไรดที่พบบอยในธรรมชาติ คือ ราฟฟโนส (Raffinose) ซึ่งประกอบดวยฟรักโทส + กลูโคส + กาแล็กโทสพบในน้ําตาลจากหัวบีทและพืชชั้นสูงชนิดอื่นๆ อีกหลายชนิด เปนตนพอลิแซ็กคาไรด (Polysaccharides) เกิดจากน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวหลายโมเลกุลมาเชื่อมตอกันเปนสายยาว เชน แปง เซลลูโลส ไกลโคเจน ซึ่งทําให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นผงสีขาว ไมละลายน้ํา ประกอบดวยพอลิแซ็กคาไรด 2 ชนิด คือ 1.1 อะไมโลส (Amylose) ซึ่งเปนกลูโคสที่ตอเปนโซยาวและขดเปนเกลียว (Helix) CH 2OH CH 2OH CH2OH O O O OH OH OH OH O O OH OH OH 300-600 OH Amylose โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (151)
  • 152. 1.2 อะไมโลเพกติน (Amylopectin) ซึ่งเปนกลูโคสที่ตอโซ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ยาวและมีกิ่งซึ่งมักจะถูกสะสมในตับของคนและสัตวและใชเปนแหลงพลังงานสํารองและมีหนาที่ปรับระดับกลูโคสเลือดใหคงที่ไกลโคเจน มีลักษณะเปนผงสีขาว ไมละลายน้ํา เมื่อนําไปทําปฏิกิริยากับสารละลายไอโอดีนจะใหสารสีแดงเขมวิทยาศาสตร เคมี (152) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 153. โครงสรางของไกลโคเจนเปน ดังนี้ CH 2OH CH 2OH CH2OH O O O OH OH OH HO O O O OH OH OH CH 2 CH 2OH CH 2OH CH 2OH CH 2OH O O O O O OH OH OH OH OH O O O O O O OH OH OH OH OH 3. เซลลูโลส (Cellulose) เปนคารโบไฮเดรตที่ประกอบดวยกลูโคสจํานวนมากมายมาตอกันเปนโซยาวไมมีกิ่งและเกิดพันธะระหวางกันเปนเบตากลูโคส ซึ่งจะแตกตางจากแปงและไกลโคเจนที่เปนแอลฟากลูโคส เซลลูโลสเปนสวนประกอบของผนังเซลลของพืช มักจะพบในพืช เชน เนื้อไม ฝาย สําลี เซลลูโลสไมละลายน้ํา ไมทําปฏิกิริยากับสารละลายไอโอดีน และสารละลายเบเนดิกต นอกจากนี้รางกายของมนุษยยังไมสามารถยอยเซลลูโลสไดเนื่องจากไมมีเอนไซมที่เหมาะสม โครงสรางของเซลลูโลสเปน ดังนี้ลิพิด (Lipids) 1. ลิพิด ประกอบดวยธาตุหลัก คือ C H O นอกจากนี้ยังอาจประกอบดวย N และ P ลิพิดไมละลายน้ําซึ่งโดยส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วย เชนฟอสโฟลิพด ประกอบดวยลิพิดอยางงายและหมูฟอสเฟต ไกลโคลิพิด ประกอบดวยลิพิดอยางงายและคารโบไฮเดรต ิลิโพโปรตีน ประกอบดวยลิพิดอยางงายและโปรตีน โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (153)
  • 154. 3. ลิพิดเบ็ดเตล็ด (Miscellaneous lipid) หมายถึง สารอื่นๆ ที่มีสมบัติคลายกับลิพิด แตไมเปนสารประกอบ 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 โดยที่อุณหภูมหองไขมันจะมีสถานะเปนของแข็ง ในขณะที่น้ํามันจะมีสถานะเปนของเหลว สาเหตุที่ทําใหสาร 2 ชนิดนี้มี ิ ความแตกตางกัน เนื่องมาจากที่สวนประกอบของไตรกลีเซอไรดทั้ง 2 แบบนี้ประกอบดวยกรดไขมันที่ตางชนิดกัน 4. กรดไขมัน (Fatty Acid) คือ กรดอินทรียชนิดหนึ่งที่มีสูตรทั่วไป คือ R COOH แตเนื่องจากหมู Rมีขนาดใหญมาก (มี C ตั้งแต 11 อะตอมขึ้นไป) ซึ่งเราสามารถแบงกรดไขมันออกเปน 2 ชนิด คือ a. กรดไขมันอิ่มตัว เกิดจากการที่ Side chain (หมู R) ของกรดไขมันนั้นประกอบดวยพันธะเดี่ยวทั้งหมด ซึ่งมีสูตรทั่วไป ดังนี้ CnH2n+1COOH โดยกรดไขมันอิ่มตัวที่มีมากที่สุด ไดแก กรดสเตียริก (C17H35COOH) O OH Lauric acidวิทยาศาสตร เคมี (154) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 155. b. กรดไขมันไมอิ่มตัว เกิดจากการที่หมู R ของกรดไขมันนั้นประกอบดวยพันธะคูหรือพันธะสามในโมเลกุล ซึ่งจะทําใหเราไมสามารถหาสูตรทั่วไปของกรดไขมันไมอ่มตัวไดและไมเขาสูตรทั่วไปของกรดไขมันอิ่มตัว ดังนั้นเราสามารถเช็ค ิความอิ่มตัวของกรดไขมันไดจากสูตรทั่วไปของกรดไขมันอิ่มตัว โดยกรดไขมันที่ไมอิ่มตัวที่มมากที่สุด 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ที่เกิดจากกรดไขมันทําปฏิกิรยากับแอลกอฮอลโมเลกุลใหญ ิ(C ตั้งแต 24-36 อะตอม) มักจะมีสถานะเปนของแข็ง เชน ขี้ผึ้ง ไขคานูบา ไขวาฬ เปนตน โดยสวนใหญเราจะนําไขมาใชทําเปนสารเคลือบผิวเพื่อปองกันน้ํา เชน เทียนไข เครื่องสําอาง 6. คุณสมบัตและปฏิกิริยาตางๆ ของไขมัน สรุปไดดังนี้ ิ • เราสามารถทดสอบความอิ่มตัวของกรดไขมันไดโดยการใชน้ําโบรมีน (Br2) ซึ่งสามารถทําไดโดยการนับหยดปริมาณโบรมีนที่ใชในฟอกสี (หยดจนกระทั่งไมฟอกสีแลวบันทึกจํานวนหยด) โดยถายิ่งใชจํานวนหยดโบรมีนมาก กรดไขมันนั้นก็จะยิ่งไมอิ่มตัวมาก ถาใชโบรมีนนอยก็แสดงวากรดไขมันมีความอิ่มตัว เปลืองโบรมีนนอย → กินนอย → อิ่มมาก เปลืองโบรมีนมาก → กินมาก → ไมอิ่ม โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (155)
  • 156. • เมื่อเก็บไวนานจะเกิดการเหม็นหืน (Rancidity) ซึ่งถาดูจากโครงสรางพวกไขมันหรือนํ้ามันจากพืชจะเหม็นหืนดีกว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านปฏิกิรยา Hydrolysis ซึ่งเกิดจากนํ้าในไขมันจะเกิดจาก Hydrolyze ไดกรดไขมันและ ิกลีเซอรอลที่มีกลิ่น ซึ่งจะเกิดไดจะตองมีแบคทีเรียเปนตัวเรงปฏิกิริยา 2. เกิดผานปฏิกิรยา 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มีจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้นดวย สบู (Soap) ปฏิกิริยาการเกิดสบู เรียกวา ปฏิกิรยาสะปอนนิฟเคชัน (Sponification) ซึ่งเปนปฏิกิริยาที่เกิดจากการ ินําสบูไปตมกับสารละลายเบสจะไดเกลือของกรดไขมัน โดยมีสมการทั่วไปคลายกับสมการไฮโดรไลซิสของเอสเทอรเมื่อใชตัวเรงปฏิกิริยาเปนเบส ดังนี้ O R O H O R 3 NaOH/H 2O O O O 3R + O O heat ONa O H R H O ไขมัน + สารละลายเบส → เกลือของกรดไขมัน (สบู) + กลีเซอรอล สบูเปนสารลดแรงตึงผิวชนิดหนึ่งโดยสบูที่ไดจากเกลือโซเดียมจะมีความแข็งมากกวาสบูที่ไดจากเกลือโพแทสเซียม นอกจากนี้สบูที่ทําจากไขมันสัตวจะมีความแข็งมากกวาสบูที่ทําจากพืช O O Na ภาพโครงสรางของสบูวิทยาศาสตร เคมี (156) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 157. การละลายน้ําและการทํางานของสบู เนื่องจากโครงสรางของสบูจะประกอบไปดวย 2 สวน นั้นก็คือ สวนที่เปน Side chain ขนาดใหญที่เปนสวนที่ไมมีขั้ว และสวนที่เปน COO-Na+ ที่เปนสวนที่มีขั้ว ดังนั้นทําใหเวลาที่เราถูสบู สบูจะใชหลักการละลายLike Dissolve Like ที่จะหันขางที่ไมมีขั้วนั้นเขาสูสิ่งสกปรกและไขมันตามรางกายของเรา และหันดานที่มีขั้วออกจากนั้นเมื่อเราราดน้ําจะทําใหสวนที่มีขั้วนั้นถูกน้ําชะลางออกไปและดึงเอาสิ่งสกปรกนั้นตามออกไปดวย กลาวคือสบูทําหนาที่เปนประสานระหวางไขมันกับน้ํานั่นเอง (ปกติน้ํากับน้ํามันจะไมละลายเปนเนื้อเดียวกัน) โดยชวงที่เกิดการจัดเรียงตัวของโมเลกุลในน้ํา เรียกวา ไมเซลล (Micelle) ปญหาของสบู คือ สบูไมสามารถทํางานไดดีเมื่อใชในน้ํากระดางซึ่งเปนน้ําที่มปริมาณแคลเซียมไอออน ีและแมกนีเซียมไอออน ซึ่งไอออน 2 ชนิดนี้จะเขาไปรวมตัวกับสบูเกิดเปนเกลือแคลเซียมและเกลือแมกนีเซียมของกรดไขมันแทน ซึ่งสารใหมนี้ที่เกิดขึ้นจะเปนไคลสบู ซึ่งทําใหสิ้นเปลืองสบูเปนจํานวนมาก เนื่องจากการละลายน้ําของสบูลดลงอยางมาก ดังนั้นเพื่อแกปญหาดังกลาวนักวิทยาศาสตรจึงไดสังเคราะหผงซักฟอก (Detergent)ขึ้นมาใชแทนสบู ผงซักฟอก (Detergent) เปนสารซักลางที่ผลิตขึ้นมาใชแทนสบู ซึ่งเปนเกลือโซเดียมซัลโฟเนตของไฮโดรคารบอน มีสูตรทั่วไปเปน R- SO- Na+ ผงซักฟอกมีขอดีเหนือสบู คือ สามารถทํางานไดดี แมในน้ํากระดาง 3ที่มีไอออน 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)จุลนทรียจะยอยไดยาก โดยโครงสรางของผงซักฟอกแตละแบบมีดังตอไปนี้ ิ  O S O-Na + O โครงสรางของผงซักฟอกประเภทโซเดียมแอลคิลซัลโฟเนต โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (157)
  • 158. 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นเบสเกิดการชําระลางไดดขึ้น โดยจะเขาไปลดความกระดางของนํ้า แตมีขอเสีย คือ เนื่องจากประกอบดวยสารประกอบฟอสเฟตจะเปน ีอาหารที่ดของพืชทําใหพืชนํ้าเจริญเติบโตไดเร็วเปนปญหาตอสิ่งแวดลอม ี • อิมัลซิไฟเออร (Emulsifier): cellulose-OCH2 CO- Na+ มีหนาที่ปองกันไมใหผงซักฟอกตกตะกอน 2 • สารฟอกขาว (Bleach): NaOCl, Ca(OCl)2 มีหนาที่ทําใหเสื้อผาขาวขึ้นเพราะเขาไปปองกันการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลสีเมื่อถูกแสงแดด • สารปองกันสนิม (Corrosion Inhibitor): Na2Si3O7 มีหนาที่ปองกันไมใหโลหะในเสื้อผา เชน กระดุมซิปนั้นเกิดสนิม โดยจะเคลือบฟลมบางๆ ไวกรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) กรดนิวคลีอิกเปนสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ เปนพอลิเมอรที่พบบนโครโมโซมในนิวเคลียสของเซลล มีสมบัติเป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ทั่วไปทําหนาที่เปนสารพันธุกรรม 2. กรดไรโบนิวคลีอิก (Ribonucleic acid): RNA สวนใหญพบในไซโทพลาซึมและนิวเคลียส เกิดจากการสังเคราะหของ DNA ทําหนาที่สรางโปรตีนภายในเซลลวิทยาศาสตร เคมี (158) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012
  • 159. โครงสรางของนิวคลีโอไทด DNA และ RNA เนื่องจาก DNA และ RNA เปนสารอินทรียที่มีโมเลกุลใหญและซับซอนมาก โดยเกิดจากการหนวยยอยๆมาเรียงตอกัน เราเรียกหนวยยอยๆ ดังกลาววา นิวคลีโอไทด (Nucleotide) ซึ่งประกอบดวยสวนยอยๆ 3 สวนดังนี้ NH 2 N N N N O - Adenine unit O P O CH 2 O O- H H H H Phosphate unit OH H Deoxyribose unit ภาพโครงสรางของนิวคลีโอไทด 1. น้ําตาลไรโบส (ใน RNA) และน้ําตาลดีออกซีไรโบส (ใน DNA) ตามลําดับ HO O OH HO O OH H H H H H H H H OH OH OH H 2. เบสที่มีไนโตรเจนเปนองคประกอบหรือ Nitrogenous base (N-base) ซึ่งแบงออกเปน 2 กลุม คือ a. เบสพิรมิดีน (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 โดยในDNA จะมี Thymine (T) ในขณะที่ใน RNA จะมี Uracil (U) โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012 _________________________________ วิทยาศาสตร เคมี (159)
  • 160. ตัวอยาง โครงสรางสารขางลางนี้ ขอใดถูก + H O H H O H H2 O H H NH 3 C C N C C N C C N C COO- CH 3 (CH 2 ) 2 (CH 2 ) 4 + COO- NH 3 1) มีพันธะเพปไทด 3 พันธะ 2) มีกรดอะมิโน 3 ชนิดเปนองคประกอบ 3) มีประจุสุทธิเปนบวกเมื่ออยูในสารละลายดาง 4) ละลายไดดีในตัวทําละลายที่มี pH ประจุสุทธิเปนศูนยเฉลย 1) มีพันธะเพปไทด 3 พันธะตัวอยาง เมื่อกลูโคสทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกตแลว เกิดตะกอน Cu2O กลูโคสเกิดปฏิกิริยาแบบใด 1) ปฏิกิริยาควบแนน 2) ปฏิกิริยาการเติม 3) ปฏิกิริยารีดักชัน 4) ปฏิกิริยาออกซิเดชันเฉลย 4) ปฏิกิริยาออกซิเดชันตัวอยาง กรดไขมันชนิดใด นาจะมีจุดหลอมเหลวต่ําที่สุด O 1) OH O 2) OH O OH 3) O 4) OH O OHเฉลย 3)วิทยาศาสตร เคมี (160) _________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2012