225.-

แปลจาก... KISO KARA MANABU KAGAKUNETSU

RIKIGAKU

By… Katsuhiro Saito

แปลและเรียบเรียงโดย… รศ. ดร.ศักดา ดาดวง

■ บรรณาธกิารที่ปรกึษา ทพิวรรณ อภวินัท์วรรตัน์ ■ บรรณาธกิารบรหิาร ทวยิา วณัณะวโิรจน์ หวัหน้ากองบรรณาธกิาร แทนพร เลศิวุฒภิทัร บรรณาธกิารเล่ม แสงเงนิ นาคพฒัน์ ออกแบบปก ภาณุพนัธ์ โนวยุทธ ออกแบบรปูเล่ม ธารนิ ีคุตตะสงิค ี ธรุการส�านกัพมิพ์ องัคณา อรรถพงศ์ธร ■ พมิพ์ที่ : พมิพ์ที่ บรษิทั พมิพ์ดกีารพมิพ์ จ�ากดั

จดัพมิพ์โดย 5-7 ซอยสุขุมวทิ 29 ถนนสุขุมวทิ แขวงคลองเตยเหนอื เขตวฒันา กรุงเทพฯ 10110 โทร. 0-2258-0320 (6 เลขหมายอตัโนมตั)ิ, 0-2259-9160 (10 เลขหมายอตัโนมตั)ิ เสนองานเขยีน • งานแปลได้ที่ www.tpa.or.th/publisher/new ตดิต่อสั่งซื้อหนงัสอืได้ที่ www.tpabookcentre.com

จดัจ�าหน่ายโดย บรษิทั ซเีอด็ยเูคชั่น จ�ากดั (มหาชน) 1858/87-90 อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 ถนนบางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร. 0-2739-8000, 0-2739-8222 โทรสาร 0-2739-8356-9 www.se-ed.com

คู่มือวิทย์ฉบับการ์ตูน : อุณหพลศาสตร์เคมี(Chemical thermodynamics)

By... Katsuhiro Saito

แปลและเรยีบเรยีงโดย... รศ. ดร.ศกัดา ดาดวง

ข้อมลูทางบรรณานกุรมของส�านกัหอสมดุแห่งชาติSaito, Katsuhiro .

คู่มอืวทิย์ฉบบัการ์ตูน : อุณหพลศาสตร์เคม.ี-- กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสรมิเทคโนโลย ี (ไทย-ญี่ปุ่น), 2555.

232 หน้า.1. วทิยาศาสตร์. 2. เทอร์โมไดนามกิส์. I. ศกัดา ดาดวง, ผู้แปล. II. ชื่อเรื่อง.

500ISBN 978-974-443-491-3

พมิพ์ครั้งที่ 1 เมษายน 2555

“ถ้าหนงัสอืมขี้อผดิพลาดเนื่องจากการพมิพ์ ให้น�ามาแลกเปลี่ยนได้ที่สมาคมฯ” โทร. 0-2258-0320 ต่อ 1560, 1570

ราคา 225 บาท

KISO KARA MANABU KAGAKUNETSU RIKIGAKU by Katsuhiro SaitoCopyright 2010 Katsuhiro SaitoAll right reserved.Originally published in Japan by SOFTBANK Creative Corp., TokyoThai translation rights arranged with SOFTBANK Creative Corp.through THE SAKAI AGENCY.สงวนลขิสทิธิ์ฉบบัภาษาไทยโดย สมาคมส่งเสรมิเทคโนโลย ี(ไทย-ญี่ปุ่น)

ค�ำน�ำ ....................................................................................................... (1)

บทที่1 พลังงานคืออะไร ? ................................................................. 1

1-1 พลงังานคอือะไร? ........................................................................ 2

1-2 เคมคีวอนตมัคอือะไร? ................................................................. 4

1-3 พลงังานอเิลก็ตรอนของอะตอม .................................................... 6

1-4 พลงังานยดึเหนี่ยวของโมเลกลุ ..................................................... 8

1-5 ปฏกิริยิากบัพลงังาน ..................................................................... 10

1-6 พลงังานกบัเอนทลัปี ..................................................................... 12

1-7 ความไร้ระเบยีบกบัเอนโทรปี ........................................................ 14

1-8 ทศิทางการด�าเนนิปฏกิริยิากบัพลงังานอสิระ ............................... 16

แบบฝึกหัดบทที่1 ........................................................................................ 18

บทที่2 ทฤษฎีควอนตัมกับพลังงาน .............................................. 19

2-1 สิ่งที่สร้างเป็นสสาร ........................................................................ 20

2-2 โครงสร้างและขนาดของอะตอม ................................................... 22

2-3 หลกัความไม่แน่นอนของไฮเซนแบร์ก ........................................... 24

2-4 พลงังานและกลุ่มหมอกอเิลก็ตรอน .............................................. 26

2-5 พลงังานแบบควอนตมั .................................................................. 28

2-6 ความเป็นควอนตมัและเลขควอนตมั ............................................ 30

2-7 โฟตอนและพลงังานโฟตอน .......................................................... 32

แบบฝึกหัดบทที่2 ........................................................................................ 34

บทที่3 พลังงานของอะตอม .............................................................. 35

3-1 อะตอมกบันวิเคลยีสของอะตอม .................................................. 36

3-2 ไอโซโทปกบัการเปลี่ยนแปลง ...................................................... 38

3-3 พลงังานของนวิเคลยีส .................................................................. 40

3-4 ชั้นอเิลก็ตรอนกบัพลงังาน ............................................................. 42

สารบัญ

3-5 การน�าเสนอค่าพลงังาน ................................................................ 44

3-6 การจดัเรยีงอเิลก็ตรอนกบัพลงังานอเิลก็ตรอน ........................... 46

3-7 พลงังานไอออไนเซชนัและอเิลก็ตรอนอฟัฟินติี ............................. 48

3-8 อะตอมกบัพลงังานแสง ................................................................. 50

3-9 พลงังานอเิลก็ตรอนกบัสเปกตรมั .................................................. 52

3-10ขอบเขตของจกัรวาล ..................................................................... 54

แบบฝึกหัดบทที่3 ........................................................................................ 56

บทที่4 พลังงานของโมเลกุล ............................................................ 57

4-1 โมเลกลุมอีทิธพิลต่อการเป็นสสาร ................................................ 58

4-2 ชนดิของพนัธะ ............................................................................... 60

4-3 พลงังานของพนัธะไอออนกิและพนัธะโลหะ ................................. 62

4-4 การสั่นและการน�าไฟฟ้าของอเิลก็ตรอน ....................................... 64

4-5 พลงังานของพนัธะโคเวเลนต์ ........................................................ 66

4-6 ออร์บทิลัพนัธะกบัออร์บทิลัต้านพนัธะ ......................................... 68

4-7 พลงังานออร์บทิลักบัพลงังานพนัธะ ............................................. 70

4-8 พลงังานยดึเหนี่ยวของโมเลกลุฮเีลยีม .......................................... 72

4-9 พลงังานของโมเลกลุชนดิต่างๆ ................................................... 74

4-10พลงังานของสถานะเร้า ................................................................. 76

4-11พลงังานของแรงระหว่างโมเลกลุ .................................................. 78

4-12ระดบัของพลงังานพนัธะ ............................................................... 80

แบบฝึกหัดบทที่4 ........................................................................................ 82

บทที่5 พลังงานปฏิกิริยา................................................................... 83

5-1 พลงังานกบัปฏกิริยิาเคม ี............................................................... 84

5-2 พลงังานภายใน ............................................................................. 86

5-3 พลงังานภายในกบัพลงังานศกัย์ ................................................... 88

5-4 พลงังานการสั่นกบัพลงังานการหมนุ ............................................ 90

5-5 พลงังานปฏกิริยิากบัพลงังานภายใน ............................................ 92

5-6 การละลายกบัพลงังานโซลเวชนั ................................................. 94

5-7 พลงังานการละลาย ....................................................................... 96

5-8 รูปแบบของพลงังานปลดปล่อย .................................................... 98

5-9 การเรอืงแสงและสสีนั .................................................................... 100

5-10การดูดกลนืแสงกบัการเปล่งแสง .................................................. 102

5-11การดูดกลนืแสงกบัสสีนั ................................................................ 104

แบบฝึกหัดบทที่5 ........................................................................................ 106

บทที่6 ความเร็วของปฏิกิริยากับตัวเร่งและพลังงาน .............. 107

6-1 ความเรว็ของปฏกิริยิาเคม ี............................................................. 108

6-2 พลงังานกระตุ้น............................................................................ 110

6-3 พลงังานกระตุ้นและการเร่งปฏกิริยิา ............................................ 112

6-4 กลไกการเร่งปฏกิริยิา .................................................................... 114

6-5 สมการความเรว็ปฏกิริยิา .............................................................. 116

6-6 ความหมายของค่าคงที่ความเรว็ .................................................. 118

6-7 ปฏกิริยิาต่อเนื่องกบัสารตวักลาง ............................................... 120

6-8 ปฏกิริยิาผนักลบัได้และปฏกิริยิาผนักลบัไม่ได้ ............................. 122

6-9 ปฏกิริยิาผนักลบัได้กบัปฏกิริยิาสมดลุ .......................................... 124

แบบฝึกหัดบทที่6 ........................................................................................ 126

บทที่7 พลังงานกับเอนทัลปี ............................................................. 127

7-1 ระบบของปฏกิริยิากบัสิ่งแวดล้อมภายนอก ................................. 128

7-2 กฎข้อที่1ของอณุหพลศาสตร์ ..................................................... 130

7-3 ความเรว็การเคลื่อนที่ของโมเลกลุก๊าซ ......................................... 132

7-4 พลงังานจลน์ของโมเลกลุก๊าซ ....................................................... 134

7-5 การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบต่างๆ ................................................ 136

7-6 การเปลี่ยนแปลงในสภาวะความดนัคงที่และการเปลี่ยนแปลง

ในสภาวะปรมิาตรคงที่ .................................................................. 138

7-7 เอนทลัปี ......................................................................................... 140

7-8 ความจคุวามร้อนโมลาร์ .............................................................. 142

7-9 สมการอณุหเคมี .......................................................................... 144

7-10ฟังก์ชนัสภาวะกบักฎของเฮสส์ .................................................... 146

7-11การประยกุต์ใช้กฎของเฮสส์ .......................................................... 148

แบบฝึกหัดบทที่7 ........................................................................................ 150

บทที่8 เอนโทรปี .................................................................................... 151

8-1 สภาวะเป็นระเบยีบกบัสภาวะไร้ระเบยีบ ...................................... 152

8-2 ความไร้ระเบยีบกบัเอนโทรปี ....................................................... 154

8-3 กฎข้อที่2และ3ของอณุหพลศาสตร์ ......................................... 156

8-4 การเปลี่ยนแปลงต่างๆกบัเอนโทรปี ........................................... 158

8-5 เอนโทรปีกบัโครงสร้างโมเลกลุ ..................................................... 160

8-6 เอนโทรปีกบัพลงังาน ..................................................................... 162

8-7 เอนโทรปีกบัความร้อน .................................................................. 164

8-8 การเปลี่ยนแปลงปรมิาตรอณุหภูมิกบัเอนโทรปี ........................ 166

แบบฝึกหัดบทที่8 ........................................................................................ 168

บทที่9 พลังงานกิบส์ ........................................................................... 169

9-1 สิ่งที่ก�าหนดทศิทางของปฏกิริยิา .................................................. 170

9-2 การก�าหนดค่าพลงังานกบิส์ .......................................................... 172

9-3 ทศิทางของปฏกิริยิากบัพลงังานกบิส์ ........................................... 174

9-4 พลงังานกบิส์กบัสมดลุเคม ี........................................................... 176

9-5 สภาวะสมดลุกบัสภาวะคงที่ ......................................................... 178

9-6หลกัของเลอชาเตอลเิยร์–

การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น ....................................................... 180

9-7หลกัของเลอชาเตอลเิยร์–

การเปลี่ยนแปลงความดนัและอณุหภูมิ ...................................... 182

แบบฝึกหัดบทที่9 ........................................................................................ 184

บทที่10 พลังงานของการเปลี่ยนสถานะ ......................................... 185

10-1 ของแขง็ของเหลวและก๊าซ ....................................................... 186

10-2 การเปลี่ยนสถานะ ....................................................................... 188

10-3 การเปลี่ยนสถานะกบัพลงังานกบิส์ ............................................ 190

10-4 แผนผงัวฏัภาค ............................................................................. 192

10-5 สถานะวกิฤตยิิ่งยวด .................................................................... 194

10-6 ความดนัไอ .................................................................................. 196

10-7 การลดความดนัไอของสารละลาย .............................................. 198

10-8 การสูงขึ้นของจดุเดอืดและการลดลงของจดุเยอืกแขง็ ............... 200

10-9 ความร้อนกบัสิ่งแวดล้อม ............................................................ 202

10-10พลงังานกบัสิ่งแวดล้อม ............................................................... 204

แบบฝึกหัดบทที่10 ...................................................................................... 206

เฉลยแบบฝึกหัด

บทที่1-3 ................................................................................................ 207

บทที่4-6 ................................................................................................ 208

บทที่7-9 ................................................................................................ 209

บทที่10 ................................................................................................. 210

เอกสำรอ้ำงอิง ............................................................................................... 211

ดัชนี .............................................................................................................. 212