อกสารประกอบการสอนรายวิชา General ...portal5.udru.ac.th/ebook/pdf/upload/18Dw85uiMDhP4IZcJ1u2.pdfอกสารประกอบการสอน

เคมทวไป

General chemistry

H2O

N2

เอกสารประกอบการสอนรายวชา

คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยราชภฏอดรธาน 2560

บวหลน คมไพทลย

เคมทวไป


เอกสารประกอบการสอน

รายวชาเคมทวไป


ปร.ด. (เคม)

คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยราชภฏอดรธาน

2560

ค ำน ำ

เอกสารประกอบการสอนฉบบน ผเขยนไดจดท าขนเพอใชประกอบการสอนในรายวชาเคมทวไป รหสวชา CH01105 ซงจดเปนกลมรายวชาในหลกสตรวทยาศาสตรบณฑต สาขาวชาเคม และเปนรายวชาทมชวโมงบรรยาย 3 ชวโมง โดยเปดสอนใหสาขาอนทงในคณะวทยาศาสตร และคณะเทคโนโลย ผเขยนไดแบงเนอหาใหครอบคลมตามค าอธบายรายวชาออกเปน 9 บท ประกอบดวย โครงสรางอะตอม ตารางธาต พนธะเคม ปรมาณสารสมพนธ สารละลาย สมดลเคม กรด เบส และบฟเฟอร เคมอนทรย และเคมสงแวดลอม นอกจากนในทายบทของแตละบทผเขยนไดรวบรวมค าถาม และแบบฝกหด เพอใหนกศกษาไดฝกปฏบตควบคไปดวย

ผเขยนขอขอบพระคณเพอนรวมงานทไดแลกเปลยนประสบการณและขอมลทางวชาการทเปนประโยชนตอการเรยบเรยงเอกสารประกอบการสอนเลมน ผเขยนหวงเปนอยางยงวาเอกสารประกอบการสอนเลมนจะเปนประโยชนตอการเรยนการสอน ผเรยน และผสนใจทไดน าไปใชเปนอยางยง หากทานทน าไปใชมขอเสนอแนะ หรอตรวจพบขอผดพลาด ผเขยนตองกราบขออภยไว ณ ทน และจกเปนพระคณยงหากไดรบค าแนะน าจากทาน เพอการปรบปรงใหเอกสารเลมนดยงขนไป


มถนายน 2560

สารบญ

หนา

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

สำรบญ ............................................................................................................................................... (3) สำรบญภำพ ........................................................................................................................................ (9) สำรบญตำรำง .................................................................................................................................. (15) แผนบรหำรกำรสอน ........................................................................................................................ (17)

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 1 .............................................................................................. 1

บทท 1 โครงสรางของอะตอม...................................................................................................... 3

1. องคประกอบและแบบจ ำลองอะตอม ................................................................................ 3

2. เลขควอนตม .................................................................................................................... 11

3. ออรบทลเชงอะตอม ......................................................................................................... 13

4. โครงแบบอเลกตรอน ....................................................................................................... 17

บทสรป ................................................................................................................................. 22

แบบฝกหด ............................................................................................................................ 23

เอกสำรอำงอง ....................................................................................................................... 24

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 2 ............................................................................................ 25

บทท 2 ตารางธาต ..................................................................................................................... 27

1. ววฒนำกำรของตำรำงธำต ............................................................................................... 27

2. ตำรำงธำตปจจบน ........................................................................................................... 30

3. กำรจ ำแนกธำตในตำรำงธำต ........................................................................................... 32

4. แนวโนมสมบตทวไปของธำตในตำรำงธำต ...................................................................... 33

5. ธำตเรพรเซนเตทฟ ........................................................................................................... 42

6. ธำตแทรนซชน ................................................................................................................. 49

บทสรป ................................................................................................................................. 50

แบบฝกหด ............................................................................................................................ 51

(4)

สารบญ (ตอ)

หนา

เอกสำรอำงอง ....................................................................................................................... 52


บทท 3 พนธะเคม ...................................................................................................................... 55

1. ประเภทของพนธะเคม ..................................................................................................... 55

.2 เทอมตำงๆ ทเกยวของกบพนธะเคม ............................................................................... 56

3. กำรเขยนสตรโครงสรำงลวอส .......................................................................................... 62

4. พนธะภำยในโมเลกล ....................................................................................................... 65

5. พนธะระหวำงโมเลกล ...................................................................................................... 75

บทสรป ................................................................................................................................. 78

แบบฝกหด ............................................................................................................................ 79

เอกสำรอำงอง ....................................................................................................................... 80


บทท 4 ปรมาณสารสมพนธ ...................................................................................................... 83

1. มวลอะตอมและมวลโมเลกล ........................................................................................... 83

2. สตรเคม และกำรค ำนวณหำสตรโมเลกล ......................................................................... 85

3. โมล .................................................................................................................................. 87

4. กำรค ำนวณรอยละองคประกอบของสำรประกอบ .......................................................... 89

5. สมกำรเคม ....................................................................................................................... 90

6. กำรค ำนวณปรมำณสำรสมพนธ ....................................................................................... 92

บทสรป ................................................................................................................................. 96

แบบฝกหด ............................................................................................................................ 97

เอกสำรอำงอง ....................................................................................................................... 99

(5)


หนา

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 5 ......................................................................................... 101

บทท 5 สารละลาย ................................................................................................................. 103

1. แนวควำมคดเกยวกบสำรละลำย และชนดของสำรละลำย .......................................... 103

2. กระบวนกำรเกดสำรละลำย .......................................................................................... 104

3. ควำมเขมขนของสำรละลำย ......................................................................................... 106

4. ปจจยตอกำรละลำยได .................................................................................................. 113

5. กำรเตรยมสำรละลำย ................................................................................................... 115

บทสรป .............................................................................................................................. 118

แบบฝกหด ......................................................................................................................... 119

เอกสำรอำงอง .................................................................................................................... 120


บทท 6 สมดลเคม ................................................................................................................... 123

1. แนวควำมคดของสมดล ................................................................................................ 123

2. ชนดของสมดล .............................................................................................................. 125

3. คำคงทสมดลและกำรค ำนวณ ....................................................................................... 127

4. หลกของเลอชำเตอลเอและปจจยทมผลตอสมดล ........................................................ 132

บทสรป .............................................................................................................................. 135

แบบฝกหด ......................................................................................................................... 136

เอกสำรอำงอง .................................................................................................................... 138


บทท 7 กรด-เบส และบฟเฟอร ............................................................................................... 141

1. นยำมของกรด-เบส ....................................................................................................... 141

2. ควำมแรงของกรด-เบส ................................................................................................. 144

3. สมดลไอออนและกำรแตกตวของกรด-เบส ................................................................... 145

(6)


หนา

4. อนดเคเตอรส ำหรบกรด-เบส .........................................................................................150

5. กำรไทเทรตกรด-เบส .....................................................................................................151

6. สำรละลำยบฟเฟอร .......................................................................................................153

บทสรป ...............................................................................................................................154

แบบฝกหด ..........................................................................................................................155

เอกสำรอำงอง .....................................................................................................................156


บทท 8 เคมอนทรย................................................................................................................. 159

1. ควำมหมำยของเคมอนทรย ...........................................................................................159

2. กำรเขยนสตรโครงสรำงสำรประกอบอนทรย ................................................................160

3. กำรจ ำแนกสำรประกอบอนทรย ....................................................................................162

4. หมฟงกชนสำรอนทรย ...................................................................................................163

5. กำรเรยกชอสำรอนทรย .................................................................................................169

6. ไอโซเมอร.......................................................................................................................175

บทสรป ...............................................................................................................................176

แบบฝกหด ..........................................................................................................................177

เอกสำรอำงอง .....................................................................................................................179


บทท 9 เคมสงแวดลอม .......................................................................................................... 183

1. บทน ำ .............................................................................................................................183

2. มลพษทำงน ำ .................................................................................................................188

3. มลพษทำงดน .................................................................................................................196

4. มลพษทำงอำกำศ ..........................................................................................................201

บทสรป ...............................................................................................................................206

(7)


หนา

แบบฝกหด ......................................................................................................................... 207

เอกสำรอำงอง .................................................................................................................... 208

บรรณานกรม .......................................................................................................................... 211

สารบญภาพ

หนา

ภาพท 1.1 จอหน ดำลตน (John Dalton) ......................................................................................... 3

ภาพท 1.2 รงสแอลฟำ รงสบตำ และรงสแกมมำสลำยตวจำกธำตกมมนตภำพรงส ............................ 4

ภาพท 1.3 (ก) กำรเกดรงสแคโทดในหลอดสญญำกำศ (ข) รงสเบนไปตำมข วของสนำมแมเหลก

(ค) รงสเบนไปทศทำงตรงกนขำมเมอกลบข วของสนำมแมเหลก ...................................... 5

ภาพท 1.4 แผนภำพกำรทดลองหยดน ำมนของมลลแกน .................................................................... 6

ภาพท 1.5 กำรทดลองของรทเทอรฟอรด ............................................................................................ 7

ภาพท 1.6 อนกรมของเสนสเปกตรมทเกดข นของอะตอมไฮโดรเจน ................................................ 10

ภาพท 1.7 โอกำสพบอเลกตรอนในสถำนะพ นของอะตอมไฮโดรเจน ................................................ 13

ภาพท 1.8 โอกำสทจะพบอเลกตรอนและรปรำงของ s ออรบทล ..................................................... 14

ภาพท 1.9 รปรำงของ p ออรบทล .................................................................................................... 14

ภาพท 1.10 รปรำงของ d ออรบทล .................................................................................................. 15

ภาพท 1.11 รปรำงของ f ออรบทล ................................................................................................... 16

ภาพท 1.12 แผนภำพระดบพลงงำนในอะตอมของธำตบำงชนด ...................................................... 17

ภาพท 1.13 แผนภำพล ำดบในกำรบรรจอเลกตรอนในออรบทลตำงๆ .............................................. 18

ภาพท 1.14 กำรจดเรยงอเลกตรอนของธำตในคำบท 3 .................................................................... 20

ภาพท 1.15 กำรจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงำนยอยวงนอกสดของธำตตำงๆ ในตำรำงธำต .... 21

ภาพท 2.1 กำรจดเรยงธำตตำมกฎ octaves ตำมสนนษฐำนของนวแลนด ...................................... 28

ภาพท 2.2 ตำรำงธำตของเมนเดเลเอฟทเผยแพรในวำรสำร the German Journal Annalen

der Chemie und Pharmacie ในป 1872 ................................................................... 29

ภาพท 2.3 ต ำแหนงของชอ 4 ธำตใหมในตำรำงธำตคำบท 7 ............................................................ 30

ภาพท 2.4 ตำรำงธำตปจจบน ............................................................................................................ 31

ภาพท 2.5 กำรจ ำแนกธำตออกเปนหมวดหมตำมสมบตของธำต ...................................................... 32

ภาพท 2.6 นยำมของรศมอะตอม ...................................................................................................... 34

ภาพท 2.7 แนวโนมของรศมอะตอมของธำตเรพรเซนเตทฟ ............................................................. 35

ภาพท 2.8 พลงงำนทใชในกำรดงอเลกตรอนวงนอก 2 อเลกตรอน ออกจำกอะตอมของ ธำตฮเลยม ....................................................................................................................... 36

(10)

สารบญภาพ (ตอ)

หนา

ภาพท 2.9 รศมไอออน (พโคเมตร) ส ำหรบธำต s- p- และ d-block ทมเลขออกซเดชน

พบโดยทวไป .................................................................................................................... 37

ภาพท 2.10 พลงงำนไอออไนเซชนล ำดบท 1 ถง 6 ของธำต H ถง Ca ............................................. 38

ภาพท 2.11 พลงงำนไอออไนเซชนล ำดบท 1 ของธำตคำบท 1 ถง 6 ............................................... 39

ภาพท 2.12 พลงงำน EA (kJ/mol) ของธำต s- p- และ d-block ................................................... 41

ภาพท 2.13 แนวโนมคำอเลกโทรเนกำตวต ....................................................................................... 41

ภาพท 2.14 ลกษณะของธำตบำงตวในหม 1A .................................................................................. 43

ภาพท 2.15 ลกษณะของธำตหม 2A ................................................................................................. 44





ภาพท 2.20 ลกษณะสของแกสหม 7A .............................................................................................. 48

ภาพท 2.21 ลกษณะสของแกสเฉอยหม 8A ...................................................................................... 49

ภาพท 3.1 กำรเกดแรงยดเหนยวของโมเลกลน ำ ............................................................................... 56

ภาพท 3.2 พลงงำนพนธะเฉลย (kJ/mol) ทอณหภม 273 เคลวน ................................................... 57

ภาพท 3.3 ควำมยำวพนธะ (ก) โมเลกล H2 และ HI (ข) ควำมยำวพนธะระหวำงอะตอมท รวมสรำงพนธะ ................................................................................................................ 59

ภาพท 3.4 มมของพนธะ ................................................................................................................... 59

ภาพท 3.5 โมเลกลของ HF (ก) โอกำสพบอเลกตรอน (ข) สภำพข ว (ค) ไดโพลโมเมนต .................. 60

ภาพท 3.6 โมเลกล CO2 (ก) โอกำสพบอเลกตรอน (ข) ไดโพลโมเมนต ............................................. 60

ภาพท 3.7 ไดโพลโมเมนตของพนธะโมเลกล (ก) NH3 (ข) NF3 ......................................................... 61

ภาพท 3.8 กำรเขยนสตรโครงสรำงลวอส .......................................................................................... 62

ภาพท 3.9 พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ............................................................................................ 66

ภาพท 3.10 (ก) ระดบพลงงำนของออรบทลเชงโมเลกล (ข) กำรซอนเหลอมของออรบทล

เชงอะตอม ..................................................................................................................... 67

(11)


หนา

ภาพท 3.11 ระดบพลงงำนของออรบทลเชงโมเลกลของ +2H 2H +

2He และ 2He .......................... 68

ภาพท 3.12 (ก) กำรเปลยนแปลงพลงงำนศกยในกำรเกดโมเลกล H2 (ข) กำรซอนเหลอมกน

ของออรบทลเชงอะตอมของไฮโดรเจนในโมเลกล H2 .................................................... 70

ภาพท 3.13 กำรซอนเหลอมกนของออรบทลเชงอะตอมทมอเลกตรอนเดยวในโมเลกล H2

และ N2 .......................................................................................................................... 70

ภาพท 3.14 กำรเคลอนทของเวเลนซอเลกตรอนในโลหะ ................................................................. 74

ภาพท 3.15 แถบพลงงำนแสดงสมบตทำงไฟฟำของโลหะ ................................................................ 75

ภาพท 3.16 แรงยดเหนยวระหวำงโมเลกล........................................................................................ 76

ภาพท 3.17 แรงดงดดระหวำงข วระหวำงโมเลกล HCl ..................................................................... 76

ภาพท 3.18 จดเดอดของโมเลกลไฮไดรดของอโลหะหม 4A-7A ....................................................... 77

ภาพท 3.19 พนธะไฮโดรเจนบนสำยเกลยวคดเอนเอ ........................................................................ 77

ภาพท 4.1 สำรก ำหนดปรมำณของปฏกรยำเคมกำรเกดเมทำนอล ................................................... 92

ภาพท 5.1 (ก) สภำพข วของโมเลกลน ำ และ (ข) กระบวนกำรเกดกำรละลำยของเกลอแกง ในน ำ ............................................................................................................................. 105

ภาพท 5.2 กำรละลำยของสำรประกอบอนทรยในตวท ำละลำยชนดตำงๆ .................................... 106

ภาพท 5.3 กำรละลำยไดของเกลอทอณหภมตำงๆ ........................................................................ 113

ภาพท 5.4 อทธพลของควำมดนตอกำรละลำยไดของแกสในของเหลว (ก) ทสภำวะปกตเขำส สภำวะสมดล (ข) เมอเพมควำมดน (ข) ทสภำวะสมดลใหม ......................................... 114

ภาพท 5.5 ตวอยำงกำรเตรยมสำรละลำยจำกสำรบรสทธ .............................................................. 116

ภาพท 5.6 ตวอยำงกำรเตรยมสำรละลำยจำกสำรละลำยเขมขน ................................................... 117

ภาพท 6.1 ของเหลวน ำกบไอระเหยทสภำวะสมดลในระบบปด ณ อณหภมหอง .......................... 123

ภาพท 6.2 กำรเปลยนแปลงของควำมเขมขนของ NO2 และ N2O4 เมอเวลำเปลยน ม 3 ลกษณะ

(ก) ควำมเขมขนเรมตนมเพยงแกส NO2 (ข) ควำมเขมขนเรมตนมเพยงแกส N2O4

และ (ค) ควำมเขมขนเรมตนผสมท งแกส NO2 และ N2O4 ในแตละกรำฟสภำวะ

สมดลเกดข นหลงเสนตรงแนวดง .................................................................................. 124

ภาพท 6.3 สภำวะสมดลในปฏกรยำเคมผนกลบได ........................................................................ 126

(12)


หนา

ภาพท 6.4 ควำมสมพนธระหวำงควำมเขมขนของสำรกบเวลำเมอปฏกรยำเขำสสภำวะสมดล

ของปฏกรยำกำรเกด HI ................................................................................................126

ภาพท 6.5 ผลของกำรเปลยนแปลงควำมเขมขนตอสภำวะสมดล (ก) สำรละลำยสเหลองอมแดง ของ Fe(SCN)3 ทสภำวะสมดล (ข) เพมควำมเขมขนของ NaSCN (ค) เพมควำม

เขมขนของ Fe(NO3)3 (ง) เพมควำมเขมขนของ H2C2O4 .............................................133

ภาพท 6.6 ผลกำรรบกวนสมดลเคมของปฏกรยำกำรเกด 2-4CoCl โดยกำรเพมอณหภม

(ภำพซำย) และกำรลดอณหภม (ภำพขวำ) ....................................................................134

ภาพท 6.7 ผลของกำรเปลยนแปลงปรมำตรและควำมดน (ก) N2O4 (ไมมส) และ NO2 (น ำตำลแดง) ในกระบอกสบมปรมำตรรวม 15 ml (ข) ปรมำตรของระบบลดลง อยำงรวดเรว 2 เทำเปน 7.7 mL สของสำรทกตวเพมข นสองเทำน ำตำลแดงเขมข น (ค) เวลำผำนไประบบปรบทศทำงตำมหลกของเลอชำเตอรเอ เกดสำรทไมมสของ N2O4 มำกข น ควำมเขมสระบบลดลง ...........................................................................135

ภาพท 7.1 ควำมแรงของกรดและคเบส ...........................................................................................144

ภาพท 7.2 คำ Ka และ Kb ของกรดออนหรอเบสออนบำงชนด .......................................................147

ภาพท 7.3 pH มเตอร ......................................................................................................................149

ภาพท 7.4 กระดำษยนเวอรซลอนดเคเตอร ....................................................................................150

ภาพท 7.5 สของอนดเคเตอรสำรละลำยชวง pH ตำงๆ ..................................................................151

ภาพท 7.6 จดสมมลของกำรไทเทรต (ก) ไทเทรตกรดออนกบเบสแก (ข) ไทเทรตเบสออน

กบกรดแก ......................................................................................................................152

ภาพท 7.7 (ก) อปกรณส ำหรบกำรไทเทรต และ (ข) สของสำรละลำย ณ จดยต ............................152

ภาพท 8.1 วตำมนซ .........................................................................................................................159

ภาพท 8.2 ไซลทอล .........................................................................................................................160

ภาพท 8.3 กำรจ ำแนกสำรประกอบอนทรยโดยอำศยโครงสรำงทคลำยคลงกน ..............................162

ภาพท 8.4 จ ำแนกสำรอนทรยตำมหมฟงกชนอนทรย .....................................................................168

ภาพท 9.1 (ก) ปรมำณน ำทแตกตำงกนในสวนตำงๆ (ข) วฏจกรของน ำ .........................................184

ภาพท 9.2 องคประกอบของดน ......................................................................................................186

(13)


หนา

ภาพท 9.3 องคประกอบของบรรยำกำศทคงท ............................................................................... 187

ภาพท 9.4 ช นบรรยำกำศ ............................................................................................................... 188

ภาพท 9.5 รำยงำนคณภำพน ำผวดนของภำคตะวนออกเฉยงเหนอในชวงเดอนกรกฎำคมถง เดอนกนยำยน 2559 .................................................................................................... 191

ภาพท 9.6 กระบวนกำรกำรก ำจดน ำเสย ........................................................................................ 195

ภาพท 9.7 แผนทกำรแพรกระจำยดนเคมในภำคตะวนออกเฉยงเหนอ .......................................... 199

ภาพท 9.8 กำรปลกหญำแฝกเปนแนวยำวขวำงลำดเท .................................................................. 200

สารบญตาราง

หนา

ตารางท 1.1 มวล และประจของอนภำคมลฐำน ................................................................................. 8

ตารางท 1.2 อนกรมของเสนสเปกตรมทเกดข นของอะตอมไฮโดรเจน ............................................... 9

ตารางท 1.3 ควำมสมพนธระหวำง n l และ ml ............................................................................... 12

ตารางท 2.1 คำเฉลยมวลอะตอมของธำตตำมกฎ Triads ................................................................. 27

ตารางท 2.2 คำเฉลยมวลเชงอะตอมของธำตไมเปนไปตำมกฎ Triads ............................................. 28

ตารางท 5.1 ชนดของสำรละลำย ................................................................................................... 103

ตารางท 5.2 คำคงทของเฮนรของแกสบำงชนด ทอณหภม 20°C .................................................. 114

ตารางท 7.1 คำ Kw ทอณหภมตำงๆ .............................................................................................. 148

ตารางท 8.1 ตวอยำงกำรเขยนสตรโครงสรำงของสำรประกอบอนทรย ......................................... 161

ตารางท 8.2 ชอและสตรโครงสรำงของจ ำนวนคำรบอนและหมอลคล ........................................... 170

ตารางท 9.1 มำตรฐำนคณภำพน ำในแหลงน ำผวดน ...................................................................... 190

ตารางท 9.2 มำตรฐำนควบคมคณภำพและกำรตรวจสอบคำมำตรฐำนน ำท งจำกโรงงำน

อตสำหกรรม พ.ศ. 2559 .......................................................................................... 192

ตารางท 9.3 กำรจ ำแนกระดบควำมเคมทมผลกระทบตอพช ......................................................... 198

ตารางท 9.4 มำตรฐำนควบคมกำรปลอยท งอำกำศเสยจำกโรงงำนอตสำหกรรมทก ำหนดไว ........ 204

แผนบรหารการสอนรายวชา

รหสวชา CH01105

รายวชา เคมทวไป (General Chemistry) หนวยกต 3(3-0-6)

รวมเรยน 16 สปดาห รวม 48 ชวโมง

ค าอธบายรายวชา โครงสรางอะตอม ตารางธาต พนธะเคม ปรมาณสารสมพนธ สมดลเคม กรด -เบส

เคมอนทรย เคมสงแวดลอม

วตถประสงคทวไป

1. เพอใหผเรยนมความร ความเขาใจเกยวกบเคม

2. เพอใหผเรยนมความรและเขาใจเกยวกบโครงสรางอะตอม

3. เพอใหผเรยนทราบถงธาตในตารางธาตและสมบตของธาตบางประการ 4. เพอใหผเรยนสามารถเขาใจการเกดพนธะเคมของสารประกอบและความสมพนธเชง

ปรมาณของสารในปฏกรยา 5. เพอใหผเรยนมความรและเขาใจเกยวกบความหมายและการศกษาสมดลเคม 6. เพอใหผเรยนทราบถงความหมายและความส าคญของกรด-เบส

7. เพอใหผเรยนเขาใจเกยวกบสารอนทรย 8. เพอใหผเรยนสามารถเขาใจปจจยทมอทธพลตอสงแวดลอมกอใหเกดมลพษ

9. สามารถน าความรทางเคมไปประยกตใชใหเกดประโยชนได

10. สามารถน าความรพนฐานไปปรบใชในศาสตรวชาทเกยวของตอไปได

เนอหา

บทท 1 โครงสรางของอะตอม 6 ชวโมง องคประกอบและแบบจ าลองของอะตอม

เลขควอนตม

ออรบทลเชงอะตอม

โครงแบบอเลกตรอน

(18)

บทท 2 ตารางธาต 6 ชวโมง ววฒนาการของตารางธาต ตารางธาตปจจบน

การจ าแนกธาตในตารางธาต แนวโนมสมบตทวไปของธาตในตารางธาต ธาตเรพรเซนเตทฟ

ธาตแทรนซชน

บทท 3 พนธะเคม 6 ชวโมง ประเภทของพนธะเคม เทอมตางๆ ทเกยวของกบพนธะเคม

การเขยนสตรโครงสรางแบบลวอส

พนธะภายในโมเลกล

พนธะระหวางโมเลกล

บทท 4 ปรมาณสารสมพนธ 9 ชวโมง มวลอะตอมและมวลโมเลกล

สตรเคม และการค านวณหาสตรโมเลกล

โมล

การค านวณรอยละองคประกอบของสารประกอบ

สมการเคม การค านวณปรมาณสารสมพนธ

บทท 5 สารละลาย 3 ชวโมง แนวความคดเกยวกบสารละลาย และชนดของสารละลาย

กระบวนการเกดสารละลาย

ความเขมขนของสารละลาย

ปจจยตอการละลายได

การเตรยมสารละลาย

บทท 6 สมดลเคม 3 ชวโมง แนวความคดของสมดล

ชนดของสมดล

คาคงทสมดลและการค านวณ

หลกของเลอชาเตอลเอ และปจจยทกระทบตอสมดล

(19)

บทท 7 กรด-เบส และบฟเฟอร 6 ชวโมง นยามของกรด-เบส

ความแรงของกรด-เบส

สมดลของไอออนและการแตกตวของกรด-เบส

อนดเคเตอรส าหรบกรด-เบส

การไทเทรตกรด-เบส

สารละลายบฟเฟอร บทท 8 เคมอนทรย 3 ชวโมง

ความหมายของเคมอนทรย การเขยนสตรโครงสรางสารประกอบอนทรย

การจ าแนกสารประกอบอนทรย

หมฟงกชนสารอนทรย

การเรยกชอสารอนทรย ไอโซเมอร

บทท 9 เคมสงแวดลอม 3 ชวโมง บทน า มลพษทางน า มลพษทางดน

มลพษทางอากาศ

วธสอนและกจกรรม

1. ศกษาเอกสารประกอบการสอน รายวชาเคมทวไป

2. อธบายเนอหาดวยการบรรยาย สอการเรยนการสอน PowerPoint หรอวดโอทเกยวของ 3. ก าหนดหวขออภปราย แบงกลมศกษาเนอหาและการจดกจกรรมการเรยนการสอน

เพอใหผเรยนระดมความคด น าเสนอผลอภปรายของแตละกลม 4. อธบายแบบฝกหดในหองเรยน เปดโอกาสใหผเรยนเขามามสวนรวม และลงมอปฏบตจรง 5. สรปเนอหาและมอบหมายแบบฝกหดเปนการบาน

(20)

สอการเรยนการสอน

1. เอกสารประกอบการสอนรายวชาเคมทวไป

2. สอการเรยนการสอน PowerPoint

3. วดโอ

4. กระดาษชารต

5. กระดาษ A4

6. ลกโปง ทสบลกโปง และยางรด

7. แบบฝกหด

การวดและประเมนผล

การวด

1. คะแนนสอบระหวางภาคเรยน 60%

1.1 ความสนใจในการเรยน กจกรรมกลม 10%

1.2 ทดสอบแบบฝกหด 10%

1.3 แบบฝกหดทายบท 10%

1.4 ทดสอบระหวางภาคเรยน 30%

2. คะแนนสอบปลายภาคเรยน 40%

การประเมนผล

ก าหนดเกณฑการใหระดบผลการเรยนแบบองเกณฑ ดงน ไดคะแนนรวมรอยละ 80 ขนไป ไดระดบผลการเรยน A

ไดคะแนนรวมรอยละ 75-79 ไดระดบผลการเรยน B+

ไดคะแนนรวมรอยละ 70-74 ไดระดบผลการเรยน B

ไดคะแนนรวมรอยละ 65-69 ไดระดบผลการเรยน C+

ไดคะแนนรวมรอยละ 60-64 ไดระดบผลการเรยน C

ไดคะแนนรวมรอยละ 55-59 ไดระดบผลการเรยน D+

ไดคะแนนรวมรอยละ 50-54 ไดระดบผลการเรยน D

ไดคะแนนรวมต ากวารอยละ 50 ไดระดบผลการเรยน F

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 1

โครงสรางของอะตอม

หวขอเนอหาประจ าบท

1. องคประกอบและแบบจ ำลองของอะตอม

2. เลขควอนตม

3. ออรบทลเชงอะตอม

4. โครงแบบอเลกตรอน

วตถประสงคเชงพฤตกรรม

หลงจำกเรยนบทท 1 แลวผเรยนสำมำรถ

1. ระบองคประกอบของอะตอมได

2. อธบำยโครงสรำงอะตอมดวยแบบจ ำลองของอะตอมตำงๆ ได

3. บอกควำมหมำยของเลขควอนตมตำงๆ ของอเลกตรอนได

4. เขำใจและประยกตใชออรบทลเชงอะตอมในกำรเขยนโครงแบบอเลกตรอนได

วธสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจ าบท

1. บรรยำย และอธบำยประกอบสอกำรเรยนกำรสอน PowerPoint

2. แบงผเรยนเปนกลมยอย ก ำหนดใหผเรยนท ำแบบฝกหดกำรเขยนโครงแบบอเลกตรอน และน ำเสนอหนำหองเรยน และพรอมกนอภปรำยในหองเรยน

3. ใหท ำแบบฝกหดเปนรำยบคคล


1. เอกสำรประกอบกำรสอนรำยวชำเคมทวไป บทท 1

2. สอกำรเรยนกำรสอน PowerPoint


2

การวดและการประเมนผล

พจำรณำจำก

1. ใหคะแนนกำรเขำเรยน

2. ควำมถกตองในกำรท ำแบบฝกหด กำรอภปรำยและน ำเสนอเปนกลมในหองเรยน

3. ควำมรวมมอในกจกรรมกำรเรยนกำรสอน

4. กำรตอบค ำถำมแบบฝกหด

บทท 1

โครงสรางของอะตอม

เมอพจำรณำสงทอยรอบตวเรำสำรมทงสถำนะของแขง ของเหลว และแกส ซงสำรจะมธำตเปนองคประกอบ สำรบำงชนดประกอบดวยธำตเดยวกน เชน แกสออกซเจน (O2) ทองแดง (Cu) หรอสำรบำงชนดประกอบดวยธำตหลำยชนด เชน น ำ (H2O) เกลอแกง (NaCl) เปนตน สำรชนดตำงกนจะมคณสมบตทแตกตำงกนดวย เชน จดเดอดของน ำบรสทธ (100°C) ท ำไมจงแตกตำงจำกจดเดอดของเกลอแกง (1473°C) ท ำใหตองพจำรณำรำยละเอยดถงองคประกอบของธำต โครงสรำงอะตอม และกำรจดเรยงอเลกตรอนของสำรนนๆ ซงจะขอกลำวในบทน

1. องคประกอบและแบบจ าลองอะตอม

อะตอม (atom) หมำยถง สวนทเลกทสดของธำต ซงสำมำรถแสดงสมบตของธำตนนได อะตอมประกอบดวยอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน โดยโปรตอนและนวตรอนอยรวมกน เรยกวำ นวเคลยส และอเลกตรอนเคลอนทอยรอบนวเคลยส อะตอม เดมเรยก ปรมำณ (สถำบนสงเสรมกำรสอนวทยำศำสตรและเทคโนโลย, ม.ป.ป.)

1.1 การคนพบอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน

ในชวงตนครสตศตวรรษท 19 จอหน ดำลตน (John Dalton) (ภำพท 1.1) ไดอธบำยเกยวกบสำรประกอบหนงๆ มองคประกอบทเปนอตรำสวนคงท ซงเสนอแบบจ ำลองอะตอมของธำตหนงๆ ประกอบดวยอนภำคเลกๆ ทแบงแยกตอไมไดอก อะตอมทงหมดของแตละธำตมสมบตทำงเคมเหมอนกน ธำตตำงชนดกนมสมบตตำงกน เมอเกดปฏกรยำเคม อะตอมของธำตไมเปลยนเปนอะตอมของธำตอน สำรประกอบเกดจำกอะตอมของธำตมำกกวำหนงชนด (สธำทพย ศรไพศำลพพฒน, 2551, หนำ 1)

ภาพท 1.1 จอหน ดำลตน (John Dalton)

ทมำ: Goldberg, 2007, p. 90

4

ในป ค.ศ. 1898 ปแอรและมำร คร (Pierre and Marie Curie) สำมำรถแยกธำตกมมนตภำพรงส 2 ธำต ออกมำจำกแรยเรเนยมได คอ พอโลเนยม และเรเดยม ซงไดอธบำยวำอะตอมแตละชนดสำมำรถแผรงสได เองอยำงตอเนอง เรยกวำ กมมนตภำพรงส อะตอมของธำตกมมนตภำพรงสปลอยอนภำคออกมำ 3 ชนด ไดแก อนภำคแอลฟำ (รงสแอลฟำ) อนภำคบตำ (รงสบตำ) และรงสแกมมำ โดยรงสแอลฟำ ประกอบดวย 2 โปรตอน และ 2 นวตรอน เหมอนนวเคลยสของอะตอมฮเลยม มประจไฟฟำ +2 และเลขมวล 4 เมอผำนรงสแอลฟำไปในสนำมไฟฟำ รงสแอลฟำจะเบยงเบนเขำหำขวลบ รงสบตำ มประจไฟฟำ -1 มสมบตเหมอนอเลกตรอนและมมวลเทำกบมวลของอเลกตรอน เมอผำนรงสบตำไปในสนำมไฟฟำ รงสบตำจะเบยงเบนเขำหำขวบวก และรงสแกมมำ

เปนคลนแมเหลกไฟฟำทมควำมยำวคลนสนมำก ไมมประจและไมมมวล ซงผลกำรทดลองรงสทงสำมชนดนจำกกำรสลำยตวของธำตกมมนตภำพรงสภำยใตสนำมไฟฟำ แสดงดงภำพท 1.2 จำกกำรทดลองทำงวทยำศำสตรของปแอรและมำร คร จงเปนทยอมรบวำอะตอมมใชอนภำคทแบงแยกไมได

ภาพท 1.2 รงสแอลฟำ รงสบตำ และรงสแกมมำสลำยตวจำกธำตกมมนตภำพรงส ทมำ: Chang, 2010, p. 46

เจ เจ ทอมสน (J.J. Thomson) นกฟสกสชำวองกฤษ ไดคนพบอเลกตรอน โดยท ำกำรทดลองหำอตรำสวนระหวำงประจและมวลของอเลกตรอน (e/m) ในหลอดรงสแคโทดภำยใตสนำมแมเหลกและสนำมไฟฟำชวย เมอผำนศกยไฟฟำแรงสงเขำไปในหลอดสญญำกำศ จะเกดรงสซงเปนล ำอเลกตรอนทมประจไฟฟำลบหรอแคโทดไปยงขวไฟฟำบวกหรอแอโนด เรยกวำ รงสแคโทด เมอรงสแคโทดอยในสนำมแมเหลก รงสจะเบนไปจำกแนวเดม โดยรงสจะเบน ไปตำมขวของสนำมแมเหลก และเมอกลบขวของสนำมแมเหลก รงสจะเบนไปอกทศทำงหนงซงตรงกนขำม ดงภำพ

5

ท 1.3 จำกกำรทดลองท ำใหทรำบคำ e/m เทำกบ -1.76 × 108 คลอมบตอกรม (C/g) (Chang, 2010,

p. 44)

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 1.3 (ก) กำรเกดรงสแคโทดในหลอดสญญำกำศ (ข) รงสเบนไปตำมขวของสนำมแมเหลก

(ค) รงสเบนไปทศทำงตรงกนขำมเมอกลบขวของสนำมแมเหลก

ทมำ: Chang, 2010, p. 45

ในระหวำงป ค.ศ. 1908-1917 อำร เอ มลลแกน (R. A. Millikan) นกฟสกสชำวอเมรกน ไดท ำกำรทดลองหยดน ำมน (oil drop experiment) (ภำพท 1.4) โดยวดผลของสนำมไฟฟำทมตออตรำกำรเคลอนทของหยดน ำมนซงมประจภำยใตแรงโนมถวงโลก โดยทดลองใหควำมตำงศกยไฟฟำไปเรอยๆ และเพมขนมำกพอจนถงคำหนง จะท ำใหหยดน ำมนหยดนงได แสดงวำแรงจำกสนำมไฟฟำเทำกบแรงจำกแรงโนมถวงโลก และสำมำรถค ำนวณหำคำประจบนหยดน ำมนซงมกจะเปนคำของอเลกตรอนไดเทำกบ -1.6022 × 10-19

จำกแบบจ ำลองอะตอมของทอมสน หำคำอตรำสวน e/m เทำกบ

chargee/m =

mass

-198 -1.6022 × 10 C

-1.76 × 10 C/g = mass

-19-28

8

-1.6022 × 10 Cmass = = 9.10 × 10 g

-1.76 × 10 C/g

มวลของอเลกตรอนมคำเทำกบ 9.10 × 10-28 กรม

6

ภาพท 1.4 แผนภำพกำรทดลองหยดน ำมนของมลลแกน

ทมำ: Chang, 2010, p. 45

จำกกำรทดลองทำงวทยำศำสตร ทอมสนจงไดเสนอแบบจ ำลองวำ อะตอมเปนทรงกลม ประกอบดวยอนภำคประจบวก และอเลกตรอนอยตำมทตำงๆ เตมทวทงทรงกลมเพอใหสมบตทำงไฟฟำเปนกลำง ตอมำในป ค.ศ. 1910 เออรเนสต รทเทอรฟอรด (Ernest Rutherford) นกฟสกส ชำวนวซแลนด ไดศกษำกำรกระเจง (scatting) ของรงสแอลฟำในแผนโลหะทองค ำบำง (ภำพท 1.5

(ก)) แลววดมมของรงสแอลฟำ โดยมฉำกรบรงสเปนฉำกเรองแสง (ZnS) พบวำ รงสแอลฟำสวนใหญเปนแนวเสนตรง ไมเปลยนแปลงมม บำงสวนกระเจงมมมเบนไปเลกนอย และบำงสวนกลบทศทำงเดมท ำมมเบนไปมำกกวำ 90° ซงจ ำนวนรงสถกกระเจงขนอยกบควำมหนำแนนของโลหะ และพบวำแบบจ ำลองอะตอมของทอมสนใชอธบำยผลกำรทดลองนไมได เนองจำกถำอธบำยตำมแบบจ ำลองอะตอมของทอมสน รงสทงหมดควรจะเบยงเบนเลกนอยเทำนน กำรกระเจงของรงสแอลฟำจะมทศทำงกลบทำงเดมเนองจำกชนและผลกระหวำงอนภำคแอลฟำกบกลมอนภำคประจบวกทเรยกวำ นวเคลยส โดยตรง สวนอนภำคแอลฟำใดผำนบรเวณทหำงจำกนวเคลยสเลกนอยกจะผลกนอยกวำ ท ำใหรงสแอลฟำเบนนอยกวำ (ภำพท 1.5 (ข))

7

(ก) (ข)

ภาพท 1.5 กำรทดลองของรทเทอรฟอรด

ทมำ: Chang, 2010, p. 45

รทเทอรฟอรดจงไดเสนอแบบจ ำลองอะตอมวำ อนภำคประจบวกทงหมดรวมตวกนอยเปนกลมเลกๆ ตรงกลำงของทรงกลม เรยกวำ นวเคลยส และมอเลกตรอนเคลอนทเปนวงลอมรอบ ซงมจ ำนวนอเลกตรอนและจ ำนวนประจบวกในนวเคลยสเทำกน ท ำใหอะตอมมสภำพไฟฟำเปนกลำง

อนภำคประจบวกในนวเคลยส เรยกวำ โปรตอน ซงมมวลเทำกบ 1.67262 × 10-24 กรม ซงเปน 1840 เทำของมวลอเลกตรอน ในกำรตรวจวดมวลของอะตอม พบวำอะตอมทกชนดมมวลอะตอมมมำกกกวำเลขอะตอมเปนเลขจ ำนวนเตม เชน อะตอมฮเลยมมเลขอะตอมเทำกบ 2 แตมเลขมวลเทำกบ 4 ซงท ำใหรทเทอรฟอรดไดตงสมมตฐำนวำ นวเคลยสของอะตอมตองประกอบขนดวยอนภำคหลำยอยำงทมมวลเทำๆ กน ซงเรยกอนภำคนนวำ นวตรอน (neutron) แตเนองจำกนวตรอนไมมประจจงตรวจพบยำก ตอมำในป ค.ศ. 1932 เจมส แซดวค (James Chadwick) นกฟสกสชำวองกฤษ ไดยงล ำอนภำคแอลฟำจำกพอโลเนยมชนแผนโลหะเบรลเลยมท ำใหเกดกำรแปรธำตเปนคำรบอนและปลอยนวตรอนออกมำ 1 อนภำคตอกำรชนแตละครง ดงสมกำร (Saylor, n.d., p.

1850)

4 9 12 12 4 6 0 + Be C + n

จำกกำรศกษำทกลำวมำขำงตน สรปไดวำ อะตอมประกอบดวยอนภำค 3 ชนด คอ โปรตอน อเลกตรอน และนวตรอน ซงคำมวล คำประจ และหนวยของประจ แสดงดงตำรำงท 1.1

8

ตารางท 1.1 มวล และประจของอนภำคมลฐำน

อนภาค มวล (g) ประจ

คาประจ (C) หนวยของประจ อเลกตรอน 9.10938 × 10-28 -1.6022 × 10-19 -1

โปรตอน 1.67262 × 10-24 1.6022 × 10-19 +1

นวตรอน 1.67493 × 10-24 0 0

ทมำ: ดดแปลงจำก Chang, 2010, p. 49

1.2 เลขอะตอม เลขมวล ไอโซโทป ไอโซโทน และไอโซบาร สญลกษณนวเคลยร (nuclear symbol) ของธำต เขยนได ดงน

AZ X

เมอ A แทนเลขมวล เทำกบ ผลรวมของจ ำนวนโปรตอนกบจ ำนวนนวตรอนในนวเคลยส

Z แทนเลขอะตอม เทำกบ จ ำนวนโปรตอนในนวเคลยส

X แทนสญลกษณของธำต

ดงนนจะไดวำ จ ำนวนนวตรอน หำไดจำกผลตำงระหวำงเลขมวลกบเลขอะตอม (A-Z)

ตวอยำงเชน 126 C อะตอมของคำรบอนมเลขมวล เทำกบ 12 และเลขอะตอม เทำกบ 6 นนหมำยควำม

วำ อะตอมคำรบอนประกอบดวย 6 โปรตอน และ 6 นวตรอน ซงหำไดจำก A-Z = 12-6 = 6

อะตอมของธำตบำงชนดจะมมวลแตกตำงกน โดยธำตอำจจะมมำกกวำ 2 ไอโซโทป ซงไอโซโทป (isotope) คอ ธำตหนงในกลมของธำตเดยวกนทมเลขอะตอมเทำกน แตเลขมวลตำงกน เชน ดวเทอเรยม และทรเทยมเปนไอโซโทปหนงของธำตไฮโดรเจน

11H 2

1H 31H

ไฮโดรเจน ดวเทอเรยม ทรเทยม

อะตอมของธำตตำงชนดกน มเลขอะตอมหรอจ ำนวนโปรตอนและเลขมวลไมเทำกน แตมจ ำนวนนวตรอนเทำกน เรยกวำ ไอโซโทน (isotone) ตวอยำงเชน โซเดยมและแมกนเซยมมเลขอะตอมและเลขมวลตำงกน แตมจ ำนวนนวตรอนเทำกน คอ 12

2311Na 24

12 Mg

ส ำหรบอะตอมของธำตตำงชนดกนทมเลขมวลเทำกน แตเลขอะตอมหรอจ ำนวนโปรตอนและจ ำนวนนวตรอนตำงกน เรยกวำ ไอโซบำร (isobar) ตวอยำงเชน แคลเซยมและ

ไททำเนยมมเลขอะตอมและจ ำนวนนวตรอนตำงกน แตมเลขมวลเทำกน คอ 48 4820 Ca 48

22Ti

9

1.3 ทฤษฎอะตอมของโบร ในป ค.ศ. 1913 นลส โบร (Niels Bohr) นกฟสกส ชำวเดนมำรก ไดศกษำผลงำนของ

นกวทยำศำสตรหลำยๆ คน เชน อลเบรต ไอนสไตน (Albert Einstein) พลงค (Planck) และรทเทอรฟอรด ซงโบรไดศกษำแสงทเปลงออกมำของไฮโดรเจนมควำมถและควำมยำวคลนทเรยงตวอยำงมระเบยบเปนชดๆ เมอไดรบควำมรอนจนอณหภมสงมำกพอ

เมออะตอมหรอโมเลกลไดรบควำมรอนจนอณหภมสงมำกพอจะสำมำรถเปลงแสงออกมำ เนองจำกเดมอะตอมอยในสถำนะพน (ground state, ni) เมอไดรบพลงงำนควำมรอนอยำงเพยงพอ อะตอมอำจเปลยนไปสสถำนะถกกระตน (excited state, nf) ซงมระดบพลงงำนทสงขน จำกนนถำทงไวเฉยๆ อะตอมนนจะพยำยำมกลบเขำสสถำนะทมพลงงำนต ำกวำ ในขณะเดยวกนจะเปลงรงสแมเหลกไฟฟำออกมำดวยควำมถตำงๆ กน ขนอยกบอะตอมเหลำนนถกกระตนขนไปสระดบพลงงำนใดและกลบสระดบพลงงำนใด เรยกวำ สเปกตรมเปลงออก (emission spectrum) ส ำหรบอะตอมไฮโดรเจนเมอไดรบควำมรอนสงมำกพอจะเหนกำรเปลงแสงสแดง เมอท ำกำรวเครำะหอยำงละเอยดโดยใชปรซม (prism) หรอเกรตตง (grating) สเปกตรมทปรำกฏเปนอนกรมตำงๆ ของเสนสเปกตรม ซงขนอยกบแสงควำมถ หรอควำมยำวคลนเรยงกนอยำงเปนระเบยบเปนชดๆ สเปกตรมอะตอมไฮโดรเจนมอนกรมตำงๆ ไดแก ไลแมน (Lyman) บำลมเมอร (Balmer) ปำสเซน (Paschen)

และแบรกเกตต (Brackett) ดงตำรำงท 1.2 และภำพท 1.6

ตารางท 1.2 อนกรมของเสนสเปกตรมทเกดขนของอะตอมไฮโดรเจน

อนกรม ระดบพลงงาน

ni

ระดบพลงงาน

nf

เขตสเปกตรม

ไลแมน

(Lyman)

1 2, 3, 4,… อลตรำไวโอเลต (UV)

บำลมเมอร(Balmer)

2 3, 4, 5,… แสงทมองเหนและอลตรำไวโอเลต

(visible and ultraviolet)

ปำสเซน (Paschen)

3 4, 5, 6,… อนฟรำเรด (infrared)

แบรกเกตต(Brackett)

4 5, 6, 7,… อนฟรำเรด

ทมำ: ดดแปลงจำก Chang, 2010, p. 286

10

ภาพท 1.6 อนกรมของเสนสเปกตรมทเกดขนของอะตอมไฮโดรเจน

ทมำ: Chang, 2010, p. 286

โบร ไดเสนอแบบจ ำลองอะตอมไฮโดรเจน ดงน (สธำทพย ศรไพศำลพพฒน, 2551, หนำ 10)

1) อเลกตรอนเคลอนทรอบๆ นวเคลยสเปนวงโคจร

2) อเลกตรอนในวงโคจรนนมโมเมนตมเชงมมเทำกบ nh

2 เมอ n เปนเลขจ ำนวนเตม

(1, 2, 3,…) และ h เปนคำคงทของพลงค 3) อเลกตรอนในแตละวงโคจรมพลงงำนคงทคำหนง 4) เมออเลกตรอนเปลยนวงโคจรจะดดหรอปลอยพลงงำน

ระดบพลงงำน หรอ n เปนเลขจ ำนวนเตม (1, 2, 3,…) บงบอกถงสมบตและพลงงำนของอเลกตรอนในวงโคจรหนงๆ เรยกวำ เลขควอนตม (quantum number) อเลกตรอนเคลอนทรอบวงโคจรนนมโมเมนตตมเชงมม อเลกตรอนจะไมมกำรสญเสยพลงงำน เรยกวำ อเลกตรอนอยในสถำนะคงต ว (stationary state) ซ งอธบำยถ งสมบต ของอ เล กตรอนโดยใชทฤษฎกลศำสตร ได (ทบวงมหำวทยำลย, 2541, หนำ 59)

11

2. เลขควอนตม

ในรำวป ค.ศ. 1926 เออรวน โชรดงเจอร (Erwin Schrödinger) นกฟสกสชำวออสเตรยน ไดท ำงำนเกยวกบกลศำสตรคลน เพออธบำยปรำกฏกำรณตำงๆ ของอเลกตรอนในอะตอม มแนวคดโดยสรป ดงน (ทบวงมหำวทยำลย, 2541, หนำ 68-71)

1) อเลกตรอนมสมบตเปนคลน ใชคณตศำสตรชนสงแกสมกำรคลนทเกยวของกบควำมเปนคลนของอเลกตรอน พบวำ โอกำสทอเลกตรอนจะมสมบตอยำงหนง หรอเกยวของกบโอกำสทจะพบอเลกตรอนทจดๆ หนง หรอควำมหนำแนนของอเลกตรอนทจดๆ นน

2) เนองจำกอเลกตรอนขนำดเลกมำกจนยำกทจะวดสมบตตำงๆ โดยตรง จงพจำรณำสมบตตำงๆ ของอเลกตรอนในระดบโอกำสหรอควำมนำจะเปน (possibility) เทำนน นนคอ ควำมหนำแนนของอเลกตรอน (electron density)

3) อเลกตรอนมพลงงำนจลน เพรำะเคลอนทอยตลอดเวลำ และมพลงงำนศกย เพรำะถกดงดดดวยโปรตอนในนวเคลยส และแรงผลกกบอเลกตรอนดวยกน

4) ฟงกชนคลนแบงออกเปนสองสวนใหญๆ คอ สวนเชงรศม (radial part) และสวนเชงมม (angular part) นอกจำกนยงขนอยกบเลขจ ำนวนเตม n l และ ml ซงมควำมสมพนธกนและระบถงกำรโคจรตลอดจนพลงงำนของอเลกตรอน เลขจ ำนวนเตมเหลำน เรยกวำ เลขควอนตม (quantum

number) แตละฟงกชนคลนทระบเลขควอนตมแลว เรยกวำ ออรบทลเชงอะตอมหรออะตอมก

ออรบทล (atomic orbital) เพรำะเกยวของกบอเลกตรอนทโคจร (orbit) ในอะตอม โดยแบงเลขควอนตมออกเปน 4 ชนด มรำยละเอยดดงน

2.1 เลขควอนตมหลก (principle quantum number, n) มคำไดตงแต n = 1, 2, 3, ….,∞ ซงบงบอกถงระดบพลงงำนหลกของอเลกตรอน และระยะเฉลยระหวำงอเลกตรอนในออรบทลหนงๆ กบนวเคลยส เมอ n มคำมำก แสดงวำ อเลกตรอนยงอยหำงจำกนวเคลยสและมพลงงำนสงขน

2.2 เลขควอนตมโมเมนต เช งมม (angular momentum quantum number, l) มควำมสมพนธกบเลขควอนตมหลก และคำตงแต 0, 1, …, n-1 ซงบงบอกถงลกษณะรปรำงของ ออรบทล เมอ l มคำสง แสดงวำ อเลกตรอนเคลอนทดวยโมเมนตตมเชงมมสง และมพลงงำนสงขนดวย โดยนยมใชสญลกษณแทนออรบทล ไดแก

l = 0 เรยกวำ s l = 1 เรยกวำ p

l = 2 เรยกวำ d

l = 3 เรยกวำ f l = 4 เรยกวำ g

12

2.3 เลขควอนตมแมเหลก (magnetic quantum number, ml) อเลกตรอนมโมเมนตตมเชงมม (กำรเคลอนทของอเลกตรอนในสำมมต) อำจท ำใหเกดสนำมแมเหลกเหนยวน ำขนได โดยพลงงำนทเกยวของมคำเปนชดๆ ในชดหนงมระดบพลงงำนเทำกน (degenerate) แตจะตำงกนถำอยภำยใตสนำมแมเหลกภำยนอก ซงขนอยกบเลขควอนตมแมเหลก คำ ml บงบอกถงจ ำนวนออรบทลในแตละระดบพลงงำนยอย และขนอยกบ l นนคอ 2l+1 เมอ l มคำระหวำง –l ถง l ตวอยำงเชน อเลกตรอนทมคำ l = 2 อำจม ml 5 คำ ตงแต -2 ถง 2 นนคอ -2, -1, 0, 1, 2 เปนตน

2.4 เลขควอนตมสปน (spin quantum number, ms) เกยวของกบทศทำงกำรหมน (spin

direction) ของอเลกตรอน โดยหมนรอบแกนตวเองในทศทำงตรงกนขำม (ตำมเขมและทวนเขม

นำฬกำ) ดงนน จงม ms 2 คำ คอ 1

+2

และ 1

-2

ตำมหลกกำรของเพำล ซงจะกลำวในหวขอท 4

ถดไป

สรปควำมสมพนธระหวำงเลขควอนตม n l และ ml ดงตำรำงท 1.3

ตารางท 1.3 ควำมสมพนธระหวำง n l และ ml

n l สญลกษณของออรบทล nl

ml จ านวนออรบทล

จ านวน

ระดบพลงงานยอย

1 0 1s 0 1 1

2 0 2s 0 1 4

1 2p -1, 0, 1 3

3 0 3s 0 0 9

1 3p -1, 0, 1 3

2 3d -2, -1, 0, 1, 2 5

4 0 4s 0 0 16

1 4p -1, 0, 1 3

2 4d -2, -1, 0, 1, 2 5

3 4f -3, -2, -1, 0, 1, 2,

3

7

ทมำ: ดดแปลงจำก Averill, 2012, p. 754

13

จำกทไดกลำวมำขำงตน กำรเคลอนทของอเลกตรอนมทศทำงไมแนนอน อเลกตรอนโคจรรอบนวเคลยส ม 2 สวน คอ สวนเชงรศม และสวนเชงมม ท ำใหทรำบถงโอกำสทจะพบอเลกตรอนรอบๆ นวเคลยส โดยเปรยบเสมอนหมอกของอเลกตรอน (electron cloud) ในอะตอม ซงนกวทยำศำสตรเสนอแบบจ ำลองอะตอมวำ ประกอบดวยนวเคลยสซงลอมรอบดวยกลมหมอกอเลกตรอน โอกำสทจะพบอเลกตรอนในแตละระดบพลงงำนไมเหมอนกน ขนกบจ ำนวนอเลกตรอนและระดบพลงงำนของอเลกตรอนนน อเลกตรอนทมพลงงำนต ำอยในบรเวณใกลนวเคลยสมำกกวำอเลกตรอนทมพลงงำนสง บรเวณกลมหมอกทบแสดงวำมโอกำสพบอเลกตรอน (ควำมหนำแนนของอเลกตรอน) มำกกวำบรเวณกลมหมอกจำง ตวอยำงโอกำสพบอเลกตรอนในสถำนะพนของอะตอมไฮโดรเจน แสดงดงภำพท 1.7

ภาพท 1.7 โอกำสพบอเลกตรอนในสถำนะพนของอะตอมไฮโดรเจน

ทมำ: ดดแปลงจำก Averill, 2012, p. 749

ส ำหรบโอกำสพบอเลกตรอนหรอควำมหนำแนนของอเลกตรอนในสำมมตของอะตอมทมคำ n สงขน เกดเปนกลมหมอกอเลกตรอนลกษณะรปรำงตำงกนออกไป ขนอยกบบรเวณทจะพบอเลกตรอน

3. ออรบทลเชงอะตอม

ออรบทล (orbital) หมำยถง บรเวณรอบนวเคลยสซงมโอกำสสงทจะพบอเลกตรอนและมพลงงำนเฉพำะ ออรบทลมชอและรปรำงแตกตำงกน (สถำบนสงเสรมกำรสอนวทยำศำสตรและเทคโนโลย , ม.ป.ป. ) ซงกำรกระจำยตวของควำมนำจะเปน (probability distribution) ของอเลกตรอนอะตอม เรยกวำ ออรบทลเชงอะตอมหรออะตอมกออรบทล (atomic orbital) ปจจบนธำตมอเลกตรอนในออรบทลเชงอะตอมตงแต s ถง f ออรบทล

14

s ออรบทล ม l = 0 และ ml =0 แสดงกำรกระจำยของอเลกตรอนไมขนกบทศทำง หรอโอกำสทจะพบอเลกตรอนมลกษณะกลมหมอกเปนแบบทรงกลม (เหมอนกนหมดทกทศทำงทง 3

แกน x, y, z) ดงภำพท 1.8 ซงยง n เพมขน อเลกตรอนอยต ำแหนงหำงจำกนวเคลยสออกไปเรอยๆ และโอกำสจะพบอเลกตรอนไมมเลย ซงบรเวณนจะมกำรกระจดของคลนเปนศนย หรอฟงกชนเปนศนย นยมเรยกวำ บพ (node)

ภาพท 1.8 โอกำสทจะพบอเลกตรอนและรปรำงของ s ออรบทล

ทมำ: Averill, 2012, p. 754

p ออรบทล ม l = 1 และ ml ม 3 คำ เทำกบ -1, 0, 1 แสดงกำรกระจำยของอเลกตรอนตำมแกน x, y , z ซงในสภำวะปกตมระดบพลงงำนเทำกน เรยกวำ ดเจนเนอเรตออรบทล (degenerate

orbital) รปรำงของ p ออรบทลทงสำม (px, py, pz) โอกำสทจะพบอเลกตรอนเปนกลมหมอกบรเวณ

แตละขำงของแกนเปนลกษณะโลบ (lobe) แสดงดงภำพท 1.9

ภาพท 1.9 รปรำงของ p ออรบทล

ทมำ: Averill, 2012, pp. 758-759

15

d ออรบทล ม l = 2 และ ml ม 5 คำ เทำกบ -2, -1, 0 , 1, 2 แสดงกำรกระจำยของอเลกตรอนมลกษณะเปนกลมหมอกรปรำงเหมอนกนแตจดตวในระนำบตำงๆ ท แตกตำงกน นยมเรยกชอของออรบทลทง 5 เปน dxy, dxz, dyz, dx

2-y

2 และ dz

2 ซงมระดบพลงงำนเทำกนเปน

ดเจนเนอเรตออรบทล รปรำงของ d ออรบทล แสดงดงภำพท 1.10

ภาพท 1.10 รปรำงของ d ออรบทล

ทมำ: Averill, 2012, p. 760

f ออรบทล ม l = 3 และ ml ม 7 คำ เทำกบ -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 แสดงกำรกระจำยของอเลกตรอนมลกษณะเปนกลมหมอกรปรำง 7 แบบทแตกตำงกน (ภำพท 1.11) เนองจำกเปนออรบทลทมคำ l สง และซบซอนมำก จงไมขอกลำวถงในรำยละเอยด

16

ภาพท 1.11 รปรำงของ f ออรบทล

ทมำ: OpenStax., 2016

ออรบทลตำงๆ จะมระดบพลงงำนทแตกตำงกน (ภำพท 1.12) ซงแตละกลอง หมำยถง 1 ออรบทล หรอ 1 สถำนะทระบเลขควอนตม n l และ ml และจะมระดบพลงงำนต ำสดและสงไปเรอยๆ จำกขำงลำงขนขำงบน และอำจมกำรเปลยนแปลงล ำดบไดในบำงธำต เชน ธำตแทรนซชน อำจสลบระหวำง 4s-3d และ 5s-4d เปนตน

17

ภาพท 1.12 แผนภำพระดบพลงงำนในอะตอมของธำตบำงชนด

ทมำ: ดดแปลงจำก Saylor, n.d., p. 558

กำรจดเรยงอเลกตรอนในออรบทลของอะตอมในระดบพลงงำนตำงๆ เรยกวำ โครงแบบอเลกตรอน ซงสำมำรถท ำนำยสมบตของธำตนนๆ ได เชน สมบตแมเหลก เปนตน

4. โครงแบบอเลกตรอน

โครงแบบอเลกตรอน (electron configuration) หมำยถง กำรจดเรยงอเลกตรอนใน

ออรบทลของอะตอม จำกทไดกลำวถงรำยละเอยดอเลกตรอนตวใดตวหนงบรรจในออรบทลในระดบพลงงำนยอย และในระดบพลงงำนหลกชนตำงๆ จะเกยวของกบเลขควอนตมทง 4 คอ n l ml และ ms ซงหลกส ำคญในกำรจดเรยงอเลกตรอนภำยในอะตอมนนๆ มดงน 4.1 หลกการของเพาล (Pauli principle) ไดอธบำยไววำ ไมมอเลกตรอนคใดในอะตอมเดยวกนทมเลขควอนตมทง 4 เหมอนกนทกประกำร ซงแสดงวำในแตละออรบทลเชงอะตอมมอเลกตรอนบรรจไดอยำงมำกทสด 2 ตว โดยทแตละตวจะตองมสปนทตำงกน อำจม n l และ ml เหมอนกนหมดกได ตวอยำงเชน ในระดบพลงงำนหลก n เทำกบ 1 ม l และ ml เทำกบ 0 แสดงวำ

18

อเลกตรอนจะบรรจใน s ออรบทล จำกหลกกำรของเพำลอเลกตรอนบรรจได 2 ตว จงมสปนแตกตำง

กน คอ สปนขน (1

+2

) และสปนลง (1

-2

)

อเลกตรอน n l ml ms

ตวท 1

(สปนขน) 1 0 0 1

+2

ตวท 2

(สปนลง) 1 0 0 1

-2

4.2 หลกการของเอาฟบาว (Aufbau principle) เปนหลกกำรเกยวกบกำรบรรจอเลกตรอนในออรบทล โดยใหบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมพลงงำนต ำสดและวำงอยกอนเสมอ แสดงดงภำพท 1.13

ภาพท 1.13 แผนภำพล ำดบในกำรบรรจอเลกตรอนในออรบทลตำงๆ ทมำ: Saylor, n.d., p. 573

กำรบรรจอเลกตรอนในออรบทลจะเขยนแทนดวยสญลกษณ สวนอเลกตรอนใชลกศรแทน เชน แทนสปนขน และ แทนสปนลง ดงนน ถำอเลกตรอนมอยเตม นนคอ ม 2

อเลกตรอน จะเขยนแทน ตวอยำงเชน อะตอม H มเลขอะตอม เทำกบ 1 แสดงวำ มอเลกตรอน 1 ตว สวนอะตอม He มเลขอะตอม เทำกบ 2 แสดงวำ มอเลกตรอน 2 ตว มกำรบรรจอเลกตรอนสญลกษณ ดงน

19

1H

2He

ในกรณทเปนดเจนเนอเรตออรบทล คอ มระดบพลงงำนเทำกน เชน p และ d ออรบทล ตองบรรจอเลกตรอนตำมกฎของฮนด

4.3 กฎของฮนด (Hund’s rule) หลกเกณฑกำรบรรจอเลกตรอนในออรบทล เมอมหลำยออรบทล และแตละออรบทลมพลงงำนเทำกน ใหบรรจอเลกตรอนในลกษณะทท ำใหมอเลกตรอนเดยวมำกทสดเทำทจะมำกได ถำมอเลกตรอนเหลอจงบรรจเปนคเตมออรบทลนน ตวอยำงเชน อะตอม N มเลขอะตอมเทำกบ 7 มกำรบรรจอเลกตรอนในออรบทล ดงน

7N

2p ไมใช

2s

1s

กรณททกๆ ออรบทลระดบพลงงำนในดเจนเนอเรตออรบทล มอเลกตรอนบรรจอยเตม (2 อเลกตรอนตอ 1 ออรบทล) เรยกวำ กำรบรรจเตม (full-filled configuration) แตถำทกๆ ออรบทลระดบพลงงำนในดเจนเนอเรตออรบทล มอเลกตรอนบรรจเพยงครงเดยว (1 อเลกตรอนตอ 1 ออรบทล) เหมอนกนหมด เรยกวำ กำรบรรจครง (half-filled configuration) ถำเปรยบเทยบเสถยรภำพระหวำงแบบบรรจเตมและแบบบรรจครง แบบบรรจเตมจะเสถยรกวำแบบบรรจครง และบรรจแบบอนๆ ตำมล ำดบ

แบบบรรจเตม แบบบรรจครง 2p 2p

2s 2s

1s 1s

นอกจำกกำรบรรจอเลกตรอนในแผนภำพของรปออรบทลแลว ยงนยมเขยนแทนดวยตวเลขและอกษร ตวอยำงเชน อะตอม H มอเลกตรอน 1 ตว บรรจในระดบพลงงำนยอย s ออรบทล เขยนแทนได ดงน

20

อะตอม Ne มอเลกตรอน 10 ตว บรรจอเลกตรอนในระดบพลงงำนยอยแบบเตม คอ

1s22s22p6 และอะตอม Na มอเลกตรอน 11 ตว บรรจอเลกตรอนในระดบพลงงำนยอย คอ 1s22s22p63s1 หรอ [1s22s22p6]3s1 ซงอำจเขยนแบบยอแทนดวย [Ne]3s1 กได กำรบรรจอเลกตรอนส ำหรบธำตในคำบท 3 ตงแต Na ถง Ar แสดงดงภำพท 1.14

ภาพท 1.14 กำรจดเรยงอเลกตรอนของธำตในคำบท 3

ทมำ: Khan, 2008

ส ำหรบกำรจดเรยงอเลกตรอนสถำนะพนในระดบพลงงำนยอยวงนอกสดของธำตๆ ในตำรำงธำต ตงแตธำต H (เลขอะตอม เทำกบ 1) จนกระทงถง Og (เลขอะตอม เทำกบ 118) แสดงดงภำพท 1.15 ซง มกำรจดเรยงอเลกตรอนสำมำรถบงบอกถงสมบตเฉพำะและกำรเกดปฏกรยำของธำตนนๆ ได

21

ภาพท 1.15 กำรจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงำนยอยวงนอกสดของธำตตำงๆ ในตำรำงธำต

ทมำ: Chang, 2010, p. 325

22

บทสรป

อะตอมเปนสวนทเลกทสดของธำตซงสำมำรถแสดงสมบตของธำตนนได อะตอมประกอบดวยอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน โดยโปรตอนและนวตรอนอยรวมกน เรยกวำ นวเคลยส และอเลกตรอนเคลอนทอยรอบนวเคลยส ไดมนกวทยำศำสตรหลำยทำนไดเสนอแบบจ ำลองอะตอมทไดรบกำรยอมรบตงแตตนครสตศตวรรษท 19 ไดแก แบบจ ำลองของดำลตน แบบจ ำลองของทอมสน แบบจ ำลองของรทเทอรฟอรด แบบจ ำลองของโบร และแบบจ ำลองแบบกลมหมอก เพอวเครำะหองคประกอบของอะตอมและกำรอยรวมกนระหวำงอเลกตรอนและนวเคลยส ซงอเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสเปนวงโคจรหำงจำกนวเคลยสเปนชนๆ โดยพจำรณำลกษณะโอกำสทพบอเลกตรอนในรปของควำมหนำแนนอเลกตรอน หรอหมอกอเลกตรอน เรยกวำ ออรบทล แตละออรบทลจะมลกษณะเฉพำะทงดำนพลงงำนและรปรำง นอกจำกนกำรจดเรยงอเลกตรอนยงสมพนธกบ

เลขควอนตมดวย

23

แบบฝกหด

1. จงใหอธบำยค ำตอไปน 1.1 อะตอม 1.2 เลขควอนตม 1.3 ออรบทล

2. จงบอกววฒนำกำรของแบบจ ำลองอะตอมมำพอสงเขป

3. ใหบอกคำของ l และ ml ทเปนไปได เมอ n = 4

4. ในกำรบรรจอเลกตรอนในออรบทลของระดบพลงงำนยอยทมพลงงำนเทำกน (degenerate

orbitals) เกยวของกบหลกกำรหรอกฎใดบำง พรอมอธบำย

5. จงเขยนแผนภำพกำรจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงำนของธำต ดงตอไปน 5.1 F 5.2 O 5.3 S

6. จงจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงำนยอยแบบเตมของธำต ดงตอไปน 6.1 Cr 6.2 Cl 6.3 Sr

7. 2311 A จำกสญลกษณนวเคลยรธำต A ประกอบดวยจ ำนวนอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอนเทำใด

8. จงบอกธำตคใดเปนไอโซโทป ไอโซโทน และไอโซบำร 8.1 127

53 I กบ 13153 I 8.2 30

15P กบ 3014 Si 8.3 9

4 Be กบ 105B

9. จงจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงำนยอยของธำตแบบยอของ ดงตอไปน 9.1 Be 9.2 Al 9.3 Kr

10. ขอใดบำงมจดเรยงอเลกตรอนผด

10.1 1s22s2 10.2 1s22s22d2 10.3 1s22s23p2 10.4 1s22s22p63s1

24

เอกสารอางอง

ทบวงมหำวทยำลย. (2541). เคม 1. พมพครงท 11. กรงเทพฯ: อกษรเจรญทศน. สถำบนสงเสรมกำรสอนวทยำศำสตรและเทคโนโลย . (ม.ป.ป.). พจนานกรมศพทวทยาศาสตร

คณตศาสตร และเทคโนโลย (ESCIVOCAB). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 1 กมภำพนธ 2560 จำก https://escivocab.ipst.ac.th/search

สธำทพย ศรไพศำลพพฒน. (2551). เคมทวไป 1. กรงเทพฯ: มหำวทยำลยเกษตรศำสตร คณะวทยำศำสตร ภำควชำเคม.

Averill, B. A. (December 29, 2012). Principles of General Chemistry. (Online) Retrieved

April 5, 2017 From https://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-

general-chemistry-v1.0/

Chang, R. (2010). Chemistry. (10th ed.). New York: McGraw-Hill.

Goldberg, D. E. (2007). Fundamental Chemistry. New York: McGraw-Hill.

Khan, F. (November 3, 2008). Electronic configuration of Atom. (Online) Retrieved

April 18, 2017 From https://www.slideshare.net/FaysalKhan/lecture-7-

presentation-716261

OpenStax. (June 20, 2016). Electronic Structure and Periodic Properties of Elements.

In OpenStax CNX, Chemistry. (Online) Retrieved April 20, 2017 From

https://opentextbc.ca/chemistry/chapter/6-3-development-of-quantum-

theory/

Saylor. (n.d.). General chemistry-principles, patterns, and applications. (Online)

Retrieved April 3, 2017 From https://www.saylor.org/books/


ตารางธาต


1. ววฒนาการของตารางธาต 2. ตารางธาตปจจบน

3. การจ าแนกธาตในตารางธาต 4. แนวโนมสมบตทวไปของธาตในตารางธาต 5. ธาตเรพรเซนเตทฟ

6. ธาตแทรนซชน


หลงจากเรยนบทท 2 แลวผเรยนสามารถ

1. สรปเกยวกบววฒนาการของตารางธาตได 2. อธบายตารางธาตปจจบนและจ าแนกธาตในตารางธาตได 3. อธบายแนวโนมสมบตทวไปของธาตในตารางธาตได 4. อธบายเกยวกบธาตเรพรเซนเตทฟและธาตแทรนซชนได


1. บรรยาย และอธบายประกอบสอการเรยนการสอน PowerPoint

2. แบงผเรยนเปนกลมยอย ก าหนดใหผเรยนท าแผนผงความคดเกยวกบสมบตของธาตใน

แตละหม และรวมกนน าเสนอหนาหองเรยน 3. ใหท าแบบฝกหดเปนรายบคคล


1. เอกสารประกอบการสอนรายวชาเคมทวไป บทท 2




26


พจารณา 1. ใหคะแนนการเขาเรยน

2. การน าเสนอหนาหองเรยน

3. ความรวมมอในกจกรรมการเรยนการสอน

4. การตอบค าถามแบบฝกหด

บทท 2

ตารางธาต

ปฏกรยาเคมของธาตมความสอดคลองกบการจดเรยงอเลกตรอน เนองจากการบรรจอเลกตรอนในออรบทลเชงอะตอมหรออะตอมกออรบทล (atomic orbital) ของธาต เชน ธาตทมการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดทเหมอนกนของธาตโซเดยม และธาตโพแทสเซยม โดยทวไปจะมแนวโนมสมบตทคลายคลงกน ในศตวรรษท 19 นกเคมไดจดเรยงธาตแบบพรออดก (periodic) ตามสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคมของธาต ในบทนจงไดอธบายถงววฒนาการของตารางธาตตงแตเรมแรกคนพบการจดกลมธาต จนกระทงถงตารางธาตในปจจบนทเปนไปตามกฎ

พรออดก (periodic law) ซงสามารถจ าแนกธาตในตารางธาตออกเปนกลมๆ แตละกลมมแนวโนมสมบตทคลายคลงกนตามหม และตามคาบ โดยเฉพาะอยางยงการจดจ าแนกธาตออกเปน 2 กลมใหญ ไดแก ธาตเรพรเซนเตทฟ และธาตแทรนซชน

1. ววฒนาการของตารางธาต ในชวงป ค.ศ. 1780-1849 โยฮนน เดอเบอไรเนอร (Johannes Dobereiner) (Averill,

2012, p. 804) นกเคมชาวเยอรมน ไดจดธาตทมสมบตทคลายคลงกนออกเปนกลมๆ ละ 3 ธาต เรยกวา “Triads” โดยธาตตรงกลางของทงสามธาตในกลมเดยวกนมมวลอะตอมเทากบหรอใกลเคยงกบคาเฉลยมวลอะตอมของธาตอกสองธาต ดงแสดงในตารางท 2.1

ตารางท 2.1 คาเฉลยมวลอะตอมของธาตตามกฎ Triads

กลม มวลอะตอม

คาเฉลย

มวลอะตอม


คาเฉลยมวลอะตอม

Li 7

(7+39) =23

2

Ca 40

(40+137) =88

2

Na 23 Sr 88

K 39 Ba 137

แตอยางไรกตาม กฎ Triads นไมสามารถใชจดกลมธาตทมสมบตคลายคลงกนบางกลมได ตวอยางเชน คลอรน โบรมน และไอโอดน ซงธาตดงกลาวมสมบตคลายคลงกน แตจะเหนไดวามวลอะตอมของธาตตรงกลางมคาไมเทากบคาเฉลยมวลอะตอม หรอทองแดง เงน และทองค า กไมสามารถอธบายดวยกฎ Triads เชนเดยวกน แสดงดงตารางท 2.2

28

ตารางท 2.2 คาเฉลยมวลเชงอะตอมของธาตไมเปนไปตามกฎ Triads


คาเฉลย



คาเฉลย


Cu 63.6

(63.6+197) = 130.3

2

Cl 35.5

(35.5+127) = 81.25

2

Ag 108 Br 80

Au 197 I 127

ในศตวรรษท 19 นกเคมหลายทานไดท าการทดลองหามวลอะตอมของธาตหลายตว เพอสนบสนนการจดธาตตามมวลอะตอม (atomic mass) ในตารางธาต เมอป ค.ศ. 1864 จอหน นวแลนด (John Newland) นกเคมชาวองกฤษ ไดเสนอกฎการจดเรยงธาตตามมวลอะตอม โดยจดเรยงธาตเปนแถวๆ แถวละ 7 ธาต พบวาทกๆ ธาตตวท 8 มสมบตคลายคลงกบธาตตวท 1 เรยกความสมพนธนวา “law of octaves” (Averill, 2012, p. 804) แตอยางไรกตาม กฎนไมสามารถอธบายไดส าหรบธาตทมมวลอะตอมสงกวาธาตแคลเซยม (ภาพท 2.1) ท าใหกฎของนวแลนดทไดตงไวไมเปนทยอมรบในวงการนกวทยาศาสตร

ภาพท 2.1 การจดเรยงธาตตามกฎ octaves ตามสนนษฐานของนวแลนด ทมา: Averill, 2012, p. 805

ถดมาในป ค.ศ. 1869 นกเคมชาวรสเซยชอ ดมทร เมนเดเลเอฟ (Dmitri Mendeleev) และนกเคมชาวเยอรมนชอ โลทาร ไมเออร (Lothar Meyer) ไดสนนษฐานการจ าแนกธาตในตารางธาตตามมวลอะตอมทเพมขนตามคณสมบตทคลายคลงกนออกเปนชวงๆ (ภาพท 2.2) ซงเมนเดเลเอฟไดพฒนาการจ าแนกการจดเรยงธาตจากกฎของนวแลนด ซงไดจดเรยงธาตในตารางธาตมทงหมด 66

ธาต โดยในป ค.ศ. 1900 ไดบรรจธาตมากกวา 30 ธาต ในบางต าแหนงของตารางธาตทวางอย (Averill, 2012, p. 805) ท าใหมการจดเรยงธาต เปนตารางธาตและเปนทยอมรบในยคแรกๆ

29

แตอยางไรกตาม บางธาตทคนพบมสมบตทคลายคลงกนไมสอดคลองกบการจดเรยงธาตตามมวลอะตอม เชน ธาตอารกอน มมวลอะตอม (39.95 amu) มากกวาธาตโพแทสเซยม (39.10 amu) ถาพจารณาการจดเรยงธาตตามมวลอะตอมทเพมขน จะเหนไดวาธาตอารกอน จะบรรจตรงต าแหนงของธาตโพแทสเซยมในตารางธาตปจจบน ดงนนจงไมมนกเคมทานใดทบรรจธาตอารกอน ซงเปนแกสเฉอย (inert gas) ไวในกลมเดยวกบธาตลเทยมและธาตโซเดยม ซงสองธาตนเปนโลหะทวองไวตอปฏกรยา จากสาเหตดงกลาวจงท าใหเกดขอสนนษฐานอนๆ เพอสนบสนนสมบตอนๆ บางประการนอกเหนอจากมวลอะตอมแตยงยดหลกของกฎพรออดกของเมนเดเลเอฟอย ซงสมบตดงกลาวสอดคลองกบเลขอะตอม (atomic number)

ภาพท 2.2 ตารางธาตของเมนเดเลเอฟทเผยแพรในวารสาร the German Journal Annalen der

Chemie und Pharmacie ในป 1872

ทมา: Averill, 2012, p. 805

ในป ค.ศ. 1913 นกฟสกสชาวองกฤษชอ เฮนร มอสลย (Henry Moseley) ไดคนพบความสมพนธระหวางเลขอะตอมและความถของรงสเอกซ (X-ray) โดยการกระหน ายง (bombard)

ธาตดวยพลงงานอเลกตรอนทสง พบวา การปลอยความถของรงสเอกซจากธาต สมพนธดงสมการ

= a(Z-b)

เมอ คอ การปลอยความถของรงสเอกซ และ a และ b คอ คาคงท ซงมคาเทากนส าหรบทกๆ ธาต ดงนนจากรากทสองของการปลอยความถของรงสเอกซ กจะสามารถหาเลขอะตอม (Z) ของธาตได

จากการทดลองของมอสลย ไดจดเรยงธาตในตารางธาตตามเลขอะตอมทเพมขน จงสามารถอธบายขอยกเวนบางประการได เชน ธาตอารกอนและธาตโพแทสเซยมมเลขอะตอม เทากบ 18 และ

30

19 ตามล าดบ ดงนน ธาตโพแทสเซยมจงจดอยต าแหนงตามหลงธาตอารกอนในตารางธาต ซงในปจจบนตารางธาตจงจดเรยงสญลกษณธาตตามเลขอะตอม

2. ตารางธาตปจจบน

ตารางธาตเปนการจดธาตและรวบรวมธาตตางๆ เขาเปนหมวดหมธาตทมสมบตเหมอนกน จะถกจดไวในพวกเดยวกนเพอความสะดวกในการศกษาและจดจ า ในปจจบนมการจดเรยงธาตตามเลขอะตอมจากนอยไปหามาก เมอวนท 28 พฤศจกายน 2559 สหภาพเคมบรสทธและเคมประยกตระหวางประเทศ (International Union of Pure and Applied Chemistry, ยอ: IUPAC/ไอยแพก)

(Öhrström & Reedijk, 2016, pp. 1225–1229) ของสวตเซอรแลนด ไดประกาศรบรองชอและสญลกษณของธาตทางเคมใหม 4 ธาต ประกอบดวยเลขอะตอม 113, 115, 117 และ 118 ในตารางธาตสากลอยางเปนทางการ (ภาพท 2.3) ซงเดมใชชอชวคราววา “อนอนเทรยม” (Uut), “อนอน

เพนเทยม” (Uup), “อนอนเซปเทยม” (Uus) และ “อนอนออกเทยม” (Uuo) ตามล าดบ โดยการคนพบธาตสงเคราะหใหม 4 ชนดนท าใหธาตคาบท 7 ครบตารางพอด

ภาพท 2.3 ต าแหนงของชอ 4 ธาตใหมในตารางธาตคาบท 7

การตงชอไดยดประเพณการตงชอธาตวา คนพบเปนคนทมสทธตงชอ และมสทธก าหนดสญลกษณของธาตดวย โดยอาจตงตามชอของสถานทพบ หรอตามพนททางภมศาสตรของแหลงทพบ หรอตงตามชอของนกวทยาศาสตร ซงนกวทยาศาสตรหลายคนคดวาเปนเกยรตยงกวารางวลโนเบล เพราะคนทไดรบรางวลอกไมนานคนทวไปกจะลมชอ แตผเรยนทวโลกจะเหนชอนกวทยาศาสตรทานนนตดอยในตารางธาตตลอดไป แตการตงชอ 4 ธาตใหมซงไดประกาศเมอป 2559 ไดตงชอของสถานทพบ และตามชอของนกวทยาศาสตร ดงน

ธาตเลขอะตอม 113 เรยกวา นฮงเนยม (Nihonium: Nh) คนพบโดยคณะวจยแหงศนยปฏบตการวจยวทยาศาสตรรเคน (RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science) ของญปน เมอป ค.ศ. 2003 ซงไดก าหนดใหเรยกชอดงกลาว เพราะค าวา Nihon ในภาษาญปน แปลวา ดนแดนแหงอาทตยอทย

31

ธาตเลขอะตอม 115 เรยกวา มอสโคเวยม (Moscovium: Mc) คนพบโดยคณะนกวทยาศาสตรจาก Joint Institute for Nuclear Research (JINR) ในป ค.ศ. 2004 จงตงชอธาตทพบตามชอของเมอง Moscow ทหองปฏบตการ JINR ตงอย

ธาตเลขอะตอม 117 เรยกวา เทนเนสซน (Tennessine: Ts) คนพบโดยคณะนกวทยาศาสตรจากหองปฏบตการ Oak Ridge National Laboratory (ORNL) และ Vanderbilt University กบ Lawrence Livermore National Laboratory (LCNL) ซงอยในรฐ Tennessee ของสหรฐอเมรกา

ธาตเลขอะตอม 118 เรยกวา ออแกเนสซน (Oganesson: Og) เปนธาตทพบรวมกนโดย JINR ของรสเซยกบ LCNL ของอเมรกา ในป ค.ศ. 2006 ไดตกลงใหตงตามชอของ Yuri Oganessian

ซงเปนนกวทยาศาสตรชาวรสเซย ผบกเบกเทคนคการสรางธาตซเปอรหนก (superheavy element)

การจดเรยงธาตในปจจบนมทงหมด 118 ชนด แสดงดงภาพท 2.4 ซงธาตเรยงตามเลขอะตอมทเพมขน ซงแนวนอนเปนแถว เรยกวา “คาบ” (period) ม 7 คาบ และแนวตงเปนคอลมน เรยกวา “หม” (group) ม 18 หม ซงสามารถจ าแนกธาตได 2 ลกษณะ คอ แบงตามการบรรจอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยวงนอกสด และแบงตามความเปนโลหะ ซงธาตในตารางธาตปจจบน

ภาพท 2.4 ตารางธาตปจจบน

ทมา: IUPAC Secretariat, 2016

32

3. การจ าแนกธาตในตารางธาต การจ าแนกธาตในตารางธาตแบงออกเปน 2 กลมใหญๆ คอหม A ธาตเรพรเซนเตทฟ

(representative elements) และหม B ธาตแทรนซชน (transition elements) แตในการจ าแนกหม A และหม B ไมไดใชเปนสากลทวโลก ซงยโรปใช B แทนธาตเรพรเซนเตทฟ และ A แทนธาต แทรนซชน โดย IUPAC ไดประชมและเสนอแนะการล าดบตวเลขในแตละคอลมนดวยเลขอารบก 1 ถง 18 ซงตารางธาตในทนจะแสดงในแบบอเมรกา

การจ าแนกธาตตามการจดเรยงอเลกตรอนในสภาวะพนของธาตตางๆ สามารถแบงออกเปน 5 กลม ไดแก กลมธาตเรพรเซนเตทฟ (representative elements) กลมแกสเฉอย (inert gas) กลมธาตแทรนซชน (transition elements) กลมแลนทาไนด (lanthanide series) และกลมแอกตไนด (actinide series) แสดงดงภาพท 2.5

ภาพท 2.5 การจ าแนกธาตออกเปนหมวดหมตามสมบตของธาต

กลมแรก คอ กลมธาตเรพรเซนเตทฟ หรอเรยกอกอยางหนงวา ธาตกลมหลก (หม A) เปนธาตในหม 1A ถง 7A ซงธาตในกลมเหลานมการบรรจอเลกตรอนไมเตมในระดบพลงงานยอย s และ p ออรบทล ส าหรบเลขควอนตมหลกสงสด (ยกเวน ธาตฮเลยม) จดอยในกลมของแกสเฉอยหรอหม 8A เนองจากมการบรรจอเลกตรอนแบบเตม (1s2) คลายกบหม 8A ทมการบรรจอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย p ออรบทล (ns2 np6 เมอ n คอ เลขควอนตมหลกส าหรบระดบพลงงานวงนอกสด)

กลมแกสเฉอย (inert gas) หรอแกสมตระกล (noble gas) หรอธาตหม 8A มการบรรจอเลกตรอนแบบเตมในระดบพลงงานยอยวงนอกสด ดงนนธาตในกลมนจงเฉอยตอปฏกรยา

33

กลมธาตแทรนซชน (หม B) ซงหม 1B และ 3B ถง 8B มการจดเรยงอเลกตรอนแบบไมเตมในระดบพลงงานยอย d ออรบทล หรอเมอเกดเปนไอออนบวกแลวมการจดเรยงอเลกตรอนแบบไมเตมในระดบพลงงานยอย d ออรบทล บางทเรยกโลหะเหลานวา ธาตแทรนซชนบลอก d (d-block)

ในการจดเรยงล าดบของโลหะแทรนซชนในตารางธาตเรมจาก 3B-8B ตามดวย 1B-2B สอดคลองกบการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกสดของธาตแทรนซชนและธาตเรพรเซนเตทฟ ตวอยางเชน ธาตสแกนเดยม และธาตแกลเลยม มอเลกตรอนวงนอกสด 3 อเลกตรอน แตอยางไรกตาม ธาตทงสองมอะตอมมกออรบทลทตางกน จงท าใหอยในหมทตางกนคอ 3B และ 3A ตามล าดบ ส าหรบโลหะเหลก (Fe) โคบอลท (Co) และนกเกล (Ni) ไมไดเปนไปตามการจ าแนกน จงจดอยในหม 8B และธาตในหม 2B (Zn Cd และ Hg) กไมไดจดอยในธาตเรพรเซนเตทฟเชนเดยวกน

ส าหรบธาตในกลมแลนทาไนด และแอกตไนด บางทเรยกวา ธาตแทรนซชนบลอก f (f-block) เนองจากธาตในกลมเหลานบรรจอเลกตรอนแบบไมเตมในระดบพลงงานยอย f ออรบทล

เกณฑการจ าแนกธาตในตารางธาตตามความเปนโลหะ แบงออกเปน 3 ชนด ไดแก โลหะ (metals) กงโลหะ (metalloids) และอโลหะ (non-metals) ธาตทอยดานซายของตารางธาตมสมบตเปนโลหะ ไดแก หม 1A หรอโลหะอลคาไล (alkali metals) หม 2A หรอโลหะอลคาไลเอรท (alkali

earth metals) หม 3A (อะลมเนยม, แกลเลยม, อนเดยม, และนฮงเนยม) หม 4A (ดบก, ตะกว

และฟลโรเวยม) หม 5A (บสมท และมอสโคเวยม) หม 6A (ธาตลเวอรมอเรยม) ธาตแทรนซชน ธาตแอคตไนด และธาตแลนทาไนด ธาตกงโลหะ มทงหมด 8 ธาต ไดแก โบรอน ซลกอน เจอรมาเนยม สารหน ซลเนยม พลวง พอโลเนยม และเอสทาทน และธาตทอยดานขวาของตารางธาตมสมบตเปนอโลหะ ไดแก หม 4A (คารบอน) หม 5A (ไนโตรเจน และฟอสฟอรส ) หม 6A (ออกซเจน และก ามะถน) และหม 7A หรอแฮโลเจน (halogens) ซงแนวโนมสมบตตางๆ ของธาตในตารางธาตจะอธบายในหวขอถดไป

4. แนวโนมสมบตทวไปของธาตในตารางธาต จากการจดเรยงอเลกตรอนของธาตตามพรออดกดวยการเพมขนของเลขอะตอม ซงเลข

อะตอมแสดงถงจ านวนอเลกตรอนในอะตอมของธาต การจดเรยงอเลกตรอนชวยในการอธบายสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคม ท าใหสามารถท านายสมบตทวไปของธาตในแตละหมหรอคาบไดอยางถกตอง นอกจากนพรออดกยงสมพนธกบสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคมของธาตนนๆ ดวย ในหวขอนอธบายถงสมบตทางกายภาพบางประการของธาตในหมหรอคาบเดยวกน โดยมรายละเอยด ดงน

34

4.1 รศมอะตอม

การท าการทดลองวดขนาดรศมอะตอม (atomic radius) ของทงของธาตโลหะ และธาตอโลหะท าไดคอนขางยาก นกเคมจงไดพยายามท าการทดลองระยะหางระหวางนวเคลยสของอะตอมทสรางพนธะโคเวเลนต เชน การวดขนาดรศมอะตอมของโมเลกล Cl2 Al 2Ar และ 2Cl2 (ภาพท 2.6) การหาระยะหางระหวางธาตค (diatomic) ของโมเลกล Cl2 มคาเทากบ 198 พโคเมตร (pm)

เมอพจารณาครงหนงของระยะหางแตละอะตอมของคลอรน คอ รศมอะตอมโคเวเลนต (rcov) เทากบ 99 pm หรอ 0.99 องสตรอม (Å) เชนเดยวกบความยาวพนธะเดยวของคารบอน-คารบอน (C-C) ในสารประกอบอนทรย เทากบ 154 pm พจารณารศมอะตอมโคเวเลนตส าหรบคารบอนแตละตว เทากบ 77 pm โดยจากการพจารณารศมอะตอมโคเวเลนตจะสมพนธกบขนาดอะตอม จงสามารถท านายระยะพนธะโคเวเลนตทสรางระหวางธาตทแตกตางกนได เชน ท านายระยะหางระหวางคารบอนกบคลอรน คอ 77 pm + 99 pm =176 pm ส าหรบพนธะ C-Cl ซงมคาใกลเคยงกบระยะหางเฉลยจากการทดสอบในสารประกอบออรแกโนคลอรน แตอยางไรกตาม การพจารณารศมอะตอมโคเวเลนตเหมาะส าหรบธาตอโลหะ ดงนนนกเคมจงมค าถามเกยวกบรศมอะตอมส าหรบธาตทไมไดเกดพนธะโคเวเลนต ไดมการพฒนาหลากหลายวธเพอท าการทดลองหารศมอะตอมของธาตเหลานน เชน ธาตโลหะ (Al) จะพจารณารศมอะตอมโลหะ (rmet) จากครงหนงของระยะหางระหวางนวเคลยสของโลหะทงสองอะตอม ส าหรบธาตในหมแกสเฉอย เชน 2Ar ธาตในหมนยากตอการเกดปฏกรยากลายเปนสารประกอบ ดงนนจงใชแรงแวนเดอรวาวสในการยดเหนยวซงกนและกน และเรยกรศมอะตอมวา รศมอะตอมแวนเดอรวาวส (van der Waals atomic radius, rvdw) พจารณาครงหนงของระยะหางระหวางนวเคลยสของทงสองอะตอม แตส าหรบบางโมเลกลทมสถานะเปนของแขง เชน คลอรน ประกอบดวยรศมอะตอมโคเวเลนต (ระยะหางระหวางอะตอมทงสองของคลอรนภายในโมเลกล) และรศมอะตอมแวนเดอรวาวส (ระยะหางระหวางทงสองอะตอมของคลอรนระหวางโมเลกล เชน 2Cl2(s) ณ อณหภมหอง) จะมการพจารณารศมอะตอมทตางออกไป

ภาพท 2.6 นยามของรศมอะตอม

ทมา: ดดแปลงจาก Saylor, n.d., p. 601

35

ส าหรบแนวโนมของรศมอะตอมของธาตเรพรเซนเตทฟ แสดงดงภาพท 2.7 ในคาบเดยวกนรศมอะตอมลดลงจากซายไปขวา และเพมขนจากบนลงลางในหมเดยวกน

ภาพท 2.7 แนวโนมของรศมอะตอมของธาตเรพรเซนเตทฟ

ทมา: Chang, 2010, p. 332

เนองจากอเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสอเลกตรอนแตละตวจะไดรบอทธพลของแรงดงดดจากนวเคลยสทแตกตางกนขนอยกบวาอเลกตรอนตวทพจารณาอยในออรบทลใด ดงนนแรงดงดดทอเลกตรอนกบนวเคลยสจงแตกตางกน แรงทเกดจากนวเคลยสกระท ากบอเลกตรอนแตละตวเรยกวา อทธพลของประจนวเคลยสสทธ (effective nuclear charges, Zeff) ซงสามารถหา Zeff ดงสมการ (Chang, 2010, p. 330)

effZ = Z-

เมอ เรยกวาคาคงทการบดบง (shielding constant หรอ screening constant)

จะตองมคามากกวาศนยแตนอยกวาคา Z (เลขอะตอมของธาตทตองการพจารณา) หรอเมอพจารณาจากพลงงานทใชในการดงอเลกตรอนวงนอกสดหรอเวเลนตอเลกตรอน 2 อเลกตรอน ออกจากอะตอมของธาตฮเลยมมคาแตกตางกน (ภาพท 2.8) ส าหรบการดงอเลกตรอนตวแรกและตวทสองใชพลงงาน 3.94 x 10-18 จล และ 8.72 x 10-18 จล ตามล าดบ ซงเมอดงอเลกตรอนตวแรกออกแลว

36

อเลกตรอนตวทสองไมถกบดบงท าใหประจนวเคลยสเปน +2 ดงนนเวเลนซอเลกตรอนถกดงดดโดยนวเคลยสไดมากหรอนอย ขนกบการบดบงของอเลกตรอนชนใน (shielding) ถาอเลกตรอนชนในก าบงไดมาก เวเลนซอเลกตรอนถกดงดดจากนวเคลยสไดนอย จะท าใหขนาดอะตอมใหญ เมอพจารณาธาตในคาบท 2 จากธาตลเทยม (Li) ถงธาตนออน (Ne) มการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย พบวาอเลกตรอนในระดบพลงงาน 1s2 จ านวนเทากน ขณะทประจนวเคลยสเพมขน ท าใหอเลกตรอนวงนอกสดถกดงดดโดยนวเคลยสไดมาก จงท าใหขนาดอะตอมเลกลงจากซายไปขวาในคาบเดยวกน

ภาพท 2.8 พลงงานทใชในการดงอเลกตรอนวงนอก 2 อเลกตรอน ออกจากอะตอมของธาตฮเลยม

ทมา: Chang, 2010, p. 331

4.2 รศมไอออน

รศมไอออน (ionic radius) หมายถง รศมของไอออนบวก (cation) หรอ รศมของไอออนลบ (anion) เมออะตอมทเปนกลางกลายเปนไอออน จะสงผลใหขนาดเปลยนแปลงไปจากเดม ถาอะตอมกลายเปนไอออนลบ ขนาดหรอรศมไอออนจะใหญขน เนองจากจ านวนโปรตอนยงคงเทาเดมแตอเลกตรอนทเพมเขามาท าใหเกดแรงผลกของกลมหมอกอเลกตรอนเพมมากขน ในทางตรงกนขาม เมอดงอเลกตรอนหนงตวหรอมากกวาหนงออกจากอะตอมสงผลใหแรงผลกระหวางอเลกตรอนกบอเลกตรอนลดนอยลง แตประจนวเคลยสยงคงเทาเดม ท าใหกลมหมอกอเลกตรอนลดลง ดงนนขนาดของไอออนบวกจงมขนาดเลกกวาไอออนลบ

ส าหรบไอออนทมจ านวนอเลกตรอนทงหมดเทากน เรยกวา isoelectronic ions เชน Na+ และ F- มจ านวนอเลกตรอน 10 อเลกตรอนเทากน แต Na ม Z = 11 ซงมจ านวนโปรตอนมากกวา F ม Z = 9 ดงนนมประจนวเคลยสสทธของ Na+ ทสงกวา จงมรศมไอออนทเลกกวา

เปรยบเทยบรศมของไอออนในคาบเดยวกน ส าหรบไอออนบวกทมจ านวนอเลกตรอนทงหมดเทากน แตมจ านวนประจทตางกน เชน Al3+ Mg2+ และ Na+ มจ านวนอเลกตรอนทงหมด 10

อเลกตรอนเทากน แตมจ านวนโปรตอนตางกนเรยงจากนอยไปหามาก Na (Z = 11) Mg (Z = 12)

37

และ Al (Z = 13) ตามล าดบ ยงมจ านวนโปรตอนมาก กลมหมอกอเลกตรอนยงถกดงเขามาหานวเคลยสมาก สงผลใหรศมไอออน Na+ Mg2+ และ Al3+ เลกลง ตามล าดบ ในทางตรงกนขาม รศมไอออนของไอออนลบมขนาดใหญขนเมอจ านวนประจทมากขน เชน N3- O2- และ F- มจ านวนอเลกตรอนทงหมด 10 อเลกตรอนเทากน แตมโปรตอนตางกน N (Z = 7) O (Z = 8) และ F (Z = 9)

เรยงจากนอยไปหามาก ท าใหแรงดงดดระหวางโปรตอนกบอเลกตรอนมากขน ดงนนขนาดรศมไอออนของ N3- O2- และ F- ลดลง ตามล าดบ

เปรยบเทยบรศมของไอออนในหมเดยวกน รศมไอออนทงไอออนบวกและไอออนลบมแนวโนมสอดคลองกบแนวโนมของรศมอะตอม คอ ขนาดรศมไอออนเพมขนจากบนลงลางของตารางธาต แสดงดงภาพท 2.9

ภาพท 2.9 รศมไอออน (พโคเมตร) ส าหรบธาต s- p- และ d-block ทมเลขออกซเดชนพบโดยทวไป


4.3 พลงงานไอออไนเซชน

พลงงานไอออไนเซชน (ionization energy, I) คอ พลงงานทนอยทสด (หนวยเปน กโลจลตอโมล, kJ/mol) หรออเลกตรอนโวลต, eV) ทใชดงอเลกตรอนออกจากอะตอมอสระในสภาพทเปนแกส เมออะตอมดงกลาวอยในสภาวะพน พลงงานไอออไนเซชนวดไดจากความหนาแนนของอเลกตรอนภายในอะตอม (Chang, 2010, p. 338) กลาวคอ อะตอมยงมอเลกตรอนหนาแนนมาก ยงดงอเลกตรอนออกจากอะตอมอสระสภาพทเปนแกสในสถานะพนยากกวา สงผลใหพลงงาน

ไอออไนเซชนมคาสงกวา และมคาเปนบวกเสมอ (I > 0)

38

พลงงาน + -1I + X(g) X (g) + e

จากสมการขางตน จะเหนไดวาตองใชพลงงานในการดงอเลกตรอนตวแรกออกจากอะตอมอสระ X (g) ในสภาวะพน คอ I1 (เรยกวา พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1) ส าหรบพลงงาน

ไอออไนเซชนล าดบท 2 (I2) และพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 3 (I3) แสดงดงสมการ พลงงาน + 2+ -

2I + X (g) X (g) + e

พลงงาน 2+ 3+ -

3I + X (g) X (g) + e

จากสมการ เปนการดงอเลกตรอนแตละตวอยางตอเนองออกจากไอออน X+ และ X2+

จะตองใชพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 2 (I2) และพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 3 (I3) ตามล าดบ เมออเลกตรอนถกดงออกจากอะตอม แรงผลกระหวางอเลกตรอนทเหลออยลดลง แตประจนวเคลยสยงคงท ซงในการดงอเลกตรอนตวถดไปออกจากไอออนบวกจงตองใชพลงงานสงข น ดงนนพลงงาน

ไอออไนเซชนจงเพมขนตามล าดบ I1 < I2 < I3 < … พลงงานไอออไนเซชนของธาตไฮโดรเจนถงธาตแคลเซยม แสดงดงภาพท 2.10

ภาพท 2.10 พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 ถง 6 ของธาต H ถง Ca

ทมา: Chang, 2010, p. 338

39

แนวโนมของพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 ของธาตเมอเลขอะตอมเพมขน แสดงดงภาพท 2.11

ภาพท 2.11 พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 ของธาตคาบท 1 ถง 6

ทมา: Chang, 2010, p 339

ธาตในหมเดยวกนมระดบพลงงานตางกน อเลกตรอนทบรรจอยระดบพลงงานสง (วงนอก) จะดงงายกวาอเลกตรอนทบรรจอยในระดบพลงงานต า (วงใน) เนองจากประจนวเคลยสสทธเพมมากขนจากบนลงลาง ดงนนจงมแนวโนมของพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 ทสงขน ส าหรบธาตในคาบเดยวกน อเลกตรอนอยในระดบพลงงานเดยวกน ใหพจารณาจ านวนโปรตอนในนวเคลยส ถามโปรตอนในนวเคลยสมากกวา พลงงานไอออไนเซชนกจะใชมากกวาดวย ดงนน ในคาบเดยวกนจงมแนวโนมพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 ทสงขนจากซายไปขวา ยกเวนในบางกรณทมการจดเรยงในอะตอมทเสถยร นอกจากนจะสงเกตเหนไดวา ธาตในคาบ 2 คอ หม 3A ม I1 ต ากวา หม 2A

ตวอยางเชน ธาต B (หม 3A) และ ธาต Be (หม 2A) เนองจากธาต B คอ 1s2 2s2 2p1 มการจดเรยงอเลกตรอนเดยวในระดบพลงงานออรบทล p ซงถกอเลกตรอนในระดบพลงงาน 1s2 2s2 บดบงแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบโปรตอนในนวเคลยส ดงนนจงดงอเลกตรอนตวแรกออกในระดบพลงงานนอกสดไดงายกวา สงผลใหพลงงาน I1 ต ากวาของธาต Be (1s2 2s2)

ในท านองเดยวกน ธาตในหม 6A กมพลงงาน I1 ต ากวาธาตหม 5A ตวอยางเชน ธาต N

(หม 5A) และ ธาต O (หม 6A) ซงการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยของธาต N และ ธาต O คอ 1s2 2s2 2p3 และ 1s2 2s2 2p4 ตามล าดบ ตามกฎของฮนด (Hund’s rule) การบรรจ

40

อเลกตรอนลงในระดบพลงงานยอยเดยวกนตองบรรจอเลกตรอนเดยวลงในแตละออรบทลใหเตมกอน แลวจงบรรจอเลกตรอนลงในออรบทลใหเปนอเลกตรอนค เพราะฉะนนอเลกตรอน 3 อเลกตรอนบรรจแบบเดยวในระดบพลงงานออรบทล p ของธาต N แตส าหรบธาต O มอเลกตรอนใน p

ออรบทลบรรจแบบค ซงสงผลใหเกดแรงผลกของอเลกตรอนมากขน จงสามารถดงอเลกตรอน

ใหหลดออกจากอะตอมไดงายในหม 6A ดงนนพลงงาน I1 จงต ากวาหม 5A

4.4 สมพรรคภาพอเลกตรอน

สมพรรคภาพอเลกตรอน (electron affinity: EA) เปนพลงงานทเกดขนเมออะตอมในสถานะแกสรบอเลกตรอนเกดเปนไอออนทมประจ -1 ในสภาพทเปนแกส เชน

- -X(g) + e X (g)

เนองจากมการคายพลงงานออกมา EA จงมคาเปนลบ และถา EA มคาเปนลบมากแสดงวาอะตอมของธาตนนมแนวโนมทจะรบอเลกตรอนไดด ดงนนความสามารถในการรบอเลกตรอนในสถานะแกสของแตละธาตมความแตกตางกน ตวอยางเชน

- -F(g) + e F (g) H = -328 kJ/mol - -O(g) + e O (g) H = -142 kJ/mol

จะเหนไดวา F มแนวโนมรบอเลกตรอนไดสงกวา O เมออะตอมของธาตรบหนงอเลกตรอนแลว การรบอเลกตรอนเพมขนอกหนงอเลกตรอนจะรบไดยากขน ดงนนคา EA จงมคาสงขนมากกวาศนยหรอเปนบวกได เชน

- - 2-O (g) + e O (g) H = 780 kJ/mol

พลงงาน EA (KJ/mol) ของธาต s- p- และ d-block จะเหนไดวาพลงงานมทงคาบวก (ดดพลงงาน) และลบ (คายพลงงาน) พจารณาการจดเรยงอเลกตรอนของอะตอม เชน การเตมอเลกตรอนเพมลงไปอกใน Ar ท าาใหตองมการเตมอเลกตรอนลงใน 4s ออรบทล ซงมพลงงานสงกวา 3p ออรบทล มาก พลงงานจงมคาบวก แสดงดงภาพท 2.12

41

ภาพท 2.12 พลงงาน EA (kJ/mol) ของธาต s- p- และ d-block

ทมา: Saylor, n.d., p. 626

4.5 อเลกโตรเนกาตวต อเลกโทรเนกาตวต (electronegativity: EN) หมายถง คาทแสดงความสามารถในการ

ดงดดอเลกตรอนของอะตอมคทเกดพนธะทจะรวมกนเปนโมเลกล ดงนนการเพมจ านวนโปรตอน ท าใหแรงดงดดของนวเคลยสทมตออเลกตรอนทใชในการสรางพนธะเพมขน ดงนนแนวโนมของคา EN

เพมขนจากซายไปขวาในคาบเดยวกน และลดลงจากบนลงลางในหมเดยวกน ดงภาพท 2.13

ภาพท 2.13 แนวโนมคาอเลกโทรเนกาตวต ทมา: Saylor, n.d., p. 631

42

จากการจ าแนกธาตในตารางธาตแบงออกเปน 2 กลมใหญๆ คอ หม A ธาตเรพรเซนเตทฟ (representative elements) และหม B ธาตแทรนซชน (transition elements) ซงในแตละกลมมสมบตของธาต และการเกดปฏกรยาของธาตแตกตางกน

5. ธาตเรพรเซนเตทฟ

พลงงานไอออไนเซชน และสมพรรคภาพอเลกตรอนชวยใหนกเคมเขาใจเกยวกบชนด

ของปฏกรยาเคมของธาตและธรรมชาตของธาตในสารประกอบ โดยพลงงานไอออไนเซชนเปน

การวดการดงอเลกตรอนของอะตอมในอะตอมนนๆ ขณะทสมพรรคภาพอเลกตรอนเปนการดงอเลกตรอนจากอะตอมอนเพมเขามาในอะตอม ดงนน จงไดมความสนใจถงความสมพนธระหวางสมบตทางเคมกบการจดเรยงอเลกตรอน จะเหนไดวาความเปนโลหะของธาตลดลงจากซายไปขวาตามคาบและเพมขนจากบนลงลางในกลมเดยวกน จากแนวโนมดงกลาวท าใหทราบวาโลหะมพลงงานไอออไนเซชนต า ขณะทอโลหะมสมพรรคภาพอเลกตรอนสง ซงปฏกรยาของธาตมกจะท านายดวยพลงงานไอออไนเซชนและสมพรรคภาพอเลกตรอน

โดยทวไปมกจะกลาวถงแนวโนมสมบตทางเคมของธาตในกลมเดยวกนเนองจากมการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกสดเหมอนกน ซงมแนวโนมสมบตทางเคมของธาต ดงน

5.1 ไฮโดรเจน (Hydrogen) มการจดเรยงอเลกตรอน 1s1 ซงไมสามารถสรปไดวาต าแหนงทเหมาะสมในตารางธาตไดชดเจน ซงมสมบตบางประการคลายคลงกบหม 1A (โลหะอลคาไล) โดยมบรรจอเลกตรอนวงนอกสด 1 อเลกตรอนท s ออรบทล และกลายเปนไอออนบวกประจ +1 (H+) ในสารละลายทเปนน า แตถาไฮโดรเจนในรปของไฮไดรดไอออน (H-) ในสารประกอบไอออนก เชน NaH

และ CaH2 ซงมความคลายคลงกบไอออนลบประจ -1 (F- Cl- Br- และ I-) ในสารประกอบไอออนก ไอออนกไฮไดรดท าปฏกรยากบน าท าใหเกดแกสไฮโดรเจนและไฮดรอกไซดของโลหะ เขยนสมการไดดงน

2 2 2

2 2 2 2

2NaH (s) + 2H O(l) 2NaOH(aq) + H (g)

CaH (s) + 2H O(l) Ca(OH) (s) + 2H (g)

เมอแกสไฮโดรเจนในอากาศท าใหเกดสารประกอบน า

2 2 22H (g) + O (g) 2H O(l)

5.2 ธาตหม 1A (โลหะอลคาไล) มการจดเรยงอเลกตรอน ns1 เมอ n ≥ 2 ธาตในหม 1A ธาตในหมนมพลงงานไอออไนเซชนต า ดงนนจงมแนวโนมสญเสยอเลกตรอน 1 อเลกตรอน กลายเปนไอออนประจ +1 ซงมความวองไวตอปฏกรยาไมสามารถคนพบในรปของสถานะบรสทธในธรรมชาต ปฏกรยาของธาตหม 1A กบน าท าใหเกดแกสไฮโดรเจนและสารประกอบไฮดรอกไซดของโลหะ

43

2 22M(s) + 2H O(l) 2MOH(aq) + H (g)

เมอ M คอ โลหะอลคาไล แตเมอโลหะอลคาไลท าปฏกรยากบออกซเจนในอากาศเกดเปนสารประกอบออกไซด (ไอออนของ O2-)

2 24Li(s) + O (g) 2Li O(s)

นอกจากนโลหะอลคาไลสามารถเกดสารประกอบออกไซดและเปอรออกไซด (ไอออนของ 2-

2O ) เชน

2 2 22Na(s) + O Na O (s)

ส าหรบธาตโพแทสเซยม รบเดยม และซเซยม สามารถท าปฏกรยากบออกซเจน เกดซปเปอรออกไซด (ไอออนของ -

2O )

2 2K(s) + O (g) KO (s)

สาเหตทเกดสารประกอบออกไซดหลายชนดทเสถยรในสถานะของแขงทตางกนเมอท าปฏกรยากบออกซเจน เนองจากสารออกไซดเหลานเปนสารประกอบไอออนก ซงความเสถยรขนอยกบแรงดงดดระหวางไอออนบวกและไอออนลบ ลเทยมมแนวโนมเกดเปนสารประกอบออกไซด เพราะลเทยมออกไซดเสถยรมากกวาลเทยมเปอรออกไซด ส าหรบสารประกอบออกไซดของโลหะ

อลคาไลอนๆ อธบายเชนเดยวกน ลกษณะของธาตบางตวในหม 1A แสดงดงภาพท 2.14

ภาพท 2.14 ลกษณะของธาตบางตวในหม 1A

ทมา: Chang, 2010, p. 345

5.3 ธาตหม 2A (โลหะอลคาไลเอรท) มการจดเรยงอเลกตรอน ns2 เมอ n ≥ 2 ธาตในหม 2A เปนธาตทมความวองไวตอปฏกรยาชากวาโลหะอลคาไล มแนวโนมเกดเลขออกซเดชน +2 และม

44

ความเปนโลหะเพมขนจากบนลงลาง สวนใหญเกดเปนสารประกอบไอออนก เนองจากสามารถเกดปฏกรยากบอโลหะดวยพนธะไอออนก

ปฏกรยาระหวางหม 2A กบน า มความวองไวเพมขนจากบนลงลาง ซง Be ไมท าปฏกรยากบน า Mg ท าปฏกรยากบน าอยางชาๆ เมอใหความรอนแกปฏกรยา ส าหรบ Sr Ca และ Ba ท าปฏกรยากบน าเมอลดอณหภม ดงสมการ

2 2 2Ba(s) + H O(l) Ba(OH) (aq) + H (g)

ปฏกรยาระหวางหม 2A กบออกซเจน มความวองไวเพมขนจากธาต Be ถง Ba กลาวคอ Be และ Mg ท าปฏกรยากบออกซเจนเมอตองใหอณหภมจงเกดสารประกอบ BeO และ MgO

ตามล าดบ ขณะทจะเกดเปนสารประกอบ SrO CaO และ BaO ณ อณหภมหอง นอกจากนธาตในหม 2A (ยกเวน Be) ยงท าปฏกรยากบสารละลายกรด แลวเกดแกส

ไฮโดรเจน + 2+

2Mg(s) + 2H (aq) Mg (aq) + H (g)

ลกษณะของธาตในหม 2A แสดงภาพท 2.15

ภาพท 2.15 ลกษณะของธาตหม 2A

ทมา: Chang, 2010, p. 346

5.4 ธาตหม 3A มการจดเรยงอเลกตรอน ns2np1 เมอ n ≥ 2 ธาต B มสมบตเปนกงโลหะ สวนธาตตวอนๆ มสมบตเปนโลหะ ซงธาต B มกจะเกดเปนสารประกอบโคเวเลนตมากกวาสารประกอบไอออนก และไมท าปฏกรยากบออกซเจนและน า ส าหรบธาต Al สามารถท าปฏกรยากบออกซเจนในอากาศได

2 2 34Al(s) + 3O (g) 2Al O (s)

45

นอกจากน Al ยงท าปฏกรยาไมรนแรงกบกรด เกดเปน Al3+ และแกสไฮโดรเจน ดงสมการ

+ 3+22Al(s) + 6H (aq) 2Al (aq) + 3H (g)

ส าหรบธาตตวอนๆ ในหม 3A สามารถเกดเปนสารประกอบในรปเลขออกซเดชนไดทง +1 และ +3 ซงธาตตวบนของตารางธาตจะเกดเปน +1 ทเสถยรกวา +3

ลกษณะของธาตบางตวในหม 3A แสดงดงภาพท 2.16


ทมา: Chang, 2010, p. 347

5.5 ธาตหม 4A มการจดเรยงอเลกตรอน ns2np2 เมอ n ≥ 2 ธาตหม 4A เปนธาตหมแรกทมทงธาตทมสมบตอโลหะ (C) กงโลหะ (Si และ Ge) และโลหะ (Sn Pb และ Fl) ซงธาตทมสมบตเปนโลหะไมท าปฏกรยากบน า แตจะท าปฏกรยากบกรด เชน กรดไฮโดรคลอรก แลวไดผลตภณฑเปนแกสไฮโดรเจน เชน

+ 2+2Sn(s) + 2H (aq) Sn (aq) + H (g)

+ 2+2Pb(s) + 2H (aq) Pb (aq) + H (g)

ธาตในหม 4 มกจะเกดสารประกอบในรปเลขออกซเดชน +2 และ +4 สารประกอบของธาต C และ Si มเลขออกซเดชน +4 ทเสถยรกวา เชน CO2 เสถยรกวา CO และ SiO2 เสถยรกวา SiO ส าหรบสารประกอบธาตตวลางของธาตหม 4 จะอยในรปเลขออกซเดชน +2 ทเสถยรกวา

ลกษณะทวไปของธาตในหม 4A แสดงดงภาพท 2.17

46


ทมา: Chang, 2010, p. 348

5.6 ธาตหม 5A มการจดเรยงอเลกตรอน ns2np3 เมอ n ≥ 2 ธาตในหม 5A ประกอบดวยธาต N และ P มสมบตเปนอโลหะ As และ Sb เปนกงโลหะ และ Bi และ Mc เปนโลหะ

ธาต N มกจะอยเปนแกสโมเลกลค (diatomic gas) นนคอ N2 และสามารถเกดเปนสารประกอบออกไซดไดหลายสตรโมเลกล (NO N2O NO2 N2O4 และ N2O5) ซงมเพยง N2O5 มสถานะเปนของแขง สารประกอบอนๆ มสถานะเปนแกส ธาต N ชอบทรบ 3 อเลกตรอน อยในรป N3-

สามารถเกดเปนสารประกอบไอออนกได เชน Li3N และ Mg3N2 เปนตน

ธาต P อยในรปโมเลกล P4 สามารถเกดเปนสารประกอบออกไซดได 2 สตรโมเลกล คอ P4O6 และ P4O10

นอกจากนโมเลกลของไนโตรเจนและฟอสฟอรสยงสามารถท าปฏกรยากบน าแลวไดกรด HNO3 และ H3PO4 ได ดงสมการ

2 5 2 3N O (s) + H O(l) 2HNO (aq)

4 10 2 3 4P O (s) + 6H O(l) 4H PO (aq)

ธาต As Sb และ Bi มโครงสรางทางสามมตทหลากหลาย ซงธาตโลหะ Bi มความวองไวตอปฏกรยานอยกวาธาตอนๆ ในกลมเดยวกน

47

ลกษณะของธาตบางตวในหม 5A แสดงดงภาพท 2.18


ทมา: Chang, 2010, p. 349

5.7 ธาตหม 6A มการจดเรยงอเลกตรอน ns2np4 เมอ n ≥ 2 มทงหมด 6 ธาต ไดแก ธาต O

S และ Se มสมบตเปนอโลหะ Te และ Po เปนอโลหะ และ Lv เปนโลหะ ธาต O อยในรปของแกสโมเลกล (O2) ธาต S และ Se มสตรโมเลกล คอ S8 และ Se8 ตามล าดบ สวน Te และ Po มโครงสรางทางสามมตทหลากหลาย ซง Po และ Lv เปนสารกมมนตภาพรงส ซงยากตอการศกษาในหองปฏบตการ การเกดสารประกอบไอออนกของธาตหม 6A มกจะอยในรปเลขออกซเดชน -2 เชน O2- S2- Se2- และ Te2- ลกษณะโดยทวไปของธาต S8 Se8 และ Te แสดงดงภาพท 2.19


ทมา: Chang, 2010, p. 350

48

5.8 ธาตหม 7A (แฮโลเจน) มการจดเรยงอเลกตรอน ns2np5 เมอ n ≥ 2 ธาตหม 7A ทกตวมสมบตเปนอโลหะโดยทวไปจะอยในรปโมเลกลค เชน F2 Cl2 Br2 I2 เปนตน สามารถเกดเปนไดทงสารประกอบไอออนกและโคเวเลนต สามารถเตรยมแกสของหม 7A โดยอาศยการออกซไดซธาตในหม 7A ตวอยางเชน แกสฟลออรนสามารถออกซไดซเกลอโซเดยมคลอไรดไดแกสคลอรนเปนผลตภณฑได ดงสมการ

2 2NaCl + F NaF + Cl

ลกษณะแกสธาตหม 7A จะมสทแตกตางกนออกไป เชน แกสคลอรนจะมสเขยวออน แกสโบรมนจะมสน าตาล และแกสไอโดดนจะมสมวง แสดงดงภาพท 2.20

ภาพท 2.20 ลกษณะสของแกสหม 7A ทมา: Chang, 2010, p. 350

5.9 ธาตหม 8A (แกสเฉอย) มการจดเรยงอเลกตรอน ns2np6 เมอ n ≥ 2 ซงธาตหม 8A

ไดแก ธาต He Ne Ar Kr Xe Rn และ Og เปนธาตทเฉอยตอการเกดปฏกรยา จะไมท าปฏกรยากบสารใดในธรรมชาต แตสามารถสงเคราะหได โดยการสงเคราะหระหวางธาตหม 8A ทมขนาดใหญกบธาตทมคา EN สงในตารางธาต ธาตในหม 8A มคาพลงงานไอออไนเซชนสงสดในตารางธาต เพราะมอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดเทากบ 8 ยกเวน He เทากบ 2 จงดงอเลกตรอนหลดออกไดยากมาก ลกษณะสของธาตหม 8A แสดงดงภาพท 2.21

49

ภาพท 2.21 ลกษณะสของแกสเฉอยหม 8A ทมา: Chang, 2010, p. 351

ธาตเรพรเซนเตทฟ หรอหม A ประกอบดวย 8 หม ซงธาตในหมเดยวกนจะมสมบตและการเกดปฏกรยาทคลายคลงกน แตธาตทอยหมตางกนมสมบตและการเกดปฏกรยาทแตกตางกน ส าหรบสมบตทวไปของธาตกลมธาตแทรนซชนหรอหม B จะขอกลาวในหวขอถดไป

6. ธาตแทรนซชน

ธาตแทรนซชน (transition elements) เปนธาตหม B ทมอเลกตรอนอยใน f ออรบทล และ มสมบตแตกตางจากโลหะทวๆ ไป ลกษณะทส าคญของธาตแทรนซชน มดงน (ส านกงานคณะกรรมการการศกษาขนพนฐาน และคณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย, ม.ป.ป.)

1) มเลขออกซเดชนมากกวา 1 คา ยกเวนหม 3B และหม 2B มเลขออกซเดชนคาเดยว เชน หม 3B (Sc) มเลขออกซเดชนเปน +3 และหม 2B (Zn และ Cd) มเลขออกซเดชนเปน +2

2) ธาตแทรนซชนมสมบตเปนโลหะ และสามารถแสดงสมบตเปนแมเหลกไดเมอน าไปวางไวในสนามแมเหลกนานๆ

3) สารประกอบสวนใหญมส (ยกเวนหม 3B) ซงธาตแทรนซชนสามารถเกดเปนสารประกอบไอออนเชงซอนได

4) ธาตแทรนซชนมอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดเทากบ 2 (ยกเวน Cr และ Cu

อเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดเทากบ 1) และอเลกตรอนถดจากระดบพลงงานวงนอกสดไมครบ 18 (ยกเวน Cu และ Zn)

5) จดหลอมเหลวและจดเดอดคอนขางสง เนองจากธาตแทรนซชนเกดพนธะโลหะ

6) ความหนาแนนเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน เนองจากมวลเพมขนในขณะทขนาดเลกลง

50

7) คา I1 I2 และ I3 มแนวโนมเพมขนเมอเลขอะตอมเพมขน แต มคาตางกนไมมากนก เนองจากขนาดอะตอมของธาตแทรนซชนมคาใกลเคยงกน

8) ธาตแทรนซชนมแนวโนมคาอเลกโทรเนกาตวตเพมขน เมอเลขอะตอมเพมขน

9) ธาตแทรนซชนมสมบตเปนโลหะ น าความรอนและน าไฟฟาไดดเหมอนกบโลหะทวๆ ไป

ตารางธาตในปจจบนมธาตเตมในคาบท 7 พอด โดยการจดเรยงธาตมการจดเรยงธาตตาม

เลขอะตอมจากนอยไปหามาก ท าใหสมบตสมบตทางกายภาพและทางเคมของธาตในหมเดยวกน จะมสมบตคลายคลงกน แตธาตแตละหมจะมสมบตทแตกตางกน จงท าใหนกวทยาศาสตรพยายามคนควา ทดลองใหคนพบธาตใหมทงในธรรมชาตและสงเคราะหขน เพอใหธาตในตารางธาตมเพมมากขน

บทสรป

ตารางธาตเปนการรวบรวมธาตตางๆ เขาเปนหมวดหม ธาตทมสมบตเหมอนกนจะถกจดไวในพวกเดยวกนเพอความสะดวกในการศกษาและจดจ า โดยตารางธาตปจจบนมการจดเรยงธาตตามเลขเชงอะตอมเรยงจากนอยไปหามาก มจ านวน 118 ธาต ระบไวรวมกบสญลกษณธาตม 18 หม และ

7 คาบ สามารถจ าแนกธาตไดตามการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยออรบทลในสภาวะพนและจ าแนกตามความเปนโลหะของธาต โดยการจ าแนกตามการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยออรบทลในสภาวะพนของธาตตางๆ แบงออกเปน 4 กลม ไดแก กลมธาตเรพรเซนเตทฟ และกลมแกสเฉอย (s- และ p-block) กลมธาตแทรนซชน (d-block) กลมแลนทาไนด และกลม

แอกตไนด (f-block) และการจ าแนกตามความเปนโลหะแบงออกเปน 3 กลม คอ กลมทมสมบตเปนโลหะ กงโลหะ และอโลหะ

ธาตเรพรเซนเตทฟหรอธาตแทรนซชน ธาตแตละชนดมสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคมทตางกน ซงการจดเรยงอเลกตรอนของธาตจะชวยในการอธบายสมบตทางกายภาพและสมบตทางเคมได ท าใหสามารถท านายสมบตทวไปของธาตในแตละหมหรอคาบ และแนวโนมของรศมอะตอม ขนาดไอออน พลงงานไอออไนเซชน สมพรรคภาพอเลกตรอน และอเลกโตรเนกาตวตได

51


1. นกวทยาศาสตรทานแรกทเสนอใหจดธาตเปนหมวดหมคอใคร

2. ตารางธาตปจจบนเปนการปรบปรงจดธาตหมวดหมของนกวทยาศาสตรทานใด

3. เมอเดอน พ.ย. 2559 IUPAC ไดประกาศอยางเปนทางการไดคนพบ 4 ธาตใหม จงบอก

สญสกษณธาต และเลขอะตอมของธาตดงกลาว

4. ตารางธาตปจจบนมทงหมดกชนด กหม และกคาบ

5. ธาตเรพรเซนเทตฟมการบรรจอเลกตรอนไมเตมในระดบพลงงานยอยออรบทลใด

6. จงเรยงล าดบขนาดอะตอม พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 และอเลกโตรเนกาตวตของธาตทง 4 ดงตอไปน

ธาต A = 2, 8, 7 ธาต B = 2, 8, 3

ธาต C = 2, 8, 2 ธาต D = 2, 8, 4

7. ธาต X อยคาบ 2 และ Y อยคาบ 3 ของตารางธาต เมอรบ 2 อเลกตรอน จะเปนไอออนทมการจดเรยงเหมอนกาชเฉอย เมอก าหนดใหธาต X และ Y มจ านวนโปรตอนเทากบ 8 และ 10 ตามล าดบ จงบอกธาตอยหมใด และคอธาตใดในตารางธาต

8. จงเปรยบเทยบความวองไวท าปฏกรยากบน าของธาตในหม 2A

9. ธาตหมใด มคาพลงงานไอออไนเซชนสงสดในตารางธาต 10. ยกตวอยางสมบตของธาตแทรนซชนมา 4 ขอ

52


ส านกงานคณะกรรมการการศกษาขนพนฐาน และคณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย .

สมบตของธาตแทรนซชนและสารประกอบ. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 3 พฤษภาคม 2560

จาก www.phukhieo.ac.th/obec.../13_สมบตของธาตแทรนซชนและสารประกอบ.pdf





IUPAC Secretariat. (2016, september 28). (Online) Retrieved May 10, 2017 From

https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/

Öhrström, L., & Reedijk, J. (2016). Names and symbols of the elements with atomic

numbers 113, 115, 117 and 118 (IUPAC Recommendations 2016). Pure and

Applied Chemistry, 88(12), 1225–1229.




พนธะเคม


1. ประเภทของพนธะเคม 2. เทอมตางๆ ทเกยวของกบพนธะเคม

3. การเขยนสตรโครงสรางลวอส

4. พนธะภายในโมเลกล

5. พนธะระหวางโมเลกล



1. บอกความหมายและจ าแนกประเภทของพนธะเคมได

2. บอกความหมายของเทอมตางๆ ทเกยวของกบพนธะเคมได

3. เขยนสตรโครงสรางลวอสของโมเลกลได

4. อธบายการเกดพนธะภายในโมเลกลและพนธะระหวางโมเลกลได

5. ระบพนธะทเกดขนของโมเลกลตางๆ ได



2. แบงผเรยนเปนกลมยอย ใหจดท าโมเดลลกโปงสรางโมเลกลตามแบบฝกหด น าเสนอหนาหองเรยน และอภปรายรวมกน

3. ใหท าแบบฝกหดเปนรายบคคล



2. สอการเรยนการสอน PowerPoint 3. แบบฝกหด

4. ลกโปง ทสบลกโปง และยางรด

54


พจารณาจาก

1. ใหคะแนนการเขาเรยน

2. การอภปราย และการตอบค าถามในหองเรยน


4. การสรางโมเดลลกโปง และตอบค าถามแบบฝกหด

บทท 3

พนธะเคม

หากผเรยนไดมโอกาสผานเสนทางบานดง อ าเภอบานดง จงหวดอดรธาน ในชวงเดอนธนวาคมจนถงเดอนเมษายน ผเรยนจะไดเหนภาพพนทนาสเหลยมขาวโพลนเตมไปดวยเกลอบนแปลงนาของชาวบาน ซงแปลกตาไปกวาพนทท านาขาวในพนทใกลเคยง ซงบานดงถอเปนทงน าเคมแหงใหมในอสานเหนอ (กฤช เหลอลมย, 2559) โดยการท านาเกลอของชาวบานท าดวยวธอดน าดวยแรงดนสงลงไปละลายโดมแรเกลอหนจากใตดนขนมาตากแดด ไดผลกเกลอ ซงในชวตประจ าวนแลวมนษยรจกเกลอ คอ ผลกสขาวทมากดวยคณคา ทงการเปนเครองปรงรส วตถดบในการถนอมอาหาร และมสรรพคณทางยา ส าหรบนกเคมรจกเกลอเกดขนจากโซเดยมซงเปนไอออนบวกมาสรางพนธะเคมรวมกบคลอไรดทเปนประจลบ นนคอ เกดสารประกอบไอออนก นอกจากผลกเกลอแลวยงมสารอกหลายชนดทมความจ าเปนตอวถชวต ซงส าหรบนกเคมแลวจะตองเขาใจเกยวกบการเกดโมเลกลของสารเหลานนเกดขนไดอยางไร มแรงยดเหนยวกนในลกษณะเชนไร เหตใดจงเกดเชนนนได ดงนนในบทนจะอธบายถงแรงยดเหนยวของสารทเรยกวา พนธะเคม ทงนจะเนนทประเภทพนธะเคมทงพนธะภายในโมเลกลและระหวางโมเลกลของสาร รวมถงการเขยนโครงสรางลวอส

1. ประเภทของพนธะเคม

พนธะเคม หมายถง แรงยดเหนยวภายในและภายนอกของอะตอม โมเลกล หรอไอออน พนธะเคมเกดจากเวเลนซอเลกตรอน (อเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสด) ของอะตอมนนมจ านวนอเลกตรอนครบ 8 ตว ซงเปนไปตามกฎออกเตต ท าใหธาตนนเสถยรดวยการใหอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดแกอะตอมอน หรอรบอเลกตรอนจากอะตอมอนเขาสระดบพลงงานวงนอกสดของตวเอง หรออะตอมใชอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดรวมกนกบอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดของอะตอมอน โดยแรงยดเหนยวของสาร แบงออกเปน 2 ชนด ไดแก แรงยดเหนยวระหวางอะตอม หรอเรยกวา พนธะภายในโมเลกล ไดแก พนธะโคเวเลนต พนธะไอออนก และพนธะโลหะ และแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลหนงกบอกโมเลกลหนง ไดแก พนธะไฮโดรเจน แรงแวนเดอรวาวส แรงลอนดอน และแรงระหวางขว

เมอพจารณาน าทอยในแกวหนง ประกอบดวยโมเลกลของน าจ านวนมาก (ภาพท 3.1) จะมทงแรงยดเหนยวระหวางอะตอมไฮโดรเจนกบออกซเจนภายในโมเลกล และระหวางโมเลกล ซงแรงยดเหนยวระหวางอะตอมไฮโดรเจนเปนแรงยดเหนยวทอะตอมไฮโดรเจนใชอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดรวมกนกบอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดของอะตอมออกซเจน เรยกวา พนธะ

56

โคเวเลนต (covalent bond) (รายละเอยดจะกลาวถดไปในหวขอท 4) และระหวางโมเลกลของน าเกดแรงยดเหนยวทเกดขนระหวางอะตอมของไฮโดรเจนกบอะตอมของออกซเจนทมอเลกตรอนค โดดเดยวเหลออย เรยกวา พนธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) (รายละเอยดจะกลาวถดไปในหวขอ

ท 5)

ภาพท 3.1 การเกดแรงยดเหนยวของโมเลกลน า ทมา: BCcampus, n.d.

ในกรณสารมาสรางพนธะเคม นอกจากจะรวาพนธะระหวางอะตอมหรอโมเลกลเกดขนอยางไรนน ยงตองทราบค านวณคาตางๆ ทเกยวของของโมเลกลสาร ไดแก พลงงานพนธะ ความยาวพนธะ มมพนธะ สภาพขวของพนธะ

2. เทอมตางๆ ทเกยวของกบพนธะเคม เทอมตางๆ ทเกยวของกบพนธะเคม ไดแก

2.1 พลงงานพนธะเฉลย พลงงานพนธะเฉลย (average bond energies) หมายถง การเฉลยพลงงานทตองใช

สลายพนธะระหวางอะตอมภายในโมเลกลในสถานะแกสใหเปนอะตอมเดยว ซงโมเลกลทมอะตอมชนดเดยวกนมาสรางพนธะสามจะตองการพลงงานในการสลายพนธะระหวางอะตอมทมากกวาพนธะค และพนธะเดยว ตามล าดบ ตวอยางเชน พลงงานพนธะเฉลยระหวางอะตอมคารบอนกบคารบอนทมาสรางพนธะสาม (CC) เทากบ 835 kJ/mol ซงมากกวาสรางพนธะค (602 kJ/mol) และพนธะเดยว (346 kJ/mol) ตามล าดบ ดงภาพท 3.2

57

ภาพท 3.2 พลงงานพนธะเฉลย (kJ/mol) ทอณหภม 273 เคลวน


การค านวณพลงงานพนธะเฉลยสามารถแบงออกเปน 2 แบบ ไดแก

1) การค านวณพลงงานพนธะเฉลยในรปสารประกอบ

ตวอยางท 3.1 จะตองใชพลงงานเทาใดในการแตกสลายสารประกอบอเทน 1 โมล โดยก าหนดใหพลงงานพนธะ มดงน C-C = 346 kJ/mol C=C = 602 kJ/mol CC = 835 kJ/mol และ H-C =

411 kJ/mol

วธการค านวณ สารประกอบอเทนมสตรโมเลกล คอ C2H6 และมโครงสราง

จากสตรโครงสรางจะเหนไดวา จะตองสลายพนธะระหวางอะตอม C-C จ านวน 1 พนธะ

และ C-H จ านวน 6 พนธะ จะไดวา พลงงานพนธะเฉลย = (1 × พลงงานสลายพนธะ C-C) + (6 × พลงงานสลายพนธะ H-C)

แทนคา พลงงานพนธะเฉลย = (1 × 346) + (6 × 411)

พลงงานพนธะเฉลย = 2812 kJ/mol

พลงงานในการสลายพนธะของอเทน 1 โมล เทากบ 2812 kJ/mol

58

2) การค านวณพลงงานพนธะเฉลยในรปของสมการเคม

ตวอยางท 3.2 จงค านวณหาคาพลงงานทเปลยนแปลงโดยเฉลยของปฏกรยาตอไปน 2 2 3N + 3H 2NH

เมอก าหนด NN = 942 kJ/mol H-H = 432 kJ/mol และ H-N = 386 kJ/mol

วธการค านวณ จากปฏกรยาสามารถเขยนการเกดพนธะของแตละโมเลกลของสารตงตนและผลตภณฑดงน

จะเหนไดวา ส าหรบสารตงตนระบบตองใชพลงงานในการท าลายพนธะระหวาง NN

จ านวน 1 พนธะ ใน N2 และพนธะระหวาง H-H จ านวน 3 พนธะ ใน H2 เครองหมายของพลงงานพนธะเฉลยจงเปนบวก สวนผลตภณฑระบบคายพลงงานในการสรางพนธะใหม 6 พนธะระหวาง H-N

ใน NH3 เครองหมายของพลงงานพนธะเฉลยจงเปนลบ ดงนนจงหาพลงงานทเปลยนแปลงทงหมด (H) ดงน

H = (-6 × พลงงานพนธะเฉลย H-N) + (1 × พลงงานพนธะเฉลย NN) + (3 × พลงงานพนธะเฉลย H-H)

แทนคา H = (-6 × 386) + (1 × 942) + (3 × 432)

H = -78 kJ/mol

คาพลงงานทเปลยนแปลงโดยเฉลย เทากบ 78 kJ/mol ซงเปนปฏกรยาคายความรอน

2.2 ความยาวพนธะ ความยาวพนธะ (bond length) หมายถง ระยะหางระหวางนวเคลยสของอะตอมค

หนงๆ ทสรางพนธะภายในโมเลกล ตวอยางเชน ความยาวพนธะระหวางอะตอม H ของโมเลกลแกส H2 มคาเทากบ 74 พโคเมตร (pm) และความยาวพนธะของ H กบ I ของโมเลกล HI เทากบ 161 pm

(ภาพท 3.3 (ก)) และเมอพจารณาความยาวพนธะระหวางอะตอมชนดเดยวกนมกจะพบวา พนธะเดยวมความยาวพนธะทยาวกวาพนธะคและพนธะสาม ตามล าดบ ตวอยางเชน C-C (154 pm) ยาวกวา C=C (133 pm) และ CC (120 pm) (ภาพท 3.3 (ข)) ตามล าดบ

59

(ก) (ข)

ภาพท 3.3 ความยาวพนธะ (ก) โมเลกล H2 และ HI (ข) ความยาวพนธะระหวางอะตอมทรวมสรางพนธะ

ทมา: Chang, 2010, p. 376

ความสมพนธระหวางพลงงานพนธะเฉลยกบความยาวพนธะมกจะพบวา พนธะระหวางอะตอมคหนงๆ ความยาวพนธะยงสน พลงงานพนธะเฉลยยงมากดวย หรอมความแขงแรงมากนนเอง

2.3 มมพนธะ มมพนธะ (bond angle) หมายถง มมระหวางอะตอมทสรางพนธะโดยการลากเสนผาน

พนธะตางๆ ตดกนทนวเคลยสของอะตอม ตวอยางเชน โมเลกลเสนตรงของ CO2 มมระหวางพนธะ C=O เทากบ 180° โมเลกลมมงอของ SO2 มมระหวางพนธะ S=O เทากบ 119.3° โมเลกลพระมดฐานสามเหลยมของ NH3 มมระหวางพนธะ N-H เทากบ 106.7° และโมเลกลสามเหลยมแบนราบของ BCl3 มมระหวางพนธะ B-Cl เทากบ 130° ดงภาพท 3.4

ภาพท 3.4 มมของพนธะ


60

2.4 สภาพขวของพนธะ ส าหรบโมเลกลหลายอะตอมทมอะตอมตางชนดกน (heteronuclear molecule)

อะตอมทสรางพนธะจะมโอกาสจะพบอเลกตรอนไมเทากน ดงภาพท 3.5 โมเลกลของ HF พบวาอะตอมของ F จะโอกาสพบอเลกตรอน (สแดง) มากกวาอะตอมของ H (โอกาสพบอเลกตรอนนอยบรเวณสน าเงน) ซงขนอยกบคาอเลกโตรเนกาตวตของอะตอมทงสอง อะตอม F มคาอเลกโตรเนกาตวตสงกวาจะมสมบตทางไฟฟาเปนลบ (สภาพขวลบ) และอะตอม H มคาอเลกโตรเนกาตวตต ากวาจะมสมบตทางไฟฟาเปนบวก (สภาพขวบวก) ท าใหพนธะของทงสองอะตอมมลกษณะไดโพลเกดขน และสามารถเขยนเวกเตอรแทนไดโพลโมเมนต (dipole moment) ของพนธะดวยลกศร โดยหวลกศรชไปทางทมอเลกตรอนมากกวา

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 3.5 โมเลกลของ HF (ก) โอกาสพบอเลกตรอน (ข) สภาพขว (ค) ไดโพลโมเมนต

ทมา: Chang, 2010, pp. 377, 420

ไดโพลโมเมนต (µ) (Chang, 2010, p. 420) สามารถค านวณไดจาก

= Q × r

เมอ Q คอ ประจของขวพนธะ และ r คอ ความยาวพนธะ ไดโพลโมเมนตมหนวยเปนเดอบาย (Debye unit, D) ซง 1D มคาเทากบ 3.336 × 10-30 คลอมบเมตร (C.m) ตวอยางเชน โมเลกลคารบอนไดออกไซด (CO2) มโครงสรางแบบเสนตรง พบวา โอกาสพบอเลกตรอนมากทอะตอมของ O มากกวาระหวางแตละพนธะของ C=O (ภาพท 3.6(ก))

เนองจาก O มคาอเลกโตรเนกาตวตมากกวา จงท าใหไดโพลโมเมนตมเวกเตอรชไปทางอะตอมของ O (ภาพท 3.6(ข)) ดงนน ไดโพลโมเมนตของโมเลกล CO2 เทากบศนย

(ก) (ข)

ภาพท 3.6 โมเลกล CO2 (ก) โอกาสพบอเลกตรอน (ข) ไดโพลโมเมนต

ทมา: Chang, 2010, p. 421

61

โมเลกลของ NH3 และ NF3 (ภาพท 3.7) ทงสองโมเลกลมโครงสรางแบบพระมดฐานสามเหลยม โดยมอะตอมของ N เปนอะตอมกลางซงมอเลกตรอนคโดดเดยว (lone pair) และมคา อเลกโตรเนกาตวตมากกวาอะตอม H แตจะมคานอยกวาอะตอม F ท าใหโอกาสพบอเลกตรอนและ

ไดโพลโมเมนตของแตละพนธะมเวกเตอรชไปทางอะตอม N ส าหรบโมเลกล NH3 และไปทางอเลกตรอนคโดดเดยว ท าใหมคาไดโพลโมเมนตสทธ เทากบ 1.46D แตส าหรบโมเลกล NF3 ไดโพลโมเมนตของโมเลกลชไปทางอะตอม F และอเลกตรอนคโดดเดยว ท าใหไดโพลโมเมนตสทธ มคาเทากบ 0.24D ซงสนกวา NH3

(ก) (ข)

ภาพท 3.7 ไดโพลโมเมนตของพนธะโมเลกล (ก) NH3 (ข) NF3

ทมา: Chang, 2010, p. 421

ในการมาเกดพนธะจะตองใชอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดมาสรางพนธะ หรอมการใหและรบอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสดจากอะตอมหนงไปยงอกอะตอมหนงมาสรางพนธะ ท าใหการสรางพนธะในโมเลกลมเทอมตางๆ เชน พลงงานพนธะเฉลย ความยาวพนธะ และสภาพขวของพนธะแตกตางกนออกไป ซงในการสรางพนธะแบบใชอเลกตรอนรวมกนระหวาง 2 อะตอมสามารถเขยนแทนดวยจด หรอเสนแทนอเลกตรอนตามสตรโครงสรางของลวอส (Lewis formulas)

62

3. การเขยนสตรโครงสรางลวอส

ในชวงป ค.ศ. 1875-1946 กลเบรต นวตน ลวอส (Gilbert Newton Lewis) เปนนกเคมชาวอเมรกน (Averill, 2012, p. 696) เปนผเสนอความคดการสรางพนธะโดยการใชอเลกตรอนในระดบพลงงานวงนอกสด (เวเลนซอเลกตรอน) รวมกนของระหวางอะตอมทมาสรางพนธะ เพอใหเปนไปตามกฎออกเตต (octet rule) ซงกฎนกลาววา อะตอมมแนวโนมทจะสรางพนธะจ านวนหนงเพอใหอะตอมนนมอเลกตรอนในระดบระดบพลงงานวงนอกสดครบแปด ยกเวนไฮโดรเจนครบสอง (สธาทพย ศรไพศาลพพฒน, 2551, หนา 46) ใหอเลกตรอนมการจดเรยงทเสถยรแบบแกสเฉอย

ซ งใชสญลกษณจด ( . ) หรอเสน ( - ) แทนพนธะ ซ งจดหนงจด หมายถง หนงอ เลกตรอน

ถาอเลกตรอน 2 ตว เขยนแทนดวย สองจด ( : ) หรอ หนงเสน ( - ) ระหวางอะตอมทงสองทมาสรางพนธะ และมกเขยนเวเลนซอเลกตรอนทงหมดของอะตอมไว ตวอยางเชน Li เปนธาตในหม 1A และ

มหนงจด แทนเวเลนซอเลกตรอน 1 ตว หรอ Be เปนธาตหม 2A มเวเลนซอเลกตรอน 2 ตว จงมสองจด เปนตน

ในกรณทมการใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกน 1 ค ท าใหเวเลนซอเลกตรอนแตละอะตอมครบ

แปดตามกฎออกเตต เชน โมเลกลของ F2 และในท านองเดยวกนส าหรบโมเลกลทใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกน 2 หรอ 3 ค เชน โมเลกล CO2 และ N2 เพอสรางพนธะค และพนธะสาม ตามล าดบ ดงภาพท 3.8

ภาพท 3.8 การเขยนสตรโครงสรางลวอส

ทมา: Chang, 2010, p. 375

หลกเกณฑการเขยนสตรโครงสรางลวอส จะตองมจ านวนอเลกตรอนในสตรเทากบจ านวนเวเลนซอเลกตรอน ซงมหลกเกณฑการเขยนสตรโครงสรางลวอส ดงน (สธาทพย ศรไพศาลพพฒน, 2551, หนา 47)

63

1) ก าหนดอะตอมกลาง ซงอะตอมกลางสวนใหญมจ านวนนอยทสด หรออะตอมทมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนนอยกวา ยกเวนไฮโดรเจน

2) นบจ านวนเวเลนซอเลกตรอนของทกอะตอมในโมเลกล ถาโมเลกลเปนไอออนลบใหเพมจ านวนอเลกตรอนเทากบจ านวนประจลบของไอออน และถาโมเลกลเปนไอออนบวกใหลบจ านวนอเลกตรอนเทากบจ านวนประจบวกของไอออน

3) เชอมระหวางอะตอมกลางกบอะตอมปลายดวยพนธะเดยว โดยใช 2 อเลกตรอนในการสรางพนธะเดยวแตละพนธะ

4) เตมเวเลนซอเลกตรอนใหกบอะตอมปลายใหครบ 8 (ยกเวน H เทากบ 2) 5) เตมอเลกตรอนทเหลอใหกบอะตอมกลาง (อาจมากกวา 8) 6) ถาจ านวนเวเลนซอเลกตรอนทอะตอมกลางไมครบ 8 ใหน าอเลกตรอนทไมรวมพนธะ

(unshared pair electron) ของอะตอมรอบๆ มาสรางพนธะค หรอพนธะสาม

7) จ านวนเวเลนซอเลกตรอนรวมตองเทากบทนบไดจากขอ 2) แสดงวาสตรโครงสรางลวอสนนถกตอง

ตวอยางท 3.3 เขยนสตรโครงสรางลวอสของ HCN

วธการเขยน 1. อะตอมกลาง คอ C เพราะมเวเลนซอเลกตรอนนอยทสด

2. นบจ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมด = (1 × เวเลนซอเลกตรอนของ H) +

(1 × เวเลนซอเลกตรอนของ C) + (1 × เวเลนซอเลกตรอนของ N)

= 1 + 4 + 5

= 10 อเลกตรอน

3. เขยนสตรโครงสรางพนธะเดยว

4. เตมอเลกตรอนใหครบตามกฎออกเตต

5. จ านวนอเลกตรอนในสตร ไดเทากบ 14 ซงมากกวาจ านวนเวเลนซอเลกตรอน

ทงหมดในโมเลกลจ านวน 4 อเลกตรอน เพราะฉะนนในสตร HCN จงมพนธะสาม

6. เตมพนธะสามในสตร และปรบอเลกตรอนใหครบแปดอกครง

7. นบจ านวนอเลกตรอนในสตรขอ 6 ไดเทากบ 10 อเลกตรอนซงเทากบจ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมดตามขอ 2 ดงนน สตรโครงสรางลวอสเขยนไดดงขอ 6

64

ตวอยางท 3.4 เขยนสตรโครงสรางลวอสของ NH3

วธการเขยน 1. อะตอมกลาง คอ N เพราะมจ านวนนอยทสด

2. นบจ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมด = (1 × เวเลนซอเลกตรอนของ N) + (3 × เวเลนซอเลกตรอนของ H)

= 5 + 3

= 8 อเลกตรอน

3. เขยนสตรโครงสรางพนธะเดยว

4. จากขอ 3 มจ านวนอเลกตรอนในสตรเทากบ 6 ทรวมสรางพนธะ ซงเหลออเลกตรอนทตองเตมอก 2 อเลกตรอน ดงนน จงตองเตมอเลกตรอนทเหลอใหแกอะตอมกลาง เพอใหครบตามกฎออกเตต

5. จ านวนอเลกตรอนในสตร ไดเทากบ 8 ซงอเลกตรอนใหครบแปดอกครง ดงนน

สตรโครงสรางลวอสเขยนไดดงขอ 4

กรณโมเลกลทมขอยกเวนของกฎออกเตต แบงเปน 3 กรณ ไดแก 1) โมเลกลทมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนทงหมดเปนเลขค ตวอยางเชน ไนตรกออกไซด (NO)

มเวเลนซอเลกตรอนทงหมด 11 อเลกตรอน จะเหนไดวาอะตอม N มเวเลนซอเลกตรอนเพยง 7 อเลกตรอน ซงยงไมครบแปด

2) โมเลกลทอะตอมกลางมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนนอยกวาแปด ตวอยางเชน อะตอมกลางทเปน Be และ B ซงเมอสรางพนธะกบอะตอมปลาย H จะมอเลกตรอนลอมรอบเพยง 4 และ 6 อเลกตรอน ตามล าดบ ซงนอยกวาแปด

65

3) โมเลกลทอะตอมกลางมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนมากกวาแปด ตวอยางเชน อะตอมของธาตในคาบท 3 เปนตนไป สามารถสรางโมเลกลทมอเลกตรอนลอมรอบอะตอมกลางไดมากกวาแปดอเลกตรอน เชน SF6 อะตอมกลาง S ซงเมอสรางพนธะกบอะตอมปลาย F จะมอเลกตรอนลอมรอบเทากบ 12 อเลกตรอน ซงมากกวาแปด เนองจากอะตอมกลาง S เปนธาตในคาบท 3 ใชอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย 3s 3p และ 3d ออรบทล เพอสรางพนธะ

การเขยนโครงสรางลวอส เปนวธการเขยนเพอแสดงเวเลนซอเลกตรอนและการสรางพนธะ

โคเวเลนตทเกดขนภายในโมเลกล ซงเปนการใชอเลกตรอนรวมกนของสองอะตอม นอกจากนพนธะระหวางอะตอมภายในโมเลกล เชน พนธะไอออนก กสามารถเขยนโครงสรางลวอสแบบจดไดเชนเดยวกน ยกเวนไอออนบวกของโลหะแทรนซชน ซงพนธะภายในโมเลกลจะกลาวในหวขอถดไป

4. พนธะภายในโมเลกล

การเรยงตวของอเลกตรอนและตารางธาตใชในการท านายชนดของพนธะทจะเกดขนกบอะตอมหนงๆ รวมถงจ านวนของพนธะทอะตอมสามารถสรางได และความแขงแรงของโมเลกลทเกดขน โดยเราสามารถจ าแนกพนธะเคมทแตละอะตอมสรางขน ไดเปน 3 ชนด คอ พนธะโคเวเลนต พนธะไอออนก และพนธะโลหะ

4.1 พนธะโคเวเลนต

พนธะโคเวเลนตเปนพนธะทเกดจากการทอะตอมสองอะตอมใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกนท าใหมแรงดงดดระหวางอะตอม อะตอมทงสองใชอเลกตรอนรวมกนไดโดยการซอนเหลอมของออรบทล เกดออรบทลใหม เรยกวา ออรบทลเชงโมเลกล (molecular orbital) (สธาทพย ศรไพศาลพพฒน, 2551, หนา 45) เมออเลกตรอนสองตวมาจากแตละอะตอมทอยในออรบทลเชงโมเลกล จะมสปนของอเลกตรอนทศทางตรงกนขามกน พนธะทเกดขน เรยกวา พนธะโคเวเลนต (covalent bond) แตถาอเลกตรอนสองตวมาจากอะตอมใดอะตอมหนงเปนผใหใชรวมกนกบอกอะตอมหนงในออรบทลเชงโมเลกล พนธะท เกดขน เรยกวา พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต (coordinate covalent bond) ตวอยางเชน การท าปฎกรยาระหวางโบรอนไตรฟลออไรดกบแอมโมเนย สามารถท าใหเกดผลตภณฑทเสถยร โดยอะตอม B มอเลกตรอนลอมรอบครบแปด ซงใชอเลกตรอนคนนจากอะตอมของ N ในโมเลกลแอมโมเนย พนธะระหวาง B-N ทเกดขนเรยกวา พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ดงภาพท 3.9

66

ภาพท 3.9 พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต

ทมา: ดดแปลงจาก Chang, 2010, p. 389

ทฤษฎทเสนอขนเพออธบายพนธะโคเวเลนต มหลายทฤษฎและมการพฒนาเรอยๆ ในชวงเรมแรก โดยลวอส ไดเสนอความคดเกยวกบการใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกนระหวางสองอะตอมเพอสรางพนธะโคเวเลนต ดงทกลาวมาแลวในหวขอท 3 ในชวงตอมามทฤษฎพนธะเคมท ใชเกณฑทางควอนตมในการอธบายในทนจะเนนทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (molecular orbital theory, MOT)

และทฤษฎพนธะเวเลนซ (valence bond theory, VBT)

4.1.1 ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล

ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (molecular orbital theory, MOT) เปนทฤษฎทเกยวของกบการซอนเหลอมของออรบทลเชงอะตอม (คอ อะตอมกออรบทลทมเลขควอนตมสงทสด)

ของอะตอมตางๆ ในโมเลกลทสมมาตรเหมาะสม โดยจะเกดการซอนเหลอมกนตามหลกการรวมเชงเสนตรงของออรบทลเชงอะตอม (linear combination of atomic orbital, LCAO) ซงเกดจากการรวมเชงเสนตรงแบบผลรวมจะท าใหเกดออรบทลเชงโมเลกลแบบสรางพนธะ (bonding molecular

orbital, BMO) และแบบผลตางเกดออรบทลเชงโมเลกลแบบตานพนธะ (antibonding molecular

orbital, AMO) โดยรายละเอยดทางกลศาสตรควอนตมยากเกนกวาจะกลาวถงในทน แตอาจจะสรปเปนหลกใหญๆ ส าหรบโมเลกลอะตอมค (diatomic molecule) ไดดงน

1) การสรางออรบทลเชงโมเลกล ท าไดโดยการรวมออรบทลเชงอะตอมทซอนเหลอมกนไดดวยรปรางเรขาคณตของโมเลกล มสมมาตรทเหมาะสม มพลงงานใกลเคยงกน ซงจ านวนออรบทลเชงโมเลกลทเกดขนตองเทากบจ านวนออรบทล เชงอะตอมทซอนเหลอมกน ซงจะใชเครองหมาย * แทนออรบทลเชงโมเลกลแบบตานพนธะ ส าหรบการซอนเหลอมของออรบทลเชงอะตอมของ p ออรบทล สามารถรวมได 2 ลกษณะ คอ ซอนเหลอมตามแนวปลายออรบทล เกด

ออรบทลเชงโมเลกลแบบสรางพนธะชนดซกมา ( ) และแบบตานพนธะชนดซกมา ( * ) นอกจากน

67

ยงซอนเหลอมตามแนวขางของออรบทลเชงโมเลกลแบบพนธะชนดพาย ( ) และแบบตานพนธะชนดพาย ( * )

2) จดระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกล ออรบทลเชงโมเลกลแบบสรางพนธะ จะเสถยรกวาออรบทลเชงโมเลกลแบบตานพนธะ ดงภาพท 3.10 การเรยงล าดบออรบทลเชงโมเลกลอาจเขยนแบบยอ ไดดงน

1s *

1s

2s *

2 s

2 p

2 p *

2 p *

2 p ส าหรบโมเลกล N2 หรอเบากวา

หรอ 1s

*

1s

2s *

2 s

2 p

2 p *

2 p *

2 p ส าหรบโมเลกลหนกกวา N2

(ก) (ข)

ภาพท 3.10 (ก) ระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกล (ข) การซอนเหลอมของออรบทลเชงอะตอม

ทมา: ดดแปลงจาก Chang, 2010, pp. 442-443

3) การจดเรยงเวเลนซอเลกตรอนในโมเลกลทบรรจลงในออรบทลเชงโมเลกล โดยใชหลกการ 3 ขอ ดงทเคยไดกลาวมาแลวในหวขอโครงแบบอเลกตรอนของบทท 2 ไดแก หลกการ

68

กดกนของเพาล หลกของอาฟบาว และกฎของฮนด ตวอยางเชน โมเลกลของไฮโดรเจนและฮเลยม เปนธาตในคาบแรก อาจจะท านายความเสถยรของโมเลกลทงสองไดหลายชนด เชน +

2H 2H +2He

และ 2He ซงสามารถเขยนระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกล ไดดงภาพท 3.11

ภาพท 3.11 ระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกลของ +2H 2H +

2He และ 2He


คาความเสถยรของโมเลกลแตละชนด สามารถอธบายไดจากอนดบพนธะ (bond

order) ซงหาไดจาก

อนดบพนธะ = 1

2(จ านวนอเลกตรอนในออรบทลเชงโมเลกลแบบสรางพนธะ-จ านวนอเลกตรอนใน

ออรบทลเชงโมเลกลแบบตานพนธะ)

ดงนน จะไดวา อนดบพนธะของโมเลกล +2

1 1H = (1-0) =

2 2

อนดบพนธะของโมเลกล 2

1H = (2-0) = 1

2

อนดบพนธะของโมเลกล +2

1 1He = (2-1) =

2 2

อนดบพนธะของโมเลกล 2

1He = (2-2) = 0

2

เมอพจารณาความเสถยรของโมเลกลไฮโดรเจน พบวา โมเลกล +2H สามารถเกด

พนธะโคเวเลนตเพยงครงเดยว เนองจากมอนดบพนธะ เทากบ 1

2 แตโมเลกล 2H เกดพนธะ

โคเวเลนตชนดพนธะเดยว จงพบโมเลกล 2H ในธรรมชาตเสถยรมากกวา +2H ส าหรบโมเลกลฮเลยม

69

พบวา +2He มอนดบพนธะ เทากบ 1

2 เหมอนกบโมเลกล +

2H แตโมเลกลของ 2He มอนดบพนธะ

เทากบ 0 นนคอ ไมเสถยร ดงนน สามารถสรปความเสถยรของโมเลกลทง 4 คอ 2H เสถยรกวา +2H

+2He และ 2He ตามล าดบ

ตวอยางท 3.5 จงเขยนแผนภาพระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกลของ N2

วธการเขยน N เปนธาตหม 5A คาบ 2 มเลขอะตอม เทากบ 7 ดงนน N2 มอเลกตรอนในโมเลกล เทากบ 14 ซงเปนจ านวนอเลกตรอนทจะบรรจในออรบทลเชงโมเลกล โดยสามารถมการเขยนแผนภาพระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกลของ N2 ดงน

4.1.2 ทฤษฎพนธะเวเลนซ ทฤษฎพนธะเวเลนซ (valance bond theory) เปนทฤษฎทใชอธบายการเกด

พนธะโคเวเลนตในโมเลกล โดยพจารณาวาการซอนเหลอมระหวางออรบทลเชงอะตอมของอะตอมแตละคทท าใหเกดพนธะโคเวเลนต และบรเวณทมพนธะเคมจะพบวาเปนบรเวณทมอเลกตรอนหนาแนน

ตวอยางเชน โมเลกลของ H2 ไฮโดรเจนแตละอะตอมทสภาวะพนมการจดเรยงอเลกตรอน 1s1 เมอน าอะตอมทงสองเขาใกลกนเรอยๆ เรมเกดแรงดงดดระหวางอะตอม ในขณะเดยวกนพลงงานศกยลดต าลงเรอยๆ (ภาพท 3.12) จะเกดการซอนเหลอมกน เมออะตอมทงสองอยหางกนในระยะทเหมาะสมและมพลงงานศกยต าสด นนหมายถงระยะหางของอะตอมในโมเลกลทเสถยรทสด ส าหรบโมเลกล H2

70

มระยะดงกลาว เทากบ 74 พโคเมตร แตถาอะตอมเคลอนทเขาใกลกนมากขนเกนระยะทเหมาะสม เรมจะมการผลกกนของอนภาคโปรตอนในนวเคลยส ท าใหพลงงานศกยเพมขน

(ก) (ข)

ภาพท 3.12 (ก) การเปลยนแปลงพลงงานศกยในการเกดโมเลกล H2 (ข) การซอนเหลอมกนของ ออรบทลเชงอะตอมของไฮโดรเจนในโมเลกล H2

ทมา: ดดแปลงจาก Chang, 2010, pp. 425, 426

ในการสรางพนธะโคเวเลนตจะเกดจากการซอนเหลอมกนของออรบทลเชงอะตอมทมอเลกตรอนเดยว แสดงภาพท 3.13 ในกรณของ H2 แตละอะตอมไฮโดรเจนมอเลกตรอนเดยวใน 1s ออรบทล ถาไฮโดรเจนสองอะตอมเคลอนเขาใกลกนในระยะทเหมาะสมและมพลงงานศกยทต าทสดจะเกดการซอนเหลอมกน ท าใหเกดพนธะชนดซกมา 1 พนธะ ดงนนโมเลกล H2 จงมพนธะเดยว ส าหรบโมเลกล N2 แตละอะตอมไนโตรเจนมอเลกตรอนเดยวของทงสาม 2p ออรบทล ถาไนโตรเจนสองอะตอมเคลอนเขาใกลกนในระยะทเหมาะสมและมพลงงานศกยทต าทสดจะเกดการซอนเหลอมกน ท าใหเกดพนธะชนดซกมา 1 พนธะ และเกดพนธะชนดพาย 2 พนธะ ดงนนโมเลกล N2 จงเกดพนธะสาม

ภาพท 3.13 การซอนเหลอมกนของออรบทลเชงอะตอมทมอเลกตรอนเดยวในโมเลกล H2 และ N2

71

การเกดพนธะโคเวเลนต เกดจากการใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกนระหวางอะตอมคนนๆ ซงมกจะเกดขนในโมเลกลทมคาอเลกโตรเนกาตวตทไมแตกตางกนมากนกหรอมคาเทากน แตส าหรบโมเลกลทมคาอเลกโตรเนกาตวตแตกตางกนมาก เมอเกดเปนโมเลกลอะตอมจะไมใชอเลกตรอนรวมกน แตจะจะมการใหและรบอเลกตรอนระหวางอะตอมท าใหเกดไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนทงสองดงดดซงกนและกนดวยแรงดงดดทางไฟฟาสถต เรยกวา พนธะไอออนก

4.2 พนธะไอออนก

พนธะไอออนก (ionic bond) เปนพนธะทเกดจากแรงกระท าระหวางอะตอมสองอะตอมทมประจตางกน โดยจะเกดการถายเทอเลกตรอน โดยมธาตทใหอเลกตรอนและรบอเลกตรอนไดด ท าใหเกดแรงดงดดทางไฟฟาสถตระหวางประจทตางกน ซงธาตทใหอเลกตรอนไดดและกลายเปนไอออนบวกเปนสวนใหญ ไดแก โลหะอลคาไล และโลหะอลคาไลเอรท ขณะทธาตทรบอเลกตรอนไดดและกลายเปนไอออนลบ ไดแก ธาตในหมแฮโลเจน และออกซเจน สารประกอบทมพนธะไอออนก ตวอยางเชน NaCl NaBr และ LiF เปนตน

2

1Li(s) + F (g) 2LiF(s) 594 + k

2.1 J

ปฏกรยาระหวางลเทยม (Li) กบฟลออรน (F2) ไดผลตภณฑเปนผงสขาวของลเทยมฟลออไรด (LiF) ซงมพษ แตนยมใชเปนตวลดจดหลอมเหลวของอลลอยดและในอตสาหกรรมเซรามก การเรยงตวของอเลกตรอนของ Li เปน 1s22s1 ขณะท F มการเรยงตวแบบ 1s22s22p5 เมออะตอมของทงสองมาเขาใกลกน เวเลนซอเลกตรอนของ Li (2s1) จะถายเทไปให F และกลายเปนไอออนบวก Li+ ซงมการจดเรยงตวของอเลกตรอนแบบเดยวกบธาตหม 8A มการจดเรยงเปน 1s2 และ F เมอรบอเลกตรอนจาก Li จะท าใหระดบพลงงานวงนอกสดมการจดเรยงตวของอเลกตรอนแบบเดยวกบธาตหม 8A เชนเดยวกน นนคอ 1s22s22p6 พนธะทเกดขน เรยกวา พนธะไอออนกของ LiF เปนแรงดงดดไฟฟาสถตยระหวาง Li ทกลายเปนไออนบวกกบ F ทกลายเปนไอออนลบ สารประกอบทเกดขนจงมสถานะทางไฟฟาทเปนกลาง ซงการเกดพนธะชนดนเปนกระบวนการคายความรอน 594 kJ พลงงานทเกยวของกบปฏกรยาดงกลาว เรยกวา พลงงานแลตตซ (lattice energy)

พลงงานแลตตซ หมายถง พลงงานทใชท าใหสารประกอบไอออนกทเปนของแขงหนง

โมลกลายเปนไอออนของแกส ซงพลงงานแลตทซวดโดยตรงไมได ตองค านวณทางออมโดยใชวฏจกรของ Born-Haber ซงแบงออกเปนขนตอนยอยๆ แสดงความสมพนธระหวางพลงงานแลตตซ พลงงานไอออไนเซชน พลงงานสมพรรคภาพอเลกตรอน และคณสมบตของไอออนหรอโมเลกลนนๆ ตวอยางการค านวณหาพลงงานแลตตซโดยใชวฏจกรของ Born-Haber แบงเปน 5 ขนตอน ดงน

1) เปลยนสถานะของลเทยมจากของแขงเปนแกส ใชพลงงาน 155.2 kJ/mol เรยกวา เอนทาลปการระเหด (enthalpy of sublimation)

72

2) ดงอเลกตรอน 1 โมล ของ Li ใชพลงงาน 520 kJ/mol เรยกวา เอลทาลปของ การไอออไนเซชน (enthalpy of ionization)

3) แยก 1

2 โมลของ F2 เปน F อะตอมเดยว ใชพลงงาน 75.3 kJ/mol เรยกวา เอลทาลป

ของการสลายพนธะ (bond dissociation enthalpy)

4) เพมอเลกตรอน 1 โมล ใหกบ F ปลดปลอยพลงงาน -328 kJ/mol เรยกวา เอลทาลปของสมพรรคภาพอเลกตรอน (enthalpy of electron affinity)

5) ผสม Li+ กบ F- เปน LiF

จากขนตอนทง 5 สามารถเขยนสมการไดดงน 1. Li(s) Li(g) 1H = 155.2 kJ/mol

2. + -Li(g) Li (g) + e 2H = 520 kJ/mol

3. 2

1F (g) F(g)

2 3H = 75.3 kJ/mol

4. - -F(g) + e F (g) 4H = -328 kJ/mol

5. + -Li (g) + F (g) LiF(s) 5H = -U

จากปฏกรยาของสมการ 2

1Li(s) + F (g) 2LiF(s)

2 พบวาคาการเปลยนแปลง

เอลทาลปของปฎกรยาน ( รวมH ) มคาเทากบ -594.1 kJ/mol ซงท าใหหาพลงงานแลตตซ มคาเทากบ 5H แตมเครองหมายตรงขาม สามารถค านวณโดยอง Hess’s law ดงสมการตอไปน รวมH = 1 2 3 4 5H + H + H + H + H

แทนคา -594.1 = 155.2 + 520 + 75.3 – 328 + 5H

ดงนน 5H = -1017 kJ

ดงทกลาวขางตนวา พลงงานแลตตซมเครองหมายตรงขามกบ 5H ดงนน พลงงานแลตตซของ LiF จงมคาเทากบ 1017 kJ/mol และสามารถเขยนวฏจกร Born-Haber ไดดงน

73

เมอเปรยบเทยบอะตอมของโลหะกบอโลหะในการสรางพนธะ ขอแตกตางของการสรางพนธะในอโลหะจะใชจ านวนเวเลนซอเลกตรอนเปนจ านวนมากเพอสรางพนธะโคเวเลนตกบอะตอมอนๆ ในสภาวะทเหมาะสม แตโลหะมจ านวนเวเลนซอเลกตรอนทนอย ซงโลหะโดยทวไปมลกษณะเปนผลกมจ านวนอะตอมขางเคยงจ านวนมาก และอเลกตรอนจะไมอยประจ าท เคลอนทไปยงอะตอมอนๆ ตลอดเวลาได ถอวาอะตอมของโลหะยดเหนยวดวยพนธะทเรยกวา พนธะโลหะ

4.3 พนธะโลหะ พนธะโลหะเปนพนธะทเกดขนในโลหะ ซงทฤษฎในการเกดพนธะโลหะคอนขางซบซอน

ในการอธบายสมบตตางๆ ของโลหะ เชน การน าไฟฟา น าความรอน ลกษณะเปนเงา มความเงาวาว สามารถดง ดดงอ ตเปนแผนได เปนตน ในทนจะขอกลาวถงแบบจ าลองทะเลอเลกตรอน (electron

sea model) และทฤษฎแถบ (band theory)

4.3.1 แบบจ าลองทะเลอเลกตรอน

โลหะเปนกลมของไอออนบวกทอยในทะเลอเลกตรอนทเคลอนทได จงท าใหโลหะน าไฟฟาไดด เพราะอเลกตรอนเคลอนทไดอยางอสระ แตละอเลกตรอนไมเปนของอะตอมใดอะตอมหนง พนธะเปนแบบอเลกตรอนไมประจ าท ระนาบของอะตอมอาจเคลอนทบนระนาบอนๆ ไดงาย โลหะจงหกงอและยดเปนเสนไดโดยไมแตกหกออกจากกน

74

ภาพท 3.14 การเคลอนทของเวเลนซอเลกตรอนในโลหะ

ทมา: ดดแปลงจาก TechnologyUK, 2001-2018

4.3.2 ทฤษฎแถบ

อะตอมของโลหะอยชดกนมากและอยอยางเปนระเบยบ การสมผสกนระหวางอะตอม ท าใหออรบทลเชงอะตอมของแตละอะตอมนนรวมกนเปนออรบทลเชงโมเลกลทมจ านวนเทาเดม เนองจากจ านวนอะตอมในโลหะมจ านวนมาก ดงนน จ านวนออรบทลเชงโมเลกลจงมมากตามไปดวย โดยระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกลอยใกลกนมาก จงเกดการตอเนองกนเปนแถบ เรยกวา แถบพลงงาน (energy band) แถบพลงงานอาจจะมอยเตม หรอไมเตม หรอไมมอเลกตรอน ซ งแถบพลงงานท เกดจากระดบพลงงานวงนอกสด เรยกวา แถบเวเลนซ (valence band)

แถบพลงงานทเกดจากระดบพลงงานทสงกวาแถบเวเลนซ เรยกวา แถบน าไฟฟา (conduction

band) ระยะหางระหวางทงสองแถบน เรยกวา ชองวางพลงงาน (energy gap, E ) ซงจะมคามากหรอนอยขนอยกบชนดของโลหะ สามารถอธบายสมบตทางไฟฟาของโลหะตางๆ ได โดยแบงเปน 3 ชนด ตามลกษณะของแถบพลงงานและจ านวนอเลกตรอนทอยในแถบพลงงานนนๆ แสดงดงภาพท 3.15

1) ตวน า (conductor) มแถบพลงงานทมอเลกตรอนไมเตม ถาไดรบพลงงานเพมขน อเลกตรอนจะเคลอนขนไปสทวางของแถบพลงงานทมอเลกตรอนไมเตมไดงาย เพราะมระดบพลงงานใกลเคยงกน นนคอ E นอย โลหะบางชนดมแถบพลงงานซอนเกยกน ในกรณนแถบพลงงานหนงมอเลกตรอนบรรจอยเตมเกดไปซอนเกยกบอกแถบพลงงานหนงทยงวางอย อเลกตรอนจะเคลอนทจากแถบพลงงานทเตมไปอยในแถบพลงงานทวางได นนคอ E เทากบศนย ท าใหสามารถน าไฟฟาและน าความรอนเปนตวน าทด

2) กงตวน า (semiconductor) มแถบพลงงานทมอเลกตรอนเตมในระดบพลงงานวงนอกสด มคา E มากกวาตวน า แตมคานอยกวาฉนวน แตถาไดรบพลงงานความรอนหรอพลงงานแสงมากระตน อเลกตรอนจะเคลอนขนไปสทวางของแถบพลงงานทมอเลกตรอนไมเตมได ซง

75

พบในหม 4A เชน โลหะ Ge และ Si เปนตน โลหะเหลานน าไฟฟาไดดกวาฉนวน แตนอยกวาตว ทอณหภมปกต

3) ฉนวน (insulator) โลหะทเปนฉนวนจะม E กวางมาก ซงเปนการยากทจะใหอเลกตรอนทบรรจเตมในออรบทลระดบพลงงานวงนอกสดเคลอนขนไปอยในแถบน าไฟฟา ดงนน โลหะชนดนจงมสมบตน าไฟฟาและน าความรอนคอนขางนอย

ภาพท 3.15 แถบพลงงานแสดงสมบตทางไฟฟาของโลหะ

นอกจากโมเลกลสามารถสรางพนธะระหวางอะตอมหรอเกดพนธะภายในโมเลกลแลว โมเลกลยงสรางพนธะระหวางโมเลกลเกดขนไดเชนกน เมอโมเลกลอยใกลกนจะเกดแรงดงดดซงกนและกน ซงพนธะระหวางโมเลกลจะมผลตอสมบตทางกายภาพ เชน จดเดอด จดหลอมเหลว การละลายของโมเลกลแตกตางกนไป

5. พนธะระหวางโมเลกล

พนธะระหวางโมเลกล หมายถง แรงทยดเหนยวสารประกอบหลายโมเลกลไวดวยกน แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแบงเปน 3 ชนด ไดแก แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไมมขว แรงดงดดระหวางขว และพนธะไฮโดรเจน

5.1 แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไมมขว

แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไมมขว คอ แรงแวนเดอรวาลส (Van der Waals force)

จะเกดสภาพขวชวคราว เนองจากอเลกตรอนในอะตอมไมอยนง เคลอนทตลอดเวลา ความหนาแนนของอเลกตรอนรอบๆ นวเคลยสเกดการเปลยนแปลงได ท าใหความหนาแนนของอเลกตรอนไมสม าเสมอ จงเกดเปนขวขนชวคราว และโมเลกลทอยขางเคยงถกเหนยวน าใหเกดขวขนเชนกน ท าใหโมเลกลจะเกดแรงดงดดกน เรยกวา แรงลอนดอน ดงภาพท 3.16

76

ภาพท 3.16 แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล


5.2 แรงดงดดระหวางขว

แรงดงดดระหวางขวเปนแรงดงดดทางไฟฟาทเกดจากแรงกระท าระหวางสภาพขวบวกกบสภาพขวลบของโมเลกลทมขว ซงเปนแรงทเกดจากขวถาวรดงดดกนเองระหวางสภาพขวบวกและสภาพขวลบ ขนาดของแรงดงดดและแรงผลกขนอยกบความสามารถในการเกดขว (polarization)

ตวอยางเชน แรงดงดดระหวางขวของสภาพขวลบของ Cl กบสภาพขวบวกของ H ในแตละโมเลกลของ HCl แสดงดงภาพท 3.17

ภาพท 3.17 แรงดงดดระหวางขวระหวางโมเลกล HCl

ทมา: ดดแปลงจาก Goldberg, 2007, p. 367

เมอเปรยบเทยบระหวางแรงดงดดระหวางขวกบแรงลอนดอน พบวาโมเลกลทมขวจะมแรงดงดดระหวางขวทแขงแรงมากกวาแรงลอนดอนในโมเลกลไมมขว จงท าใหมจดเดอดและจดหลอมเหลวสงกวา

5.3 พนธะไฮโดรเจน

พนธะไฮโดรเจนเปนแรงระหวางโมเลกลแบบมขวแตเกดระหวางโมเลกลซงเกดจาก H

กบอะตอมอนมคา EN สงมากๆ มขนาดเลกและมอเลกตรอนคโดดเดยวของธาตทมสภาพไฟฟาลบสงๆ เชน F O หรอ N เปนตน โดยอะตอมทมสภาพไฟฟาลบสง จะเกดพนธะไฮโดรเจนทแขงแรงกวาอะตอมทมสภาพไฟฟาลบต ากวา แรงยดเหนยวนมคามากกวาแรงทเกดจากระหวางแรงดงดดระหวางขว สงผลใหสารทมพนธะไฮโดรเจนมจดเดอดและจดหลอมเหลวสงกวา โดยทวไปจดเดอดจะขนอยกบน าหนกโมเลกลและแรงดงดดระหวางโมเลกลทเพมขน แตพบวามบางโมเลกลแสดงจดเดอดสง

77

ผดปกต (ภาพท 3.18) ตวอยางเชน NH3 H2O และ HF มจดเดอดสงกวาโมเลกลไฮไดรดในหมเดยวกน เนองจากโมเลกลทงสามเกดแรงดงดดระหวางโมเลกลทแขงแรงมาก แรงด งดดนเกดพนธะไฮโดรเจนนนเอง นอกจากนยงพบพนธะไฮโดรเจนมบทบาทมากในโมเลกลของสงมชวตซงเปนพนธะทเกดขนระหวางหนวยยอยนวคลโอไทดบนสายเกลยวคของดเอนเอ (DNA double helix) ดงภาพท 3.19

ภาพท 3.18 จดเดอดของโมเลกลไฮไดรดของอโลหะหม 4A-7A

ทมา: ดดแปลงจาก Averill, 2012, p. 1308

ภาพท 3.19 พนธะไฮโดรเจนบนสายเกลยวคดเอนเอ

ทมา: ดดแปลงจาก Goldberg, 2007, p. 370

78

แรงยดเหนยวระหวางอะตอมและแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลทเปนสวนส าคญของสารชนดหนง เพอใหอะตอมหรอโมเลกลสามารถอยรวมกน และอยในสภาพทเสถยรได ซงแรงยดเหนยวเหลานมผลกระทบตอสมบตทางเคมและทางกายภาพของสาร ดงนนจงจ าเปนตองท าความเขาใจเกยวกบพนธะเคมทเกดขน เพอท านายสมบตตางๆ ได

บทสรป

เมออะตอมมารวมกนเปนโมเลกล โดยอะตอมจะสรางพนธะเคมภายในโมเลกลขนอยกบอะตอมนนๆ จะตองมพลงงานศกยต าสดและมระยะหางระหวางอะตอมทเหมาะสมจงจะท าใหโมเลกลนนเสถยร ซงพนธะเคมภายในโมเลกล ม 3 ชนด ไดแก พนธะโคเวเลนตจะพบในการรวมกนระหวางอะตอมอโลหะกบอโลหะ เนองจากอโลหะมคาอเลกโตรเนกาตวตสงไมยอมใหและรบเวเลนซอเลกตรอนจงตองใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกนเพอสรางพนธะ ในสารประกอบไอออนกทเกดจากการถายโอนเวเลนซอเลกตรอนจากอะตอมโลหะไปยงอะตอมอโลหะ เกดไอออนบวกและไอออนลบภายในโมเลกล มแรงดงดดไฟฟาสถต เรยกแรงดงดดนวา พนธะไอออนก ส าหรบพนธะโลหะเปนพนธะทยดอะตอมในผลกโลหะไวดวยกน โดยเวเลนซอเลกตรอนของแตละอะตอมไมอยนงสามารถเคลอนทไปยงจดตางๆ ในผลกไดคอนขางงาย นอกจากแรงยดเหนยวภายในโมเลกลแลว ยงมแรงยดเหนยวทส าคญระหวางโมเลกล ซงมผลตอสมบตทางกายภาพและทางเคมเชนเดยวกน แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล ไดแก แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลทไมมขว แรงดงดดระหวางขว และพนธะไฮโดรเจน

79


1. จงบอกความหมายของพนธะเคม 2. ประเภทของพนธะเคมมกประเภท อะไรบาง 3. จงค านวณหาคาพลงงานทเปลยนแปลงโดยเฉลยของปฏกรยา

2 2A + B 2AB เมอ

ก าหนดพลงงานพนธะให A-A = 436 kJ/mol B-B = 242 kJ/mol และ A-B = kJ/mol

4. จงเขยนสตรโครงสรางลวอสของโมเลกล NH3 CO2 H2S PCl5 PCl3 BF3 CCl4 SF6 และ 2-4PO

5. จงบอกความหมายและประเภทของพนธะภายในโมเลกกล

6. จงเขยนแผนภาพและบรรจอเลกตรอนในออรบทลเชงโมเลกลของ O2

7. จงเขยนวฎจกรของ Born-Haber ของสารประกอบไอออนก NaCl พรอมทงหาคาพลงงานแลตตซ + -NaCl(s) Na (g) + Cl (g) เมอก าหนดใหพลงงานการระเหดของ Na = +107

kJ/mol พลงงานสลายพนธะของ Cl2 = +244 kJ/mol พลงงานไอออไนเซชนของ Na = +496

kJ/mol สมพรรคภาพอเลกตรอนของ Cl = -349 kJ/mol และเอลทาลปของการเกดสาร NaCl

= -411 kJ/mol

8. จงบอกความหมายและประเภทของพนธะระหวางโมเลกกล

9. โมเลกลใดบางไมมขว NH3 CO2 SO2 และ CH4

10. ท าไมโมเลกลของ NH3 H2O และ HF จงมจดเดอดทสงกวาโมเลกลไฮไดรดตวอนๆ ในหมเดยวกน

80


กฤช เหลอลมย. (7 เมษายน 2559). เกลอ บานดง ทงน าเคมแหงใหมในอสานเหนอ . มตชนบท เทคโนโลยชาวบาน [ออนไลน] สบคนเมอวนท 3 เมษายน 2560 จาก https://www.

technologychaoban.com/news_detail.php?tnid=2901

สธาทพย ศรไพศาลพพฒน. (2551). เคมทวไป 1. กรงเทพฯ: มหาวทยาลยเกษตรศาสตร คณะวทยาศาสตร ภาควชาเคม.

Averill, B. A. (2012, December 29). Principles of General Chemistry. (Online) Retrieved



BCcampus. (n.d.). Anatomy and Physiology. (Online) Retrieved April 5, 2017 From

https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/2-2-chemical-bonds/




TechnologyUK. (2001-2018). Chemical bonding. (Online) Retrieved April 3, 2017 From

https://www.technologyuk.net/physics/matter/chemical-bonding.shtml


ปรมาณสารสมพนธ


1. มวลอะตอมและมวลโมเลกล 2. สตรเคม และการค านวณหาสตรโมเลกล

3. โมล 4. การค านวณรอยละองคประกอบของสารประกอบ 5. สมการเคม 6. การค านวณปรมาณสารสมพนธ



1. อธบายมวลอะตอมและมวลโมเลกลได 2. เขยนสตรเคม และค านวณหาสตรโมเลกลได 3. บอกความหมายของโมลและหาความสมพนธของโมลกบน าหนก ปรมาตร และจ านวน

อนภาคได 4. ค านวณรอยละองคประกอบของสารประกอบได 5. ระบสารก าหนดปรมาณ และค านวณปรมาณสารสมพนธในสมการเคมได



2. แบงผเรยนเปนกลมยอย ใหคนควาความหมายและค านวณปรมาณสารสมพนธของสมการเคม เพอน าเสนอหนาหองเรยน และพรอมกนอภปราย

3. ใหนกศกษารายบคคลท าแบบฝกหด




3. กระดาษ A4


82




2. ความถกตองของการค านวณ การอภปรายและน าเสนอเปนกลมในหองเรยน



บทท 4

ปรมาณสารสมพนธ

ปรมาณสารสมพนธ (stoichiometry) เปนการศกษาความสมพนธระหวางปรมาณของมวล โมล และจ านวนอนภาคของสารต งตนและผลตภณฑของปฏกรยาเคม ตลอดจนปรมาณของพลงงานของสารทเปลยนแปลงในปฏกรยาเคม ซงมประโยชนตอการคาดคะเนปรมาณของสารทจะตองใชเปนสารต งตน เพอทจะไดผลตภณฑตามตองการ สามารถบอกไดวาตวท าปฏกรยาใดท าปฏกรยาจนหมดหรอเหลอ และอธบายผลจากเคมวเคราะหได นอกจากน ในทางอตสาหกรรม และการคายงน าไปประกอบการเลอกปฏกรยาทประหยดทสด ใหไดผลผลตทมาก ในบทน จงขอกลาวถงมวลอะตอม มวลโมเลกล สตรเคม โมล รอยละองคประกอบของสารประกอบ และค านวณหาปรมาณสารสมพนธของปฏกรยาเคม

1. มวลอะตอมและมวลโมเลกล

1.1 มวลอะตอม เนองจากอะตอมมขนาดเลกมาก และมมวลนอยมาก ท าใหยากทจะชงเพอหามวลท

แทจรงได จงนยมใชมวลเปรยบเทยบ โดยเทยบกบมวลของธาตมาตรฐาน C-12 แสดงวาธาต 1 อะตอมมมวลเปนกเทาของ 1/12 ของมวล C-12 หนงอะตอม มหนวยเปน หนวยมวลอะตอม (atomic mass unit, amu) หรอเรยกวา Dalton (D) ซง 1 amu หรอ 1 D มคาเทากบ 1/12 เทาของมวล C-12 หนงอะตอม

1 amu หรอ 1 D มคาเทากบ 1.66 × 10-24 กรม

ตวอยางท 4.1 มวล 1 อะตอมของ H มคาเทากบ 1 × 1.66 × 10-24 กรม

มวล 1 อะตอมของ O มคาเทากบ 16 × 1.66 × 10-24 กรม

ดงน น มวล 1 อะตอมของธาตใดๆ ไดจากการน าเลขมวลของธาตน นคณดวย 1.66 × 10-24

และมหนวยเปนกรม (g) เสมอ

มวลอะตอม (atomic mass) หมายถง ผลหารระหวางมวล 1 อะตอมกบมวลมาตรฐาน หรอเปนคาซงแสดงวามวล 1 อะตอมของธาตตางๆ หนกกเทาของมวลมาตรฐาน

มวลอะตอม = มวล 1 อะตอมมวลมาตรฐาน

= มวล 1 อะตอม1.66 × 10-24

84

ในธรรมชาต ธาตเกอบท งหมดมไอโซโทปมากกวา 1 ชนด เชน ธาตไฮโดรเจนมไอโซโทป 3 ชนด คอ 1

1H 21H และ 3

1H (เคยกลาวมาแลวในบทท 1 หวขอ 1.2) ธาตเหลาน มจ านวนนวตรอนแตกตางกน ซงไอโซโทปของธาตชนดเดยวกน จงมมวลตางกน ดงน นมวลอะตอมทใชส าหรบธาตจงเปนมวลอะตอมเฉลยของไอโซโทปของธาตน นๆ

มวลอะตอมเฉลย = ∑(เปอรเซนตของแตละไอโซโทป × มวลของแตละไอโซโทป)100

ตวอยางท 4.2 ธาต C ประกอบดวยไอโซโทปในธรรมชาต คอ 12C และ 13C คามวลอะตอมเฉลยจะเปนเทาใด โดยก าหนดให 12C มในธรรมชาต 98.89% ซงมมวลอะตอม =12.00 และ 13C มอยในธรรมชาต 1.11% มวลอะตอม =13.003

วธการค านวณ มวลอะตอมเฉลย = ∑(เปอรเซนตของแตละไอโซโทป × มวลของแตละไอโซโทป)100

มวลอะตอมเฉลย (98.89 x 12.00) + (1.11 x 13.003)

=100

มวลอะตอมเฉลย =12.011

ตวอยางท 4.3 ธาต B ม 2 ไอโซโทปในธรรมชาต คอ 50B และ 52B ถาธาต B มมวลอะตอมเฉลย 51.3 จงหาเปอรเซนตของแตละไอโซโทปในธรรมชาต วธการค านวณ ก าหนดให เปอรเซนตของไอโซโทป 50B เทากบ x

เปอรเซนตของไอโซโทป 52B เทากบ 100-x

มวลอะตอมเฉลย = ∑(เปอรเซนตของแตละไอโซโทป × มวลของแตละไอโซโทป)100

มวลอะตอมเฉลย = (x × 50) + ((100 - x) × 52)

100

x = 40 ดงน น เปอรเซนตของไอโซโทป 50B เทากบ 40 และเปอรเซนตของไอโซโทป 52B เทากบ

100-40 = 60

1.2 มวลโมเลกล มวลโมเลกล (molecular weight) เปนมวลเปรยบเทยบทแสดงวา สาร 1 โมเลกลหนก

กเทาของมวลอะตอมของ C-12 1 อะตอม

85

ตวอยางท 4.4 CO2 มมวล 1 โมเลกล เทากบ 44 × 1.66 × 10-24 กรม

ดงน น มวลโมเลกล ไดจากผลหารระหวางมวล 1 โมเลกลกบมวลมาตรฐาน

CO2 มมวลโมเลกล เทากบ 44 กรมตอโมล หรออาจกลาวไดวา มวลโมเลกลของสาร หาไดจากผลรวมของมวลอะตอมของธาต

ท งหมดในโมเลกล เชน CO2 ประกอบดวย คารบอน (มวลอะตอม = 12) 1 อะตอม และออกซเจน (มวลอะตอม = 16) 2 อะตอม ดงน น มวลโมเลกล คอ (12 x 1) + (16 x 2) มคาเทากบ 44

โมเลกลหนงๆ นยมเขยนเปนหมสญลกษณของธาตทเขยนรวมกน ประกอบดวยอะตอมของธาตใดบาง อยางละกอะตอม เรยกวา สตรเคม (chemical formula) เชน สตรเคมของมเทน คอ CH4 ประกอบดวยคารบอน 1 อะตอม และไฮโดรเจน 4 อะตอม

2. สตรเคม และการค านวณหาสตรโมเลกล

สตรเคมบอกถงโมเลกลหนงๆ มธาตใดอะไรบาง อยางละกอะตอม โดยสามารถค านวณได 2

แบบ ไดแก

2.1 สตรเอมพรคล สตรเอมพรคล (empirical formula) หรออาจเรยกวา สตรอยางงาย เปนสตรทแสดง

อตราสวนอยางต าของจ านวนอะตอมของธาตทรวมกนเปนสารประกอบ โดยจะตองทราบขอมลเกยวกบสารน นมธาตใดเปนองคประกอบ อตราสวนโดยน าหนกของธาตท งหมดทมอยเปนอยางไร ธาตเหลาน นมมวลอะตอมเทาไหร

ตวอยางท 4.5 จงค านวณหาสตรเอมพรคลของสารประกอบทมเปอรเซนตโดยน าหนกของ Fe และ O

เทากบ 72.4% และ 27.6% ตามล าดบ วธการค านวณ อตราสวนโดยน าหนก Fe : O = 74.4 : 27.6

อตราสวนโดยจ านวนอะตอมของ 74.4 27.6Fe : O = :

55.8 15.9

= 1.33 : 1.72 ท าใหเปนอตราสวนทเปนเลขจ านวนนอยๆ โดยการหารตลอดดวยจ านวนเลขทนอย

ทสด คอ 1.33

1.33 1.72 = :

1.33 1.33

= 1 : 1.29

86

เนองจาก 1.29 เปนจ านวนทปดท งไมได (0.1-0.2 ปดท งได 0.3-0.7 หามปดท ง และ 0.8-0.9 ปดข นเปน 1 ได) จะตองน าเลขจ านวนเตมมาคณจนกระทงปดได ดงน นจงคณตลอดดวยเลขจ านวนเตม 3 จะไดวา

= 1 x 3 : 1.29 x 3

= 3 : 3.87 จ านวน 3.87 สามารถปดข นได ดงน น Fe : O = 3 : 4 จะไดวา สตรเอมพรคล คอ Fe3O4

2.2 สตรโมเลกล สตรโมเลกล (molecular formula) เปนสตรเคมทแสดงวาสาร 1 โมเลกลประกอบดวย

อะตอมของธาตใดบาง อยางละกอะตอม ซงในการหาสตรโมเลกล เราจ าเปนตองทราบสตรเอมพรคล และมวลโมเลกลของสารน นกอน แลวจงท าการหาคา n และสตรโมเลกล จากความสมพนธ

มวลโมเลกล = (มวลของสตรเอมพรคล) x n

สตรโมเลกล = (สตรเอมพรคล)n เมอ n เทากบจ านวนเตม 1, 2, 3, …

ตวอยางท 4.6 จงหาสตรโมเลกลของสารประกอบทมสถานะแกสชนดหนง ประกอบดวยอะตอม C

85.7% และ H = 14.3% และมปรมาตร 1 ลตร ท STP หนก 2.5 กรม

วธการค านวณ อตราสวนโดยน าหนก C : H = 85.7 : 14.3

อตราสวนโดยจ านวนอะตอมของ 85.7 14.3C : H = :

12 1

= 7.14 : 14.3 ท าใหเปนอตราสวนทเปนเลขจ านวนนอยๆ โดยการหารตลอดดวยจ านวนเลขทนอย

ทสด คอ 7.14

7.14 14.3 = :

7.14 7.14

= 1 : 2.00 จะไดวา สตรเอมพรคล คอ CH2

สตรโมเลกลเปน (CH2)n และ มวลโมเลกล = (มวลของสตรเอมพรคล) x n

ค านวณหามวลโมเลกลของสารประกอบน หาไดจากโจทยก าหนดให แกสมปรมาตร 1 ลตร ท STP หนก 2.5 กรม

87

g V =

Mw 22.4

2.5 1 =

Mw 22.4

มวลโมเลกล (Mw) เทากบ 56

ดงน น หา n ไดจาก มวลโมเลกล = (มวลของสตรเอมพรคล) x n

แทนคา 56 = ((12 x 1) + (1 x 2)) x n

n = 4

สามารถหาสตรโมเลกลของสารประกอบได นนคอ (CH2)4 เทากบ C4H8

ส าหรบการบอกปรมาณของสาร นยมใชเปนหนวยโมล ซงหมายถงปรมาณของสารทมจ านวนอนภาคเทากบจ านวนอะตอมของ C-12 ทมมวล 12 กรม จากทไดกลาวมาแลววา C-12 จ านวน 1 อะตอม มมวล 12.00 x 1.66 x 10-24 กรม ดงน นจงสามารถค านวณหาจ านวนอะตอมของ C-12 ทมมวล 12 กรมได โดยปรมาณของสารจะมจ านวนอนภาคเทากบ 6.02 x 1023 (เลขอาโวกาโดร) คดเปนปรมาณ 1 โมล

3. โมล

โมล (mole) เปนหนวยบอกจ านวนอนภาคของสาร จะท าใหทราบจ านวนอนภาคของสารน นได ซงหนงโมลอะตอมของธาตใดๆ จะมน าหนกเทากบน าหนกอะตอมของธาตน นๆ ในหนวยกรม ส าหรบหนงโมเลกล จะประกอบดวยจ านวนโมเลกลเทากบเลขอาโวกาโดร และมมวลหนวยเปนกรม เชน คารบอนไดออกไซด (CO2) หนก 44 กรม จะมจ านวน 1 โมล และจ านวนโมเลกล เทากบ 6.02 x 1023

(เลขอาโวกาโดร) ถามคารบอนไดออกไซดเพยง 22 กรม จะมจ านวน 22 1 =

44 2 โมล และมจ านวน

โมเลกล เทากบ 23 231 × 6.02 × 10 = 3.01 × 102

ดงน น จ านวนโมลของสารใดๆ หาไดโดยใชสตร

ทวไป ดงน

จ านวนโมล = น าหนกของสารน นมวลอะตอม หรอ มวลโมเลกล

นอกจากน ปรมาณของสารในหนวยโมลยงมความสมพนธกบปรมาณอนๆ ดงน

88

ปรมาตรตอโมลของแกส ในกรณทสารมสถานะเปนแกส สาร 1 โมล มปรมาตรเทากบ 22.4 ลกบาศกเดซเมตร (dm3) หรอลตร (L) หรอจ านวนโมลหาไดจากการน าปรมาตรในหนวยลกบาศกเดซเมตร (cm3) ซงวดท STP (standard temperature pressure, ทอณหภม 0°C และความดน 1

atm) มาหารดวย 22.4

จ านวนอนภาคตอโมลของสาร ในทกสถานะสาร 1 โมลมจ านวนอนภาคเทากบ 6.02 x 1023 อนภาค เรยกวา เลขอาโวกาโดร (Avogadro’s number) หรอจ านวนโมลหาไดจากการน าจ านวนอนภาคมาหารดวย 6.02 x 1023

23

ปรมาตร จ านวนอนภาคจ านวนโมล = =

22.4 6.02 × 10

ตวอยางท 4.7 ถามแกสแอมโมเนย (NH3) หนก 15.35 กรม จงค านวณหา (ก) จ านวนโมล (ข) จ านวนโมเลกล และ (ค) ปรมาตรท STP

วธการค านวณ มวลโมเลกลของแกสแอมโมเนย (NH3) เทากบ (14 x 1) + (1 x 3) = 17

(ก) จ านวนโมลของ NH3 15.35

= = 0.9017

โมล

(ข) 1 โมล ของ NH3 มจ านวนโมเลกล 6.02 x 1023 โมเลกล

0.90 โมล ของ NH3 มจ านวนโมเลกล 23

230.90 × 6.02 × 10 = 5.42 × 10

1

โมเลกล

(ค) ท STP 1 โมล ของ NH3 มปรมาตร 22.4 ลตร

0.90 โมล ของ NH3 มปรมาตร 0.90 × 22.4 = 20.16

1 ลตร

ตวอยางท 4.8 ถามแกสออกซเจนหนก 64.0 กรม ท STP จะมปรมาตรเทาใด

วธการค านวณ มวลโมเลกลของแกสออกซเจน (O2) เทากบ (16 x 2) = 32

จ านวนโมล = น าหนกของสารน นมวลอะตอม หรอ มวลโมเลกล

จ านวนโมลของ O2 64

= = 232

โมล

ท STP 1 โมล ของ O2 มปรมาตร 22.4 ลตร

2 โมล ของ O2 มปรมาตร 2 × 22.4 = 44.8

1 ลตร

89

ตวอยางท 4.9 อากาศประกอบดวยแกสไนโตรเจน N2 จ านวน 78% อยากทราบวา อากาศปรมาตร 1 cm3 ท STP ประกอบดวย N2 กโมเลกล

วธการค านวณ อากาศปรมาตร 100 cm3 ม N2 78 cm3

อากาศปรมาตร 1 cm3 ม N2 78 × 1

= 0.78100

cm3 หรอ 0.00078 ลตร

ท STP N2 ปรมาตร 22.4 ลตร มจ านวน 1 โมล

N2 ปรมาตร 0.00078 ลตร มจ านวน 0.00078 × 1 = 0.0000348

22.4= 3.48 x 10-5 โมล

และ 1 โมล ของ N2 มจ านวนโมเลกล 6.02 x 1023 โมเลกล

3.48 x 10-5 โมล ของ N2 มจ านวนโมเลกล -5 233.48 x 10 × 6.02 × 10

1

18= 20.95 x 10 หรอ 172.095 x 10 โมเลกล

โมเลกลของสารแตละชนด ประกอบดวยจ านวนอะตอม และชนดของธาตทแตกตางกน เชน โมเลกลน า (H2O) ประกอบดวยธาต H จ านวน 2 อะตอม และธาต O จ านวน 1 อะตอม ดงน นในองคประกอบของโมเลกลน ามมวลรอยละของธาตทแตกตางกน จงจะขอกลาวในหวขอถดไป

4. การค านวณรอยละองคประกอบของสารประกอบ

ในการค านวณหามวลอะตอมของธาตจากสตรเคม จ าเปนจะตองทราบสตรโมเลกลของสารประกอบน นๆ (เคยกลาวมาแลวในหวขอ 2.2) ซงในหวขอน จะใชความสมพนธของมวลอะตอมของธาตทเปนองคประกอบในสตรโมเลกล เพอหารอยละของธาตแตละธาตทเปนองคประกอบ ดงน

รอยละของธาต = มวลอะตอม

× 100มวลโมเลกล

ตวอยางท 4.10 จงหารอยละของธาตในโมเลกลน าตาลกลโคส (C6H12O6)

วธการค านวณ มวลโมเลกลของน าตาลกลโคส (C6H12O6) = ((12 x 6) + (1 x 12)+ (16 x 6)) =

180

รอยละของธาต C 12 x 6

= x 100 = 40180

รอยละของธาต H 1 x 12

= x 100 = 6.67180

90

รอยละของธาต O 16 x 6

= x 100 = 53.33180

ตวอยางท 4.11 จงหารอยละของธาต H ในเอทานอล

วธการค านวณ มวลโมเลกลของเอทานอล (C2H5OH) = ((12 x 2) + (1 x 6)+ (16 x 1)) = 46

รอยละของธาต H 1 x 6

= x 100 = 13.0446

การหาความสมพนธในปฏกรยาเคม จ าเปนตองค านวณจากสมการเคมทดลแลว จงจะสามารถแสดงความสมพนธของปรมาณสารทเปนจ านวนโมล จ านวนมวลสาร จ านวนโมเลกล และปรมาตรในสมการได

5. สมการเคม สมการเคม (chemical equation) เปนการเขยนแสดงชนดและปรมาณของสารในปฏกรยา

เคม โดยใชสตรเคมเขยนแสดงสารต งตนไวทางซายและผลตภณฑไวทางขวา และใชลกศรอยระหวางกลางสารต งตนและผลตภณฑโดยช ไปทผลตภณฑ

การเขยนสมการเคม จะตองเขยนสตรเคมของสารต งตนแตละชนดได ตองทราบวาในปฏกรยาเคมหนงเกดสารผลตภณฑใดข นบาง และตองเขยนสตรเคมของสารผลตภณฑได เมอเขยนสมการเคมแสดงปฏกรยาแลวใหดลสมการเคม คอ ใหจ านวนอะตอมของธาตทกชนดทางซายเทากบทางขวา โดยใชเปนตวเลขทน าหนาสญลกษณของสารน นๆ ซงหมายถง จ านวนโมลของสารในการท าปฏกรยากนพอด ตวอยางเชน สารต งตน (reactant) แกสไนโตรเจน 1 โมล ท าปฏกรยากบแกสไฮโดรเจน 3 โมล ไดผลตภณฑ (product) เปนแกสแอมโมเนย จ านวน 2 โมล เกดข น ดงสมการ

2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)

การเขยนสมการเคมม 2 แบบ ไดแก

5.1 แบบโมเลกล เรยกวา สมการโมเลกล (molecular equation) แสดงปฏกรยาระหวางโมเลกลของสาร โดยอาจจะแสดงสถานะทางกายภาพของสารดวยตวอกษรยอในวงเลบ เชน ของแขง (solid, s) ของเหลว (liquid, l) กาซ (gas, g) และสารละลายในน า (aqueous, aq) สมการโมเลกลทดลจะตองมจ านวนอะตอมของแตละธาต เท ากน โดยใชตว เลขท เปนอตราสวนอยางต า (ทบวงมหาวทยาลย, 2541, หนา 30) ตวอยางเชน

4 8 2 2 2C H (g) + O (g) CO (g) + H O (g)

91

จากสมการยงไมไดดล เนองจากจ านวนอะตอมของ C H และ O ทางซายและทางขวาของลกศรไมเทากน ตองดลโดยการเตมตวเลขสมประสทธลงขางหนาของแตละโมเลกลทเกยวของ เมอดลสมการแลวได ดงน

4 8 2 2 2C H (g) + 6O (g) 4CO (g) + 4H O (g)

ตวอยางอนๆ ของสมการโมเลกลทดลแลว ไดแก

4 10 2 2 2Δ13

C H (g) + O (g) 4CO (g) + 5H O (g)2

12 22 11 2 2 5 2C H H (s) + H O (l) 4C H OH (l) + 4CO (g)

5.2 แบบไอออน เรยกวา สมการไอออน (ionic equation) เปนการเขยนสตรของสาร

ต งตนและผลตภณฑเปนไอออนหรอโมเลกล ข นอยกบวาสารประกอบเปนสารประกอบอเลกโทรไลตแก (strong electrolyte) หรออเลกโทรไลตออน (weak electrolyte) หรอนอนอเลกโทรไลต (non-

electrolyte) ซงจะเขยนเฉพาะไอออนและโมเลกลทจ าเปนและเกดปฏกรยาเทาน น (สธาทพย ศรไพศาลพพฒน, 2551, หนา 99)

วธการเขยนสมการไอออน ใหพจารณาวาสารในสมการโมเลกลเปนสารชนดใด ถาเปนสารอเลกโทรไลตแก ตองเขยนสตรเปนสตรไอออน ถาเปนสารอเลกโทรไลตออน สารทไมละลายน า สารทตกตะกอน หรอสารเปนแกส ใหเขยนเปนสตรโมเลกล ซงเรยกสมการน วา สมการไอออนกรวม (complete ionic equation) เมอหกลางไอออน หรอโมเลกลทปรากฏเหมอนกนท งซายมอและขวามอของสมการ จะไดสมการไอออนกสทธ (net ionic equation) การเขยนสมการไอออนก ตวอยางเชน 1) สมการโมเลกล

3 3AgNO (aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO (aq)

สมการไอออนกรวม 3 3Ag (aq) + NO (aq) + Na (aq) + Cl (aq) AgCl(s) + Na (aq) + NO (aq)

สมการไอออนกสทธ

Ag + Cl AgCl(s)

2) สมการโมเลกล

2HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H O(l)

สมการไอออนกรวม

2H (aq) + Cl (aq) + Na (aq) + OH (aq) Na (aq) + Cl (aq) + H O(l)

สมการไอออนกสทธ

2H (aq) + OH (aq) + H O(l)

92

สมการเคมเปนสงทเขยนแทนปฏกรยาเคม ซงบอกใหทราบถงชนดของสารทเขาท าปฏกรยากน และชนดของผลตภณฑได นอกจากน สมการเคมทดลแลวยงสามารถบอกรายละเอยดถงความสมพนธเชงปรมาณของสารตางๆ ทเกยวของในปฏกรยาได สามารถน าไปประยกตใชในการค านวณหาปรมาณสารต งตนทประหยดทสด เพอใหไดผลตภณฑทมปรมาณตามตองการ

6. การค านวณปรมาณสารสมพนธ สมการเคมแสดงความสมพนธเชงปรมาณของสารตางๆ ทเกยวของในปฏกรยา ตวเลข

สมประสทธขางหนาสตรเคมของสารน นๆ แสดงปรมาณสารสมพนธ เชน จ านวนโมล จ านวนโมเลกล มวล และปรมาตรระหวางสารต งตนและผลตภณฑ ตวอยางเชน

3 8 2 2 2C H (g) + 5O (g) 3CO (g) + 4H O(g)

จ านวนโมล 1 5 3 4

จ านวนโมเลกล 1 x 6.02 x 1023 5 x 6.02 x 1023 3 x 6.02 x 1023 4 x 6.02 x 1023

มวล (g) 1 x 44 5 x 32 3 x 44 4 x 18

ปรมาตร (ท STP, dm3) 1 x 22.4 5 x 22.4 3 x 22.4 4 x 22.4

6.1 สารก าหนดปรมาณ

การเขาท าปฏกรยาของสารจะมอตราสวนโมลตอโมลทคงทแนนอนตามกฎสดสวนคงท ซงมขอสรปวา สารประกอบแตละชนดจะมอตราสวนโดยมวลของธาตทรวมกนเปนสารประกอบคงทเสมอ (สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย , ม.ป.ป.) แตถาสารต งตนทท าปฏกรยาหมดกอนสารอน จงเปนตวก าหนดวาปฏกรยาหนงสามารถเกดผลตภณฑตามปฏกรยาเคมน นไดมากทสดเทาใด เรยกสารทท าปฏกรยาหมดกอนน วา สารก าหนดปรมาณ (limiting reagent) ตวอยางเชน

2 3CO(g) + 2H (g) CH OH(g) จะเหนไดวา CO 1 โมล ท าปฏกรยากบ H2 2 โมล เกด CH3OH

ข น 1 โมล ปฏกรยาการเกด CH3OH แสดงดงภาพท 4.1

ภาพท 4.1 สารก าหนดปรมาณของปฏกรยาเคมการเกดเมทานอล


93

ถาเรมตนปฏกรยาม H2 6 โมเลกล และ CO 4 โมเลกล เมอส นสดปฏกรยา H2 จะตองถกใชหมดกอน และ CO ถกใชอยางมากทสด 3 โมเลกล และคงเหลอ 1 โมเลกล ดงน น H2 จงเปนสารก าหนดปรมาณ

ตวอยางท 4.12 ปฏกรยาการเกดยเรย ((NH2)2CO) สามารถเตรยมไดจาก

3 2 2 2 2 2NH (g) + CO (g) (NH ) CO (aq) + H O(l)

ในกระบวนการผลตยเรยจะเกดข นกกรม เมอใช NH3 จ านวน 637.2 กรม ท าปฏกรยากบ CO2 จ านวน 1142 กรม จงหาสารใดเปนสารก าหนดปรมาณ สารใดเหลอและเหลอกกรม

วธการค านวณ NH3 จ านวน 637.2 g 637.2 (g)

= = 37.48 mol17 (g/mol)

CO2 จ านวน 1142 g 1142 (g)

= = 25.95 mol44 (g/mol)

พจารณาจากสมการจะเหนไดวา NH3 2 mol ท าปฏกรยาพอดกบ CO2 1 mol

ดงน น NH3 37.48 mol ท าปฏกรยาพอดกบ CO2 37.48

= = 18.74 mol2

แตม CO2 อย 25.95 mol ดงน น CO2 มากเกนพอ และจะม CO2 ทเหลอจากปฏกรยา 25.95-18.74 = 7.21 mol หรอ 7.21 (mol) x 44 (g/mol) = 317.24 g สวน NH3 เปนสารก าหนดปรมาณ

จากสมการ NH3 2 mol เตรยม (NH2)2CO ได 1 mol

เพราะฉะน น NH3 37.48 mol เตรยม (NH2)2CO ได 1 37.48= = 18.74 mol

2

หรอ

เตรยม (NH2)2CO ได = 18.74 (mol) x 60 (g/mol) = 1124.4 g

ตวอยางท 4.13 จากสมการเคม 2

2 3 2

2C(s) + O (g) 2CO(g)

Fe O (s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO (g)

ถามแกส O2 อย 560 กรม แกส Fe2O3 อย 683.5 กรม และ C อย 1600 กรม จงค านวณหาน าหนกของเหลกทจะเตรยมได วธการค านวณ การหาความสมพนธของปรมาณสารของสารในสมการเคมเหลาน ท าใหสมการมความสมพนธตอเนองกน และเปรยบเทยบตวเลขสมประสทธ ดงน

94

2

2 3 2

3 2C(s) + O (g) 2CO(g)

2 Fe O (s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO (g)

จะเหนไดวา C 6 mol ท าปฏกรยากบ O2 3 mol ให CO 6 mol แลวท าปฏกรยาตอกบ

Fe2O3 2 mol เกดเปน Fe 4 mol และ CO2 6 mol

ม O 560 (g)

= = 17.5 mol32 (g/mol)

ม Fe2O3 683.5 (g)

= = 4.28 mol159.7 (g/mol)

ม C 1600 (g)

= = 133.33 mol12 (g/mol)

หาสารก าหนดปรมาณ

O 17.5= = 5.83

3

Fe2O3 4.28

= = 2.142

C 133.33= = 22.22

6

อตราสวนโมลหรอเลขสมประสทธ ของ Fe2O3 นอยทสด ดงน น Fe2O3 จงเปนสารก าหนดปรมาณ

จากสมการ Fe2O3 2 mol เตรยม Fe ได 4 mol

Fe2O3 2.14 mol เตรยม Fe ได 4 2.14= = 4.28 mol

2

หรอ

= 4.28 (mol) × 55.85 (g/mol)

= 239.04 g

เพราะฉะน น ปรมาณของ Fe ทเตรยมได เทากบ 239.04 กรม

6.2 ผลไดรอยละ

ในหองปฏบตการน น การทดลองผลตภณฑทไดปกตแลวจะมคานอยกวาทฤษฎ เนองจากอาจเกดปฏกรยานอกเหนอจากทเราตองการ ดงน นจงจ าเปนตองหาผลไดรอยละ (percent

yield) ซงหมายถง รอยละของผลผลตซงเปรยบเทยบผลไดจรงกบผลไดตามทฤษฎ มคาต งแตรอยละ 0 ถง 100 ผลไดรอยละสามารถหาความสมพนธได ดงสมการ (Goldberg, 2007, p. 281)

95

ผลไดรอยละ= × 100ผลไดตามทฤษฎ

ตวอยางท 4.14 ผลการทดลองจากการท าปฏกรยาของ PCl3 10.0 กรม กบ Cl2 ทมากเกนพอ ท าใหไดผลตภณฑ PCl5 จ านวน 14.1 กรม จงหาปรมาณผลไดรอยละของ PCl5

3 2 5 PCl (l) + Cl (g) PCl (s)

วธการค านวณ PCl3 จ านวน 10.0 g 10 (g)

= = 0.072 mol138 (g/mol)

จากสมการ PCl3 1 mol เตรยม PCl5 ได 1 mol

PCl3 0.072 mol เตรยม PCl5 ได = 0.072 mol หรอ

เตรยม PCl5 ได = 0.072 (mol) x 209 (g/mol) = 15.048 g

ดงน น ผลทไดตามทฤษฎ เทากบ 15.048 กรม และผลไดจรง เทากบ 14.1 กรม (โจทยก าหนด)

แทนคาในสมการ


ผลไดรอยละ 14.1= × 100 = 93.7

15.048

เพราะฉะน น ผลไดรอยละของ PCl5 เทากบ 93.7%

ตวอยางท 4.15 จงหาปรมาณของ O3 ทไดจากการผลต โดยใช O2 1.47 กรม ใหไดผลไดรอยละ เทากบ 7.55%

2 33O (g) 2O (s)

วธการค านวณ จากสมการ O2 3 mol หรอ 96 g เตรยมได O3 ได 2 mol หรอ 96 g

O2 1.47 g เตรยมจาก O3 ได 99 × 1.47= = 1.47 g

96

ดงน น ผลไดตามทฤษฎ เทากบ 1.47 กรม

แทนคา ผลไดตามทฤษฎ เทากบ 1.47 และผลไดรอยละ เทากบ 7.55% (โจทยก าหนด) ลงในสมการ

ผลไดจรง


96


ผลไดจรง 1.47 × 7.55= = 0.111

100กรม

เพราะฉะน น ปรมาณของ O3 ทได เทากบ 0.111 กรม

ปฏกรยาเคมทเกดข น จ าเปนตองใชสมการเคม เพอใชในการค านวณหาปรมาณสารทเกยวของ อตราสวนทเขาท าปฏกรยา และสารผลตภณฑทเกดข น และน าไปใชประโยชนในการเตรยมสารในหองปฏบตการ และในทางอตสาหกรรมได

บทสรป

ปรมาณสมพนธ เปนความสมพนธเชงปรมาณขององคประกอบของสาร มวลอะตอม โมเลกล สตรเคมของสาร และปฏกรยาเคมหรอสมการเคมทเกยวของ ซงมความส าคญอยางยง ในการคาดคะเนหรอค านวณปรมาณสารทตองใชเปนสารต งตน เพอใหไดปรมาณสารผลตภณฑตามทตองการ นอกจากน ยงสามารถอธบายไดวา สารต งตนใดหมดหรอสารต งตนใดทเหลอ และเหลอจ านวนเทาใด ตลอดจนผลตภณฑทเกดข นจากปฏกรยามปรมาณมากทสดเทาใด


97


1. เมอเอา NaCl 5.85 g ละลายในน า 100 cm3 แลวเอาสารละลายทไดผสมกบสารละลาย AgNO3

เขมขน 4 mol/L ปรมาตร 500 cm3 อยากทราบวามตะกอนของ AgCl เกดข นก g 3 3NaCl(aq) + AgNO (aq) NaNO (aq) + AgCl(s)

2. จงหารอยละของผลทไดเมอน า CaCO3 20 กรม ท าปฏกรยากบกรด HCl 6 mol/dm3 จ านวน 500 cm3 พบวาเกด CO2 0.56 dm3 ท STP

3 2 2 2CaCO (s) + 2HCl(aq) H O(l) + CO (g) + CaCl (aq)

4. สารบรสทธชนดหนงประกอบดวยไฮโดรเจน 0.250 g คารบอน 1.5 g และคลอรน 8.875 g จงหาสตรอยางงายของสารน

5. 4 3 2 2 33CCl + 2SbF 3CCl F + 2SbCl จากสมการเมอใช CCl4 ปรมาณ 30.4 กรม ผสมกบ SbF3 17.9 กรม สารใดเปนสารก าหนดปรมาณ และจะเกด CCl2F2 กกรม

6. ขอตอไปนกลาวผด และจงอธบายใหมใหถกตอง 6.1 O มมวล 1 อะตอมเทากบ 16 x 6.02 x 1023 กรม 6.2 CO2 มมวล 1 โมเลกลเทากบ 44 กรม 6.3 CaCO3 บรสทธ (มวลโมเลกล 100 g/mol) จ านวน 4.86 โมล คดเปน 48.6 กรม

7. สมมตธาต X ม 3 ไอโซโทปในธรรมชาต คาเฉลยมวลอะตอมเฉลยจะเปนเทาใด 8. ปยแอมโมเนยไนเตรต (NH4NO3) มธาตไนโตรเจนเปนองคประกอบกเปอรเซนต 9. สารประกอบชนดหนงประกอบดวยคารบอน 24.3% ไฮโดรเจน 4.1% และคลอรน 71.6% คด

โดยมวล ถาสารนมมวลโมเลกล 99 สตรโมเลกลของสารนคออะไร 10. 2C + O CO

2 3 2Fe O + CO Fe + CO

จากสมการ (ยงไมดลสมการ) จะตองใช O2 ปรมาตรกลตร เพอไปรดวซ Fe2O3 2 kg 11. กาช O2 มกโมลในปฏกรยาสนดาปไมสมบรณดงสมการเคม

3 4 2 2C H + O CO + H O

12. 2 24Li + O 2Li O จากสมการเคม จะสามารถเตรยม Li2O ไดมากทสดกกรม เมอม Li

อย 10 กรม และ O2 1.5 กรม

ไอโซโทปท %ในธรรมชาต มวลอะตอม

1 80 12 2 15 13 3 5 14

98

13. 2 3 3 2BaCl + 2AgNO Ba(NO ) + 2AgCl เมอผสม BaCl2 0.5 mol/L ปรมาตร 500 cm3

และ AgNO3 หนก 42.5 กรม สารใดเหลอ และเหลอจ านวนกกรม

14. จากขอ 13 จะเกดตะกอน AgCl กกรม 15. จงหารอยละองคประกอบธาตของสารประกอบแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3)

99


ทบวงมหาวทยาลย. (2541). เคม 1. พมพคร งท 11. กรงเทพฯ: อกษรเจรญทศน. สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย . (ม.ป.ป.). พจนานกรมศพทวทยาศาสตร

คณตศาสตร และเทคโนโลย (ESCIVOCAB). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 1 กมภาพนธ 2560 จาก https://escivocab.ipst.ac.th/search





สารละลาย


1. แนวความคดเกยวกบสารละลาย และชนดของสารละลาย

2. กระบวนการเกดสารละลาย

3. ความเขมขนของสารละลาย

4. ปจจยตอการละลายได 5. การเตรยมสารละลาย



1. อธบายแนวความคดเกยวกบสารละลายได 2. ระบชนดของสารละลายและปจจยตอการละลายได 3. อธบายกระบวนการเกดสารละลายได 4. ค านวณความเขมขนของสารละลายได 5. เขาใจและเตรยมสารละลายได



2. ชมวดโอการเตรยมสารละลาย แบงผเรยนเปนกลมยอย แสดงการค านวณความเขมขนและขนตอนการเตรยมสารละลายในแบบฝกหด เพอน าเสนอหนาหองเรยน พรอมกนอภปราย





3. วดโอการเตรยมสารละลาย


102




2. ความถกตองในการค านวณความเขมขนและเตรยมสารละลาย และน าเสนอเปนกลมในหองเรยน



บทท 5

สารละลาย

ในรางกายของมนษยเรามสวนหนงทเรยกวา พลาสมา หรอน าเลอด คอ สวนทเปนของเหลวในเลอด พลาสมาของมนษยมสเหลองออนคอนขางใส ซงของเหลวในเลอดนจดเปนสารละลายในน าประกอบดวย น าเปนสวนประกอบทส าคญอยประมาณ 90% และอก 10% เปนโปรตนหลายชนดและสารประกอบอนทรยอนๆ โดยปรมาณน าทมมากกวาจงเปนสารตวท าละลาย และโปรตนหลายชนดและสารประกอบอนทรยอนๆ เปนสารตวถกละลาย ดงนน ในบทนจงอธบายถงความหมายของสารละลาย ชนดของสารละลาย กระบวนการละลาย ปจจยทมผลตอการละลายได และการค านวณความเขมขนของสารละลาย ตลอดจนวธการเตรยมสารละลาย

1. แนวความคดเกยวกบสารละลาย และชนดของสารละลาย

สารละลาย (solution) หมายถง สารเนอเดยวทประกอบดวยองคประกอบส าคญ 2 สวน ประกอบดวย สารตวท าละลาย (solvent) กบ สารตวถกละลาย (solute) ถาตวถกสารละลายและตวท าละลายมสถานะเดยวกนกบสารละลาย สารทมปรมาณมากกวาจะเปนตวท าละลาย ตวอยางเชน ทองเหลอง เปนโลหะผสมระหวางทองแดง (มากกวารอยละ 55) และสงกะส (4-45%) ดงนนทองแดงจงเปนตวท าละลายเพราะมปรมาณมากกวาสงกะส แตถาสารทงสองมสถานะแตกตางกน สารทมสถานะเดยวกนกบสารละลายเปนตวท าละลาย ตวอยางเชน น าเชอม มสถานะของเหลวประกอบดวยตวท าละลาย คอ น า ซงมสถานะเดยวกนกบสารละลาย สวนตวถกละลาย คอ น าตาล

ชนดของสารละลาย แบงตามสถานะได 3 ชนด ไดแก สารละลายแกส สารละลายของเหลว สารละลายของแขง โดยสถานะของตวถกละลายม 3 ชนดเชนเดยวกนในตวท าละลายแตละชนด แสดงดงตารางท 5.1

ตารางท 5.1 ชนดของสารละลาย

สถานะของสารละลาย ชนดตวถกละลายในตวท าละลายในแตละสถานะ

ตวอยาง

สารละลายแกส แกสในแกส อากาศ (O2 และอนๆ ใน N2)

ของเหลวในแกส อากาศชน (น าในอากาศ)

ของแขงในแกส ไอของ I2 (ของแขง) ในอากาศ

104

ตารางท 5.1 ชนดของสารละลาย (ตอ) สถานะของสารละลาย ชนดตวถกละลายในตวท า

ละลายในแตละสถานะ

ตวอยาง

สารละลายของเหลว แกสในของเหลว น าโซดา (CO2 ในน า) ของเหลวในของเหลว แอลกอฮอลในน า ของแขงในของเหลว เกลอแกงในน า

สารละลายของแขง แกสในของแขง H2 ใน Pd

ของเหลวในของแขง Hg ใน Hg

ของแขงในของแขง โลหะเจอ เชน Cu ใน Zn

ทมา: ทบวงมหาวทยาลย, 2541, หนา 241

สารละลายชนดของแขงในของแขงยงแบงออกเปน 2 ชนด ไดแก สารละลายของแขงแบบแทนท (substitutional solid solution) เปนการแทนทของอนภาคหนงแทนทอนภาคอกสารหนงในโครงสราง เชน การแทนทไอออน Li และ Cr เขาไปแทนทไอออน Ni เปนบางแหงในโครงสราง face-

centered cubic ของโมเลกล NiO (Khemprasit and Khumpaitool, 2015) และสารละลายของแขงแบบสอดแทรก (interstitial solid solution) จะมอนภาคของสารหนงเขาไปอยในชองวาง (ชองวางทรงสหนา หรอชองวางทรงแปดหนา) ระหวางอนภาคของสารหนง เชน ทงสเตนคารไบด (WC) จะมอะตอมของ C แทรกอยในชองวางทรงแปดหนาของ W (ทบวงมหาวทยาลย, 2541, หนา 242)

สารจะละลายซงกนและกนเกดเปนสารละลายไดนน อนภาคของตวถกละลายจะตองสามารถแทรกกระจายเขาไปอยระหวางอนภาคของตวท าละลายไดอยางทวถง ซงความสามารถทตวถกละลายจะละลายไดในตวท าละลาย สามารถวดไดจากความเขมขนของสารละลายอมตวทอณหภมหนงๆ

2. กระบวนการเกดสารละลาย

กระบวนการของการเกดการละลายนน เกดจากการทอนภาคของตวถกละลายจะเขาไปแทรกตวอยระหวางอนภาคของตวท าละลาย ซงจะละลายไดหรอไมขนอยกบแรงดงดดระหวางโมเลกลของตวท าละลายกบตวท าละลาย แรงดงดดโมเลกลระหวางตวท าละลายกบตวถกละลาย และแรงดงดดระหวางโมเลกลตวถกละลายกบตวถกละลาย ตวอยางเชน การละลายของเกลอแกง (NaCl)

ในน า แสดงดงภาพท 5.1 ซงเกลอแกงเปนสารประกอบไอออนก จะละลายน าไดดตองมแรงดงดดระหวางขวของน ากบไอออนบวกและไอออนลบของ NaCl ซงสงมากพอทจะหกลางแรงดงดดระหวาง

105

ไอออนบวกและไอออนลบในโครงสรางผลกของ NaCl ได ท าใหไอออนหลดจากโครงสรางผลก และโมเลกลน าเขาลอมรอบไอออนทงสอง เนองจากเกดแรงดงดดระหวางไอออนบวกกบอะตอมออกซเจนของน าทมสภาพขวลบ หรอระหวางไอออนลบกบอะตอมไฮโดรเจนของน าทมสภาพขวบวก สมการเคมของการละลายของเกลอแกงในน าสามารถเขยนได ดงน

2H O(l) + -NaCl(s) Na (aq) + Cl (aq)

ภาพท 5.1 (ก) สภาพขวของโมเลกลน า และ (ข) กระบวนการเกดการละลายของเกลอแกงในน า

ทมา: Averill, 2012, pp. 405, 407

โดยทวไปตวถกละลายและตวท าละลายจะละลายซงกนและกนได สารทงสองชนดจะตองมสมบตเหมอนกน ตามกฎ like dissolves like คอ ตวถกละลายทมขวจะละลาย (soluble) ในตว

ท าละลายทมขว เพราะแรงดงดดระหวางโมเลกลมขวเปนแรงไดโพล-ไดโพล (dipole-dipole) แตจะไมละลาย (insoluble) ในตวท าละลายทไมมขว ในท านองเดยวกนตวถกละลายทไมมขวจะละลายในตวท าละลายทไมมขว เพราะโมเลกลทไมมขวมแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแรงแวนเดอรวาลสเหมอนกน ตวอยางของความสามารถในการละลายของสารประกอบอนทรยในตวท าละลายแตละชนด แสดงดงภาพท 5.2

106

ตวถกละลาย

ภาพท 5.2 การละลายของสารประกอบอนทรยในตวท าละลายชนดตางๆ

ทมา: Montes, Lai, and Sanabria, 2003

การละลายของตวถกละลายในตวท าละลาย นยมบอกปรมาณในหนวยความเขมขนตางๆ ไดแก รอยละโดยน าหนก รอยละโดยปรมาตร รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร โมลารตหรอโมลาร โมแลลตหรอโมแลล เศษสวนโมล และสวนในลานสวน ซงจะขอกลาวถงความเขมขนเหลานในหวขอถดไป

3. ความเขมขนของสารละลาย

ปรมาณของสารทเปนตวถกละลาย ซงละลายอยในตวท าละลายหรอสารละลายปรมาณหนง เรยกวา ความเขมขน (concentration) ของสารละลาย โดยหนวยความเขมขนทจะขอกลาวในทน ไดแก

3.1 หนวยรอยละ ม 3 ชนด ไดแก

3.1.1 รอยละโดยน าหนก หมายถง น าหนกของตวถกละลายทละลายอยในสารละลาย 100 หนวยน าหนกเดยวกน

รอยละโดยน าหนก = มวลของ

×100มวลของสารละลาย

107

3.1.2 รอยละโดยปรมาตร หมายถง ปรมาตรของตวถกละลายทละลายอย ในสารละลาย 100 หนวยปรมาตรเดยวกน

รอยละโดยปรมาตร = ละลาย

×100ปรมาตรของสารละลาย

3.1.3 รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร หมายถง น าหนกของตวถกละลายทละลายอยในสารละลาย 100 หนวยปรมาตร

รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร = ละลาย

× 100ปรมาตรของสารละลาย

ตวอยางท 5.1 สารละลาย HCl เขมขน 5% โดยปรมาตร จ านวน 500 cm3 จะม HCl ปรมาตรเทาใด

วธการค านวณ ใชการเทยบบญญตไตรยางศ

สารละลาย 100 cm3 ม HCl อย 5 cm3

สารละลาย 500 cm3 ม HCl อย 5 × 500

= = 25100

cm3

หรอ ใชสตร รอยละโดยปรมาตร = ละลาย


แทนคาจากโจทยก าหนดรอยละโดยปรมาตร (5%) และปรมาตรของสารละลาย (500

cm3)

ลงในสตร

สามารถหาปรมาตรของสารถกละลาย = 500 × 5

= 25100

cm3

เพราะฉะนน HCl มปรมาตร 25 ลกบาศกเซนตเมตร

ตวอยางท 5.2 เมอใช NaOH 10 กรม ในการเตรยมสารละลายใหมความเขมขน 15% โดยน าหนกตอปรมาตร จะไดสารละลายก cm3


ม NaOH 15 g อยในสารละลาย 100 cm3

ม NaOH 10 g อยในสารละลาย 10 × 100

= = 66.6715

cm3

หรอ ใชสตร รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร = ละลาย


ปรมาตรของตวถก

มวลของตวถก

ปรมาตรของตวถก


108

แทนคาจากโจทยก าหนดรอยละโดยน าหนกตอปรมาตร (15%) และมวลของตว

ถกละลาย (10 g) ลงในสตร

สามารถหาปรมาตรของสารละลาย = 10 × 100

= 66.6715

cm3

เพราะฉะนน สารละลาย NaOH มปรมาตร 66.67 ลกบาศกเซนตเมตร

ตวอยางท 5.3 เมอน าเกลอแกง (NaCl) 200 กรม มาละลายในน า 300 กรม สารนมความเขมขน

กรอยละโดยน าหนก


ในสารละลาย (200+300) = 500 g ม NaCl อย 200 g

ในสารละลาย 100 g ม NaCl อย 200 × 100

= = 40500

g

หรอ ใชสตร รอยละโดยน าหนก = ละลาย

× 100มวลของสารละลาย

แทนคาจากโจทยก าหนดมวลของสารละลาย (200+300 = 500 g) และมวลของสารถกละลาย (200 g) ลงในสตร

สามารถหารอยละโดยน าหนก =200

× 100 = 40500

เพราะฉะนน สารละลายนมความเขมขน เทากบ 40 รอยละโดยน าหนก

3.2 โมลารต (molarity) หรอ โมลาร (molar) มสญลกษณยอเปน M หมายถง จ านวน

โมลของตวถกละลายทละลายในสารละลาย 1 ลกบาศกเดซเมตร หรอ 1 ลตร มหนวยเปน โมลตอลกบาศกเดซเมตร (mol/dm3) หรอ โมลตอลตร (mol/L)

โมลาร (M) = ละลายปรมาตรของสารละลาย

หนวย โมลตอลตร (mol/L)

ตวอยางท 5.4 แกสไฮโดรเจนคลอไรดหนก 328.5 กรม น าไปละลายน าจะไดกรดไฮโดรคลอรก 5 ลตร

กรดนมความเขมขนเปนก mol/L

วธการค านวณ หาจ านวนโมลของ HCl

จ านวนโมล = น าหนกของสารนนมวลอะตอม หรอ มวลโมเลกล


จ านวนโมลตวถก

109

แทนคาน าหนกของสาร (328.5 g) และมวลโมเลกลของ HCl = (1 x 1)+ (35.5 x 1) =

36.5 g/mol ลงในสตร

สามารถหาจ านวนโมล = 328.5

= 936.5

mol

ใชการเทยบบญญตไตรยางศ

สารละลาย 5 L ม HCl อย 9 mol

สารละลาย 1 L ม Hcl อย 9 × 1

= 1.8 5

mol

หรอ ใชสตร โมลาร (M) = ละลายปรมาตรของสารละลาย

แทนคาจ านวนโมลของตวถกละลาย (9 mol) และปรมาตรของสารละลาย (5 L) ลงในสตร

สามารถหา โมลาร 9

= = 1.8 5

mol/L

เพราะฉะนน สารละลายนมความเขมขน 1.8 โมลตอลตร

ตวอยางท 5.5 จงหาความเขมขนของสารละลายชนดหนง เมอตวถกละลาย NaOH เขมขน 150

กรมตอลตร

วธการค านวณ จากโจทย สารละลาย 1 L ม NaOH อย 150 g หรอ 150 (g)

= = 3.7540 (g/mol)

mol

เพราะฉะนน สารละลายนมความเขมขน 3.75 โมลตอลตร

ความสมพนธระหวางหนวยโมลารและหนวยรอยละ แบงไดเปน 2 กรณ 1) กรณความสมพนธระหวางหนวยโมลารกบรอยละโดยน าหนกตอปรมาตร สามารถค านวณได ดงน

โมลาร (M) = ×10

2) กรณความสมพนธระหวางหนวยโมลารกบรอยละโดยน าหนก และรอยละโดยปรมาตร ตองรความหนาแนน (d) ของตวถกละลายเพอใชในการค านวณได ดงน

รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร มวลโมเลกล

จ านวนโมลตวถก

110



ตวอยางท 5.6 กรดอะซตก หรอกรดน าสม (CH3COOH) เขมขน 5 mol/L มความหนาแนน 1.049 g/cm3 จงหาความเขมขนของสารละลายนเปนรอยละโดยน าหนก

วธการค านวณ จากสตร โมลาร (M) = ×10

หามวลโมเลกลของอะซตก = (12 x 2) + (1 x 4) + (16 x 2) = 60 g/mol

แทนคา โมลาร (5 mol/L) ความหนาแนน (d = 1.049 g/cm3) และมวลโมเลกล (60

g/mol) ลงในสตร

จะไดวา รอยละโดยน าหนก = 5 × 60

= 28.591.049 × 10

เพราะฉะนน สารละลายนมความเขมขนรอยละ 28.59 โดยน าหนก

ตวอยางท 5.7 ของเหลวชนดหนง มความหนาแนน 1.54 g/cm3 ระบวา ม NaOH อยรอยละ 5 โดยน าหนกตอปรมาตร ของเหลวนมความเขมขนคดเปนก mol/L

วธการค านวณ จากสตร โมลาร (M) = ×10

หามวลโมเลกลของ = NaOH (23 x 1) + (16 x1) + (1 x 1) = 40 g/mol

แทนคา รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร (5%) และมวลโมเลกล (40 g/mol) ลงในสตร

จะไดวา โมลาร (M) = 5 × 10

= 1.2540

mol/L

เพราะฉะนน ของเหลวนมความเขมขน 1.25 โมลตอลตร

3.3 โมแลลต (molality) หรอโมแลล (molal) มสญลกษณยอเปน m หมายถง จ านวน

โมลของตวละลายทละลายในตวท าละลาย 1 กโลกรม มหนวยเปน โมลตอกโลกรม

รอยละโดยน าหนก × d มวลโมเลกล

รอยละโดยปรมาตร × d มวลโมเลกล

รอยละโดยน าหนก × d มวลโมเลกล

รอยละโดยน าหนกตอปรมาตร มวลโมเลกล

111

โมแลล (m) = จ านวนโมลของ

ละลาย หนวย โมลตอกโลกรม

ตวอยางท 5.8 จะตองใชน ากกโลกรมในการละลาย HCl 292 กรม เพอใหไดความเขมขน 0.1 mol/kg


จากโจทยก าหนด ความเขมขน 0.1 mol/kg หมายถง HCl จ านวน 0.1 mol หรอ 36.5 (g/mol) x 0.1 (g) = 3.65 g ละลายอยในน า 1 kg

HCl จ านวน 292 g (โจทยก าหนด) ละลายอยในน า 1 × 292

= = 80 kg3.65

หรอ ใชสตร โมแลล (m) = จ านวนโมลของ

ละลาย

แทนคา โมแลล (0.1 mol/kg) และจ านวนโมลของตวถกละลาย (292

= 836.5

mol)

ลงในสตร

สามารถหาน าหนกของตวท าละลาย = 8

= 80 kg0.1

เพราะฉะนน จะตองใชน า 80 กโลกรม

3.4 เศษสวนโมล (mole fraction) มสญลกษณเปน X หมายถง อตราสวนจ านวนโมลของสารนนตอจ านวนโมลรวมของสารทงหมดในสารละลาย

11

1 2

nX =

n + n และ 2

2

1 2

nX =

n + n

เมอ X1 และ X2 เปนเศษสวนโมลของสารองคประกอบท 1 และสารองคประกอบท 2 ในสารละลาย ตามล าดบ และ n1 และ n2 เปนจ านวนโมลของลของสารองคประกอบท 1 และสารองคประกอบท 2 ในสารละลาย ตามล าดบ

ผลบวกของเศษสวนโมลของสารทงหมดในสารละลายเทากบ 1 เสมอ คอ

1 2 3X + X + X + ... = 1

น าหนกของตวท า


น าหนกของตวท า


112

ตวอยางท 5.9 จงหาเศษสวนโมลของสารละลายทม HCl 3.65 กรม และ H2O 16.2 กรม

วธการค านวณ หาจ านวลโมล

จ านวนโมล = น าหนกของสารนนมวลอะตอม หรอ มวลโมเลกล

จ านวนโมลของ HCl 1

3.65n = = 0.1 mol

36.5

จ านวนโมลของ H2O 2

16.2n = = 0.9 mol

18

1

1 2

nเศษสวนโมลของ HCl =

n + n และ 2

2

1 2

nเศษสวนโมลของ H O =

n + n

แทนคา 0.1

เศษสวนโมลของ HCl = = 0.10.1+ 0.9

และ

2

0.9เศษสวนโมลของ H O = = 0.9

0.1+ 0.9

3.5 สวนในลานสวน (part per million หรอ ppm) หมายถง หนวยทบอกปรมาณตว

ถกละลายเปนมวลหรอปรมาตรทละลายในสารละลาย 1 ลานหนวย

สวนในลานสวน = 6 ละลาย × 10

ของสารละลาย

ตวอยางท 5.10 น าเสย 100 กรม เมอน ามาวเคราะหพบตะกว 2 x 10-5 กรม น าเสยนมตะกวอยก ppm

วธการค านวณ จากโจทยก าหนด น าเสย 100 กรม (น าหนกของสารละลาย) และตะกว 2 x 10-5 กรม (น าหนกของตวถกละลาย) แทนคาลงในสตร

จะไดวา สวนในลานสวน = -5

62 × 10 × 10 = 0.2 ppm

100

เพราะฉะนน น าเสยนมตะกวอย 0.2 ppm

สารละลายประกอบดวยสารผสม 2 ชนดขนไป การละลายเกดจะขนไดด เมอตวท าละลายและตวถกละลายมสมบตคลายคลงกน โดยปรมาณของสารทเปนตวถกละลายจะละลายอยในตว

ท าละลาย หรอสารละลายปรมาณหนง นยมก าหนดดวยหนวยของความเขมขน ซงความสามารถใน

น าหนก

น าหนกของตวถก

113

การละลายขนอยกบธรรมชาตของสาร อณหภม และความดน ซงในหวขอถดไปจะเนนอทธพลของอณหภม และความดนตอการละลายไดของสาร

4. ปจจยตอการละลายได ปจจยหลกๆ ทมอทธพลตอความสามารถในการละลาย ม 2 ประการ ไดแก

4.1 อทธพลของอณหภมตอการละลายได เมออณหภมเพมขน การละลายไดของสารอาจเพมขนหรอลดลง ขนอยกบการละลาย

ของสารจะดดความรอน หรอคายความรอน ถาการละลายของสารเปนการดดความรอน น นคอ การละลายของสารจะเพมขนเมออณหภมสงขน เชน ความสามารถในการละลายของ NH4NO3 ในตวท าละลายน าไดด เมออณหภมสงขน (ภาพท 5.3) ในทางตรงกนขาม ถาการละลายของสารเปนการคายความรอน การละลายของสารจะลดลงเมออณหภมเพมขน เชน ความสามารถในการละลายของ Li2SO4 หรอ Na2SO4 ในตวท าละลายน าลดลง เมออณหภมสงขน (ภาพท 5.3)

ภาพท 5.3 การละลายไดของเกลอทอณหภมตางๆ

ทมา: Saylor, n.d, p. 1236

4.2 อทธพลของความดนตอการละลายได อทธพลของความดนตอการละลายไดในของเหลวมผลมากตอสารทมสถานะแกส แตม

ผลนอยมากตอการละลายของของแขงและของเหลวในของเหลว ในภาชนะปดแกสจะละลายในของเหลวจนกระทงเขาสสภาวะสมดล หมายถง สภาวะทอตราเรวทแกสกลบเขาไปในสารละลายเทากบอตราเรวทแกสหนออกจากสารละลาย (สธาทพย ศรไพศาลพพฒน, 2551, หนา 170) เมอเพม

114

ความดน ปรมาตรของแกสลดลงท าใหแกสละลายในของเหลวไดมากขน จนกระทงเขาสสมดลใหม (ภาพท 5.4)

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 5.4 อทธพลของความดนตอการละลายไดของแกสในของเหลว (ก) ทสภาวะปกตเขาสสภาวะสมดล (ข) เมอเพมความดน (ข) ทสภาวะสมดลใหม


การละลายของแกสจะแปรผนตามความดน ตามกฎของเฮนร (Henry’s law) (Saylor, n.d., p. 1241) ดงสมการ

C = kP

เมอ C คอ ความเขมขนของแกสทละลาย

P คอ ความดนของแกสเหนอสารละลาย k คอ คาคงทของเฮนร (Henry’s law constant) มหนวยเปน mol/(L.atm) หรอ M/atm คาคงทของเฮนรของแกสบางชนดทอณหภม 20°C แสดงดงตารางท 5.2

ตารางท 5.2 คาคงทของเฮนรของแกสบางชนด ทอณหภม 20°C

แกส คาคงทของเฮนร [mol/(L.atm)]× 10-4 แกส คาคงทของเฮนร [mol/(L.atm)]× 10-4

He 3.9 N2 7.1

Ne 4.7 O2 14

Ar 15 CO2 392

H2 8.1


115

การละลายไดของสารสามารถน าไปใชประโยชนในการเตรยมสารละลายในหองปฏบตการได โดยการเตรยมสารละลายจ าเปนจะตองทราบความเขมขน และปรมาตรทตองใชในการเตรยม เพอใหไดสารตามทตองการ

5. การเตรยมสารละลาย

การเตรยมสารละลายตางๆ ทมความเขมขนและปรมาตรตามตองการ สามารถท าได 2 วธ ไดแก

5.1 เตรยมสารละลายจากสารบรสทธ ท าไดโดยละลายสารบรสทธตามปรมาณทตองการในตวท าละลายปรมาณเลกนอย แลวปรบปรมาตรของสารละลายใหไดตามทตองการเตรยม ตวอยางเชน ถาตองการเตรยมสารละลาย CoCl2·2H2O เขมขน 0.121 mol/L จ านวน 500 mL มขนตอนในการเตรยม ดงน

1) ค านวณหาปรมาณตวถกละลายเปนกรมตามทตองการ g CV

= Mw 1000

เมอ g คอ จ านวนกรม

Mw คอ มวลโมเลกล

C คอ ความเขมขน หนวย mol/L

V คอ ปรมาตร หนวย mL หรอ cm3

แทนคาหาจ านวนกรมของสาร CoCl2·2H2O g 0.121 × 500

= = 165.87 1000

จ านวนกรมของสาร CoCl2·2H2O เทากบ 10.035 กรม

2) ชงสารจ านวนทตองการตามทค านวณไดจากขอ 1 (ถาเปนของแขง) ในการชงสาร

ตองใชเครองชงอยางละเอยด แตถาเปนของเหลวอาจค านวณหาปรมาตร โดยใชสตร M

D = V

(D = ความหนาแนน M = น าหนกสาร และ V = ปรมาตร) แลวใชปเปตต (pipette) ในปรมาตรทตองการ

3) น าสารทชงไดเทใสขวดวดปรมาตร ซงมขนาดเทากบปรมาตรของสารละลายทตองการเตรยม (500 mL) เตมตวท าละลาย (เอทานอล) ปรมาตรจ านวนพอทจะท าใหละลายสารหมดแตนอยกวาปรมาตรของสารละลายทตองการลงไปกอน เขยาใหสารละลายหมด แลวเตมตวท าละลายลงในขวดวดปรมาตรจนถงขดบอกปรมาตร ปดจกเขยาใหผสมเปนเนอเดยวจะไดสารละลายทมความเขมขนและปรมาตรตามทตองการ

116

4) เกบสารละลายทไดใสขวดเกบสารทเหมาะสม ปดฝาขวด และปดฉลากระบชอสาร ความเขมขน ชอผเตรยม และวนทเตรยมสาร

ขนตอนบางสวนของการเตรยมสารละลายจากสารบรสทธ แสดงดงภาพท 5.5

ชงสารตามตองการ ละลายสารบางสวนดวยเอทานอล เตมตวท าละลายลงในขวด

ในขวดวดปรมาตร 500 mL วดปรมาตรจนถงขดบอกปรมาตร

ภาพท 5.5 ตวอยางการเตรยมสารละลายจากสารบรสทธ ทมา: ดดแปลงจาก Averill, 2012, p. 422

5.2 การเตรยมสารละลายจากสารละลายเขมขน เปนการเตรยมสารละลายโดยใชสารละลายเดมซงมความเขมขนมากกวาสารละลายทตองการเตรยม มาเตมตวท าละลายใหเจอจางลงจนมความเขมขนตามทตองการ ความเขมขนของสารละลายเขมขนเจอจางลงจะถกตองแมนย าขนอยกบการวดปรมาตร อปกรณทนยมใชวดปรมาตรจากสารละลายเดม คอ ปเปตต สวนอปกรณทใชวดปรมาตรของสารละลายใหม คอ ขวดวดปรมาตรทมปรมาตรเทากบปรมาตรของสารละลายทตองการเจอจางลง ตวอยางเชน ตองการเตรยมสารละลายกรด HCl เขมขน 2 mol/L จ านวน 50 mL จาก HCl เขมขน 4 mol/L มขนตอนการเตรยม ดงน

1) ค านวณหาปรมาตรของสารละลายเดมทตองใช

1 1 2 2C V = C V

เมอ C1 และ C2 คอ ความเขมขนเดม และความเขมขนทเจอจางแลว ตามล าดบ

มหนวยเปน mol/L

V1 และ V2 คอ ปรมาตรของสารละลายเดมทตองใช และปรมาตรทงหมด ตามล าดบ มหนวยเปน mL หรอ cm3

แทนคาหาปรมาตรของสารละลายเดมทตองใช (V1)

117

1

1

4 × V = 2 × 50

V = 25 mL

เพราะฉะนนจะตองใช HCl เขมขน 4 mol/L ปรมาตร 25 mL

2) ใชปเปตตตวงสารละลาย HCl เขมขน 4 mol/L ปรมาตร 25 mL แลวถายใสขวดวดปรมาตรขนาด 50 mL

3) เตมน ากลน หรอตวท าละลาย จนถงขดบอกปรมาตร 50 mL เขยาใหสารเขากนจะไดสารละลายกรด HCl เขมขน 2 mol/L จ านวน 50 mL ตามทตองการ

4) เกบสารละลายไวในขวดเกบสารทเหมาะสม ปดฝาขวด และปดฉลากระบชอสาร ความเขมขนของสารละลาย ชอผเตรยม และวนทเตรยม

ขนตอนบางสวนของการเตรยมสารละลายจากสารละลายเขมขน แสดงดงภาพท 5.6

ปเปตตสารละลายเดมทใชลงในขวด เตมน ากลน หรอตวท าละลาย ทตองการขดบอกปรมาตร จนถงก าหนดปรมาตร

ภาพท 5.6 ตวอยางการเตรยมสารละลายจากสารละลายเขมขน


การน าความรเกยวกบเตรยมสารละลายนอกจากน าไปใชประโยชนในหองปฏบตการแลว ยงสามารถน าไปประยกตใชดานการเกษตร เชน การปลกผกแบบไรดน หรอแบบไฮโดรโปนกส (hydroponics) ทตองผสมธาตอาหารในอตราสวนตางๆ ส าหรบดานอตสาหกรรม เชน การใช ทนเนอรเปนตวท าละลายในการผลตส ดานการด ารงชวต เชน การท าน ายาลางจาน เปนตน

118

บทสรป สารละลาย หมายถง สารเนอเดยวทประกอบดวยธาตหรอสารประกอบตงแต 2 ชนดขนไปมารวมตวกน โดยทมธาตหรอสารประกอบตวหนงเปนตวท าละลาย สวนอกตวหนงเปนตวถกละลาย สารละลายแบงไดตามสถานะ ม 3 ชนด ไดแก สารละลายของแขง สารละลายของเหลว และสารละลายแกส ซงกระบวนการของการเกดการละลายนน เกดจากการทอนภาคของตวถกละลายจะเขาไปแทรกตวอยระหวางอนภาคของตวท าละลาย และความสามารถในการละลายของสารจะขนอยกบแรงดงดดระหวางโมเลกลของตวท าละลายกบตวท าละลาย แรงดงดดโมเลกลระหวางตวท าละลายกบตวถกละลาย และแรงดงดดระหวางโมเลกลตวถกละลายกบตวถกละลาย นอกจากนยงมอทธพลของอณหภม และความดนทมผลตอการละลายไดของสารอกดวย โดยจะระบปรมาณของตวถกละลายทละลายอยในตวท าละลาย เปนหนวยความเขมขนตางๆ ไดแก หนวยรอยละ โมลาร โมแลล เศษสวนโมล และสวนในลานสวน เปนตน ซงจ าเปนตอการน าใชสารละลายไปประยกตใชงานจรงในการเตรยมสารละลาย เพอใหไดสารทถกตองตามความตองการ

119


1. จงบอกความหมายของสารละลาย พรอมยกตวอยางสารละลายในชวตประจ าวนมา 3 ชนด

2. จงอธบายกระบวนการเกดสารละลาย และปจจยตอการละลายได 3. ในการเตรยมสารละลาย CaCl2 5% โดยน าหนกตอปรมาตร จ านวน 100 cm3 (ความหนาแนน

ของ CaCl2 = 1.2 g/cm3) ตองใช CaCl2·6H2O กกรม

4. ขอใดกลาวถกตองเกยวกบสารละลายทมองคประกอบ 2 ชนด

4.1 สถานะตางกนผสมกน สารทมปรมาณมากกวาเปนตวท าละลาย

4.2 สถานะตางกนผสมกน สารทมสถานะเดยวกนกบสารละลายเปนตวท าละลาย

4.3 สถานะเดยวกนผสมกน สารทมปรมาณมากกวาเปนตวท าละลาย

4.4 สถานะเดยวกนผสมกน สารทมปรมาณนอยกวาเปนตวท าละลาย

5. เมอวนออกพรรษาผเรยนรสกหวไดออกไปกนเนอยางเกาหล หนก 1 กโลกรม ราคา 120 บาท พบวาตกปลาหมกผสมมา 4 ชนหนก 3 กรม ปลาหมกทผเรยนตกมามปรมาณก ppm

6. จงบอกความหมายของหนวยความเขมขนตางๆ ดงน 6.1 รอยละ 5 โดยน าหนกตอปรมาตร

6.2 รอยละ 2 โดยน าหนก

6.3 7 โมลตอลตร

6.4 3 โมลตอกโลกรม

7. ถาตองการเตรยมไฮโดรคลอรกเขมขน 0.50 mol/L จ านวน 100 mL จากกรดเขมขน 36.0%

โดยน าหนก ซงมความหนาแนน 1.20 g/mL จะตองใชกรดเขมขนก mL

8. สารละลายชนดหนงเขมขน 1 mol/L มปรมาตร 0.20 L เมอเตมน ากลนลงไป 0.3 L ความเขมขนจะเปลยนเปนก mol/L

9. จะตองเตมน ากกรมลงใน CuSO4 ทเขมขน 16 g/L จ านวน 200 mL เพอใหไดสารละลายเขมขน CuSO4 0.01 mol/L

10. จงหาเศษสวนโมลของ NaOH 8.4 กรม ในน า 1.204 x 1024 โมเลกล

120


ทบวงมหาวทยาลย. (2541). เคม 1. พมพครงท 11. กรงเทพฯ: อกษรเจรญทศน. สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย . (ม.ป.ป.). พจนานกรมศพทวทยาศาสตร

คณตศาสตร และเทคโนโลย (ESCIVOCAB). [ออนไลน] สบคนเมอ 10 กมภาพนธ 2560 จาก https://escivocab.ipst.ac.th/search





Khemprasit, J., & Khumpaitool, B. (2015). Influence of Cr doping on structure and

dielectric properties of LixCryNi1−x−yO ceramics. Ceramics International, 41(1),

663-669.

Montes, I., Lai, C. & Sanabria, D. (2003). Like dissolves like: A classroom

demonstration and a guided-inquiry experiment for organic chemistry.

Journal of Chemical Education, 80(4), 447-449.




สมดลเคม


1. แนวความคดของสมดล

2. ชนดของสมดล

3. คาคงทสมดลและการค านวณ

4. หลกของเลอชาเตอลเอ และปจจยทกระทบตอสมดล



1. บอกความหมายและจ าแนกชนดของสมดลได 2. บอกความหมายและค านวณคาคงทสมดลได 3. อธบายหลกเลอชาเตอรเอได 4. ระบปจจยทมผลกระทบตอสมดลได



2. แบงผเรยนเปนกลมยอย ใหท าแบบฝกหดค านวณคาคงทสมดล น าเสนอหนาหองเรยน และรวมกนเฉลยและอธบายค าตอบ







122



2. ความถกตองในการค านวณ



บทท 6

สมดลเคม

ปฏกรยาเคมในรางกายของมนษย เชน ระบบหมนเวยนเลอดฮโมโกลบน (Hb) เมอรวมกบ O2 จะได HbO2 และในสงแวดลอม เชน วฏจกรคารบอน สารประกอบคารบอนจะมการหมนเวยนโดยอาศยกระบวนการหายใจ เปนตน ซงเปนปฏกรยาทด าเนนไปในทศทางขางหนาและยอนกลบได เมออตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาเทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบจะเกดสภาวะทเรยกวา สภาวะสมดล ในบทนจะอธบายถงแนวความคดสมดลเคม การค านวณคาคงทสมดล หลกการของ

เลอชาเตอลเอ และในทายบทจะกลาวถงปจจยทกระทบตอสมดลเคม

1. แนวความคดของสมดล

ลกษณะทวไปของสภาวะสมดล (chemical equilibrium) คอ ปฏกรยาทเกดขนในระบบปด มการเปลยนแปลงทผนกลบไดของปฏกรยาในระดบโมเลกลหรออะตอม ซงอาจเรยกวาอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา (rate of forward reaction) เทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ (rate

of backward reaction) เมอระบบเขาสสภาวะสมดล ระบบจะมสมบตคงท แตปฏกรยามไดหยดนงจะมการเปลยนแปลงอยตลอดเวลา เรยกวา สมดลพลวต (dynamic equilibrium) ส าหรบการเกดสมดลเคมระหวางสองสถานะของสารชนดเดยวกน เรยกวา สมดลกายภาพ (physical equilibrium)

เนองจากมการเปลยนแปลงทเกดขนเปนกระบวนการทางกายภาพ เชน การระเหยของน าในภาชนะปด เมอใหอณหภมจนปฏกรยาเขาสสภาวะสมดลแลว ดงสมการ

2 2H O(l) H O(g)

พบวาทอณหภมหองมจ านวนโมเลกลน า H2O ทระเหยไปปนอยกบจ านวนโมเลกลของน าทควบแนนกลบมาเปนของเหลวเทากน ดงภาพท 6.1

ภาพท 6.1 ของเหลวน ากบไอระเหยทสภาวะสมดลในระบบปด ณ อณหภมหอง ทมา: Chang, 2010, p. 616

124

การด าเนนเขาสสภาวะสมดลของระบบอาจเรมทศทางใดกได พจารณาการเกดสมดลเคมของปฏกรยาผนกลบไดของไนโตรเจนไดออกไซด (NO2) และไดไนโตรเจนเตตโตรไซด (N2O4) ในภาชนะปด ซงปฏกรยาเกดขน แสดงดงสมการ

2 4 2N O (g) 2NO (g)

การตดตามการเกดปฏกรยาจะสงเกตไดงาย เนองจาก N2O4 เปนแกสไมมส ขณะท NO2 เปนแกสสน าตาลเขม เมอเกดสภาวะสมดลสทเกดขนบางครงสงเกตเหนสของ NO2 บางครงเกดการผสมกนระหวางโมเลกลของ NO2 เกดเปน N2O4 ไดสน าตาลจางลง นนคอ การเปลยนแปลงความเขมขนเรมตนของ NO2 และ N2O4 แตกตางกน 3 ลกษณะ ดงภาพท 6.2

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 6.2 การเปลยนแปลงของความเขมขนของ NO2 และ N2O4 เมอเวลาเปลยน ม 3 ลกษณะ (ก) ความเขมขนเรมตนมเพยงแกส NO2 (ข) ความเขมขนเรมตนมเพยงแกส N2O4 และ (ค) ความเขมขนเรมตนผสมทงแกส NO2 และ N2O4 ในแตละกราฟสภาวะสมดลเกดขนหลงเสนตรงแนวดง

ทมา: Chang, 2010, p. 617

สารเขาท าปฏกรยากน เมอเขาสสภาวะสมดลจะมทงสารทเขาท าปฏกรยา และสารผลตภณฑ ซงในระบบจะมการเกดปฏกรยาเปลยนไปขางหนา และยอนกลบตลอดเวลาหรอทเรยกวา สมดลพลวต ซงสามารถเขยนแทนดวยลกศรไป-กลบ ( ) โดยแบงออกเปน 3 ชนด ไดแก สภาวะสมดลระหวางสถานะ สภาวะสมดลในสารละลายอมตว และสภาวะสมดลในปฏกรยาเคม

125

2. ชนดของสมดล

ชนดของสมดล สามารถแบงออกเปน 3 ชนด ดงน 2.1 สภาวะสมดลระหวางสถานะ

สภาวะสมดลระหวางสถานะเปนการเปลยนแปลงทผนกลบไดของการเปลยนสถานะ ยกตวอยางเชน การระเหยของน า H2O(l) กลายเปนไอ H2O(g) และควบแนนกลบมาเปนน าในสถานะของเหลว H2O(l) การระเหดของเกลดไอโอดน I2(s) กลายเปนไอไอโอดน I(g) และสามารถผนกลบมาเปนไอโอดนสถานะของแขงอก เปนตน ซงเขยนสมการเคมได ดงน

2 2H O(l) H O(g)

2I (s) 2I(g)

2.2 สภาวะสมดลในสารละลายอมตว

ในชวงแรกของการละลาย ตวถกละลายจะสามารถละลายในตวท าละลายไดเรว หลงจากนนการละลายจะชาลงจนกระทงตวถกละลายไมละลายตอไปอก เรยกวา เกดสารละลายอมตว ตวอยางเชน ละลายของแขง C12H22O11(s) ท าใหเกดสารละลาย C12H22O11(aq) จนกระทงละลายจนอมตว (การเปลยนแปลงไปขางหนา) และเมอตงทงไวมการตกผลกของ C12H22O11(aq)

กลายเกดเปน C12H22O11(s) (การเปลยนแปลงยอนกลบ) ดงสมการ

12 22 11 12 22 11C H O (s) C H O (aq)

2.3 สภาวะสมดลในปฏกรยาเคม

สภาวะสมดลในปฏกรยาเคมเกดขนไดตองเปนปฏกรยาผนกลบไดและเกดขนในระบบปด ปฏกรยาผนกลบได หมายถง ปฏกรยาซงสารตงตนท าปฏกรยากนกลายเปนผลตภณฑ แตปฏกรยาไมเกดขนจนสมบรณ ผลตภณฑสามารถท าปฏกรยายอนกลบมาเปนสารตงตน ดงนนในระบบจงมทงสารตงตนและผลตภณฑ ตวอยางเชน สภาวะสมดลในปฏกรยาเคมของการรวมตวของแกสไฮโดรเจนกบแกสไอโอดน ไดผลตภณฑเปนไฮโดรเจนไอโอไดด ดงสมการ

2 2H (g) + I (g) 2HI(g)

พจารณาจากการเกดปฏกรยาไปขางหนา ความเขมขนของสารตงตน H2 และ I2 ลดลงในขณะทสารผลตภณฑ HI เกดขนอยางรวดเรว กลาวคอ การรวมตวกนของ H2 และ I2 เปน HI นนเกดขนไดมาก การเปลยนแปลงของสารตงตนและสารผลตภณฑเรมคงทตงแตเวลา 30 นาท เปนตนไป แสดงวา ณ จดนนเปนตนไป ความเขมขนของสารตงตนและผลตภณฑคงท ในทางกลบกน เมอเกดปฏกรยายอนกลบ สารผลตภณฑ HI สลายตวเปน H2 และ I2 ความเขมขนของสารผลตภณฑ HI

จะลดลงอยางมาก ในขณะทการเกดของ H2 และ I2 เกดไดชาและนอย สอดคลองกบจ านวนอะตอม

126

ของสารตงตนในทศทางยอนกลบ เมอปฏกรยาด าเนนไประยะเวลาหนงๆ ระบบจะเขาสสภาวะสมดล อตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาและยอนกลบเทากน แตปฏกรยาไมหยดนงยงด าเนนไปทงสองทศทาง ความสมพนธระหวางความเขมขนของสารในปฏกรยาการเกดของ HI เทยบกบเวลา แสดงดงภาพท 6.3 และภาพท 6.4

ภาพท 6.3 สภาวะสมดลในปฏกรยาเคมผนกลบได ทมา: Nivaldo, 2003

ภาพท 6.4 ความสมพนธระหวางความเขมขนของสารกบเวลาเมอปฏกรยาเขาส สภาวะสมดลของปฏกรยาการเกด HI

ทมา: Rogers, 2000

กฎของสภาวะสมดลทางเคม (law of chemical equilibrium) กลาววา “ณ อณหภมคงทส าหรบปฏกรยาผนกลบได ทสภาวะสมดล อตราสวนระหวางผลคณความเขมขนของสารผลตภณฑกบผลคณของความเขมขนของสารตงตนจะมคาคงท โดยทความเขมขนของสารแตละชนดมเลขยกก าลงเทากบเลขสมประสทธบอกจ านวนโมลของสารนนในสมการเคมทดลแลว” และเรยกอตราสวนนเรยกวา คาคงทสมดล

127

3. คาคงทสมดลและการค านวณ

คาคงทสมดล (equilibrium constant, K) เปนคาทท าใหเราท านายทศทางของการเกดปฏกรยาเขาสสมดล และชวยค านวณความเขมขนของสารตงตนและสารผลตภณฑเมอระบบเขาสสมดลได ก าหนดสมการทวไป ดงน

aA + bB cC + dD

สามารถค านวณคาคงทสมดลได คอ

c d

a b

[C] [D]K =

[A] [B]

สถานะของสารมสถานะเปนของแขง (solid, s) ของเหลว (liquid, l) แกส (gas, g) และสารละลาย (aqueous, aq) ในการค านวณคาคงทสมดลจะน าความเขมขนของสารในสถานะสารละลาย (aq) และแกส (g) มาค านวณเทานน เพราะสารทอยในสถานะสารละลาย (aq) และแกส (g) เปลยนความเขมขนไดงาย แตสารในสถานะของแขง (s) และของเหลว (l) จะมความเขมขนคงท ตวอยางเชน

2 2C(s) + O (g) CO (g)

2 2 2 3CO (g) + H O(l) H CO (aq)

จะเหนไดวา คาความเขมขนของของแขง C(s) และของเหลว H2O (l) มคาคงท ดงนน จากสมการแสดงคาคงทสมดลในรปความเขมขนใชสญลกษณ (Kc เมอ c มาจากค าวา concentration)

ของแตละสมการได คอ 2c

2

[CO ]K =

[O ] และ 2 3

c

2

[H CO ]K =

[CO ]

ส าหรบปฏกรยาของแกส (g) อาจจะเขยนสมการคาคงทสมดลในรปความดนของแกสกได โดยคาคงทสมดลทไดเรยกวา Kp (เมอ p มาจากค าวา pressure) ตวอยางเชน

2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)

สามารถเขยนคาคงทสมดลในรปความเขมขน 2

3c 3

2 2

[NH ]K =

[N ][H ] หรอเขยนในรปความดน

ของแกส 3

2 2

2NH

p 3N H

PK =

P P ได

สารผลตภณฑ

สารตงตน คาคงทสมดล

128

ซงคา Kc และ Kp มความสมพนธกน โดยพจารณาสมการ aA + bB cC + dD

จากกฎของแกส PV = nRT หรอ nP = RT

V

จะไดวา

AA

nP = RT = [A]RT

V

เมอ ความเขมขน (M) หนวย โมลตอลตร

BP = [B]RT

CP = [C]RT และ

DP = [D]RT

ดงนน c d c c d d c d

n(g)C Dp a b a a b b a b

A B

P P [C] (RT) [D] (RT) [C] [D]K = = = (RT)

P P [A] (RT) [B] (RT) [A] [B]

จะไดความสมพนธระหวางคา Kc และ Kp จาก n(g)

p cK = K (RT)

เมอ n(g) คอ ผลตางจ านวนโมลของแกส n = (c+d) - (a+b)

กรณ n(g)=0 P CK = K

กรณ n(g) = 0 n(g)

p cK =K (RT) หรอ - n(g)c PK = K (RT)

ตวอยางท 6.1 ในการศกษาสมดลเคมของปฏกรยาดงตอไปน 2 22NO(g) + O (g) 2NO (g)

ใหความเขมขนทสมดลของ [NO] = 0.0542 mol/L, [O2] = 0.127 mol/L และ [NO2] =

15.5 mol/L จงค านวณคา Kc

วธการค านวณ จากสมการปฏกรยาเคม สามารถเขยน 2

2c 2

2

[NO ]K =

[NO] [O ]

แทนคาความเขมขนทสมดลของสารทโจทยก าหนดให ลงในสมการ 2

c 2

(15.5)K =

(0.0542) (0.127)

5cK = 6.44 × 10 (mol/L)-1

ตวอยางท 6.2 แกส HCN เตรยมไดจากปฏกรยาตอไปน

3 2 22CO(g) + NH (g) HCN(g) + CO (g) + H (g)

129

น าสารมาท าปฏกรยากนในภาชนะปด พบวา ทสมดลความเขมขนของ CO NH3 และ HCN มคาเปน 0.05 0.025 และ 0.084 mol/L ตามล าดบ จงหาคา Kc

วธการค านวณ จากสมการเคม สามารถเขยน 2 2c 2

3

[HCN][CO ][H ]K =

[CO] [NH ]

จากโจทยก าหนดให ความเขมขนทสมดลของ HCN = 0.084 mol/L จะไดวา ความเขมขนทสมดลของ CO2 และ H2 เทากบ 0.084 mol/L เชนเดยวกน เนองจากเกดผลตภนฑจ านวนเทากนคอ 1 โมล

แทนคาความเขมขนทสมดล ลงในสมการ

c 2

(0.084)(0.084)(0.084)K =

(0.05) (0.025)

c K = 9.48

ตวอยางท 6.3 ทอณหภม 700°C เมอน าแกส N2 จ านวน 2 โมล มาท าปฏกรยากบแกส H2 จ านวน 2 โมล ในภาชนะปด 5 ลตร พบวา สภาวะสมดลมแกส NH3 เกดขน 1 โมล จงหาคา Kc

วธการค านวณ จากโจทยสามารถเขยนและดลสมการเคมได ดงน

2 2 3N (g) + 3H (g) 2 NH (g)

และเขยนคา 2

3c 3

2 2

[NH ]K =

[N ][H ]

เมอพจารณาถงความเขมขนทสมดลของสารตงตน คอ H2 และ N2 โจทยไมไดก าหนดมาให แตโจทยก าหนด ความเขมขนเรมตนมาให เทากบ 2 โมลตอ 5 ลตร (หรอ 0.4 โมลตอลตร) และความเขมขนทสมดลของผลตภณฑ คอ NH3 เทากบ 1 โมลตอ 5 ลตร (หรอ 0.2 โมลตอลตร) ดงนนตองน ามาหาความเขมขนทเปลยนแปลงไปของแตละสารทเกยวของในปฏกรยา แลวจะสามารถหาความเขมขนทสมดลของสารตงตนไดดงน

2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)

ความเขมขนเรมตน 0.4 0.4 0.0 mol/L

ความเขมขนเปลยนแปลงไป 0.1 0.3 0.2 mol/L

ความเขมขนทสมดล 0.3 0.1 0.2 mol/L

ความเขมขนเรมตนของสารตงตน H2 และ N2 และผลตภณฑ NH3 เทากบ 0.4, 0.4 และ 0.0

mol/L ตามล าดบ จากโจทยก าหนดใหทสภาวะสมดลเกดผลตภณฑ NH3 เขมขน 0.2 mol/L ท าใหทราบวาความเขมขนของ NH3 เพมขน (เปลยนแปลงไป) เทากบ 0.2 mol/L (เนองจากสมการปฏกรยาเคมสารตงตน N2 1 โมล ท าปฏกรยากบ H2 3 โมล แลวเกดผลตภณฑ NH3 2 โมล) ดงนน

130

ความเขมขนในการเขาท าปฏกรยา (เปลยนแปลงไป) ของสารตงตน N2 และ H2 เทากบ 0.1 และ 0.3

mol/L และความเขมขนทสมดลลดลงจากความเขมขนเรมตน เทากบ 0.3 และ 0.1 mol/L

ตามล าดบ

น าคาความเขมขนทสมดลแทนคาลงในสมการ 2

c 3

(0.2)K =

(0.3)(0.1)

2cK = 1.33 × 10 (mol/L)-2

ตวอยางท 6.4 จงหาคาคงทสมดลความเขมขน (Kc) ทอณหภม 25°C ของปฏกรยาการเกดแกส CO2

2 2C(s) + O (g) CO (g)

เมอก าหนดใหทสภาวะสมดลม 2OP = 0.150 atm และ

2COP = 0.160 atm

วธการค านวณ จากสมการปฏกรยาเคม หาคา 2

2

CO

P

O

PK =

P

แทนคาความดนทสภาวะสมดล (โจทยก าหนด) จะได P

0.160K = = 1.07

0.150

จากความสมพนธ nP cK = K (RT) หรอ - n

c PK = K (RT)

เมอพจารณาหา n จากสมการปฏกรยา พบวา n = 1-1 = 0 ดงนน c PK = K

สามารถหาคา Kc เทากบ 1.07

นอกจากนความสมพนธของคาคงทสมดลของบางปฏกรยายงขนอยกบสมการ เคมของปฏกรยายอย ดงน

1) เมอเขยนสมการกลบทศทางกบสมการเดม จะท าใหคาคงทสมดลเปลยนไป โดยทคาคงทสมดลของสมการใหมจะเปนสวนกลบของคาคงทสมดลของสมการเดม ตวอยางเชน

2 22HCl(aq) H (g) + Cl (g) 2 21 2

[H ][Cl ]K =

[HCl]

2 2H (g) + Cl (g) 2HCl(aq)

2

2

2 2

[HCl]K =

[H ][Cl ] หรอมาจาก 2

1

1K =

K

2) ถาน าตวเลขใดๆ คณเขาไปในสมการจะท าใหคาคงทสมดลของสมการใหมเทากบคาคงทสมดลของสมการเดมยกก าลงดวยตวเลขทคณเขาไป ตวอยางเชน

131

1A + B C + 2D

2

2

1 1/2

[C][D]K =

[A][B]

น า 2 มาคณสมการขางตน จะไดวา

2A + B 2C + 4D 2 4

2 2

[C] [D]K =

[A] [B] หรอมาจาก 2

2 1K = K

3) ถาปฏกรยารวมเกดจากการน าปฏกรยายอยมาบวกกนตางคงทสมดลของปฏกรยารวมจะเทากบผลคณของคาคงทสมดลของปฏกรยายอย ตวอยางเชน

A + B C + D................(1) 1K

E + F G + B.................(2) 2K

น าสมการ (1) + (2) จะได

A + E + F C + D + G....................(3) สามารถหาคา 3 1 2K = K × K

4) ถาปฏกรยารวมเกดจากการน าปฏกรยายอยมาลบกน คาคงทสมดลของปฏกรยารวมจะเทากบผลหารของคาคงทสมดลของปฏกรยายอย ตวอยางเชน

A + B C + D................(1) 1K

G + B E + F................(2) 2K

น าสมการ (1) - (2)

A + E + F C + D + G.................(3) สามารถหาคา 13

2

KK =

K

ตวอยางท 6.5 ก าหนดปฏกรยาเคมใหดงตอไปน 3 2 5BrF + F BrF ...........(1) 1K

2 3ClF + F ClF .............(2) 2K

จงหาคาคงทสมดลของปฏกรยาสมการ (3) ตอไปนมคาเทาใด

3 3 5BrF + ClF BrF + ClF.............(3)

วธการค านวณ จากโจทยก าหนดใหปฏกรยาเคมสมการท (1) และ (2) สามารถหาความสมพนธไดดงน เมอน าสมการเคม (1)-(2) 3 2 2 5 3BrF + F - ClF - F BrF - ClF

132

จะเหนไดวา สารตงตน F2 สามารถหกลบกน และ ClF จะตองยายขางไปฝงผลตภณฑ และ ClF3 ยายไปฝงสารตงตน เพอเขยนสมการเคมใหม 3 3 5BrF + ClF BrF + ClF ตามโจทย

ดงนนคาคงทสมดลของปฏกรยาสมการท (3) คอ 13

2

KK =

K

4. หลกของเลอชาเตอลเอและปจจยทมผลตอสมดล

นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสชอ เฮนร หลยส เลอชาเตอรเอ (Henri Louis Le Chatelier) ไดกลาววา ระบบใดทเขาสสภาวะสมดลแลวถาถกรบกวนดวยสภาวะตางๆ จะท าใหสมดลของระบบเสยไป ระบบจะพยายามปรบตวไปในทศทางทจะท าใหปจจยทรบกวนนนลดลงเหลอนอยทสด เพอใหกลบมาสมดลอกครง การเปลยนแปลงทมผลตอสภาวะสมดลของระบบ ไดแก

4.1 การเปลยนแปลงความเขมขน พจารณาปฏกรยาเคมไอรอน (III) ไทโอไซยาเนต [Fe(SCN)3] ละลายในน าอยางรวดเรว

ไดสารละลายสแดง ซงสารละลายสแดงเกดจากไอออน [FeSCN]2+ และแตกตวใหไอออนของ Fe3+

และ SCN-

2+ 3+ -[FeSCN] (aq) Fe (aq) + SCN (aq)

สแดง สเหลอง ไมมส

เมอสภาวะสมดล พบวา ไดสารละลายสเหลองอมแดง (ภาพท 6.5(ก)) ถาเตมสารละลายโซเดยมไทโอไซยาเนต (NaSCN) ในสารละลายเรมแรก เพอลดปจจยความเขมขน SCN- ทรบกวน (จากการแตกตวของ NaSCN) ไอออน Fe3+ บางตวท าปฏกรยากบ SCN- ทเตมลงไปท าใหสมดลมทศทางด าเนนไปจากขวาไปซาย และจะสงเกตเหนสารละลายเปนสแดง ดงภาพท 6.5(ข) ในท านองเดยวกน ถาเตมสารละลายไอรอน (III) ไนเตรต (Fe(NO3)3 ) ลงไปในสารละลายเรมแรก จะพบวาไดสารสารละลายสแดง (ภาพท 6.5(ค)) เนองจากสมดลถกรบกวนจากการเพมความเขมขนของไอออน Fe3+ ท าใหทศทางด าเนนไปจากขวาไปซาย แตถาเพมความเขมขนของสารละลายกรดออกซาลก (H2C2O4) ลงไปในสารละลายเรมแรก โดยกรดออกซาลกแตกตวในน าไดออกซาเลตไอออน ( 2-

2 4C O ) จะสรางพนธะทแขงแรงกบไอออน Fe3+ เกดสารละลายสเหลองของ 3-

2 4 3Fe(C O ) (ภาพท 6.5(ง)) ดงนนเพอลดปจจยการเปลยนแปลงความเขมขนทเกดขน ปฏกรยาพยายามปรบทศทางด าเนนไปจากซายไปขวา

133

(ก) (ข) (ค) (ง)

ภาพท 6.5 ผลของการเปลยนแปลงความเขมขนตอสภาวะสมดล (ก) สารละลายสเหลองอมแดงของ Fe(SCN)3 ทสภาวะสมดล (ข) เพมความเขมขนของ NaSCN (ค) เพมความเขมขนของ Fe(NO3)3 (ง) เพมความเขมขนของ H2C2O4

ทมา: Chang, 2010, p. 639

4.2 การเปลยนแปลงอณหภม การพจารณาผลของเปลยนแปลงอณหภมทมตอสภาวะสมดล จะตองแยกเปนปฏกรยา

ดดความรอน ( oH > 0) และปฏกรยาคายความรอน ( oH < 0)

2 4 2N O (g) 2NO (g)

ปฏกรยาดดความรอนของสมการเคมขางตน คอ

2 4 2heat + N O (g) 2NO (g) oH = 58 kJ/mol

ปฏกรยาคายความรอนของสมการเคมขางตน คอ

2 4 2N O (g) 2NO (g) + heat oH = -58 kJ/mol

เมอปฏกรยาอยในสภาวะสมดลทอณหภมคาหนงๆ ความตางระหวางพลงงานความรอนของปฏกรยาดดความรอนและคายความรอน มคาเทากบ ศนย ตวอยางเชน การเปลยนแปลงอณหภมตอสภาวะสมดลของปฏกรยาระหวางการเกด 2-

4CoCl เปนปฏกรยาดดความรอน 2- 2+ -

4 2 2 6[CoCl ] + H O [Co(H O) ] + 4Cl

สน าเงน สชมพ

เมอเพมอณหภมจะท าใหระบบเสยสมดลและพยายามปรบเขาสสภาวะสมดลใหม โดยด าเนนปฏกรยาไปทางซาย ท าใหเกดสารละลายสน าเงน แตถาลดอณหภมจะเกดสารละลายสชมพของ 2+

2 6Co(H O) ดงภาพท 6.6

134

ภาพท 6.6 ผลการรบกวนสมดลเคมของปฏกรยาการเกด 2-4CoCl โดยการเพมอณหภม (ภาพซาย)

และการลดอณหภม (ภาพขวา) ทมา: Chang, 2010, p. 643

4.3 การเปลยนแปลงความดน

เมอพจารณาตามกฎของแกส PV = nRT จะเหนไดวาการเพมหรอลดความดนจะสงผลตอปรมาตรของสาร ปฏกรยาจะปรบตวไปในทศทางทท าใหเกดการเพมปรมาตรหรอลดปรมาตรเพอหกลางกบความดนทเปลยนแปลงไป และนอกจากนความดนของปฏกรยายงขนอยกบจ านวนโมลของแกสทใชและเกดขนในปฏกรยานนๆ ตวอยางเชน ผลการเปลยนแปลงปรมาตรและความดนของปฏกรยา

2 4 2N O (g) 2NO (g)

จากปฏกรยาสารตงตน N2O4 (สไมมส) และผลตภณฑ NO2 (สน าตาลแดง) บรรจในกระบอกสบมปรมาตรรวม 15 mL แสดงดงภาพท 6.7 เมอลดปรมาตรของระบบลงอยางรวดเรว 2 เทา เปน 7.7 mL สงเกตเหนสของสารทกตวเพมขนสองเทา (น าตาลแดงเขมขน) และเวลาผานไประบบปรบทศทางตามหลกของเลอชาเตอรเอ เกดสารทไมมสของ N2O4 มากขน และความเขมสระบบลดลง

อาจอธบายไดวา จ านวนโมลของแกส N2O4 ม 1 โมล และจ านวนโมลของแกส NO2 ม 2 โมล จากกฎของแกสความดนของแกส NO2 มากกวา N2O4 กรณทมการรบกวนสมดลดวยการเพมความดนใหกบปฏกรยาทสภาวะสมดล มผลท าใหสมดลเสยไป ระบบจงตองปรบตวลดความดนลง โดยเพมอตราการเกดปฏกรยาทางดานทมจ านวนโมลของแกสนอย (ไปทางซาย) เพราะความดนแปรผนตรงกบจ านวนโมลของแกส เมอสมดลด าเนนไปทศทางทมจ านวนโมลของแกสนอย จงลดความดนของระบบลงได ในทางกลบกน ถาลดความดนใหกบปฏกรยาทภาวะสมดล มผลท าใหสมดลเสยไป ระบบจงตองปรบตวเพมความดน โดยเพมอตราการเกดปฏกรยาด าเนนไปทศทางทมจ านวนโมลของแกสมาก

135

(ไปทางขวา) เพราะความดนแปรผนตรงกบจ านวนโมลของแกส เมอสมดลด าเนนไปทศทางทมจ านวนโมลของแกสมาก จงเพมความดนของระบบขนได

ภาพท 6.7 ผลของการเปลยนแปลงปรมาตรและความดน (ก) N2O4 (ไมมส) และ NO2 (น าตาลแดง) ในกระบอกสบมปรมาตรรวม 15 ml (ข) ปรมาตรของระบบลดลงอยางรวดเรว 2 เทาเปน 7.7 mL สของสารทกตวเพมขนสองเทา น าตาลแดงเขมขน (ค) เวลาผานไประบบปรบทศทางตามหลกของเลอชาเตอรเอ เกดสารทไมมสของ N2O4 มากขน ความเขมสระบบลดลง


บทสรป

การศกษาการเปลยนแปลงในระดบโมเลกลหรออะตอม พบวาระบบเขาสสภาวะสมดลนน ระบบมไดหยดนง แตมการเปลยนแปลงตลอดเวลา โดยโมเลกลของสารในระบบเขาสสภาวะสมดลไดเองจะมการเปลยนแปลงทผนกลบได มอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาเทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ แตถามอทธพลจากภายนอกมารบกวน เชน การเปลยนแปลงอณหภม ความดน ความเขมขน จะมผลใหสภาวะสมดลของระบบเสยไป แตถาหยดรบกวนเมอใด ระบบกจะด าเนนไปเรอยๆ จนกระทงระบบมอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาและอตราการเกดปฏกรยายอนกลบเทากน จงเกดสภาวะสมดลของระบบขนใหมอก และปฏกรยาเคมใดๆ จะมคาคงทคาหนงซงบอกใหทราบถงความสมพนธระหวางความเขมขน ความดน และอณหภมของสารตางๆ ทสภาวะสมดล นนคอ คาคงทสมดล

136


1. จงบอกความหมายของสมดลเคม

2. สมดลเคมมกชนด พรอมอธบายพอสงเขป

3. จงหาคาคงทสมดลของสมการเคมตอไปน 3.1 + -

2 3HF(aq) + H O(l) H O (aq) + F (aq)

3.2 2 22NO(g) + O (g) 2NO (g)

3.3 2 2H (g) + Br (g) 2HBr(g)

3.4 2 5 2 22N O (g) 4NO (g) + O (g)

3.5 5 3 2PCl (g) PCl (g) + Cl (g)

4. ปฏกรยาการสลายตวของฟอสฟอรส เพนตะคลอไรด กลายไปเปนฟอสฟอรส ไตรคลอไรดและโมเลกลคลอรน ดงตอไปน

5 3 2PCl (g) PCl (g) + Cl (g)

มคาคงทสมดลของความดน (KP) มคาเทากบ 1.05 ทอณหภม 298°C ถาความดนของ PCl5 และ

PCl3 เทากบ 0.850 atm และ 0.450 atm ตามล าดบ จงหาความดนของ Cl2 ทอณหภม 298°C 5. จงค านวณหาคาคงทสมดลของความเขมขน (Kc) ของปฏกรยาตอไปน

2 2H (g) + Br (g) 2HBr(g)

ถาความเขมขนของ [H2] = 0.0542 M [Br2] = 0.127 M และ [HBr] = 15.5 M ทอณหภม 230°C 6. จงค านวณหาคาคงทสมดลของความเขมขน (Kc) ของปฏกรยาตอไปน

2 22NO(g) + O (g) 2NO (g)

ถาความดนของ NO = 0.236 atm, O2= 0.127 atm และ = 1.350 atm ทอณหภม 25°C 7. จากปฏกรยา A(s) + 2B(g) + 2C(g) 5D(g) + 2E(s) ทสภาวะสมดลในภาชนะปด

ปรมาตร 2 ลตร มสาร A = 2 โมล, B = 3 โมล C = 4 โมล D = 2 โมล และ E = 1 โมล จงหาคาคงทสมดล

8. จงหาคาคงทสมดลของการเตรยมแกส HCN ในภาชนะปด

3 2 22CO(g) + NH (g) HCN(g) + CO (g) + H (g)

พบวาทสมดลความเขมขนของ CO NH3 และ HCN มคาเปน 0.05, 0.025 และ 0.084 mol/L

ตามล าดบ

137

9. สมการเคมของปฏกรยาดงตอไปน 3+ - 2+

22Fe + 2I 2Fe + I

ณ อณหภมคงท เมอถกรบกวนสมดลดวยการเตม Fe(NO3)3 จะท าใหระบบเสยสมดลไป จงท านายทศทางการเขาสสมดลใหมอกอยางไร

10. พจารณาระบบสมดลของปฏกรยาเคมตอไปน จงท านายทศทางการเขาสสมดลใหม เมอเพม

ความดน (ลดปรมาตร) ของระบบ ณ อณหภมคงท 10.1 2 22PbS(s) + 3O (g) 2 PbO(s) + 2SO (g)

10.2 2 2 2H (g) + CO (g) H O(g) + CO(g)

10.3 2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)

138






Nivaldo, J. T. (2003). Instructor’s Media Portfolio Chapter 15-Chemical Equilibrium.

(Online) Retrieved March 5, 2017 From https://wps.prenhall.com/wps/media/

objects/476/488316/ch15.html

Rogers, E., Stovall, I., Jones, L., Chabay, R., & Kean, E. (2000). Fundamentals of

Chemistry. Falcon Software, Inc. (Online) Retrieved May 7, 2017 From

http://www.chem.uiuc.edu/rogers/text13/Tx134/tx134fr.html


กรด-เบส และบฟเฟอร


1. นยามของกรด-เบส

2. ความแรงของกรด-เบส

3. สมดลไอออนและการแตกตวของกรด-เบส

4. อนดเคเตอรส าหรบกรด-เบส

5. การไทเทรตกรด-เบส

6. สารละลายบฟเฟอร



1. สรปเกยวกบนยามกรด-เบสได 2. อธบายความแรงของกรด-เบสได 3. อธบายเกยวกบสมดลไอออนและการแตกตวของกรด-เบสได 4. อธบายเกยวกบการไทเทรตกรด-เบสได 5. อธบายเกยวกบสารละลายบฟเฟอรและอนดเคเตอรได



2. แบงผเรยนเปนกลมยอยรวมกนเขยนแผนผงความคดเกยวกบกรด-เบส ในชวตประจ าวน น าเสนอหนาหองเรยน และรวมกนอภปราย

3. ผเรยนท าแบบฝกหด และรวมกนเฉลยค าตอบ พรอมทงเหตผลอธบายค าตอบ







140




2. การอภปรายและการตอบค าถามกลมในหองเรยน



บทท 7

กรด-เบส และบฟเฟอร

ในชวตประจ าวนเราจะพบกบสารชนดตางๆ ซงสารบางชนดมสมบตเปนกรด เชน น าอดลม น าสม กรดอะซตกในน าสมสายช หรอแมกระทงในกระเพาะอาหารทมกรดมากเกนไปท าใหอาหารไมยอยสงผลใหเกดอาการจกเสยดหรอแนนทอง การรบประทานยาทมสวนผสมสารแมกนเซยม

ไฮดรอกไซดหรอ milk of magnesium ซงสมบตเปนเบสออนๆ จะชวยลดความเปนกรดในกระเพาะอาหารได และสารทมสมบตเปนเบส บางชนดทพบในชวตประจ าวน เชน สบ ผงซกฟอก ผงฟ (โซเดยมไบคารบอเนต) เปนตน ดงนนในบทนจะขออธบายถงนยามและความแรงของกรด เบส สมดลไอออนและการแตกตวของกรด เบส สารละลายบฟเฟอร อนดเคเตอร และการไทเทรตกรด เบส

1. นยามของกรด-เบส

ความส าคญของกรด-เบส ในทางเคมและชวเคมไดมการศกษาสมบตกรดและเบส ในป ค.ศ. 1887 นกเคมชาวสวเดนชอ สวานเต อารเรเนยส (Svante Arrhenius) (Moore, Stanitski and Jurs,

2010, p. 538) ไดอธบายเกยวกบกรดวาเปนสารทแตกตวในน าแลวเกดไฮโดรเนยมไอออน (โปรตอน)

และไอออนลบ (anion) และเบสเมอละลายน าแลวท าใหเกดไฮดรอกไซดไอออน และไอออนบวก (cation) ซงเปนทยอมรบเกยวกบนยามกรด-เบส โดยไฮโดรเนยมไอออน (H3O+) เปนตวแทนสารละลายกรด และไฮดรอกไซดไอออน (OH-) เปนตวแทนของสารละลายเบส แตอยางไรกตาม ปญหาหลกของนยามกรด-เบสของอารเรเนยส สารทเกดปฏกรยากรด เบสจะตองเกดในสารละลายทมน าเปนตวท าละลายเทานน และสารทมสมบตเปนเบสจะตองมหมไฮดรอกซลอยในโมเลกล ดงนน จงไมสามารถอธบายไดวา ท าไมสารละลายแอมโมเนย (NH3) ซงไมมหมไฮดรอกซลอยในโมเลกล และท าปฏกรยากบกรดไมท าใหเกดไฮดรอกไซดไอออน จงมสมบตเปนเบสออน

ในป ค.ศ.1923 เจ เอน บรอนสเตด (J. N. BrØnsted) นกเคมชาวเดนมารก และท เอม เลาร (T.M. Lowry) นกเคมชาวองกฤษ (Moore, Stanitski and Jurs, 2010, p. 538) ไดเสนอนยามกรด เบสในสารละลายน า ดงน

กรดของบรอนสเตด-เลาร (BrØnsted-Lowry) เปนสารทใหไฮโดรเจนไอออน (H+)

เบสของบรอนสเตด-เลาร (BrØnsted-Lowry) เปนสารทรบไฮโดรเจนไอออน (H+)

ปฏกรยากรด-เบส เชน กรดไนตรก (HNO3) ท าปฏกรยากบน า (H2O) ดงสมการ + -

3 2 3 3HNO (aq) + H O(l) H O (aq) + NO (aq)

142

จากปฏกรยาจะเหนไดวา กรดไนตรกสามารถให H+ กบน า เกดเปนไฮโดรเนยมไอออน

(H3O+) ซงในการเกดปฏกรยากบกรด น ามสมบตเปนเบสของบรอนสเตด-เลาร เนองจากกรดไนตรกเปนกรดแก เปนอเลกโทรไลตแกสามารถแตกตวในน าได 100% ในทางกลบกน กรดออนไมสามารถแตกตวไดสมบรณ ดงนนจงเปนอเลกโทรไลตออน เชน กรดไฮโดรฟลออไรด (HF) เปนกรดออน และสามารถแตกตวเปนไอออนในน า

+ -2 3HF(aq) + H O(l) H O (aq) + F (aq)

ลกศรสองขางแสดงถงการเกดสภาวะสมดลระหวางสารตงตนและสารผลตภณฑ เนองจากการแตกตวของ HF แตกตวไดนอยกวา 100% นนคอ ณ สภาวะสมดล โมเลกล HF แตกตวไมสมบรณ ซงรอยละการแตกตวสมพนธกบปรมาณของไฮโดรเนยมไอออน และฟลออไรดไอออนในสารละลาย

แอมโมเนย (NH3) เปนเบสเพราะสามารถรบ H+ จากน า เกดเปนแอมโมเนยมไอออน (NH4+)

และน าซงให H+ กลายเปนไฮดรอกไซดไอออน (OH-) + -

3 2 4NH (g) + H O(l) NH (aq) + OH (aq)

แอมโมเนย ท าปฏกรยากบน า ณ สภาวะสมดล เกดผลตภณฑเปนแอมโมเนยมไอออนและ

ไฮดรอกไซดไอออน ดงนน แอมโมเนยมสมบตเปนเบสออน ซง ณ ภาวะสมดลสารละลายประกอบดวยปรมาณของแอมโมเนยจ านวนมากกวาแอมโมเนยมไอออนและไฮดรอกไซดไอออน ดงนน

แอมโนเนยมไฮดรอกไซดจงไมเหมาะส าหรบเปนชอเรยกของสารละลายแอมโมเนย

โมเลกลน าตามนยามของบรอนสเตด-เลาร คอ โมเลกลน าสามารถให H+ (สมบตเปนกรด)

และสามารถรบ H+ (สมบตเปนเบส) ปฏกรยาของน ากบโมเลกลของกรด (HA) และเบส (A-)

น าท าหนาทเปนเบส + -

2 3HA(aq) + H O(l) H O (aq) + A (aq)

น าท าหนาทเปนกรด - -

2A (aq) + H O(l) HA(aq) + OH (aq)

ดงนน น าสามารถท าหนาทเปนไดทงกรด (ให H+) และเบส (รบ H+) เรยกวา แอมโฟเทอรก (amphoteric)

คของโมเลกลหรอไอออนทสมพนธกบการสญเสยหรอรบ 1 H+ เรยกวา คกรด -เบส (Conjugate acid-base pair) ทกๆ กรดของบรอนสเตด-เลาร มคเบส และทกๆ เบสของบรอนสเตด-เลาร มคกรด

คกรด คเบส

ให H+

รบ H+

143

ตวอยางเชน ปฏกรยาระหวางกรดอะซตก ซงให H+ และน ารบ H+ เกดผลตภณฑเปน H3O+

และ CH3COO- + -

3 2 3 3CH COOH(aq) + H O(l) H O (aq) + CH COO (aq)

กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1

ในปฏกรยาไปขางหนา CH3COOH เปนกรดของบรอนสเตด-เลาร ซงให H+ และน ารบ H+ เปนเบสของบรอนสเตด-เลาร ส าหรบปฏกรยายอนกลบ CH3COO- รบ H+ เปนเบสของบรอนสเตด-เลาร จาก H3O+ ซงเปนกรด ดงนนปฏกรยานม 2 คกรด-เบส คอ (1) H2O และ H3O+ และ (2)

CH3COOH และ CH3COO-

ในป ค.ศ. 1932 จ เอน ลวอส (G. N. Lewis) (Chang, 2010, p. 697) นกเคมชาวอเมรกนไดเสนอนยามของกรด เบส วา กรด หมายถง สารซงรบคอเลกตรอน เบส คอ สารซงใหคอเลกตรอน โดยปฏกรยาระหวางกรดลวอสกบเบสลวอส เปนการน าเอาอเลกตรอนมาใชรวมกนระหวางสารทงสอง โดยสารทเปนเบสจะตองมคอเลกตรอนโดดเดยว หรอคอเลกตรอนอสระอยในระดบพลงงานวงนอกสด และสามารถใหคอเลกตรอนนแกธาตอนได สวนกรดจะตองขาดคอเลกตรอน และมออรบทลวางทสามารถซอนกบออรบทลของคอเลกตรอนดงกลาวได หรอเรยกวา การสรางพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต เชน

จากนยามกรดเบสของบรอนสเตด-เลาร กรดแกสามารถแตกตวได 100% แตกรดออนแตกตวไดนอยกวา 100% แสดงใหเหนวากรดแกแตกตวให H+ ไดดกวากรดออน เชนเดยวกบเบสแกจะสามารถรบ H+ ไดดกวาเบสออน ดงทเคยกลาวขางตน ดงนน กรด เบสแตละโมเลกลจงมการแตกตวทตางกน เนองจากมความแรงทแตกตางกน

H+ ตางกน

144

2. ความแรงของกรด-เบส

ในสารละลายเจอจาง (<0.1 M) สารละลาย HCl สามารถแตกตวได 100% โมเลกล HCl ท าปฏกรยากบน าแลวเกด H3O+ และ Cl- ซงจะไมสามารถรบ H+ จาก H3O+ ในทางกลบกน ปฏกรยายอนกลบของ HF มความสมพนธกบ F- ซงจะรบ H+ จาก H3O+ เปน HF ซงแสดงวากรดออนแตกตวไมสมบรณ 100% ดงนน นกเคมจงมการจดอนดบความแรงของกรดและคเบส แสดงไดดงภาพท 7.1

ภาพท 7.1 ความแรงของกรดและคเบส

ทมา: Chang, 2010, p. 668

โดยกรดแรงทสดอยทางซายดานบน และเบสแกทสดอยทางขวาดานลาง เชน HSO4- เปน

กรดทแรงกวา HCO3- และ CO3

2- เปนเบสทแรงกวา SO42- ซงการแตกตวของปฏกรยากรด เบสมกจะ

เกดจากตวทแรงกวาไปหาตวทออนกวาของแตละคกรด-เบส ตวอยางเชน - 2- - 2-4 3 3 4HSO (aq) + CO (aq) HCO (aq) + SO (aq)

จากสมการเคม ปฏกรยามการถายโอน H+ จาก HSO4- ไปยง CO3

2- กลายไปเปน HCO3-

และ SO42- ดงนน ปฏกรยาจงด าเนนไปขางหนา จากทเคยกลาวมา กรดหรอเบสทละลายโดยมทน าเปนตวท าละลาย ถาแบงตามสมบตการน า

ไฟฟาของสาร จะแบงได 2 ชนด คอ สารละลายอเลกโทรไลตแก (strong electrolyte) สารละลาย

อเลกโทรไลตออน (weak electrolyte)

145

3. สมดลไอออนและการแตกตวของกรด-เบส

กรด-เบสทสามารถละลายน าแลวแตกตวเปนไอออนบวกและไอออนลบไดทงหมด จดเปนสารทเรยกวา สารอเลกโทรไลต (electrolyte) เชน NaOH ละลายน าไดด จะแตกตวให Na+ และ OH- ดงนน ในสารละลายจะแต Na+ และ OH- ละลายอยในน า โดยไมม NaOH เหลอ ดงนน สารประเภทนจงเปนสมดลไอออนทอยในวฏภาคเดยวกนทงหมด และเมอมการแตกตวอยางสมบรณไมเกดสภาวะสมดลขนในระบบ

กรด-เบสทละลายน าไดนอย (แตกตวไดไมสมบรณ) จะเกดสมดลในสารละลายเปนสมดลไอออนทอยในวฏภาคตางกน กรด-เบสบางชนดละลายน าไดนอย เชน HF HNO2 HCN เปนตน ดงนนเมอ HF ละลายในน าจะยงม HF เหลออย และม H+ และ F- ทเกดจากการละลายน าไดนอย ปฏกรยาการละลายของ HF เกดสภาวะสมดลได ดงสมการเคม

+ -2 3HF(aq) + H O(l) H O (aq) + F (aq)

ความสามารถในการแตกตวของไอออนทแสดงความเปนกรดหรอเบสในตวท าละลายหนงๆ ในทนจะขออธบายเฉพาะการแตกตวของกรด เบสในตวท าละลายน า (aqueous solvent) เทานน

จากนยามของกรด-เบส กรดแกสามารถแตกตวให H+ ไดดกวากรดออน และเบสแกสามารถแตกตวให OH- ไดดกวาเบสออน โดยกรดแกและเบสแก แตกตวให H+ และ OH- ไดสมบรณ 100%

ตามล าดบ แตส าหรบกรดออน เบสออนไมสามารถแตกตวไดอยางสมบรณ 100% ซงปรมาณความเขมขนของ H+และ OH- ทเกดจากการแตกตวของกรด-เบสออนนนๆ นยมบงบอกคาเปนรอยละการแตกตว ไดดงน

รอยละการแตกตวของกรด = x 100ความเขมขน

รอยละการแตกตวของเบส = x 100ความเขมขน

การค านวณรอยละการแตกตวของกรดหรอเบส จะตองทราบถงสภาวะเรมตน สภาวะเปลยนแปลง และสภาวะสมดล เพอหาจะสามารถค านวณความเขมขนของ H+ และ OH- ทแตกตว ณ สภาวะสมดลได

ความเขมขนของ H+ ทแตกตว

ของกรดทงหมด

ความเขมขนของ OH- ทแตกตว

ของเบสทงหมด

146

ตวอยางท 7.1 สารละลายเบส NH3 มความเขมขนเรมตน เทากบ 0.50 mol/L พบวาทสภาวะสมดล มความเขมขนของ OH- เทากบ 2.5 x 10-5 mol/L จงค านวณหารอยละการแตกตว

รอยละการแตกตวของเบส NH3 = -52.5 × 10

× 1000.5

ดงนน เบส NH3 แตกตวรอยละ 5 x 10-3

ปรมาณการแตกตวของกรดออนหรอเบสออนพจารณาไดโดยใชคาคงทสมดลทเรยกวา คาคงทการแตกตวของกรดออน (weak acid dissociation constant, Ka) และคาคงทการแตกตวของเบส (weak base dissociation constant, Kb)

กรณ กรดออน HA สมการเคมการแตกตว คอ

- +HA(aq) A (aq) + H (aq)

คาคงทสมดล a

-[A ][H ]K =

[HA]

เมอ Ka คอ คาคงทการแตกตวของกรดออน

กรณ เบสออน A- สมการเคมการแตกตว คอ

- -

2A (aq) + H O(l) HA(aq) + OH (aq)

คาคงทสมดล -

b -

[HA][OH ]K =

[A ]

เมอ Kb คอ คาคงทการแตกตวของเบสออน

ตวอยางท 7.2 เขยนสมการคาคงทสมดลของกรด-เบส ดงตอไปน

1) + -HCOOH(aq) H (aq) + HCOO (aq) + -

a

[H ][HCOO ]K =

[HCOOH]

2) + -3 2 4NH (aq)+H O(l) NH (aq)+ OH (aq)

+ -4

b

3

[NH ][OH ]K =

[NH ]

คา Ka และ Kb บอกใหทราบถงกรดออนหรอเบสออนแตกตวไดมากนอยเพยงใด ณ อณหภมหนงๆ คา Ka และ Kb ของกรดออนหรอเบสออนบางชนด แสดงดงภาพท 7.2

147

ภาพท 7.2 คา Ka และ Kb ของกรดออนหรอเบสออนบางชนด

ทมา: Goldberg, 2007, p. 496

ในการพจารณาความแรงของกรด เบสจากคา Ka และ Kb ถากรดออนชนดใดมคา Ka

มากกวา แสดงวาเปนกรดทมความแรงมากกวา เชนเดยวกบกรณของเบสออนชนดใดมคา Kb แสดงวาเปนเบสทมความแรงกวา ตวอยางเชน กรดอะซตก และกรดไนตรส มคา Ka เทากบ 1.76 x 10-5 และ 4.5 x 10-4 ตามล าดบ จะเหนไดวาคา Ka ของกรดไนตรสมากกวา Ka ของกรดอะซตก นนคอ กรด

ไนตรสเปนกรดทแรงกวากรดอะซตก น าบรสทธสามารถน าไฟฟาไดเลกนอย ซงแสดงวาน าบรสทธมความเขมขนของไอออนเพยง

เลกนอย โดยไอออนจะเกดขนเมอโมเลกลของน าท าปฏกรยากนแลวเกดเปนไฮโดรเนยมไอออนและ

ไฮดรอกไซดไอออน เรยกวา การแตกตวไดเองของน า (autoionization) ในการท าปฏกรยากนของน า น าตวหนงจะท าหนาทเปนตวรบ H+ (เบส) และอกหนงตวท าหนาทเปนตวให H+ (กรด) และทสภาวะสมดล พบทงโมเลกลน า ไฮโดรเนยมไอออน และไฮดรอกไซดไอออน ดงนน ความเขมขนของแตละไอออนในน าบรสทธจงนอยมาก หรออาจเขยนปฏกรยาการแตกตวไดเองของน าได ดงสมการ

+ -2 2 3H O(l) + H O(l) H O (aq)+ OH (aq)

เบส กรด กรด เบส + -

w 3K = [H O ][OH ]

เมอ Kw คอ คาคงทการแตกตวของน า จากการทดลอง การวดการน าไฟฟาของน าบรสทธ ท าใหทราบวา

[H3O+] = [OH-] = 1.0 x 10-7 M ท 25°C

ดงนน

Kw = [H3O+][OH-] = (1.0 x 10-7)(1.0 x 10-7) = 1.0 x 10-14 ท 25°C

แตอยางไรกตาม คา Kw ขนอยกบอณหภม แสดงดงตารางท 7.1

148

ตารางท 7.1 คา Kw ทอณหภมตางๆ อณหภม (°C) Kw

10 0.29x10-14

15 0.45x10-14

20 0.68x10-14

25 1.01x10-14

30 1.47x10-14

50 5.47x10-14

ทมา: ดดแปลงจาก Moore, Stanitski and Jurs, 2010, p. 546

ความเขมขนสมพทธของ H3O+ และ OH- สามารถแสดงถงความเปนกรด เบส และกลางในสารละลายน า ซงอาจแบงออกเปน 3 ประเภท ดงน สารละลายเปนกลาง [H3O+] = [OH-] = 1.0 x 10-7 ท 25°C

สารละลายเปนกรด [H3O+] > 1.0 x 10-7 และ [OH-] < 1.0 x 10-7

สารละลายเปนเบส [H3O+] < 1.0 x 10-7 และ [OH-] > 1.0 x 10-7

เมอพจารณาคา Ka และ Kb ของสมการการแตกตวของกรดออนและเบสออน จะไดความสมพนธ ดงน

+ - -3

a b -

[H O ][A ] [HA][OH ]K × K =

[HA] [A ]

จะไดความสมพนธระหวาง Ka และ Kb สามารถแสดงไดดวย Kw + -

a b 3 wK × K = [H O ][OH ] = K

ตวอยางท 7.3 จงค านวณหาความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออนในสารละลาย (1) กรดแก HCl เขมขน 0.1 M และ (2) เบสแก NaOH เขมขน 0.01 M

กรดแก HCl สามารถแตกตวได 100% ประกอบดวย H3O+ และ Cl- อยางละ 0.1 M ดงนน [H3O+] เทากบ 0.1 M

เบสแก NaOH สามารถแตกตวได 100% ประกอบดวย Na+ และ OH- อยางละ 0.01 M

แทนค าความเขมขนของ OH- ในสมการ + -14w 3K = [H O ][0.01] = 1.0 × 10 [H3O+] เท ากบ

1.0 x 10-12 M

149

โดยปกต ความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออนจะแสดงอยในรป pH (positive potential of

the hydrogen ions) ซงเปนคาทบงบอกความเปนกรดของสารละลาย โดยคา pH ของสารละลายเปนคาลบลอการทมของไฮโดรเนยมไอออน

+3pH = -log[H O ]

ในกรณเดยวกน pOH บงบอกความเปนเบสของสารละลายโดยคา pOH ของสารละลายเปนคาลบลอการทมของไฮดรอกไซดไอออน

-pOH = -log[OH ] โดยทวไปคา pOH นยมใชนอยกวาคา pH โดยคา pH และ pOH มความสมพนธกน ดงน

+ - -14w 3K = [H O ][OH ] = 1.0×10

-14log (1.0 × 10 ) = (-pH) + (-pOH) = -14.00 จะไดวา pH + pOH = 14.00

ตวอยางท 7.4 สารละลายกรดแก HA มความเขมขน 0.03 M จงค านวณหาคา pH และ pOH

จากโจทย พบวา กรดแก HA แตกตวไดไอออน H3O+ และ A- ชนดละ 0.03 M

จากสมการ +3pH = -log[H O ]

แทนคา pH ทก าหนดให pH = -log[0.03] = 1.52

และสามารถหาคา pOH จากสมการpH + pOH = 14.00

แทนคา1.52 + pOH = 14.00 จะไดวา pOH เทากบ 12.48

ในสารละลายจะม [H3O+] และ [OH-] ปรมาณมากหรอนอยขนอยกบสมบตของกรดหรอเบส และความเขมขนของสารละลาย โดยทวไป [H3O+] และ [OH-] ในสารละลายอยในชวง 10 mol/L ถง 10-15 mol/L ซงสามารถวดคา pH ดวยเครอง pH มเตอร ดงภาพท 7.3

ภาพท 7.3 pH มเตอร ทมา: Agilent 3200P pH Meter

150

เครอง pH มเตอรประกอบดวยอเลกโทรดจ านวน 1 ค เพอตรวจวดความเขมขนของ H3O+

ในสารละลายเปลยนเปนกระแสไฟฟา และประมวลผลแสดงคาออกมาเปนคา pH โดยจะตองท าการสอบเทยบ pH มเตอรดวยสารละลายมาตรฐานททราบคา pH ทแนนอน

ส าหรบสารทใชทดสอบความเปนกรด เบสของสารละลายโดยการเปรยบเทยบส เรยกวา อนดเคเตอร มทงชนดแบบกระดาษ และสารละลาย

4. อนดเคเตอรส าหรบกรด-เบส

อนดเคเตอร หมายถง สารทใชทดสอบความเปนกรด เบสของสารละลาย ซงอนดเคเตอรเปนสารอนทรย อาจเปนกรดหรอเบสออนๆ ซงสามารถเปลยนจากรปหนงไปเปนอกรปหนงได เมอ pH

ของสารละลายเปลยน สารอนทรยทมสมบตกกรดออนใชบอกคา pH ของสารละลายในรปโมเลกล (HIn) เมอละลายน าแตกตวเปนไอออนของอนดเคเตอร (In-) และเกดสภาวะสมดลของการแตกตวขน ดงสมการเคม

+ -2 3HIn(aq) + H O(l) H O (aq) + In (aq)

สแดง สน าเงน

ถาเตมกรดลงไปเปรยบเสมอนเตม H3O+ สมดลยอนกลบสารละลายไดสแดง แตในทางกลบกน ถาเตมเบสเปรยบเสมอนเตม OH- ซง OH- จะไปดง H3O+ ใหกลายเปนน าสมดลไปขางหนาสารละลายไดสน าเงน

อนดเคเตอรแบบกระดาษ จะเปลยนสหลงจากสมผสกบสารละลาย ไดแก กระดาษลตมส ซงถาน าสารละลายตวอยางทเปนกรดมาทดสอบจะท าใหสของกระดาษลตมสเปลยนจากสน าเงนเปนแดง และถาน าสารละลายตวอยางทเปนเบสมาทดสอบจะท าใหสของกระดาษลตมสเปลยนจากสแดงเปนน าเงน และกระดาษยนเวอรซลอนดเคเตอร เมอน ามาทดสอบกบสารละลายตวอยาง แลวน าสทไดเปรยบเทยบกบสของ pH ตางๆ บนกลอง แสดงดงภาพท 7.4

ภาพท 7.4 กระดาษยนเวอรซลอนดเคเตอร ทมา: PH Indicators Paper

151

นอกจากอนดเคเตอรมชนดแบบกระดาษบอกชวงของ pH แลว ยงมอนดเคเตอรในรปของสารละลาย เชน เมทลเรด มชวงของ pH 4.2-6.3 มชวงสแดง-เหลอง ถาสารละลายมสแดง pH นอยกวา 4.2 และถาสารละลายสเหลอง pH มากกวา 6.3 แตถาสารละลายมสผสมแดงและเหลอง pH อยในชวง 4.2-6.3 ชวงของ pH ของสอนดเคเตอรสารละลายตางๆ แสดงดงภาพท 7.5

ภาพท 7.5 สของอนดเคเตอรสารละลายชวง pH ตางๆ


อนดเคเตอรสารละลายเหมาะส าหรบน ามาใชประโยชนเปนอนดเคเตอรในไทเทรตปฏกรยาของสารละลายกรดและเบส เพอสงเกตจดยตของการไทเทรต

5. การไทเทรตกรด-เบส

การไทเทรต (titration) คอ กระบวนการการวเคราะหหาความเขมขนของสารละลายกรดหรอเบส โดยน าสารละลายกรดหรอเบสมาท าปฏกรยากบสารละลายมาตรฐานซงทราบความเขมขน มการเตมอนดเคเตอรเพอบอกจดยตของการไทเทรต เมอเรมไทเทรต H+ และ OH- จะเขาท าปฏกรยากน เมอถงจดหนง H+ และ OH- จะท าปฏกรยากนหมดไป เรยกวา จดสมมลของการไทเทรต หลงจากนนเมอเตมสารละลายมาตรฐานอกเลกนอย สารละลายมาตรฐานจะเขาท าปฏกรยากบอนดเคเตอรท าใหสารละลายเปลยนส ณ สภาวะนเรยกวา จดยตของการไทเทรต ส าหรบจดสมมลของการไทเทรตของกรดแก และเบสแกม pH ใกลเคยง 7 ซงจะแตกตางจากการไทเทรตกรดออนและเบสออน (ขนอยกบคา Ka และ Kb) กราฟแสดงความสมพนธระหวาง pH ของสารละลายกบปรมาณของกรดหรอเบสทเตมลงไปท าใหมจดสมมลทแตกตางกน แสดงดงภาพท 7.6

152

(ก) (ข)

ภาพท 7.6 จดสมมลของการไทเทรต (ก) ไทเทรตกรดออนกบเบสแก (ข) ไทเทรตเบสออนกบกรดแก


เมอท าการไทเทรต กรดเขาท าปฏกรยากบเบส จะมการถายโอน H+ จากกรดมายงเบส แลวเกดเกลอและน า เรยกวา ปฏกรยาสะเทน (neutralization) ตวอยางเชน การไทเทรตระหวางโซเดยมไฮดรอกไซดและโพแทสเซยมไฮโดรเจนพาทาเลต (KHP) ดงสมการเคม

8 4 4 8 4 4 2KHC H O (aq) + NaOH(aq) KNaC H O (aq) + H O(aq)

ส าหรบขนตอนการไทเทรต เรมตนจากบรรจ KHP ในขวดรปชมพ และบรรจ NaOH ใน

บวเรต หลงจากนนเตมฟนอลฟทาลนลงในขวดรปชมพ ซงฟนอลฟทาลนเปนอนดเคเตอรมชวง pH

8.0-10.0 ซงเปลยนจากไมมสเปนสมวง หลงจากนนท าการไข NaOH จากบวเรตลงในขวดรปชมพ เพอท าปฏกรยากบกรด เมอสของอนดเคเตอรเปลยนจงหยดการไทเทรต อปกรณส าหรบการไทเทรตและสของสารละลายเมอถงจดยตการไทเทรต แสดงดงภาพท 7.7

(ก) (ข)

ภาพท 7.7 (ก) อปกรณส าหรบการไทเทรต และ (ข) สของสารละลาย ณ จดยต ทมา: Chang, 2010, p. 154

153

สารละลายทประกอบไปดวยกรดออนกบเกลอของกรดออน หรอเบสออนกบเกลอของเบสออน และสารในระบบจะไมท าปฏกรยากน โดยทกรดในระบบจะคอยท าปฏกรยากบเบสทเตมลงไป และเบสในระบบจะคอยท าปฏกรยากบกรดทเตมลงไป ซงเปนสารละลายทสามารถจะรกษาระดบ pH

ไวใหคงทอยเสมอแมวาจะเตมน า กรดหรอเบสลงไป เรยกวา สารละลายบฟเฟอร

6. สารละลายบฟเฟอร สารละลายบฟเฟอร หมายถง สารละลายทความสามารถควบคมระดบ pH ใหคงทอยเสมอ

เมอเตมสารละลายกรดหรอเบสลงไปเพยงเลกนอย สารละลายบฟเฟอรเกดจากการผสมระหวางสารละลายกรดออนกบเกลอของกรดออนนน หรอสารละลายเบสออนกบเกลอของเบสออนนน ถงแมวาสารละลายบฟเฟอรจะควบคมระดบ pH เอาไวไดด แตถาเตมกรดหรอเบสมากเกนไป สารละลายบฟเฟอรกจะไมสามารถควบคมระดบ pH ใหคงทไดและจะเสยสมบตในการเปนสารละลายบฟเฟอรไป เราเรยกความสามารถในการควบคมระดบ pH ของสารละลายบฟเฟอรวา buffer capacity

สารละลายบฟเฟอรแบงออกเปน 2 ชนด ไดแก สารละลายบฟเฟอรกรด และสารละลายบฟเฟอรเบส

6.1 สารละลายบฟเฟอรกรด หมายถง บฟเฟอรทเปนคกรด-คเบสของกรดออน หรอบฟเฟอรทเกดจากกรดออนกบเกลอของกรดออน ตวอยางเชน HCN กบ KCN และ NaF กบ HF เปนตน

6.2 สารละลายบฟเฟอรเบส หมายถง บฟเฟอรทเปนคกรด คเบสของเบสออน หรอบฟเฟอรทเกดจากเบสออนคกบเกลอของเบสออน ตวอยางเชน NH4Cl กบ NH3 เปนตน

การควบคม pH ของบฟเฟอร ใชหลกการของเลอชาเตอลเอ ถาบฟเฟอรมสาร CH3COOH

และ CH3COONa อยในระบบ 2H O - +

3 3CH COONa(s) CH COO (aq) + Na (aq) - +

3 3CH COOH(aq) CH COO (aq) + H (aq)

ถาเตมกรด เชน HCl ลงไปในระบบ จะท าให H+ ในกรดจะถกสะเทนดวยคเบส ดงน - +

3 3CH COO (aq) + H (aq) CH COOH(aq)

ถาเตมเบส เชน KOH ลงไปในระบบ จะท าให OH- ในเบสจะถกสะเทนดวยคกรด ดงน - -

3 3 2CH COOH(aq) + OH (aq) CH COO (aq) + H O(l)

154

สารละลายบฟเฟอรในธรรมชาตทพบเหนในน าทะเล เปนบฟเฟอรทมองคประกอบซบซอนมาก สารและไอออนทมบทบาทส าคญในการควบคม pH ของน าทะเล ไดแก กรดคารบอนก (H2CO3) ไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน ( -

3HCO ) และคารบอเนตไอออน ( 2-3CO ) ถาเตมกรดลงในน าทะเล pH

จะเปลยนแปลงนอยมาก เพราะ H3O+ ในกรดทเพมลงไปจะท าปฏกรยากบ HCO3– และ CO3

2- ถาเตมเบสลงไป OH– ในเบสทเตมลงไปจะเขาท าปฏกรยากบ HCO3

– และ H2CO3 ในรางกายมนษยจะพบฟอสเฟตบฟเฟอร -

2 4H PO กบ 2-4HPO ทเกยวของกบการท างานของไต เมอเราออกก าลงกาย

นานๆ จะมกรดเกดขน ท าให pH ของเลอดเปลยนไป การควบคมของระบบบฟเฟอร -2 4H PO กบ

2-4HPO ในเลอดจะเขาท าปฏกรยา เพอลดความเขมขนของกรดได โดย 2-

4HPO จะถกก ากดออกมาทางปสสาวะ

บทสรป

กรด เบส มสวนส าคญอยางมากในกระบวนการทางเคม และชวภาพ ซงมนกเคมหลายทานใหนยามกรด เบส ไดแก นยามกรด-เบสของอารเรเนยส กลาวไววา กรด คอ สารซงเมอละลายน าแลวท าให H+ ของสารละลายเพมขน และเบส คอ สารซงละลายน าแลวให OH- ของสารละลายเพมขน

ตอมาบรอนสเตด-เลาร ไดใหนยามกรด คอ สารทสามารถให H+ และเบส คอ สารทสามารถรบ H+ และนยามกรด-เบสของลวอส กลาวไววา กรด คอ สารทสามารถรบคอเลกตรอนโดดเดยว และเบส คอ สารประกอบทสามารถใหคอเลกตรอนโดดเดยวเพอใชในการสรางพนธะโคเวเลนต ซงกรด-เบส สามารถจ าแนกออกเปนกรดแก เบสแก กรดออน เบสออน ขนอยกบความสามารถในการแตกตวใหไอออนในสารละลาย ซงสารละลายกรด เบสสามารถน ามาใชประโยชนเพอวเคราะหหาความเขมขนของสารละลายตวอยางกรดหรอเบสตวอยางโดยการไทเทรตกบสารละลายมาตรฐาน และสงเกตจดยตดวยการเปลยนสของอนดเคเตอรในชวง pH นนๆ นอกจากนยงสามารถน าสารละลายทเกดจากการผสมระหวางสารละลายกรดออนกบเกลอของกรดออนนน หรอสารละลายเบสออนกบเกลอของเบสออนนน ทเรยกวา สารละลายบฟเฟอร เพอควบคมระดบ pH ในระบบใหคงทอยเสมอ

155


1. จงบอกสารทเปนคกรดของ -2 4H PO -

3HCO 2-4SO NH3 H2O

2. จงบอกสารทเปนคเบสของ HCO3- 2-

4HPO -2NO 2 4H SO H2O

3. สารละลายกรด HA เขมขน 0.1 mol/dm3 มคา Ka = 4.0 x 10-5 สารละลายนแตกตวไดก

เปอรเซนต

4. เมอน ากรด HCN ซงมคา Ka = 3.6 x 10-10 น ามา 8.1 g เตมน ากลนลงไปใหไดปรมาตร 3 ลตร อยากทราบวากรดนแตกตวกเปอรเซนต

5. กรดชนดหนงมคา [H3O+] = 0.02 mol/L จงหาคา [OH-] pH และ pOH

6. สารละลายแอมโมเนยเขมขน 0.03 mol/L ม % การแตกตว 3.6% จงหาคาความเขมขนของ [H3O+]

7. จงค านวณหาปรมาณของ OH- เปนโมล ในสารละลายกรดแกมอนอโปรตก เขมขน 0.2 mol/L

จ านวน 20 cm3

8. ในการไทเทรต Ba(OH)2 เขมขน 2 mol/L จ านวน 50 cm3 กบ HCl เขมขน 1 mol/L จะตองใชกรดนก cm3

9. ยาลดกรดชนดหนง ม Mg(OH)2 ผสมแปง ถาน ายาชนดนม 0.3 g มาไทเทรตจนถงจดยตดวย HCl

เขมขน 0.03 mol/L จ านวน 100 cm3 จงหา 100 cm3 จงหาวา ในยา 3 g จะม Mg(OH)2 เปนองคประกอบเทาใด

10. สารละลายคเบสของแอมโมเนยกบแอมโมเนยมคลอไรด 50 cm3 ม pOH เทาใด ถาความเขมขนของแอมโมเนยเปน 5 เทาของแอมโมเนยมคลอไรดเมอปรมาตรเทากน (Kb ของแอมโมเนย เทากบ 5 x 10-5)

11. Ba(OH)2 เปนเบสแก สารละลายม Ba(OH)2 ละลายอย 0.37 g/100cm3 จงหาความเขมขนของ H3O+ ในสารละลายเปน mol/L

12. NaOH เขมขน 0.04 mol/L มคา pH เทาใด

13. ในการไทเทรต H2SO4 เขมขน 3 mol/L จะตองใช H2SO4 100 cm3 ถาน ามาไทเทรตกบ Ca(OH)2 เขมขน 35% โดยน าหนกตอปรมาตร จะตองใชเบสนก cm3

14. จงค านวณหาปรมาณของ H+ เปนโมล ในสารละลาย NaOH เขมขน 0.5 mol/L จ านวน 25 cm3

156


Agilent 3200P pH Meter. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 เมษายน 2560 จาก https://www.news-

medical.net/Agilent-3200P-pH-Meter






Moore, J. W., Stanitski C. L., & Jurs, P. C. (2010). Principles of Chemistry the Molecular

Science. USA: Books/Cole.

PH Indicators Paper. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 เมษายน 2560 จาก http://www.prime

chemicalscientific.com/ph-indicators-buffer-solution/ph-indicators-paper/




เคมอนทรย


1. ความหมายของเคมอนทรย 2. การเขยนสตรโครงสรางสารประกอบอนทรย 3. การจ าแนกสารประกอบอนทรย 4. หมฟงกชนสารอนทรย 5. การเรยกชอสารอนทรย 6. ไอโซเมอร



1. ใหความหมายของเคมอนทรยได 2. เขยนและเรยกชอสารประกอบอนทรยได 3. จ าแนกสารประกอบอนทรยได 4. บอกและสรปหมฟงกชนอนทรยได 5. อธบายเกยวกบไอโซเมอรได



2. แบงผเรยนเปนกลมยอย ท ากจกรรมจ าแนกสารประกอบอนทรย และรวมกนอธบายพรอมใหเหตผล






158




2. การอภปรายและการตอบค าถามกลมในหองเรยน



บทท 8

เคมอนทรย

ศาสตรของวชาเคมอนทรย มการศกษาววฒนาการมาอยางยาวนาน ในยคแรกๆ มความเขาใจวา สารอนทรยเปนสารทสรางขนโดยสงมชวต เชน สตว พช หรอจลนทรย เทานน แตในความเปนจรงแลวนกวทยาศาสตรสามารถสงเคราะหสารเหลานนขนได ปจจบนเคมอนทรยจงเปนการศกษาเกยวกบสารทมคารบอนเปนองคประกอบหลก ในบทนจงอธบายเกยวกบความหมายของเคมอนทรย การเขยนและการเรยกชอของสารประกอบอนทรย ซงสามารถจ าแนกสารประกอบอนทรยไดตามลกษณะโครงสรางทคลายคลงกน และตามหมฟงกชนอนทรย โดยในแตละโมเลกลสารอนทรยอาจมโครงสรางทแตกตางกน

1. ความหมายของเคมอนทรย เคม อนทรย (organic chemistry) หมายถง การศกษาเกยวกบสารทมคารบอนเปน

องคประกอบหลก ซงคารบอนสามารถกอตวเกดสารประกอบตางๆ ไดหลากหลายกวาธาตชนดอนๆ เนองดวยคารบอนสามารถรวมตวเปนไดทงพนธะเดยว พนธะค และพนธะสาม รวมถงเชอมโยงกนในลกษณะโครงสรางแบบโซและแบบวงแหวน สารอนทรยในชวตประจ าวนทพบบอย เชน ยาปฏชวนะ

วคซน ยาทใชในการรกษาโรคทงทสกดแยกออกมาจากสงมชวตและทไดรบการสงเคราะหขนมา

ตวอยางเชน ascorbic acid หรอวตามนซ (ภาพท 8.1) และ xylitol เปนสารใหความหวานแทนน าตาล (ภาพท 8.2)

ภาพท 8.1 วตามนซ ทมา: Ayurveda

160

ภาพท 8.2 ไซลทอล

สารประกอบอนทรยสามารถเขยนโครงสรางไดหลายรปแบบ เชน เขยนโครงสรางแบบลวอส โครงสรางแบบยอ และโครงสรางแบบเสนและมม โดยแตละสารประกอบอนทรยมชอเรยกทแตกตางกน ขนอยกบชนดของสารประกอบอนทรย จ านวนอะตอม หมคารบอนหรอหมฟงกชนทมาเกาะบนโครงสรางของสารประกอบอนทรย

2. การเขยนสตรโครงสรางสารประกอบอนทรย การเขยนสตรโครงสรางของสารประกอบจะแสดงจ านวนอะตอมของธาตทเปนองคประกอบ

ของสาร และแสดงลกษณะการจดเรยงอะตอมของธาตตางๆ ในโมเลกล ซงท าใหทราบวามธาตใดบาง มกอะตอม แตละอะตอมยดเหนยวกบอะตอมอนๆ อยางไร สตรโครงสรางของสารประกอบอนทรยเปนสตรทแสดงการจดเรยงอะตอมของธาตตางๆ ในโมเลกลของสารนน ซงสามารถเขยนไดโดยใชสตรโครงสรางของลวอส โครงสรางแบบยอ และโครงสรางแบบเสนและมม

2.1 สตรโครงสรางแบบลวอส ใชในการอธบายรปรางโมเลกล โดยใชเสนและจดแทนอเลกตรอนวงนอกสดของอะตอมทเกดพนธะ ซงเสน 1 เสนจะแทนอเลกตรอน 2 ตว หรอ 1 ค การเขยนสตรโครงสรางในลกษณะนจะแสดงอเลกตรอนคโดดเดยวดวยหรอไมกได วธนเปนการเขยนสตรทแสดงรายละเอยดชนดของพนธะและต าแหนงทอยในโมเลกลทงหมด เหมาะส าหรบโมเลกลทมขนาดเลก หรอโมเลกลทไมซบซอนมากนก

2.2 สตรโครงสรางแบบยอ ใชการเขยนสญลกษณของคารบอนตอเนองกนโดยไมตองแสดงพนธะแบบเสน (ยกเวนพนธะคและพนธะสาม) อะตอมของธาตอนๆ ทเกดพนธะกบคารบอนอะตอมใด ใหเขยนไวตดกบคารบอนอะตอมนน โดยไมตองแสดงพนธะ กรณโครงสรางมลกษณะทซ ากน ใหใชวงเลบแทนการเขยนทงหมด โครงสรางแบบยอมขอดกวาการเขยนดวยโครงสรางแบบลวอส เพราะเหมาะส าหรบโมเลกลขนาดใหญ เขยนไดสะดวกและรวดเรว แตอาจพจารณาโครงสรางของโมเลกลไดยากและสบสน

161

2.3 สตรโครงสรางแบบเสนและมม เปนการเขยนสตรโครงสรางทผสมระหวางโครงสรางแบบเสน และแบบยอเพอตองการเนนบางอยางใหเดนชดขน มกจะเสนแตละเสนแสดงพนธะระหวางมมของคารบอนกบคารบอน แตส าหรบพนธะระหวางคารบอนกบอะตอมอน ๆ จะแสดงหรอไมกได ซงการเขยนสตรประเภทน เปนเพยงแสดงใหทราบถงการจดเรยงอะตอม ในลกษณะ 2 มต ซง

ความจรงการจดเรยงอะตอมของธาตจะเปนลกษณะ 3 มต เนองจากทศทางการเกดพนธะของคารบอนบงคบไว ท าใหไมสามารถตอกนอยในแนวเสนตรงได ทงน ตวอยางการเขยนสตรโครงสรางสารประกอบอนทรยทง 3 รปแบบ แสดงดงตารางท 8.1

ตารางท 8.1 ตวอยางการเขยนสตรโครงสรางของสารประกอบอนทรย

สารประกอบอนทรยสามารถแบงไดโดยอาศยโครงสรางทคลายคลงกน และแบงตามหมฟงกชน ซงเปนกลมของอะตอมทมอทธพลตอปฏกรยาทางเคมของโมเลกล แมโมเลกลจะแตกตาง แตหากเปนหมฟงกชนชนดเดยวกน ปฏกรยากเหมอนกน ดงนน หากท าความเขาใจคณสมบตของหมฟงกชนเพยงไมกกลมได กจะสามารถท าการศกษาและเขาใจคณสมบตของสารประกอบอนทรยตางๆ ได

162

3. การจ าแนกสารประกอบอนทรย การจ าแนกสารประกอบอนทรย สามารถจ าแนกได 2 ประเภท ดงน

3.1 โครงสรางทคลายคลงกน

สารประกอบอนทรยทงหมดเกดจากสารประกอบทรจกกนดทเรยกวา สารประกอบไฮโดรคารบอน เนองจากสารประกอบเหลานเกดมาจากธาตไฮโดรเจน และธาตคารบอนเพยงเทานน ซงโดยพนฐานสามารถแบงสารประกอบไฮโดรคารบอนออกเปน 2 กลมหลก คอ อะลเฟตก

(aliphatic) และแอโรมาตก (aromatic) โดยทไฮโดรคารบอนอะลเฟตกมทงโซเปดและโซปด ซงจะไมมสวนประกอบของกลมเบนซน (benzene) หรอวงแหวนเบนซน ขณะทกลมไฮโดรคารบอน

แอโรมาตกจะประกอบดวยวงแหวน benzene ตงแต 1 เปนตนไป ตวอยางการจ าแนกสารประกอบอนทรยโดยอาศยโครงสรางทคลายคลงกน แสดงดงภาพท 8.3

ภาพท 8.3 การจ าแนกสารประกอบอนทรยโดยอาศยโครงสรางทคลายคลงกน

3.2 หมฟงกชน

สารประกอบอนทรยสามารถแบงไดโดยใชการจดหมฟงกชน โดยทหมฟงกชน คอ กลมของอะตอมทมอทธพลตอปฏกรยาทางเคมของโมเลกล แมโมเลกลจะแตกตาง แตหากเปนหมฟงกชนชนดเดยวกน ปฏกรยากเหมอนกน ดงนน หมฟงกชนจะชวยในการบงบอกไดวาสารในกลมเดยวกนจะมคณสมบตทางกายภาพและทางเคมคลายคลงกน ซงไมเกยวของกบขนาดของโมเลกล ประเภทของสารประกอบอนทรยตามหมฟงกชน ทงนในหวขอถดไปจะกลาวถงหมฟงกชนตางๆ เชน แอลกอฮอล

อะลเฟตก

แอโรมาตก

163

(alcohols) อเทอร (ethers) เอสเทอร (esters) แอลดไฮด (aldehydes) กรดอนทรยหรอกรด

คารบอซลก (carboxylic acids) คโตน (ketones) เอมน (amines) และเอไมด (amides)

4. หมฟงกชนสารอนทรย 4.1 กลมของไฮโดรคารบอน (aliphatic hydrocarbon) ซงแบงออกเปน อลเคน (alkane),

อลคน (alkene) อลไคน (alkyne) และวงแอโรมาตก (aromatic)

4.1.1 อลเคน มพนธะเดยวเปนหมฟงกชนหรอไมมหมฟงกชน มสตรทวไป คอ CnH2n+2

(เมอ n แทนจ านวนอะตอมคารบอนตงแต 1, 2, …) โดยคณลกษณะเดนของโมเลกลอลเคน คอ มเพยงพนธะโคเวเลนตเดยว หมอลเคนรจกกนในอกชอหนงวา ไฮโดรคารบอนอมตว (saturated

hydrocarbon) เนองดวยเปนหมทประกอบดวยอะตอมของไฮโดรเจนในจ านวนสงสดเทาทจะสามารถสรางพนธะกบอะตอมของคารบอนทมอยได มเทน (methane) เปนโมเลกลอลเคนทมโครงสรางงายทสด คอม n =1 มสตรโมเลกลวา CH4 ซงเปนผลผลตโดยธรรมชาตจากกลมของแบคทเรยทเจรญไดในภาวะทไมมอากาศ หรอไมมออกซเจนเทานน (anaerobic bacteria) ทเกดจากการเนาเปอยของพชใตทะเล เนองจากถกคนพบครงแรกในพนทชนแฉะ มเทนจงรจกกนในชอ marsh

gas ตวอยางหนงทไมนาจะเปนไปได แตไดรบการพสจนวาเปนแหลงของมเทน คอ ปลวก เหตทเปนเชนน เนองจากเมอปลวกกนไมเขาไป จลนทรยทอาศยอยในระบบยอยอาหารของปลวกจะท าการยอยสลายเซลลโลส (cellulose) ในเนอไม ซงท าใหเกดผลตภณฑแกสคารบอนไดออกไซด สารประกอบตางๆ รวมถงมเทนมการประมาณการณวากวา 170 ลานตนของมเทนทเกดจากปลวก รวมถงเกดจากกระบวนการบ าบดของเสย ในทางธรกจ มเทนมาจากกาซธรรมชาต ส าหรบวงอลเคน (cycloalkane) คอ หมอลเคนทอะตอมของคารบอนเชอมพนธะกนเปนวง สตรทวไปคอ CnH2n (เมอ n = 3, 4, …) โดยวงอลเคนทมสตรโครงสรางงายทสด คอ cyclopropane (C3H6) ทงน สารประกอบชวภาพ เชน cholesterol, testosterone และ progesterone มโครงสรางเปนวงแหวนอยางนอย 1

วง

164

4.1.2 อลคน (alkene) เรยกอกชอวา โอลฟน (olefins) ประกอบดวยคารบอนเชอมกบคารบอนดวยพนธะคอยางนอย 1 ค สตรโครงสรางโดยทวไป คอ CnH2n (เมอ n คอจ านวนอะตอมของคารบอน ตงแต 2, 3, …) โครงสรางทงายทสดของหมอลคน คอ เอทลลน (ethylene, C2H4) โดยอะตอมของคารบอนทงคเปน sp2-hybridized และพนธะคเกดจากพนธะชนดซกมา (sigma bond)

และพนธะชนดพาย (pi bond)

4.1.3 อลไคน (alkyne) จะมพนธะสามเชอมระหวางอะตอมของคารบอนกบคารบอนอยางนอย 1 ค โดยมสตรโครงสรางทวไป คอ CnH2n-2 (เมอ n คอจ านวนอะตอมของคารบอนตงแต 2 อะตอมขนไป)

4.1.4 วงแอโรมาตก (aromatic) มหมฟนล (phenyl) เปนหมฟงกชน โมเลกลวง แอโรมาตก ตวอยางเชน เบนซน (benzene) มโครงสรางแบบวงแหวน ซงหมายถง สารประกอบทมอะตอมของคารบอนจ านวน 6 อะตอมทมพนธะเปนวงลอมคลายแหวน

4.2 แอลกอฮอล (alcohol) มหมไฮดรอกซ (hydroxy, -OH) เปนหมฟงกชน ทรจกกนดคอ

เอทลแอลกอฮอล (ethyl alcohol) หรอเอทานอล (ethanol) เปนผลผลตทางชวภาพ ซงสามารถน ามาใชประโยชนไดหลากหลาย เชน กระบวนการยอยสลายของน าตาลหรอแปงมนในสภาวะทไมมออกซเจน เอนไซมในแบคทเรยหรอยสตจะท าหนาทเปนตวเรงปฏกรยา ในกระบวนการนจะท าใหเกดพลงงาน โดยจลนทรยจะใชพลงงานเพอการเจรญเตบโตและกระบวนการอนๆ

165

ในทางธรกจเอทานอลจะถกเตรยมโดยปฏกรยาการเตมทเปนการรวมตวกนของน าและเอทลลน ทอณหภม 280°C และความดน 300 atm

ในการเรยนการสอนใชเปนตวท าละลายและเปนสารตงตนในการท าปฏกรยาส าหรบปฏบตการเคมอนทรยหรอปฏบตการทเกยวของ ส าหรบอตสาหกรรมการยอม ยา เครองส าอาง และระเบด รวมถงเปนสวนประกอบของเครองดมผสมแอลกอฮอล มกจะใชเอทานอลเปนสารตงตน

4.3 อเทอร (ether) มหมอลคอกซ (alkoxy, -OR) เปนหมฟงกชน ประกอบดวย พนธะ

R-O-R´ เมอ R และ R´เปนหมไฮโดรคารบอน (อะลเฟตก หรอ แอโรมาตก) โดยเกดจากปฏกรยาระหวางแอลกอฮอล 2 ตว เชน ปฏกรยาระหวางเมทานอลไดผลตภณฑเปนเอทลอเธอรและน า

ดงสมการ 3 3 3 3 2CH OH + HOCH CH OCH + H O

4.4 อลดไฮด (aldehyde) มหมคารบอนล (carbonyl, -C=O) เปนหมฟงกชน ซงจะม

อะตอมของไฮโดรเจนอยางนอย 1 อะตอมทมพนธะกบอะตอมของคารบอนในหมคารบอนล

โครงสรางอลดไฮดทงายทสด คอ ฟอรมลดไฮด (formaldehyde) ซงมแนวโนมเกดเปนพอลเมอร โดยโมเลกลเดยวแตละตวจะมาเชอมตอกนจนเกดเปนสารประกอบทมมวลโมเลกลสง กระบวนการดงกลาวจะท าใหเกดความรอนสงและเกดการระเบดขนบอยครง ดงนน การเตรยมฟอรมลดไฮด รวมถงการเกบรกษาจะท าในสารละลายในน า (เพอลดระดบความเขมขน) ทงน ของเหลวทคอนขางมกลนไมพงประสงคนจะใชเปนสารตงตนในอตสาหกรรมพอลเมอร และใชเปนสารกนเนาของสตวทดลองในหองปฏบตการ มจดทนาสนใจ คอ อลดไฮดทมมวลโมเลกลในระดบทสงกวา ตวอยางเชน ซนนามก แอลดไฮด (cinnamic aldehyde) จะมกลนหอมและถกใชในอตสาหกรรมน าหอม

166

4.5 คโตน (ketone) มหมคารบอนล (carbonyl, -C=O) เปนหมฟงกชนเชนเดยวกบหม อลดไฮด แตในหมคารบอนลของหมคโตน อะตอมของคารบอนจะเกดพนธะกบหมไฮโดรคารบอน

2 โมเลกล โดยปกตการเกดปฏกรยากบสารอนของคโตนจะมเกดไดชากวาอลดไฮด โดยคโตนทมโครงสรางงายสด คอ อะซโตน (acetone) เปนของเหลวกลนหอมทน ามาใชเปนสารละลายหลกในสารประกอบอนทรยและน ายาลางเลบ

4.6 กรดคารบอกซลก (carboxylic acids) หมฟงกชน คอ หมคารบอกซ (carboxy group,

-COOH) กรดคารบอกซลกจะพบเจอไดทวไปตามธรรมชาต พบไดทงในอาณาจกรพชและอาณาจกรสตว โมเลกลของโปรตนทงหมดเกดมาจากกรดอะมโน (amino acid) ซงเปนกรดคารบอกซลกชนดพเศษทประกอบดวยหมอะมโน (amino, -NH2) และหมคารบอนล

4.7 เอสเทอร (ester) มหมฟงกชนคอหมอลคอกซคารบอนล (alkoxycarbonyl group,

-COOR) มสตรทวไป คอ R´COOR เมอ R´ สามารถเปนไดทงไฮโดรเจน หรอหมไฮโดรคารบอน และ R คอ หมไฮโดรคารบอน โดยเอสเทอรจะน าไปใชในอตสาหกรรมน าหอมและสารแตงกลน

ในอตสาหกรรมลกอมและน าอดลม ในผลไมทมรสชาตและกลนทมความเฉพาะตว ซงเปนผลมาจากปรมาณเพยงเลกนอยของเอสเทอรทมอยในผลไมนนๆ ตวอยางเชน กลวยหอม ทประกอบดวย

3-methylbutyl acetate หรอสมทม octyl acetate และแอปเปลทม methyl butyrate

167

4.8 เอไมด (amide) มหมฟงกชน คอ หมอะมโนคารบอนล (aminocarbonyl group,

-CONH2 / -CONHR / -CONR2 ) เกดจากปฏกรยาระหวางกรดอนทรยกบแอมโมเนย หรอ เอมน

ปฐมภม หรอเอมนทตยภม

4.9 เอมน (amine) มหมอะมโน (amino, RNH2/ R2NH/ R3N) เปนหมฟงกชน ถาอะตอมของ H ในโมเลกลของแอมโมเนยถกแทนทดวยหมไฮโดรคารบอน 1 ต าแหนง เรยกวา เอมนปฐมภม (primary amine, RNH2) ถาถกแทนทดวยหมไฮโดรคารบอน 2 และ 3 ต าแหนง เรยกวา เอมน

ทตยภม (secondary amine) และ เอมนตตยภม (tertiary amine) ตามล าดบ (Goldberg, 2007,

p. 537)

168

สารประกอบอนทรยแบงตามหมฟงกชน สามารถสรปไดดงภาพท 8.4

ภาพท 8.4 จ าแนกสารอนทรยตามหมฟงกชนอนทรย ทมา: Goldberg, 2007, p. 547

สารประกอบอนทรยชนดตางๆ มสตรโมเลกลเหมอนกนแตมการเรยกชอทแตกตางกน ตวอยางเชน โมเลกล C2H5OH ทเปนสวนผสมในเหลา สามารถเรยกชอได 2 แบบ คอ เอทานอล (ethanol) เปนการเรยกชอแบบระบบชอสามญ และเอทลแอลกอฮอล (ethyl alcohol) เปนการเ ร ยกช อแบบระบบช อ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ซ งโมเลกลของสารอนทรยทมหมฟงกชนอนๆ จะเรยกชอแตกตางกนออกไป ดงนนหวขอถดไปจะขอกลาวถงการเรยกชอสารอนทรย

169

5. การเรยกชอสารอนทรย ระบบการเรยกชอสารอนทรยมอยดวยกน 2 ระบบ คอ ชอสามญ และชอ IUPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry) ซงในหวขอนจะเนนการเรยกชอ IUPAC เปนพเศษ เนองจากชอสามญมกจะใชเรยกชอสารอนทรยทมจ านวนคารบอนอะตอมไมมากนก จะพบทวไปในธรรมชาตและเปนทรจกกนมานานกอนทจะมระบบ IUPAC เชน กรดแอซตกในน าสม กรดฟอรมกในมดหรอแมลงอนๆ เปนตน อกทงเมอจ านวนคารบอนเพมขน จ านวนไอโซเมอร (จะกลาวในหวขอถดไป) เพมขนดวย เชน บวเทน ม 2 ไอโซเมอร หรอ เพนเทน ม 3 ไอโซเมอร ท าใหมปญหาในการเรยกชอ จงมความจ าเปนตองตงชอใหเปนระบบมากขน นกเคมกลมหนงจงประชมกนทเจนวาใน ค.ศ. 1892 และรางกฎในการเรยกชอระบบ IUPAC ขน ซงมขนตอนดงน (เกสร พะลง และ สนนท ชยะกล, 2557, หนา 12)

5.1 กรณสารประกอบไฮโดรคารบอนอลเคน

1) เลอกโซคารบอนทยาวทสดเปนชอหลก (parent name) เชน โซคารบอนทยาวทสด

จะมคารบอน 7 อะตอม จงมชอหลกเปนเฮพเทน

2) นบจ านวนอะตอมของคารบอนในโซหลกจากปลายขางทเมอนบแลวจะท าใหต าแหนงคารบอนทมหมแทนท (substituent group) มตวเลขต าสด เชน ในตวอยางขางตน ถานบจากซายไปขวา จะท าใหหมแทนทอยทต าแหนงท 2 และ 3 แตถานบจากขวาไปซาย จะท าใหหมแทนทอยทต าแหนงท 5 และ 6 ดงนน จงใชการนบจากซายไปขวา เพราะตวเลขของหมแทนทจะต ากวา

3) หมแทนทตออยกบต าแหนงใดของคารบอนในโซหลก การอานชอกจะระบต าแหนง

ของคารบอนนน แลวตามดวยชอของหมแทนท เชน ในตวอยางขางตน จะอานวาหม 2-methyl และหม 3-ethyl ตามล าดบ

170

4) ในการเรยกชอจะเรมตวดวยชอของหมแทนทเรยงตามตวอกษรแลวจงตามดวยชอหลก ชอของตวอยางสารประกอบขางตน จงเรยกวา 3-ethyl-2-methylheptane

5) กรณมหมแทนทชนดเดยวกนมากกวา 1 หมในโมเลกลนนๆ ใหเตมค าวา “di” “tri”

และ “tetra” ส าหรบหมแทนทชนดเดยวกนม 2 3 และ 4 หม ตามล าดบ เพอบอกถงจ านวนของหมแทนทดวย และตองระบตวเลขต าแหนงนนซ าดวย เชน

ส าหรบการเรยกชอค าน าหนาจ านวนคารบอนและหมอลคล (alkyl group) ซง

เปนหมแทนททลดจ านวนไฮโดรเจนลง 1 อะตอม มสตรทวไป คอ CnH2n+1 แสดงดงตารางท 8.2

ตารางท 8.2 ชอและสตรโครงสรางของจ านวนคารบอนและหมอลคล

จ านวนคารบอน

ค าน าหนา สตรโครงสราง ชอหมอลคล

1 Meth- CH3- Methyl

2 Eth- CH3CH2- Ethyl

3 Prop- CH3CH2CH2- Propyl

4 But- CH3CH2CH2 CH2- Butyl

5 Pent- CH3CH2CH2CH2CH2- Pentyl

6 Hex- CH3CH2CH2CH2CH2CH2- Hexyl

7 Hept- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2- Heptyl

8 Oct- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- Octyl

9 Non- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- Nonyl

10 Dec- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- Decyl

11 Undec- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- Undecyl

12 Dodec- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- Dodecyl

6) ถาสายโซปดหรอวง จะเรยกชอท านองเดยวกนกบโซเปดของอลเคน แตบอกจ านวนคารบอนในวงนนจะตองน าหนาดวยค าวา ไซโคล- (cyclo-)

171

5.2 กรณสารประกอบไฮโดรคารบอนอลคน

1) เลอกคารบอนโซยาวทสดทมพนธะคอยในสายโซนนเปนชอหลก แตกรณทมพนธะคมากกวา 1 พนธะ ใหเลอกโซทมพนธะคมากทสดแมวาไมใชโซทยาวทสด

2) นบจ านวนคารบอนในโซซงใหคารบอนทสรางพนธะในต าแหนงทมตวเลขนอยทสด

3) ถามพนธะค 1 พนธะ 2 พนธะ และ 3 พนธะ ใชค าลงทายวา -อน (-ene) –ไดอน

(-diene) และ -ไตรอน (-triene) ตามล าดบ

4) ต าแหนงของพนธะคใหระบตวเลขของคารบอนอะตอมแรกทสรางพนธะค 5) ถามโซกง ใหระบท านองเดยวกบสารประกอบอลเคน

6) ถาสายโซปดหรอวง มเพยง 1 พนธะ ใหนบคารบอนอะตอมทสรางพนธะคเปนต าแหนงท 1 และไมจ าเปนตองระบถงต าแหนงของพนธะคนน ถามพนธะค 2 พนธะจะตองระบต าแหนงของพนธะทงสองดวย

5.3 กรณสารประกอบไฮโดรคารบอนอลไคน การเรยกชออลไคนจะเหมอนกบอลคนแตเปลยนค าลงทายเปน -ไอน (-yne) เพอแสดงวามพนธะสาม

172

5.4 กรณสารประกอบกรดคารบอกซลก

สารประกอบกรดคารบอกซลกมหมคารบอนลซงเปนหมฟงกชนหลก โดยโซหลกคารบอนยาวทสดในโมเลกลทมหม -COOH โดยลงทายดวยค าวา -โออกแอซด (-oic acid) และโดยทวไปจะเรมนบต าแหนงคารบอนของหม -COOH เปนต าแหนงท 1 กไมจ าเปนตองระบต าแหนง แลวนบหมแทนทหรอหมฟงชชนอนๆ เรยงตามล าดบ

5.5 กรณสารประกอบแอลกอฮอล สารประกอบแอลกอฮอลมหมไฮดรอกซลซงเปนหมฟงกชนหลก โดยโซหลกคารบอนยาว

ทสดทมหม -OH ตออย และนบต าแหนงทตอกบหม -OH เปนตวเลขนอยทสดแลวระบหมฟงกชน -OH ดวยค าลงทายวา -ออล (-ol) ถามหม -OH 2 หม และ 3 หม ค าลงทายจะเปลยนเปน -ไดออล

(-diol) และ -ไตรออล (-triol) ตามล าดบ

173

5.6 กรณสารประกอบเอสเทอร สารประกอบเอสเทอรไดมาจากการโมเลกลแอลกอฮอล 1 โมเลกล ท าปฏกรยากบ

โมเลกลกรดคารบอกซลก 1 โมเลกล ไดโมเลกลน า 1 โมเลกล และโมเลกลเอสเทอร (RC(O)OR)

ดงนนชอของสารประกอบเอสเทอรจงแบงออกเปน 2 สวน สวนแรกเปนชอของหม R ซงเปนหมอลคลจากโมเลกลของแอลกอฮอล (ROH) และอกสวนเปนชอของหม RCOO- ซงเปนหมคารบอกซลก (RCOOH) การเรยกชอหมนจะเปลยนค าลงทายจาก -อก (-ic) เปน -เอต (-ate) แลวตดค าวา แอซด (acid) ออกไป

5.7 กรณสารประกอบคโตน

การเรยกชอเหมอนสารประกอบไฮโดรคารบอนทมโซคารบอนทยาวทสดในโมเลกลทมหม -CO- อยดวย โดยระบต าแหนงของหมคารบอนลไวขางหนา และตด e ออกไป แลวลงทายดวยค าวา -โอน (-one)

5.8 กรณสารประกอบแอลดไฮด

การเรยกชอเหมอนสารประกอบไฮโดรคารบอนทมโซคารบอนทยาวทสดในโมเลกลทมหม -CHO อยดวย โดยเรมตนนบต าแหนงจากคารบอนของหม -CHO เปนต าแหนงท 1 แลวตด e ออกไปแลวลงทายดวยค าวา -แอล (-al)

174

5.9 กรณสารประกอบอเทอร สารประกอบอเทอร มกจะเรยกหมอลคลหมหนงกบออกซเจน (RO-) เปนหมแทนท โดย

เรยกหม RO- นวาหมอลคอกซ (alkoxy group) ซงเรยกชอหมอลคอกซ เรยกโดยตด -อล (-yl) ออกจากชอของหมอลคล แลวเตมค าวา -ออกซ (-oxy) เขาไป

CH3O- CH3CH2O-

methoxy ethoxy

5.10 กรณสารประกอบเอมน

เอมนเปนอนพนธของแอมโมเนย เมอแทนทไฮโดรเจนในโมเลกลแอมโมเนยดวยหมอลคลหรอเอรลจะไดสารประกอบเอมน การเรยกชอเหมอนสารประกอบไฮโดรคารบอนทมโซคารบอนทยาวทสดในโมเลกลทตออยกบไนโตรเจน แลวลงทายดวยค าวา -เอมน (-amine)

5.11 กรณสารประกอบเอไมด สารประกอบเอไมดจดเปนอนพนธของกรดคารบอกซลกหรออนพนธของแอมโมเนยก

ไดการเรยกชอเอไมดจงแบงออกเปน 2 กลม โดยกลมแรกจะเรยกเหมอนอนพนธของกรด

คารบอกซลก คอ เรยกชอกรดทเปนทมาของเอไมดนนๆ โดยเปลยนค าลงทายจาก -โออก (-oic) เปน เอไมด (amide) แลวตดค าวา แอซด ออกไป

175

การจ าแนกชนดตามหมฟงกชน และการเรยกชอของสารประกอบอนทรยโมเลกลตางๆ ดงทกลาวมาขางตน เมอพจารณาสตรโมเลกลของสารประกอบอนทรย พบวา สารประกอบสารอนทรยบางตวมสตรโมเลกลเหมอนกน แตสตรโครงสรางแตกตางกน เรยกวา สารมโครงสรางไอโซเมอร ซงอาจจะแตกตางเพยงโครงสรางเดยวหรอมากกวา

6. ไอโซเมอร กาซธรรมชาตประกอบไปดวย มเทน (methane) อเทน (ethane) และโพรเพน (propane

มปรมาณเลกนอย) ในความเปนจรง พบวา อะตอมของคารบอนในหมอลเคนทงหมดสามารถสนนษฐานไดวาเปน sp3-hybridized โดยโครงสรางของอเทน และโพรเพน มพนธะกบอะตอมของคารบอนเพยงทางเดยว ขณะทบวเทน (butane) มโครงสรางทเปนไปไดถง 2 รปแบบ ซงเรยกวาโครงสรางไอโซเมอร (structural isomers) โครงสรางแรก คอ n-butane (n หมายถง ปกต) และอกโครงสรางคอ isobutane ทงสองมสตรโมเลกลทเหมอนกน แตกตางกนทโครงสราง ตวอยางเชน โครงสรางของ butane ทเปนไปไดทง โซตรง (straight-chain) หรอ โซกง (branched-chain) ในสวน n-butane จะเปนโซตรง เนองจากอะตอมของคารบอนเรยงตวกนเปนเสนตรงเสนเดยว ขณะท isobutane จะเปนโซกงซงมอะตอมของคารบอนอยางนอยหนงอะตอมทมพนธะกบคารบอนตวอนอยางนอย 3 อะตอม

ในหมอลเคน พบวา ยงจ านวนอะตอมของคารบอนเพมขน จ านวนโครงสรางไอโซเมอรยงเพมมากขน ซงหมายถง มโครงสรางทหลากหลายมากกวาเดมทงๆ ทมสตรโมเลกลเพยงสตรเดยว ตวอยางเชน บวเทน (C4H10) ม 2 โครงสรางไอโซเมอร เดกเคน (decane) (C10H22) ม 75 โครงสราง

176

ไอโซเมอร และ อลเคนทมสตร C30H62 จะมรปแบบไอโซเมอรมากถง 400 ลานโครงสราง แตในความเปนจรง โครงสรางไอโซเมอรสวนใหญไมมอยตามธรรมชาตหรอไดรบการสงเคราะห นอกจากน จ านวนโครงสรางไอโซเมอร เปนเพยงตวยนยนวาคารบอนสามารถการเกดสารประกอบมากกวาธาตอนๆ

บทสรป

สารอนทรยเปนสารทสรางขนโดยสงมชวต และสามารถสงเคราะหขนโดยนกวทยาศาสตร ซงจ าแนกตามโครงสรางทคลายคลงกน และตามหมฟงกชน โดยหมฟงกชนเปนกลมของอะตอมทมอทธพลตอปฏกรยาทางเคมของโมเลกล ซงประเภทของสารประกอบอนทรยตามหมฟงกชน เชน แอลกอฮอล(alcohols) อเทอร (ethers) เอสเทอร (esters) แอลดไฮด (aldehydes) กรดอนทรยหรอกรดคารบอซลก (carboxylic acids) คโตน (ketones) เอมน (amines) และเอไมด (amides) หมฟงกชนเหลานจะชวยในการบงบอกไดวาสารในกลมเดยวกนจะมคณสมบตทางกายภาพและทางเคมคลายคลงกน แตการเรยกชอของโมเลกลแตละหมฟงกชนจะแตกตางกนออกไป และสารอนทรยบางตวมสตรโมเลกลทเหมอนกน แตสตรโครงสรางตางกน เรยกวาสารนนมโครงสรางไอโซเมอร ซงอาจจะมโครงสรางแตกตางเพยงโครงสรางเดยว หรอหลายโครงสราง ดงนน นกวทยาศาสตรจงพยายามคนหาสารอนทรยตวใหมๆ เพอศกษาองคประกอบและโครงสรางของสารตอไป

177


1. จงบอกความหมายของเคมอนทรย 2. สารประกอบอนทรยจ าแนกตามโครงสรางทคลายคลงกนแบงออกเปนกชนด อะไรบาง 3. สารประกอบอนทรยจ าแนกตามหมฟงกชนมกชนด อะไรบาง 4. จงเขยนโครงสรางแบบเสนมมของสารประกอบอนทรยตอไปน

4.1 propyl hexanoate

4.2 3-methyl-1-hexanol

4.3 3-methyl-1-hexane

4.4 3-methylcyclohexyne

4.5 2,3-dibromo-1-methylcyclohexene

5. จงอานชอสารประกอบอนทรยตอไปน

5.1 5.2

5.3 5.4

6. สารอนทรยตอไปนประกอบดวยหมฟงชชนใดบางในโมเลกล

6.1 วตามนซ (ascorbic acid)

178

6.2 มอรฟน (morphine)

7. จงบอกความหมายของไอโซเมอร 8. จงเขยนไอโซเมอรของสารประกอบอนทรยดงตอไปน

8.1 8.2

179


เกสร พะลง และสนนท ชยนะกล. (2557). เคมอนทรย. พมพครงท 7. กรงเทพฯ: ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย.




Ayurveda. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 5 พฤษภาคม 2560 จาก http://www.ayurvedaupay.com/

2015/11/importance-vitamin-c-source-health-benefits.html



Moore, J. W., Stanitski C. L., & Jurs, P.C. (2010). Principles of Chemistry the Molecular



Retrieved April 3, 2017 https://www.saylor.org/books/


เคมสงแวดลอม


1. บทน ำ 2. มลพษทำงน ำ

3. มลพษทำงดน

4. มลพษทำงอำกำศ


หลงจำกเรยนบทท 9 แลวผเรยนสำมำรถ

1. บอกควำมหมำยและขอบเขตของเคมสงแวดลอมได 2. บอกองคประกอบทำงเคม และสำรมลพษทำงน ำ มลพษทำงดน มลพษทำงอำกำศ ได 3. ระบปจจยทกอใหเกดผลกระทบตอสงแวดลอมได 4. ระบแนวทำงปองกนและแกไขมลพษสงแวดลอม ดน น ำ อำกำศได 5. น ำควำมรไปประยกตใชประโยชน และรณรงค ปองกนสงแวดลอมได


1. บรรยำย และอธบำยประกอบสอกำรเรยนกำรสอน PowerPoint

2. แบงผ เรยนเปนกลมยอยคนควำปจจยทท ำใหเกดมลพษสงแวดลอม น ำเสนอหนำหองเรยน และพรอมกนอภปรำย

3. ใหนกศกษำรำยบคคลท ำแบบฝกหด


1. เอกสำรประกอบกำรสอนรำยวชำเคมทวไป บทท 9

2. สอกำรเรยนกำรสอน PowerPoint


182


พจำรณำจำก

1. ใหคะแนนกำรเขำเรยน

2. กำรอภปรำยและน ำเสนอเปนกลมในหองเรยน

3. ควำมรวมมอในกจกรรมกำรเรยนกำรสอน

4. กำรตอบค ำถำมแบบฝกหด

บทท 9

เคมสงแวดลอม

สงมชวตกบสงแวดลอมมควำมสมพนธเกยวของกนอยตลอดเวลำ สงแวดลอมมกำรเปลยนแปลงไป สงมชวตกตองปรบสภำพใหอยในสภำวะน นๆ เพอใหด ำรงชวตอยได หรอแพรพนธตอไปได ซงกำรเปลยนแปลงดงกลำวมกจะเกยวของกบทรพยำกรธรรมชำต เชน น ำ ดน และอำกำศ เปนตน มนษยเปนสวนหนงทส ำคญทท ำใหทรพยำกรธรรมชำตเหลำน มกำรเปลยนแปลง มกำรน ำเอำทรพยำกรธรรมชำตมำใชประโยชนในกำรด ำรงชวต และไดน ำควำมรทำงวทยำศำสตรและเทคโนโลยมำชวยสรำงสรรคส งแวดลอมข นมำใหม แตขณะเดยวกนกำรสรำงสรรคน นๆ กท ำลำยทรพยำกรธรรมชำตอยำงรวดเรว ขำดกำรอนรกษขำดกำรทดแทนสงทสญส นไป และไดสร ำงของเสย สงปฏกลเกดข นอยำงมำก ท ำใหเกดปญหำสงแวดลอมเปนพษ หรอทเรยกวำ มลพษ (pollution) มผลกระทบท งตอมนษยเองและตอสมดลของธรรมชำตดวย ดงน นปญหำทเกดข นจ ำเปนตองปองกนและแกไข ซงเคมเกยวกบสงแวดลอม เปนกำรศกษำกำรปรำกฏกำรณหรอเปลยนแปลงทำงเคมทเกดข นในสงแวดลอม ท งในอำกำศ ดน น ำ รวมท งกำรน ำควำมรทำงเคมไปใชประโยชนในกำรปองกน แกไข ปรบปรงสงแวดลอมใหมคณภำพดข น ซงในบทน จะขอกลำวถงเคมทเกยวของกบสงแวดลอม กำรเกดมลพษสงแวดลอมท งทำงน ำ ดน และอำกำศ รวมถงวธกำรปองกน ปรบปรง แกไขมลพษ

1. บทน า เคมสงแวดลอม (environmental chemistry) เปนกำรศกษำเกยวกบปรำกฏกำรณหรอกำร

เปลยนแปลงทำงเคมทเกดข น ท งในน ำ ดน และอำกำศ รวมท งกำรน ำควำมรเคมไปใชประโยชนในกำรปองกนปรบปรง แกไข สงแวดลอมใหมคณภำพดข น ท งสงแวดลอมธรรมชำตและสงแวดลอมทำงสงคม (รตนำ สนนเมอง , ม.ป.ป.) ซงแบงออกเปน 4 สำขำไดแก เคมเกยวของกบอทกพภพ (hydrosphere) เคมเกยวของกบปฐพพภพ (lithosphere) เคมเกยวของกบอำกำศพภพหรอบรรยำกำศ (atmosphere) และเคมทเกยวของกบชวพภพ (biosphere) ในบทน จะขอกลำวถงเคมเกยวของกบอทกพภพ (hydrosphere) เคมเกยวของกบปฐพพภพ (lithosphere) และเคมเกยวของกบอำกำศพภพหรอบรรยำกำศ (atmosphere)

1.1 อทกพภพ อทกพภพ (hydrosphere) หมำยถง ปรมำณน ำท งหมดทมอยในโลก ไดแก มหำสมทร

ทะเลสำบ แมน ำ ล ำธำร น ำใตดน ธำรน ำแขงข วโลก และธำรน ำแขงบนยอดเขำ ควำมช นในดน และไอน ำในบรรยำกำศ ซงน ำจะพบท งในเปลอกโลก (lithosphere) และในบรรยำกำศ (atmosphere)

184

(นทธรำ สรรมณ, 2541, หนำ 73) โดยมปรมำณน ำบนพ นโลกแตกตำงกน ดงภำพท 9.1 (ก) แบงออก เป น 2 ส ว น (Brown and Bhushan, 2016) ไ ด แ ก 1) น ำ เ ค ม (saline water) 97.5%

ประกอบดวย มหำสมทร (oceans) 96.5% และน ำใตดนกรอย (brackish groundwater) 1% และ 2) น ำจด (fresh water) 2.5% ประกอบดวย ธำรน ำแขงและหมะ (glaciers and snow) 1.74% น ำใตดน 0.76% น ำผวดน (surface water) 0.03% และน ำในบรรยำกำศ (atmosphere) 0.001% น ำทมในสวนตำงๆ จะมกำรหมนเวยนถำยเทกนตลอดเวลำ ภำยใตสภำวะทเหมำะสมของบรรยำกำศเปนวฎจกรของน ำ โดยไอน ำในอำกำศจะควบแนน (condensing water vapour) เปนหยดน ำ ลกเหบ หรอหมะ แลวตกลงสพ น บำงสวนจะไหลไปตำมพ นดนลงสแมน ำ ล ำธำร ทะเลสำป ทเรยกรวมกนวำ น ำไหลผำน (run off) บำงสวนไหลลกลงไปในดน (subsurface flow) จนถงช นทดนอมตวไปดวยน ำและกลำยไปเปนสวนหนงของน ำใตดนในทสด และน ำเหลำน ไมวำจะอยทผวหนำหรอใตดน จะไหลลงสทต ำกวำ จนกระทงลงไปสทะเลสำบและมหำสมทร (นทธรำ สรรมณ, 2541, หนำ 73)

(ภำพท 9.1 (ข))

ภาพท 9.1 (ก) ปรมำณน ำทแตกตำงกนในสวนตำงๆ (ข) วฏจกรของน ำ ทมำ: Brown and Bhushan, 2016

น ำเปนสวนส ำคญตอสวนของชวภำพ (biosphere) ในสงมชวต น ำจงจ ำเปนทสดในกำรด ำรงชวตของมนษย เนองจำกตองใชในกำรอปโภค บรโภค ช ำระลำงรำงกำยและสงสกปรก ใชในทำง

185

กำรเกษตรส ำหรบกำรเพำะปลกและเล ยงสตว ใชในอตสำหกรรมในกระบวนกำรผลต ระบำย

ควำมรอนแกเครองจกร ใชในกำรคมนำคมขนสง เปนแหลงใหพลงงำนไฟฟำ และอกท งเปนแหลงพกผอนหยอนใจ เชน กำรเลนน ำ กำรลองแกง กฬำทำงน ำ เปนตน สมบตทำงกำยภำพและทำงเคมมกจะเปนตวบอกคณภำพของน ำ โดยทวไปแลวมนษยสวนใหญจะตดสนคณภำพน ำจำกสมบตทำงกำยภำพมำกกวำ ซงจะสงเกตวำน ำทดตองใส ไมมส ไมมกลน และน ำตองอณหภมทเหมำะสมเพอกำรสบพนธและกำรอยรอดของสงมชวตในน ำ แตอยำงไรกตำม น ำธรรมชำตสวนใหญกยงคงมควำมขน และมกจะมสเพรำะแทนนนหรอสำรอนทรยตำงๆ ทเกดจำกกำรผพงของพชเจอปนอย ส ำหรบสมบตทำงเคมของน ำ แบงออกเปน 3 กลม ไดแก สำรอนนทรย (สำรจ ำพวกไอออน ธำต และสำรกมมนตภำพรงส) สำรอนทรยท งทเกดข นตำมธรรมชำตและสงเครำะหข น และแกส (ไนโตรเจน ออกซเจน คำรบอนไดออกไซด ไฮโดรเจนซลไฟล แอมโมเนย และอเทน)

1.2 ปฐพพภพ ปฐพพภพ (lithosphere) เปนสวนของโลกทเปนของแขงหอหมอยรอบนอกสดของโลก

ประกอบดวยหน แรธำต และดนตำงๆ (คณะกรรมกำรแหงชำตวำดวยกำรศกษำวทยำศำสตรและวฒนธรรมแหงสหประชำชำต คณะอนกรรมกำรจดท ำพจนำนกรมธรณวทยำ, 2530, หนำ 161)

ดน (soil) หมำยถง ทหวตถธรรมชำต (natural body) ทเกดจำกกำรสลำยตวของหนและแรธำตตำงๆ ผสมคลกเคลำกบอนทรยวตถ ซงปกคลมผวดนโลกอยเปนช นบำงๆ เปนวตถทค ำจนกำรเจรญเตบโตและกำรทรงตวของพช ดนประกอบดวยแรธำตทเปนของแขง อนทรยวตถ น ำ และอำกำศ ทมสดสวนแตกตำงกน ข นอยกบชนดของดน (กรมพฒนำทดน, ม.ป.ป.) ดนมควำมส ำคญตอมนษย พช ปศสตว อตสำหกรรม และเปนแหลงพกผอนหยอนใจเปนทต งของทวทศน โดยลกษณะของดน แบงตำมคณสมบตออกเปน 3 ลกษณะ ไดแก

1) คณสมบตทำงเคม ดนมแรธำตอำหำรของพช ประกอบดวยธำตหลก คอ ธ ำตไนโตรเจน ธำตฟอสฟอรส และโพแทสเซยม และธำตรอง คอ สงกะส ทองแดง คลอรน เหลก เปนตน และปฏกรยำของดนทเปนกลำงจะตองไมเปนกรดเปนเบส หรอไมมควำมเคมมำกเกนไป

2) คณสมบตทำงกำยภำพ ดนตองมโครงสรำงทด มควำมรวนซย อำกำศถำยเทไดด มควำมสำมำรถอมน ำไดด เพอชวยใหรำกของพชสำมำรถชอนไชไปหำแรธำตในดนไดงำย

3) คณสมบตทำงชวภำพ ดนมจลนทรยและสงมชวตเลกๆ ท ำหนำทยอยสลำยสำรอนทรยใหกลำยเปนอนทรยวตถในดน เปนแหลงของธำตไนโตรเจน และธำตอนๆ ใหแกพช เชน กำรตรงไนโตรเจน เปนกำรเปลยนแกสไนโตรเจนในอำกำศมำเปนสำรประกอบเพอใหจลนทรยเองใชประโยชน และปลอยออกมำใหพชน ำไปใชประโยชนอยำงชำๆ

องคประกอบของดน โดยทวไปประกอบดวย แรธำต อนทรยวตถ น ำ และอำกำศ ในอตรำสวนทแตกตำงกน (ภำพท 9.2) ซงดนทเหมำะสมตอกำรเจรญเตบโตของพช ควรมสวนประกอบ

186

ของแรธำต 45% อนทรยวตถ 5% น ำหรอสำรละลำยในชองวำงระหวำงเมดดน 25% และอำกำศซงเปนชองวำงระหวำงเมดดน 25% กำรเปลยนแปลงของอตรำสวนดงกลำวน เชน ปรมำณอนทรยวตถลดลง แรธำตสญเสยไป ชองวำงในดนลดลงมผลใหอำกำศและน ำในดนลดลง ดนเกดควำมแนนตวเปนสำเหตของควำมเสอมโทรมของทรพยำกรดน (กรมพฒนำทดน, ม.ป.ป.)

ภาพท 9.2 องคประกอบของดน

ทมำ: กองวจยและพฒนำกำรจดกำรทดน กรมพฒนำทดน กระทรวงเกษตรและสหกรณ, ม.ป.ป.

1.3 อากาศพภพหรอบรรยากาศ อำกำศพภพหรอบรรยำกำศ (atmosphere) หมำยถง สวนทเปนแกสหรอของผสมของ

แกสทหอหมโลกอย ซงอำจแบงออกเปน 2 ช น ตำมควำมสงเหนอผวโลก คอ บรรยำกำศช นลำงเปนบรรยำกำศต งแตผวโลกข นไปจนถงระดบควำมสง 50 กโลเมตร และบรรยำกำศช นบน ซงเปนบรรยำกำศทอยเหนอ 50 กโลเมตรข นไปจนถงอวกำศ (ทบวงมหำวทยำลย, 2541, หนำ 356)

บรรยำกำศ สำมำรถแบงตำมองคประกอบเมอเปรยบเทยบกบปรมำตรได 2 สวน ไดแก 1) อำกำศแหง (dry air) ซงเปนสวนของบรรยำกำศทมองคประกอบทแนนอน และ

ปรมำณคงทโดยปรมำตรทระดบน ำทะเล (ภำพท 9.3) ไดแก แกสไนโตรเจน (N2) มควำมเขมขน 780,840.00 ppm แกสออกซเจน (O2) มควำมเขมขน 209,460.00 ppm แกสอำรกอน (Ar) มควำมเขมขน 9,340.00 ppm แกสคำรบอนไดออกไซด (CO2) มควำมเขมขน 322.00 ppm และแกสอนๆ (นทธรำ สรรมณ, 2541, หนำ 5)

2) องคประกอบอนๆ ทมปรมำณนอย (trace element) เปนองคประกอบทสำมำรถเปลยนแปลงไดตลอดเวลำ และในปรมำณทไมเทำกนซงแปรตำมปจจยในสงแวดลอม ไดแก ไอน ำ มเทน แอมโมเนย โอโซน เปนตน

https://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjiisXI5aPcAhWWTn0KHaI8CS4QjRx6BAgBEAU&url=http://www.ldd.go.th/Web_Soil/Page_02.htm&psig=AOvVaw2mx1B2sOgfOCA6BiSbf3_r&ust=1531836426674712

187

ภาพท 9.3 องคประกอบของบรรยำกำศทคงท ทมำ: ศนยกำรเรยนรวทยำศำสตรโลกและดำรำศำสตร, 2555

นกวทยำศำสตรแบงช นบรรยำกำศตำมกำรเปลยนแปลงของอณหภม (ภำพท 9.4) ดงน 1) ช นโทรโพสเฟยร (troposphere) เปนบรรยำกำศช นลำงสดทมนษยเรำอำศย สดช น

น เรยกวำ โทรโปพอส ควำมสงเฉลย 8-9 ไมล บรเวณศนยสตรสงรำว 10 ไมล บรรยำกำศช นน ไดรบ

ควำมรอนจำกกำรแผรงสของโลก อณหภมจะเปลยนแปลงและลดลงตำมควำมสง และจะมไอน ำอยเปนจ ำนวนมำก จงท ำใหเกดปรำกฏกำรณน ำฟำตำงๆ เชน เมฆ พำย ฝน เปนตน

2) ช นสตรำโตสเฟยร (stratosphere) สงจำกผวโลกไมเกน 18 ไมล สดช นน เรยกวำ สตรำโตพอส บรรยำกำศช นน ไดรบควำมรอนจำกโอโซน เกอบไมมไอน ำ ไมมเมฆฝนหรอหมะ นกบนนยมใชเปนเพดำนบน

3) ช นมโซสเฟยร (mesosphere) สงจำกผวโลกไมเกน 50 ไมล สดช นน เรยกวำ มโซพอส บรรยำกำศช นน ไมมไอน ำ อณหภมสงข นอยำงรวดเรว เนองจำกมโอโซนสะสมอยตอนลำงดดรงสอลตรำไวโอเลตจำกดวงอำทตยไว

4) เทอรโมสเฟยร (themosphere) หรอไอโอโนสเฟยร (ionosphere) สงจำกผวโลกไมเกน 650 ไมล สดช นน เรยกวำ ไอโอโนพอส บรรยำกำศช นน เบำบำงมำก มกำซเปนสอไฟฟำ เชน ไนโตรเจน ฮเลยม ออกซเจน ไฮโดรเจน นอกจำกน บรรยำกำศช นน ชวยในกำรสะทอนคลนวทย และเกดแสงเรองสขำว เขยว หรอแดงออนเจอปนอย หอยลงมำคลำยมำนหรอกรวยในทองฟำ เรยกวำ แสงเหนอ (เกดทข วโลกเหนอ) แสงใต (เกดทข วโลกใต)

188

ภาพท 9.4 ช นบรรยำกำศ

ทมำ: ศนยกำรเรยนรวทยำศำสตรโลกและดำรำศำสตร, 2555

ควำมรทวไปทำงดำนเคมสงแวดลอมท งดำนน ำ ดน อำกำศ ท ำใหทรำบถงสภำพธรรมชำตของสงแวดลอมน นๆ เมอมกำรปนเปอนมลพษสสงแวดลอม เกดกำรเสยสมดลหรอสภำพธรรมชำต สงผลกระทบตอคณภำพสงแวดลอมหรอภำวะทเปนพษและอนตรำยตอสงมชวต โดยสำเหตหลกเปนผลมำจำกมนษย ไดน ำเทคโนโลยเขำมำพฒนำสงคมในดำนต ำงๆ และเพมควำมสะดวกสบำยในกำรด ำรงชวต ซงขำดกำรปองกนปญหำผลทจะตำมมำ จนกอใหเกดสภำวะทสงแวดลอมเปลยนแปลงหรอปนเปอน ทเรยกวำ ภำวะมลพษ (กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตสงแวดลอม, ม.ป.ป.) โดยมลพษทท ำใหคณภำพสงแวดลอมเสอมโทรม เชน มลพษทำงน ำ มลพษทำงดน และมลพษทำงอำกำศ

2. มลพษทางน า น ำบรสทธ หมำยถง น ำทไมมสำรแปลกปลอมอนใดปนอยเลย ซงนกเคมใหควำมหมำยวำ น ำ

บรสทธ ประกอบดวยโมเลกลของน ำ (H2O) เพยงอยำงเดยวเทำน น (ทบวงมหำวทยำลย, 2541, หนำ 359) แตในควำมเปนจรง น ำดมทบรสทธสวนมำกกยงมเกลอแร หรอแรธำตอนละลำยปนอยเลกนอย ดงน น กำรศกษำเคมสงแวดลอมของน ำอำจแบงออกเปน 2 ประเภท ไดแก น ำทไมเปนพษ และน ำทเปนพษ

189

2.1 น าทไมเปนพษ หมำยถง น ำทมสำรอนทไมเปนพษภยละลำยปะปนอยดวยในปรมำณนอย เชน แกสตำงๆ เชน O2 N2 และ CO2 และอำจเปนสำรแขวนลอย หรอเกลอแรบำงชนด เชน เกลอคลอไรด ไนเตรต ทปะปนอยในปรมำณไมมำกนก

2.2 น าทเปนพษ เปนน ำทกอใหเกดมลพษทำงน ำ ซงหมำยถง น ำทมสำรมลพษละลำยปะปนอย ท ำใหเกดควำมเสยหำยตอระบบนเวศและคณภำพน ำเปลยนแปลง สำรพษทเปนสงทมชวต เชน เช อจลนทรย และไวรส หรออำจจะเปนสงทไมมชวต เชน ตะกว ปรอท แคดเมยม เปนตน ซงสำรพษเหลำน อำจมำจำกน ำท งจำกโรงงำนอตสำหกรรม น ำท งจำกครวเรอน ชมชน หรอน ำท งจำกกำรเกษตรกรรม เปนตน ท ำใหเกดภำวะมลพษทำงน ำ ดงน

1) น ำเนำสงกลนเหมน อำจเกดจำกหลำยสำเหต ไดแก จลนทรยมในปรมำณมำกในน ำ ตองใชออกซเจนในกำรด ำรงชพ สำรอนทรย (ไขมน โปรตน) โดยจลนทรยใชออกซเจนในน ำเพอยอยสลำยสำรอนทรย ท ำใหปรมำณออกซเจนในน ำลดลง กำรยอยสลำยของสำรอนทรยแบบไรอำกำศ ท ำใหเกดจำกแกสไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) อณหภมในน ำสงกวำ 25-35°C ซงเปนตวเรงปฏกรยำกำรใชออกซเจนของจลนทรย และลดกำรละลำยของออกซเจนในน ำ

2) สเปลยนและควำมขนสง น ำมสำรแขวนลอย ตะกอนหนก หรอของแขงละลำย น ำมนและสำรลอยน ำตำงๆ ซงสและควำมขนจะขดขวำงกระบวนกำรสงเครำะหแสงในน ำ

3) ปรมำณโลหะหนกปนเปอนอยในน ำเสยจำกโรงงำนอตสำหกรรม เชน ปรอท โครเมยม ทองแดง ซงจะสะสมในหวงโซอำหำร เปนอนตรำยตอสงมชวต นอกจำกน สำรกมมนตภำพรงสทเกดจำกเตำปฏกรณและกำรเกดฟสชนของอำวธนวเคลยรหรอเกดจำกปฏกรยำคอสมคมโอกำสปะปนในน ำเชนเดยวกน

ส ำหรบกำรพจำรณำถงคณภำพของน ำนยมใชกำรบอกปรมำณของออกซเจน ไดแก ปรมำณออกซเจนทละลำยอยในน ำ (dissolved oxygen, DO) โดยทวไปน ำจะมออกซเจนละลำยอยใหสงมชวตใชหำยใจ ถำน ำมคำ DO มำกกวำหรอเทำกบเกณฑมำตรฐำน แสดงวำน ำน นมคณภำพด และปรมำณควำมสกปรกในรปสำรอนทรย หรอบโอด (biochemical oxygen demand, BOD) เปนคำทบงบอกถงปรมำณออกซเจนทจลนทรยใชในกำรยอยสลำยสำรอนทรย ถำน ำมคำ BOD มำก แสดงวำน ำสกปรกมำก เพรำะจลนทรยมควำมตองกำรออกซเจนมำก เพอน ำไปใชในกำรยอยสลำยสำรอนทรย ซงคำ DO และ BOD ของแหลงน ำผวดนแบงตำมประเภทคณภำพน ำตำมกำรใชประโยชน แสดงดงตำรำงท 9.1

190

ตารางท 9.1 มำตรฐำนคณภำพน ำในแหลงน ำผวดน

ตวชวดคณภาพน า

เกณฑก าหนดสงสดตามการแบงประเภทคณภาพน าตามการใชประโยชน

หนวย

แหลงน าจากการอปโภคและบรโภคโดยตองผานการฆาเชอโรคตามปกตและ ผานกระบวนการปรบปรงคณภาพน าทวไปกอน การอนรกษสตวน า การประมง การวายน าและการกฬา

แ ห ล ง น า จ า ก ก า รอปโภคและบรโภคโดยตองผานการฆาเชอโรคตามปกตและผานกระบวนการปรบปรงคณภาพน าทวไปกอนและการเกษตร

แ ห ล ง น า จ า ก ก า รอปโภคและบรโภคโดยตองผานการฆาเชอโรคตามปกตและผานกระบวนการปรบปรงคณภาพน าเปนพเศษกอนและอตสาหกรรม

ออกซเจนละลำย (DO)

6.0 4.0 2.0 มลลกรมตอลตร

บโอด (BOD)

1.5 2.0 4.0 มลลกรมตอลตร

ทมำ: กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม, ม.ป.ป.

จำกกำรรำยงำนสถำนกำรณคณภำพน ำผวดนของภำคตะวนออกเฉยงเหนอในชวงเดอนกรกฎำคมถงเดอนกนยำยน 2559 (ภำพท 9.5) พบวำ มตวช วดทไมไดตำมมำตรฐำนแหลงน ำผวดนประเภทแหลงน ำจำกกำรอปโภคและบรโภคโดยตองผำนกำรฆำเช อโรคตำมปกตและผำนกระบวนกำรปรบปรงคณภำพน ำทวไปกอนและกำรเกษตร คอ คำ BOD ทมคำมำกกวำ 2.0 มลลกรมตอลตร ม 29 คร ง จำกกำรตรวจวดท งหมด 66 คร ง คดเปน 34% และคำ DO ทมคำนอยกวำ 4.0 มลลกรมตอลตร ม 15 คร ง จำกกำรตรวจวด ท งหมด 86 คร ง คดเปน 17% นอกจำกน ยงมกำรรำยงำนคำอนๆ ทไมไดตำมมำตรฐำนเชนเดยวกน เชน คำแบคทเรยกลมฟคอลโคลฟอรม (FCB) ทมคำมำกกวำ 4,000 หนวย ม 7 คร ง จำกกำรตรวจวดท งหมด 86 คร ง คดเปน 85% คำแอมโมเนย-ไนโตรเจน (NH3) ทมคำมำกกวำ 0.5 มลลกรมตอลตร ม 19 คร ง จำกกำรตรวจวดท งหมด 86 คร ง คดเปน 22% และปรมำณโลหะหนก (HM) ทมคำไมไดตำมมำตรฐำน ม 7 คร ง จำกกำรตรวจวดท งหมด 288 คร ง คดเปน 2.4% (กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม , 10 พฤศจกำยน 2559) ซงเกดจำกปญหำคำควำมสกปรกในรปสำรอนทรย และคำแอมโมเนยสง จำกกำรชะหนำดนของฝนทมปยทใชในเกษตรกรรม กำรเล ยงสตวน ำ และน ำเสยชมชน

191

ภาพท 9.5 รำยงำนคณภำพน ำผวดนของภำคตะวนออกเฉยงเหนอในชวงเดอนกรกฎำคมถงเดอนกนยำยน 2559

ทมำ: กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม, 2559

นอกจำกภำคกำรเกษตร และชมชนท เปนสำเหตทกอให เกดมลพษทำงน ำ ย งมภำคอตสำหกรรมและกจกรรมบรกำรทปลอยน ำท ง น ำเสยลงสแหลงน ำทรองรบน ำท งน นๆ ซงท ำใหน ำเนำเสยไดงำยเพรำะมปรมำณมำกและสำรปนเปอนมอตรำสงกอใหเกดมลพษมำกข น และสงผลกระทบท ำใหเปนแหลงแพรระบำดของเช อโรค เกดอนตรำยตอสขภำพอนำมยท งมนษย สตว พช และสญเสยทศนยภำพ ส นเปลองคำใชจำยในกำรปรบปรงคณภำพน ำใหดข น ดงน นจงตองมแนวทำงปองกน และแกไขมลพษทำงน ำ โดยปลกจตส ำนกใหกบเยำวชนในกำรเรยนรและเหนคณคำของกำรอนรกษน ำ รณรงคใหหนวยงำน องคกรตำงๆ มกำรบ ำบดและขจดสำรพษกอนทจะปลอยลงสแหลงน ำ รณรงคใหชมชน ครวเรอน ท ำทอระบำยน ำทรวบรวมน ำใชเขำระบบบ ำบดกอนท งน ำลงคคลอง รฐมแผนยทธศำสตรกำรบรหำรจดกำรทรพยำกรน ำ โดยเนนกำรใชประโยชนจำกน ำอยำงมประสทธภำพและเกดประโยชนมำกทสด (แผนยทธศำสตรกำรบรหำรจดกำรทรพยำกรน ำ, พฤษภำคม 2558) อกแนวทำงหนงในกำรปองกนและลดกำรกอมลพษทำงน ำ นนคอ กำรบ ำบดน ำเสย ซง เปนกำรแยกหรอกำรท ำลำยสงปฏกลตำงๆ ทมอยในน ำท งใหมปรมำณลดลงอยในระดบทไมกอปญหำน ำเสยข นกอนปลอยท งลงสแมน ำ ซงกระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอมไดก ำหนดมำตรฐำนควบคมคณภำพและกำรตรวจสอบคำมำตรฐำนน ำท งจำก โรงงำนอตสำหกรรมไว (กำรกระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม, 29 มนำคม 2559) ดงตำรำงท 9.2

192

ตารางท 9.2 มำตรฐำนควบคมคณภำพและกำรตรวจสอบคำมำตรฐำนน ำท งจำกโรงงำนอตสำหกรรม พ.ศ. 2559

ดชนคณภาพ คามาตรฐาน การตรวจสอบ

ควำมเปนกรดและดำง (pH)

5.5-9.0 ใชเครองวดควำมเปนกรดและดำงของน ำ (pH meter) ทมควำมละเอยดไมต ำกวำ 0.1 หนวย

อณหภม (temperature)

ไมเกน 40°C ใชเครองวดอณหภมวดขณะท ำกำรเกบตวอยำง

ส (color) ไมเกน 300 ADMI ใชวธเอดเอมไอ (ADMI method)

ของแขงละลำยน ำท งหมด (total

dissolved solids หรอ TDS)

- กรณระบำยลงแหลงน ำตองไมเกน 3000 mg/L

- กรณ ร ะบำยลงแหล งน ำท ม ค ำของแขงละลำยน ำท งหมดเกนกวำ 3000 mg/L คำของแขงละลำยน ำท งหมดในน ำท งทจะระบำยไดตองมคำเกนกวำคำของแขงละลำยน ำท งหมดทม อย ในแหล งน ำน น ไม เกน 5000 mg/L

ใชวธระเหยตวอยำงทกรองผำนกระดำษกรองใยแกว (glass fiber filter disk) และอบแหงทอณหภม 180°C เปนเวลำอยำงนอย 1 ชวโมง

ของแขงแขวนลอยท งหมด (total

suspended solids)

ไมเกน 50 mg/L ใชวธกรองผำนกระดำษกรองใยแกว (glass

fiber filter disk) และอบแหงทอณหภม 103-105°C เปนเวลำอยำงนอย 1 ชวโมง

BOD ไมเกน 20 mg/L ใชวธบมตวอยำงทอณหภม 20 °C เปนเวลำ 5 วนตดตอกน และหำคำออกซเจนละลำยดวยวธเอไซด โมดฟเคชน (azide

modification) หรอวธเมมเบรน

อเลกโทรด (membrane electrode)

COD ไมเกน 120 mg/L ใชวธยอยสลำยโดยใชโพแทสเซยม

ไดโครเมต (potassium dichromate)

ซลไฟด (sulfide) ไมเกน 1 mg/L ใชวธไอโอโดเมตรก (iodometric

method) หรอวธเมทลนบล (methylene

blue method)

ไซยำไนด (cyanides

HCN)

ไมเกน 0.2 mg/L ใชกำรกลน (distillation) และตรวจวดดวยวธเทยบส (colorimetric method) หรอวธ flow injection analysis

193

ตารางท 9.2 มำตรฐำนควบคมคณภำพและกำรตรวจสอบคำมำตรฐำนน ำท งจำกโรงงำนอตสำหกรรม พ.ศ. 2559 (ตอ)


น ำมนและไขมน ไมเกน 5 mg/L ใชวธสกดดวยเทคนค liquid-liquid

extraction หรอ soxhlet extraction

ดวยตวท ำละลำยแลวแยกหำน ำหนกของน ำมนและไขมน

ฟอรมำลดไฮด ไมเกน 1 mg/L ใชวธเทยบส co( lorimetric method)

สำรประกอบฟนอล ไมเกน 1 mg/L ใชกำรกลน (distillation) และตรวจวดดวยวธเทยบส (colorimetric method)

คลอรนอสระ ไมเกน 1 mg/L ใชวธไตเตรต (titrimetric method) หรอวธเทยบส (colorimetric method)

สำรฆำศตรพชและสตว ตองตรวจไมพบ ใชวธแกสโครมำโตกรำฟค (gas

chromatographic method)

TKN (total Kjeldahl

nitrogen)

ไมเกน 100 mg/L ใชวธเจลดำหล (Kjeldahl)

โลหะหนก โครเมยมเฮกซะวำเลนท (hexavalent

chromium) ไมเกน 0.25 mg/L

ใชวธเทยบส (colorimetric method)

หรอวธสกดและตรวจวดดวยวธอะตอมมคแอบซอฟชน สเปคโตรเมตตร (atomic

absorption spectrometry: AAS) หรอวธสกด และตรวจวดดวยวธอนดกทฟล คพเพล พลำสมำ (inductively coupled

plasma)

โครเมยมไตรวำเลนท (trivalent

chromium) ไมเกน 0.75 mg/L

ใชวธค ำนวณจำกคำสวนตำงของโครเมยมท งหมด (ใชวธยอยสลำยตวอยำงดวยกรด และวดหำปรมำณโลหะดวยวธอะตอมมคแอบซอฟชน สเปคโตรเมตตร หรอวธ อนดกทฟล คพเพล พลำสมำ) กบโครเมยมเฮกซะวำเลนท

สำรหน (As) ไมเกน 0.25 mg/L ใชวธอะตอมมคแอบซอฟชน สเปคโตรโฟโตเมตตร (atomic absorption

spectrophotometry) ชนดไฮไดรด เจนเนอเรชน (hydride generation)

ซลเนยม (Se) ไมเกน 0.02 mg/L

194

ตารางท 9.2 มำตรฐำนควบคมคณภำพและกำรตรวจสอบคำมำตรฐำนน ำท งจำกโรงงำนอตสำหกรรม พ.ศ. 2559 (ตอ)


โลหะหนก (ตอ) หรอวธอนดกทฟล คพเพล พลำสมำ (inductively coupled plasma)

ทองแดง (Cu) ไมเกน 2.0 mg/L ใชวธยอยสลำยตวอยำงดวยกรด (acid

digestion) และวดหำปรมำณโลหะดวยวธอะตอมมค แอบซอฟชน สเปคโตรเมตตร (atomic absorption spectrometry :

AAS) หรอวธอนดกทฟล คพเพล พลำสมำ(inductively coupled plasma)

สงกะส (Zn) ไมเกน 5.0 mg/L

แบเรยม (Ba) ไมเกน 1.0 mg/L

ตะกว (Pb) ไมเกน 0.2 mg/L

นกเกล (Ni) ไมเกน 1.0 mg/L

แมงกำนส (Mn) ไมเกน 5.0 mg/L

แคดเมยม (Cd) ไมเกน 0.03 mg/L

ปรอท (Hg) ไมเกน 0.005 mg/L ใชวธโคลด เวเปอร อะตอมมค แอบซอฟชน สเปคโตรเมตตร (cold

vapor atomic absorption

spectrometry) หรอวธโคลด เวเปอรอะตอมมค ฟลออเรสเซนซ สเปคโตร เมตตร (cold Vapor atomic

fluorescence spectrometry) หรอวธอนดกทฟล คพเพล พลำสมำ (inductively coupled plasma)

ทมำ: กำรกระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม, 2559

กระบวนกำรกำรบ ำบดน ำเสยโดยทวไปอำจแบงออกเปน 3 ข นตอน (กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม, 1 พฤษภำคม 2560) ไดแก

กำรบ ำบดข นตน (preliminary treatment) และกำรบ ำบดเบ องตน (primary treatment)

เปนกำรบ ำบดเพอแยกทรำย กรวด และของแขงขนำดใหญ ออกจำกของเหลวหรอน ำเสย โดยเครองจกรอปกรณทใชประกอบดวย ตะแกรงหยำบ (coarse screen) ตะแกรงละเอยด (fine

screen) ถงดกกรวดทรำย (grit chamber) ถงตกตะกอนเบ องตน (primary sedimentation tank)

และเครองก ำจดไขฝำ (skimming devices) กำรบ ำบดน ำเสยข นน สำมำรถก ำจดของแขงแขวนลอยได 50-70% และก ำจดสำรอนทรยซงวดในรปของ BOD ได 25-40%

กำรบ ำบดข นทสอง (secondary treatment) เปนกำรบ ำบดน ำเสยทผำนกระบวนกำรบ ำบดข นตนและกำรบ ำบดเบ องตนมำแลว แตยงคงมของแขงแขวนลอยขนำดเลกและสำรอนทรยท งท

195

ละลำยและไมละลำยใน น ำเสยเหลอคำงอย โดยทวไปกำรบ ำบดข นทสองหรอเรยกอกอยำงวำกำรบ ำบดทำงชวภำพ (biological treatment) จะอำศยหลกกำรเล ยงจลนทรยในระบบภำยใตสภำวะทสำมำรถควบคมได เพอเพมประสทธภำพในกำรกนสำรอนทรยไดรวดเรวกวำทเกดข นตำมธรรมชำต และแยกตะกอนจลนทรยออกจำกน ำท งโดยใชถงตกตะกอน (secondary sedimentation tank) ท ำใหน ำท งมคณภำพดข น จำกน นจงผำนเขำระบบฆำเช อโรค (disinfection) เพอใหแนใจวำไมมจลนทรยทกอใหเกดโรคปนเปอน กอนจะระบำยน ำท งลงสแหลงน ำธรรมชำต หรอน ำกลบไปใชประโยชน (reuse) กำรบ ำบดน ำเสยในข นน สำมำรถก ำจดของแขงแขวนลอยและสำรอนทรยซงวดในรปของ BOD ไดมำกกวำ 80%

กำรบ ำบดข นสง (advance treatment หรอ tertiary treatment) เปนกระบวนกำรก ำจดสำรอำหำร (ไนโตรเจนและฟอสฟอรส) ส สำรแขวนลอยทตกตะกอนยำกและอนๆ ซงยงไมไดถกก ำจดโดยกระบวนกำรบ ำบดข นทสอง ท งน เพอปรบปรงคณภำพน ำใหดยงข นเพยงพอทจะน ำกลบมำใชใหม (recycle) ได นอกจำกน ยงชวยปองกนกำรเตบโตผดปกตของสำหรำยทเปนสำเหตท ำใหเกดน ำเนำ แกไขปญหำควำมนำรงเกยจของแหลงน ำอนเนองจำกสและแกไขปญหำอนๆ ทระบบบ ำบดข นทสองไมสำมำรถก ำจดได

แผนผงกำรบ ำบดน ำเสยกอนปลอยลงสแหลงน ำทรองรบน ำน นๆ แสดงดงภำพท 9.6

ภาพท 9.6 กระบวนกำรกำรก ำจดน ำเสย

ทมำ: กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม, 1 พฤษภำคม 2560

196

นอกจำกมลพษทำงน ำทกลำวมำขำงตนแลว กำรเกดภำวะมลพษยงมอกหลำยทำง ซงในหวขอถดไปจะขอกลำวถงมลพษทำงดน ถำดนเกดภำวะมลพษ เชน ดนเสอม สมบตทำงกำยภำพ สมบตทำงเคมของดนเปลยนไป จะกอใหเกดผลกระทบเปนอปสรรคหรอมขอจ ำกดในกำรใชประโยชนทำงกำรเกษตรเปนอยำงมำก

3. มลพษทางดน

มลพษทำงดน (soil pollution) หมำยถง ดนทเสอมคำไปจำกเดมหรอมสำรมลพษเกนขดจนเปนอนตรำยตอสขภำพ และกำรเจรญเตบโตของพชและสตว ท งทำงตรงและทำงออม (ศกดศร สบสงห , 2555, หนำ 209) ซงสำเหตทท ำใหเกดมลพษทำงดนเกดจำกธรรมชำต และมนษย โดยเฉพำะมนษยเปนสำเหตส ำคญทท ำใหเกดกำรสะสมของสำรเคม และสำรพษในดนมคณภำพเปลยนไป ไดแก

กำรใชสำรเคมทำงกำรเกษตร เชน ปยเคม และยำปรำบศตรพช ซงยอยสลำยไดยำกจงจะตกคำงและสะสมในดน สงผลใหระบบนเวศเกดกำรเสยดล เชน สำรประเภทคลอรเนเตต ไฮโดรคำรบอน (chlorinated hydrocarbon) ไดแก DTT (dichloro-diphenyl-trichloroethane)

ใชเวลำยอยสลำยนำนเปนเวลำ 4-30 ป อลดรน (aldrin) ใชเวลำยอยสลำย 1-6 ป เปนตน ถำรำงกำยไดรบสำรพษเหลำน จะท ำใหเกดอำกำรออนเพลย คลนไส ปวดศรษะ ชกหรอหมดสตอำจถงข นเสยชวตได (ศกดศร สบสงห, 2555, หนำ 210)

สำรเคมจำกโรงงำนอตสำหกรรมทน ำของเสยหรอมสำรประเภทโลหะหนกปะปนอยตกคำงอยในดนถำยทอดไปทำงหวงโซอำหำรเขำสรำงกำยของมนษยได

ขยะมลฝอยและสงปฏกลตำมแหลงชมชนท ำใหเกดกำรสะสมของสำรอนทรยทยอยสลำยไดเปนปญหำสงกลนเหมนและเปนแหลงสะสมและแพรเช อโรค หรอสำรอนทรยยอยสลำยไมไดกจะสะสมทบถมในดนท ำใหดนดดซมน ำไดไมด

กำรตดไมท ำลำยปำท ำใหผวดนแหงพงทลำยงำย หรอกำรปลกพชซ ำๆ กนเปนเวลำนำน ท ำใหดนขำดธำตอำหำรไมสมบรณ จงไมเหมำะตอกำรเพำะปลก

ดนบำงชนดมคณสมบตทำงกำยภำพและทำงเคมเกดปญหำภำวะมลพษดน ท ำใหเกดขอจ ำกดในกำรใชประโยชนจำกดน ปญหำภำวะมลพษทำงดน ไดแก

3.1 ดนเปรยวจด ดนเปร ยวจด หรอดนกรดก ำมะถน จะมรสเปร ยว และมสมบตคลำยคลงกบกรดออน คอ

อนภำคดนจะปลอย H+ ออกมำบำงสวนเทำน น โดยสวนของ H+ ทปลอยออกมำ จะแสดงควำมเปนกรดแทจรง ซงเรยกวำ active acidity สวนทยงคงดดยดอยทผวดน เรยกวำ potential acidity

197

(นทธรำ สรรมณ, 2541, หนำ 187) ดนเปร ยวเกดจำกสำเหตกำรผพงของหนและแรธำตตำงๆ ในบรเวณทม Ca Mg K Na ซงจะถกชะลำงและซมผำนดนเปนเวลำนำน ในบำงทองทมกำรท ำเหมองแร เชน แรไพไรท (FeS2) เมอถกออกซไดซจะกลำยเปนกรดซลฟรก (H2SO4) และเฟอรกไฮดรอกไซด (Fe(OH)3) ท ำใหดนม pH ต ำกวำ 2 นอกจำกน ยงเกดจำกกำรใสปยทท ำใหเกดอนมลอสระออกมำ เชน ปยแอมโมเนย สำมำรถท ำใหดนเปนกรดได

เมอพจำรณำถงปญหำและอปสรรคกำรเปลยนแปลง pH ของดนเปร ยวจด พบวำ ควำมเปนกรดอยำงรนแรงของดนเปนสำเหตส ำคญทท ำใหกำรเจรญเตบโตของพชและผลผลตของพชตกต ำ เพรำะมผลท ำใหควำมเปนประโยชนของธำตอำหำรหลกของพชลดลงหรอเปลยนรปไปไมเปนประโยชน หรอมไมพอเพยงตอควำมตองกำรของพช ธำตอำหำรของพชทมอยในระดบต ำคอ ไนโตรเจน ฟอสฟอรส โพแทสเซยม สวนธำตอำหำรบำงชนด เชน อะลมเนยม เหลก แมงกำนส โคบอลต ทองแดง หำกมเกนไปจะกอใหเปนพษตอกำรเจรญเตบโตเพมมำกข น และควำมเปนกรดจดยงมผลตอกจกรรมของจลนทรยทอำศยอยในดนและมประโยชนตอพชมปรมำณทลดลง ดงน นจงเปนสงทจ ำเปนทจะตองหำแนวทำงแกปญหำดนเปร ยวจดท เหมำะสม เพอใหมทรพยำกรดนใหเกดประโยชนอยำงคมคำ มประสทธภำพ และยงยนตอไป

3.2 ดนเคม ดนเคม (saline soils) เปนดนทมเกลออยมำก เกลอสวนใหญทพบ ไดแก โซเดยมคลอ

ไรด (Cl-) ซลเฟต (SO42-) ของโซเดยม (Na+) แคลเซยม (Ca2+) แมกนเซยม (Mg2+) หรออำจ

เนองมำจำกเกดกำรผพงของแรธำต หน ซำกหนเกลอ เกลอจำกบรรยำกำศด งเดมบรเวณน นๆ ซงมเกลอเปนองคประกอบอยเมอละลำยจะเกดกำรสะสมและถำมมำกจนเกนไปจะเปนอนตรำยตอพช พชทปลกไมเจรญเตบโต ล ำตนแคระแกรน ใหผลผลตต ำ (นทธรำ สรรมณ, 2541, หนำ 190)

วธกำรวดคำควำมเคมมดวยกนหลำยวธ วธทนยมจะดจำกคำควำมเขมขนของควำมเคมทวดได มกจะรำยงำนเปนคำกำรน ำไฟฟำ (electrical conductitity, EC) มหนวยเปน dS/m เปนคำทไดจำกำรน ำดนมำสกด แลววดสำรละลำยขณะอมตวดวยน ำ (electrical conductivity at

saturation, Ece) ท 25°C มำประเมนปรมำณเกลอและอทธพลของเกลอในดนตอกำรเจรญเตบโตและผลผลต ซงมควำมสมพนธสงเกตไดพอสงเขป ดงตำรำงท 9.3

198

ตารางท 9.3 กำรจ ำแนกระดบควำมเคมทมผลกระทบตอพช

คาการน าไฟฟา (dS/m) ระดบความเคม ผลตอการเพาะปลก

นอยกวำ 2 ไมเคม ไมมผลกระทบตอพช

2-4 เคมนอย มผลกระทบตอกำรเจรญเตบโตของพชไมทนเคม

4-8 เคมปำนกลำง มผลกระทบตอกำรเจรญเตบโตของพชหลำยชนด

8-16 เคมมำก เฉพำะพชทนเคมเทำน นจงเจรญเตบโตใหผลผลตได มำกกวำ 16 เคมจด เฉพำะพชทนเคมจดจงเจรญเตบโตใหผลผลตได

ทมำ: U.S. Soil Salinity Laboratory Staff, 1954

ในภำคตะวนออกเฉยงเหนอมจงหวดทพบพ นทดนเคมมำกนอยตำงกนข นอยกบพ นทบรเวณน นๆ ดงภำพท 9.7 ไดแก จงหวดนครรำชสมำ ขอนแกน กำฬสนธ มหำสำรคำม ชยภม รอยเอด อดรธำน สกลนคร นครพนม สรนทร บรรมย ยโสธร อบลรำชธำน

ในจงหวดอดรธำน อ ำเภอบำนดง เปนอกหนงพ นทมปญหำดนเคม เนองจำกมกำรผลตเกลอสนเธำวรำยยอยมำกทสดในประเทศ กอควำมเสยหำยท งในพ นทนำเกลอและพ นทนำขำว ท ำใหดนเสอมสภำพลงเรอยๆ จนพ นทบำงแหงไมสำมำรถกลบมำเพำะปลกเปนปกตได ดงน นจงมหลำยหนวยงำนทเรงเขำไปพฒนำพ นทดนเคม เพอใหสำมำรถกลบมำเพำะปลกเปนปกตได

199

ภาพท 9.7 แผนทกำรแพรกระจำยดนเคมในภำคตะวนออกเฉยงเหนอ ทมำ: กรมพฒนำทดน, 2535

3.3 แนวทางในการแกไขและพฒนาทางดน อนเนองมำจำกพระรำชด ำรของพระบำทสมเดจพระปรมนทรมหำภมพลอดลยเดช บรมนำถบพตร เกยวกบปญหำมลพษ ไดแก

3.3.1 การใชหญาแฝก กำรอนรกษดนและน ำเพอปองกนกำรชะลำงพงทลำยของดนและปรบปรงสภำพแวดลอมใหดข น ซงหญำแฝกเปนพชทมกอหนำแนนจ ำนวนมำก และเจรญโดยกำรแตกกออยำงรวดเรวในแนวดงมำกกวำดำนขำง และมจ ำนวนรำกมำกจงเปนพชททนแลงไดด รำกจะประสำนตดตอกนแนนหนำเสมอนก ำแพงใตดนสำมำรถกกเกบน ำและควำมช นได และสำมำรถ

200

กรองเศษพชและตะกอนดนซงถกน ำชะลำงพดพำมำตกทบถมตดอยกบกอหญำเปนคนดนธรรมชำตได (วระชย ณ นคร วฑร ชนพนธ และประเสรฐ เทพนรประไพ, ม.ป.ป.) ดงภำพท 9.8

ภาพท 9.8 กำรปลกหญำแฝกเปนแนวยำวขวำงลำดเท

ทมำ: วระชย ณ นคร วฑร ชนพนธ และประเสรฐ เทพนรประไพ, ม.ป.ป.

3.3.2 การแกลงดน ในป พ.ศ. 2524 พระบำทสมเดจพระปรมนทรมหำภมพล

อดลยเดช บรมนำถบพตร ทรงมพระรำชด ำรสกบหมอมเจำจกรพนธเพญศร จกรพนธ องคมนตร นำยสเมธ ตนตเวชกล เลขำธกำร กปร.นำยชต นลพำนช ผว ำรำชกำรจงหวดนรำธวำส นำยเลก

จนดำสงวน ผชวยอธบดกรมชลประทำน นำยอ ำเภอทองท และขำรำชกำรท เกยวของในจงหวดนรำธวำส สรปควำมวำ

“…ดวยพ นทจ ำนวนมำกในจงหวดนรำธวำส เปนทลมต ำ มน ำขงตลอดป ดนมคณภำพต ำ ซงพ นท ท งหมดประมำณสำมแสนไร เกษตรกรจ ำนวนมำกไมมทท ำกน แม เมอระบำยน ำออกจำกพ นทหมดแลวยงยำกทจะใชประโยชนทำงกำรเกษตรใหไดผล ท งน เนองจำกดน

มสำรประกอบไพไรท ท ำใหมกรดก ำมะถน เมอดนแหงท ำใหดนเปร ยว ควรปรบปรงดนใหดข น ดงน น เหนสมควรทจะมกำรปรบปรงพฒนำ โดยใหมหนวยงำนตำงๆ ทเกยวของมำด ำเนนกำรศกษำและพฒนำพ นทพรรวมกน แบบผสมผสำนและน ำผลส ำเรจของโครงกำรไปเปนแบบอยำงในกำรทจะพฒนำพ นทดนพรในโอกำสตอไป...” (มลนธมนพฒนำ, 2522)

กำรแกลงดน เปนกำรเรงท ำใหดนเปร ยวเปนกรดจดรนแรงทสด จนไมสำมำรถปลกพชเศรษฐกจได จำกน นหำวธกำรปรบปรงดนเปร ยวจดรนแรงทสด ใหสำมำรถปลกพชเศรษฐกจได โดยอำศยวธกำรตำงๆ ดงน (มลนธมนพฒนำ, 2522)

201

1) ใชปน เชน ปนขำว หนปนฝน ใสลงไปในดน แลวคลกเคลำใหเขำกน ปนจะท ำปฏกรยำกบกรดก ำมะถนในดน เกดสำรสะเทน ปรมำณกรดในดนจะลดลง ซงหำกใสในปรมำณทมำกพอจะชวยใหดนมสภำพเปนกลำง

2) ใชน ำจดลำงกรดและสำรพษออกจำกดนโดยตรง วธกำรน ใชเวลำนำนกวำวธใชปน เนองจำกกรดจะชะลำงออกไปอยำงชำๆ แตไดผลเชนกน

3) ยกรอง เพอปลกไมผลหรอไมยนตน โดยมคน ำอยดำนขำง ใหน ำหนำดนจำกดนในบรเวณทเปนคมำ เสรมหนำดนเดมทเปนคนรอง กจะไดหนำดนทหนำข น สวนดนทมสำร

ไพไรทจะใชเสรมดำนขำง เมอใชน ำชะลำงกรดบนสนรอง กรดจะถกน ำชะลำงไปยงคดำนขำง แลวระบำยออกไป

4) ควบคมระดบน ำใตดน ใหอยเหนอช นดนเลนตะกอนทะเล ปองกนไมใหสำรไพไรทท ำปฎกรยำกบออกซเจน กรดก ำมะถนจงไมถกปลดปลอยเพมข น

5) ใชพชพนธทนทำนตอควำมเปนกรด มำปลกในดนเปร ยว ใชวธกำรตำง ๆ ขำงตนรวมกน

กำรเกดมลพษทำงน ำ และมลพษทำงดน ท ำใหเกดปญหำภำวะมลพษทม ผลกระทบตอสงมชวตท งมนษย สตว และพช ดงทเคยกลำวมำแลวขำงตนในหวขอท 2 และ 3 ยงมอกภำวะมลพษทส ำคญ นนคอ มลพษทำงอำกำศ ทเกดจำกสำรพษเจอปนในอำกำศในปรมำณทเปนอนตรำย ซงหวขอถดไปจะขอกลำวถงสำเหต แนวทำงกำรปองกน และแกไขมลพษทำงอำกำศเกดข น

4. มลพษทางอากาศ

มลพษทำงอำกำศ (air pollution) หมำยถง ภำวะของอำกำศทมสำรพษเจอปนในปรมำณทอำจเปนอนตรำยตอสขภำพของมนษย สตว และพช และท ำใหสภำพแวดลอมสกปรก ซงแหลงทท ำใหเกดมลพษ ม 2 แหลง ไดแก มลพษทำงอำกำศทเกดจำกธรรมชำต เชน ไฟฟำ ฝนละอองจำกดน กำซทเกดจำกกำรเนำเสยของอนทรยวตถ กำซหรอเถำถำนจำกภเขำไฟ เปนตน มลพษทำงอำกำศทเกดจำกมนษยสรำงข น เชน คมนำคมขนสง โรงงำนอตสำหกรรม กำรเผำไหมเช อเพลงจำกเครองยนต กำรเผำขยะมลฝอยและหญำ เปนตน (ยพด เสตพรรณ, 2544, หนำ 359) มลพษทำงอำกำศแบงเปน 2 ประเภท ไดแก

4.1 มลพษทางอากาศประเภททวไป (criteria pollution) ดงน 4.1.1 กาซคารบอนไดออกไซด (CO2) เปนกำซทเกดจำกกำรหำยใจของสงมชวตตำงๆ

กำรเผำไหมสงตำงๆ ถำกำซชนดน มปรมำณมำกกจะกอใหเกดมลพษทำงอำกำศได และท ำใหเกดภำวะเรอนกระจก ซงกำซ CO2 เปนกำซทสะสมพลงงำนควำมรอนในบรรยำกำศโลกไวมำกทสดและม

202

ผลท ำให อณหภมของโลกสงข นมำกทสดในบรรดำกำซเรอนกระจกชนดอนๆ เชน โมเลกลของ ไอน ำ มเทน (CH4) CFCs และไนตรสออกไซด (N2O) ในบรรยำกำศ โมเลกลเหลำน ดดพลงงำนสงข น มกำรถำยเทพลงงำนซงกนและกน ท ำใหอณหภมในช นบรรยำกำศสงข น กำรถำยเทพลงงำนและควำมยำวคลนของโมเลกลเหลำน ตอๆ กนไป ท ำใหโมเลกลเกดกำรสนกำรเคลอนไหวตลอดเวลำและมำชนถกผวหนงของเรำท ำใหเรำรสกรอน

4.1.2 กาซคารบอนมอนอกไซด (CO) เกดจำกกำรเผำไหมเช อเพลง โดยเฉพำะยำนพำหนะทใชน ำมนเบนซน มผลตอรำงกำยอำจขำดออกซเจน มนงง หมดสต และเสยชวตได

4.1.3 กาซซลเฟอรไดออกไซด (SO2) เกดจำกกำรเผำไหมเช อเพลงจ ำพวกถำนหน หรอมสำรก ำมะถนเจอปนอย เชน น ำมนดเซล มำจำกท งยำนพำหนะและอตสำหกรรม เมอรำงกำยไดรบจะท ำใหระคำยเคองตอระบบทำงเดนหำยใจ เปนสำเหตของฝนกรด

4.1.4 กาซจ าพวกออกไซดของไนโตรเจน เชน กำซไนโตรเจนไดออกไซด (NO2) ทเกดจำกกำรเผำไหมเช อเพลงทอณหภมสงท งในยำนพำหนะและอตสำหกรรม เมอรำงกำยไดรบจะท ำใหระคำยเคองตอระบบทำงเดนหำยใจ หลอดลมอกเสบ ปอดบวม และเปนสำเหตของฝนกรด

4.1.5 ละอองตะกว เกดจำกกำรเผำไหมน ำมนเบนซนทมสำรตะกวเจอปนในยำนพำหนะ กำหลอมเหลวสำรตะกวในอตสำหกรรม เชน โรงงำนแบตเตอร เมอไดรบเขำสรำงกำยจะสงผลตอสมองและระบบประสำท

4.1.6 ควนด า เปนอนภำคของถำนหรอคำรบอนเปนผงเขมำเลกๆ ทเหลอจำกกำรเผำไหมของเครองยนตทใชน ำมนดเซล ซงควนด ำจะบดบงกำรมองเหน และเกดควำมสกปรก เมอรำงกำยไดรบจะไปสะสมในถงลมปอด อำจเกดโรคมะเรงหรอหลอดลมอกเสบ ส ำหรบควนขำว คอ กลมของละออกน ำมนหลอลนทยงไมเผำไหมหรอเผำไหมบำงสวน เมอกระทบกบบรรยำกำศภำยนอกทมอณหภมต ำกวำกจะควบแนน ท ำใหมองเหนเปนควนขำวออกจำกทอไอเสย (ยพด เสตพรรณ, 2544,

หนำ 363-364)

4.2 มลพษทางอากาศประเภทอนตราย (hazardous) เกดจำกตวท ำละลำยตำงๆ เชน น ำมน ซงพบตำมแหลงปลดปลอยน ำเสย และทองถนน เมอไดรบเขำสรำงกำยจะสงผลตอระบบทำงเดนหำยใจ

ปญหำมลพษทำงอำกำศสวนใหญ เกดจำกยำนพำหนะ และอตสำหกรรมปลอยกำซพษสอำกำศ ท ำใหเกดภำวะมลพษข น ดงน นกระทรวงทรพยำกรและสงแวดลอมจงมแนวทำงและแกไขควบคมกำรปลอยกำซพษหรออำกำศเสย ซงไดก ำหนดมำตรฐำนคณภำพอำกำศจำกแหลงก ำเนดจำกยำนพำหนะ และอตสำหกรรมไว ดงจะกลำวในหวขอถดไป

203

4.3 ก าหนดมาตรฐานควบคมการปลอยกาซพษจากยานพาหนะ (พระรำชบญญตสงเสรมและรกษำคณภำพสงแวดลอมแหงชำต พ.ศ. 2535, 2555)

4.3.1 ก าหนดมาตรฐานคาควนด าของรถยนตทใชเครองยนตแบบจดระเบดดวย

การอด ไดแก 1) คำควนด ำสงสดไมเกนรอยละ 45 ทระยะควำมยำวของทำงเดนแสงมำตรฐำน

และระยะควำมยำวคลนแสงมำตรฐำน เมอตรวจวดดวยเครองมอตรวจวดควนด ำระบบควำมทบแสง 2) คำควนด ำสงสดไมเกนรอยละ 50 เมอตรวจวดดวยเครองมอตรวจวดควนด ำ

ระบบกระดำษกรอง 4.3.2 ก าหนดมาตรฐานคากาซคารบอนไดออกไซดและกาซไฮโดรคารบอนจากทอ

ไอเสยรถยนตทใชเครองแกสโซลน

1) ส ำหรบรถยนตนงลกษณะเกงไมเกน 7 คน จะตองมคำกำซคำรบอนไดออกไซด ไมเกน 1.5% ทวดไดดวยเครอง และกำซไฮโดรคำรบอนไมเกน 200 ลำนในลำนสวนทวดไดดวยเครองมอ

2) ส ำหรบรถยนตประเภทอนๆ จะตองมคำกำซคำรบอนไดออกไซด ไมเกน 0.5% ทวดไดดวยเครอง และกำซไฮโดรคำรบอนไมเกน 100 ลำนในลำนสวนทวดไดดวยเครองมอ

4.3.3 ก าหนดมาตรฐานคากาซคารบอนไดออกไซดและกาซไฮโดรคารบอนจากทอ

ไอเสยของรถจกรยานยนต โดยก ำหนดคำกำซคำรบอนไดออกไซด ไมเกน 2.5% ทโดยปรมำตรวดไดดวยเครองมอ และกำซไฮโดรคำรบอนไมเกน 1,000 ลำนในลำนสวนทวดไดดวยเครองมอ

4.3.4 ก าหนดมาตรฐานคาควนขาวจากทอไอเสยของรถจกรยานยนต ตองไมเกน 30% เมอตรวจวดดวยเครองมอวดควนขำว

4.3.5 ก าหนดมาตรฐานคากาซคารบอนไดออกไซดและกาซไฮโดรคารบอนจากทอ

ไอเสยของรถยนตสามลอใชงาน โดยก ำหนดคำกำซคำรบอนไดออกไซด ไมเกน 4.5% ทโดยปรมำตรวดไดดวยเครองมอวดกำซ และกำซไฮโดรคำรบอนไมเกน 10 ,000 ลำนในลำนสวนทวดไดดวยเครองมอวดกำซ

4.4 ก าหนดมาตรฐานควบคมการปลอยอากาศเสยจากโรงงานอตสาหกรรม อำกำศเสย

แตละชนดทปลอยท งจำกโรงงำนอตสำหกรรมตองมคำไมเกนกวำมำตรฐำนควบคมกำรปลอยท งอำกำศเสยจำกโรงงำนอตสำหกรรมทก ำหนดไว ดงตำรำงท 9.4 (พระรำชบญญตสงเสรมและรกษำคณภำพสงแวดลอมแหงชำต พ.ศ. 2535, 2555)

204

ตารางท 9.4 มำตรฐำนควบคมกำรปลอยท งอำกำศเสยจำกโรงงำนอตสำหกรรมทก ำหนดไว ชนดของอากาศเสย แหลงทมาของอากาศเสย คาปรมาณของอากาศเสยทปลอยทงจาก

กระบวนการผลต

ทไมมการเผาไหมเชอเพลง กระบวนการผลตทมการเผาไหมเชอเพลง

1. ฝนละออง (มก./ลบ.ม.)

1. หมอไอน ำหรอแหลงก ำเนดทใชเช อเพลง ดงน - น ำมนเตำ - ถำนหน

- ชวมวล

- เช อเพลงอนๆ

2. กำรถลง หลอหลอม รดดง และ/หรออลมเนยม

3. กระบวนกำรผลต

-

-

-

-

ไมเกน 300

ไมเกน 400

ไมเกน 240

ไมเกน 320

ไมเกน 320

ไมเกน 320

ไมเกน 240

ไมเกน 320

2. ซลเฟอร ไดออกไซด

(ppm)

1. หมอไอน ำหรอแหลงก ำเนดทใชเช อเพลง ดงน - น ำมนเตำ - ถำนหน

- ชวมวล


2. กระบวนกำรผลต

-

-

-

ไมเกน 500

ไมเกน 950

ไมเกน 700

ไมเกน 60

ไมเกน 60

-

3. ออกไซดของไนโตรเจน

(ppm)

หมอไอน ำหรอแหลงก ำเนดทใชเช อเพลง ดงน - น ำมนเตำ - ถำนหน

- ชวมวล


-

-

-

-

ไมเกน 200

ไมเกน 400

ไมเกน 200

ไมเกน 200

4.

คำรบอนมอนอกไซด

(ppm)

กระบวนกำรผลต ไมเกน 870 ไมเกน 690

5. ไฮโดรเจนซลไฟด

(ppm)


6. ไฮโดรเจน

คลอไรด

(มก./ลบ.ม.)


205

ตารางท 9.4 มำตรฐำนควบคมกำรปลอยท งอำกำศเสยจำกโรงงำนอตสำหกรรมทก ำหนดไว (ตอ) ชนดของอากาศเสย แหลงทมาของอากาศเสย คาปรมาณของอากาศเสยทปลอยทงจาก

กระบวนการผลต

ทไมมการเผาไหมเชอเพลง กระบวนการผลตทมการเผาไหมเชอเพลง

7. กรดก ำมะะถน

(ppm)

กระบวนกำรผลต ไมเกน 25 -

8. ไซลน

(ppm)


9. ครซอล

(ppm)


10. พลวง (มก./ลบ.ม.)


11. สำรหน

(มก./ลบ.ม.) กระบวนกำรผลต ไมเกน 20 ไมเกน 16

12. ทองแดง (มก./ลบ.ม.)


13. ตะกว


14. คลอรน


15. ปรอท

(มก./ลบ.ม.) กระบวนกำรผลต ไมเกน 3 ไมเกน 2.4

ทมำ: พระรำชบญญตสงเสรมและรกษำคณภำพสงแวดลอมแหงชำต พ.ศ. 2535, 2555

สงมชวตกบสงแวดลอมมควำมสมพนธเกยวของกนอยตลอดเวลำ สงแวดลอมมกำรเปลยนแปลงไป สงมชวตกตองปรบสภำพใหอยในสภำวะน นๆ เพอใหด ำรงชวตอยได หรอแพรพนธตอไปได ดงน นจ ำเปนตองชวยกนรกษำคณภำพสงแวดลอมใหเกดดลยภำพของธรรมชำต เพอเปนประโยชนตอกำรด ำรงชพของสงมชวตสบไป

206

บทสรป

สงแวดลอมเปนสงตำงๆ ทมลกษณะทำงกำยภำพและชวภำพทอยรอบตวมนษย ซงเกดข นเองโดยธรรมชำตหรอสงทมนษยไดสรำงข น ถำธรรมชำตเกดกำรเสยสมดลไป เชน เกดภำวะมลพษจำกของเสย วตถอนตรำย และมลสำรอนๆ รวมท งกำก ตะกอน หรอสงตกคำงจำกสงเหลำน นทถกท งจำกแหลงก ำเนดมลพษหรอทมอยในสงแวดลอมตำมธรรมชำต ซงภำวะทสงแวดลอมเปลยนแปลงหรอปนเปอนโดยมลพษ เชน มลพษทำงน ำ มลพษทำงดน และมลพษทำงอำกำศ มลพษเหลำน จะกอใหเกดผลกระทบตอคณภำพสงแวดลอม หรอภำวะทเปนพษตอสขภำพของมนษยได ดงน น

จงจ ำเปนตองมแนวทำงแกไข ปรบปรง ปองกน และมำตรกำรควบคมแหลงก ำเนดมลพษไมใหปลอยสำรทกอใหเกดภำวะมลพษตอสงแวดลอม เพอรกษำสมดลสงแวดลอมไวไมใหเสอมโทรมลง

207


1. จงบอกควำมหมำยและขอบเขตของเคมสงแวดลอม

2. จงบอกองคประกอบทำงเคม และสำรทกอใหเกดมลพษทำงน ำ 3. จงบอกวธกำรแกไขปญหำมลพษทำงน ำ 4. ใหอธบำยข นตอนกำรบ ำบดน ำเสยมำพอสงเขป

5. จงควำมหมำยของมลพษทำงดน สำเหตกำรเกด และแนวทำงกำรแกไขมลพษทำงดน

6. กำรแกลงดน มวธกำรอยำงไร

7. นกวทยำศำสตรแบงช นบรรยำกำศตำมกำรเปลยนแปลงของอณหภมไดกชนด อะไรบำง 8. แหลงก ำเนดมลพษทำงอำกำศสวนใหญเกดจำกแหลงใด 9. สมมตผเรยนขบขรถจกรยำนยนตมำเรยนทมหำวทยำลย จะมแนวทำงในกำรขบขอยำงไรไมกอ

มลพษทำงอำกำศ

10. จงบอกภำวะทท ำใหกำรเกดมลพษบรเวณหมบำนหรอทพกอำศยในปจจบนของผเรยน พรอมเสนอแนวทำงกำรแกไขและปองกน

208


กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม. (1 พฤษภำคม 2560). ระบบบ าบดน าเสย. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 พฤษภำคม 2560 จำก http://www.pcd.go.th/

info_serv/water_wt.html#s3

____________. (10 พฤศจกำยน 2559). สถานการณคณภาพน าผวดน ชวงเดอนกรกฎาคม-กนยายน 2559. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 มนำคม 2560 จำก http://iwis.pcd.go.th/

officer/document/download/12/ 12.pdf

____________. (ม.ป.ป). พระราชบญญตสงเสรมและรกษาคณภาพสงแวดลอมแหงชาต พ.ศ. 2535 . [ออนไลน ] สบคนเม อวนท 2 มนำคม 2560 จำก http://www.pcd.go.th/

info_serv/reg_envi.html

____________. (ม.ป.ป). มาตรฐานคณภาพน า. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 5 มนำคม 2560 จำก http://www.pcd.go.th/info_serv/reg_ std_water.html

กรมพฒนำทดน. (2535). แผนทการแพรกระจายดนเคม จงหวดอดรธาน . กรงเทพฯ: กระทรวงเกษตรและสหกรณ, มำตรำสวน 1:50,000.

____________. (ม.ป.ป.). รอบร เรองดน . [ออนไลน] สบคนเมอวนท 18 เมษำยน 2560 จำก https://www.ldd.go.th/ofsweb/thaisoil/p2.htm

กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและส งแวดลอม . (29 มนำคม 2559 ). ประกาศกระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม เรอง ก าหนดมาตรฐานควบคมการระบายน าทงจากโรงงานอตสาหกรรม นคมอตสาหกรรมและเขตประกอบการอตสาหกรรม . [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 มนำคม 2560 จำกhttp://infofile.pcd.go.th/law/std_water_iww_

2559.pdf?CFID=1177412&CFTOKEN=40757611

กองวจยและพฒนำกำรจดกำรทดน กรมพฒนำทดน กระทรวงเกษตรและสหกรณ. (ม.ป.ป.). ขอมลการจดการดน. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 25 เมษำยน 2560 จำก http://www.ldd.go.th/

Web_Soil/Page_02.htm

คณะกรรมกำรแหงชำตว ำดวยกำรศกษำวทยำศำสตรและวฒนธรรมแหงสหประชำชำต คณะอนกรรมกำรจดท ำพจนำนกรมธรณวทยำ. (2530). ศพทธรณวทยา. กรงเทพฯ: โรงพมพจฬำลงกรณมหำวทยำลย.

ทบวงมหำวทยำลย. (2541). เคม 2. พมพคร งท 8. กรงเทพฯ: อกษรเจรญทศน. นทธรำ สรรมณ. (2541). เคมสงแวดลอม. พมพคร งท 2. นครปฐม: มหำวทยำลยศลปำกร.

209

แผนยทธศำสตรกำรบรหำรจดกำรทรพยำกรน ำ. (พฤษภำคม, 2558). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 16

มนำคม 2560 จำก http://www.pcd.go.th/info_serv/File/Plan/StrategicPlanMain.

pdf

พระรำชบญญตสงเสรมและรกษำคณภำพสงแวดลอมแหงชำต พ.ศ. 2535 . (กนยำยน, 2555). กฎ ประกาศ และระเบยบทเกยวของดานการควบคมมลพษ . พมพคร งท 5. ฝำยตรวจและบงคบกำร กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยำกรธรรมชำตและสงแวดลอม. กรงเทพฯ: โรงพมพองคกำรสงเครำะหทหำรผำนศก.

มลนธมนพฒนำ. (2522). โครงการทเกดจากศาสตรของพระราชา: แกลงดน. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 มนำคม 2560 จำก http://www.tsdf.or.th/th/royally-initiated-projects/

10779-แกลงดน-พศ-2522/

ยพด เสตพรรณ. (2544). ชวตกบสงแวดลอม. กรงเทพฯ: พศษฐกำรพมพ. รตนำ สนนเมอง. (ม.ป.ป.). เคมเกยวกบสงแวดลอม. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 3 มนำคม 2560

จ ำ ก https://www.scribd.com/doc/26330009/เ ค ม เ ก ย ว ก บ ส ง แ ว ด ล อ ม -Enviromental-Chemistry

วระชย ณ นคร วฑร ชนพนธ และประเสรฐ เทพนรประไพ. (ม.ป.ป.). หญาแฝกคออะไร. [ออนไลน]สบคนเมอวนท 15 มนำคม 2560 จำก http://thvn.rdpb.go.th/KnowledgeDetail.aspx?

KnowledgeId=2

ศกดศร สบสงห. (2555). วทยาศาสตรและเทคโนโลยกบสงแวดลอม. มหำวทยำลยรำชภฏกลมภำคตะวนออกเฉยงเหนอ: โรงพมพมหำวทยำลยรำชภฏมหำสำรคำม.

ศนยกำรเรยนรวทยำศำสตรโลกและดำรำศำสตร. (2555). องคประกอบของบรรยากาศ. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 25 มนำคม 2560 จำก http://www.lesa.biz/earth/atmosphere/atm-

composition

ส ำนกงำนวจยและพฒนำกำรจดกำรทดน. (ม.ป.ป.). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 กมภำพนธ 2560

จำกhttp://www.ldd.go.th/Lddwebsite/web_ord/Brochure/Html/Brochure.html

Brown, P. S., & Bhushan, B. (2016). Bioinspired materials for water supply and

management: water collection, water purification and separation of water

from oil. Philosophical Transactions of The Royal Society A Matermatical,

Physical and Engineering Sciences, 374.

United States Salinity Laboratory Staff. (1954). Diagnosis and Improvement of Saline

and Alkali Soils, United States Department of Agriculture. Washington:

Handbook 60.

บรรณานกรม

กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม. (1 พฤษภาคม 2560). ระบบบ าบดน าเสย. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 พฤษภาคม 2560 จาก http://www.pcd.go.th/

info_serv/water_wt.html#s3

_____________. (10 พฤศจกายน 2559). สถานการณคณภาพน าผวดน ชวงเดอนกรกฎาคม–กนยายน 2559. [ออนไลน ] สบคนเมอวนท 15 มนาคม 2560 จาก http://iwis.pcd.

go.th/officer/document/download/12/12.pdf

______________. (ม.ป.ป). พระราชบญญตสงเสรมและรกษาคณภาพสงแวดลอมแหงชาต พ.ศ. 2535 . [ออนไลน ] ส บค น เม อ ว นท 2 มนาคม 2560 จ ากhttp://www.pcd.go.th

/info_serv/reg_envi.html

______________. (ม.ป.ป). มาตรฐานคณภาพน า. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 5 มนาคม 2560 จาก

http://www.pcd.go.th/info_serv/reg_std_water.html

กรมพฒนาทดน. (2535). แผนทการแพรกระจายดนเคม จงหวดอดรธาน . กรงเทพฯ: กระทรวงเกษตรและสหกรณ, , มาตราสวน 1:50,000.

______________. (ม.ป.ป.). รอบรเรองดน. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 18 เมษายน 2560 จาก https://www.ldd.go.th/ofsweb/thaisoil/p2.htm

กระทรวงทรพยากรธรรมชาตและส งแวดลอม. (29 มนาคม 2559 ). ประกาศกระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม เรอง ก าหนดมาตรฐานควบคมการระบายน าท งจากโรงงานอตสาหกรรม นคมอตสาหกรรมและเขตประกอบการอตสาหกรรม . [ออนไลน] สบคน เม อ ว นท 15 มนาคม 2560 จาก http://infofile.pcd.go.th/law/std_water_

iww_2559.pdf?CFID=1177412&CFTOKEN=40757611

กฤช เหลอลมย. (7 เมษายน 2559). เกลอ บานดง ทงน าเคมแหงใหมในอสานเหนอ มตชนบท เทคโนโลยชาวบาน [ออนไลน] สบคนเมอวนท 3 เมษายน 2560 จาก https://www.

technologychaoban.com/news_detail.php?tnid=2901

กองวจยและพฒนาการจดการทดน กรมพฒนาทดน กระทรวงเกษตรและสหกรณ. (ม.ป.ป.). ขอมลการจดการดน. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 25 เมษายน 2560 จาก http://www.ldd.go.th/

Web_Soil/Page_02.htm

เกสร พะลง และสนนท ชยนะกล. (2557). เคมอนทรย. พมพครงท 7. กรงเทพฯ: ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย.

212

คณะกรรมการแหงชาตวาดวยการศกษาวทยาศาสตรและวฒนธรรมแหงสหประชาชาต คณะอนกรรมการจดท าพจนานกรมธรณวทยา. (2530). ศพทธรณวทยา. กรงเทพฯ: โรงพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย.

ทบวงมหาวทยาลย. (2541). เคม 1. พมพครงท 11. กรงเทพฯ: อกษรเจรญทศน. ______________. (2541). เคม 2. พมพครงท 8. กรงเทพฯ: อกษรเจรญทศน. นทธรา สรรมณ. (2541). เคมสงแวดลอม. พมพครงท 2. นครปฐม: มหาวทยาลยศลปากร. แผนยทธศาสตรการบรหารจดการทรพยากรน า. (พฤษภาคม 2558). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 16

มนาคม 2560 จาก http://www.pcd.go.th/info_serv/File/Plan/StrategicPlanMain

.pdf

พระราชบญญตสงเสรมและรกษาคณภาพสงแวดลอมแหงชาต พ.ศ. 2535 . (กนยายน 2555). กฎ ประกาศ และระเบยบทเกยวของดานการควบคมมลพษ . พมพครงท 5. ฝายตรวจและบงคบการ กรมควบคมมลพษ กระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม. กรงเทพฯ : โรงพมพองคการสงเคราะหทหารผานศก.

มลนธมนพฒนา. (2522). โครงการทเกดจากศาสตรของพระราชา: แกลงดน. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 มนาคม 2560 จาก http://www.tsdf.or.th/th/royally-initiated-projects/

10779-แกลงดน-พศ-2522/

ยพด เสตพรรณ. (2544). ชวตกบสงแวดลอม. กรงเทพฯ: พศษฐการพมพ. รตนา สนนเมอง.(ม.ป.ป.). เคมเกยวกบสงแวดลอม. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 3 มนาคม 2560 จาก

https://www.scribd.com/doc/26330009/เคม เกยวกบส งแวดลอม -Enviromental-

Chemistry

วระชย ณ นคร วฑร ชนพนธ และประเสรฐ เทพนรประไพ. (ม.ป.ป.). หญาแฝกคออะไร. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 มนาคม 2560 จาก http://thvn.rdpb.go.th/KnowledgeDetail.aspx?

KnowledgeId=2

ศกดศร สบสงห. (2555). วทยาศาสตรและเทคโนโลยกบสงแวดลอม . [ออนไลน] มหาวทยาลย

ราชภฏกลมภาคตะวนออกเฉยงเหนอ: โรงพมพมหาวทยาลยราชภฏมหาสารคาม. ศนยการเรยนรวทยาศาสตรโลกและดาราศาสตร. (2555). องคประกอบของบรรยากาศ. [ออนไลน]

สบคนเมอวนท 25 มนาคม 2560 จาก http://www.lesa.biz/earth/atmosphere/atm-

composition

สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย . (ม.ป.ป.). พจนานกรมศพทวทยาศาสตร คณตศาสตร และเทคโนโลย (ESCIVOCAB). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 5 กมภาพนธ 2560 จาก https://escivocab.ipst.ac.th/search

213

ส านกงานคณะกรรมการการศกษาขนพนฐาน และคณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

สมบตของธาตแทรนซชนและสารประกอบ. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 3 พฤษภาคม 2560

จาก www.phukhieo.ac.th/obec.../13_สมบตของธาตแทรนซชนและสารประกอบ.pdf

ส านกงานวจยและพฒนาการจดการทดน. (ม.ป.ป.). [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 กมภาพนธ 2560

จาก http://www.ldd.go.th/Lddwebsite/web_ord/Brochure/Html/Brochure.html


Agilent 3200P pH Meter. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 เมษายน 2560 จาก https://www.news-

medical.net/Agilent-3200P-pH-Meter

Averill, B. A. (2012, December 29). Principles of General Chemistry. (Online) Retrieved



Ayurveda. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 5 พฤษภาคม 2560 จากhttp://www.ayurvedaupay.com/

2015/11/importance-vitamin-c-source-health-benefits.html

BCcampus. (n.d.). Anatomy and Physiology. (Online) Retrieved April 5, 2017 From

https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/2-2-chemical-bonds/

Brown, P. S., & Bhushan, B. (2016). Bioinspired materials for water supply and

management: water collection, water purification and separation of water

from oil. Philosophical Transactions of The Royal Society A Matermatical,

Physical and Engineering Sciences, 374.



IUPAC Secretariat. (2016, september 28). (Online) Retrieved May 10, 2017 From

https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/

Khan, F. (November 3, 2008). Electronic configuration of Atom. (Online) Retrieved

April 18, 2017 From https://www.slideshare.net/FaysalKhan/lecture-7-

presentation-716261

Khemprasit, J., & Khumpaitool, B. (2015). Influence of Cr doping on structure and

dielectric properties of LixCryNi1−x−yO ceramics. Ceramics International, 41(1),

663-669.

214

Montes, I., Lai, C., & Sanabria, D. (2003). Like dissolves like: A classroom

demonstration and a guided-inquiry experiment for organic chemistry.

Journal of Chemical Education, 80(4), 447-449.

Moore, J. W., Stanitski C. L., & Jurs, P. C. (2010). Principles of Chemistry the Molecular


Nivaldo, J. T. (2003). Instructor’s Media Portfolio Chapter 15-Chemical Equilibrium.

(Online) Retrieved March 5, 2017 From https://wps.prenhall.com/wps/media/

objects/476/488316/ch15.html

Öhrström, L., & Reedijk, J. (2016). Names and symbols of the elements with atomic

numbers 113, 115, 117 and 118 (IUPAC Recommendations 2016). Pure and

Applied Chemistry, 88(12), 1225–1229.

OpenStax. (June 20, 2016). Electronic Structure and Periodic Properties of Elements.

In OpenStax CNX, Chemistry. (Online) Retrieved April 20, 2017 From

https://opentextbc.ca/chemistry/chapter/6-3-development-of-quantum-

theory/

PH Indicators Paper. [ออนไลน] สบคนเมอวนท 15 เมษายน 2560 จาก http://www.prime

chemicalscientific.com/ph-indicators-buffer-solution/ph-indicators-paper/

Rogers, E., Stovall, I., Jones, L., Chabay, R., & Kean, E. (2000). Fundamentals of

Chemistry. Falcon Software, Inc. (Online) Retrieved May 7, 2017 From

http://www.chem.uiuc.edu/rogers/text13/Tx134/tx134fr.html


Retrieved April 3, 2017 https://www.saylor.org/books/

TechnologyUK. (2001-2018). Chemical bonding. (Online) Retrieved April 3, 2017 From

https://www.technologyuk.net/physics/matter/chemical-bonding.shtml

United States Salinity Laboratory Staff. (1954). Diagnosis and Improvement of Saline

and Alkali Soils, United States Department of Agriculture. Washington:

Handbook 60.

Documents

อกสารประกอบการสอนรายวิชา General ...portal5.udru.ac.th/ebook/pdf/upload/18Dw85uiMDhP4IZcJ1u2.pdfอกสารประกอบการสอน