19.04.2014 Views

99201-3

99201-3

99201-3

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

หน่วยที่ 3<br />

เคมีพื้นฐาน<br />

อาจารย์กรรณิการ์ ยิ้มนาค<br />

ชื่อ อาจารย์กรรณิการ์ ยิ ้มนาค<br />

วุฒิ วท.บ. (เคมีอุตสาหกรรม) สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้า<br />

เจ้าคุณทหารลาดกระบัง<br />

วท.บ. (เทคโนโลยีการพิมพ์) มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช<br />

วท.ม. (บรรจุภัณฑ์) มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์<br />

ต าแหน่ง อาจารย์ประจ าสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี<br />

มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช<br />

หน่วยที่เขียน หน่วยที ่ 3


่<br />

3-2 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

แผนการสอนประจ าหน่วย<br />

ชุดวิชา<br />

วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื ่อสาร<br />

หน่วยที่ 3 เคมีพื ้นฐาน<br />

ตอนที่<br />

3.1 สารและสมบัติของสาร<br />

3.2 โครงสร้างเคมี<br />

3.3 ปฏิกิริยาเคมี<br />

แนวคิด<br />

1. การแบ่งประเภทของสารมีหลายวิธี แบ่งตามสถานะสารสามารถแบ่งได้เป็น ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส<br />

หากแบ่งตามลักษณะของเนื ้อสารสามารถแบ่งได้เป็น สารเนื ้อเดียวและสารเนื ้อผสม สารแต่ละชนิดมี<br />

สมบัติเฉพาะตัว ถ้าการเปลี ่ยนแปลงของสารเกิดขึ ้นโดยสมบัติทางเคมีของสารยังคงเดิมเรียกว่า<br />

การเปลี ่ยนแปลงทางกายภาพ แต่ถ้าสมบัติทางเคมีของสารเปลี ่ยนแปลงไปเรียกว่า การเปลี ่ยนแปลง<br />

ทางเคมี เมื ่อมีการเปลี ่ยนแปลงของสารจะมีการเปลี ่ยนแปลงพลังงานควบคู่ไปด้วย<br />

2. อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานคือ โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน การจัดเรียงอะตอมนั้นเรียง<br />

ตามโครงแบบอิเล็กตรอน ซึ ่งท าให้รู้ค่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมที ่สอดคล้องกับการจัดหมวดหมู<br />

ของธาตุในตารางธาตุ และท าให้ทราบสมบัติและแนวโน้มของธาตุในตารางธาตุกับสมบัติของธาตุได้ และ<br />

จากการที ่ธาตุมารวมกันเป็นสารประกอบจะยึดเหนี ่ยวกันด้วยพันธะเคมีหลายชนิด ท าให้มีสมบัติของ<br />

สารประกอบแตกต่างกันไป<br />

3. การเกิดปฏิกิริยาเคมีที ่ส าคัญ ได้แก่ การเกิดปฏิกิริยากรดและเบส และปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า การศึกษา<br />

ตามทฤษฎีกรดและเบสท าให้ทราบถึงการแตกตัวของกรดคือโปรตอน และการแตกตัวของเบสคือ<br />

ไฮดรอกไซด์ จากการแตกตัวของกรดและเบส สามารถค านวณหาค่าคงที ่สมดุลหรือค่าความเข้มข้นได้<br />

ซึ ่งท าให้ทราบค่าความเป็นกรดและเบสของสารละลายด้วยค่าพีเอช ส าหรับปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้ าเป็น<br />

การศึกษาการเปลี ่ยนแปลงของเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้ า ซึ ่งแบ่งเป็นเซลล์แกลวานิกและเซลล์อิเล็ก-<br />

โทรไลต์


เคมีพื ้นฐาน 3-3<br />

วัตถุประสงค์<br />

1. จ าแนกและอธิบายประเภทของสาร สมบัติและการเปลี ่ยนแปลงของสาร และอธิบายพลังงานกับการ<br />

เปลี ่ยนแปลงของสารได้<br />

2. ระบุองค์ประกอบและการจัดเรียงโครงแบบอิเล็กตรอนในอะตอมของสาร ความส าคัญของตารางธาตุ<br />

และอธิบายพันธะเคมีของแต่ละประเภทได้<br />

3. อธิบายปฏิกิริยากรด-เบส บอกความส าคัญของกรด-เบสในชีวิตประจ าวัน อธิบายการเกิดเคมีไฟฟ้าและ<br />

บอกความส าคัญของเคมีไฟฟ้าในชีวิตประจ าวันได้<br />

กิจกรรมระหว่างเรียน<br />

1. ท าแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียนหน่วยที ่ 3<br />

2. ศึกษาเอกสารการสอนตอนที ่ 3.1-3.3<br />

3. ปฏิบัติกิจกรรมในเอกสารการสอน<br />

4. ฟังรายการสอนทางวิทยุกระจายเสียง (ถ้ามี)<br />

5. ชมรายการสอนทางวิทยุโทรทัศน์ (ถ้ามี)<br />

6. เข้ารับบริการสอนเสริม (ถ้ามี)<br />

7. ท าแบบประเมินผลตนเองหลังเรียนหน่วยที ่ 3<br />

สื่อการสอน<br />

1. เอกสารการสอน<br />

2. แบบฝึกปฏิบัติ<br />

3. ซีดีมัลติมีเดีย (ถ้ามี)<br />

4. รายการสอนทางวิทยุกระจายเสียง (ถ้ามี)<br />

5. รายการสอนทางวิทยุโทรทัศน์ (ถ้ามี)<br />

6. การสอนเสริม (ถ้ามี)<br />

การประเมินผล<br />

1. ประเมินผลจากแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียนและหลังเรียน<br />

2. ประเมินผลจากกิจกรรมและแนวตอบท้ายเรื ่อง<br />

3. ประเมินผลจากการสอบไล่ประจ าภาคการศึกษา<br />

เมื่ออ่านแผนการสอนแล้ว ขอให้ท าแบบประเมินผลตนเองก่อนเรียน<br />

หน่วยที่ 3 ในแบบฝึ กปฏิบัติ แล้วจึงศึกษาเอกสารการสอนต่อไป


3-4 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ตอนที่ 3.1<br />

สารและสมบัติของสาร<br />

โปรดอ่านหัวเรื ่อง แนวคิด และวัตถุประสงค์ของตอนที ่ 3.1 แล้วจึงศึกษารายละเอียดต่อไป<br />

หัวเรื่อง<br />

แนวคิด<br />

วัตถุประสงค์<br />

3.1.1 การจ าแนกสารและสมบัติของสาร<br />

3.1.2 พลังงานกับการเปลี ่ยนแปลงสาร<br />

1. สารโดยทั่วไปเมื ่อแบ่งประเภทตามสถานะแบ่งได้เป็น 3 สถานะคือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส<br />

ซึ ่งมีแรงยึดเหนี ่ยวระหว่างอนุภาคของสารที ่แตกต่างกัน ส าหรับการแบ่งสารโดยใช้เนื ้อสารเป็น<br />

เกณฑ์ แบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือสารเนื ้อเดียวและสารเนื ้อผสม โดยหากแบ่งตามสมบัติของสาร<br />

ซึ ่งเป็นลักษณะประจ าตัวของสารแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ สมบัติและการเปลี ่ยนแปลงทาง<br />

กายภาพและสมบัติและการเปลี ่ยนแปลงทางเคมี<br />

2. พลังงานเคมี คือ พลังงานที ่ได้จากการเปลี ่ยนแปลงของสาร ซึ ่งพลังงานที ่ได้อาจอยู่ในรูปความ<br />

ร้อนของสารที ่มีการดูดกลืนพลังงานหรือคายพลังงานออกมา โดยพลังงานกับการเปลี ่ยนแปลง<br />

สารแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ การเปลี ่ยนสถานะของสาร การละลายของสาร และการเกิด<br />

ปฏิกิริยาเคมี<br />

เมื ่อศึกษาตอนที ่ 3.1 จบแล้ว นักศึกษาสามารถ<br />

1. จ าแนกประเภทของสารตามสถานะได้<br />

2. จ าแนกประเภทของสารตามเนื ้อสารได้<br />

3. อธิบายสมบัติและการเปลี ่ยนแปลงสมบัติของสารทางกายภาพและเคมีได้<br />

4. อธิบายพลังงานกับการเปลี ่ยนแปลงสารได้


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-5<br />

เรื่องที่ 3.1.1<br />

การจ าแนกสารและสมบัติของสาร<br />

สสาร หมายถึง สิ ่งต่างๆ ที ่อยู่รอบตัว สามารถสัมผัสได้ด้วยประสาททั้งห้า มีมวล ปริมาตร ต้องการที ่อยู่<br />

เช่น ดิน น ้า อากาศ คน สัตว์ พืช และสิ ่งของ เป็นต้น<br />

สาร หมายถึง สสารที ่ทราบสมบัติแน่นอน หรือเป็นการเฉพาะเจาะจงลงไปว่าเป็นสสารชนิดใด เช่น เงิน<br />

ทอง เหล็ก เกลือแกง เป็นต้น ดังนั้นในกรณีที ่น าสสารมาศึกษาจึงสามารถใช้ค าว่าสารแทนสสารได้<br />

การจ าแนกสาร<br />

สารมีอยู่หลากหลายชนิด เพื ่อให้ง่ายต่อการศึกษาจึงมีการก าหนดเกณฑ์ในการจัดหมวดหมู ่หรือแบ่ง<br />

ประเภทของสาร ส่วนใหญ่นิยมแบ่งประเภทตามสมบัติของสาร เช่น สถานะ การน าไฟฟ้า จุดเดือด จุดหลอมเหลว<br />

ความเป็นโลหะ หรืออาจใช้สมบัติหลายอย่างรวมกันมาเป็นเกณฑ์ ทั้งนี ้จะใช้เกณฑ์ใดขึ ้นอยู่กับความเหมาะสมของสิ ่ง<br />

ที ่ต้องการศึกษา ส าหรับการจ าแนกประเภทของสารในที ่นี ้ขอใช้เกณฑ์การแบ่งประเภทของตามสถานะและลักษณะ<br />

เนื ้อสารดังนี<br />

1. การแบ่งประเภทตามสถานะของสาร แบ่งสารเป็น 3 สถานะคือ สารในสถานะของแข็ง ของเหลว และ<br />

แก๊ส สารในสถานะทั้งสามอาจเปลี ่ยนกลับไปมาระหว่างกันได้ เช่น การให้ความร้อนกับน ้าแข็งซึ ่งมีสถานะเป็น<br />

ของแข็ง เมื ่อน ้าแข็งได้รับความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลวของน ้า น ้าแข็งจะหลอมละลายเปลี ่ยนสถานะจากของแข็ง<br />

เป็นน ้าซึ ่งอยู่ในสถานะของเหลว และเมื ่อเพิ ่มอุณหภูมิจนถึงจุดเดือดของน ้าจะเกิดการเปลี ่ยนสถานะจากของเหลว<br />

กลายเป็นไอน ้าในสถานะแก๊ส ในทางตรงกันข้ามถ้าลดอุณหภูมิของไอน ้าจะเกิดการควบแน่นกลับมาเป็นของเหลว<br />

และเมื ่อลดอุณหภูมิจนถึงจุดเยือกแข็งของน ้าจะกลับมาเป็นของแข็งได้อีก เมื ่อพิจารณาการยึดเหนี ่ยวและการ<br />

จัดเรียงอนุภาคภายในของสารดังแสดงในภาพที ่ 3.1 พบว่าสารในสถานะของแข็งจะมีอนุภาคที ่อยู่ชิดติดกัน มีแรงยึด<br />

เหนี ่ยวระหว่างอนุภาคมากกว่าสารในสถานะของเหลว ส่วนสารในสถานะแก๊สมีอนุภาคอยู่ห่างกันมากที ่สุด มีแรงยึด<br />

เหนี ่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมากจนถือได้ว่าไม่มีแรงยึดเหนี ่ยวเลย และสามารถเคลื ่อนที ่ได้อย่างอิสระ


3-6 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ที่มา: Chang Raymond and Overby Jason, 2011.<br />

ภาพที่ 3.1 ตัวอย่างการเปลี่ยนสถานะของน ้า<br />

ในปัจจุบันมีการแบ่งสถานะของสารเพิ ่มมาเป็นสถานะที ่ 4 คือพลาสมา เป็นสถานะที ่ยังไม่คุ้นเคยมากนัก<br />

เนื ่องจากส่วนใหญ่เป็นสถานะที ่ใช้ในการศึกษาค้นคว้าทางฟิสิกส์ โดยสถานะพลาสมาคือ แก๊สที ่มีสภาพเป็นไอออน<br />

เกิดจากการได้รับพลังงานที ่มากพอจนท าให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมเกิดเป็นไอออนบวกและลบ จึงเกิดประจุ<br />

ไฟฟ้าอิสระบนอะตอม ท าให้สถานะพลาสมามีสภาพน าไฟฟ้า<br />

แบบจ าลองอนุภาคของสารทั้ง 4 สถานะเมื ่อมีการให้พลังงานเพิ ่มขึ ้นแสดงดังภาพที ่ 3.2<br />

(ก) ของแข็ง (ข) ของเหลว (ค) แก๊ส (ง) พลาสมา<br />

ภาพที่ 3.2 แบบจ าลองอนุภาคของสารทั ้ง 4 สถานะเมื่อมีการให้พลังงานเพิ่มขึ้น


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-7<br />

2. การแบ่งประเภทตามลักษณะเนื้อสาร เป็นการจ าแนกประเภทของสารโดยใช้ลักษณะเนื ้อสารและขนาด<br />

ของอนุภาคสารเป็นเกณฑ์ สามารถท าการจ าแนกเบื ้องต้นได้จากการสังเกตและการมองเห็นจากลักษณะทางกายภาพ<br />

เช่น พื ้นผิว สี สถานะของสาร เป็นต้น ซึ ่งแบ่งสารเป็น 2 ส่วน คือ สารเนื ้อเดียว (homogeneous mixture) และ<br />

สารเนื ้อผสม (heterogeneous mixture) ดังแสดงในภาพที ่ 3.3<br />

ภาพที่ 3.3 แสดงการแบ่งชนิดของสารตามเนื้อสาร<br />

2.1 สารเนื้อเดียว หมายถึง สารที ่มีสมบัติเหมือนกันตลอดทุกส่วน ซึ ่งอาจมีส่วนประกอบเป็นสาร<br />

เพียงชนิดเดียวหรือมากกว่าหนึ ่งชนิดผสมกันอยู่อย่างกลมกลืน และมองเห็นเป็นเนื ้อเดียวกัน พบได้ทั้ง 3 สถานะ<br />

ดังนี<br />

1) สารเนื ้อเดียวสถานะของแข็ง เช่น เหล็ก ทองค า ทองแดง หินปูน เกลือแกง เป็นต้น<br />

2) สารเนื ้อเดียวสถานะของเหลว เช่น น ้าเกลือ น ้าอัดลม น ้าเชื ่อม น ้านม เป็นต้น<br />

3) สารเนื ้อเดียวสถานะแก๊ส เช่น อากาศ แก๊สหุงต้ม แก๊สออกซิเจน เป็นต้น<br />

ซึ ่งเมื ่อแบ่งสารเนื ้อเดียวตามส่วนประกอบภายในสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ<br />

(1) สารบริสุทธิ ์ หมายถึง สารเนื ้อเดียวที ่ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว ได้แก่ ธาตุ (element)<br />

และสารประกอบ (compound)<br />

ก. ธาตุ หมายถึง สารบริสุทธิ ์เนื ้อเดียวที ่ไม่สามารถแยกเป็นสารใหม่ต่อไปได้อีก เมื ่อแบ่ง<br />

ตามสมบัติทางกายภาพของธาตุสามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม คือ โลหะ กึ ่งโลหะ และอโลหะ โดยแต่ละประเภทมี<br />

สมบัติดังนี ้


้<br />

่<br />

3-8 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

- โลหะ ส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็งยกเว้นปรอทที ่มีสถานะเป็นของเหลว โลหะจะ<br />

มีผิวมันวาว สะท้อนแสงได้ดี เมื ่อตีแล้วจะเกิดเสียงดังกังวาน มีความเหนียว และสามารถตีแผ่เป็นเส้นหรือเป็นแผ่น<br />

ได้ จุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง เป็นตัวน าไฟฟ้าได้ดี ตัวอย่างโลหะ ได้แก่ เหล็ก สังกะสี โครเมียม เงิน ทองแดง<br />

เป็นต้น<br />

- อโลหะ เป็นธาตุที ่มีหลายสถานะทั้งสถานะของแข็ง ของเหลว และแก๊ส อโลหะที ่เป็น<br />

ของแข็งจะมีผิวด้าน เคาะแล้วไม่ดังกังวาน มีความเปราะ โดยส่วนใหญ่จะมีจุดเดือด จุดหลอมเหลวต ่า และไม่น า<br />

ไฟฟ้า ตัวอย่างอโลหะ ได้แก่ คาร์บอน ก ามะถัน โบรมีน ออกซิเจน เป็นต้น<br />

- กึ ่งโลหะ เป็นธาตุที ่มีสมบัติทั้งโลหะและอโลหะ มีอยู่เพียงไม่กี ่ชนิด ได้แก่ พลวง<br />

โบรอน ซิลิกอน และอาร์เซนิก ธาตุกึ ่งโลหะส่วนใหญ่จะมีความมันวาวและเป็นเงา เป็นสารกึ ่งตัวน า สามารถน าไฟฟ้า<br />

ได้บ้างที ่อุณหภูมิปกติ และน าไฟฟ้าได้มากขึ ้นเมื ่ออุณหภูมิสูงขึ ้น<br />

ข. สารประกอบ หมายถึง สารบริสุทธิ ์เนื ้อเดียวที ่ประกอบด้วยอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2<br />

ชนิดขึ ้นไปมารวมกันด้วยพันธะเคมี หรือแรงยึดเหนี ่ยว เกิดเป็นสารชนิดใหม่ที ่มีสมบัติต่างจากสารเดิม และมี<br />

อัตราส่วนของธาตุที ่เป็นองค์ประกอบคงที ่เสมอ เช่น น ้า มีสูตรโมเลกุลเป็น H 2 O เกิดจากธาตุไฮโดรเจน (H) ซึ ่งติด<br />

ไฟ และธาตุออกซิเจน (O) ซึ ่งช่วยให้ไฟติด แต่เมื ่อรวมตัวกันด้วยอัตราส่วน H:O เป็น 2:1 จะกลายเป็นน ้าซึ ่งเป็น<br />

สารประกอบ สมบัติที ่ได้จะเปลี ่ยนไปจากเดิมคือกลายเป็นน ้าซึ ่งดับไฟได้ เป็นต้น<br />

(2) สารละลาย หมายถึง สารเนื ้อเดียวที ่ประกอบด้วยสารบริสุทธิ ์ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ ้นไปมาผสมกัน<br />

โดยไม่จ าเป็นต้องมีอัตราส่วนที ่คงที ่ ประกอบไปด้วยส่วนประกอบที ่ส าคัญคือ ตัวท าละลาย (solvent) ซึ ่งเป็นสารที ่มี<br />

จ านวนมากกว่า และตัวถูกละลาย (solute) ซึ ่งเป็นสารที ่มีจ านวนน้อยกว่าและละลายอยู่ในตัวท าละลาย โดยสารที<br />

ละลายอยู่มีเส้นผ่าศูนย์กลางของอนุภาคน้อยกว่า 1 10 -7 เซนติเมตร จึงมองไม่เห็นการแยกตัวของสาร การรวมตัว<br />

ของสารละลายนั้นอาจอยู่ในรูปของแข็ง ของเหลวหรือแก๊ส ตัวอย่างเช่น น ้าเชื ่อมเป็นการน าน ้าตาลซึ ่งเป็นของแข็งมา<br />

ละลายในน ้าได้สถานะของสารละลายเป็นของเหลว หรือนากเป็นส่วนประกอบที ่เกิดจากทองค าและเงินที ่ละลายใน<br />

ทองแดงได้สถานะของสารละลายเป็นของแข็ง เป็นต้น<br />

2.2 สารเนื้อผสม คือ สารที ่มีลักษณะของเนื ้อสารไม่เป็นเนื ้อเดียวกัน เนื ้อสารในแต่ละส่วนมีสมบัติ<br />

ต่างกัน โดยสารที ่เป็นส่วนผสมแต่ละชนิดยังคงแสดงสมบัติของสารเดิม เนื ่องจากเป็นการรวมกันทางกายภาพไม่มี<br />

การเปลี ่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ ้น สารเนื ้อผสมมีทั้ง 3 สถานะ ดังนี<br />

1) สารเนื ้อผสมสถานะของแข็ง เช่น ทราย คอนกรีต ดิน เป็นต้น<br />

2) สารเนื ้อผสมสถานะของเหลว เช่น น ้าคลอง น ้าโคลน น ้าสลัด เป็นต้น<br />

3) สารเนื ้อผสมสถานะแก๊ส เช่น ฝุ ่นละอองในอากาศ ควัน เป็นต้น<br />

ซึ ่งการแบ่งสารเนื ้อผสมสามารถแบ่งตามขนาดของอนุภาคเป็นหลักได้ 2 ประเภทคือ<br />

(1) สารแขวนลอย (suspension) คือสารเนื ้อผสมที ่มีอนุภาคของแข็งซึ ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง<br />

ของอนุภาคสารใหญ่กว่า 1 10 -4 เซนติเมตร แขวนลอยอยู่ในตัวกลางที ่เป็นของเหลว ไม่รวมเป็นเนื ้อเดียวกัน<br />

สามารถมองเห็นสารผสมได้อย่างชัดเจน มีลักษณะขุ ่น เมื ่อตั้งทิ ้งไว้จะตกตะกอน ตัวอย่างเช่น น ้าคลอง น ้าโคลน<br />

น ้าแกงส้ม เป็นต้น


เคมีพื ้นฐาน 3-9<br />

(2) คอลลอยด์ (colloid) เป็นสารเนื ้อผสมที ่ดูเหมือนจะเป็นเนื ้อเดียวกัน มีลักษณะขุ ่น<br />

ไม่ตกตะกอน ขนาดของอนุภาคสารมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 -7 -10 -4 เซนติเมตร อนุภาคคอลลอยด์จะเกาะตัว<br />

กันใหญ่กว่าโมเลกุลแต่ไม่ใหญ่มากนัก คอลลอยด์ไม่ตกตะกอนเมื ่อวางทิ ้งไว้เพราะมีอนุภาคขนาดเล็กเคลื ่อนที ่แบบ<br />

ไม่เป็นระเบียบและไร้ทิศทาง วิ ่งชนกันตลอดเวลาเรียกว่าการเคลื ่อนที ่แบบบราวเนียน (Brownian movement)<br />

เมื ่อท าการส่องแสงผ่านสารคอลลอยด์จะเกิดการกระเจิงของแสง ท าให้มองเห็นล าแสงได้อย่างชัดเจนเรียกว่าปรากฏ-<br />

การณ์ทินดอลล์ (Tyndall effect) ดังแสดงในภาพที ่ 3.4 ซึ ่งค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวไอร์แลนด์ ชื ่อ จอนห์<br />

ทินดอลล์<br />

(ก) เปรียบเทียบผลที ่เกิดขึ ้นเมื ่อส่องแสงผ่านสารละลายและสารคอลลอยด์<br />

(ข) เมื ่อแสงผ่านหมอก หรือฝุ ่นละอองในอากาศจะมองเห็นล าแสงอย่างชัดเจน<br />

ภาพที่ 3.4 ปรากฏการณ์ทินดอลล์<br />

ที่มา ก: http://www.realmagick.com/tyndall-effect/ ค้นคืนเมื ่อ 10 ส.ค. 2555<br />

ที่มา ข: http://www.tech-faq.com/tyndall-effect.html และ<br />

http://www.maceducation.com/e-knowledge/2422210100/19_files/19-4.jpg<br />

ค้นคืนเมื ่อ 20 ก.ย. 2555


3-10 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

คอลลอยด์ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ อนุภาคของสารที ่แพร่อยู่ในตัวกลางและตัวกลาง การแยกชนิดของ<br />

คอลลอยด์ตามสถานะของสารที ่แพร่อยู่ในตัวกลางและตัวกลาง แสดงในตารางที ่ 3.1<br />

ตารางที่ 3.1 การจ าแนกประเภทและตัวอย่างของคอลลอยด์<br />

ชนิดของคอลลอยด์<br />

แอโรโซล (aerosol)<br />

โซล (sol)<br />

สถานะของสารที่แพร่<br />

อยู ่ในตัวกลาง<br />

สถานะของตัวกลาง<br />

ตัวอย่างของคอลลอยด์<br />

ของแข็ง แก๊ส ควันไฟ ฝุ ่นละอองในอากาศ<br />

ของเหลว แก๊ส เมฆ หมอก<br />

ของแข็ง ของเหลว น ้าแป้งสุก<br />

ของแข็ง ของแข็ง มุก พลอย<br />

อิมัลชัน (emulsion) ของเหลว ของเหลว กะทิ น ้าสลัด นมสด<br />

เจล (gel) ของเหลว ของแข็ง เยลลี เนย วุ้น<br />

โฟม (foam) แก๊ส ของเหลว ฟองสบู่ ครีมโกนนวด<br />

แก๊ส ของแข็ง ฟองน ้า เม็ดโฟม<br />

การจ าแนกประเภทของเนื ้อสารหากพิจารณาจากอนุภาคของสารที ่มีสถานะของเหลว จะพิจารณาแบ่ง<br />

เป็น 3 ประเภทคือ สารละลาย สารคอลลอยด์ และสารแขวนลอย โดยสารละลายมีขนาดอนุภาคของสารกระจายตัว<br />

อยู่ในตัวกลางขนาดเล็กสุด รองลงมาคือสารคอลลอยด์ และขนาดใหญ่สุดคือสารแขวนลอย จากขนาดของอนุภาค<br />

สารที ่ต่างกัน จึงน ามาเปรียบเทียบความแตกต่างได้ดังตารางที ่ 3.2<br />

ตารางที่ 3.2 เปรียบเทียบความแตกต่างของสารละลาย สารคอลลอยด์ และสารแขวนลอย<br />

ลักษณะเนื ้อสาร<br />

ข้อเปรียบเทียบ สารละลาย สารคอลลอยด์ สารแขวนลอย<br />

เนื ้อเดียว<br />

เนื ้อผสมแต่ดูคล้ายเนื ้อเดียว<br />

เนื ้อผสม<br />

ขนาดอนุภาคเจือปน (เซนติเมตร) น้อยกว่า 10 -7 10 -7 - 10 -4 มากกว่า 10 -4<br />

การลอดผ่านกระดาษกรอง ผ่านได้ ผ่านได้ ผ่านไม่ได้<br />

การลอดผ่านเยื ่อกึ ่งซึมผ่าน ผ่านได้ ผ่านไม่ได้ ผ่านไม่ได้<br />

การเกิดปรากฏการณ์ทินดอลล์ ไม่เกิด (ทะลุผ่าน) เกิด ไม่เกิด (ทึบแสง)<br />

การเคลื ่อนที ่แบบบราวเนียน ไม่เกิด เกิด ไม่เกิด<br />

การตกตะกอน ไม่ตกตะกอน ไม่ตกตะกอน ตกตะกอน


เคมีพื ้นฐาน 3-11<br />

สมบัติของสาร<br />

สมบัติของสาร เป็นลักษณะประจ าตัวของสารแต่ละสาร เช่น สี กลิ ่น รส การละลาย การน าไฟฟ้า จุดเดือด<br />

จุดหลอมเหลว และการเผาไหม้ เป็นต้น สมบัติของสารแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ<br />

1) สมบัติทางกายภาพ (physical properties) เป็นสมบัติที ่บอกลักษณะภายนอกของสาร ซึ ่งสังเกตเห็นได้<br />

ด้วยตาเปล่าหรือการทดลองด้วยวิธีง่ายๆ การเปลี ่ยนแปลงทางกายภาพจะไม่มีการเปลี ่ยนแปลงองค์ประกอบภายใน<br />

ของสารและไม่มีสารใหม่เกิดขึ ้น เช่น การเปลี ่ยนสถานะ การเกิดสารละลาย การเปลี ่ยนอุณหภูมิ การน าไฟฟ้ า<br />

เป็นต้น<br />

2) สมบัติทางเคมี (chemical properties) เป็นสมบัติที ่เกิดจากการเปลี ่ยนแปลงองค์ประกอบภายในของ<br />

สาร โดยมีการเกิดปฏิกิริยาเคมีและมีสารใหม่เกิดขึ ้นเสมอ สมบัติที ่เกิดขึ ้นจึงแตกต่างไปจากเดิม เช่น การเผาไหม้<br />

ของเชื ้อเพลิง การเกิดสนิมของเหล็ก การท าปฏิกิริยาของกรด-เบส เป็นต้น ดังนั้นสมบัติของสารจึงขึ ้นอยู่กับการ<br />

เปลี ่ยนแปลง<br />

การเปลี ่ยนแปลงสมบัติของสารนั้น จะสอดคล้องไปกับการเปลี ่ยนแปลงสมบัติทางกายภาพและทางเคมีด้วย<br />

ดังนี ้<br />

1. สมบัติและการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เป็นการเปลี ่ยนแปลงของสารที ่ไม่มีการเปลี ่ยนองค์ประกอบ<br />

ภายใน หรือมีสารใหม่เกิดขึ ้น โดยแบ่งการเปลี ่ยนแปลงทางกายภาพนี ้ออกเป็น 2 ประเภทคือ สมบัติขึ ้นอยู่กับ<br />

ปริมาณ (extensive property) และสมบัติไม่ขึ ้นอยู่กับปริมาณ (intensive property)<br />

1.1 สมบัติขึ้นอยู ่กับปริ มาณ คือ สมบัติที ่มีการเปลี ่ยนแปลงตามปริมาณ เมื ่อมวลสารนั้นเกิดการ<br />

เปลี ่ยนแปลง ซึ ่งสมบัติประเภทนี ้ เช่น มวล ปริมาตร พลังงานภายใน และพลังงานรวม เป็นต้น<br />

1.2 สมบัติไม่ขึ้นอยู ่กับปริ มาณ คือ สมบัติที ่ไม่เปลี ่ยนแปลงตามปริมาณ เมื ่อมวลสารนั้นเกิดการ<br />

เปลี ่ยนแปลง สมบัติประเภทนี ้ เช่น ความหนาแน่น ความร้อนจ าเพาะ อุณหภูมิ จุดเดือด จุดหลอมเหลว<br />

จุดเยือกแข็ง เป็นต้น<br />

ตัวอย่างแสดงสมบัติขึ ้นอยู่กับปริมาณและไม่ขึ ้นอยู่กับปริมาณแสดงดังตารางที ่ 3.3 เมื ่อพิจารณาแล้ว<br />

จะเห็นว่าน ้าใน 2 แก้วมีมวลสารไม่เท่ากัน แก้วแรกจะมีน ้ามากกว่าแก้วที ่สอง และจากสมบัติที ่ปรากฏในตาราง<br />

พบว่าปริมาตรและมวลสารของน ้าในแก้วทั้งสองใบไม่เท่า ซึ ่งเป็นการแสดงสมบัติที ่ขึ ้นอยู่กับปริมาณที ่เปลี ่ยนแปลงไป<br />

แต่เมื ่อพิจารณาสมบัติของความหนาแน่นและอุณหภูมิของสาร จะพบว่าไม่ว่ามวลสารจะมีการเปลี ่ยนแปลงไปแต่<br />

สมบัติเหล่านั้นยังคงเดิม ซึ ่งเป็นสมบัติที ่ไม่ขึ ้นอยู่กับปริมาณ


3-12 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ตารางที่ 3.3 แสดงสมบัติขึ้นอยู ่กับมวลสารและไม่ขึ้นอยู ่กับมวลสารของน ้า<br />

สมบัติของสาร<br />

นักเทคโน/บก น้อย วาดรูปแก้วให้ใหม่ + เขียนสเกล<br />

เหมือนภาพด้านข้าง<br />

สมบัติขึ ้นอยู่กับปริมาณ<br />

สมบัติไม่ขึ ้นอยู่กับปริมาณ<br />

ปริมาตร (มิลลิลิตร) 100 25<br />

มวล (กรัม) 99.94 14.99<br />

ความหนาแน่น<br />

(กรัม/มิลลิลิตร)<br />

0.99 0.99<br />

อุณหภูมิห้อง (องศาเซลเซียส) 20 20<br />

2. สมบัติและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หมายถึง ความสามารถของสารในการเกิดปฏิกิริยาเคมีแล้วได้เป็น<br />

สารใหม่เกิดขึ ้น บางครั้งการเปลี ่ยนแปลงลักษณะทางเคมีสามารถสังเกตได้จาก ความร้อนที ่เพิ ่มขึ ้น สีของสาร<br />

เปลี ่ยนไป เกิดการตกตะกอน ความเป็นกรด-เบสของสารเปลี ่ยนแปลง หรืออาจกล่าวได้ว่าเป็นลักษณะอันเนื ่อง<br />

มาจากการเกิดสารใหม่นั่นเอง ตัวอย่างการเปลี ่ยนแปลงทางเคมีที ่มีผลต่อสมบัติสาร ได้แก่ ความเป็นกรด-เบส<br />

การเกิดการสันดาปหรือเผาไหม้ หรือความไวในการเกิดปฏิกิริยา เป็นต้น ตัวอย่างการเปลี ่ยนแปลงทางเคมีแสดง<br />

ดังภาพที ่ 3.5<br />

(ก) พีเอช มิเตอร์ (ข) กระดาษลิตมัส<br />

ภาพที่ 3.5 ค่าพีเอชที่เปลี่ยนไปจากปฏิกิริยากรด-เบส<br />

ที่มา ก: http://www.keison.co.uk/jenway_3510phmeter.shtml ค้นคืนเมื ่อ 25 ส.ค. 2555<br />

และ ข: http://images.flatworldknowledge.com/averillfwk/ ค้นคืนเมื ่อ 20 ก.ย. 2555


เคมีพื ้นฐาน 3-13<br />

ภาพที่ 3.6 ความว่องไวในการเกิดปฏิกิยาของโซเดียมกับน ้า<br />

ที่มา: http://www.tutorvista.com/content/science/science-ii/chemical-reactions-equations/chemical-change.php ค้นคืนเมื ่อ<br />

25 ส.ค. 2555<br />

กิจกรรม 3.1.1<br />

1. การจ าแนกสารโดยใช้สถานะของสารและลักษณะเนื ้อสารแบ่งได้เป็ นกี่ประเภท คืออะไรบ้าง<br />

2. จงแบ่งประเภทของสารต่อไป<br />

พลอย น ้าแกงส้ม หมอก น ้าเชื่อม น ้าสลัด น ้าอัดลม ครีมโกนหนวด น ้าคลอง ทองเหลือง น ้าโคลน<br />

3. จงแสดงการเปรียบเทียบระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.1.1<br />

1. การจ าแนกสารโดยใช้สถานะของสารแบ่งได้เป็ น 3 ประเภท คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊สและ<br />

การจ าแนกโดยใช้สารลักษณะเนื ้อสารแบ่งได้เป็ น 2 ประเภท คือ สารเนื ้อเดียวและสารเนื ้อผสม<br />

2. สารแขวนลอย ได้แก่ น ้าคลอง น ้าโคลน น ้าแกงส้ม<br />

สารคอลลอยด์ ได้แก่ พลอย หมอก น ้าสลัด ครีมโกนหนวด<br />

สารละลาย ได้แก่ น ้าเชื่อม น ้าอัดลม ทองเหลือง<br />

3. การเปรี ยบเทียบระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี แสดง<br />

ดังตารางด้านล่าง


3-14 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ การเปลี่ยนแปลงทางเคมี<br />

1. ไม่มีสารใหม่เกิดขึ ้น<br />

2. รูปร่าง สถานะ ขนาด กลิ่น และสีอาจเปลี่ยน-<br />

แปลงได้<br />

3. เป็ นการเปลี่ยนแปลงชั่วคราว สามารถท ากลับมา<br />

เป็ นสภาพเดิมด้วยวิธีง่ายๆ หรือกลวิธี<br />

4. ไม่มีการสลายพันธะและสร้างพันธะระหว่าง<br />

อะตอม<br />

1. มีสารใหม่เกิดขึ ้น<br />

2. รูปร่าง สถานะ ขนาด กลิ่น และสีเปลี่ยนแปลง<br />

3. เป็ นการเปลี่ยนแปลงอย่างถาวร ไม่สามารถท ากลับ<br />

มาเป็ นสภาพเดิมได้ด้วยวิธีทางเคมีหรือปฏิกิริยาเคมี<br />

4. มีการสลายพันธะและสร้างพันธะใหม่ระหว่าง<br />

อะตอม<br />

เรื่องที่ 3.1.2<br />

พลังงานกับการเปลี่ยนแปลงสาร<br />

พลังงาน คือ ความสามารถที ่ท าให้เกิดงานโดยทั่วไปแล้วสสารกับพลังงานจะมีความสัมพันธ์กันเสมอ<br />

เนื ่องจากการเปลี ่ยนแปลงของสสารจะต้องมีพลังงานเข้ามาเกี ่ยวข้องด้วย พลังงานที ่อยู่กับมวลของสาร แบ่งเป็น<br />

พลังงานศักย์ (potential energy) คือ พลังงานที ่มีอยู่ในสารเมื ่อสารหยุดนิ ่ง และพลังงานจลน์ (kinetic energy)<br />

คือ พลังงานที ่เกี ่ยวกับการเคลื ่อนที ่และขึ ้นอยู่กับมวลของสาร<br />

ส าหรับพลังงานเคมี เป็นพลังงานศักย์รูปแบบหนึ ่งที ่มีอยู่ในสาร เมื ่อมีการเกิดปฏิกิริยาของสารจะมีการดูด<br />

หรือคายพลังงานออกมา โดยพลังงานที ่ออกมาจะเปลี ่ยนไปในรูปของพลังงานความร้อน เช่น ปฏิกิริยาเคมีการเผา<br />

ไหม้ของเชื ้อเพลิง เนื ่องจากเชื ้อเพลิงส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ออกซิเจน (O) ดังนั้นเมื ่อน า<br />

เชื ้อเพลิงชีวมวลไปเผาไหม้จะเกิดปฏิกิริยาเคมีดังแสดงด้วยสมการเคมีต่อไป<br />

2C + O 2 2CO + พลังงานความร้อน<br />

2CO + O 2 2CO 2 + พลังงานความร้อน<br />

2H 2 + O 2 2H 2 O + พลังงานความร้อน<br />

ส าหรับการเปลี ่ยนแปลงของสารที ่มีการเปลี ่ยนแปลงพลังงานควบคู่ไปด้วยแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ การ<br />

เปลี ่ยนสถานะของสาร การละลายของสาร และการเกิดปฏิกิริยาเคมี ดังนี ้


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-15<br />

พลังงานกับการเปลี่ยนสถานะ<br />

การเปลี ่ยนสถานะของสารจากสถานะหนึ ่งไปอีกสถานะหนึ ่งนั้น เป็นการเปลี ่ยนแปลงแรงยึดเหนี ่ยวภายใน<br />

ของสาร ถ้าสารได้รับความร้อนจากสิ ่งแวดล้อม แล้วเกิดการสลายพันธะออกไป เรียกว่าการเปลี ่ยนแปลงปฏิกิริยา<br />

แบบดูดกลืนความร้อน (endothermic reaction) แต่ถ้าการเปลี ่ยนแปลงนั้นมีการสร้างพันธะใหม่ขึ ้นมาเรียกว่า การ<br />

เปลี ่ยนแปลงปฏิกิริยาแบบคายความร้อน (exothermic reaction) ดังแสดงในจากภาพที ่ 3.7<br />

ภาพที่ 3.7 การเปลี่ยนสถานะของสาร<br />

จากภาพที ่ 3.7 จะเห็นได้ว่า สารจะมีการเปลี ่ยนสถานะจากของแข็ง-ของเหลว-แก๊ส และจากสถานะแก๊ส-<br />

ของแข็ง-ของเหลว ซึ ่งมีการเปลี ่ยนสถานะกลับไป-มาได้ แต่จะมีค าเรียกที ่แตกต่างกัน ซึ ่งอธิบายได้ดังนี<br />

การหลอมเหลว คือ การเปลี ่ยนสถานะของสารจากสถานะของแข็งเป็นของเหลว โดยใช้ความร้อน ท าให้<br />

อนุภาคเอาชนะแรงยึดเหนี ่ยวได้ เรียกอุณหภูมิ ณ จุดนั้นว่า จุดหลอมเหลว (melting point) เช่น ก้อนน ้าแข็ง<br />

ละลายเป็นน ้าที ่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส<br />

การระเหย คือ การเปลี ่ยนสถานะของสารจากของเหลวกลายเป็นไอหรือแก๊สอย่างช้าๆ และเกิดเฉพาะ<br />

ผิวหน้าของของเหลวเท่านั้น หรือถ้าใช้อุณหภูมิสูงจนท าให้อนุภาคของของเหลวมีพลังงานมากจนเอาชนะแรงยึด<br />

เหนี ่ยวของเหลวได้ เรียกอุณหภูมิ ณ จุดนั้นว่า จุดเดือด (boiling point) เช่น น ้าสามารถระเหยได้ที ่อุณหภูมิ<br />

0-100 องศาเซลเซียส แต่ที ่ 100 องศาเซลเซียสเรียกว่าเป็นจุดเดือดของน ้า<br />

การระเหิด คือ การเปลี ่ยนสถานะของสารจากของแข็งกลายเป็นไอหรือแก๊ส ที ่อุณหภูมิต ่ากว่าจุดหลอมเหลว<br />

โดยไม่ผ่านสถานะของเหลว เช่น การระเหิดของน ้าแข็งแห้ง (คาร์บอนไดออกไซด์ที ่เย็นจัด) การระเหิดของลูกเหม็น<br />

การควบแน่น คือ การเปลี ่ยนสถานะของสารจากไอหรือแก๊สเป็นของเหลว โดยการเพิ ่มความดันหรือ<br />

ลดอุณหภูมิ เช่น การควบแน่นของไอน ้าในเมฆกลายเป็นฝน<br />

การแข็งตัว คือ การเปลี ่ยนสถานะของสารจากของเหลวเป็นของแข็ง โดยการลดอุณหภูมิ ท าให้สารเกิด<br />

การคายพลังงานออกมา และอนุภาคของสารมีพลังงานในการสั่นน้อยจึงเรียงตัวแบบชิดกันมากขึ ้น เรียกอุณหภูมิ


้<br />

3-16 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ณ จุดแข็งตัวของสารว่า จุดเยือกแข็ง (freezing point) โดยทั่วไปจุดเยือกแข็งของสารใดๆ จะมีอุณหภูมิเท่ากับจุด<br />

หลอมเหลวของสารนั้น เพียงเป็นการเปลี ่ยนสถานะกลับทางกัน เช่น น ้าจะมีจุดเยือกแข็งอยู่ที ่ 0 องศาเซสเซียสซึ ่ง<br />

เท่ากับจุดหลอมเหลวของน ้า<br />

การระเหิดกลับหรือการควบแข็ง คือ การเปลี ่ยนสถานะของสารจากไอหรือแก๊สเป็นของแข็ง โดยอุณหภูมิต ่า<br />

กว่าจุดเยือกแข็ง และไม่ผ่านสถานะของเหลว เช่น ไอน ้าในอากาศจะระเหิดกลับเป็นผลึกน ้าแข็งตกลงสู่พื ้นโลก<br />

ประโยชน์ของการเปลี ่ยนสถานะที ่พบเห็นในชีวิตประจ าวัน ได้แก่<br />

1) การเปลี ่ยนสถานะจากของแข็งไปเป็นของเหลว และจากของเหลวกลับมาเป็นของแข็งอีกครั้ง ได้แก่<br />

การผลิตผลิตภัณฑ์โลหะ พลาสติก แก้ว เป็นต้น<br />

2) การเปลี ่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นแก๊ส ได้แก่ การใช้ประโยชน์จากแรงดันไอน ้าเดือดในการ<br />

หมุนกังหันของเครื ่องก าเนิดไฟฟ้า เป็นต้น<br />

พลังงานกับการละลายของสาร<br />

การละลายขึ ้นอยู่กับชนิดของสารละลาย คือตัวท าละลายและสารละลาย มีสภาพการละลายได้ หรือความ<br />

สามารถในการละลายของตัวถูกละลายในตัวท าละลายมากน้อยเพียงใด และในการละลายของสารจะมีการใช้<br />

พลังงานเข้ามาเกี ่ยวข้องด้วย โดยทั่วไปการละลายของสารที ่เป็นของแข็งมี 2 ขั้นตอน ดังตัวอย่างการละลายของ<br />

สารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ที ่ละลายในน ้า ดังนี<br />

1. โมเลกุลของตัวถูกละลายแตกตัวออกเป็นไอออนในสถานะแก๊ส โดยดูดพลังงานเข้าไปเพื ่อสลายแรงยึด<br />

เหนี ่ยวระหว่างอะตอม เรียกพลังงานดังกล่าวว่า พลังงานแลตทิชหรือพลังงานโครงร่างผลึก (lattice energy)<br />

2. ไอออนในสถานะแก๊ส เมื ่อรวมตัวกับน ้าจะคายพลังงานหรือให้พลังงานออกมา เรียกว่า พลังงานไฮเดร<br />

ชัน .ในขั้นตอนนี ้เกิดแรงยึดเหนี ่ยวระหว่างไอออนและโมเลกุลของน ้า จึงเป็นการเปลี ่ยนแปลงพลังงานแบบคาย<br />

พลังงาน เรียกว่า พลังงานไฮเดรชั่น (Hydration energy)<br />

ขั้นตอนการละลายของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ แสดงดังภาพที ่ 3.8<br />

ขั้นตอนการละลาย ไอออนบวกและลบ อนุภาคน ้ามาล้อมรอบ<br />

แยกออกจากกัน<br />

ภาพที่ 3.8 แสดงขั ้นตอนการละลายของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์


้<br />

่<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-17<br />

การละลายนั้นจะเป็นปฏิกิริยาแบบดูดกลืนพลังงานหรือคายพลังงาน ขึ ้นอยู่กับว่า<br />

- ถ้าการละลายมีพลังงานแลตทิช (ดูดพลังงาน) มากกว่า พลังงานไฮเดรชัน (คายพลังงาน) การละลาย<br />

น ้าเป็นแบบดูดพลังงาน<br />

- ถ้าการละลายมีพลังงานไฮเดรชัน (คายพลังงาน) มากกว่า พลังงานแลตทิช (ดูดพลังงาน) การละลาย<br />

น ้าเป็นแบบคายพลังงาน<br />

- ถ้าการละลายมีพลังงานแลตทิช (ดูดพลังงาน) เท่ากับ พลังงานไฮเดรชัน (คายพลังงาน) การละลาย<br />

น ้าของสารนั้นๆ ถือว่าไม่มีการเปลี ่ยนแปลง<br />

ความสามารถในการละลายได้ของสารนั้น ขึ ้นอยู่กับสภาพการละลาย คือ ความสามารถในการละลายได้<br />

ของตัวท าละลาย ซึ ่งขึ ้นอยู่กับชนิดของตัวถูกละลายและตัวท าละลาย นอกจากนี ้ยังขึ ้นกับสภาพแวดล้อมอื ่นๆ อีก<br />

ได้แก่ อุณหภูมิ และความดัน เช่น สภาพการละลายของโซเดียมคลอไรด์ในน ้า 100 กรัม ณ อุณหภูมิ 20 องศา-<br />

เซลเซียส เท่ากับ 36.0 กรัม แต่ถ้าเพิ ่มอุณหภูมิเป็น 60 องศาเซลเซียส สภาพการละลายจะเปลี ่ยนไปคือ ละลายได้<br />

เพิ ่มขึ ้นเป็น 37.3 กรัม ส่วนการละลายของแก๊สจะละลายได้มากขึ ้นถ้าอุณหภูมิลดลงและความดันเพิ ่มมากขึ ้น เช่น<br />

การละลายของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในน ้าอัดลม<br />

พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี<br />

เมื ่อเกิดปฏิกิริยาเคมี (chemical reaction) จะต้องมีการเปลี ่ยนแปลงพลังงานของสารที ่เกี ่ยวข้องใน<br />

ปฏิกิริยาเสมอ บางปฏิกิริยาอาจสังเกตเห็นได้ชัดเจน เช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้ การระเบิด เป็นต้น แต่บางปฏิกิริยา<br />

ต้องอาศัยเวลาจึงจะเห็นการเปลี ่ยนแปลง เช่น การขึ ้นสนิมของเหล็ก การเกิดหินงอกหินย้อย เป็นต้น<br />

พลังงานที ่เปลี ่ยนแปลงในการเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้น แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ ปฏิกิริยาดูดพลังงานหรือ<br />

ปฏิกิริยาดูดความร้อน และปฏิกิริยาคายพลังงานหรือปฏิกิริยาคายความร้อน เช่นกัน<br />

1. ปฏิกิริยาแบบดูดกลืนความร้ อน เป็นปฏิกิริยาเคมี เมื ่อหลังการเกิดปฏิกิริยาแล้วท าให้ระบบมีพลังงาน<br />

สูงขึ ้น สังเกตจากสมการจะมีลักษณะดังนี<br />

สารตั้งต้น (reactant) + พลังงาน สารผลิตภัณฑ์ (product)<br />

เช่น A + 100 กิโลจูล B<br />

หรือ A B ∆H = +100 กิโลจูล (ค่าพลังงาน)<br />

ในปฏิกิริยาดูดความร้อน สารผลิตภัณฑ์จะมีพลังงานสูงกว่าสารตั้งต้น สามารถเขียนกราฟแสดงความ<br />

สัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการด าเนินไปของปฏิกิริยาในแง่ของปฏิกิริยาในแง่ของปฏิกิริยาดูดพลังงานได้ดังภาพที<br />

3.9 ก<br />

2. ปฏิกิริยาเคมีแบบคายความร้อน เป็นปฏิกิริยาเคมี เมื ่อหลังการเกิดปฏิกิริยาแล้วท าให้ระบบมีพลังงาน<br />

ต ่าลง สังเกตจากสมการจะมีลักษณะดังนี ้


่<br />

3-18 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

สารตั้งต้น สารผลิตภัณฑ์ + พลังงาน<br />

เช่น D B + 100 กิโลจูล<br />

หรือ D E ∆H = -100 กิโลจูล<br />

เมื ่อ ∆H คือ ค่าปริมาณความร้อนหรือเอนทัลปี (enthalpy) ที ่เปลี ่ยนแปลงไปของปฏิกิริยาเคมีซึ ่งเป็นค่า<br />

ความแตกต่างระหว่างปริมาณความร้อนของผลิตภัณฑ์และตัวท าปฏิกิริยา ถ้ามีเครื ่องหมายบวกแสดงว่าเป็นปฏิกิริยา<br />

แบบดูดกลืนความร้อน แต่ถ้ามีเครื ่องหมายลบแสดงว่าเป็นปฏิกิริยาแบบคายความร้อน<br />

ดังนั้นในปฏิกิริยาคายพลังงานสารตั้งต้นจะมีพลังงานสูงกว่าสารผลิตภัณฑ์ สามารถเขียนกราฟความ<br />

สัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการด าเนินไปของปฏิกิริยาในแง่ของปฏิกิริยาคายพลังงานได้ภาพที ่ 3.9 ข<br />

(ก) ปฏิกิริยาแบบดูดกลืนความร้อน<br />

(ข) ปฏิกิริยาแบบคายความร้อน<br />

ภาพที่ 3.9 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการด าเนินไปของปฏิกิริยา<br />

สัญลักษณ์ E a ในกราฟ คือ พลังงานก่อกัมมันต์หรือพลังงานกระตุ้น (activated energy) เป็นค่าเฉพาะ<br />

ของปฏิกิริยาหนึ ่งๆ และเป็นพลังงานน้อยสุดที ่ท าให้เกิดปฏิกิริยา<br />

ส าหรับปัจจัยที ่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ ธรรมชาติของสารตั้งต้น ความเข้มข้นของสารตั้งต้น พื ้นที<br />

ผิวของสารที ่เข้าไปท าปฏิกิริยา อุณหภูมิ ความดันส าหรับปฏิกิริยาของแก๊ส และตัวเร่งหรือตัวหน่วงในปฏิกิริยา


เคมีพื ้นฐาน 3-19<br />

กิจกรรม 3.1.2<br />

1. การระเหยกับการระเหิดต่างกันอย่างไร<br />

2. การละลายดังต่อไปนี ้มีการเปลี่ยนแปลงความร้อนเป็ นแบบใด<br />

ก. การละลายพลังงานแลตทิช > พลังงานไฮเดรชัน<br />

ข. การละลายพลังงานไฮเดรชั่น < พลังงานแลตทิช<br />

3. ให้นักศึกษายกตัวอย่างปฏิกิริยาดูดกลืนความร้อนหรือคายความร้อนที่พบเห็นในชิวิตประจ าวัน<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.1.2<br />

1. การระเหย คือ การเปลี่ยนสถานะของสารจากของเหลวกลายเป็ นไอหรือแก๊ส ส่วนการระเหิด คือ<br />

การเปลี่ยนสถานะของสารจากของแข็งกลายเป็ นไอหรือแก๊สโดยไม่ผ่านสถานะของเหลว<br />

2. ก. เป็ นการละลายแบบดูดกลืนพลังงาน<br />

ข. เป็ นการละลายแบบคายพลังงาน<br />

3. ปฏิกิริยาดูดกลืนความร้อน เป็ นปฏิกิริยาที่เกิดขึ ้นแล้วดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อม ท าให้อุณหภูมิ<br />

ของสิ่งแวดล้อมลดลง ได้แก่ การหลอมเหลวของน ้าแข็ง ซึ ่งจะดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อม ท าให้น ้าแข็ง<br />

หลอมเหลวเป็ นน ้าและมีอุณหภูมิเพิ่มขึ ้นจนเท่ากับอุณหภูมิห้อง<br />

ปฏิกิริยาคายความร้อน เป็ นปฏิกิริยาที่เกิดขึ ้นแล้วให้พลังงานความร้อนออกมากับสิ่งแวดล้อม ได้แก่<br />

การละลายโซดาไฟในน ้าอุณหภูมิของสารละลายสูงขึ ้นจึงถ่ายเทพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม


3-20 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ตอนที่ 3.2<br />

โครงสร้างเคมี<br />

โปรดอ่านหัวเรื ่อง แนวคิด และวัตถุประสงค์ของตอนที ่ 3.2 แล้วจึงศึกษารายละเอียดต่อไป<br />

หัวเรื่อง<br />

3.2.1 อะตอม<br />

3.2.2 ตารางธาตุ<br />

3.2.3 พันธะเคมี<br />

แนวคิด<br />

วัตถุประสงค์<br />

1. โครงสร้างของอะตอมในปัจจุบัน เป็นการโคจรของอิเล็กตรอนที ่มีการเคลื ่อนที ่ปกคลุมอยู่รอบ<br />

นิวเคลียสตามระดับชั้นของพลังงาน จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ท าให้ทราบถึงอนุภาค<br />

มูลฐานของอะตอมทั้ง 3 ชนิดคือ โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวเคลียส ซึ ่งท าให้สามารถน า<br />

จ านวนอิเล็กตรอนของธาตุมาเขียนเป็นโครงแบบการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในอะตอม<br />

จัดเรียงตามระดับพลังงานรอบนิวเคลียส 2 ระดับ คือระดับพลังงานหลัก และระดับพลังงาน<br />

ย่อย<br />

2. ตารางธาตุในปัจจุบันเป็นการเรียงต าแหน่งของธาตุในตารางธาตุตามจ านวนโปรตอนของธาตุ ซึ ่ง<br />

สามารถดูการเรียงหมู ่และคาบของตารางธาตุได้จากเวเลนซ์อิเล็กตรอนชั้นนอกสุด และระดับชั้น<br />

ของพลังงาน ตามล าดับ ท าให้ทราบถึงแนวโน้มของสมบัติของธาตุในหมู ่เดียวกัน และคาบ<br />

เดียวกันได้<br />

3. พันธะเคมี คือ แรงยึดเหนี ่ยวระหว่างอะตอมให้รวมตัวกันเพื ่อเกิดเป็นโมเลกุลหรือสารประกอบ<br />

แบ่งเป็นทั้งหมด 3 ประเภทคือ พันธะไอออนิกคือพันธะระหว่างโลหะและอโลหะ พันธะโคเวเลนซ์<br />

คือพันธะระหว่างอโลหะกับอโลหะ และพันธะโลหะคือพันธะที ่ยึดเหนี ่ยวอยู่ในอะตอมของโลหะ<br />

เมื ่อศึกษาตอนที ่ 3.2 จบแล้ว นักศึกษาสามารถ<br />

1. อธิบายแบบจ าลองของอะตอมได้<br />

2. ระบุองค์ประกอบของอะตอมและโครงแบบการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมของสารได้<br />

3. บอกแนวโน้มความสัมพันธ์ของธาตุในตารางธาตุกับสมบัติของธาตุได้<br />

4. อธิบายพันธะเคมีแต่ละประเภทได้


้<br />

้<br />

่<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-21<br />

เรื่องที่ 3.2.1<br />

อะตอม<br />

แบบจ าลองของอะตอม<br />

การศึกษาเรื ่องอะตอมมีมาตั้งแต่สมัยกรีกโบราณ โดยนักวิทยาศาสตร์พยายามหาเหตุผลมาเพื ่ออธิบายว่า<br />

สสารที ่ไม่สามารถแยกได้อีกคืออะไร เริ ่มจากดิโมคริตุส (Democritus) นักปราญช์ชาวกรีกได้ให้แนวคิดว่า สสารทุก<br />

อย่างสามารถแบ่งย่อยได้จนถึงหน่วยที ่เล็กที ่สุดที ่ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก เรียกว่า อะตอม ซึ ่งมาจากภาษากรีกว่า<br />

atomos ต่อมาได้มีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายท่านที ่พยายามทดลอง หรือประยุกต์ใช้เครื ่องมือเพื ่อศึกษาค้นคว้าให้ได้<br />

ข้อมูลเกี ่ยวกับโครงสร้างอะตอมมากขึ ้น ท าให้มีวิวัฒนาการแบบจ าลองของอะตอมดังต่อไปนี<br />

แบบจ าลองอะตอมของเซอร์จอห์น ดอลตัน (Sir John Dalton) กล่าวว่าอะตอมมีลักษณะเป็น ทรงกลม<br />

ขนาดเล็กมากและแบ่งแยกไม่ได้<br />

ต่อมาได้มีการศึกษาค้นคว้าเกี ่ยวกับอะตอมเพิ ่มขึ ้น และพบว่าข้อมูลของดอลตัลนั้นไม่ถูกต้อง เช่น อะตอม<br />

สามารถแบ่งแยกได้ อะตอมของแต่ละธาตุมีมวลต่างกัน จึงท าให้เกิดแบบจ าลองของอะตอมขึ ้นมา เป็นล าดับ ดังนี<br />

แบบจ าลองอะตอมของเซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (Sir Joseph John Thomson) ได้ท าการทดลอง<br />

เกี ่ยวกับอะตอมพบว่าอะตอมทุกชนิดประกอบด้วยประจุลบเรียกว่า อิเล็กตรอน (electron, e) และน าข้อมูลการ<br />

ค้นพบประจุบวกหรือโปรตอน (proton, p) ของออยแกน โกลด์สไตน์ (Eugen Goldstein) มารวมกันเพื ่อเสนอเป็น<br />

แบบจ าลองของอะตอมว่า อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมซึ ่งมีประจุบวกและประจุลบกระจายอยู่ทั่วอย่างสม ่าเสมอ<br />

และมีจ านวนเท่ากัน<br />

แบบจ าลองอะตอมของลอร์ด เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Lord Ernest Rutherford) และ ฮันส์ ไกเกอร์ได้<br />

ท าการทดลองเกี ่ยวกับอะตอมและน าเสนอแบบจ าลองของอะตอมว่า อะตอมประกอบด้วยโปรตอนที ่รวมกันเป็น<br />

นิวเคลียสอยู่ตรงกลาง และมีอิเล็กตรอนที ่เป็นประจุลบวิ ่งวนอยู่รอบๆ นิวเคลียส<br />

ต่อมาได้มีการศึกษาของเจมส์ แซดวิก (Jame Chadwick) พบว่าในนิวเคลียสนอกจากจะประกอบด้วย<br />

อนุภาคโปรตอนแล้ว ยังมีอนุภาคที ่เป็นกลางไม่มีประจุและมีมวลเท่ากับโปรตอนอยู่ด้วย ซึ ่งให้ชื ่อว่านิวตรอน<br />

(neutron, n) จากการค้นพบนี ้ท าให้ทราบว่านิวเคลียสที ่อยู่ตรงกลางของแบบจ าลองรัทเทอร์ฟอร์ดนั้นนอกจากจะ<br />

ประกอบไปด้วยโปรตอนแล้วยังมีนิวตรอนรวมตัวอยู่ด้วย<br />

แบบจ าลองอะตอมของนีลส์ บอร์ (Niels Bohr) ได้ท าการทดลองเพื ่อหาข้อมูลเพิ ่มเติมเกี ่ยวกับการจัดเรียง<br />

อิเล็กตรอนที ่วนรอบนิวเคลียส และน าเสนอแบบจ าลองของอะตอมว่า อะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนที<br />

รวมตัวกันเป็นนิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนวิ ่งอยู่รอบๆ เป็นชั้นๆ หรือเรียกว่าเป็นระดับพลังงานในแต่ละชั้น


3-22 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

และจากการศึกษาต่อมา พบว่าการเคลื ่อนที ่ของอิเล็กตรอนไม่สามารถระบุต าแหน่งที ่แน่นอนได้ จึงท าให้<br />

แบบจ าลองอะตอมในปัจจุบันเป็นแบบกลุ่มหมอก และน าเสนอว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียส และรอบๆ นิวเคลียส<br />

จะประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอน<br />

แบบจ าลองอะตอมของแต่ละแบบดังแสดงในภาพที ่ 3.9<br />

ดอลตัน ทอมสัน รัทเทอร์ฟอร์ด<br />

บอร์<br />

กลุ่มหมอก<br />

โครงสร้างอะตอม<br />

ภาพที่ 3.10 แบบจ าลองอะตอมแบบต่างๆ<br />

จากการทดลองและน าเสนอแบบจ าลองอะตอมในแต่ละแบบ ท าให้ทราบว่าในแต่ละอะตอมประกอบด้วย<br />

อนุภาค 3 ชนิด คือ โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน ซึ ่งต่อมาก าหนดให้เป็น อนุภาคมูลฐานของอะตอม และมี<br />

สมบัติดังตารางที ่ 3.4<br />

ตารางที่ 3.4 สมบัติของอนุภาคมูลฐานของอะตอม<br />

อนุภาค มวล ประจุ<br />

กรัม amu หน่วย คูลอมบ์ (c)<br />

โปรตอน, p 9.109 10 -28 5.49 10 -4 + 1 1.602 10 -19<br />

อิเล็กตรอน, e 1.673 10 -24 1.007 - 1 1.602 10 -19<br />

นิวตรอน, n 1.675 10 -24 1.009 0 0<br />

หมายเหตุ: amu ย่อมาจาก atomic mass unit เป็นหน่วยที ่ใช้ในการวัดมวลของอะตอม และโมเลกุล


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-23<br />

ในการแสดงจ านวนอนุภาคมูลฐานของอะตอมในแต่ละธาตุสามารถเขียนเป็นสัญลักษณ์ที ่เรียกว่า สัญลักษณ์<br />

นิวเคลียร์ (nuclear symbol) ซึ ่งประกอบด้วยเลขอะตอม (atomic number) และเลขมวล (mass number) แสดง<br />

สัญลักษณ์ดังนี<br />

เมื ่อ X แทน สัญลักษณ์ของธาตุ<br />

A แทน เลขมวล<br />

Z แทน เลขอะตอม<br />

หรือ<br />

เลขมวล หมายถึง ผลรวมของจ านวนโปรตอนกับจ านวนนิวตรอนภายในนิวเคลียส เลขมวลในที ่นี ้ไม่ใช่มวล<br />

ของอะตอม แต่มีค่าใกล้ เคียงกับมวลของอะตอม<br />

เลขอะตอม หมายถึง จ านวนโปรตอนที ่อยู่ภายในนิวเคลียส เนื ่องจากอะตอมที ่เป็นกลางจะมีค่าโปรตอน<br />

และอิเล็กตรอนเท่ากัน ค่าที ่แสดงในเลขเชิงอะตอมจึงหมายถึงจ านวนอิเล็กตรอนในอะตอมด้วย<br />

หรือกล่าวได้ว่า เลขมวล = จ านวนโปรตอน (p) + จ านวนนิวตรอน (n)<br />

เลขอะตอม = จ านวนโปรตอน (p) = จ านวนอิเล็กตรอน (e)<br />

ดังนั้นเมื ่อทราบเลขมวลและเลขเชิงอะตอม จะสามารถค านวณหาอนุภาคมูลฐานของธาตุต่างๆ ได้ดัง<br />

ตัวอย่างแสดงในตารางที ่ 3.5<br />

ตารางที่ 3.5 ตัวอย่างการแปลความหมายสัญลักษณ์นิวเคลียร์<br />

สัญลักษณ์นิวเคลียร์<br />

จ านวนอนุภาค<br />

นิวตรอน โปรตอน อิเล็กตรอน<br />

12 11 11<br />

8 8 8<br />

18 17 17<br />

175 32 32<br />

อะตอมของธาตุถ้าเป็นชนิดเดียวกันจะมีจ านวนโปรตอนเท่ากัน แต่อะตอมธาตุบางชนิดอาจมีนิวตรอนได้<br />

หลายค่าส่งผลให้มีเลขมวลที ่แตกต่างกัน อะตอมของธาตุที ่มีลักษณะเช่นนี ้ เรียกว่า ไอโซโทป (isotope) ตัวอย่างเช่น<br />

ธาตุไฮโดรเจน เขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ได้เป็น<br />

ธาตุออกซิเจน เขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ได้เป็น<br />

ธาตุคาร์บอนไดออกไซด์ เขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ได้เป็น


3-24 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

เลขมวลของธาตุที ่ระบุในตารางธาตุนั้น เป็นค่าเฉลี ่ยของมวลของไอโซโทปที ่พบตามธรรมชาติ ส าหรับ<br />

ประโยชน์ของไอโซโทปส่วนมากจะเป็นการน าไอโซโทปกัมมันตรังสี เช่น การค านวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรือซาก<br />

ดึกด าบรรพ์ การใช้รังสียิงเพื ่อถนอมอาหารหรือรักษาโรคมะเร็ง เป็นต้น<br />

การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม<br />

จากแบบจ าลองของอะตอม ท าให้ทราบว่าอิเล็กตรอนเคลื ่อนที ่อยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับชั้นของพลังงาน<br />

โดยระดับพลังงานของอิเล็กตรอนแบ่งได้ 2 ระดับคือระดับพลังงานหลัก และระดับพลังงานย่อย โดยการศึกษา<br />

ระดับพลังงานจะท าให้ทราบถึงการจัดเรียงโครงแบบของอิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมด้วย<br />

1. ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน แบ่งได้เป็น 2 ระดับ<br />

1.1 ระดับพลังงานหลัก (shell) แบ่งเป็น 7 ระดับพลังงาน คือ K, L, M, N, O, P, Q หรือ n = 1, 2<br />

3, 4, 5, 6, 7 ดังแสดงในภาพที ่ 3.11 ซึ ่งระดับพลังงานที ่ต ่าสุดคือ K หรือ n=1 มีค่าระดับพลังงานสูงขึ ้นเรื ่อยๆ<br />

ตามระดับชั้นที ่เพิ ่มขึ ้น โดยแต่ละระดับพลังงานจะบรรจุอิเล็กตรอนได้มากที ่สุดเท่ากับ 2n 2 เมื ่อ n คือค่าระดับ<br />

พลังงาน ดังนั้นระดับพลังงานที ่ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 จึงบรรจุอิเล็กตรอนได้มากที ่สุดเป็น 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98<br />

อนุภาคตามล าดับ<br />

ภาพที่ 3.11 ระดับพลังงานหลักของจ านวนอิเล็กตรอนในอะตอม<br />

1.2 ระดับพลังงานย่อย (subshell) เป็นระดับพลังงานที ่แบ่งออกมาจากระดับพลังงานหลัก ซึ ่งใน<br />

ปัจจุบันแบ่งเป็น 4 ระดับคือ s, p, d, f ซึ ่งแต่ระดับพลังงานย่อยจะมีวงโคจรของอิเล็กตรอนหรือเรียกว่า จ านวนออร์<br />

บิทัล (orbital) ในแต่ละระดับชั้นเป็น 1, 3, 5, 7 ออร์บิทัลตามล าดับ และในแต่ละออร์บิทัลบรรจุอิเล็กตรอนสูงสุด<br />

ได้เพียง 2 อิเล็กตรอนเท่านั้น จึงท าให้การบรรจุจ านวนอิเล็กตรอนของแต่ละระดับพลังงานย่อยแตกต่างกันไป คือ<br />

2, 6, 10, 14 ตามล าดับ


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-25<br />

ตัวอย่างแสดงจ านวนอิเล็กตรอนที ่มากที ่สุดในระดับพลังงานหลักที ่ 1-4 ดังตารางที ่ 3.6<br />

ตารางที่ 3.6 จ านวนอิเล็กตรอนที่มากที่สุดในระดับพลังงานหลักที่ 1-4<br />

ระดับพลังงานหลัก<br />

ระดับพลังงานย่อย<br />

s p d f<br />

จ านวนอิเล็กตรอน<br />

ทั ้งหมด<br />

n = 1, K 2 - - - 2<br />

n = 2, L 2 6 - - 8<br />

n = 3, M 2 6 10 - 18<br />

n = 4, N 2 6 10 14 32<br />

2. โครงแบบอิเล็กตรอนในอะตอม เป็นการแสดงถึงตัวเลขที ่บอกจ านวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน<br />

โดยสัญลักษณ์ที ่ใช้เขียนแทนการบรรจุอิเล็กตรอนและจ านวนอิเล็กตรอนในแต่ละออร์บิทัลคือ<br />

ล ำดับที่ของพลังงำนหลัก<br />

1s 2<br />

แสดงจ านวนอิเล็กตรอนหมายถึงมี 2 อิเล็กตรอน<br />

s ออร์บิทัลในชั้นพลังงานหลักที ่ 1 คือ 1s<br />

เมื ่อน ามาเขียนความสัมพันธ์ระหว่างระดับพลังงานหลักและพลังงานงานย่อยในแต่ละชั้นเขียนได้ดังนี<br />

ระดับพลังงานหลัก K, n=1 มี 1 ระดับพลังงานย่อย คือ 1s 2<br />

ระดับพลังงานหลัก L, n=2 มี 2 ระดับพลังงานย่อย คือ 2s 2 2p 6<br />

ระดับพลังงานหลัก M, n=3 มี 3 ระดับพลังงานย่อย คือ 3s 2 3p 6 3d 10<br />

ระดับพลังงานหลัก N, n=4 มี 4 ระดับพลังงานย่อย คือ 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14<br />

ระดับพลังงานหลัก O, n=5 มี 4 ระดับพลังงานย่อย คือ 5s 2 5p 6 5d 10 5f 14<br />

ระดับพลังงานหลัก P, n=6 มี 3 ระดับพลังงานย่อย คือ 6s 2 6p 6 6d 10<br />

ระดับพลังงานหลัก Q, n=7 มี 2 ระดับพลังงานย่อย คือ 7s 2 7p 6<br />

ในการจัดอิเล็กตรอนต้องจัดลงในระดับพลังงานย่อยของระดับพลังงานต ่าคือ s ให้เต็มก่อนแล้วจึงจัดลงใน<br />

ระดับพลังงานที ่สูงต่อไป (p, d, f) แต่หลักการนี ้ใช้ได้เฉพาะ 18 ธาตุแรกเท่านั้นทั้งนี ้เนื ่องจากเมื ่ออะตอมมีระดับ<br />

พลังงานมากขึ ้น ระดับพลังงานย่อยจะอยู่ชิดกันมาก และมีการซ้อนทับกัน และไม่เรียงกันตามล าดับ ดังแสดงใน<br />

ภาพที ่ 3.11


3-26 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ภาพที่ 3.12 ระดับพลังงานในอะตอม<br />

เพื ่อให้สะดวกต่อการจัดเรียงอิเล็กตรอนจึงมีโครงแบบการจัดเรียงอิเล็กตรอน (electron configuration)<br />

ของอะตอมต่างๆ ตามแผนผังในภาพที ่ 3.13 เพื ่อเป็นการจัดล าดับก่อนและหลังของการบรรจุอิเล็กตรอนลงใน<br />

ออร์บิทัล<br />

ภาพที่ 3.13 การจัดเรียงล าดับของอิเล็กตรอนลงในระดับพลังงานย่อย<br />

การเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุต้องอิงจากการจัดล าดับของอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานย่อย<br />

บางครั้งการเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนอาจย่อให้สั้นลงได้ โดยเฉพาะโครงแบบอิเล็กตรอนที ่เป็นแก๊สเฉื ่อย ซึ ่ง<br />

การเขียนจะเขียนโดยใส่สัญลักษณ์ของแก๊สเฉื ่อยไว้ในวงเล็บ แล้วต่อด้วยส่วนที ่เหลือตามหลัง ตัวอย่างการเขียน<br />

โครงแบบการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ 20 ธาตุแรกที ่ระบุไว้ในตารางธาตุ แสดงดังตารางที ่ 3.7


เคมีพื ้นฐาน 3-27<br />

สัญลักษณ์<br />

นิวเคลียร์ของธาตุ<br />

ตารางที่ 3.7 การเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุ 20 ธาตุแรก<br />

โครงแบบการจัดเรียง<br />

อิเล็กตรอน<br />

การเขียนแบบย่อโดยใช้<br />

สัญลักษณ์ของแก๊สเฉื่อย<br />

1s 1 - 1<br />

e 1s 2 - 2<br />

1s 2 2s 1 [He] 2s 1 2 1<br />

e 1s 2 2s 2 [He] 2s 2 2 2<br />

1s 2 2s 2 2p 1 [He] 2s 2 2p 1 2 3<br />

1s 2 2s 2 2p 2 [He] 2s 2 2p 2 2 4<br />

1s 2 2s 2 2p 3 [He] 2s 2 2p 3 2 5<br />

1s 2 2s 2 2p 4 [He] 2s 2 2p 4 2 6<br />

1s 2 2s 2 2p 5 [He] 2s 2 2p 5 2 7<br />

e 1s 2 2s 2 2p 6 [He] 2s 2 2p 6 2 8<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 [Ne] 3s 1 2 8 1<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 [Ne] 3s 2 2 8 2<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 [Ne] 3s 2 3p 1 2 8 3<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 [Ne] 3s 2 3p 2 2 8 4<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 [Ne] 3s 2 3p 3 2 8 5<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 [Ne] 3s 2 3p 4 2 8 6<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 [Ne] 3s 2 3p 5 2 8 7<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 [Ne] 3s 2 3p 6 2 8 8<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 [Ar] 4s 1 2 8 8 1<br />

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 [Ar] 4s 2 2 8 8 2<br />

หมายเหตุ จ านวนอิเล็กตรอนได้จากเลขมวลในสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ<br />

การเขียนแบบย่อ<br />

(แบบไม่ใส่ชั ้นระดับพลังงาน)


3-28 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

กิจกรรม 3.2.1<br />

1. จงเติมข้อมูลของอะตอมต่างๆ ในตารางด้านล่าง<br />

สัญลักษณ์ธาตุ จ านวนโปรตอน จ านวนอิเล็กตรอน จ านวนนิวตรอน<br />

2. ให้จัดเรียงโครงแบบอิเล็กตรอนของอะตอมโพแทสเซียม 19 K 39<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.2.1<br />

1.<br />

สัญลักษณ์ธาตุ จ านวนโปรตอน จ านวนอิเล็กตรอน จ านวนนิวตรอน<br />

B 5 5 6<br />

Na 11 11 12<br />

Ar 18 18 22<br />

Br 35 35 45<br />

Kr 36 36 48<br />

2. 19 K = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 หรือ เขียนแบบย่อเป็ น 2 8 8 1


เคมีพื ้นฐาน 3-29<br />

เรื่องที่ 3.2.2<br />

ตารางธาตุ<br />

การสร้างตารางธาตุ<br />

ธาตุ คือ สารบริสุทธิ ์ที ่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน และไม่สามารถแยกเป็นสารอื ่นได้ ในสมัยก่อนยัง<br />

มีการค้นพบธาตุไม่กี ่ชนิด เซอร์จอห์น ดอลตัน จึงได้เสนอให้มีการก าหนดสัญลักษณ์ภาพแทนธาตุต่างๆ เหล่านั้น<br />

ดังแสดงในภาพที ่ 3.14<br />

ภาพที่ 3.14 สัญลักษณ์ภาพแทนธาตุต่างๆ<br />

ที่มา: http://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php?PT_id=5 ค้นคืนเมื ่อ 10 ส.ค. 55<br />

ต่อมา จาคอบ แบร์เซลิอุส (Jacob Berzelius) เสนอให้ใช้ตัวอักษรแทนสัญลักษณ์ภาพของธาตุ เนื ่องจากมี<br />

การค้นพบธาตุใหม่ๆ เพิ ่มขึ ้นเป็นจ านวนมาก การใช้สัญลักษณ์ภาพจึงไม่สะดวก จึงมีการเสนอให้เขียนสัญลักษณ์<br />

เป็นตัวอักษรของธาตุแทน นักเคมีได้ตกลงให้ใช้ชื ่อภาษาอังกฤษหรือภาษาลาตินเพียงตัวเดียว โดยเขียนจากตัวอักษร<br />

ภาษาอังกฤษตัวแรกของชื ่อธาตุเป็นพิมพ์ใหญ่ ถ้าชื ่อมีอักษรตัวแรกซ ้ากันให้ใช้อักษรตัวแรกเป็นพิมพ์ใหญ่และ<br />

ตัวอักษรที ่สองของชื ่อธาตุเป็นตัวพิมพ์เล็ก ถ้าอักษรตัวที ่สองยังซ ้ากันอีกให้ใช้อักษรตัวถัดไปตัวใดตัวหนึ ่งและเขียน<br />

ด้วยตัวอักษรตัวพิมพ์เล็ก การใช้ตัวอักษรแทนธาตุนี ้ท าให้เกิดความสะดวกและความเป็นสากลมากขึ ้นและน ามาใช้<br />

จนถึงปัจจุบัน<br />

เมื ่อมีจ านวนของธาตุเพิ ่มมากขึ ้น นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามหาทางในการจัดหมวดหมู ่ของธาตุต่างๆ<br />

เพื ่อให้มีการจัดเก็บธาตุให้มีระบบมากขึ ้น ซึ ่งพบว่ามีหลายธาตุที ่มีสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที ่คล้ายกัน จึงเป็น<br />

สาเหตุในการพัฒนาตารางธาตุในปัจจุบัน เริ ่มจาก


้<br />

่<br />

3-30 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

เดอเบอไรเนอร์ โยฮันน์ วอฟกัน (Johann Wolfgang Döbereiner) เสนอการจัดกลุ่มของธาตุแบบ กฎชุด<br />

สาม (Law of Triads) โดยพบว่าเมื ่อธาตุทั้งสามมาเรียงกันตามมวลอะตอมที ่เพิ ่มขึ ้น เช่น ลิเทียม (Li) โซเดียม<br />

(Na) และโพแทสเซียม (K) โดยมวลของธาตุที ่อยู่ตรงกลาง (โซเดียม) จะมีมวลอะตอมใกล้เคียงหรือเท่ากับมวล<br />

อะตอมเฉลี ่ยของธาตุที ่มีมวลน้อยกว่าและมากกว่า (ลิเทียมและโพแทสเซียม) และสมบัติของธาตุทั้งสามคล้ายกัน<br />

แต่แนวคิดนี ้ไม่เป็นที ่ยอมรับเนื ่องจากไม่สามารถน าไปใช้ได้กับกลุ่มบางกลุ่มที ่มีสมบัติไม่คล้ายกัน<br />

ดิมิทรี อิวาโนวิช เมเดเลเอฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev) และ ยูลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ (Julius<br />

Lothar Myer) ได้เสนอว่าถ้าเรียงธาตุตามมวลอะตอมที ่เพิ ่มขึ ้นจะได้กลุ่มของธาตุที ่มีสมบัติทางเคมีและกายภาพที<br />

คล้ายกัน สามารถจัดเป็นชุดๆ ได้ และเรียกกฎนี ้ว่า กฎพีริออดิก (Periodic Law) โดยในสมัยนั้น เมเดเลเอฟ<br />

ได้ท าการเรียงธาตุตามจ านวนธาตุที ่ค้นพบ ซึ ่งจะเว้นช่องว่างไว้บางส่วนส าหรับธาตุที ่ยังค้นไม่พบในขณะนั้น และการ<br />

จัดเรียงธาตุตามมวลอะตอมนั้นต าแหน่งของธาตุบางธาตุจะปรากฏอยู่ในกลุ่มที ่มีสมบัติที ่ไม่เหมือนกัน จึงท าให้<br />

บางธาตุไม่จัดเรียงตามมวลอะตอม อย่างไรก็ตามแนวคิดของเมเดเลเอฟนี ้เป็นจุดเริ ่มต้นของตารางธาตุในปัจจุบัน<br />

ต่อมานักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจเกี ่ยวกับโครงสร้างของอะตอมมากขึ ้น เฮนรี จี.เจ. มอสลีย์ (Henry G.J.<br />

Moseley) จึงเสนอให้เรียงต าแหน่งของธาตุในตารางธาตุตามเลขอะตอม (จ านวนโปรตอนของธาตุ) ซึ ่งพบว่า<br />

แก้ปัญหาการสลับต าแหน่งของบางธาตุได้ และธาตุที ่อยู่ในหมวดหมู ่เดียวกันก็มีสมบัติทางเคมีและกายภาพคล้ายกัน<br />

จึงถือว่าเป็นการปรับปรุงตารางธาตุของเมเดเลเอฟและเป็นตารางธาตุที ่น ามาใช้ในปัจจุบัน<br />

ตารางธาตุในปัจจุบัน<br />

ตารางธาตุหรือเรียกอีกชื ่อว่าตารางพีริออดิก (periodic table) ในปัจจุบันเป็นตารางธาตุที ่เรียงตามล าดับ<br />

เลขอะตอมที ่เพิ ่มขึ ้นจากซ้ายไปขวา มีแถวตามแนวนอน 7 แถวเรียกว่า คาบ (period) และแถวตามแนวตั้ง 18 แถว<br />

เรียกว่า หมู ่ (group) ดังแสดงในภาพที ่ 3.14 นอกจากนี ้ตารางธาตุยังแบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ ธาตุกลุ่ม A และ<br />

ธาตุกลุ่ม B<br />

1. ธาตุกลุ ่ม A เรียกว่า ธาตุเรพรีเซ็นเททีฟ (representative element) ซึ ่งถือว่าเป็นหมู ่หลักของตาราง<br />

ธาตุ จะแบ่งออกเป็น 8 หมู ่คือ 1A-8A หรือนิยมเขียนแทนด้วยเลขโรมันคือ IA-VIII ธาตุหมู ่ 1A-2A มีสมบัติเป็น<br />

โลหะ หมู ่ 3A-8A มีสมบัติเป็นอโลหะ และมีหมู ่ที ่อยู่ระหว่างหมู ่ 3A-6A มีเส้นขีดเป็นขั้นบันไดมีสมบัติเป็นอโลหะ<br />

2. ธาตุกลุ ่ม B เรียกว่า ธาตุแทรนซิชัน (transition element) มี 8 หมู ่คือ หมู ่ 2B จนถึง 8B แต่เริ ่มเรียง<br />

จากหมู ่ 3B ถึงหมู ่ 2B เป็นธาตุที ่อยู่ระหว่างหมู ่ 2A และหมู ่ 3A โดยธาตุแทรนซิชันมีการจัดเรียงโครงแบบ<br />

อิเล็กตรอนที ่บรรจุใน d หรือ f ออร์บิทัลไม่เต็ม ซึ ่งแตกต่างจากหมู ่ A ที ่มีการจัดเรียงโครงแบบอิเล็กตรอนให้<br />

ระดับชั้นพลังงานที ่ถัดจากชั้นนอกเต็มก่อนไปพลังงานชั้นถัดไป<br />

ธาตุ 2 แถวล่าง ซึ ่งแยกไว้ต่างหากนั้น เรียกว่า ธาตุแทรนซิชันชั้นใน (Inner transition elements) โดยมี<br />

ชื ่อเรียกต่างกันดังนี<br />

ธาตุแถวบน เรียกว่า กลุ่มธาตุแลนทาไนด์ (lanthanide series) เป็นธาตุที ่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 58 ถึง 71<br />

ธาตุกลุ่มนี ้ควรจะอยู่ในหมู ่ 3B โดยจะเรียงต่อจากธาตุ La


เคมีพื ้นฐาน 3-31<br />

ธาตุแถวล่าง เรียกว่า กลุ่มธาตุแอกทิไนด์ (actinide series) เป็นธาตุที ่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 90 ถึง 103<br />

ธาตุกลุ่มนี ้ควรอยู่ในหมู ่ III B โดยเรียงต่อจากธาตุ Ac<br />

จะเห็นว่าธาตุทั้งหมดในตารางธาตุนอกจากจะจัดเรียงตามเลขเชิงอะตอมแล้ว ยังจัดเรียงตามระดับพลังงาน<br />

ย่อยอีกด้วย ซึ ่งสามารถได้เป็น 4 เขต ในการบรรจุอิเล็กตรอนในแต่ละชั้นของ s, p, d, f ดังแสดงในภาพที ่ 3.14<br />

ภาพที่ 3.15 ตารางธาตุในปัจจุบัน


3-32 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ความส าคัญของหมู ่และคาบในตารางธาตุ<br />

การจัดเรียงธาตุในตารางธาตุ ธาตุที ่เรียงอยู่ในหมู ่เดียวกันหรือคาบเดียวกันต้องมีความสัมพันธ์อย่างใด<br />

อย่างหนึ ่งที ่คล้ายคลึงกันในเชิงสมบัติทางเคมีและทางกายภาพ ซึ ่งพบว่า<br />

1. ความส าคัญของธาตุหมู ่เดียวกัน เมื ่อพิจารณาจากจ านวนอิเล็กตรอนที ่อยู่รอบนอกสุดหรือ เวเลนซ์<br />

อิเล็กตรอน (valance electron) ของธาตุที ่อยู่หมู ่เดียวกัน จะมีค่าเท่ากับตัวเลขของหมู ่นั้นๆ เช่น โลหะในหมู ่ 1A<br />

จะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 ดังแสดงในตารางที ่ 3.8<br />

ธาตุ<br />

ตารางที่ 3.8 ตัวอย่างการจัดเรียงโครงสร้างของธาตุหมู ่ 1A ตั ้งแต่ธาตุ Li-Rb<br />

โครงแบบอิเล็กตรอน<br />

จ านวนอิเล็กตรอนในแต่ละ<br />

ระดับชั ้นพลังงาน<br />

เวเลนซ์อิเล็กตรอน<br />

Li 1s 2 2s 1 2, 1 1<br />

Na 1s 2 2s 2 2p 6 1s 1 2, 8, 1 1<br />

K 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 2, 8, 8, 1 1<br />

Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 2, 8, 18, 8, 1 1<br />

จากตารางที ่ 3.8 จะพบว่า<br />

- เวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุหมู ่ 1A จะมีค่าเท่ากับ 1 และธาตุเหล่านี ้จะมีสมบัติคล้ายกัน โดยแนวโน้มนี ้จะ<br />

เป็นเหมือนกันตลอดทั้งธาตุในกลุ่มเอ กล่าวคือธาตุที ่อยู่หมู ่เดียวกันจะมีสมบัติคล้ายกันนั่นเอง<br />

- จากตารางที ่ 3.8 สังเกตได้ว่าธาตุที ่อยู่หมู ่เดียวกันจะมีระดับพลังงานไม่เท่ากัน โดยมีแนวโน้มเพิ ่มขึ ้น<br />

เรื ่อยๆ จากด้านบนลงล่าง ซึ ่งลักษณะของระดับพลังงานที ่แตกต่างกันนี ้จะส่งผลต่อสมบัติอื ่นๆ ซึ ่งจะกล่าวต่อไปใน<br />

หัวข้อที ่ 4<br />

2. ความส าคัญของธาตุคาบเดียวกัน เป็นการจัดเรียงโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุในแนวนอน ซึ ่งจะมี<br />

เวเลนซ์อิเล็กตรอนไม่เท่ากัน เช่น ธาตุในคาบที ่ 2 ดังแสดงในตารางที ่ 3.9<br />

ธาตุ<br />

ตารางที่ 3.9 การจัดเรียงโครงสร้างของธาตุ Li Be B C ในคาบที่ 2 ของตารางธาตุ<br />

โครงแบบอิเล็กตรอน<br />

จ านวนอิเล็กตรอนในแต่ละ<br />

ชั ้นพลังงานหลัก<br />

เวเลนซ์อิเล็กตรอน<br />

Li 1s 2 2s 1 2, 1 1<br />

Be 1s 2 2s 2 2, 2 2<br />

B 1s 2 2s 2 2p 1 2, 3 3<br />

C 1s 2 2s 2 2p 2 2, 4 4


้<br />

่<br />

่<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-33<br />

จากตารางที ่ 3.9 จะพบว่าธาตุในคาบเดียวกันมีจ านวนชั้นพลังงานเท่ากัน ต่างกันเพียงจ านวนอิเล็กตรอนที<br />

อยู่ในแต่ละชั้นซึ ่งมีแนวโน้มเพิ ่มขึ ้นเรื ่อยๆ จากซ้ายไปขวาของตารางธาตุ<br />

ส าหรับธาตุทรานซิชั่นส่วนใหญ่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนชั้นนอกเท่ากับ 2 จะมีบางธาตุที ่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน<br />

เท่ากับ 1 จึงท าให้สมบัติส่วนใหญ่ของธาตุทรานซิชั่นคล้ายคลึงกันทั้งในหมู ่และคาบเดียวกัน<br />

สมบัติของธาตุตามตารางธาตุ<br />

สมบัติของธาตุนั้นดูได้จากแนวโน้มของการจัดเรียงโครงแบบอิเล็กตรอน สมบัติดังกล่าวของธาตุคือ<br />

ความเป็นโลหะ ขนาดอะตอมและไอออน พลังงานไอออไนเซชัน (ionization energy) สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน<br />

(electron affinity) อิเล็กโตรเนกาติวิตี (electronegativity) เป็นต้น<br />

1. ความเป็ นโลหะ จากตารางธาตุบอกสมบัติความเป็นโลหะคือหมู ่ 1A และ 2A จะเป็นพวกโลหะ หมู<br />

3A-6A จะมีทั้งกึ ่งโลหะและอโลหะ และหมู ่ 7A-8A เป็นพวกอโลหะ ซึ ่งเมื ่อพิจารณาจากสมบัติตามหมู ่และคาบ เมื ่อ<br />

พิจารณาว่าความเป็นโลหะในหมู ่เดียวกัน ความเป็นโลหะจะเพิ ่มขึ ้นจากบนลงล่างของตารางธาตุ และหากพิจารณาใน<br />

คาบเดียวกันความเป็นโลหะจะลดลงจากขวาไปซ้าย ดังแสดงเป็นแผนภาพได้ในภาพที ่ 3.16<br />

ภาพที่ 3.16 แสดงแนวโน้มความเป็ นโลหะของธาตุที่ในตารางธาตุ<br />

ความเป็นโลหะนี ้สามารถเชื ่อมโยงไปถึงความสามารถในการน าไฟฟ้า จุดเดือด และจุดหลอมเหลวได้ เนื ่อง-<br />

จากธาตุที ่มีความเป็นโลหะจะน าไฟฟ้า มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ส่วนธาตุพวกอโลหะจะมีสมบัติดังกล่าว<br />

กลับกัน ดังนั้นแนวโน้มของการน าไฟฟ้า จุดเดือด และจุดหลอมเหว จึงมีแนวโน้มเดียวกันกับความเป็นโลหะของ<br />

ตารางธาตุ<br />

2. ขนาดอะตอมและไอออน พิจารณาได้จากจ านวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ดังนี<br />

- ถ้าจ านวนระดับพลังงานมาก ระยะทางระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนก็มากด้วย ท าให้<br />

อะตอมมีขนาดใหญ่ เช่นของ K > Na > Li เป็นต้น<br />

- ถ้าจ านวนระดับพลังงานเท่ากันจ านวนโปรตอนมากกว่า จะมีแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์-<br />

อิเล็กมากกว่าท าให้มีขนาดเล็ก เช่น Li > Be > B เป็นต้น<br />

- ถ้าจ านวนระดับพลังงานและจ านวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจ านวนอิเล็กตรอนที ่แตกต่างกัน ให้<br />

พิจารณาจากจ านวนอิเล็กตรอนที ่มากกว่าจะมีขนาดของอะตอมใหญ่กว่า เช่น Cl - > Cl เป็นต้น


3-34 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ดังนั้นแนวโน้มขนาดอะตอมของตารางธาตุเมื ่อพิจารณาที ่หมู ่เดียวกันขนาดอะตอมจะมีขนาดใหญ่ขึ ้น<br />

จากบนลงล่าง และในคาบเดียวกันขนาดอะตอมเล็กลงจากขวาไปซ้าย ดังแสดงเป็นแผนภาพได้ในภาพที ่ 3.17<br />

ภาพที่ 3.17 แสดงแนวโน้มขนาดอะตอมของธาตุที่ในตารางธาตุ<br />

3. พลังงานไอออไนเซชัน (Ionization energy, IE) คือ ค่าพลังงานที ่ใช้ในการดึงอิเล็กตรอนออกจาก<br />

อะตอมในสภาวะแก๊สที ่สภาวะพื ้นท าให้เกิดเป็นไอออนบวก ตัวอย่าง เช่น<br />

A (g) + พลังงาน A + (g) + e-<br />

ค่า IE จะมากหรือน้อยขึ ้นอยู่กับขนาดของอะตอม ยิ ่งอะตอมของธาตุมีขนาดใหญ่ จะมีค่า IE ต ่ากว่า<br />

อะตอมของธาตุที ่มีขนาดเล็ก และถ้าอะตอมเป็นไอออนบวกจะดึงได้ยากกว่าอะตอมไม่มีประจุในตอนแรก<br />

ดังนั้นแนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชันเมื ่อพิจารณาที ่หมู ่เดียวกันจะมีค่าลดลงจากบนลงล่าง เพราะ<br />

ขนาดอะตอมใหญ่ขึ ้น แต่ในคาบเดียวกันจะมีค่าเพิ ่มขึ ้นจากซ้ายไปขวา เพราะขนาดอะตอมเล็กลง ดังแสดงเป็น<br />

แผนภาพได้ในภาพที ่ 3.18<br />

ภาพที่ 3.18 แสดงแนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชันของธาตุในตารางธาตุ<br />

4. สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (Electron Affinity, EA) คือ พลังงานที ่เปลี ่ยนไปเมื ่ออะตอมในสถานะแก๊สรับ<br />

อิเล็กตรอนเข้าไปหนึ ่งตัว ท าให้เกิดเป็นไอออนลบ ตัวอย่าง เช่น<br />

A (g) + e-<br />

A - (g) + พลังงาน


เคมีพื ้นฐาน 3-35<br />

โดยแนวโน้มของสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของธาตุในคาบเดียวกันจะเพิ ่มขึ ้นจากซ้ายไปขวาเมื ่อขนาดของ<br />

อะตอมเล็กลงและประจุของนิวเคลียสเพิ ่มขึ ้นย่อมจะรับอิเล็กตรอนได้ดี และมีค่าลดลงในหมู ่เดียวกันจากบนลงล่าง<br />

เพราะขนาดของอะตอมใหญ่ขึ ้น ท าให้การดึงดูดอิเล็กตรอนไม่ดี ดังแสดงเป็นแผนภาพได้ในภาพที ่ 3.19<br />

ภาพที่ 3.19 แสดงแนวโน้มของค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของธาตุในตารางธาตุ<br />

5. อิเล็กโทรเนกาติวิตี (Electronegativity, EN) หรือสภาพไฟฟ้าลบ คือ ค่าที ่แสดงถึงสามารถในการดึง<br />

อิเล็กตรอนคู่สร้างพันธะเข้าหาตัวเอง ซึ ่งค่าเล็กโทรเนกาติวิตีจะมากหรือน้อยขึ ้นอยู่กับขนาดอะตอม คือ ถ้าอะตอม<br />

ขนาดใหญ่ ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะต ่ากว่าอะตอมของธาตุที ่มีขนาดอะตอมเล็ก<br />

ดังนั้นแนวโน้มของค่าเล็กโทรเนกาติวิตีเมื ่อพิจารณาที ่หมู ่เดียวกันจะมีค่าลดลงจากบนลงล่าง เพราะขนาด<br />

อะตอมใหญ่ขึ ้น แต่ในคาบเดียวกันจะมีค่าเพิ ่มขึ ้นจากซ้ายไปขวาเพราะขนาดอะตอมเล็กลง ดังแสดงเป็นแผนภาพได้<br />

ในภาพที ่ 3.20<br />

ภาพที่ 3.20 แสดงแนวโน้มของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุในตารางธาตุ<br />

จากแนวโน้มทั้งหมดของธาตุในตารางธาตุ จะเห็นว่าแนวโน้มของความเป็นโลหะและขนาดอะตอมจะมี<br />

แนวโน้มเดียวกัน แต่ตรงกันข้ามกับแนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเซชัน สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน และอิเล็กโตร<br />

เนกาติวิตี


้<br />

3-36 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

กิจกรรม 3.2.2<br />

1. ธาตุดังต่อไปนี ้สามารถแบ่งเป็ นกลุ่มได้กี่กลุ่ม ตามหลักของการจัดเรียงธาตุในตารางธาตุ<br />

Na C O Be S Li Mg Si K Ca<br />

2. เพราะเหตุใดธาตุลิเทียม (Li) จึงมีค่า IE 1 ต ่ากว่าธาตุฟลูออรีน (F)<br />

3. ธาตุหมู ่ 1A จากบนลงล่างมีแนวโน้มของจุดเดือดอย่างไร<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.2.2<br />

1. เมื่อท าการจัดเรี ยงโครงแบบอิเล็กตรอนแบบตามตารางที่ 3.7 สามารถแบ่งกลุ่มตามจ านวน<br />

เวเลนซ์อิเล็กตรอนได้ดังนี<br />

- จ านวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนชั ้นนอกเท่ากัน อยู ่หมู ่เดียวกัน<br />

ธาตุที่อยู ่หมู ่ 1 ได้แก่ Li Na K<br />

ธาตุที่อยู ่หมู ่ 2 ได้แก่ Be Mg Ca<br />

ธาตุที่อยู ่หมู ่ 4 ได้แก่ C Si<br />

ธาตุที่อยู ่หมู ่ 6 ได้แก่ O S<br />

- ระดับชั ้นในการจัดเรียงโครงสร้างอิเล็กตรอนเท่ากัน อยู ่คาบเดียวกัน<br />

ธาตุที่อยู ่คาบ 2 ได้แก่ Li Be C O<br />

ธาตุที่อยู ่คาบ 3 ได้แก่ Na Mg Si S<br />

ธาตุที่อยู ่คาบ 4 ได้แก่ K Ca<br />

2. แนวโน้มของค่าพลังงานไอออไนเชชันล าดับที่ 1 ในคาบเดียวกันจะมีค่าเพิ่มขึ ้นจากซ้ายไปขวา<br />

เนื่องจากธาตุในคาบเดียวกันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู ่ในระดับพลังงานเดียวกัน แต่มีจ านวนโปรตอนใน<br />

นิวเคลียสเพิ่มขึ ้น<br />

ธาตุที่มีโปรตอนมากจะดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้แรงมากกว่าธาตุที่มีโปรตอนน้อย เวเลนซ์<br />

อิเล็กตรอนจึงเข้าใกล้นิวเคลียสได้มากกว่า ท าให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอมได้ยากกว่า จึงท าให้ธาตุลิเทียมมี<br />

ค่าพลังงานไอออไนเชชันล าดับที่ 1 ต ่ากว่าธาตุฟลูออรีน<br />

3. ในธาตุหมู ่ 1A ความเป็ นโลหะจะเพิ่มขึ ้นจากบนลงล่าง ท าให้การใช้พลังงานในการสลายพันธะ<br />

โลหะมากขึ ้น ส่งผลให้จุดเดือดของธาตุมีแนวโน้มเดียวกันกับความเป็ นโลหะคือ เพิ่มขึ ้นจากบนลงล่าง<br />

เช่นเดียวกัน


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-37<br />

เรื่องที่ 3.2.3<br />

พันธะเคมี<br />

โดยปกติแล้วอะตอมของธาตุส่วนใหญ่จะมารวมตัวกันเพื ่อให้อยู่ในสภาวะที ่เสถียร หรือสภาวะที ่มีเวเลนซ์<br />

อิเล็กตรอนครบ 8 ตัวตามกฎของออกเตต (octet law) การที ่อะตอมรวมตัวกับอะตอมชนิดเดียวกัน หรืออะตอม<br />

ชนิดอื ่นๆ มีหลายวิธี คือ การให้อิเล็กตรอนไปกับอะตอมอื ่น การรับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื ่น หรือการใช้<br />

อิเล็กตรอนร่วมกัน การที ่อะตอมมารวมตัวกันเพื ่อเกิดเป็นโมเลกุลหรือสารประกอบ จะต้องมีแรงยึดเหนี ่ยวระหว่าง<br />

อะตอมขึ ้น และเรียกแรงนี ้ว่า พันธะเคมี (chemical bond) โดยพันธะเคมีที ่ส าคัญมี 3 ประเภท คือ พันธะไอออนิก<br />

(ionic bond) พันธะโคเวเลนซ์ (covalent bond) และพันธะโลหะ (mettalic bond) ซึ ่งเป็นพันธะเคมีที ่เกิดขึ ้น<br />

ภายในโมเลกุล นอกจากนี ้ยังมีพันธะระหว่างโมเลกุลที ่ส าคัญอีกพันธะหนึ ่งคือ พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)<br />

พันธะไอออนิก<br />

พันธะไอออนิก เป็นพันธะระหว่างอะตอมที ่อยู่ในสภาพไอออนที ่มีประจุตรงข้ามกันมารวมตัวกัน ซึ ่งพันธะ<br />

ไอออนิกจะเป็นการรวมตัวกันระหว่างอะตอมของโลหะและอโลหะ โดยที ่อะตอมของโลหะจะเป็นฝ่ายให้อิเล็กตรอน<br />

ในระดับพลังงานชั้นนอกสุดให้กับอโลหะ ทั้งนี ้เนื ่องจากอะตอมของโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต ่า ซึ ่งพร้อมที ่จะ<br />

ให้อิเล็กตรอนเพื ่อให้อะตอมชั้นนอกครบ 8 ตัวแล้วเกิดเป็นไอออนบวก ส่วนอะตอมของอโลหะก็พร้อมที ่จะรับ<br />

อิเล็กตรอนจากอะตอมอื ่นเพื ่อให้อะตอมชั้นนอกครบแปดเช่นเดียวกัน ดังนั้นเมื ่ออโลหะรับอิเล็กตรอนเข้ามาจะเกิด<br />

เป็นไอออนลบ เมื ่ออะตอมทั้งสองมีประจุไฟฟ้าต่างกันจึงเกิดแรงดึงดูดกันเกิดเป็น สารประกอบไอออนิก (ionic<br />

compound) ตัวอย่างการเกิดพันธะไอออนิก ได้แก่ การเกิดพันธะไอออนิกของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl)<br />

ดังนี ้<br />

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม Na คือ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 (2 8 1)<br />

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม Cl คือ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 (2 8 7)<br />

เมื ่อโซเดียมรวมตัวกับคลอรีน โซเดียมซึ ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 จะให้อิเล็กตรอนแก่คลอรีนเพื ่อให้<br />

การจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 1s 2 2s 2 2p 6 (2 8) และเกิดเป็นโซเดียมไอออน (Na + ) ที ่มีประจุไฟฟ้าลบส่วนคลอรีนเมื ่อ<br />

รับอิเล็กตรอนจากโซเดียมท าให้เกิดการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 (2 8 8) เกิดเป็นคลอรีนไอออน<br />

(Cl - ) ที ่มีประจุไฟฟ้าลบ เมื ่อทั้งสองทีประจุไฟฟ้าต่างกันจึงเกิดแรงดึงดูดกันหรือเรียกว่าเกิดพันธะไอออนิกนั่นเอง<br />

ซึ ่งเขียนสัญลักษณ์แบบจุดได้ดังนี<br />

+ -<br />

Na + Cl Na Cl<br />

2, 8, 1 2, 8, 7 2, 8 2, 8, 8


้<br />

3-38 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

การเกิดพันธะไอออนิกของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์แสดงดังภาพที ่ 3.21<br />

โซเดียมอะตอม คลอรีนอะตอม โซเดียมไอออน คลอไรด์ไอออน<br />

ภาพที่ 3.21 การเกิดพันธะไอออนิกของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์<br />

สารประกอบไอออนิกมักอยู่ในรูปผลึกของแข็งที ่อุณหภูมิห้อง จะมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง เนื ่องจาก<br />

แรงยึดเหนี ่ยวระหว่างไอออนบวกและไอออนลบมีการดึงดูดกันอย่างมาก โดยส่วนมากเป็นสารที ่แข็งแต่เปราะง่าย<br />

ไม่น าไฟฟ้า แต่เมื ่อน ามาละลายในน ้าโมเลกุลของน ้าจะดึงดูดให้สารประกอบเกิดการแตกตัวเป็นไอออนบวกและ<br />

ไอออนลบ ไอออนจึงเคลื ่อนที ่อย่างอิสระท าให้ไฟฟ้ าไหลผ่านได้ ตัวอย่างสารประกอบไอออนิก ได้แก่ แคลเซียม<br />

คาร์บอเนต (CaCO 3 ) แมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO 4 ) โซเดียมไบคาร์บอเนต (NaHCO 3 ) เป็นต้น<br />

พันธะโคเวเลนซ์<br />

พันธะโคเวเลนซ์ เป็นพันธะที ่เกิดจากอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ ้นไปมีการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน<br />

ระหว่างอะตอม เพื ่อให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมครบ 8 ตัว อะตอมที ่เกิดพันธะชนิดนี ้มักเป็นอะตอมของ<br />

ธาตุที ่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนชั้นใกล้จะครบ 8 ตัวได้แก่อะตอมของธาตุหมู ่ 4A, 5A, 6A และ 7A ถ้าเป้นการรวมตัว<br />

กันของอะตอมจะเรียกว่า โมเลกุลโควาเลนต์ (covalent molecules) แต่ถ้าเป็นการรวมตัวกันนั้นเกิดเป็นธาตุหรือ<br />

สารใหม่จะเรียกว่า สารประกอบโคเวเลนซ์ (covalent compounds) ตัวอย่างการเกิดพันธะโควาเลนต์ เช่น การเกิด<br />

แก๊สฟลูออรีน ดังนี<br />

อะตอมของฟลูออรีนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 ตัว จึงต้องการอิเล็กตรอนเพิ ่มอีก 1 ตัวเพื ่อให้เกิด<br />

สภาวะที ่เสถียร เมื ่ออะตอมของฟลูออรีน 2 อะตอมมาเจอกันจึงเกิดการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกันสามารถแสดง<br />

สัญลักษณ์แบบจุดได้ดังนี ้


เคมีพื ้นฐาน 3-39<br />

การเกิดพันธะโควาเลนต์ของโมเลกุลฟลูออรีนแสดงดังภาพที ่ 3.22<br />

ภาพที่ 3.22 แสดงการเกิดพันธะโคเวเลนซ์ของแก๊สฟลูออรีน<br />

พันธะโคเวเลนซ์สามารถจ าแนกตามจ านวนคู่ของเวเลนซ์อิเล็กตรอนที ่ใช้ร่วมกันได้เป็น 3 ประเภท คือ<br />

1. พันธะเดี่ยว (single bond) คือ พันธะโคเวเลนซ์ที ่มีการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ ใช้เส้น ( - )<br />

แทนพันธะเดี ่ยว ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของไฮโดรเจน (H 2 ) ดังแสดงในภาพที ่ 3.23<br />

หรือเขียนแทนด้วย<br />

H<br />

H<br />

ภาพที่ 3.23 แสดงการเกิดพันธะเดี่ยวในโมเลกุลฟลูออรีน<br />

2. พันธะคู ่ (double bond) คือ พันธะโคเวเลนซ์ที ่มีการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่ ใช้เส้น 2 เส้น<br />

( = ) แทนพันธะคู่ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของออกซิเจน (O 2 ) ดังแสดงในภาพที ่ 3.24<br />

หรือเขียนแทนด้วย<br />

O O<br />

ภาพที่ 3.24 แสดงการเกิดพันธะคู ่ในโมเลกุลออกซิเจน


3-40 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

3. พันธะสาม (triple bond) คือ พันธะโคเวเลนซ์ที ่มีการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่ ใช้เส้น 3 เส้น<br />

( ) แทนพันธะสาม ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของแก๊สไนโตรเจน (N 2 ) ดังแสดงในภาพที ่ 3.25<br />

หรือเขียนแทนด้วย<br />

N<br />

N<br />

ภาพที่ 3.25 แสดงการเกิดพันธะสามในโมเลกุลไนโตรเจน<br />

ในการเกิดพันธะโคเวเลนซ์ นั้น ส่วนใหญ่เป็นการใช้คู่อิเล็กตรอนร่วมกัน โดยอิเล็กตรอนที ่ใช้จะมาจาก<br />

อะตอมอย่างละ 1 อิเล็กตรอน แต่ถ้ามีการใช้อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจากอะตอมใดอะตอมหนึ ่งเพียงอะตอมเดียว<br />

จะเรียกพันธะนั้นว่า พันธะโคออดิเนตโคเวเลนซ์ (coordinate covalent bond) ดังแสดงภาพที ่ 3.26<br />

หรือเขียนแทนด้วย<br />

ภาพที่ 3.26 แสดงการเกิดพันธะสามในโมเลกุลไนโตรเจน<br />

โมเลกุลโคเวเลนซ์หรือสารประกอบโคเวเลนซ์ มีทั้งที ่อยู่ในรูปของของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ส่วนใหญ่เป็น<br />

สารประกอบระหว่างอโลหะกับอโลหะ จึงมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต ่า เนื ่องจากมีแรงยึดเหนี ่ยวระหว่างอะตอม<br />

หรือแรงยึดเหนี ่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย และไม่น าไฟฟ้า แต่มีข้อยกเว้นส าหรับสารบางสารที ่ยึดเหนี ่ยวด้วยพันธะ<br />

โคเวเลนซ์แบบต่อเนื ่องกัน คล้ายตาข่ายสามมิติ เรียกสารที ่มีโครงสร้างนี ้ว่า สารโครงผลึกร่างตาข่าย ท าให้มีจุดเดือด<br />

จุดหลอมเหลวสูง สารพวกนี ้ได้แก่ คาร์บอนในรูปเพชร แกรไฟต์ และฟลูเลอรีน เป็นต้น นอกจากนั้นยังมี<br />

สารประกอบบางชนิดก็เป็นสารโครงผลึกร่างตาข่าย เช่น ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO 2 ) ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นต้น<br />

ตัวอย่างรูปร่างของสารโครงผลึกร่างตาข่ายคาร์บอน แสดงได้ดังภาพที ่ 3.27 จะเห็นได้ว่าโครงร่างตาข่ายของ<br />

ทั้ง 3 แบบมีความแตกต่างกัน ส่งผลให้สมบัตินั้นแตกต่างกันไปด้วย ดังนี ้


เคมีพื ้นฐาน 3-41<br />

- เพชร เป็นโครงร่างตาข่ายที ่มีพันธะของอะตอมคาร์บอนเกาะเป็นพันธะเดี ่ยวได้ 4 พันธะ และเกาะ<br />

ต่อเนื ่องกันเป็นโครงผลึกร่างตาข่ายท าให้เพชรมีความแข็งแรงมาก แต่เนื ่องจากในโครงสร้างนั้นมีการใช้เวเลนซ์<br />

อิเล็กตรอนในการสร้างพันธะหมด ไม่มีอิเล็กตรอนเหลือให้เคลื ่อนที ่ จึงท าให้เพชรไม่น าไฟฟ้า<br />

- กราไฟต์ เป็นโครงร่างตาข่ายที ่มีพันธะของอะตอมคาร์บอนเกาะเป็นพันธะเดี ่ยวหรือคู่ได้ 3 พันธะ<br />

และจะมีอิเล็กตรอนอิสระว่างอยู่ 1 อิเล็กตรอน จึงท าให้แกรไฟต์น าไฟฟ้าได้<br />

- ฟลูเลอรีน เป็นโครงร่างตาข่ายที ่มีพันธะของอะตอมคาร์บอนเกาะเป็นพันธะเดี ่ยว เชื ่อมกันเป็น<br />

โครงสร้าง 5 เหลี ่ยม และ 6 เหลี ่ยม หลายรูปต่อกันเป็นทรงกลม ไม่น าไฟฟ้า จุดเดือด จุดหลอมเหลวขึ ้นอยู่กับ<br />

จ านวนคาร์บอน โมเลกุลของฟลูเลอลีน จะมีคาร์บอนเป็นเลขคู่ ตั้งแต่ประมาณ 40 อะตอมขึ ้นไป แต่โมเลกุลของ<br />

ฟลูเลอลีนที ่เสถียรที ่สุดคือ C 60<br />

พันธะโลหะ<br />

(ก) โครงสร้างของเพชร (ข) โครงสร้างของกราไฟต์ (ง) โครงสร้างฟลูเลอรีน<br />

ภาพที่ 3.27 โครงสร้างร่างตาข่ายของคาร์บอน<br />

พันธะโลหะ เป็นแรงยึดเหนี ่ยวของไอออนบวกกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนที ่เคลื ่อนที ่อยู่โดยรอบทั้งก้อนโลหะ<br />

โดยการเคลื ่อนที ่ของเวเลนซ์อิเล็กตรอนเคลื ่อนที ่อย่างอิสระเหมือนกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนอยู่ล้อมรอบไอออน<br />

บวกเกิดเป็นพันธะโลหะขึ ้นมา ซึ ่งแบบจ าลองการล้อมรอบของเวเลนซ์อิเล็กตรอนกับไอออนบวกของโลหะแสดง<br />

ดังภาพที ่ 3.28


้<br />

3-42 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ภาพที่ 3.28 อิเล็กตรอนและไอออนบวกในก้อนโลหะ<br />

โดยทั่วไปโลหะจะเป็นของแข็ง ยกเว้นปรอทที ่เป็นของเหลว ส าหรับสมบัติของพันธะโลหะนั้น เป็นผลมาจาก<br />

อิเล็กตรอนอิสระที ่เคลื ่อนที ่อยู่ในก้อนโลหะนั่นเอง สมบัติที ่พบโดยทั่วไปของโลหะ คือ<br />

- เป็นตัวน าไฟฟ้าที ่ดี เพราะอิเล็กตรอนเคลื ่อนที ่ได้ง่ายทั่วก้อนโลหะ<br />

- มีจุดหลอมเหลวสูง เพราะเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมดในก้อนโลหะยึดเหนี ่ยวอะตอมไว้<br />

อย่างเหนียวแน่น<br />

- โลหะสามารถตีแผ่เป็นแผ่นบางๆได้ เพราะมีกลุ่มเวเลนต์อิเล็กตรอนท าหน้าที ่ยึดอนุภาคให้เรียงกัน<br />

ไม่ขาดออกจากกัน<br />

- โลหะมีผิวเป็นมันวาว เพราะกลุ่มอิเล็กตรอนที ่เคลื ่อนที ่โดยอิสระมีปฏิกิริยาต่อแสง คือรับ สะท้อน<br />

แสง และกระจายแสงออกมา ท าให้มองเห็นเป็นมันวาว<br />

- โลหะน าความร้อนได้ดี เพราะอิเล็กตรอนอิสระเคลื ่อนที ่ได้ทุกทิศทาง เมื ่ออิเล็กตรอนได้รับความร้อน<br />

จะท าให้เกิดพลังงานจลน์สูง และการถ่ายเทไปยังส่วนที ่มีความร้อนต ่ากว่า จึงท าให้เกิดการน าความร้อนได้ดี<br />

นอกจากพันธะภายในโมเลกุลทั้ง 3 แบบที ่กล่าวมาแล้วนั้น พันธะระหว่างโมเลกุลที ่ส าคัญอีกพันธะหนึ ่งคือ<br />

พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)<br />

พันธะไฮโดรเจน<br />

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที ่มีเพียงหนึ ่งเวเลนซ์อิเล็กตรอน โดยปกติจะสร้างพันธะเดียวกับอะตอมที ่มีค่าอิเล็ก-<br />

โทรเนกาติวิตีสูง และมีขนาดเล็ก ได้แก่ ฟลูออรีน ออกซิเจน และไนโตรเจน (F O และ N ตามล าดับ) แล้วเกิด<br />

พันธะโคเวเลนซ์มีขั้วชนิดที ่มีสภาพขั้วแรงมาก การเกิดพันธะไฮโดรเจนแบ่งเป็น 2 แบบ ดังนี<br />

1. พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลชนิดเดียวกัน ซึ ่งอธิบายได้ดังนี ้ เมื ่อไฮโดรเจน (H) เกิดพันธะ<br />

โคเวเลนซ์กับ F O หรือ N จะเกิดเป็นพันธะที ่มีความเป็นขั้วสูง เนื ่องจาก H และ F O หรือ N มีค่าค่าอิเล็กโทร-


เคมีพื ้นฐาน 3-43<br />

เนกาติวิตีที ่แตกต่างกัน ท าให้ H มีความเป็นบวกมาก ส่วนทาง F O หรือ N จะมีความเป็นลบสูง จึงเกิดแรงดึงดูด<br />

ทางไฟฟ้าระหว่างโมเลกุลที ่มีความแข็งแรง การเกิดพันธะไฮโดรเจนท าให้โมเลกุลหรือสารประกอบมีจุดเดือดสูงกว่า<br />

สารอื ่นที ่อยู่ในหมู ่เดียวกัน เช่น H 2 O มีจุดเดือดสูงกว่า H 2 S ตัวอย่างการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลดัง<br />

แสดงในภาพที ่ 3.29<br />

ภาพที่ 3.29 ตัวอย่างการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล<br />

2. พันธะไฮโดรเจนที่เกิดภายในโมเลกุลของสารต่างชนิดกัน เป็นการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล<br />

ของสารต่างชนิดกัน เช่น การเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน ้า (H 2 O) กับโมเลกุลของแอมโมเนีย (NH 3 )<br />

ดังแสดงในตัวอย่างที ่ 3.30<br />

ภาพที่ 3.30 การเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างน ้าและแอมโมเนีย<br />

กิจกรรม 3.2.3


3-44 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

1. จงเติมสมบัติของสารในตารางดังต่อไปนี ้<br />

ชนิด<br />

สมบัติ<br />

สถานะที่อุณหภูมิห้อง<br />

โลหะ<br />

สารประกอบ<br />

ไอออนิก<br />

สารโครงผลึก<br />

ร่างตาข่าย<br />

สารโคเวเลนซ์<br />

ความเหนียว<br />

จุดเดือด<br />

การน าไฟฟ้ า<br />

2. จงอธิบายการเกิดพันธะไฮโดรเจน<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.2.3<br />

1.<br />

สมบัติ<br />

ชนิด<br />

โลหะ<br />

สารประกอบ<br />

ไอออนิก<br />

สารโครงผลึก<br />

ร่างตาข่าย<br />

สารโคเวเลนซ์<br />

สถานะที่อุณหภูมิห้อง ของแข็งยกเว้นปรอท ของแข็ง ของแข็ง ของเหลว<br />

ความเหนียว เหนียว เปราะ เปราะ เปราะ<br />

จุดเดือด สูง สูง สูง ต ่า<br />

การน าไฟฟ้ า น าไฟฟ้ า ไม่น าไฟฟ้ าแต่<br />

หลอมเหลวน าไฟฟ้ า<br />

มีทั ้งน าไฟฟ้ า<br />

และไม่น าไฟฟ้ า<br />

ไม่น าไฟฟ้ า<br />

2. พันธะไฮโดรเจน เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดจากไฮโดรเจนอะตอมสร้างพันธะ<br />

โคเวเลนต์กับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง และมีขนาดเล็ก ได้แก่ F O และ N แล้วเกิดพันธะ<br />

โคเวเลนต์มีขั ้วชนิดมีสภาพขั ้วแรงมาก ซึ ่งการเกิดพันธะไฮโดรเจนแบ่งเป็ น 2 แบบคือ พันธะไฮโดรเจน<br />

ระหว่างโมเลกุลชนิดเดียวกันและพันธะไฮโดรเจนที่เกิดภายในโมเลกุลของสารต่างชนิดกัน<br />

ตอนที่ 3.3


เคมีพื ้นฐาน 3-45<br />

ปฏิกิริยาเคมี<br />

โปรดอ่านหัวเรื ่อง แนวคิด และวัตถุประสงค์ของตอนที ่ 3.3 แล้วจึงศึกษารายละเอียดต่อไป<br />

หัวเรื่อง<br />

3.3.1 กรดและเบส<br />

3.3.2 เคมีไฟฟ้า<br />

แนวคิด<br />

วัตถุประสงค์<br />

1. กรดและเบสมี 3 ทฤษฎีคือ ทฤษฎีของอาร์เรเนียส ทฤษฎีของเบรินสเตดและลาวรี และทฤษฎี<br />

ของลิวอีส โดยกรดและเบสเมื ่อละลายน ้าจะเกิดการแตกตัวเป็นไอออน ซึ ่งสามารถบอกค่าความ<br />

เป็นกรดและเบสจากค่าพีเอช ส าหรับการเกิดปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสนั้น ต้องพิจารณาจาก<br />

ความแรงของกรดแต่ละชนิด โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที ่ได้ คือ เกลือและน ้า ซึ ่งสมบัติ<br />

ของสารละลายจะเป็นกรด เบส หรือกลางขึ ้นอยู่กับชนิดของเกลือของไอออนที ่มาท าปฏิกิริยา<br />

ไฮโดรไลซิส<br />

2. เคมีไฟฟ้า เป็นการศึกษาปฏิกิริยาเคมีที ่ท าให้เกิดกระแสไฟฟ้า โดยศึกษาจากปฏิกิริยารีดอกซ์<br />

ที ่เกิดขึ ้น เมื ่อพิจารณาจากการเกิดปฏิกิริยา จะแบ่งเป็นการศึกษาเซลล์ไฟฟ้ าแกลวานิกและ<br />

เซลล์ไฟฟ้าเซลล์อิเล็กโทรไลต์<br />

เมื ่อศึกษาตอนที ่ 3.3 จบแล้ว นักศึกษาสามารถ<br />

1. อธิบายทฤษฎีกรดและเบสได้<br />

2. อธิบายการแตกตัวของกรดและเบสได้<br />

3. ค านวณค่าคงที ่สมดุล ความเข้มข้นของกรดและเบส และค่าพีเอชได้<br />

4. อธิบายและบอกสภาพของสารละลายในการเกิดไฮโดรไลซิสของเกลือได้<br />

เรื่องที่ 3.3.1


้<br />

้<br />

3-46 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

กรดและเบส<br />

กรดและเบสเป็นสารละลายที ่มีบทบาทส าคัญในชีวิตประจ าวัน ทั้งมีอยู่ในธรรมชาติและที ่สังเคราะห์ขึ ้น การ<br />

ใช้ประโยชน์จากสารละลายกรดและเบสมีหลายด้านด้วยกัน เช่น ด้านอาหาร ด้านอุตสาหกรรม ด้านการแพทย์ ดังนี<br />

ด้านอาหาร ตัวอย่างเช่น การใช้น ้าส้มสายชู น ้ามะนาว น ้ามะขาม ซึ ่งมีสมบัติเป็นกรด และน ้าปูนใส โซดา<br />

ท าขนมหรือผงฟู (Na 2 CO 3 ) ซึ ่งมีสมบัติเป็นเบส ใช้ประกอบอาหาร เป็นต้น<br />

ด้านอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น การใช้กรดคาร์บอนิกในน ้าโซดา กรดซัลฟูริกหรือกรดก ามะถันในสารละลาย<br />

ที ่อยู่ในแบตเตอรี ่ น ้ายาท าความสะอาดหน้าจอคอมพิวเตอร์ที ่มีสมบัติเป็นเบส เป็นต้น<br />

ด้านการแพทย์ ตัวอย่างเช่น กรดแอสคอร์บิกหรือวิตามินซี (C 6 H 8 O 6 ) ใช้ในการรักษาโรคเลือดออกตาม<br />

ไรฟัน หรือยาลดกรด เรียกอีกชื ่อว่า เบสมิลด์ออฟแมกนีเซียมหรือ Mg(OH) 2 ใช้เป็นยารักษาโรคกระเพาะอาหาร<br />

เป็นต้น<br />

เนื ่องจากกรดและเบสเป็นสารเคมีที ่มีความส าคัญ นักวิทยาศาสตร์หลายท่านจึงให้ความสนใจและศึกษา<br />

เรื ่องกรดและเบส พร้อมเสนอทฤษฎีไว้หลายทฤษฎีด้วยกัน<br />

ทฤษฎีกรดและเบส<br />

1. ทฤษฎีกรดและเบสของอาร์เรเนียส จากการศึกษาการละลายน ้าของสารละลาย พบว่าสารอิเล็กโทรไลต์<br />

จะแตกตัวเป็นไอออน เมื ่อละลายอยู่ในน ้า และให้นิยามกรดไว้ว่า<br />

กรด คือ สารที ่เมื ่อละลายน ้าแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน เขียนแทนด้วย (H + ) เช่น<br />

HCl (g) <br />

H 2 O H + (aq) + Cl - (aq)<br />

CH 3 COOH (l) <br />

H 2 O H + (aq) + CH 3 COO - (aq)<br />

เบส คือ สารที ่เมื ่อละลายน ้าแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออนเขียนแทนด้วย (OH - ) เช่น<br />

NaOH (s)<br />

NH 4 OH (l)<br />

O <br />

H 2<br />

Na + (aq) + OH - (aq)<br />

H 2 O +<br />

NH 4 (aq) + OH - (aq)<br />

<br />

เมื ่อ สัญลักษณ์ที ่ใช้ในการบอกสถานะของสาร มีดังนี<br />

(s) แทน ของแข็ง<br />

(l) แทน ของเหลว<br />

(g) แทน แก๊ส<br />

(aq) แทน สารละลาย


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-47<br />

แต่ทฤษฎีกรดและเบสของอาร์เรเนียส จะใช้ได้ก็ต่อเมื ่อสารดังกล่าวละลายน ้าเท่านั้น และเมื ่อละลายน ้าแล้ว<br />

ต้องแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออนหรือให้ไฮดรอกไซด์ไอออน ซึ ่งเป็นข้อจ ากัดส าหรับสารที ่ไม่มีสมบัติดังกล่าว<br />

2. ทฤษฎีกรดและเบสของเบรินสเตดและลาวรี เพื ่อลดข้อจ ากัดในทฤษฎีของอาร์เรเนียส เบรินสเตดลาวรี<br />

จึงเน้นในเรื ่องของทฤษฎีการถ่ายโอนโปรตอน โดยน าเสนอว่า<br />

กรด คือ สารที ่ให้โปรตอนกับสารอื ่นๆ ได้ (proton donor)<br />

เบส คือ สารที ่รับโปรตอนจากสารอื ่นได้ (proton acceptor)<br />

ดังตัวอย่างต่อไปนี<br />

ให้ H +<br />

HCN + H2O H3O+ + Cl-<br />

รับ H+<br />

หรือ<br />

HCN เป็นสารที ่ให้โปรตอน (H + ) ดังนั้น HCN จึงเป็นกรด<br />

H 2 O เป็นสารที ่รับโปรตอน (H + ) ดังนั้น H 2 O จึงเป็นเบส<br />

ให้ H +<br />

H2O + NH3 NH4 + + OH-<br />

รับ H+<br />

H 2 O เป็นสารที ่ให้โปรตอน (H + ) ดังนั้น H 2 O จึงเป็นกรด<br />

NH 3 เป็นสารที ่รับโปรตอน (H + ) ดังนั้น NH 3 จึงเป็นเบส<br />

แต่ทฤษฎีกรดและเบสของเบรินสเตดและลาวรี ยังมีข้อจ ากัดในเรื ่องของสารที ่จะท าหน้าเป็นกรดได้จะต้องมี<br />

โปรตอนอยู่ในสารดังกล่าวด้วย<br />

ตามทฤษฎีของเบรินสเตดและลาวรี พบว่าในปฏิกิริยาหนึ ่งๆ นั้นสามารถจัดคู่กรดและเบสได้ 2 คู่เรียกว่า<br />

เป็นคู่กรดและคู่เบสกัน ตัวอย่างเช่น<br />

ให้ H +<br />

H2O + NH3 NH4 + + OH-<br />

รับ H+


้<br />

้<br />

3-48 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

เมื ่อพิจารณาจากปฏิกิริยาไปข้างหน้า H 2 O เป็นสารที ่ให้โปรตอน (H + ) ดังนั้น H 2 O จึงเป็นกรดแล้วได้สาร<br />

ผลิตภัณฑ์เป็น OH - ส่วน NH 3 เมื ่อรับโปรตอน (H + +<br />

) จะท าหน้าที ่เป็นเบส ส าหรับปฏิกิริยาย้อนกลับ NH 4 เป็นกรด<br />

เพราะให้ H + ส่วน OH - เป็นเบสเพราะรับโปรตอน จึงจับเป็นคู่กรดและเบสได้ดังนี<br />

H 2 O เป็นคู่กรดของ OH -<br />

+<br />

NH 3 เป็นคู่เบสของ NH 4<br />

OH - เป็นคู่เบสของ H 2 O<br />

+<br />

NH 4 เป็นคู่กรดของ NH 3<br />

3. ทฤษฎีกรดและเบสของลิวอีส เป็นการใช้ทฤษฎีของการใช้อิเล็กตรอนคู่ร่วมกัน ซึ ่งสามารถลดข้อจ ากัด<br />

ของอาร์เรเนียส และเบรินสเตดและลาวรี ได้ โดยน าเสนอว่า<br />

กรด คือ สารที ่รับคู่อิเล็กตรอนคู่<br />

เบส คือ สารที ่ให้คู่อิเล็กตรอนคู่<br />

ดังตัวอย่างต่อไปนี<br />

F<br />

F<br />

F<br />

B<br />

กรด<br />

+<br />

NH3<br />

เบส<br />

F<br />

F<br />

F<br />

B<br />

NH3<br />

จากตัวอย่างข้างต้นจะเห็นว่า NH 3 เป็นสารที ่ให้คู่อิเล็กตรอนได้จึงป็นเบส ส่วน BF 3 เป็นสารที ่รับ<br />

อิเล็กตรอนจาก NH 3 ท าให้ BF 3 เป็นกรด ซึ ่งเป็นพันธะโคเวเลนซ์ที ่เสถียร<br />

สมบัติความเป็ นกรดและเบสของน ้า<br />

น ้าบริสุทธิ ์ เป็นสารที ่มีสมบัติเฉพาะตัว คือเมื ่อละลายน ้าแล้วอาจเป็นได้ทั้งกรดและเบส ดังสมการ<br />

H 2 O (l)<br />

H 3 O + (aq) + OH - (aq)<br />

เรียกปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้นว่า การแตกตัวเป็นไอออนด้วยตัวเอง (autoionization) และจากทฤษฎีกรดและเบส<br />

ของเบรินสเตดและลาวรี เขียนสมการได้เป็น<br />

H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH -


เคมีพื ้นฐาน 3-49<br />

ค่าคงที ่สมดุลการแตกตัว (equilibrium constant) หาได้จากอัตราส่วนระหว่างความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์<br />

และความเข้มข้นของสารตั้งต้น การเขียนค่าคงที ่ของสมดุลการแตกตัวจะแทนด้วยตัวอักษร K ซึ ่งค่าคงที ่สมดุล<br />

การแตกตัว เป็นค่าที ่ขึ ้นอยู่กับธรรมชาติและความสามารถในการแตกตัวของสาร ถ้ามีการแตกตัวของสารเป็นไอออน<br />

มากจะมีค่าคงที ่สมดุลการแตกตัว สูงตามด้วย<br />

ดังนั้นจากสมการเคมีของน ้า ค่าคงที ่สมดุลการแตกตัวของน ้ามีค่าเป็น (ในการเขียน H + สามารถเขียนแทน<br />

ด้วย H 3 O + )<br />

K w = [H 3 O + ] [OH -- ] … (3.1)<br />

[H 2 O]<br />

เมื ่อ K w<br />

แทน ค่าคงที ่สมดุลการแตกตัวของน ้า<br />

[H 3 O + ] แทน ความเข้มข้นของ H 3 O +<br />

[OH -- ] แทน ความเข้มข้นของ OH —<br />

[H 2 O] แทน ความเข้มข้นของ H 2 O<br />

สัญลักษณ์วงเล็บ [ ] ในสูตรหมายถึง ความเข้มข้นของสาร หน่วยเป็นโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร (mol/<br />

dm 3 ) หรือ โมลต่อลิตร (mol/l)<br />

ส าหรับหน่วยของค่า K หรือค่าคงที ่สมดุลการแตกตัว ในปฏิกิริยาต่างชนิดกันจะมีหน่วยที ่ต่างกัน หรือ<br />

บางครั้งอาจไม่มีหน่วยเลย เนื ่องจากค่า K จะขึ ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ ซึ ่งบางปฏิกิริยา<br />

ถ้าหน่วยของความเข้มข้นตัดกันหมดจะท าให้ค่า K ไม่มีหน่วย<br />

เนื ่องจากความเข้มข้นของน ้าน้อยมากในการแตกตัวจึงถือว่าไม่เปลี ่ยนแปลง ค่าคงที ่การแตกตัวของน ้าจึงมี<br />

ค่าเป็น<br />

K w = [H 3 O + ][OH - ] = 1 10 -14 ที ่ 25 องศาเซสซียส<br />

น ้าบริสุทธิ ์ [H 3 O + ] = [OH - ] = 1 10 -7 mol/dm 3<br />

ดังนั้นในสารละลายกรดต้องมีค่า [H 3 O + ] มากกว่า 1 10 -7 mol/dm 3 ส่วนสารละลายเบสต้องมีค่า [OH - ]<br />

มากกว่า 1 10 -7 mol/dm 3 เช่นกัน<br />

การวัดค่าความเป็ นกรดและเบส<br />

เนื ่องจากการแตกตัวของไอออนในน ้ามีการแตกตัวที ่ต ่ามาก เพื ่อความสะดวกในการหาค่าความเป็นกรด<br />

และเบส จึงต้องใช้สมการช่วยในการค านวณหาค่าความเป็นกรดและเบส และเพื ่อให้สะดวกต่อความเข้าใจใน<br />

การบอกว่าสารเป็นกรดและเบส จึงมีวิธีการบอกความเป็นกรดและเบสให้เข้าใจง่ายขึ ้นโดยใช้ค่าที ่เรียกว่า พีเอช (pH)<br />

ซึ ่งการวัดค่า pH นั้นมีเครื ่องมือในการวัด คือ กระดาษลิตมัส (litmus paper) หรือเครื ่องพีเอช มิเตอร์ (pH meter)<br />

ดังแสดงในภาพที ่ 3.1 ซึ ่งการวัดค่า pH ด้วยเครื ่องพีเอชมิเตอร์จะให้ค่าที ่เที ่ยงตรงกว่า แต่ราคาของเครื ่องจะสูงกว่า<br />

การใช้กระดาษลิตมัส


้<br />

3-50 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ภาพที่ 3.31 เครื่อง pH meter<br />

ที่มา ก: http://www.funsci.com/fun3_en/acids/acids.htm ค้นคืนเมื ่อ 21 ก.ย. 2555<br />

ที่มา ข: http://joobza.thaiza.com/blog_view.php?blog_id=171857 ค้นคืนเมื ่อ 31 ส.ค. 2555<br />

และ http://edunews.eduzones.com/augat/83254 คันคืนเมื ่อ 31 ส.ค. 2555<br />

สูตรที ่ใช้ค านวณค่า pH คือ<br />

pH = - log [H 3 O + ] … (3.2)<br />

เมื ่อน ามาค านวณจะได้ผลดังนี<br />

สารละลายกรด [H 3 O + ] > 1 10 -7 mol/dm 3 ค่า pH < 7.0<br />

สารละลายเบส [H 3 O + ] < 1 10 -7 mol/dm 3 ค่า pH > 7.0<br />

สารละลายกลาง [H 3 O + ] = 1 10 -7 mol/dm 3 ค่า pH = 7.0


้<br />

้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-51<br />

ช่วงของค่า pH แสดงได้ดังภาพที ่ 3.32<br />

ภาพที่ 3.32 ช่วงของระดับค่าพีเอช<br />

ค่า pH จะก าหนดไว้ที ่ 0 – 14 ถ้าสารละลายมีสมบัติเป็นกลางค่า pH จะเท่ากับ 7 คือไม่เป็นทั้งกรดและ<br />

เบส ส่วนสารละลายที ่มีสมบัติเป็นกรดค่า pH จะต ่ากว่า 7 ยิ ่งค่าเข้าใกล้ 0 แสดงว่ามีความเป็นกรดสูง และ<br />

สารละลายที ่มีสมบัติเป็นเบสค่า pH จะมากกว่า 7 ยิ ่งค่า pH เข้าใกล้ 14 แสดงว่ามีความเป็นเบสสูง<br />

การหาค่า pH เป็นการน า [H 3 O + ] มาคิดโดยตรง แต่อาจคิดจาก [OH - ] ได้ จากสูตรต่อไปนี<br />

pOH = - log [OH - ] … (3.3)<br />

จากค่า K w ของน ้าจะได้ว่า K w = [H 3 O + ][OH - ] = 1 10 -14 … (3.4)<br />

จะได้ -(log [H 3 O + ] + log [OH - ]) = -log (1 10 -14 )<br />

(-log [H 3 O + ]) + (-log [OH - ]) = 14<br />

จึงได้ความสัมพันธ์เป็น pH + pOH = 14 … (3.5)<br />

×<br />

ตัวอย่างที่ 3.1 สารละลายแอมโมเนีย (NH 3 ) ที ่ใช้ท าความสะอาดบ้านมีค่าความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน<br />

(OH - ) เท่ากับ 0.01 mol/dm 3 จงค านวณหาค่าความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน (H 3 O + ) พร้อมทั้งหาค่า pH และ<br />

pOH ของสารละลายนี<br />

จากโจทย์ก าหนดให้ [OH - ] = 0.01 = 1 10 -2 mol/dm 3<br />

การแตกตัวของน ้า K w = [H 3 O + ][OH - ] = 1 10 -14<br />

หาความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน [H 3 O + ]<br />

[H 3 O + ] = K w = 1 10 -14 = 1 10 -12 mol/dm 3<br />

[OH - ] 1 10 -2<br />

หา pH จากสมการ 3.2 pH = - log [H 3 O + ]<br />

แทนค่า [H 3 O + ] ลงไป pH = - log [1 10 -12 ]<br />

ตามกฎของ log log 10 = 1<br />

ดังนั้น - log [1 10 -12 ] = 12<br />

(-log 1) + (-log 10 -12 ) = 12


้<br />

้<br />

้<br />

3-52 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ได้ค่า pH ของสารละลาย pH = 12<br />

จากความสัมพันธ์ pOH + pH = 14<br />

แทนค่า pH ลงไป pOH + 12 = 14<br />

ได้ค่า pOH ของสารละลาย pOH = 2<br />

ตอบ ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน [H 3 O + ] = 1 10 -12 mol/dm 3<br />

สารละลายมีค่า pH = 12 และมีค่า pOH เท่ากับ 2<br />

การแตกตัวของกรดและเบส<br />

กรดและเบสจะแตกตัวได้มากน้อยเพียงใด ขึ ้นอยู่กับความแรงของกรดและเบสดังนี<br />

1. การแตกตัวของกรดและเบสแก่ กรดและเบสแก่จะแตกตัวหมด หรือเรียกได้ว่ามีการแตกตัวได้ร้อยละ<br />

100 ดังนั้นในการเปลี ่ยนแปลงปฏิกิริยาของกรดและเบสแก่จึงเป็นปฏิกิริยาไปข้างหน้าอย่างเดียว ตัวอย่างกรดแก่<br />

และเบสแก่มีดังนี<br />

กรดแก่ ได้แก่ กรดไฮเปอร์คลอริก (HClO 4 ) กรดไฮโดรไอออดิก (HI) กรดไฮโดรบอมิก (HBr) กรดไฮโดร-<br />

คลอริก (HCl) กรดไนทริก (HNO 3 ) และกรดซัลฟูริก (H 2 SO 4 ) เป็นต้น<br />

เบสแก่ ได้แก่ สารประกอบไฮดรอกไซด์ของหมู 1A และ 2A เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH)<br />

โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) แบเรียมไฮดรอกไซด์ Ba(OH) 2 และแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH) 2 ) เป็นต้น<br />

ตัวอย่างที่ 3.2 จงหา pH ของสารละลายต่อไปนี ้<br />

(ก) สารละลายกรดไฮโดรคลอริก ความเข้มข้น 1.0 10 -3 mol/dm 3<br />

(ข) สารละลายแบเรียมไฮดรอกไซด์ ความเข้มข้น 0.02 mol/dm 3<br />

(ก) เนื ่องจากสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเป็นกรดแก่แตกตัวร้อยละ 100 เขียนสมการได้ดังนี ้<br />

HCl (aq)<br />

H 3 O + (aq) + Cl - (aq)<br />

กรดแก่แตกตัวร้อยละ 100 จึงแตกตัวให้ความเข้มข้นของ H 3 O + และ Cl - เท่ากับ 1.0 10 -3 mol/dm 3<br />

หา pH ของสารละลายจากสูตร pH = - log [H 3 O + ]<br />

แทนค่า [H 3 O + ] ได้ pH = - log [1.0 10 -3 ] = 3<br />

(ข) เนื ่องจากสารละลายแบเรียมไฮดรอกไซด์ ความเข้มข้น 0.02 mol/dm 3 เป็นเบสแก่แตกตัวร้อยละ 100<br />

เขียนสมการได้ดังนี<br />

Ba(OH) 2 (aq)<br />

Ba 2+ (aq) + 2OH - (aq)<br />

เบสแก่แตกตัวร้อยละ 100 จึงแตกตัวให้ความเข้มข้นของ Ba 2+ และ OH - เท่ากับ 0.02 mol/dm 3<br />

แต่เนื ่องจากในสมการเกิด OH - 2 โมลจึงคิดความเข้มข้น = 0.02 2 = 0.04<br />

หา pOH ของสารละลายจากสูตร pOH = - log [OH - ]


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-53<br />

ตอบ<br />

แทนค่า [OH - ]ได้ pOH = - log [4 10 -2 ]<br />

pOH = - log [2 2 10 -2 ]<br />

pOH = (-2log 2) + (-log 10 -2 )<br />

โดย log 2 = 0.301 จะได้ pOH = 1.40<br />

pH = 14 – pOH = 14 – 1.40<br />

pH = 12.60<br />

สารละลายกรดไฮโดรคลอริกมีค่า pH เท่ากับ 3 และ<br />

สารละลายแบเรียมไฮดรอกไซด์มีค่า pH เท่ากับ 12.60<br />

2. การแตกตัวของกรดและเบสอ่อน กรดและเบสอ่อนเป็นสารที ่แตกตัวไม่หมด การแตกตัวของกรดและ<br />

เบสอ่อนเป็นการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับได้ และมีภาวะสมดุล โดยการแตกตัวของกรดและเบสอ่อนจะ<br />

บอกเป็นร้อยละของการแตกตัว และบอกเป็นค่าคงที ่สมดุลของกรดและเบส แทนค่าด้วย K a และ K b ตามล าดับ<br />

ตัวอย่างที่ 3.3 สารละลายแอมโมเนีย (NH 3 ) เข้มข้น 0.01 โมลต่อลิตร แตกตัวเป็นไอออนได้ร้อยละ 2.0 จงค านวณ<br />

ค่าคงที ่สมดุลของเบสหรือ K b ของแอมโมเนีย<br />

เขียนสมการการแตกตัวของสารละลายโซเดียมได้ดังนี<br />

NH 3 + H 2 O NH 4<br />

+<br />

+ OH -<br />

สัญลักษณ์ลูกศรไปและลูกศรกลับ หมายถึงปฏิกิริยาที ่สามารถเกิดได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและ<br />

ทิศทางย้อนกลับ<br />

สารละลายแตกตัวร้อยละ 2.0 ดังนั้น [NH + 4 ] = [OH - ] = 2.0 0.01<br />

100<br />

= 2.0 10 -4 โมลต่อลิตร<br />

และยังมี [NH 3 ] ที ่เหลืออีก = 0.01 – (2.0 10 -4 )<br />

0.01<br />

1 10 -2 โมลต่อลิตร<br />

ค่า K b หาได้จาก = [NH + 4 ] [OH - ]<br />

[NH 3 ]<br />

แทนค่า K b = (2.0 10 -4 ) (2.0 10 -4 )<br />

(1 10 -2 )<br />

= 4 10 -6<br />

ตอบ ค่า K b ของ NH 3 มีค่าเท่ากับ 4 10 -6 โมลต่อลิตร


้<br />

่<br />

3-54 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ปฏิกิริยากรดและเบส<br />

การท าปฏิกิริยาส่วนใหญ่จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นเกลือและน ้าหรือเรียกว่า ปฏิกิริยาสะเทิน (neutralization<br />

reaction) หรือบางชนิดเกิดเกลือเพียงอย่างเดียว ส าหรับปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสในสารละลายน ้าจะท าให้<br />

สารละลายที ่ได้แสดงสมบัติเป็นกรด เบส หรือกลางซึ ่งพิจารณาได้ 2 กรณี<br />

1) กรณีที ่มีกรดหรือเบสเหลืออยู่ในสารละลาย ถ้ากรดเหลืออยู่สารละลายจะแสดงสมบัติเป็นกรด<br />

ถ้ามีเบสเหลืออยู่ สารละลายก็จะแสดงสมบัติเป็นเบส<br />

2) กรดกับเบสท าปฏิกิริยากันหมดพอดี ได้เกลือกับน ้า สารละลายของเกลือที ่ได้จากปฏิกิริยา จะแสดง<br />

สมบัติเป็นกรด เบส หรือกลาง ขึ ้นอยู่กับชนิดของเกลือนั้นว่ามาจากกรดและเบสประเภทใด ทั้งนี ้เพราะเกลือแต่ละ<br />

ชนิดจะเกิดการแตกตัวและท าปฏิกิริยากับน ้า เรียกว่า ไฮโดรไลซิส (hydrolysis) ซึ ่งท าให้สารละลายแสดงสมบัติกรด<br />

หรือเบสต่างกัน<br />

การเกิดปฏิกิริยากรดและเบสแบ่งได้ ดังนี ้<br />

1. ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสแก่ เนื ่องจากกรดแก่และเบสแก่แตกตัวได้หมดร้อยละ 100 ปฏิกิริยาที<br />

เกิดขึ ้นจึงเหมือนกับการเกิดพันธะไอออนิก เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่ (ไฮโดรคลอริก, HCl) และเบสแก่<br />

(โซเดียมไฮดรอกไซด์, NaCl) ดังนี<br />

HCl (aq) + NaOH (aq)<br />

NaCl (aq) + H 2 O (l)<br />

เกลือ น ้า<br />

สารละลายโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ที ่เกิดขึ ้น คือเกลือที ่มีองค์ประกอบเป็นไอออนบวกจากเบสแก่ และ<br />

ไอออนลบจากกรดอ่อน ท าปฏิกิริยากันพอดี ท าให้สมบัติของสารละลายเป็นกลางมี pH = 7<br />

2. ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสอ่อน เบสอ่อนแตกตัวได้เพียงเล็กน้อยในสารละลาย เช่น ปฏิกิริยา<br />

ระหว่างกรดแก่ (ไฮโดรคลอริก, HCl) กับเบสอ่อน (แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์, NH 4 OH) ดังนี ้<br />

HCl (aq) + NH 4 OH (aq)<br />

NH 4 Cl (aq) + H 2 O (l)<br />

เกลือ น ้า<br />

สารละลายแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH 4 Cl) ที ่เกิดขึ ้น คือเกลือที ่มีองค์ประกอบเป็นไอออนบวกจากเบสอ่อน<br />

และไอออนลบจากกรดแก่ ไอออนบวกจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส เหลือไอออนลบจากกรดแก่ สมบัติของ<br />

สารละลายที ่ได้จึงเป็นกรด<br />

3. ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่ กรดอ่อนแตกตัวได้เพียงเล็กน้อยในสารละลาย เช่น ปฏิกิริยา<br />

ระหว่างกรดอ่อน (กรดแอซิติกหรือกรดน ้าส้ม, CH 3 COOH) กับเบสแก่ (โซเดียมไฮดรอกไซด์, NaOH) ดังนี ้<br />

CH 3 COOH (aq) + NaOH (aq)<br />

CH 3 COONa (aq) + H 2 O (l)<br />

เกลือ น ้า


่<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-55<br />

สารละลายโซเดียมแอซิเตต (CH 3 COONa) ที ่เกิดขึ ้น คือเกลือที ่มีองค์ประกอบเป็นไอออนบวกจากเบสแก่<br />

และไอออนลบจากกรดอ่อน ไอออนลบจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส เหลือไอออนบวกจากเบสแก่ สมบัติของ<br />

สารละลายที ่ได้จึงเป็นเบส<br />

4. ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสอ่อน กรดอ่อนและเบสอ่อนแตกตัวได้เพียงเล็กน้อยในสารละลาย เช่น<br />

เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อน (ไฮโดรเจนไซยาไนด์, HCN) กับเบสอ่อน (แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์, NH 4 OH) ดังนี ้<br />

HCN (aq) + NH 4 OH (aq)<br />

NH 4 CN (aq) + H 2 O (l)<br />

เกลือ น ้า<br />

สารละลายแอมโมเนียมไซยาไนด์ (NH 4 CN) ที ่เกิดขึ ้น คือเกลือที ่มีองค์ประกอบเป็นไอออนบวกจากเบส<br />

อ่อน และไอออนลบจากกรดอ่อน ทั้งไอออนบวกและไอออนลบจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส สมบัติของสารละลายที<br />

ได้จึงขึ ้นกับค่า K a และ K b ของสารละลาย<br />

นอกจากนี ้การเกิดปฏิกิริยาระหว่างสารละลายกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อน หรือสารละลายเบสอ่อนกับ<br />

เกลือของเบสอ่อน จะได้สารละลายที ่เรียกว่า บัฟเฟอร์ ซึ ่งเป็นสารละลายที ่มีสมบัติพิเศษคือ การควบคุม pH ของ<br />

สารละลายไว้เกือบคงที ่ เมื ่อเติมกรดหรือเบสลงไปเพียงเล็กน้อย ที ่เป็นเช่นนี ้เพราะในสารละลายบัฟเฟอร์จะมีสาร<br />

หรือไอออนที ่ท าหน้าที ่คอยควบคุมความเข้มข้นของ H 3 O + และ OH - ในระบบให้คงที ่ สารละลายบัฟเฟอร์ใน<br />

ชีวิตประจ าวันเช่น คู่บัฟเฟอร์ฟอสเฟต H 2 PO - 2-<br />

4 /HPO 4 ท าหน้าที ่ควบคุม pH ของเลือดให้อยู่ในระดับ 7.3-7.4<br />

เป็นต้น<br />

กิจกรรม 3.3.1<br />

1. ปฏิกิริยาต่อไปนี ้ สารตั ้งต้นใดท าหน้าที่เป็ นกรดและเบสตามทฤษฎีของลิวอิส<br />

ก. NH 3 (aq) + HCl(aq) NH 4 Cl(aq)<br />

ข. HCl(aq) + H 2 O(aq) H 3 O+(aq) + Cl - (aq)<br />

2. จงค านวณหา pH ของสารละลาย HBr มีความเข้มข้น 2.5 10 -3 โมลต่อลิตร<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.3.1<br />

1. ก. NH 3 เป็ นกรด เนื่องจากเป็ นสารที่ให้โปรตอน (H + )<br />

HCl เป็ นเบส เนื่องจากเป็ นสารที่รับโปรตอน (H + )<br />

ข. HCl เป็ นกรด เนื่องจากเป็ นสารที่ให้โปรตอน (H + )<br />

H 2 O เป็ นเบส เนื่องจากเป็ นสารที่รับโปรตอน (H + )<br />

2. เนื่องจากสารละลายกรดไฮโดรโบรมิกเป็ นกรดแก่แตกตัวร้อยละ 100 เขียนสมการได้ดังนี ้<br />

HBr (aq)<br />

H 3 O + (aq) + Br - (aq)


้<br />

้<br />

3-56 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

กรดแก่แตกตัวร้อยละ 100 จึงแตกตัวให้ความเข้มข้นของ H 3 O + และ Cl - เท่ากับ 2.5 10 -3 mol/dm 3<br />

หา pH ของสารละลายจากสูตร pH = - log [H 3 O + ]<br />

แทนค่า [H 3 O + ] ได้ pH = - log [2.5 × 10 -3 ] = 2.6 ตอบ<br />

เรื่องที่ 3.3.2<br />

เคมีไฟฟ้ า<br />

เคมีไฟฟ้าเป็นการศึกษาปฏิกิริยาเคมีที ่ท าให้เกิดกระแสไฟฟ้า โดยปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้นเกิดจากการถ่ายโอน<br />

อิเล็กตรอนจากสารหนึ ่งไปยังอีกสารหนึ ่ง ซึ ่งจะมีการเปลี ่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน เรียกปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้นว่า ปฏิกิริยา<br />

รีดอกซ์ (redox reaction)<br />

ปฏิกิริยารีดอกซ์<br />

ปฏิกิริยารีดอกซ์ คือ ปฏิกิริยาที ่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างตัวให้อิเล็กตรอนและตัวรับอิเล็กตรอน<br />

ท าให้ประจุของอะตอมหรือไอออนหรือเรียกว่าเลขออกซิเดชันมีการเปลี ่ยนแปลง โดยปฏิกิริยารีดอกซ์จะประกอบด้วย<br />

2 ปฏิกิริยาย่อย คือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation Reaction) และ ปฏิกิริยารีดักชัน (reduction Reaction)<br />

1. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน คือ ปฏิกิริยาที ่มีการให้อิเล็กตรอน สารที ่ท าหน้าที ่ให้อิเล็กตรอนเรียกว่า ตัวรีดิวซ์<br />

ผลคือ เลขออกซิเดชันจะมีค่าเพิ ่มขึ ้น ครึ ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเขียนได้ดังนี<br />

ตัวรีดิวซ์ ผลิตภัณฑ์ + อิล็กตรอน<br />

ตัวอย่าง เช่น Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e -<br />

Mg (s) Mg 2+ (aq) + 2e -<br />

2. ปฏิกิริยารีดักชัน คือ ปฏิกิริยาที ่มีการรับอิเล็กตรอน สารที ่ท าหน้าที ่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า ตัวรี-<br />

ออกซิไดซ์ ผลคือ เลขออกซิเดชันจะมีค่าลดลง ครึ ่งปฏิกิริยารีดักชันชันเขียนได้ดังนี<br />

ตัวออกซิไดซ์ + อิเล็กตรอน<br />

ผลิตภัณฑ์<br />

ตัวอย่าง เช่น Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s)<br />

2Cl - (aq) + 2e -<br />

Cl 2 (aq)<br />

เมื ่อรวมครึ ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันเข้าด้วยกัน ด้วยการให้และรับอิเล็กตรอนเท่าๆ กัน<br />

จะได้ปฏิกิริยารีดอกซ์ ดังนี ้


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-57<br />

ตัวออกซิไดซ์ + ตัวรีดิวซ์ ผลิตภัณฑ์<br />

ตัวอย่าง เช่น Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s)<br />

Mg (s) + 2HCl (aq)<br />

MgCl 2 (aq) + H 2 (g)<br />

การเกิดปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายจะเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือไม่นั้นขึ ้นอยู่กับชนิดของโลหะที ่จุ ่มและ<br />

ไอออนของสารละลายด้วย เช่น เมื ่อจุ ่มแท่งโลหะทองแดง (Cu) กับสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO 3 ) เกิดโลหะ<br />

เงินมาเกาะที ่แผ่นโลหะทองแดง เมื ่อน ามาเคาะพบว่าโลหะทองแดงเกิดการสึกกร่อน ส่วนสีของสารละลาย AgNO 3<br />

เปลี ่ยนจากใสไม่มีสีเป็นสีฟ้า ปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้น คือ<br />

0 +1 +2 0<br />

Cu(s) + 2Ag + (aq)<br />

เลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น<br />

เลขออกซิเดชันลดลง<br />

Cu 2+ (aq) + 2Ag(s)<br />

ตัวเลขที ่อยู่ด้านบนเป็นเลขออกซิเดชันของแต่ละธาตุ ซึ ่งจะเห็นว่ามีการเพิ ่มขึ ้นของเลขออกซิเดชันของ Cu<br />

จาก 0 ไปเป็น +2 และมีการลดลงของเลขออกซิเดชั่นของ Ag + จาก +1 ไปเป็น 0 ซึ ่งเขียนครึ ่งเซลล์ปฏิกิริยาได้ดังนี<br />

Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2e - Cu ให้อิเล็กตรอน<br />

2Ag + (aq) + 2e - 2Ag(s) Ag + รับอิเล็กตรอน<br />

ปฏิกิริยารวมคือ Cu(s) + 2Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2Ag(s)<br />

หลักในการพิจารณาว่าปฏิกิริยาใดเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ นอกจากพิจารณาจากเลขออกซิเดชันที ่เปลี ่ยนแปลง<br />

ไปแล้วยังพิจารณาได้จากลักษณะของปฏิกิริยาด้วย โดย<br />

1. ปฏิกิริยาที ่มีธาตุอิสระอยู่ในปฏิกิริยา เช่น 2Na + Cl 2 NaCl<br />

2. ปฏิกิริยาที ่มีอัตราส่วนของธาตุในสารประกอบเปลี ่ยนแปลง เช่น SO 2 + NO 2 SO 3 + NO<br />

3. ปฏิกิริยาเคมีที ่เกิดในเซลล์ไฟฟ้าเคมีทุกชนิด<br />

4. ปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมในร่างกาย<br />

5. ปฏิกิริยาที ่มีธาตุทรานสิชั่นร่วมอยู่ด้วย<br />

เซลล์ไฟฟ้ า<br />

เซลล์ไฟฟ้ า คือ อุปกรณ์ที ่ต่อครบวงจรแล้วสามารถผลิตกระแสไฟฟ้ าได้ โดยอาศัยหลักการให้และรับ<br />

อิเล็กตรอนหรือการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ภายในเซลล์ สามารถแบ่งเซลล์ไฟฟ้าออกเป็น 2 ชนิด คือ เซลล์แกลวานิก<br />

(galvanic cell) และเซลล์อิเล็กโทรไลต์ (electrolyte cell)


้<br />

่<br />

3-58 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

1. เซลล์แกลวานิก หรือเรียกว่า เซลล์โวลทาอิก (Voltaic cell) เป็นเซลล์ไฟฟ้าที ่ท าหน้าที ่เปลี ่ยนพลังงาน<br />

เคมีไปเป็นพลังงานไฟฟ้า เป็นเซลล์ที ่ผลิตไฟฟ้าด้วยปฏิกิริยารีดอกซ์ที ่เกิดขึ ้นได้เอง องค์ประกอบของเซลล์แกลวานิก<br />

ประกอบด้วย 2 ครึ ่งเซลล์ที ่แตกต่างกัน มาต่อกันเป็นเซลล์เดียว ดังแสดงภาพที ่ 3.33 ซึ ่งจะเห็นว่าครึ ่งเซลล์ทางซ้าย<br />

เป็นการน าโลหะสังกะสีมาจุ ่มลงในสารละลายไอออนที ่มีโลหะสังกะสีอยู่ (ZnSO 4 ) ส่วนครึ ่งเซลล์ทางขวาเป็น<br />

โลหะทองแดงจุ ่มลงในสารละลายไอออนที ่มีโลหะทองแดงอยู่ (CuSO 4 ) สองเซลล์นี ้เชื ่อมต่อกันด้วยสะพานไอออน<br />

และลวดตัวน า โดยสะพานไอออนท าหน้าที ่เชื ่อมระหว่างสารละลายหนึ ่งไปหาสารละลายหนึ ่ง เพื ่อรักษาสมดุลระหว่าง<br />

ไอออนบวกและไออนลบในแต่ละครึ ่งเซลล์ให้คงที ่ ส่วนใหญ่เป็นสารละลายเกลือของหมู ่ 1 และหมู ่ 2 เช่น KNO 3<br />

NH 4 NO 3 KCl NH 4 Cl K 2 SO 4 เป็นต้น ส่วนการเชื ่อมเซลล์โดยใช้ลวดนั้นเพื ่อให้ลวดเป็นตัวเชื ่อมระหว่างอีกขั้วโลหะ<br />

หนึ ่งไปยังขั้วโลหะหนึ ่ง และต่อเข้ากับโวลต์มิเตอร์ เพื ่อบอกทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน โดยเข็มจะเบนไปในทางที<br />

อิเล็กตรอนไหล จากภาพที ่ 3.33 จะเห็นว่าเข็มของโวลล์มิเตอร์เบนไปทางขวา แสดงว่าอิเล็กตรอนไหลจากฝั่งโลหะ<br />

สังกะสีไปยังฝั่งโลหะทองแดง แสดงว่าโลหะสังกะสีท าหน้าที ่ให้อิเล็กตรอน และเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ส่วน<br />

โลหะทองแดงจะท าหน้าที ่รับอิเล็กตรอน และเกิดเป็นปฏิกิริยารีดักชัน แท่งโลหะสังกะสีและทองแดงในเซลล์ เรียกว่า<br />

อิเล็กโทรด (electrode) ด้านอิเล็กโทรดที ่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า แอโนด (anode) เป็นขั้วลบ และด้าน<br />

อิเล็กโทรดที ่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกว่า แคโทด (cathode) เป็นขั้วบวก<br />

ตัวอย่างเซลล์แกลวานิกดังแสดงในภาพที ่ 3.33<br />

ภาพที่ 3.33 ตัวอย่างเซลล์แกลวานิก<br />

ปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้นเป็นดังนี<br />

ขั้วแอโนด Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e -<br />

ขั้วแคโทด Cu 2+ (aq) + 2e - Cu(s)<br />

ปฎิกิริยารีดอกซ์ Zn(s) + Cu 2+ Zn 2+ (aq) + Cu(s)<br />

จากปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้นพบว่าสังกะสีหรือด้านแอโนดจะกร่อนลงเนื ่องจากมีการให้อิเล็กตรอนไปยังอีกด้าน<br />

หนึ ่ง ส่วนทองแดงหรือด้านแคโทดจะมีโลหะมาเกาะที ่ปลายทองแดง การไหลของอิเล็กตรอนเกิดขึ ้นอย่างต่อเนื ่อง<br />

ท าให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหล โดยกระแสไฟฟ้าจะไหลในทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน


้<br />

้<br />

้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-59<br />

รูปแบบในการแสดงเซลล์แกลวานิก อาจแสดงเป็นแผนภาพเซลล์ ซึ ่งมีการหลักมาตรฐานในการเขียนดังนี<br />

1) เขียนครึ ่งเซลล์ออกซิเดชันไว้ทางซ้าย และครึ ่งเซลล์รีดักชั่นไว้ทางขวา คั่นกลางด้วยสะพานไอออน<br />

ซึ ่งใช้เครื ่องหมาย || หรือ //<br />

2) ใช้เครื ่องหมาย / คั่นระหว่างขั้วไฟฟ้ากับไอออน เช่น Zn(s)/Zn 2+ (aq)<br />

3) ถ้าสารละลายที ่เป็นแก๊สจ าเป็นต้องต่อกับขั้วไฟฟ้าเฉื ่อยให้ใช้เครื ่องหมาย / คั่น ระหว่างโลหะกับ<br />

แก๊ส เช่น Pt(s)/H 2 (g)/H + (aq)<br />

4) สารละลายที ่ทราบความเข้มข้นให้เขียนระบุไว้ในวงเล็บ เช่น Zn(s)/Zn 2+ (1 mol/dm 3 )<br />

5) ครึ ่งเซลล์ที ่เป็นแก๊สให้ระบุความดันลงในวงเล็บด้วย เช่น Pt(s)/H 2 (1 atm)/H + (1 mol/dm 3 )<br />

เมื ่อ 1atm หมายถึง ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure หรือ standard atmosphere) หมายถึง<br />

ความดันบรรยากาศโดยเฉลี ่ย บนผิวโลก วัดที ่ระดับน ้าทะเล มีค่าเท่ากับ 760 mmHg<br />

ตัวอย่างในการเขียนแผนภาพเซลล์ เป็นดังนี<br />

ให้ปฏิกิริยารีดอกซ์ที ่เกิดขึ ้นเป็นดังสมการ A(s) + B + (aq) A + (aq) + B(s)<br />

แผนภาพเซลล์ไฟฟ้าที ่เขียนได้คือ A(s) | A + (aq) // B + (aq) | B(s)<br />

(ครึ ่งเซลล์ออกซิเดชัน) (ครึ ่งเซลล์รีดักชัน)<br />

ดังนั้นจากปฏิกิริยารีดอกซ์ของภาพที ่ 3.32 จะเขียนแผนภาพแสดงเซลล์แกลวานิกได้ดังนี<br />

Zn(s)/Zn 2+ (aq) // Cu 2+ (aq)/Cu(s)<br />

บางกรณีที ่มีครึ ่งเซลล์ประกอบด้วยอโลหะหรือไอออนที ่ไม่น าไฟฟ้า เช่น มีแก๊สไฮโดรเจน (H 2 ) อยู่ร่วมกับ<br />

H + หรือแก๊ส Cl 2 อยู่ร่วมกับ Cl - เป็นต้น กรณีนี ้มักใช้ขั้วเฉื ่อยเป็นขั้วไฟฟ้า เช่น แพลทินัม (Pt) หรือแกรไฟต์ (C)<br />

ตัวอย่างเช่นในภาพที ่ 3.34 แผนภาพแสดงเซลล์แกลวานิก คือ<br />

Zn(s)/Zn 2+ (aq)//H + (aq)/H 2 (g)/Pt(s)<br />

หรือ Zn(s)/Zn 2+ (1 mol/dm 3 )/ /H + (1 mol/dm 3 )/H 2 (1atm)/Pt(s)<br />

ภาพที่ 3.34 เซลล์แกลวานิกที่ประกอบด้วยครึ่งเซลล์สังกะสีกับครึ่งเซลล์ไฮโดรเจน


3-60 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ในการน าครึ ่งเซลล์ 2 ครึ ่งเซลล์มาต่อกันนั้นจะเกิดการเคลื ่อนที ่ของอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรดหนึ ่งไปยัง<br />

อิเล็กโทรดหนึ ่ง แสดงว่ามีความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรด เรียกว่า ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ มีหน่วยเป็นโวลต์ ได้มา<br />

จากศักย์ไฟฟ้าครึ ่งเซลล์แคโทดลบด้วยศักย์ไฟฟ้าครึ ่งเซลล์แอโนด ซึ ่งเขียนแทนด้วย<br />

E 0 เซลล์ = E 0 แคโทด - E 0 แอโนด<br />

…(3.6)<br />

ค่าศักย์ไฟฟ้าเป็นค่าที ่แสดงให้ทราบถึงความสามารถในการแย่งชิงอิเล็กตรอน โดยการวัดศักย์ไฟฟ้าครึ ่ง<br />

เซลล์จะต้องวัดเทียบกับศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานนั่นคือ ครึ ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน หรือ ขั้วไฟฟ้าไฮโดรเจนมาตรฐาน<br />

หรือเอสเอชอี (Standard Hydrogen Electrode: SHE) ดังแสดงภาพที ่ 3.35 ความสามารถในการให้และรับอิเล็ก-<br />

ตรอนของครึ ่งเซลล์มาตรฐานไฮโดรเจนมีค่าเท่ากับ 0.00 โวลต์ เมื ่อต้องการทราบครึ ่งเซลล์มาตรฐานใดก็น ามาวัดค่า<br />

ได้โดยน าครึ ่งเซลล์นั้นมาต่อกับครึ ่งเซลล์เอสเอชอี ค่าที ่ได้จะมีทั้งค่าบวกและลบดังตารางที ่ 3.10<br />

ภาพที่ 3.35 ครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน หรือขั ้วไฟฟ้ าไฮโดรเจนมาตรฐาน


เคมีพื ้นฐาน 3-61<br />

ตารางที่ 3.10 ตารางแสดงค่าครึ่งเซลล์มาตรฐานที่ 25 องศาเซียลเซียส<br />

ศักย์ไฟฟ้ ารีดักชันมาตรฐานที่ 25 องศาเซียลเซส<br />

ศักย์ไฟฟ้ าครึ่งเซลล์รีดักชัน ศักย์ไฟฟ้ า (โวลต์)


3-62 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ตัวอย่างที่ 3.4 เมื ่อต่อครึ ่งเซลล์สังกะสีกับครึ ่งเซลล์ไฮโดรเจน โดยมีโวลต์มิเตอร์ต่ออยู่ด้วยเป็นแกลวานิก เข็มของ<br />

โวลต์มิเตอร์จะชี ้ไปยังขั้ว Pt ที ่ผ่านด้วย H 2 (g) นั่นแสดงว่า<br />

ขั้ว Zn ให้อิเล็กตรอนเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เป็นขั้วแอโนด<br />

ขั้ว Pt(H 2 ) รับอิเล็กตรอนเกิดปฏิกิริยารีดักชัน เป็นขั้วแคโทด<br />

และอ่านค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ได้เท่ากับ 0.763 โวลต์ ดังแสดงในภาพ<br />

จงหาศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ ่งเซลล์สังกะสีและเขียนแผนภาพของเซลล์สังกะสีต่อกับครึ ่งเซลล์ไฮโดรเจน<br />

มาตรฐาน<br />

วิธีท า เนื ่องจากครึ ่งเซลล์ไฮโดรเจนเป็นมาตรฐานในการเปรียบเทียบหาค่าศักย์ไฟฟ้าของครึ ่งเซลล์สังกะสี<br />

จึงให้ E 0 H + = 0.00 โวลต์<br />

จากสมการที ่ 1 E 0 เซลล์ = E 0 แคโทด - E 0 แอโนด<br />

แทนค่า 0.763 = 0.00 - E 0 Zn2+<br />

E 0 Zn 2+ = -0.763 โวลต์<br />

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ ่งเซลล์สังกะสีเท่ากับ -0.763 โวลต์ ค่านี ้เรียกว่า ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ ่ง<br />

เซลล์รีดักชัน (E 0 Zn 2+ ) นั่นคือ<br />

Zn 2+ (aq) + 2e - Zn(s) E 0 = -0.763 โวลต์<br />

แผนภาพของเซลล์สักกะสี-ไฮโดรเจนมาตรฐานคือ<br />

Zn (s) / Zn 2+ (1 mol/dm 3 ) // H + ( 1 mol/dm 3 ) / H 2 (g , 1 atm )/Pt (s)<br />

เซลล์แกลวานิก แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เซลล์ปฐมภูมิ (primary galvanic cell) และเซลล์ทุติยภูมิ<br />

(secondary galvanic cell)


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-63<br />

1) เซลล์ปฐมภูมิ คือ เซลล์ที ่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมีแล้ว ไม่สามารถท าให้กลับไปสู่สภาพ<br />

เดิมได้อีก หรือไม่สามารถอัดไฟใหม่ได้ เมื ่อใช้ไฟไปนานๆ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วลดลงจนในที ่สุดจะเสื ่อมสภาพ<br />

กระแสไฟฟ้าจะหยุดไหล เซลล์ประเภทนี ้ได้แก่ เซลล์ไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท และเซลล์เงิน เป็นต้น<br />

ตัวอย่างการเกิดเซลล์ปฐมภูมิของถ่านไฟฉายดังแสดงในภาพที ่ 3.36<br />

ภาพที่ 3.36 เซลล์ของถ่านไฟฉาย<br />

จากภาพที ่ 3.36 เป็นเซลล์ของถ่านไฟฉายหรือเรียกอีกอย่างว่าเซลล์แห้ง (dry cell) ประกอบด้วยสังกะสี<br />

เป็นขั้วแอโนดหรือขั้วลบ และมีแท่งคาร์บอนอยู่ตรงกลางเป็นขั้วแคโทดหรือขั้วบวก มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์อยู่ใน<br />

เซลล์คือ แอมโมเนียมคลอไรด์ (NH 4 Cl) ซิงค์คลอไรด์ (ZnCl 2 ) ผงแมงกานีสออกไซด์ (MnO 2 ) ผงคาร์บอน น ้า<br />

และกาว ซึ ่งปฏิกิริยาที ่เกิด เป็นดังนี<br />

ที ่ขั้วแอโนด (เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน) Zn Zn 2+ + 2e -<br />

+<br />

ที ่ขั้วแคโทด (เกิดปฏิกิริยารีดักชัน) 2MnO 2 + 2NH 4 + 2 e - Mn 2 O 3 + H 2 O + 2NH 3<br />

+<br />

รวมปฏิกิริยารีดอกซ์ได้เป็น Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Zn 2 + + Mn 2 O 3 + H 2 O + 2NH 3<br />

Zn 2+ รวมกับ NH 2 เกิดสารประกอบเชิงซ้อน [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ และ [Zn(NH 3 ) 2 (H 2 O)] 2+ ] เพื ่อรักษาความ<br />

เข้มข้นของ Zn 2+ และ NH 3 เซลล์ชนิดนี ้มีแรงเคลื ่อนไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ เมื ่อใช้ถ่านไฟฉายไปนานๆ ความต่าง<br />

ศักย์ระหว่างขั้วจะลดลงหรือเรียกว่าถ่านหมด ถ่านไฟฉายที ่เสื ่อมสภาพจะมีลักษณะบวมและมีของเหลวไหลออกมา<br />

เนื ่องจากในปฏิกิริยาในการจ่ายไฟมีน ้าออกมาด้วย<br />

ส าหรับถ่านชนิดอื ่น จะมีหลักการคล้ายกับถ่านไฟฉายจะต่างกันที ่ขั้วแอโนด และสารละลายอิเล็กโทร-<br />

ไลต์ ตัวอย่าง เช่น ถ่านแอลคาไลน์จะใช้แกรไฟต์เป็นขั้วแอโนด และใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายเบส<br />

เมื ่อจ่ายกระแสไฟฟ้าไปที ่ขั้วแคโทดจะเกิดไฮดรอกไซด์ไออน (OH - ) ที ่สามารถน ากลับมาใช้ที ่ขั้วแอโนดได้อีก ท าให้มี<br />

อายุการใช้งานนานกว่าถ่านไฟฉาย เป็นต้น


้<br />

3-64 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

2) เซลล์ทุติยภูมิ คือ เซลล์ที ่ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมีแล้วสามารถท ากลับให้อยู่ในสภาพ<br />

เดิมได้อีกโดยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางตรงกันข้ามกับการจ่ายไฟ (discharge) หรือเรียกว่าการอัดไฟใหม่<br />

วิธีการนี ้เป็นการให้ประจุใหม่แก่เซลล์ เซลล์ชนิดนี ้ได้แก่ แบตเตอรี ่ตะกั่ว-กรด แบตเตอรี ่แบบนิกเกิล-แคดเมียม<br />

เป็นต้น ตัวอย่างการเกิดเซลล์ทุติยภูมิของแบตเตอรี ่ตะกั่ว-กรด ดังแสดงในภาพที ่ 3.37<br />

ภาพที่ 3.37 แบบจ าลองเซลล์แบตเตอรี่<br />

จากภาพที ่ 3.37 เป็นเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วหรือแบตเตอรี ่ตะกั่ว-กรด หรือที ่เรียกกันโดยทั่วไปว่า<br />

แบตเตอรี ่ เป็นเซลล์ที ่นิยมใช้กันมากในรถยนต์ เซลล์นี ้ประกอบด้วยขั้วตะกั่วเหมือนกัน 2 ขั้ว จุ ่มอยู่ในสารละลาย<br />

กรดซัลฟูริก (H 2 SO 4 ) ก่อนน ามาใช้ต้องน าไปอัดไฟก่อนจึงจะจ่ายไฟได้ และเมื ่อจ่ายไฟหมดแล้วสามารถน าไปอัดไฟ<br />

ใหม่ได้อีกเซลล์ใหม่ 1 เซลล์มีความต่างศักย์ 2 โวลต์ โดยการอัดไฟครั้งแรกมีลักษณะเป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เพราะ<br />

ต้องใช้พลังงานจากภายนอกใส่เข้าไปก่อน<br />

การอัดไฟครั้งแรก มีการเปลี ่ยนแปลงดังนี<br />

ที ่ขั้วแอโนด 2H 2 O(l) + O 2 (g) 4H + (aq) + 4e -<br />

Pb (s) + O 2 (g) PbO 2 (s)<br />

รวมปฏิกิริยา Pb(s) + 2H 2 O(l) PbO 2 (s) + 4H + (aq) + 4e -<br />

ที ่ขั้วแคโทด 2H + (aq) + 2 e - H 2 (g)<br />

ดังนั้นในการประจุไฟครั้งแรกขั้วตะกั่ว A ท าปฏิกิริยากับออกซิเจน (O 2 ) แล้วขั้วตะกั่วกลายเป็นตะกั่ว<br />

ออกไซด์ (PbO 2 ) ขณะที ่ขั้วตะกั่ว B เกิดก๊าซ H 2 ส่วนขั้วไม่เปลี ่ยนแปลง<br />

การจ่ายไฟ มีลักษณะเป็นเซลล์แกลวานิก เมื ่อน าเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วไปต่อวงจรเพื ่อใช้งาน<br />

พบว่าเข็มของโวลต์มิเตอร์เบนจากขั้ว B เข้าหาขั้ว A ซึ ่งเปลี ่ยนเป็นตะกั่วออกไซด์ (PbO 2 ) ขณะจ่ายไฟที ่ขั้ว A<br />

และ B จะมีสารสีขาวซึ ่งไม่ละลายน ้าคือตะกั่วซัลเฟต (PbSO 4 ) เกิดขึ ้นอย่างต่อเนื ่อง ท าให้เกิดความเข้มข้นของ<br />

กรดซัลฟุริก (H 2 SO 4 ) ลดลง ในที ่สุดเมื ่อขั้วไฟฟ้าทั้งสองกลายเป็น PbSO 4 เหมือนกัน ศักย์ไฟฟ้าทั้งสองขั้วจึงเท่ากัน<br />

และไม่สามารถจ่ายไฟได้อีก


่<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-65<br />

การประจุไฟครั้งที่ 2 เมื ่อจ่ายไฟหมดจะน าเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วไปประจุไฟอีกครั้ง โดยต่อ<br />

ขั้วลบของเครื ่องก าเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเข้ากับขั้ว B และต่อขั้วบวกเข้ากับขั้ว A จะเกิดปฏิกิริยาในทิศทางตรงกัน<br />

ข้ามกับการจ่ายไฟ เมื ่อท าการประจุไฟที ่ขั้ว A จะกลายเป็น PbO 2 ส่วนขั้ว B กลายเป็น Pb และมีกรด H 2 SO 4<br />

เกิดขึ ้นใหม่ ท าให้เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วมีลักษณะเหมือนก่อนหมดไฟ จึงจ่ายไฟได้อีกครั้ง ถึงแม้ว่าเซลล์สะสม<br />

ไฟฟ้าแบบตะกั่วจะมีการอัดไฟใหม่ได้ แต่การอัดไฟบ่อยๆ ท าให้สภาพของขั้วกร่อนลงเรื ่อยๆ จึงเกิดการเสื ่อมสภาพ<br />

ของขั้วท าให้แบตเตอรี ่เสื ่อมสภาพ ไม่สามารถน ามาใช้งานได้อีก<br />

2. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที ่มีการเปลี ่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี โดยการจ่าย<br />

กระแสไฟฟ้าตรงเข้าไปแล้วเกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกกระบวนการที ่ใช้กระแสไฟฟ้านี ้ว่า กระบวนการอิเล็กโทรไลซิส<br />

(electrolysis process) ดังนั้นการเกิดเซลล์อิเล็กโทรไลต์ต้องประกอบด้วยส่วนส าคัญ คือ แหล่งก าเนิดไฟฟ้ า<br />

กระแสตรง สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ซึ ่งเป็นสารที ่มีสถานะเป็นของเหลวประกอบด้วยไอออนที ่เคลื ่อนที ่ และน าไฟฟ้า<br />

ได้ และขั้วไฟฟ้ าซึ ่งประกอบด้วยขั้วแอโนดในที ่นี ้จะเป็นขั้วบวกที ่ต่อเข้ากับขั้วบวกของแหล่งก าเนิดไฟฟ้ า จะเกิด<br />

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน และขั้วแคโทดในที ่นี ้เป็นขั้วลบที ่ต่อเข้ากับขั้วลบของแหล่งก าเนิดไฟฟ้า จะเกิดปฏิกิริยารีดักชัน<br />

กล่าวคือ ไอออนบวกในสารละลายจะมารับอิเล็กตรอนที ่ขั้วนี ้ ลักษณะการเกิดเซลล์อิเล็กโทรไลต์ดังแสดงในภาพที<br />

3.38<br />

ภาพที่ 3.38 ตัวอย่างการเกิดเซลล์อิเล็กโทรไลต์<br />

เซลล์แกลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรไลต์ มีความคล้ายคลึงและความแตกต่างกัน ซึ ่งเปรียบเทียบกันได้ดัง<br />

ตารางที ่ 3.11


้<br />

3-66 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

ตารางที่ 3.11 แสดงการเปรียบเทียบเซลล์แกลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรไลต์<br />

เซลล์แกลวานิก<br />

1. เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที ่เปลียนพลังงานเคมีให้ เป็น<br />

พลังงานไฟฟ้า<br />

2. ขั้วแอโนด เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน<br />

3. ขั้วแคโทด เกิดปฏิกิริยารีดักชัน<br />

4. ขั้วลบ เป็นขั้วที ่อิเล็กตรอนไหลออก<br />

5. ขั้วบวก เป็นขั้วที ่อิเล็กตรอนไหลเข้า<br />

6. ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เป็นบวก<br />

7. ปฏิกิริยาเกิดขึ ้นได้ เอง<br />

เซลล์อิเล็กโทรไลต์<br />

1. เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที ่เปลี ่ยนพลังงานไฟฟ้าให้ เป็น<br />

พลังงานเคมี<br />

2. ขั้วแอโนด เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน<br />

3. ขั้วแคโทด เกิดปฏิกิริยารีดักชัน<br />

4. ขั้วลบ เป็นขั้วที ่ต่อเข้ากับขั้วลบของแหล่งก าเนิดไฟฟ้า<br />

5. ขั้วบวก เป็นขั้วที ่ต่อกับขั้วบวกของแหล่งก าเนิดไฟฟ้า<br />

6. ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เป็นลบ<br />

7. ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ ้นได้ต้องใช้กระแสไฟฟ้า<br />

ประโยชน์ของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส เช่น การแยกสารเคมีด้วยกระแสไฟฟ้า การชุบโลหะ และการท า<br />

ให้โลหะให้บริสุทธิ ์ ดังนี<br />

1) การแยกสารประกอบไอออนิกหลอมเหลวด้วยไฟฟ้ า ได้แก่ สารประกอบไอออนิก เช่น เกลือ<br />

โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) เมื ่อท าให้หลอมเหลว จะเกิดเป็นไอออนบวก และไอออนลบขึ ้น เมื ่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไป<br />

ในสารประกอบไอออนิกที ่หลอมเหลวนี ้ จะท าให้ไอออนบวกเคลื ่อนที ่เข้าหาขั้วลบ เพื ่อเข้าไปรับอิเล็กตรอนหรือ<br />

เกิดปฏิกิริยารีดักชัน ส่วนไอออนลบจะเคลื ่อนที ่เข้าหาขั้วบวก เพื ่อจ่ายอิเล็กตรอนหรือเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน<br />

ดังแสดงในภาพที ่ 3.39<br />

ภาพที่ 3.39 การแยกสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ด้วยไฟฟ้ า


้<br />

เคมีพื ้นฐาน 3-67<br />

้<br />

ปฏิกิริยาที ่เกิดขึ ้นเป็นดังนี<br />

ขั้วไฟฟ้าบวก (แอโนด) 2Cl - (l) Cl 2 (g) + 2e - E 0 = -1.36 V<br />

ขั้วไฟฟ้าลบ (แคโทด) 2Na + (l) + 2e - 2Na (s) E 0 = -2.71 V<br />

ปฏิกิริยารีดอกซ์ 2Na + + 2Cl - (l) 2Na (s) + Cl 2 (g) E 0 = -4.07 V<br />

ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที ่เกิดขึ ้นคือที ่ ขั้วแอโนดคือ แก๊สคลอรีน (Cl 2 ) และที ่ขั้วแคโทดเกิด โลหะโซเดียม<br />

(Na)<br />

2) การชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟ้ า เป็นการท าให้โลหะชนิดหนึ ่งเคลือบอยู่บนผิวของโลหะอีกชนิดหนึ ่ง<br />

มีหลักการดังนี<br />

(1) น าวัตถุที ่ต้องการชุบไปต่อที ่ขั้วลบของแบตเตอรี ่ (ขั้วแคโทด) เมื ่อปฏิกิริยาเกิดขึ ้นขั้วนี ้จะหนา<br />

เพิ ่มขึ ้น<br />

(2) น าโลหะบริสุทธิ ์ที ่ใช้ชุบต่อเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี ่ (ขั้วแอโนด) เมื ่อปฏิกิริยาเกิดขึ ้นขั้วนี ้<br />

จะกร่อนลง<br />

(3) สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที ่ใช้ต้องมีไอออนของโลหะชนิดเดียวกับโลหะที ่เป็นขั้วแอโนดและ<br />

ต้องมีความเข้มข้นที ่เหมาะสม<br />

(4) ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้นเพื ่อให้ขั้วไฟฟ้าคงเดิมตลอดเวลาที ่ชุบโลหะทั้งขั้วบวกและขั้วลบ<br />

และปรับค่าความต่างศักย์ให้มีความเหมาะสมตามชนิดและขนาดของชิ ้นโลหะที ่ต้องการชุบ<br />

ตัวอย่างการชุบช้อนโลหะด้วยเงินดังแสดงในภาพที ่ 3.40 ใช้เงินเป็นขั้วแอโนด และช้อนโลหะเป็นขั้ว<br />

แคโทด และสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที ่ใช้คือสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต<br />

ภาพที่ 3.40 การชุบช้อนโลหะด้วยเงิน


3-68 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

3) การท าโลหะให้ บริ สุทธิ์ เป็นการใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสในการท าให้โลหะผสมกลายเป็น<br />

โลหะบริสุทธิ ์ ตัวอย่างเช่น โลหะทองแดง โดยปกติโลหะทองแดงที ่ได้จากการถลุงจะมีโลหะอื ่นเจือปนอยู่ เช่น เหล็ก<br />

เงิน สังกะสี ทองค า และแพลตินัม การท าให้ทองแดงบริสุทธิ ์ได้โดยใช้เซลล์อิเล็กโทรไลซิสท าได้ โดยปรับศักย์ไฟฟ้า<br />

ให้เหมาะสม คือ ปรับให้เฉพาะทองแดง และโลหะอื ่นๆ ที ่ให้อิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าทองแดง เช่น เหล็ก สังกะสี<br />

ละลายลงสู่สารละลายในรูปของไอออน (เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน) ส่วนโลหะอื ่น ซึ ่งให้อิเล็กตรอนได้ยากกว่าทองแดง<br />

เช่น เงิน ทองค า แพลตินัม จะรวมตัวกันตกลงที ่ก้นภาชนะ ซึ ่งอาจแยกออกมาภายหลังหรือท าให้บริสุทธิ ์ต่อไป<br />

ไอออนที ่เกิดขึ ้นคือ Cu 2+ จะเคลื ่อนที ่ไปยังขั้วแคโทดแล้วถูกรีดิวซ์ (รับอิเล็กตรอน) กลายเป็นทองแดง (Cu) เคลือบ<br />

อยู่ที ่ขั้วแคโทด ส่วนไอออนของโลหะอื ่นๆ ซึ ่งเป็นสิ ่งเจือปนละลายอยู่ในสารละลายจะไม่ถูกรีดิวซ์ (เพราะมี<br />

ค่าศักย์ไฟฟ้าต ่ากว่าของ Cu 2+ ) การท าทองแดงให้บริสุทธิ ์โดยวิธีนี ้จะได้ทองแดงบริสุทธิ ์ถึง 99.95%<br />

ภาพที่ 3.41 การท าทองแดงให้บริสุทธิ ์โดยกระบวนการอิเล็กโทรไลต์<br />

กิจกรรม 3.3.2<br />

1. จากภาพจงตอบค าถาต่อไปนี ้<br />

ก. ที่ขั ้ว Cu เกิดปฏิกิริยา ___________ มีการ ___ อิเล็กตรอน เรียกว่าขั ้ว ______________<br />

ข. ที่ขั ้ว Ag เกิดปฏิกิริยา ___________ มีการ ___ อิเล็กตรอน เรียกว่าขั ้ว ______________<br />

ค. จงเขียนแผนภาพแกลวานิก<br />

2. จงบอกวิธีท าโลหะให้บริสุทธิ ์


เคมีพื ้นฐาน 3-69<br />

แนวตอบกิจกรรม 3.3.2<br />

1. ก. ที่ขั ้ว Cu เกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชัน มีการ ให้ อิเล็กตรอน เรียกว่าขั ้ว แอโนด<br />

ข. ที่ขั ้ว Ag เกิดปฏิกิริยา รีดักชัน มีการ รับ อิเล็กตรอน เรียกว่าขั ้ว แคโทด<br />

ค. Cu(s)/Cu 2+ (aq)//Ag + (aq)/Ag(s)<br />

2. วิธีท าโลหะให้บริสุทธิ ์ เป็ นกระบวนการแยกโลหะที่ไม่บริสุทธิ ์ หรือสิ่งเจือปน จนได้เป็ นโลหะ<br />

บริสุทธิ ์ อาศัยหลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือ น าโลหะที่บริสุทธิ ์ เป็ นขั ้วลบ (แคโทด) ส่วนโลหะที่<br />

ไม่บริสุทธิ ์ เป็ นขั ้วบวก (แอโนด) ปรับศักย์ไฟฟ้ าให้เหมาะสมตรงกับโลหะที่ต้องการท าให้บริสุทธิ ์ ส่วน<br />

โลหะอื่นที่เสียอิเล็กตรอนง่ายกว่าจะละลายลงสู ่สารละลายในรูปของไอออน ส่วนโลหะอื่นที่ให้อิเล็กตรอน<br />

ได้ยากกว่า จะรวมตัวกันตกลงที่ก้นภาชนะ


3-70 วิทยาศาสตร์ส าหรับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร<br />

บรรณานุกรม<br />

กฤษณา ชุติมา หลักเคมีทั่วไป เล่ม 1 พิมพ์ครั้งที ่ 10 กรุงเทพมหานคร ส านักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย 2521<br />

หลักเคมีทั่วไป เล่ม 2 พิมพ์ครั้งที ่ 10 กรุงเทพมหานคร ส านักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย 2531<br />

สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช เอกสารการสอนชุดวิชาวิทยาศาสตร์ทางการพิมพ์<br />

(ฉบับปรับปรุงครั้งที่ 1) หน่วยที ่ 1 และหน่วยที ่ 3 นนทบุรี สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัย-<br />

สุโขทัยธรรมาธิราช 2552<br />

Jones, M. Jones, G. and Acaster, D. Chemistry. 2 nd ed. United Kingdom: Cambridge University Press.<br />

1997.<br />

Chang, R. and Overby, J. General Chemistry: The Essential Concepts. 6 th ed. McGraw-Hill International,<br />

2011.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!