บทที่ 1pws.npru.ac.th/panthip/data/files/รวมบท...บทท 1 บทน า ป...
TRANSCRIPT
บทท 1
บทนา
ปจจบนวชาเคมไดรบการขนานนามวาเปนวทยาศาสตรศนยกลาง ทงนเนองจากความร
ในวชาเคมสามารถนาไปใชในการศกษาวชาวทยาศาสตรแขนงอน ๆเชน ชววทยา ฟสกสและวทยาศาสตร
สาขาอนอกมากมายการรบรความเปลยนแปลงของวชาเคมจงเปนสงนาสนใจ
1.1 ววฒนาการและสาขาของวชาเคม
1.1.1 ววฒนาการของวชาเคม
การพบหลกฐานจากศลาจารกหรอวตถโบราณของชาวอยปตและชาวจนโบราณทาใหทราบวา
มนษยโบราณเหลาน สามารถใชวชาการทางเคมงาย ๆ ทาการแยกสารและผลตสารเคมบางชนด
เชน น าหอม สบ สยอมผา แกว รวมทงสามารถควบคมรกษาสภาพศพไมใหเกดการเนาเปอยได
การศกษาทางเคมในยคโบราณสวนใหญจะเปนการเรยนจากประสบการณทเคยพบเหนการลองผดลองถก
หรอจากการสงสอนของนกปราชญรนเกา การแบงยคของวชาเคมโดยอาศยความสนใจในการศกษา
ในแตละชวงเวลาอาจแบงไดเปนสยค คอ
1) ยคโบราณหรอยคเรมแรก (Prechemical tradition) เปนยคกอนชวงประวตศาสตร
ค.ศ.500 ยคนสนใจศกษาสงใกลตวเชน ชาวอยปตรจกวธการนาองนมาผลตเหลาองน การนาโลหะมาถลง
เพอทาเปนภาชนะเคลอบและการทานายารกษาศพเพอไมใหเนาเปอย ในขณะทนกปราชญชาวกรก
แสดงความคดเหนเกยวกบโครงสรางของสสารโดยวธการหาเหตผลไมไดพสจนใหเหนจรง
ดวยการทดลอง เชน อารสโตเตล (Aristotle) สรปวาสสารตาง ๆ ประกอบดวยธาตดน น า ลมและไฟ
การทสสารตางชนดกนมสมบตตางกนเนองจากสสารแตละชนดมสดสวนของธาตทงสแตกตางกน
2) ยคเลนแรแปรธาตหรอยครสายนเวท (The alchemical tradition) เปนยคทนกเคม
แสวงหาวธการทจะเปลยนโลหะทมคานอยใหเปนโลหะทมคาสง ซงอยในระหวาง ค.ศ. 500 - ค.ศ. 1500
โดยพยายามคนหาสารทเรยกวาหนของนกปรชญา (Philosopher ,s stone) ซงเชอวาสารนเมอนาไปขดถ
โลหะตาง ๆ จะทาใหโลหะกลายเปนทองคาไดแตไมสาเรจ อยางไรกตามนกเคมไดพบสารเคม
หลายสาร เชนกรดซลฟวรก (sulfuric acid : H2SO4) กรดไนทรก (nitric acid :HNO3) และเกลออกหลาย
ชนด
2 บทท 1 บทนา
3) ยคการแพทย (The medical tradition) เปนยคของการแสวงหายาอายวฒนะของมนษย
อยในระหวาง ค.ศ.1500 – ค.ศ.1600 ในยคนมความเชอเกยวกบสารมหศจรรยทสามารถนามารกษาโรค
ไดทกชนดและทาใหอายยนยาวในสภาพหนมสาวแตไมประสพผลดงทคาด แพทยชาวออสเตรย–สวส
คอ พาราเซลซส (Paracelsus) จงหนมาคนหายาทจะใชในการรกษาโรคทเกดกบมนษย
4) ยคปจจบนหรออาจเรยกวายคเทคโนโลย (The technological tradition) เปนยค
แหงการทาการทดลองเพอคนหาความจรงพสจนทฤษฎตาง ๆ ทาใหมการลมเลกทฤษฎทไมถกตอง
นอกจากนเบคอน (Bacon) นกปราชญชาวองกฤษไดนาระเบยบวธทางวทยาศาสตร (Scientific
method) และวธอนมาน (Inductive method) มาใชในการหาเหตผลเพอเปนแนวทางในการศกษา
คนหาและพสจนสงทสงสยและในอก 100 ปตอมาอองตวน-โลรอง-ลาววซเย (Antoine–Laurent–
Lavoisier) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสไดเรมทาเครองชงมาชงมวลสารในการทดลอง จากนนไดเสนอ
ทฤษฎการเผาไหมและกฎอนรกษมวลสารซงจะกลาวโดยละเอยดในหวขอ 1.5 กฎตาง ๆ ทเกยวของ
ทางเคม ทาใหวงการการศกษาวชาเคมเจรญรดหนาอยางรวดเรว โดยเฉพาะตงแตปลายครสตศตวรรษ
ท 19 เปนตนไป ความเจรญกาวหนาของเทคโนโลยเกดขนอยางรวดเรวทาใหมการเปลยนแปลง
การปรบปรงทฤษฎเกา ๆ และเสนอทฤษฎใหม ๆ ขนมากมาย
1.1.2 สาขาของวชาเคม
วชา เคม มความสมพนธกบ เ นอหาหล ายวชา เ ชน ความสมพนธกบแรธา ต
ความสมพนธกบสงมชวต จงสามารถแตกแขนงเปนหลายสาขา ไดแก
1) เคมอนนทรย (inorganic chemistry) เคมอนนทรยเปนวชาทวาดวยการศกษาธาต
และสารประกอบท งหมด ยกเวนสารประกอบของคารบอนในกลมของสารอนทรย รวมท ง
การศกษาสารกงตวนา สารทเปนฉนวน สารประกอบเชงซอน เปนตน
2) เคมอนทรย (organic chemistry) เนอหาทศกษาในวชาเคมอนทรยเนนทสารประกอบ
ทเกดจากธาตสองธาตคอคารบอนและไฮโดรเจนหรออาจมธาตอนรวมดวย ธาตดงกลาว ไดแก
ออกซเจน กามะถนหรอไนโตรเจน เปนตน สารประกอบทศกษาดานเคมอนทรยจะไมรวม
สารประกอบทเปนออกไซดของคารบอน ไฮโดรเจนคารบอเนต คารบอเนต และไซยาไนด สาหรบ
วชาเคมอนทรยสวนใหญจะศกษาเกยวกบผลตภณฑจากธรรมชาต สารพอลเมอร ตวทาละลายอนทรย
ยารกษาโรค เปนตน
3) เคมวเคราะห (analytical chemistry) เปนวชาเคมทศกษาดานคณภาพวเคราะห (qualitative
analysis) ซงเปนการวเคราะหเพอหาชนดหรอประเภทของสารและปรมาณวเคราะห (quantitative
analysis) ซงเปนการวเคราะหเพอหาปรมาณหรอจานวนของสารวามมากนอยเพยงใด
บทท 1 บทนา 3
4) เคมเชงฟสกส (physical chemistry) เปนวชาเคมทศกษาสมบตดานกายภาพของสาร
โดยนากฎ ทฤษฎรวมทงสมมตฐานตาง ๆ มาใชในการอธบายการเปลยนแปลงของสารและอธบาย
ความสมพนธของการเปลยนแปลงทเกดกบพลงงานทใชในการเปลยนแปลง
5) ชวเคม (biochemistry) เปนสาขาเคมทศกษาสมบตและปฏกรยาของสารในสงมชวต
โดยเฉพาะอยางยงในมนษย เชน สารชวโมเลกล กระบวนการหายใจ การเจรญเตบโต เอนไซม
การสบพนธ ฯลฯ
นอกจากนยงสามารถแบงวชาเคมเปนสาขายอย ๆ ออกไปไดอกไมนอยกวา 150 สาขา
ขนกบเนอหาวาทาการศกษาเจาะจงลงไปในเนอหาใด เชน เคมนวเคลยร เคมเภสช เคมวศวกรรม
เคมไฟฟา เคมพอลเมอร เปนตน
1.2 วชาเคมกบชวตประจาวน
จากความรในวชาเคมสาขาตาง ๆ ทกลาวในหวขอ 1.1.2 ไดมการนามาประยกตใช
ใหเกดประโยชนกบชวตประจาวนของมนษยอยางมากมาย ตวอยางของการนาความรในวชาเคม
แขนงตาง ๆ มาใชและเกยวของกบชวตประจาวนของมนษย ไดแก
1) การใชวชาเคมมาสกดสารจากพช สตว เพอไปเปนอาหาร ยารกษาโรค
2) การใชวชาเคมมาชวยในการเพมผลผลตทางการเกษตร การปศสตว ทาใหไดผลตผล
ทมปรมาณและคณภาพสง
3) การใชวชาเคมสาหรบการผลตเครองบรโภค เชน การพฒนาและแปรรปผลผลต
ใหมคณคาทางเศรษฐกจเพมขน โดยการพฒนาอาหารสาเรจรป อาหารกระปอง การผลตเครองอปโภค
เชน เครองสาอาง สารทาความสะอาด ใยสงเคราะห ฯลฯ
4) การใชวชาเคมเพอชวยในการแยกโลหะออกจากสนแร หรอการทาโลหะผสม
เพอแกปญหาและเพมประสทธภาพการใชงานของโลหะบางชนด การเคลอบ ชบโลหะโดยกรรมวธ
ทางเคมเพอใหโลหะไมผกรอนเรวเกนไป
1.3 การวดทางเคมและหนวยวด
วชาเคมเปนวชาวทยาศาสตรการทดลอง เพอหาขอมลนาไปสการอธบายเหตและผล
ขอมลทไดจากการทดลอง ไดแก การวดมวล ปรมาตร อณหภม ความดน เวลา พลงงาน ความตางศกย
ของกระแสไฟฟาและปรมาณกระแสไฟฟา เปนตน ขอมลเหลานวดเปนขอมลเชงปรมาณ ผศกษา
ในวชาเคมจงควรรจกเครองมอทใชวดและหนวยวดทนยมใช
4 บทท 1 บทนา
1.3.1 เครองมอทใชวดทางเคม
การวดทางเคมมเครองมอชวยในการวดคาตาง ๆ ทงอยางงายและอยางละเอยดขนกบผศกษา
วาตองการขอมลในการทดลองเพอวตถประสงคใด เชน ตองการศกษาเพยงเพอทราบขอมลเบองตน
กสามารถใชเครองมอชนดไมละเอยดได แตถาตองการศกษาเพอวเคราะหจาเปนตองใชเครองมอ
ทสามารถวดคาตาง ๆ ทตองการทราบอยางละเอยด เครองมอทใชวดทางเคมทยกตวอยางในทน
ไดแก เครองมอสาหรบวดมวลและปรมาตร
1) เครองมอสาหรบวดมวลหรอเครองชง (balance) การวดมวลทางเคมมจดประสงคหลกคอ
เพอชงสารทใชในการทดลอง เชน สารตวอยางหรอชงสารเพอเตรยมสารละลาย ซงบางครงอาจใชสาร
ในปรมาณนอย ๆ ดงนนเครองชงทใชจงตองสามารถชงสารไดอยางถกตองและไวตอน าหนกสาร
ทมปรมาณนอย ๆ เครองชงทใชในการชงนาหนกของสารมหลายชนด เชน
(1) เครองชงสองจาน ชงนาหนกสารโดยอาศยหลกการเปรยบเทยบนาหนกของสาร
กบน าหนกททราบแนนอนแลว โดยใหน าหนกทงสองอยทปลายคาน จดหมนของคานอยท
จดกงกลางของคาน และนาหนกของสารทตองการชงกบนาหนกททราบจะอยหางจากจดหมนเทากน
ดงแสดงในภาพท 1.1 ซงเมอคานอยในสมดลน าหนกของสารจะเทากบน าหนกทอยอกดานพอด
ทาใหทราบนาหนกของสารทเราชงได
ภาพท 1.1 เครองชงสองจาน
ทมา (สวรรณ ไชยสทธ, 2541, หนา 24)
กระจก
นาฬกา
ป มปลอยจาน ป มยดคาน
ทรองรบ
จาน
เขมช
คมมดและ
ทรองรบ
ทแขวน
จาน
เขมช
กงกลาง
เมอนาหนก
สมดล
คาน
บทท 1 บทนา 5
(2) เครองชงจานเดยวหรอเครองชงไฟฟา (electrical balance) มลกษณะตางจาก
เครองชงสองจาน คอ คานของเครองชงจะวางอยบนคมมด โดยปลายดานหนงจะมน าหนก 160 – 200 กรม
ถวงอย ซงตรงกบตาแหนงท 3 ในภาพท 1.2 สวนปลายอกดานหนงเปนจานชง ซงเปนตาแหนงท 1
ของภาพ เหนอจานชงมนาหนกแขวนอยตามตาแหนงท 2 ของภาพท 1.2
ภาพท 1.2 เครองชงจานเดยวหรอเครองชงไฟฟา
ทมา (สวรรณ ไชยสทธ, 2541, หนา 25)
การชงโดยใชเครองชงแบบจานเดยว อาศยหลกสมดลของคานเชนเดยวกบเครองชงสองจาน
โดยขณะทยงไมมวตถอยบนจาน คานจะอยในลกษณะทสมดล เมอวางวตถทตองการชงบนจาน
แลวปลอยจานชงใหเปนอสระ เอาน าหนกทแขวนอยดานจานชงออกไปเพอใหคานสมดล โดยการหมน
ปมดานหนาของเครองชงเพอยกนาหนกออกไปใหใกลเคยงกบนาหนกวตถทชงมากทสด นาหนกทเหลอ
ทตองเอาออกอกเพยงเลกนอยใหดทสเกลเวอรเนย ทาการปรบสเกลจนคาทอานถกตอง น าหนก
ทเอาออกจะเปนนาหนกของวตถ ปมทหมนเพอเอานาหนกออกมหลายปม เชน ปมสาหรบน าหนก
10 กรม เปนปมทเอาน าหนกออกทละ 10 กรม น าหนกจงเปลยนไปตงแต 10 ถง 90 กรม ปม
สาหรบน าหนก 1 กรม น าหนกจะออกไปทละ 1 กรม นาหนกจงเปลยนไปตงแต 1 ถง 9 กรม เปนตน
การชงตองระมดระวงในขณะทใสวตถหรอเอานาหนกออก ตองไมปลอยใหคานอยบนคมมดอยางอสระ
เพราะจะทาใหคมมดไดรบความเสยหาย จงมการออกแบบปมหมนใหหมนไดสามจงหวะ คอ
ทตาแหนงกงกลางจะเปนตาแหนงพกจานและคานตาแหนงทสองเปนตาแหนงทจานถกปลอย
แบบกงอสระ ทาใหเราสามารถทราบนาหนกของวตถไดอยางคราว ๆ และตาแหนงทสามจานจะถกปลอย
1. จาน 2.น าหนก 3. น าหนกทถวงใหสมดล
4. ปมยดและปลอยจาน 5. ปมควบคมน าหนก
6. คมมด
มวล = 3.1657 กรม
ป มปรบสเกลในแถบแสง
ป มปรบนาหนก
ดานใน= 10 ถง 90 กรม
ดานนอก= 1 ถง 9 กรม
คนโยกสาหรบยดและ
ปลอยจาน
6 บทท 1 บทนา
อยางอสระหลงจากเอาน าหนกออกไป ตวเลขทปรากฏทปมน าหนกและทเวอรเนยทงหมด
คอนาหนกของวตถทชง เครองชงแบบจานเดยวนสามารถชงน าหนกวตถไดโดยมความคลาดเคลอน
0.1 มลลกรม
(3) เครองชงอเลกทรอนกส (electronic balance) เปนเครองชงทใชชงน าหนกสาร
ไดสะดวกทสดมความผดพลาดในการชงนอยและไมยงยากซบซอน ปจจบนจงเปนทนยมใชกน
อยางแพรหลาย หลกการทางานของเครองชงอเลกทรอนกสแตกตางจากเครองชงท งสองแบบ
ทกลาวมาขางตนคอ ในเครองชงอเลกทรอนกสจะไมมคมมดรองรบคานและไมมน าหนก
มาเกยวของ เครองชงจะประกอบดวยจานชงทตดกบแขนทสามารถเคลอนทได ตาแหนงของวตถ
ทวางบนแขนจะถกตรวจวดโดยสแกนเนอรและถกชดเชยโดยแรงแมเหลกไฟฟา แลวทาใหระบบ
กลบคนไปทตาแหนงศนยเหมอนเดม กระแสไฟฟาทชดเชยนจะเปนสดสวนกบน าหนกบนจานชง
สญญาณจะถกสงตอไปในรปดจทอลไปยงไมโครโปรเซสเซอรแลวถกเปลยนเปนคาน าหนก
ในเวลาตอมา น าหนกของวตถจะเปลยนเปนตวเลขทหนาปทม ท งนเครองชงอเลกทรอนกส
สามารถทอนน าหนกของภาชนะทใสวตถได เครองชงอเลกทรอนกสในปจจบนสามารถทางาน
ไดมากกวาการชงนาหนกสาร เชน สามารถตอเขากบเครองคอมพวเตอรเพอเกบขอมลไว และสามารถ
ใชในการคานวณคาทางสถตไดดวย ตวอยางเครองชงอเลกทรอนกสทใชในปจจบนดงแสดง
ในภาพท 1.3
ภาพท 1.3 (ก) เครองชงอเลกทรอนกสแบบชงนาหนกดานบน (top loading balance)
(ข) เครองชงอเลกทรอนกสใชในงานวเคราะห (analytical balance)
ทมา (องคการคาครสภา, มปป, หนา 55)
บทท 1 บทนา 7
2) เครองมอสาหรบวดปรมาตร การวดปรมาณทเปนของเหลวนยมวดโดยการตวงปรมาตร
เครองมอทใชสาหรบการตวงปรมาตรมหลายชนด ไดแก บกเกอร กระบอกตวง ปเปตต บวเรตต
การเลอกใชเครองมอทกลาวขางตนขนกบจดประสงคของการใชแตละครงเชน ตองการปรมาตร
ทจ านวนไมมากและไมเนนปรมาตรทเทยงตรงนก อาจเลอกใชกระบอกตวง หรอบกเกอร
ทสามารถตวงปรมาตรชวงทตองการ แตหากตองการปรมาตรทมความแมนมากขนควรเลอกใชปเปตต
ในการวดปรมาตรสาร หรอการทดลองนนยงไมทราบวาจะตองใชสารปรมาตรเทาใดในการทาปฏกรยา
ควรเลอกใชบวเรตต เปนตน
(ก) (ข) (ค)
(ง) (จ) (ฉ)
ภาพท 1.4 เครองมอสาหรบวดปรมาตร
(ก) บกเกอร (ข) หลอดหยด (ค) กระบอกตวง (ง) ปเปตต (จ) ขวดวดปรมาตร
(ฉ) บวเรตต
8 บทท 1 บทนา
1.3.2 หนวยวดทางเคม
เดมนกวทยาศาสตรใชหนวยวดทแตกตางกน ดงนนเพอใหหนวยวดเปนหนวยเดยวกน
นกวทยาศาสตรนานาชาตไดมมตจากการประชมครงท 11 ป ค.ศ.1960 ณ ประเทศฝรงเศสใหใช
หนวยเดยวกนในระบบเอสไอ (Le Systeme Internationale d’Unites, SI ) เปนหนวยสากลสาหรบ
วดคาตาง ๆ ทางวทยาศาสตร ปจจบนจงยงคงพบเหนหนวยวดในระบบเมตรกในตาราบางเลมหรอ
ในวทยาศาสตรบางสาขา ผศกษาดานวทยาศาสตรจงควรรจกหนวยการวดทงระบบเมตรกและ
ระบบ SI ดงน
1) ระบบเมตรก การวดในระบบเมตรกมหนวยฐานทใชในการวดปรมาณสาร
ดงแสดงในตารางท 1.1
ตารางท 1.1 หนวยฐานสาหรบวดปรมาณตาง ๆ ในระบบเมตรก
สงทวด หนวย สญลกษณ
มวล กรม (gramme) g
ปรมาตร ลตร (litre) L
ความยาว เมตร (metre) M
พลงงาน แคลอร (calorie) Cal
อณหภม องศาเซลเซยส ๐C
ความดน บรรยากาศ Atm
ขณะเดยวกนการวดในระบบเมตรก สามารถทาใหเปนหนวยยอยหรอหนวยทใหญขน
โดยการใชเลขยกกาลงสบกบหนวยเรมตนหรอหนวยฐาน ซงสามารถทาโดยการเตมคานาหนา
หนวยทวดความยาวหรอวดมวลหรอวดปรมาตรตามลาดบ ตวอยางเชน เมตร เปนหนวยฐานของ
การวดความยาวในระบบเมตรกใชสญลกษณยอ m เมอนาคานาหนาตอไปนมาเปนคานาหนา
ของหนวยฐานจะทาใหคาของหนวยฐานเพมขนหรอลดลงเปนเลขยกกาลงสบ คานาหนาของ
หนวยฐานดงกลาวแสดงในตารางท 1.2
บทท 1 บทนา 9
ตารางท 1.2 คานาหนาหนวยฐานในระบบเมตรก
คานาหนา คาอาน สญลกษณ ความหมาย
Yotta ยอตทะ Y 1 × 1024
Zeta เซตทะ Z 1 × 1021
Exa เอกซะ E 1 × 1018
Peta พทา P 1 × 1015
Tera เทรา T 1 × 1012
Giga จกะ G 1 × 109
Mega เมกกะ M 1 ×106
Kilo กโล K 1× 103
Hector เฮคโท 1 × 102
Deca เดคา Da 1 × 101
Deci เดซ D 1 × 10-1 (0.1)
Centi เซนต C 1 × 10-2 (0.01)
Milli มลล M 1 × 10-3 (0.001)
Micro ไมโคร µ 1 ×10-6 (0.000001)
Nano นาโน N 1 ×10-9
Pico พโก P 1 × 10-12
Femto เฟมโท F 1 × 10-15
Atto เอทโท A 1 × 10-18
Zepto เซปโท Z 1 × 10-21
Yocto ยอคโท Y 1 × 10-24
ทมา (ดดแปลงมาจาก Organisation Intergouvernementale ฯ., 2012)
ดงนนเมอเขยนวา 1 km หมายถง ความยาว 1 กโลเมตร หรอ หนงพนเมตร หรอ 1 x 103 เมตร
และ 1 cm หมายถง ความยาว 1 เซนตเมตร หรอ 0.01 เมตร หรอ 1 x 10-2 เมตร
10 บทท 1 บทนา
2) ระบบเอสไอ เปนหนวยวดทมความละเอยดและเปนระบบทใชคาคงตว (stability
value) ทางวทยาศาสตรเปนหลก ในการใหคานยามระบบ SI จะประกอบดวยหนวยฐาน (base
units) หนวยเสรม (supplementary units) หนวยอนพทธ (derived units) เมอรวมหนวยฐานและ
หนวยเสรมเรยกวา หนวยหลก ดงแสดงในตารางท 1.3
ตารางท 1.3 หนวยหลกของระบบเอสไอ
สงทวด หนวย สญลกษณ
กระแสไฟฟา แอมแปร (ampere) A
ความเขมของการสองสวาง แคนเดลา (candela) Cd
อณหภมอณหพลวต เคลวน (kelvin) K
มวล กโลกรม (kilogramme) Kg
ความยาว เมตร M
ปรมาณของสาร โมล (mole) Mol
เวลา วนาท (second) S
เมอนาหนวยหลกของระบบเอสไอตามตารางท 1.3 มาสมพนธกนไดหนวยใหญ
เรยกวาหนวยอนพทธของระบบเอสไอ ดงแสดงในตารางท 1.4
ตารางท 1.4 หนวยอนพทธของระบบเอสไอ
สงทวด หนวยอนพทธ สญลกษณ ความสมพนธของหนวย
ประจไฟฟา คลอมบ (coulomb) C A s
ความจ ฟารด (farad) F A2 s4 kg-1 m-2 = A s V-1
ความถ เฮรตซ (hertz) Hz s-1
งาน , พลงงาน จล (joule) J kg m2 s-2
แรง นวตน (newton) N kg m s-2 = J m-1
ความตานทาน โอหม (ohm) Ω kg m2 s-3A-2 = V A-1
ความดน พาสคล (pascal) Pa kg m-1 s-2 = N m-2
ศกยไฟฟา โวลต (volt) V kg m2 s-3A-1 = W A-1 = JC-1
กาลง วตต (watt) W kg m2 s-3 = Js-1
ทมา (ดดแปลงมาจาก Moore, et al., 1998, back cover)
บทท 1 บทนา 11
3) ตวเลขนยสาคญ การทดลองทางเคมนกเคมตองทาการวดปรมาณตาง ๆ ทใช
ในการเกบขอมลการทดลอง เชน การวดปรมาณตวทาปฏกรยา (reactant) ผลตภณฑ (product) ทเกดขน
อณหภม ความดนและเวลาทใชในการเกดปฏกรยา ฯลฯ ความละเอยดของการวดทไดจากการอานตวเลข
จากเครองมอหรออปกรณทใชวดมขดจากด ซงอาจเกดจากเครองมอหรออปกรณทใชวดเองและ
ประสทธภาพของการวด ตวเลขทสะทอนใหเหนวาถกตองแมนยาในการวดเรยกวาตวเลขนยสาคญ
ตวเลขทกตวเปนตวเลขนยสาคญยกเวน 0 ซงอาจจะเปนหรอไมเปนตวเลขนยสาคญกได ดงตวอยาง
ในภาพท 1.5 เมอทาการวดอณหภมของอากาศในหองหองหนงโดยใชเทอรมอมเตอรสองอน
ทมการแบงสเกลทละเอยดแตกตางกน เทอรมอมเตอรทอยทางขวามอคอรปท 1.5 (ข) ผวดจะอานได
32.3 ๐C โดยมความแนใจเฉพาะตวเลข “ 32 ” แตเลข “ 3 ” ทอยหลงทศนยมเปนการประมาณ
เนองจากระดบของเหลวในเทอรมอมเตอรอยเลยตาแหนงสเกลยอยมา 2 สเกลคอนไปทางสเกลยอยท 3
แตไมถงครงของสเกลท 3 ความไมมนใจในตวเลข “ 3 ” ของผวดเรยกวา เลขทยงสงสย (doubtful
digit) หรออาจเรยกวาเปนตวเลขคาดคะเน ถามการวดและอานซ า ๆ หลายครงผวดอาจจะไมอาน
คาทวดเปน 32.3 ๐C อกกได
(ก) (ข)
ภาพท 1.5 การวดอณหภมของอากาศในหองโดยใชเทอรมอมเตอรทมความละเอยดตางกน
ทมา (Silberberg, 2000, p. 27)
แตถาเลอกใชเทอรมอมเตอรทอยทางซายมอคอภาพท 1.5 (ก) ซงมการแบงสเกลทละเอยดกวา
มาวดอณหภมของอากาศในหองขณะนน ระดบของเหลวในเทอรมอมเตอรทาใหผวดอานไดเปน
32.33 ๐C โดยตวเลข “ 3 ” ของตาแหนงทอยหลงทศนยมสองตาแหนงซงมคา 0.03 เปนเลขทยงสงสย
12 บทท 1 บทนา
หากทาการวดซ า ตวเลข “ 3 ” ของตาแหนงดงกลาวอาจมการเปลยนแปลงได จะเหนวาการอานคา
อณหภมของอากาศในหองครงน ผวดสามารถรายงานผลทไดจากการอานไดมากกวาหนงคา คอ
32.3 ๐C และ 32.33 ๐C คาทรายงานนมความแมนและความเทยงตางกนเพราะถาใชเทอรมอมเตอร
ดานขวามอวดซ าอก คาทอานไดอาจเปน 32.2 ๐C หรอ 32.3 ๐C ซงแตกตางจากการอานครงแรก
เพยง 0.1 เรยกวาการวดนมความแมน 1 สวนจาก 323 สวน และเมอใชเทอรมอมเตอรทอยดานซายมอ
มาวดซ า คาทอานไดอาจเปน 32.32 ๐C หรอ 32.34 ๐C ตวเลขทอานจงมความแตกตางจากคาทอานครงแรก
0.01 เรยกวามความแมน1 สวนจาก 3233 สวน
(1) ความแมน (accuracy) ของการวด จงเปนตวเลขทแสดงถงคาทไดจากการวด
วาใกลกบคาแทจรง (true value) เพยงใด ในความเปนจรงความแมนทเกดจากการวดหากมความแมนมาก
ความผดพลาดกจะนอยลง
(2) ความเทยง (precision) ของตวเลขทไดจากการวด สามารถใชอางองไดวา
ในการวดสงของสงหนงซ า ๆ กนหลายครง คาทไดจากการวดในแตละครงยงมคาใกลเคยงกนมาก
กยงมความเทยงมาก
เพอเปรยบเทยบความแมนและความเทยงของตวเลขทเกดจากการวดใหเขาใจงายขน
ใหนกถงการยงกระสนปนไปทเปาหากมความเทยงสงกระสนจะตกบนเปาใกล ๆ กน ดงแสดง
ในภาพท 1.6 (ข) แตกระสนอาจไมอยตรงกลางเปาจงมความแมนตา ขณะทถามความแมนสง
กระสนจะตกบนเปาแตอาจจะไมไดอยบรเวณเดยวกนจงขาดความเทยงดงแสดงในภาพท 1.6 (ง)
และถากระสนตกบนเปาในตาแหนงตรงกลางเปาทงหมดดงแสดงในภาพท 1.6 (ค) เรยกวามความแมน
และความเทยงสง ดงนนคาทไดจากการวดถามคาใกลเคยงกนมากเรยกวามองศาของความเทยงสง
(degree of precision) ซงอาจจะถกตองหรอไมถกตองกได เชนภาพท 1.6 (ค) และ (ข) ตามลาดบ
เพราะความถกตองเปนคาทวดไดใกลเคยงกบคาจรงทไดจากการวดโดยวธมาตรฐาน โดยความถกตอง
ขนกบประสทธภาพของเครองมอสวนความแมนยาขนกบประสทธภาพของการวด
บทท 1 บทนา 13
ภาพท 1.6 ความแมนและความเทยงจากการยงกระสนปนใสเปา
(ก) ความแมนและความเทยงตา
(ข) ความเทยงสงความแมนคอนขางตา
(ค) ความแมนและความเทยงสง
(ง) ความแมนคอนขางสงแตความเทยงตา
ทมา (Russell, 1992, p. 20)
4) การนบเลขนยสาคญ โดยทวไปการนบจานวนของตวเลขนยสาคญตองนบทงตวเลข
ทแนนอนและตวเลขทสงสย ยกเวนเลขศนย สาหรบกรณทมเลขศนยอยดวย เลขศนยจะนบเปนเลขนยสาคญ
หรอไม มหลกในการพจารณาดงน
(1) เมอเลขศนยเปนเลขทอยระหวางจดทศนยมกบตวเลขอน เชน 0.065 และ
0.0075 เลขศนยนนไมตองนบเปนเลขนยสาคญ ดงนน 0.065 และ 0.0075 ตางม0เลขนยสาคญ 2
ตว
(2) เมอเลขศนยอยขางหลงเลขอน ใหนบเลขศนยนนเปนเลขนยสาคญ เชน
ระยะทาง 5.00 กโลเมตร มเลขนยสาคญ 3 ตว สวนนาหนกของถงทชงได 20.00 กโลกรม มเลขนยสาคญ
4 ตว
14 บทท 1 บทนา
(3) เมอเปนเลขยกกาลงของสบ จานวนตวเลขนยสาคญจะมคาเทากบตวเลข
ทไมไดยกกาลงเชน 0.2 x 104 ตวเลขนยสาคญม 1 ตว หรอ 1.0 x 104 ตวเลขนยสาคญม 2 ตว เปนตน
ตวอยางการนบจานวนเลขนยสาคญ ดงแสดงในตารางท 1.5
ตารางท 1.5 การนบจานวนเลขนยสาคญบางจานวน
คาตวเลข จานวนของเลขนยสาคญ คาตวเลข จานวนของเลขนยสาคญ
8 1 0.008 1
8.5 2 0.00846 3
8.51 3 0.00008 1
8.515 4 0.00800 3
8.40 3 800.008 6
8.04 3 8 × 10-3 1
8.0004 5 8.46 × 10-3 3
8.0400 5 8.00 × 10-3 3
8.0000 5 8.0008 × 102 5
800.40 5
ในยคอเลกทรอนกส (Electronic tradition) เรานยมใชเครองคานวณอเลกทรอนกส
หาคาทางคณตศาสตร อยางไรกตามเครองคานวณอเลกทรอนกสบางครงกไมอาจแนใจไดวาใหคาตอบ
ของตวเลขนยสาคญทถกตอง จงตองมกฎสาหรบครอบคลมเลขนยสาคญทยอมรบผลของการคานวณ
เชน การปดเศษและการคานวณเลขนยสาคญซงจะกลาวตอไป
บทท 1 บทนา 15
18.405 cm = 18.4 cm
5) การปดเศษ โดยทวไปจะปดเศษทงเฉพาะตวเลขหลงจดทศนยมหลงการปดเศษแลว
ตวเลขตวสดทายจะยงเปนเลขทยงสงสย หลกในการปดเศษ มดงน
(1) ถาตวเลขหลงจดทศนยมทตองการปดมคานอยกวา 5 ใหตดทง นนคอตวเลขขางหนา
มคาคงเดม เชน จานวนตวเลขมคาเปน 90.21 หลงการปดมคา เปน 90
(2) ถาตวเลขหลงจดทศนยมทตองการปดมคามากกวา 5 ตองทาการเพมคาของตวเลข
ขางหนาอก 1 เชน 90.64 หลงการปดมคาเปน 91
(3) ถาตวเลขหลงจดทศนยมมคาเทากบ 5 การปดตวเลขขนกบตวเลขขางหนา วามคา
เปนตวเลขใด เชน ถาตวเลขขางหนาเปนเลขคใหมคาเปน 1 หากตวเลขขางหนาเปนเลขคไมตองเพม
เชน 91.25 ปดเปน 91.2 และคา 91.35 ปดเปน 91.4 เปนตน
6) การคานวณเลขนยสาคญ เมอนาจานวนเลขนยสาคญมาทาการบวกหรอลบหรอคณ
หรอหารกตาม มหลกในการบอกจานวนเลขนยสาคญ ดงน
(1) การบวกหรอลบเลขนยสาคญ เมอนาเลขนยสาคญมาบวกหรอลบกนใหปดเศษตวเลข
ของจานวนอน ๆ ใหเหลอเลขหลงทศนยมเทากบจานวนหลกทนอยทสด ตวอยางเชน การบวกความยาว
ของ 9.3 cm กบ 9.105 cm
ตวเลขทคาดคะเน
9.3 cm
+ 9.105 cm
ตวเลขคาดคะเนทอยใกลจดทศนยมเปนตวเลขทคงไวและเปนเลขนยสาคญทมจานวนตวเลข
หลงจดทศนยมนอยทสด เชน ตวเลข 3 ใน 9.3 cm เปนตวเลขคาดคะเนซงเปนตวเลขทไมแนใจ
อยางไรกตามตวเลข “ 4 ” ในคาตอบกเปนตวเลขทไมแนใจเชนกน สวน 0 และ 5 เปนจานวนทไมทราบชด
ทาใหเราไมสามารถบอกผลการวดดวยคา 18.405 cm หรอกลาววาผอานเชอวา “ 5 ” เปนตวเลขทไมแนใจ
เราจงถอวา 4 เปนตวเลขสดทายหรอคาทไดจากผลรวมของ 32.17 cm + 3.1 cm - 8.922 cm ดงแสดง
32.17 cm
+ 3.1 cm
- 8.922 cm
26.348 cm = 26.3 cm
บทท 1 บทนา
16
(2) การคณและการหารเลขนยสาคญ เมอนาเลขนยสาคญมาคณหรอหารแลวผลคณ
หรอผลหารทไดจะตองมเลขนยสาคญเทากบจานวนทมเลขนยสาคญนอยทสด เชน 1.000 × 0.023
เทากบ 0.023 เนองจาก 0.023 เปนจานวนทมตวเลขนยสาคญนอยทสดคอสองจานวน ดงนน
ผลลพธจงเปน 0.023 สวนผลลพธของ 1.4)10x (1.345 )10x (1.24 34 −
เทากบ 11.91286 เนองจาก
จานวนตวเลขนยสาคญทนอยทสดคอ 2 ตว ดงนนคาตอบทไดคอ 12
7) วธการเทยบหนวย (factor – label method) การไดคาตวเลขทถกตองแมนยาเกดจากหลายปจจย
ไดแก การวดดวยความระมดระวง การใชเลขนยสาคญอยางถกตองรวมถงการคานวณตวเลขทได
แมนยาไมผดพลาด การสอความหมายของตวเลขใหผอนเขาใจจาเปนตองมหนวยกากบตวเลขนน ๆ
หนวยทางเคมทนยมใชกากบตวเลขคอหนวยในระบบ SI ดงนนเมอบอกปรมาณของสงตาง ๆในระบบอน
จงตองมการแปลงคาหนวยเปนระบบ SI การแปลงคาหนวยตาง ๆ ทตองการใชในการทาโจทยทางเคม
เรยกวา การเทยบหนวย หรอบางครงเรยกวา การวเคราะหมต (dimensional analysis) เปนวธการ
อาศยความสมพนธระหวางหนวยตาง ๆ ทใชกบปรมาณสารทางกายภาพชนดเดยวกนซงเปนวธทงาย
ไมตองจาสตรมาก แตจาเปนตองทราบความสมพนธระหวางหนวยตาง ๆ ดงแสดงในตารางท 1.6
ตารางท 1.6 การเปรยบเทยบระหวางหนวยในระบบอนกบหนวยในระบบเอสไอ
สงทวด หนวยในระบบอน หนวยในระบบ SI
ความดน 1 atm 1.01325 × 105 Pa
1.000 torr ; 1.000 mmHg 133.3 Pa
1.000 psi 6.895 × 103 Pa
1 bar 105 Pa
ความยาว 1 in 2.54 cm
1Å 10-10 m ; 100 pm
ปรมาตร 1L 103 cm3 ; 10-3 m3 ; 1dm3
1 gal 3.785 ×103 cm3 ; 3.785 L
1.00 ft3 2.83 ×10-2 m3 ; 28.3 L
1.00 qt 9.46 × 102 cm3 ; 0.946 L
บทท 1 บทนา 17
2.54 cm 1 in
ตารางท 1.6 (ตอ)
สงทวด หนวยในระบบอน หนวยในระบบ SI
พลงงาน 1cal 4.184 J
1eV 1.6022 × 10-19 J ; 96.485 kJ mol-1
1CV 1 J
1L atm 101.325 J
มวล 2.205 lb 1.000 kg
1.000 lb 453.6 g
1.000 oz 28.35 g
1.000 ton (= 2000 lb) 907.2 kg
เวลา 1min 60s
1h 3600s
อณหภม -273.15 ๐C 0 K
-459.67 ๐F 0 K
ทมา (ดดแปลงมาจาก Jones, & Atkins, 2000, back cover. และ Zumdahl, 1998, back
cover)
เมอทราบความสมพนธระหวางหนวยในระบบตาง ๆ แลว ความจาเปนอนดบแรก
ของการเทยบหนวยคอ การหาแฟกเตอรการเทยบหนวย (conversion factor) ซงเปนอตราสวน
ระหวางหนวยทตองการเทยบ เชน ตองการเทยบหนวยจาก in ไปเปน cm หาแฟกเตอรการเทยบหนวย
โดยการพจารณาขอมลจากตารางท 1.6 จะได วา
1 in = 2.54 cm …1.1
นา 1 in หารสมการ 1.1 ตลอดสมการ ผลคอ
in1
in1 = in1
cm2.54
นนคอ 1 =
บทท 1 บทนา
18
2.54 cm 1 in
จงเปนแฟกเตอรการเทยบหนวยระหวางหนวย in กบหนวย cm
103 cm3 1 L
เราสามารถนาแฟกเตอรการเทยบหนวยไปใชประโยชนจากสตรในสมการท 1.2
….1.2
ตวอยางท 1.1 วดความยาวโตะได 3.4 in จะมคาเทากบก cm
วธคด จากสตร
แทนคาสตร
ความยาว (cm) = 3.4 in × in1
cm2.54
= 8.64 cm
คาตอบ โตะยาว 3.4 in จะมความยาวเทากบ 8.64 cm
ตวอยางท 1.2 นามนในถงใบหนงมปรมาตร 0.5 L จะเทากบก cm3
วธคด จากตารางท 1.6
จะไดแฟกเตอรการเทยบหนวยจาก L เปน cm3 คอ
จากสตร
แทนคาสตร
ปรมาตร (cm3) = 0.5 L × L1cm10 33
= 5 × 102 cm3
คาตอบ นามนทมปรมาตร 0.5 L จะเทากบ 5 ×102 cm3
หนวยทตองการเปลยน = หนวยทให × แฟกเตอรการเทยบหนวย
หนวยทตองการเปลยน = หนวยทให × แฟกเตอรการเทยบหนวย
หนวยทตองการเปลยน = หนวยทให × แฟกเตอรการเทยบหนวย
บทท 1 บทนา 19
จากตวอยางทแสดงขางตน ทาใหเหนวาการเทยบหนวยสามารถทาไดงาย ๆ ดงแสดง
ในตารางท 1.7 ดงน
ตารางท 1.7 การหาแฟกเตอรการเทยบหนวยบางหนวย
สงทวด ความสมพนธระหวางหนวย แฟกเตอรการเทยบหนวย
ความยาว 1Å = 100 pm จาก pm เปน Å =
pm100A1
0
จาก Å เปน pm = 0
A1
pm100
ปรมาตร 1 dm3 = 103 cm3
จาก cm3 เปน dm3 = 33
3
cm10dm1
จาก dm3 เปน cm3 =
3
33
dm1cm10
พลงงาน 1 cal = 4.184 J จาก cal เปน J =
cal1J4.184
จาก J เปน cal = J4.184cal1
สาหรบหนวยของการวดอณหภม โดยทวไปนยมใชหนวยเปน ๐C หากทาการเทยบหนวย
ของอณหภมเปน ๐F และ K จาเปนตองทราบแฟกเตอรการเทยบหนวยกอน เพอความเขาใจงาย ๆ
เรมจากการนาเทอรมอมเตอรทใชหนวย ๐C ๐F และสเกล K มาวดอณหภมของนา ณ ความดน 1 atm
เรมจากจดเยอกแขงหรออกนยหนงคอจดหลอมเหลวของน าแขงท 0๐C จนถงจดเดอดของนาท 100 ๐C
เปรยบเทยบความแตกตางระหวางหนวยทงสาม ดงแสดงในภาพท 1.7
บทท 1 บทนา
20
ภาพท 1.7 การวดอณหภมของนาในหนวย ๐C ๐F และ K
ทมา (ดดแปลงมาจาก Fine, Beall, & Stuehr, 2000, p. 15)
จากภาพท 1.7 จะเหนวาจากจดหลอมเหลวจนถงจดเดอดของนา สามารถแสดงขอมลตาง ๆ
ในหนวย ๐C ๐F และ K ดงแสดงในตารางท 1.8
ตารางท 1.8 ขอมลเปรยบเทยบของการวดอณหภมในหนวย ๐C ๐F และ K
หนวย ความแตกตางของจดหลอมเหลวไปถงจดเดอด
ชวงหางของอณหภม จานวนชอง จดเรมตน
๐C 0 – 100 100 0
๐F 32 – 212 180 32
K 273 – 373 100 273
นนคอจดเรมตนของหนวย ๐C นอยกวา ๐F อย 32 ชอง เขยนในรปสมการทางคณตศาสตร
ไดวา
๐C = ๐F – 32 …1.3
บทท 1 บทนา 21
ในปรมาณชวงทเทากนเมอเปรยบเทยบจานวนชอง จะไดวา
×100
1 ๐C = ×
180
1 ( ๐F – 32)
๐ C = ×180
100 ( ๐F – 32)
๐C = ×9
5 ( ๐F – 32)
ดงนนเราสามารถใชสมการการเทยบหนวยระหวาง ๐C กบ ๐F จากสตร
เมอเปรยบเทยบระหวางอณหภมทวดดวยหนวย ๐C กบ K พบวา จดเรมตนของหนวย ๐C
นอยกวาหนวย K ประมาณ 273 ชอง เมอทาการวดอยางละเอยดจะไดวา 0 ๐C มคาเปน 273.15 K
นอกจากนจานวนสเกลระหวางจดหลอมเหลวจนถงจดเดอดของหนวย ๐C และ K มคาเทากนคอ 100 ชอง
จงเขยนในรปสมการทางคณตศาสตรไดดงสมการท 1.5
หรออาจเขยนใหมวา
๐C = ×9
5 ( ๐F – 32) …1.4
๐C = K – 273.15 …1.5
K = ๐C + 273.15 …1.6
บทท 1 บทนา
22
ตวอยางท 1.3 เทอรมอมเตอรวดอณหภมได 52 ๐C จะมอณหภมเทาไรในหนวย ๐F และ K
วธทา การเปลยนจาก ๐C เปน ๐F
จากสตร
แทนคาสตร
= 125.6 ๐F
วธทา การเปลยนจาก ๐C เปน K
จากสตร
แทนคาสตร
K = 52 ๐C + 273.15
= 325.15 K
คาตอบ อณหภม 52 ๐C มคาเทากบ 125.6 ๐F และมคาเทากบ 325.15 K
๐C = ×9
5 ( ๐F - 32)
K = (52 + 273.15)
K = ๐C + 273.15
52 ๐C = ×9
5( ๐F - 32)
บทท 1 บทนา 23
1.4 ระบบและสงแวดลอม
ระบบ (system) หมายถง บรเวณหรอสงทเราสนใจศกษา สวนสงแวดลอมเปนสงท
อยนอกขอบเขตสวนทเราศกษาหรออยนอกระบบ ทงนสงแวดลอมอาจมผลหรอไมมผลตอระบบกได
ระบบแบงออกเปน 3 ประเภท คอ
1) ระบบปด (closed systems) เปนระบบทไมมการถายเทมวลระหวางระบบกบสงแวดลอม
แตมการถายเทพลงงานระหวางระบบกบสงแวดลอม เชน นาในแกวทมฝาปดสนทเปนเหตให
มวลของนาในแกวเมอระเหยเปนไอจะไมสามารถถายเทออกจากภาชนะได ทง ๆทอณหภมของนาในแกว
สามารถเปลยนแปลงไดตามภาวะแวดลอม หรอการทาปฏกรยาระหวางอะลมเนยม (Al) กบไอโอดน (I2)
นาหนกของ Al กบ I2 กอนทาปฏกรยาจะเทากบนาหนกของอะลมเนยมไอโอไดดทไดจากปฏกรยา
ดงแสดงในภาพท 1.8
ภาพท 1.8 ระบบปดของปฏกรยาระหวางอะลมเนยมกบไอโอดนเกดอะลมเนยมไอโอไดด
ทมา (ดดแปลงมาจาก Russo, 2000, p. 60)
บทท 1 บทนา
24
2) ระบบเปด (opened systems) เปนระบบทมการถายเททงมวลสารและพลงงานระหวางระบบ
กบสงแวดลอม ทาใหมการเปลยนแปลงมวลใน 2 ลกษณะ คอ
(1) สงแวดลอมถายเทมวลใหกบระบบ สงเกตไดจากมวลกอนเกดการเปลยนแปลง
มคานอยกวามวลหลงการเปลยนแปลง เชน การเกดสนมของเหลก มวลของตะปเหลกจะนอยกวา
เมอตะปเกดสนม ดงแสดงในภาพท 1.9
ภาพท 1.9 ระบบเปดทมการถายเทมวลจากสงแวดลอมไปยงระบบ
ทมา (ดดแปลงมาจาก Russo, 2000, p. 60)
(2) ระบบถายเทมวลใหกบสงแวดลอม สงเกตจากมวลกอนเกดการเปลยนแปลงมากกวา
หลงการเปลยนแปลง เชน การละลายของยาลดกรด นาหนกของยาและนากอนการละลายมากกวา
นาหนกหลงจากยาละลายแลว ดงแสดงในภาพท 1.10
ภาพท 1.10 ระบบเปดทมการถายเทมวลจากระบบไปยงสงแวดลอม
ทมา (ดดแปลงมาจาก Russo, 2000, p. 60)
บทท 1 บทนา
25
3) ระบบแยกตว (isolated systems) เปนระบบทไมมการถายเททงมวลและพลงงานระหวางระบบ
กบสงแวดลอม เชน การทาการทดลองในแคลอรมเตอร เปนตน
1.5 กฎตาง ๆ ทเกยวของทางเคม
การศกษาทางเคมทสาคญ ตองเขาใจกฎตาง ๆ ทเกยวของ ทงนเนองจากสารทงหลาย
เกดจากการรวมตวของอะตอมซงมขนาดเลกมาก การทาความเขาใจกฎในการเกดปฏกรยาเคม
เพอนาไปใชในการอธบายหลกการตาง ๆ ทสาคญ กฎตาง ๆ ทควรรจก 0ไดแก
1.5.1 กฎการอนรกษมวลสาร
กฎอนรกษมวลสาร (Law of conservation of mass) เกดจากอองตวน- โลรอง - ลาววซเย
ทาการทดลองเพออธบายการเผาไหมโดยใชเครองมอทเขาประดษฐขน เพอตดตามปรมาตรทมการเปลยนแปลง
ของอากาศขณะทาการทดลองเผาเถาปรอท (mercury calx) การทดลองของเขาทาโดยนาเถาปรอท
ซงปจจบนรจกกนในรปของปรอทออกไซด ซงเขาเชอวาเกดจากการรวมกนระหวางปรอทกบแกส
มาเผาใหสลายเปนปรอทและแกสดงแสดงในภาพท 1.11 (ข) พบวาเมอสนสดการเปลยนแปลง
ปรมาตรของแกสเพมขนสสวนในหาสวนของเมอเรมตน โดยปรมาตรแกสทเพมขนมคาเทากบ
ปรมาตรรวมของแกสเมอเรมตนการทดลองเผาปรอทกบอากาศ ดงแสดงในภาพท 1.11 (ก)
ภาพท 1.11 การทดลองเพอทดสอบวาอากาศมสวนเกยวของกบการเผาไหม
ของอองตวน - โลรอง - ลาววซเย
ทมา (ดดแปลงมาจาก Silberberg, 2000, p. 11)
กฎนมใจความสาคญสรปไดวา “การเกดปฏกรยาเคมใด ๆผลรวมของมวลสารทเขาทาปฏกรยากน
จะเทากบผลรวมของมวลสารทเกดขน” กฎนสามารถนามาใชกบปฏกรยาเคมทวไปทอยในระบบปด เชน
บทท 1 บทนา
26
2 Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) …1.7
มวลสาร (g) (2x24) 32 2 (24 + 16)
กฎนไมสามารถนาไปใชไดกบปฏกรยานวเคลยร เนองจากปฏกรยานวเคลยรทเกดขน
มวลสารจะเกดการเปลยนแปลงเปนพลงงานจานวนมาก ตามสมการของแอลเบรต ไอนสไตน
(Albert Einstein) คอ E = mc2 ในขณะทปฏกรยาทวไปพลงงานทเปลยนแปลงไปเปนมวลขณะ
เกดปฏกรยานน มวลจะมคานอยมากจนไมสามารถวดได
1.5.2 กฎสดสวนจากด
กฎสดสวนจากด (Law of definite proportion) นสบเนองมาจากในป ค.ศ. 1799
นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส คอ โจเซฟท เพราสท (Joseph Proust) ไดสงเคราะหสารประกอบ
หลายชนดและมอตราสวนในการเกดสารประกอบนน ๆ โดยมวลทคงท จงสรปเปนกฎเรยกวา
กฎสดสวนจากด มใจความสาคญโดยสรปของกฎนคอ “ ธาตตาง ๆ ทมารวมกนเปนองคประกอบ
ของสารประกอบหนง ๆ จะมอตราสวนโดยนาหนกทคงทเสมอ ไมวาสารประกอบนนจะเตรยมมา
โดยวธใดกตาม ” ดงเชนการเตรยมสารประกอบระหวางเหลก (Fe) กบกามะถน (S) ดงแสดงใน
ภาพท 1.12 เรมจากการทดลองครงแรกใช S 32.0 g ทาปฏกรยาไดพอดกบ Fe 55.8 g เกดเปน
สารประกอบเหลกซลไฟด (FeS) 87.8 g คดเปนอตราสวนระหวาง FeS = 0.537 เมอเปลยนไป
ใชมวลของทง S และ Fe หลาย ๆ การทดลอง พบวาอตราสวนโดยมวลระหวาง S และ Fe ยงคงเดม
คอ 0.537 และยงพบวาหากสารใดมจานวนมาก ผลสดทายจะเหลอสารนนเสมอ
บทท 1 บทนา
27
ภาพท 1.12 อตราสวนในการเกดสารประกอบ FeS จากการทดลองหลาย ๆ ครง
ทมา (ดดแปลงมาจาก Kask, & Rawn, 1993, p. 30)
เมอนากฎสดสวนจากดมาพจารณาประกอบการทดลองจะพบวากฎสดสวนจากดใหผล
โดยประมาณเทานน ทงนอาจเนองมาจากอตราสวนโดยนาหนก หรอโดยมวลของธาตทเปน
องคประกอบของสารประกอบนนขนกบนาหนกอะตอมของธาต ซงเปนคาเฉลยของมวลของ
ไอโซโทปตาง ๆ ของธาต เพราะในธรรมชาตธาตสวนใหญจะมไอโซโทปมากกวา 1 ไอโซโทป
และองคประกอบของธาตแตละไอโซโทปจะแตกตางกนไปตามสถานท เปนเหตใหนาหนกอะตอม
ของธาตเปลยนไป ดงนนอตราสวนโดยน าหนกของแตละธาตในสารประกอบจงอาจคลาดเคลอนไปได
โดยเฉพาะสารประกอบไอออนกจะใหผลทคลาดเคลอนไปจากกฎสดสวนจากด เชน สารประกอบ
ทเกดจากทองแดงกบกามะถน เมอทาการทดลองเพอหาสตรของสารประกอบพบวาอตราสวน
โดยโมลอะตอมของทองแดง : กามะถนอาจเปนดงน Cu : S = 1.7 : 1 ถง Cu : S = 2 : 1 เขยนเปนสตร
สารประกอบไดวา Cu1.7S ถง Cu2S สารประกอบในลกษณะนเรยกวาสารประกอบทไมเปน
ปรมาณสมพนธ (nonstoichiometic compound) ซงพบในสารประกอบกลมซลไฟดและออกไซดของ
โลหะ แทรนซชน เนองจากโลหะแทรนซชนสามารถเกดภาวะทมเลขออกซเดชนหรอสถานะ
ออกซเดชนไดมากกวาหนงคา
บทท 1 บทนา
28
สารประกอบทไมเปนปรมาณสมพนธสวนมากเปนสารประกอบของของแขงไอออนก
โดยแคตไอออนและแอนไอออนจะเรยงสลบตอเนองกนเปนโมเลกลใหญ ปกตไอออนเหลาน
อยชดกนอตราสวนของแคตไอออนและแอนไอออนอาจแตกตางกน ขนกบภาวะในการเตรยม เชน
สารประกอบไทเทเนยมออกไซด (TiO) เมอภาวะในการเตรยมแตกตางกนจะไดสารประกอบทม
อตราสวนจานวนโมลอะตอมของ Ti : O ตงแต 0.75 : 1 ถง 1 : 0.69 เขยนเปนสตรสารประกอบ
ไดวา Ti0.75O ถง TiO0.69 และเมอนาผลกของสารเหลานมาศกษาดวยการเลยวเบนของรงส
เอกซ (X-ray diffraction) พบวาทกสารประกอบมการจดเรยงตวของไอออนเหมอนกน มบาง
ผลกทไอออนของ Ti2+ และ O2- จานวนเลกนอยหลดจากผลก ดงแสดงในภาพท 1.13 ทาให
มผลตออตราสวนของ Ti2+ และ O2- ไมเปน 1 : 1
ภาพท 1.13 ของแขงไอออนกทมสมบตไมเปนปรมาณสมพนธ โดย Ti2+ หลดไปจากผลก
ทมา (จฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2533, 4)
แม Ti2+ หรอ O2- จะหลดไปจากโครงผลก สมบตทางเคมของสารประกอบจะไม
เปลยนแปลง เนองจากผลกของ TiO มโครงสรางทตอเนองกนไมเปนโมเลกลเดยว สาหรบ
สมบตทางฟสกสทขนกบโครงสรางผลก เชน สมบตทาง0ไฟฟาและแสง0จะเกดการเปลยนแปลง
ตามอตราสวนของจานวนโมลอะตอมทเปลยนไป
บทท 1 บทนา
29
สาหรบสารประกอบทมโมเลกลไมตอเนองกน (Discrete molecule) บางชนดหากม
การเตมอะตอมของธาตทเปนองคประกอบเพมเตม จะไดสารประกอบใหมทมสมบตทางกายภาพ
และทางเคมแตกตางไปจากสารเดม ดงแสดงในตารางท 1.9
ตารางท 1.9 การเตมธาตทเปนองคประกอบเพมเตมในสารประกอบเดม
สารประกอบ สตรโมเลกล
อตราสวนจานวน
โมลอะตอมของธาต
ไนโตรเจนมอนอกไซด NO N : O = 1 : 1
เมอเตมไนโตรเจน ไดไนโตรเจนมอนอกไซด N2O N : O = 2 : 1
เมอเตมออกซเจน ไนโตรเจนไดออกไซด NO2 N : O = 1 : 2
นา H2O H : O = 2 : 1
เมอเตมออกซเจน ไฮโดรเจนเปอรออกไซด H2O2 H : O = 2 : 2
คารบอนมอนอกไซด CO C : O = 1 : 1
เมอเตมออกซเจน คารบอนไดออกไซด CO2 C : O = 1 : 2
จะเหนวาสารประกอบตาง ๆ ทเกดขน มอตราสวนจานวนโมลอะตอมในโมเลกล
สารประกอบแตกตางกน ทงนเนองจากสารประกอบแตละตวโมเลกลไมไดจบตอเนองกน เมอม
อะตอมของออกซเจนเตมเขาไปจะไดสารตวใหมทมสตรโมเลกลแตกตางกน ขณะเดยวกนโมเลกล
ใหมกมอตราสวนระหวางอะตอมเปนไปตามกฎสดสวนจากด จงอาจกลาวไดวาธาตสองชนดทมา
รวมกนมอตราสวนในการรวมไมเปนปรมาณสมพนธกน เนองจากอตราสวนของการรวมอาจเปน
1:1 หรอ 1:2 หรอ 2:1 ดงแสดงไวในตารางท 1.9 ซงอตราสวนทงหมดเปนไปตามกฎสดสวน
จากด ขณะเดยวกนจะเหนวาอตราสวนของธาตทมารวมกนแตกตางกน ดงนนสารดงกลาวจง
จดเปนสารประกอบประเภททไมเปนปรมาณสมพนธ
บทท 1 บทนา
30
1.5.3 กฎสดสวนพหคณ
กฎสดสวนพหคณ (Law of multiple proportions) เปนกฎทตงโดยจอหน ดอลตน
(John Dalton) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ เมอประมาณ ค.ศ. 1787 กฎสดสวนพหคณเปนกฎทม
ผลสบเนองมาจากทฤษฎอะตอมของเขาเอง ซงทฤษฎดงกลาวจะกลาวโดยละเอยดในบทท 2 โดย
กฎดงกลาวมเนอหาสาระทสาคญ พอสรปไดดงน “เมอธาตสองธาตหรอมากกวามารวมกนเกดเปน
สารประกอบมากกวาหนงชนด เมอใหนาหนกของธาตใดธาตหนงในสารประกอบแตละชนดคงท
นาหนกของธาตอนทรวมตวพอดในสารประกอบเมอนาไปเปรยบเทยบกนจะไดอตราสวนเปนเลข
ลงตวนอยๆ ” เชน H2O และ H2O2 ตางม H และ O เปนองคประกอบ จะเหนวานาหนกของ
ไฮโดรเจนคงทคอ 2 และเมอนานาหนกของออกซเจนในสารประกอบทงสองชนดมาเปรยบเทยบ
กน จะไดอตราสวนเปนเลขลงตวนอย ๆ เชนเดยวกบสารประกอบในกลมของ C กบ O และ
N กบ O ดงแสดงในตารางท 1.10
ตาราง อตราสวนของธาตชนดเดยวกนทสามารถเกดสารประกอบไดมากกวาหนงชนด
สาร มวลของธาต (g)
อตราสวนทนามาเปรยบเทยบ คงท เปรยบเทยบ
H2O H = 2 O = 16
O : O = 1 : 2 H2O2 H = 2 O = 32
CO C = 12 O = 16
O : O = 1 : 2 CO2 C = 12 O = 32
NO ให N = 28 O = 32
O : O : O = 2 : 1 : 4 N2O N = 28 O = 16
NO2 ให N = 28 O = 64
1.5.4 กฎสดสวนสมมล
กฎสดสวนสมมล (Law of equivalent proportions) เปนกฎทกลาวถงธาตตาง ๆ
สามธาตทรวมกนเกดสารประกอบมากกวาหนงชนด เชน สาร P Q และ C เปนธาตหรอ
สารประกอบสามชนด โดยสาร P และ Q สามารถทาปฏกรยากนได และทงสาร P และ Q
ยงสามารถทาปฏกรยากบสาร C ได โดยมความสมพนธกนสองลกษณะ คอ
ตารางท 1.10
H2O H2O2
CO CO2
NO N2O NO2
บทท 1 บทนา
31
1) เมอสาร P และ Q ตางทาปฏกรยากบสาร C พบวาอตราสวนโดยนาหนกของสาร P
และ Q ททาปฏกรยาพอดกบนาหนกคงทของสาร C จะไดเลขจานวนหนงซงอาจเปนจานวนเตม
หรอไมเปนจานวนเตมกได เขยนเปนสมการไดวา
จากสมการ 1.8 ถาเขยนสญลกษณแทนคาตาง ๆ โดยให
a = จานวนอะตอมของ P ททาปฏกรยาพอดกบนาหนกคงทของ C
b = จานวนอะตอมของ Q ททาปฏกรยาพอดกบนาหนกคงทของ C
x = มวลอะตอมของ P
y = มวลอะตอมของ Q
เขยนเปนสมการใหมไดวา
by
ax = R …1.9
2) เมอสาร P และ Q ทาปฏกรยากนโดยตรง พบวาอตราสวนโดยนาหนกของธาต
ทงสองททาปฏกรยากน จะไดตวเลขจานวนหนงในทนสมมตเปน r ทงนคา r อาจมคาเทากบ R
ในสมการท 1.9 หรอไมเทากได เขยนสมการแสดงอตราสวนโดยนาหนกของสาร P และ Q ททา
ปฏกรยากนโดยตรงไดดงน
P กบทรวมพอด Q นาหนกของ
Q กบทรวมพอด P นาหนกของ = r …1.10
ถาให P จานวน p อะตอมทาปฏกรยาพอดกบ Q จานวน q อะตอมจากสมการ 1.9
เขยนเปนสมการใหมไดวา
ถา qy
px = r …1.11
นนคอ r = R
นาหนกของ Q ทรวมพอดกบ C หนก c กรม
นาหนกของ P ทรวมพอดกบ C หนก c กรม R = …1.8
บทท 1 บทนา
32
กรณทอตราสวนโดยนาหนกของสาร P และ Q ททาปฏกรยากนมคาไมเทากบ R
เมอนาอตราสวนโดยนาหนกของสาร P และ Q ททาปฏกรยาพอดกบนาหนกคงทของสาร C คอคา
R ไปหารกบคา r จะไดเลขจานวนเตมหรออตราสวนของเลขจานวนเตม ในทนคอคา n
นนคอ Rr = n
หรอ r = nR
ตวอยางท 1.4 N และ O ทาปฏกรยากนไดสารประกอบ NO พบวา N 28 g จะทาปฏกรยา
พอดกบ O 32 g จงหาสดสวนสมมลของธาต N และ O นอกจากน N และ O ตางสามารถ
ทาปฏกรยากบ H ไดสารประกอบ NH3 และ H2O โดยใชธาตตาง ๆ ดงน
H 1 g จะทาปฏกรยาพอดกบ N 4.66 g เกด NH3
H 1 g จะทาปฏกรยาพอดกบ O 8.00 g เกด H2O
สดสวนสมมลของธาต ทงสามมคาเทาใด
วธทา
จากสตร กรม 1 หนก H กบทรวมพอด O นาหนกของ
กรม 1 หนก H กบทรวมพอด N นาหนกของ =
8.00
4.66 = 0.583
คาตอบ สดสวนสมมลของธาตทงสามมคาเทากบ 0.583
จากสตร N กบทรวมพอด O นาหนกของ
O กบทรวมพอด N นาหนกของ = r
ดงนน 32
28 = 0.875
จาก r = nR
นนคอ 0.875 = 0.583 n
n = 2
3
คาตอบ สดสวนสมมลของธาต N และ O คอ 2
3
บทท 1 บทนา
33
1.6 ปรมาณสมพนธ
ปรมาณสมพนธ (stoichiometry) เปนเรองทเกยวของกบปรมาณของสารตวทาปฏกรยา
กบผลตภณฑทไดรวมทงพลงงานของมวลสารหลงเกดปฏกรยาเคม ใชในการคานวณสารตงตนท
เขาทาปฏกรยาและหรอผลของผลตภณฑ ซงสามารถนาไปใชในทางอตสาหกรรมการคารวมทงการวเคราะห
หาอตราสวนของสารประกอบในปฏกรยาเคม
1.6.1 อะตอม โมเลกล ไอออน
สารแตละชนดทเกยวของกบการเปลยนแปลงอาจอยในหลายลกษณะ เชน อยในรป
ของอะตอม โมเลกล หรอไอออนซงมลกษณะทแตกตางกนดงน
1) อะตอม เปนอนภาคทเลกทสดของธาตมาจากภาษากรก คอ “atomos” แปลวา
แบงแยกไมได โดยอะตอมจะสามารถแสดงสมบตของธาตนน ๆ ไดครบถวนและสามารถทา
ปฏกรยาเคมได โครงสรางของอะตอมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนรวมกนอยทแกนกลาง
เรยกวา นวเคลยส บรเวณรอบนอกนวเคลยสนมอเลกตรอนหอหมอย บางครงองคประกอบท
เกดจากการรวมระหวางโปรตอนกบนวตรอนอาจเรยกวานวคลออนกได อะตอมอสระทกอะตอม
จะมจานวนอเลกตรอนเทากบจานวนโปรตอนทอยในนวเคลยส เรยกจานวนโปรตอนทอยใน
อะตอมนวาเลขเชงอะตอมหรอเลขอะตอม (atomic number) ใชสญลกษณ Z และผลบวกของ
จานวนโปรตอนกบนวตรอนในนวเคลยส เรยกวา เลขเชงมวลหรอเลขมวล (mass number) ใช
สญลกษณ A ดงนน A = Z + N เมอ N คอ จานวนนวตรอน รายละเอยดเกยวกบเรองอะตอม
ศกษาไดจากบทท 2
2) โมเลกล คอหนวยทเลกทสดของธาตและสารประกอบทแสดงสมบตเฉพาะตวของ
ธาตหรอสารประกอบและสามารถอยไดโดยอสระ สาหรบธาตบางชนดสามารถอยไดโดยอสระ
เพยงอะตอมเดยวซงจดเปนโมเลกลอะตอมเดยว (monoatomic molecule) ไดแกแกสมตระกล คอ
ฮเลยม (He) นออน (Ne) อารกอน (Ar) ครปตอน (Kr) ซนอน (Xe) และเรดอน (Rn)
นอกจากนโมเลกลของธาตหรอสารประกอบยงแบงคราว ๆ ไดเปน 2 กลมตามจานวน
ของอะตอมทมาประกอบไดแก
(1) โมเลกลทเกดจากอะตอม 2 อะตอม จดเปนโมเลกลอะตอมค (diatomic
molecule) แบงเปน 2 ชนด คอ
ก. โมเลกลของ 2 อะตอมเปนธาตชนดเดยวกน ไดแก F2 O2 และ N2
ข. โมเลกลของ 2 อะตอมเปนธาตตางชนด ไดแก HCl NaCl
บทท 1 บทนา 34
(2) โมเลกลทเกดจากอะตอมมากกวา 2 อะตอม เรยกวาโมเลกลหลายอะตอม
(polyatomic molecule) แบงไดเปน 2 ชนด คอ
ก. โมเลกลทมธาตชนดเดยวกนไดแก ฟอสฟอรส (P4) กามะถน(S8 )
ข. โมเลกลของธาตตางชนดไดแก คลอโรฟอรม (CHCl3) ยเรย
(NH2CONH2) โมเลกลของสารทประกอบดวยธาตชนดเดยวกนทงหมด เรยกวา โมเลกลเอกพนธ
(homonuclear molecule) สวนโมเลกลทประกอบดวยธาตมากกวาหนงชนดเรยกวา โมเลกลววธ
พนธ (hetero-nuclear molecule)
3) ไอออน เปนอะตอมหรอกลมอะตอมทมประจ โดยเหตทอะตอมหรอกลมอะตอม
ทเปนกลางรบอเลกตรอนเพมมาอก ทาใหมจานวนอเลกตรอนมากกวาจานวนโปรตอนเกดเปน
ไอออนลบ (negative ion or anion) เชน O2- S2- และ Cl- ถาอะตอมทเปนกลางเสยอเลกตรอน
ไปทาใหมจานวนโปรตอนมากกวาอเลกตรอนเกดไอออนบวก (positive ion or cation) เชน K+
Mg2+ และ Al3+ สาหรบกลมอะตอมทมประจบวกไดแก และประจลบไดแก −23CO และ
−24SO จานวนประจของไอออนแตละชนดจะขนอยกบการสญเสยหรอการรบอเลกตรอน
1.6.2 มวลและปรมาณสาร
สารทกชนดมมวล นาหนก และปรมาณ เนองจากอะตอมโมเลกลหรอไอออนของสาร
มขนาดเลกมากจงมการกาหนดวธหามวล น าหนกและปรมาณในรปแบบตาง ๆ ดงนน าหนก
อะตอม หรอ นาหนกเชงอะตอม (atomic weight) เนองจากอะตอมเปนหนวยทเลกทสดของธาต
มรศมยาวประมาณ 10-10 เมตร ธาตไฮโดรเจนเปนธาตทเบาทสดมมวลประมาณ 1.6 x 10-24 กรม จงเปน
การยากทจะชงน าหนกเชงอะตอมไดโดยตรงง การหาน าหนกเชงอะตอมจงนยมใช มวล
เปรยบเทยบ (relative mass) ระหวางมวลเชงอะตอมของธาตกบมวลมาตรฐาน เชน ไฮโดรเจน
หรอออกซเจน หรอคารบอน เรยกมวลเปรยบเทยบนนวา นาหนกเชงอะตอม
ในธรรมชาตอะตอมของธาตเกอบทกชนดจะมอยหลายไอโซโทป จงจาเปนตองหา
นาหนกเชงอะตอมเฉลยของแตละไอโซโทปของธาตนน มาเปรยบเทยบกบมวลของธาตมาตรฐาน
ตงแตป ค.ศ. 1960 เปนตนมา ไดใช 12C เปนธาตมาตรฐาน 12C เปนไอโซโทปหนงของคารบอน
ทมมากทสดในธรรมชาต โดยกาหนดใหมวลของธาต 1 อะตอม หนกเปนกเทาของ 12
1 ของมวล
ของ 12C หนงอะตอม สมการทใชในการคานวณนาหนกเชงอะตอมของธาตใด ๆ มดงน
N H 4 +
บทท 1 บทนา 35
…1.13
นาหนกเชงอะตอมของธาต = อะตอม 1 C12ของมวลของ
12
1อะตอม 1มวลของธาต …1.12
มวลเชงอะตอมของธาตมหนวยเปน amu (atomic mass unit) ปจจบนเรยกหนวย amu
วา dalton ใชอกษรยอ D โดย
1 D (amu) = 1.66053 ×10-24 g
= 12
1 ของมวลของ 12 C 1 amu
ดงนน มวลของ 12 C 1 อะตอม = 12 D
= 12 ×1.66053 ×10-24 g
ดงนน มวลอะตอม 1 อะตอม = นาหนกอะตอม × 1.66 x 10-24 g
การบอกคานาหนกอะตอมของธาตจงแปลความหมายไดดงน
เมอ Na มนาหนกอะตอม = 39
มความหมายวา Na 1 อะตอมหนกเปน 39 เทาของ 12
1 ของมวลของ 12C 1 อะตอม
นนคอ Na มมวลอะตอม = 39 × 1.66053 × 10-24 g
กรณทมไอโซโทปนาหนกอะตอมทนามาใช เปนคาเฉลยตามสดสวนของปรมาณของ
ไอโซโทปทมอยจรงในธรรมชาต หาไดจากสมการตอไปน
นาหนกอะตอมเฉลย = ผลรวมของจานวนเปอรเซนตคณดวยมวลไอโซโทปของธาต
100
บทท 1 บทนา 36
มวลโมเลกลของสาร 1 โมเลกล
ของมวลของ 12C 1 อะตอม 12 1
ตวอยางท 1.5 นออน 3 ไอโซโทป มมวล 19.99244, 20.99395 และ 21.99138 ปรากฏอยใน
ธรรมชาต 90.92%, 0.257% และ 8.82 % ตามลาดบ จงหานาหนกเชงอะตอมเฉลย
นาหนกเชงอะตอมเฉลยของนออน = 100
)99138.2182.8()99395.2025.0()99244.1992.90( xxx ++
คาตอบ
นาหนกอะตอมเฉลยของนออนเทากบ 20.17
2) นาหนกโมเลกล หรอนาหนกเชงโมเลกล (Molacular weight) เปนคาทไดจาก
การเปรยบเทยบระหวางมวลโมเลกลกบมวลธาตมาตรฐาน โดยกาหนดให 1โมเลกลมมวลเปนกเทา
ของ 12
1 ของมวล 12C หนงอะตอม การหานาหนกโมเลกลสารจงหาไดจากสมการ
นาหนกเชงโมเลกล =
หรอ มวลโมเลกล 1 โมเลกล = นาหนกโมเลกล ×1.66 × 10-24 g
นาหนกโมเลกลสามารถหาไดโดยตรงจาก ผลบวกของนาหนกอะตอมของธาตแตละ
ธาตในโมเลกล
ตวอยางท 1.6 จงคานวณนาหนกโมเลกลของกรดแอซตก มสตรโมเลกล CH3COOH กาหนดให
นาหนกอะตอมของ C = 12 H = 1 และ O = 16
วธทา
นาหนกโมเลกล = ผลบวกของนาหนกอะตอมแตละธาตในโมเลกล
= C + 3H + C + O + O + H
= 2(C) + 4(H) + 2(O)
= (2 × 12) + (4 × 1) + (2 × 16)
คาตอบ นาหนกโมเลกลของกรดแอซตกเทากบ 60
3)นาหนกสตร (Formula weight) เปนมวลเปรยบเทยบเชนเดยวกบนาหนกโมเลกล
ไดจากโมเลกลของสารทไมมสตรโมเลกลมแตสตรเอมพรคล เชน สารประกอบไอออนก วธหา
นาหนกสตรคดจากผลบวกของมวลอะตอมของธาตแตละธาตในสตร
...1.14
บทท 1 บทนา 37
ภาพท 1.14 เปรยบเทยบปรมาณสารแตละชนดใน 1 โมล
ทมา (Suchocki, 2001, 273)
ตวอยางท 1.7 จงคานวณหานาหนกสตรของ KCl กาหนดใหนาหนกอะตอมของ K = 39 Cl = 35.5
วธทา นาหนกสตร = ผลบวกของมวลอะตอมของธาตแตละชนด
= K + Cl
= 39 + 35.5
คาตอบ นาหนกสตรของ KCl เทากบ 74.5
4) โมล (mole) อะตอมทอยในองคประกอบของสสารแตละชนดมจานวนหรอปรมาณ
มากมาย เปนการไมสะดวกทจะระบจานวนสาร ดงนนจงใชโมลเพอบอกปรมาณสารเปนอนภาค
โดย 1 โมลอะตอมเทากบ 6.02 × 1023 อะตอม ซงเรยกเลขจานวนนวา เลขอโวกาโดร (Avogadro’s
number) จานวนอนภาค 6.02 × 1023 หนวย = มวลเชงอะตอมของ 12C ซงหนก = 12.00 g
โมลอาจนามาใชบอกปรมาณของโมเลกล ไอออน อเลกตรอนหรออนภาคอน ๆ
ขนอยกบชนดของอนภาค และ1 โมลอะตอมของธาตใด ๆ จะมนาหนกเทากบนาหนกเชงอะตอม
ของธาตนนในหนวยกรม สาหรบ 1 โมลโมเลกลมนาหนกเทากบนาหนกเชงโมเลกลของสารนน
และมอนภาคเทากบ 6.02 × 1023 โมเลกล เชน อะตอมของโซเดยม (Na) ตะกว (Pb) และ
ฮเลยม (He) มมวลเชงอะตอมเทากบ 22.990 207.2 และ 4.003 ตามลาดบ ถาชงสารทง 3 ชนด
ใหไดนาหนกเทากบมวลเชงอะตอมของแตละสารจะมคาเทากบ 1 โมล และมจานวนอะตอมเทากบ
6.02 × 1023 อะตอม ดงแสดงในภาพท 1.14
บทท 1 บทนา 38
และจานวนโมลของสารหาไดจากสตรตอไปน
จานวนโมล = ของสารนกโมเลกลอมหรอนาหนาหนกอะต
สาร(กรม)นาหนกของ
ตวอยางท 1.8 ถานา (H2O) หนก 54 กรม จงคานวณหา
ก. จานวนโมลของ H2O
ข. จานวนโมเลกล
ค. จานวนโมลของแตละธาตใน H2O
ง. จานวนอะตอมของแตละธาต
กาหนดใหนาหนกอะตอมของ H = 1, O = 16
วธทา
ก. จานวนโมลของ H2O
นาหนกโมเลกลของ H2O = 2H + O
= (2 × 1) + 16
= 18
จานวนโมลของ H2O = OของHมวลโมเลกล
นานาหนกของ
2
= 1854
คาตอบ จานวนโมลของ H2O เทากบ 3 โมล
ข. จานวนโมเลกล H2O
H2O 1 โมล ม = 6.02 × 1023 โมเลกล
ดงนน H2O 3 โมล ม = 3 × 6.02 × 1023 โมเลกล
คาตอบ จานวนโมเลกลของ H2Oเทากบ 18.1 × 1024 โมเลกล
ค. H2O 1 โมเลกล ม H = 2 อะตอม และ O = 1 อะตอม
ดงนน H2O 1 โมลโมเลกล ม H = 2 โมลอะตอม และ O = 1 โมลอะตอม
คาตอบ H2O 3 โมลโมเลกล จงม H = 2 × 3 = 6 โมลอะตอม
และ O = 1 × 3 = 3 โมลอะตอม
...1.15
บทท 1 บทนา 39
ง. H2O จานวน 18.06 × 1023 โมเลกล
H2O 1 โมลโมเลกล ม H = 2 × 18.09 × 1023 อะตอม
= 36.12 × 1023 อะตอม
ม O = 18.06 × 1023 อะตอม
คาตอบ ม H = 2 × 18.09 × 1023 อะตอม
และม O = 18.06 × 1023 อะตอม
สาหรบแกสใด ๆ กาหนดวา ทสภาวะอณหภมและความดนมาตรฐาน (Standard
Temperature and Pressure, STP) มอณหภม 273 K ความดน 1 บรรยากาศ สสารทสถานะแกส
มปรมาตร 22.4 ลตร (dm3) จะมปรมาณ 1 โมล
ตวอยางท 1.9 แกส C2H2 จานวน 24 กรม จงคานวณหา
ก. จานวนโมลของ C2H2
ข. จานวนปรมาตรของ C2H2 ท STP
ค. จานวนโมเลกลของ C2H2
วธทา
ก. นาหนกโมเลกล C2H2 = (2 × 12) + (2× 1)
= 24 + 2
= 26
จานวนโมลของ C2H2 = 26
24
คาตอบ โมลของ C2H2 เทากบ 0.92 โมล
ข. ท STP 1 โมลของ C2H2 มปรมาตร = 22.4 ลตร
0.92 โมลของ C2H2 มปรมาตร = 0.92 × 22.4
คาตอบ C2H2 มปรมาตรเทากบ 20.61 ลตร
ค. ปรมาณ 1 โมลของ C2H2 มจานวน = 6.02 × 1023 โมเลกล
0.92 โมล ของ C2H2 มจานวน = 0.92 × 6.02 × 1023 โมเลกล
คาตอบ C2H2 มจานวนเทากบ 5.54 × 1023 โมเลกล
บทท 1 บทนา 40
5) สตรเคม (chemical formula) คอกลมสญลกษณของธาตบอกสวนประกอบของสาร
ซงจะแสดงจานวนอะตอมหรอไอออนของธาตใน 1 โมเลกล ตวอยางเชนไนโตรเจนไดออกไซด (NO2)
โดยใน 1 โมเลกลของสารนประกอบดวย N 1 อะตอม และ O 2 อะตอม หรอโพแทสเซยมคลอไรด
(KCl) 1 โมเลกลของสารประกอบดวย K+ 1 ไอออน และ Cl- 1 ไอออน นอกจากนสารบางอยาง
มนาผลกประกอบอยดวย เชน MgSO4 .7H2O แสดงวา MgSO4 มนาอยในแตละโมเลกลผลก 7
โมเลกลเรยกสารประเภทนวา ไฮเดรต (hydrate) เมอนาผลกของสารเหลานไปเผาจะทาใหนาระเหย
ออกไป และเรยกสารประเภทนวาเกลอแอนไฮดรส (anhydrous salt)
6) การแบงประเภทของสตรเคม สตรเคมแบงออกเปน 3 ประเภทคอ
(1) สตรเอมพรคลหรอสตรอยางงาย (empirical formula) เปนสตรทแสดงใหทราบ
ถงอตราสวนอยางตาของจานวนอะตอมทประกอบขนเปนสารประกอบ เชน CH เปนสตรอยางงาย
ของอะเซทลน (acetylene) ประกอบดวย C และ H โดยมอตราสวนจานวนอะตอมของ C : H = 1 : 1
หรอ แคลเซยมออกไซด (CaO) ประกอบดวยอตราสวนระหวาง Ca2+ : O2- = 1 : 1 เปนตน
(2) สตรโมเลกล (molecular formula) เปนสตรทแสดงจานวนอะตอมของธาต
ทเปนองคประกอบของธาตหรอสารประกอบนนใน 1 โมเลกล เชน C2H2 เปนสตรโมเลกลของอะเซทลน
ประกอบดวย C 2 อะตอม และ H 2 อะตอม ในบางกรณสตรโมเลกลเปนสตรเดยวกนกบสตร
เอมพรคล เชน H2O เปนสตรทประกอบดวยไฮโดรเจน 2 อะตอม ออกซเจน 1 อะตอม ซงเปน
จานวนเตมเลขคงตวแลว บางครงสตรโมเลกลอาจเปนพหคณของตวเลขลงตวกบสตรเอมพรคล
สามารถเขยนความสมพนธระหวางสตรโมเลกลกบสตรเอมพรคลไดดงสมการท 1.16 คอ
สตรโมเลกล = (สตรเอมพรคล) n …1.16
เมอ n = 1 2 3 4 …
ตวอยางเชน สตรเอมพรคล จานวน n สตรโมเลกล
CH2
2 C2H4
3 C3H6
C3H4
2 C6H8
3 C9H12
บทท 1 บทนา 41
(3) สตรโครงสราง (structural formula) เปนสตรโมเลกลทแสดงการยดเหนยวกน
ระหวางอะตอมและสามารถแสดงตาแหนงของอะตอม หรอการจดเรยงอะตอมภายในโมเลกล เชน
CH4O
มสตรโครงสรางเปน
สารประกอบแตละชนดจงมสตรเอมพรคล สตรโมเลกลและสตรโครงสรางทแตกตางกนไป
ดงแสดงในตารางท 1.11
ตารางท 1.11 ตวอยางสตรเอมพรคล สตรโมเลกลและสตรโครงสรางของสารประกอบบางชนด
สารประกอบ สตรเอมพรคล สตรโมเลกล สตรโครงสราง
C C OH
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
O CC, H
เอทานอล C2H6O C2H6O
มเทน
CH4 CH4 C
H
H
H
H
อะเซทลน CH C2H2 CH HC
H
HH
HHH
,
HH H
HH
H
เบนซน CH C6H6
7) การคานวณสตรแบบตาง ๆ ของสาร สตรตาง ๆ ของสารทเกยวของในทางเคม
มหลายลกษณะคอ
(1) การคานวณหาสตรเอมพรคลและสตรโมเลกลของสาร ในการคานวณหาสตร
อยางงายใชเมอตองทราบวาสารประกอบนนประกอบดวยธาตอะไรบาง โดยนาน าหนกอะตอม
ของแตละธาตมาคานวณโมลของธาตแตละธาตทมในสารประกอบ จากนนนาโมลอะตอมของแตละธาต
ทมในสารประกอบมาเปรยบเทยบอตราสวนกนจะไดสตรเอมพรคลของสารประกอบนน ดงแสดง
ในตวอยางท 1.10
H
H C OH
H
บทท 1 บทนา 42
ตวอยางท 1.10 สารประกอบชนดหนงจากการวเคราะห พบวา ประกอบดวยธาตไฮโดรเจน (H)
= 5.88% และกามะถน (S) = 94.12% โดยมวล จงคานวณหาสตรเอมพรคล (H = 1, S = 32)
วธทา อตราสวนโดยนาหนกของ H : S = 5.88 : 94.12
อตราสวนโดยโมลอะตอม H : S = 1
88.5 :
32
12.94
= 5.88 : 2.94
= 2 : 1
คาตอบ สตรเอมพรคลของสารประกอบน คอ H2S
(2) การคานวณหาสตรโมเลกล สาหรบการคานวณหาสตรโมเลกลดงไดกลาวแลว
ในหวขอการแบงประเภทของสตรเคมวา สามารถทาไดโดยเมอหาสตรเอมพรคลและนาหนก
โมเลกลของสารประกอบนนแลว ใหนาความสมพนธของสตรโมเลกลและสตรเอมพรคลมาเขยน
เปนสมการเชนสมการ 1.16 ในหนา 39
ตวอยางท 1.11 จากการวเคราะหสารประกอบชนดหนงประกอบดวยธาต คารบอน (C) = 40%
ออกซเจน (O) = 53.33% และ H = 6.67% โดยนาหนก จงคานวณหาสตรโมเลกล
เมอสารประกอบมมวลโมเลกล 60 (C = 12, H = 1, O = 16)
วธทา อตราสวนโดยมวล C : H : O = 40 : 6.67 : 53.33
อตราสวนโดยมวล C : H : O = 12
40 :
1
67.6 :
16
33.53
= 3.33 : 6.67 : 3.33
= 1 : 2 : 1
สตรเอมพรคล คอ CH2O
สตรโมเลกล = (สตรเอมพรคล)n
มวลโมเลกล = 60
60 = (CH2O)n
60 = [12 + (2× 1) + 16]n
60 = (30)n
n = 2
ดงนนสตรโมเลกล = (CH2O)2 = C2H4O2
คาตอบ สตรโมเลกล คอ C2H4O2 หรอ CH3COOH
บทท 1 บทนา 43
3) การคานวณหานาหนกรอยละของธาตในสารประกอบ นาหนกรอยละของธาตใน
สารประกอบ เปนการบอกใหทราบถงปรมาณของธาตนนในสารประกอบในรปของรอยละ การท
จะทราบคารอยละของนาหนกของธาตตาง ๆ ในสารประกอบได จาเปนตองทราบสตรของ
สารประกอบกบนาหนกอะตอมของแตละธาตในสารประกอบ ซงมความสมพนธดงสมการ 1.17
นาหนกรอยละของธาต = ประกอบลกลของสารนาหนกโมเ
100 นสารประกอบอมของธาตในาหนกอะต × …1.17
ตวอยางท 1.12 จงคานวณหารอยละของธาต C, H, O ในกรดฟอรมก HCOOH (C = 12,
H = 1, O = 16)
วธทา นาหนกโมเลกลของ HCOOH = (2× 1) + (1× 12) + (2 × 16)
= 46
หานาหนกรอยละของธาต C
นาหนกรอยละของธาตC = แอซตกลกลของกรดนาหนกโมเ
100 บในสารประกอ C อมของธาตนาหนกอะต ×
ธาต C ในสารประกอบม 1 อะตอม มนาหนก = 1 × 12 = 12
คาตอบ นาหนกรอยละของธาต C เทากบ 10046
12× หรอเทากบ 26.09%
หานาหนกรอยละของธาต H
นาหนกรอยละของธาต H = แอซตกลกลของกรดนาหนกโมเ
100 บในสารประกอ H ธาตนาหนกของ ×
ธาต H ในสารประกอบม 2 อะตอม มนาหนก = 2 x 1 = 2
คาตอบ นาหนกรอยละของธาต H เทากบ 10046
2× หรอเทากบ 4.35%
บทท 1 บทนา 44
หานาหนกรอยละของธาต O
นาหนกรอยละของธาต O = แอซตกลกลของกรดนาหนกโมเ
100 บในสารประกอ O ธาตนาหนกของ ×
ธาต O ในสารประกอบม 2 อะตอม มนาหนก = 2 × 16 = 32
คาตอบ นาหนกรอยละของธาต O เทากบ 10046
32× หรอเทากบ 69.56%
พงสงเกตวา เมอรวมนาหนกรอยละของธาตองคประกอบตาง ๆ ตองมคา = 100
1.6.3 สถานะออกซเดชน
โดยทวไปปฏกรยาเคมทเกดขน มกเกยวเนองกบเวเลนซอเลกตรอนของธาตเปนผลให
สถานะออกซเดชนของธาตอาจเกดการเปลยนแปลงได จงควรทาความเขาใจในเรองสถานะ
ออกซเดชนของธาตเสยกอน
1) สถานะออกซเดชนหรอเลขออกซเดชน (Oxidation state or Oxidation number)
เปนสงทนกเคมไดกาหนดขน เพอนาไปใชอธบายเกยวกบปฏกรยาเคมทมการถายโอนอเลกตรอน
โดยใหคานยามของเลขออกซเดชนวา “เลขออกซเดชน คอ คาประจไฟฟาสมมตของอะตอมหรอ
ไอออนของธาต ซงคดจากจานวนอเลกตรอนทใหไปหรอรบมาตามเกณฑทกาหนด” นนคอคา
เลขออกซเดชนพจารณาจากจานวนอเลกตรอนทใหหรอรบ เมอธาตนน ๆ รวมตวกนเกดเปน
สารประกอบ การพจารณาวาธาตใดจะเปนตวใหหรอรบอเลกตรอนซงนยมใชคาสภาพไฟฟาลบ
ของธาตเปนเกณฑในการกาหนด โดยธาตทมคาสภาพไฟฟาลบตากวาจะเปนฝายใหอเลกตรอนแก
ธาตทมคาสภาพไฟฟาลบสงกวา ทาใหธาตดงกลาวมเลขออกซเดชนเปนบวกและลบตามลาดบ
เชน การเกดสารประกอบของไอรออน (III) คลอไรด (FeCl3) เหลกมคาสภาพไฟฟาลบตากวา
จงเปนฝายใหอเลกตรอนเลขออกซเดชนของเหลกจงเปนบวก สวนคลอรนมคาสภาพไฟฟาลบ
สงกวาจงเปนฝายรบอเลกตรอนเลขออกซเดชนของคลอรนจงเปนลบ ทงนเลขออกซเดชนจะมคา
เทากบจานวนของอเลกตรอนทใหไปหรอรบมา ดงแสดง
Fe 1 อะตอม ใหอเลกตรอน 3 อเลกตรอน เปลยนเปน Fe3+ จงมเลขออกซเดชนเปน +3
Cl 1 อะตอม รบอเลกตรอน 1 อเลกตรอน เปลยนเปน Cl- จงมเลขออกซเดชนเปน -1
แตถาธาตทมารวมตวกนเปนสารประกอบ เปนธาตชนดเดยวกน มคาสภาพไฟฟาลบ
เทากน เชน Cl2 H2 N2 และ O2 ธาตเหลานยอมมเลขออกซเดชนเปนศนย
บทท 1 บทนา 45
ธาตบางชนดอาจมเลขออกซเดชนเปนไดทงคาบวกและลบ เนองจากเมอธาตดงกลาว
ไปรวมตวกบธาตทมคาสภาพไฟฟาลบสงกวาเกดเปนสารประกอบ ธาตนจะมเลขออกซเดชนเปน
บวก แตในการเกดสารประกอบอกชนดทไดจากการรวมกบธาตอนทมคาสภาพไฟฟาลบตากวา
ธาตนกจะมเลขออกซเดชนเปนลบ เชน ธาตไนโตรเจนเมอเกดเปนสารประกอบระหวางไนโตรเจน
กบออกซเจนและไนโตรเจนกบไฮโดรเจน เกดเปนไนโตรเจนไดออกไซดและแอมโมเนย (NH3)
ตามลาดบ โดย N ในสารประกอบไนโตรเจนไดออกไซด มเลขออกซเดชนเปน +4 สวน N
ในสารประกอบแอมโมเนยมเลขออกซเดชนเปน -3 เนองจากคาสภาพไฟฟาลบของ O > N > H
2) หลกเกณฑในการคานวณหาคาเลขออกซเดชนของธาต การคานวณหาคาเลข
ออกซเดชน มหลกในการคานวณ ดงน
(1) ธาตอสระไมวาจะอยในอนยรปใด ๆ กตาม ใหมคาเลขออกซเดชนเทากบ 0
เชน Fe Zn H2 ตางมเลขออกซเดชนเปน 0
(2) ไฮโดรเจนในสารประกอบตาง ๆ จะมเลขออกซเดชนเทากบ +1
ยกเวน
H ในสารประกอบโลหะไฮไดรด เชน NaH หรอ CaH2 เลขออกซเดชนของ H เทากบ-1
(3) โดยทวไปออกซเจนในสารประกอบตาง ๆ มเลขออกซเดชนเทากบ -2
ยกเวน
ในสารประกอบเปอรออกไซด เชน Na2O2 และ H2O2 เลขออกซเดชนของ
ออกซเจนจะมคาเทากบ – 1
สวนในสารประกอบซปเปอรออกไซด เชน KO2 พบวาออกซเจนจะมเลขออกซเดชน
เทากบ – 21
และในสารประกอบ OF2 พบวาเลขออกซเดชนของออกซเจนมคาเทากบ +2
(4) ผลรวมของเลขออกซเดชนของสารประกอบทกชนดเทากบ 0 หรอกลาววา
ผลรวมของเลขออกซเดชนของสารประกอบ เทากบผลรวมของเลขออกซเดชนของธาตตาง ๆ ใน
สารประกอบ เชน ผลรวมของเลขออกซเดชนของ KMnO4 จะเทากบผลรวมของเลขออกซเดชน
ของ [ K++ Mn+7 + 4(O2- ) = 0 ]
(5) ผลรวมของเลขออกซเดชนของไอออนตาง ๆ เทากบประจสทธ (Net charge)
ของไอออนนน ๆ เชน เลขออกซเดชนของ ClO-2 และ [ Cu(H2O)4 ]2+
เทากบ –1, –2, +1 และ +2 ตามลาดบ
N H 4 + S O 4
2-
บทท 1 บทนา 46
(6) เลขออกซเดชนของไอออนของโลหะและอโลหะ จะเทากบประจสทธของ
ไอออนของโลหะนน ๆ เชน ไอออนหม 1A ไดแก Na+ และ K+ มเลขออกซเดชนเทากบ +1
และเลขออกซเดชนไอออนหม 7A เชน F- และ Cl- มเลขออกซเดชนเทากบ –1 เปนตน
(7) ธาตในหม 1A และหม 2A ของตารางธาต มการจดเรยงอเลกตรอนในชน
นอกสดเปน ns1 และ ns2 ตามลาดบ ดงนนเลขออกซเดชนของธาตหม 1A และหม 2A ใน
สารประกอบตาง ๆ เทากบ +1 และ + 2 ตามลาดบ
ตวอยางท 1.13 จงหาเลขออกซเดชนของธาต Mn ใน MnO2 และ K2MnO4
วธทา
ผลรวมเลขออกซเดชนของ Mn และ O2 ใน MnO2
= 0
Mn + 2(O) = 0
Mn + 2(–2) = 0
Mn = +4
ผลรวมออกซเดชนสเตตของ K, Mn, O, ใน K2MnO4
= 0
2K + Mn + 4(O) = 0
2(+1) + Mn + 4(–2) = 0
Mn = +6
คาตอบ เลขออกซเดชนของธาต Mn ใน MnO2 และ K2MnO4 เทากบ +4 และ +6 ตามลาดบ
ตวอยางท 1.14 จงหาเลขออกซเดชนของธาต Cl ใน
วธทา
ผลรวมเลขออกซเดชนของ Cl ในCl −4O
= –1
Cl + 4(–2) = –1
Cl = +7
คาตอบ เลขออกซเดชนของธาต Cl ใน Cl −4O เทากบ +7
Cl O
4 -
บทท 1 บทนา 47
1.6.4 สมการเคม
สมการเคมเปนกลมของสญลกษณของโมเลกลหรอไอออนทเขาทาปฏกรยาซงเรยกวา
สารตงตน หรอตวทาปฏกรยา และมสารใหมเกดขนเรยกวา สารผลตภณฑ สามารถเขยน
ความสมพนธไดโดยใชสญลกษณและเครองหมายตาง ๆ ดงแสดง
สารตงตน A + สารตงตน B สารผลตภณฑ C + สารผลตภณฑ D
1) การเขยนสมการเคม โดยทวไปสามารถเขยนสมการเพอแสดงการเกดปฏกรยา
สามารถเขยนไดสองแบบ คอ
(1) สมการโมเลกล (Molecular equation) เปนสมการเคมทแสดงการทาปฏกรยากน
ของโมเลกลและจะแสดงสถานะของสารตงตนและผลตภณฑ โดยใชอกษรยอ g แทน แกส มาจาก
คาวา Gas ใชอกษรยอ l แทนสถานะของเหลวมาจากคาวา Liquid ใชอกษรยอ s แทนสถานะ
ของแขงมาจากคาวา Solid และใชอกษรยอ aq แทนสถานะในสารละลายมาจากคาวา Aqueous
ตวอยางสมการโมเลกล ไดแก
AgNO3(aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq)
Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g)
(2) สมการไอออนก (Ionic equation) เปนสมการทนาเอาไอออนของสารประกอบ
ไอออนกทเกดปฏกรยาและผลตภณฑทเกดขนมาแสดง สารทเปนอเลกโตรไลตออนหรอสารท
ตกตะกอนและเปนแกสจะเขยนในรปของโมเลกลดงสมการ
(aq)CrO2− + (aq)ClO− + (aq)OH− (aq)CrO2
4− + (aq)Cl− + H2O(l)
2 (aq)Cr 3+ + )(aqClO3− + 10 (aq)OH− 2 (aq)CrO2
4− + (aq)Cl− + 5H2O(l)
(aq)Ba 2+ + (aq)SO24− BaSO4(s)
2) การดลสมการ (Balancing chemical equation) การเขยนสมการเคมทถกตองเพอ
แสดงการเปลยนแปลงทางเคม ตองเขยนตามกฎทรงมวลของสารคอมวลของสารกอนทาปฏกรยา
จะเทากบมวลของสารหลงเกดปฏกรยา หรอหมายความวาจานวนอะตอมของธาตทเขาทาปฏกรยา
จะเทากบจานวนอะตอมของธาตหลงการเปลยนแปลง ดงนนสมการเคมทถกตองจงตองเปน
สมการทดลแลว ทงนการดลสมการเคม แบงไดเปนสองประเภท ดงน
บทท 1 บทนา 48
(1) การดลสมการทเปนปฏกรยาธรรมดา หรอปฏกรยาทไมมการเปลยนแปลงเลข
ออกซเดชน มหลกในการดลสมการ ดงน
ก. ตองทราบสารตงตนและสารผลตภณฑของปฏกรยานน วาประกอบดวย
สารใดบาง
ข. ทาจานวนอะตอมทงสองขางของสมการเคมใหเทากน โดยการนบจานวน
อะตอมทประกอบดวยธาตทมากทสดกอน
ค. ดลอะตอมของโลหะหรอแคตไอออนกอน แลวตามดวยการดลอโลหะหรอ
แอนไอออน
ง. ทา H และ O ใหดลตามลาดบ
จ. หลงจากอะตอมของธาตดลแลว ตองดลประจดวย
ตวอยางท 1.15 การดลสมการโมเลกล
K2CO3(aq) + HCl(aq) KCl(aq) + H2O(l) + CO2(g)
1. ทาจานวน K อะตอมใหเทากนทงสองขาง
K2CO3(aq) + HCl(aq) 2 KCl(aq) + H2O(l) + CO2(g)
2. ทาจานวน Cl ดานซายซงเพมขน เปน 2 อะตอม
K2CO3(aq) + 2 HCl(aq) 2 KCl(aq) + H2O(l) + CO2(g)
3. นบจานวนอะตอมของ H และ O ตามลาดบทงสองขางไดสมการทดลแลว
K2CO3(aq) + 2 HCl(aq) 2 KCl(aq) + H2O(l) + CO2(g)
ตวอยางท 1.16 การดลสมการไอออนก
Cr2-2
7O (aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Cr3+(aq) + H2O(l) + Cl2(g)
1. ดลจานวน Cr ใหเทากนทงสองขาง
Cr2-2
7O (aq) + H+(aq) + Cl-(aq) 2 Cr3+(aq) + H2O(l) + Cl2(g)
2. ดลจานวน Cl ดานซายใหเทากนขวา
Cr2-2
7O (aq) + H+(aq) + 2 Cl-(aq) 2 Cr3+(aq) + H2O(l) + Cl2(g)
3. ดลจานวน H ดานซายเทากนดานขวา
Cr2-2
7O (aq) + 2 H+(aq) + 2 Cl-(aq) 2 Cr3+(aq) + H2O(l) + Cl2(g)
บทท 1 บทนา 49
4. ดลจานวน O เพมขนเปน 7 เทากบดานซาย
Cr2-2
7O (aq) + 2 H+(aq) + 2 Cl-(aq) 2 Cr3+(aq) + 7H2O(l) + Cl2(g)
5. ดลจานวน H ดานซายใหเทากบดานขวา ใช 7 คณหนา 2H+
Cr2-2
7O (aq)+ 14H+ + 2 Cl- 2 Cr3+(aq) + 7H2O(l) + Cl2(g)
6. ดลจานวนประจดานซาย +10 ดานขวามประจ +6 ดลใหเทากนโดยนา 3 คณหนา
2Cl- และนา 3 คณหนา Cl2 ไดประจเทากนทงสองดานคอ +6
Cr2-2
7O (aq) + 14 H+(aq) + 6 Cl-(aq) Cr3+(aq) + 7 H2O(l) + 3
Cl2(g)
(2) การดลสมการรดอกซ การดลสมการรดอกซสามารถดลไดหลายวธ เชน การ
ดลโดยวธเลขออกซเดชนและวธครงปฏกรยา ในทนจะกลาวถงเฉพาะการดลโดยวธครงปฏกรยา
โดยมหลกการดลสมการดงน
ก. สารวจธาตทมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน เพอหาปฏกรยาออกซเดชน
และปฏกรยารดกชน
ข. ธาตทมเลขออกซเดชนเพมขน ใหนามาเขยนเปนครงปฏกรยาออกซเดชน
ค. ธาตทมเลขออกซเดชนลดลง ใหนามาเขยนเปนครงปฏกรยารดกชน
ง. ดลสมการในแตละครงปฏกรยา โดยแยกเปนดลในสารละลายกรดและ
สารละลายเบส
1. การดลสมการในสารละลายกรด มหลกในการดลดงน
1.1 ดลอะตอมของธาตทมการเปลยนเลขออกซเดชน
1.2 ดลอะตอมของ O โดยการเตมจานวนโมลของ H2O เทากบจานวน
อะตอมของ O ทขาด ดานทขาด O
1.3 ดลอะตอมของ H โดยการเตมจานวนโมลของ H+ เทากบจานวน
อะตอมของ H ทขาด ดานทขาด H
1.4 ดลประจ โดยการเตมอเลกตรอน ดานทขาดอเลกตรอน
2. การดลสมการในสารละลายเบส มหลกในการดลดงน
2.1 ดลอะตอมของธาตทมการเปลยนเลขออกซเดชน
2.2 ดลอะตอมของ O โดยการเตมจานวนโมลของ H2O เทากบจานวน
อะตอมของ O ทขาด ดานทขาด O
บทท 1 บทนา 50
2.3 ดลอะตอมของ H โดยการเตมจานวนโมลของ H2O เทากบจานวน
อะตอมของ H ทขาด ดานทขาด H แลวเตมโมล OH- ในดานตรงกนขาม เทากบจานวนโมลของ
H2O ทเตม
2.4 ดลประจ โดยการเตมอเลกตรอน ดานทขาดอเลกตรอน
จ. รวมครงปฏกรยาทงสองเขาดวยกนโดยกอนรวมตองทาใหอเลกตรอนทเกด
การถายเทเทากน
ตวอยางท 1.17 การดลสมการรดอกซในสารละลายกรด
P(s) + H2O(l) + KIO3(aq) + H2SO4(aq) H3PO4 (aq) + I2(aq) + K2SO4(aq)
วธทา
จากสมการขางตน P เปลยนเปน H3PO4 คานวณไดวา P มเลขออกซเดชน
เปลยนเปนคาบวกมากขน คอเปลยนจาก 0 เปน +5 ดงนน ปฏกรยานเปนครงปฏกรยาออกซเดชน
สวน I ใน KIO3 เปลยนเปน I2 คานวณไดวา I มเลขออกซเดชนเปลยนเปนคาบวก
ลดลง คอเปลยนจาก +5 เปน 0 ดงนนปฏกรยานเปนครงปฏกรยารดกชน เขยนสมการของแตละ
ครงปฏกรยาไดดงน
ครงปฏกรยาออกซเดชน
P(s) H3PO4 (aq)
ครงปฏกรยารดกชน
KIO3(aq) I2(aq)
การดลแตละครงปฏกรยา
ครงปฏกรยาออกซเดชน
โดยดลอะตอมของธาตทมเลขออกซเดชนเปลยนแปลงคอ P แตเนองจากเทากน จงดล
อะตอมของ O
P(s) + 4H2O(l) H3PO4 (aq)
ดลอะตอมของ H
P(s) + 4H2O(l) H3PO4 (aq) + 5H+(aq)
ดลประจ
P(s) + 4H2O(l) H3PO4 (aq) + 5H+(aq) + 5e- ...1.18
บทท 1 บทนา 51
ครงปฏกรยารดกชน
โดยดลอะตอมของธาตทมเลขออกซเดชนเปลยนแปลงคอ I แตเนองจากมอะตอม
ของ K อยดวย จงตองเตม KIO3(aq) และ K2SO4(aq) ทดานซายและขวาของสมการ ตาม
สมการเรมตน
KIO3(aq) + H2SO4(aq)
I2(aq)
+ K2SO4(aq)
ดลอะตอมของ O
2KIO3(aq) + H2SO4(aq)
I2(aq)
+ 6H2O(l) + K2SO4(aq)
ดลอะตอมของ H
2KIO3(aq) + 10 H+(aq) + H2SO4(aq)
I2(aq)
+ 6H2O(l) + K2SO4(aq)
ดลประจ
2KIO3(aq) + 10 H+(aq) + 10 e- + H2SO4(aq)
I2(aq)
+ 6H2O(l) + K2SO4(aq) ...1.19
รวมครงปฏกรยาออกซเดชน และครงปฏกรยารดกชน โดยทาใหครงปฏกรยาออกซเดชน
ถายเทอเลกตรอนเทากบครงปฏกรยารดกชน โดยคณสมการท 1.18 ดวย 2 จะไดวา
2P(s) + 8H2O(l) 2H3PO4 (aq) + 10H+(aq) + 10e- …1.20
สมการ 1.19 + สมการ 1.20
2P(s) +
2H2O(l)
+ 2KIO3(aq) + H2SO4(aq) 2H3PO4 (aq) + I2(aq) + K2SO4(aq)
ตวอยางท 1.18 การดลสมการรดอกซในสารละลายเบส
NaCl(aq) + H2O2(aq
)
+ FeCl2(aq) FeCl3 (aq) + NaOH(aq)
วธทา
บทท 1 บทนา 52
จากสมการขางตน Fe ใน FeCl2 เปลยนเปน FeCl3 คานวณไดวา Fe มเลข
ออกซเดชนเปลยนเปนคาบวกมากขน คอเปลยนจาก +2 เปน +3 ดงนน ปฏกรยานเปนครงปฏกรยา
ออกซเดชน
สวน O ใน H2O2 เปลยนเปน O ใน NaOH คานวณไดวา I มเลขออกซเดชน
เปลยนเปนคาบวกลดลง คอเปลยนจาก -1 เปน -2 ดงนน ปฏกรยานเปนครงปฏกรยารดกชน
เขยนสมการของแตละครงปฏกรยาไดดงน
ครงปฏกรยาออกซเดชน
FeCl2(aq) FeCl3 (aq)
หรออาจเขยนเฉพาะไอออนของ Fe
Fe2+(aq) Fe3+ (aq)
ครงปฏกรยารดกชน
เนองจากมอะตอมของ Na มาเกยวของดวย จงอาจเขยนโมเลกล NaOH ในรปของ OH-
H2O2(aq) OH-(aq)
การดลแตละครงปฏกรยา
ครงปฏกรยาออกซเดชน
โดยดลอะตอมของธาตทมเลขออกซเดชนเปลยนแปลงคอ Fe แตเนองจากเทากน อกทง
ไมมอะตอมของ O และอะตอมของ H จงดลประจ
Fe2+(aq) Fe3+ (aq) + e- …1.21
ครงปฏกรยารดกชน
อะตอมทมเลขออกซเดชนเปลยน คอ O ดงนนจงดลอะตอม O
H2O2(aq) 2OH-(aq)
ดลอะตอมของ H แตเนองจากเทากน จงดลประจ
2e- + H2O2(aq) 2OH-(aq) …1.22
รวมครงปฏกรยาออกซเดชน และครงปฏกรยารดกชน โดยทาใหครงปฏกรยาออกซเดชน
ถายเทอเลกตรอนเทากบครงปฏกรยารดกชน โดยคณสมการท 1.21 ดวย 2 จะไดวา
2Fe2+(aq) 2Fe3+ (aq) + 2e- ...1.23
บทท 1 บทนา 53
สมการ 1.22 + สมการ 1.23
H2O2(aq) + 2Fe2+(aq) 2Fe3+ (aq) + 2OH-(aq)
ดงนนสมการทดลแลวคอ
2NaCl(aq) + H2O2(aq) + 2FeCl2(aq) 2FeCl3 (aq) + 2NaOH(aq)
3) การคานวณจากสมการเคม ในสมการเคมทาใหทราบสงตอไปน สารทเกยวของ
กบการเกดปฏกรยาเคมและผลตภณฑทเกดขน นอกจากสารดงกลาวในสมการทดลแลวยงใชแสดง
ความสมพนธในเชงปรมาณของอตราสวนของอะตอมหรอโมเลกลหรอนาหนกหรอโมลในสถานะ
ตาง ๆ หรออาจใชแสดงปรมาตรของสารในสถานะแกสได เชน
2CaC2(s)
+
4H2O(l) 2Ca(OH)2(aq)
+
2C2H2(g)
โมล 2 4 2 2
โมเลกล 2 × 6.02 × 1023 4 × 6.02 × 1023 2 × 6.02 × 1023 2 × 6.02 × 1023
กรม 2(64.1) 4(18) 2(74.1) 2(26)
ปรมาตรท STP 2 × 22.4 ลตร
ตวอยางท 1.19 จงคานวณหาปรมาตรของ O2 ททาปฏกรยาพอดกบ Mg จานวน 40 g กาหนดให
O2 ททาปฏกรยาอยในภาวะอณหภมและความดนมาตรฐาน (Mg = 24.3 O = 16)
วธทา สมการของการเกดปฏกรยา คอ
2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s)
2 โมล 2 โมล 2 โมล
2 × 24.3 g 1 ×22.4 dm3
จากสมการแสดงวา ถาใช Mg 2 × 24.3 g ตองใช O2 = 22.4 dm3
บทท 1 บทนา 54
แตใช Mg 40 g ตองใช O2 = g3.242
g40dm4.223
××
= 18.44 dm3
ตอบ นนคอ ตองใช O2 18.44 dm3 ท STP ทาปฏกรยากบ Mg 40 g
4) สารกาหนดปรมาณ (Limiting reagent or limiting reactant) การเขาทาปฏกรยา
ของสารตองเปนไปตามกฎสดสวนจากด โดยอตราสวนโมลตอโมลทแนนอน ถาปรมาณสารตงตน
มปรมาณสารใดสารหนงมากเกนพอ ไปทาปฏกรยากบอกสารหนงทมปรมาณนอยกวา สารทม
ปรมาณนอยกวาจะเขาทาปฏกรยาจนหมด ปฏกรยาจะสนสดไมมผลตภณฑเกดขนอกสารทม
ปรมาณนอยกวาจงเปนตวกาหนดวาปฏกรยาจะเกดมากทสดเทาใด และเรยกสารทมปรมาณนอยวา
สารกาหนดปรมาณ เพอใหเขาใจงาย ๆ ขอยกตวอยางสารกาหนดปรมาณในรปของการประกอบ
รถจกรยานของรานคา ดงแสดงในภาพท 1.15
ชนสวนกอนการประกอบ ผลตภณฑหลงการประกอบ
ภาพท 1.15 จานวนรถจกรยานทประกอบไดจากชนสวนทม
ทมา (ดดแปลงมาจาก Olmsted & Williams, 1994, 153)
จากภาพท 1.15 จะเหนวาชนสวนของลอจกรยานม 8 ลอ สามารถประกอบเปน
รถจกรยานไดจานวน 4 คน แมจะมชนสวนอน เชน อานนง หรอสวนอน ๆ เหลออย แตกไม
สามารถประกอบเปนตวรถจกรยานไดครบสมบรณ ในทน จงถอวาลอรถจกรยานเปนสารกาหนด
ปรมาณ เนองจากเปนตวกาหนดจานวนรถจกรยานทจะประกอบไดนนเอง
บทท 1 บทนา 55
ตวอยางท 1.20 แกสบวเทนจานวน 50 L ทาปฏกรยากบแกสออกซเจน 32.5 L ไดแกส
คารบอนไดออกไซดและนา จงคานวณหา
ก) สารกาหนดปรมาณ
ข) มสารใดเหลอจานวนเทาใด
ค) คารบอนไดออกไซดทเกดมนาหนกกกรม
วธทา สมการของปฏกรยาคอ
C4H10(g) + 6.5O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(g)
1 mol 6.5 mol 4 mol 5 mol
1 ×22.4 L 6.5 × 22.4 L 4 × 44 g
บทท 1 บทนา 55
ก) การหาสารกาหนดปรมาณ
จากสมการแสดงวา ใช O2 6.5 × 22.4 L ตองใช C4H10 = 22.4 L
ถาใช O2 32.5 L ตองใช C4H10 = L4.22×5.6
L5.32×4.22
ตองใช C4H10 = 5 L
คาทไดของ C4H10 มคานอยกวา 50 L แสดงวาม C4H10 เหลอ
สวน O2 ถกใชหมด ดงนน O2 จงเปนสารกาหนดปรมาณ
ข) หาสารทเหลอ
ม C4H10 เหลอ = 50 – 5 = 45 L
ค) หาคารบอนไดออกไซดทเกดขน
จากสมการ ใช O2 6.5 × 22.4 L เกด CO2 หนก = 4 × 44 g
ถาใช O2 32.5 L เกด CO2 หนก = L4.22×5.6
L5.32×g44×4
มคารบอนไดออกไซดเกดขนหนก = 39.29 g
5) ผลผลตตามทฤษฎ ผลผลตจรงและผลผลตรอยละในปฏกรยาเคม ผลผลตตาม
ทฤษฎหมายถง ผลผลตทเกดจากปฏกรยาทสมบรณเปนไปตามอตราสวนของสารทเขาทาปฏกรยา
โดยไมมการสญเสย พจารณาจากปฏกรยาตอไปน
Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g)
จานวนโมล 1 3 2 3 mol
นาหนก 159.68 84 111.68 132 g
จากสมการ Fe2O3 จานวน 1 mol ทาปฏกรยาสมบรณกบ CO 3 mol ได Fe 2
mol
และ CO2 3 mol ไดผลผลตตามทฤษฎคอ Fe และ CO2 จานวน 111.68 g และ 132 g
ตามลาดบ
บทท 1 บทนา 56
เมอทาการทดลองผลผลตคอ Fe และ CO2 อาจจะมคาเทากบผลผลตตามทฤษฎหรอ
นอยกวาทฤษฎกได โดยทวไปผลผลตทไดมกมคานอยกวาทฤษฎอนเนองจากมกจะเกดผลขางเคยง
ทาใหเกดปฏกรยาไมสมบรณ ปรมาณผลผลตจรงจงมคานอยกวาผลผลตทฤษฎ
ดงนนจงมการคานวณรอยละของผลผลตจากสตรตอไปน
ผลผลตรอยละ = ฤษฎผลผลตตามท
100ผลผลตจรง× …1.24
ตวอยางท 1.21 จงคานวณหารอยละของผลผลตของ Fe ทเกดจากการถลงแร Fe2O3 จานวน
2000 g ไดผลผลตจรงจานวน 800 g (Fe = 55.84, O = 16, C = 12)
ปฏกรยาทเกดขน Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
วธทา นาหนกโมเลกล Fe2O3 = 159.68
แรเหลก Fe2O3 มจานวนโมล = 68.159
2000 = 12.53 mol
จากสมการ Fe2O3 1 mol ไดผลผลต Fe 2 mol = 2 × 55.84 g
ถา Fe2O3 12.53 mol ไดผลผลต Fe = 2 × 55.84 × 12.53
ดงนน ผลผลตตามทฤษฎได Fe = 1399.35 g
แตไดผลผลตจรง = 800 g
ดงนนผลผลตรอยละ = ฤษฎผลผลตตามท
100ผลผลตจรง× = 100
35.1399
800×
ดงนนรอยละของผลผลตของ Fe = 57.17 %
คาตอบ รอยละของผลผลตของ Fe ทเกดจากการถลงแร Fe2O3 จานวน 2000 g เทากบ
57.17 %
1.6.5 ประเภทของปฏกรยาเคม
โดยทวไปปฏกรยาเคมทเกดขนมกเกยวเนองกบเวเลนซอเลกตรอนของธาต ปฏกรยา
เคมบางอยางเมอเกดแลวมการเปลยนแปลงเวเลนซอเลกตรอน เปนผลใหเลขออกซเดชนเกดการ
เปลยนแปลงขณะทปฏกรยาเคมบางอยางไมมการเปลยนแปลงเวเลนซอเลกตรอน เลขออกซเดชน
บทท 1 บทนา 57
กจะไมเกดการเปลยนแปลง เราจงสามารถแบงประเภทของปฏกรยาเคมได 2 ลกษณะตามการ
เปลยนแปลงของเลขออกซเดชน คอ
1) ปฏกรยาเคมทไมมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน หรออาจกลาววาเปนปฏกรยา
เคมทไมมการถายโอนอเลกตรอน ปฏกรยาเหลานมลกษณะการเกดปฏกรยาหลายแบบ ไดแก
(1) ปฏกรยาการรวมตว (Combination reaction) เปนปฏกรยาของการเกด
สารประกอบจากสาร 2 ชนดหรอมากกวามารวมกนไดสารผลตภณฑเพยงชนดเดยว การเกด
ปฏกรยาแบบนอาจเกดจาก
ก. การรวมกนของธาต 2 ชนด เกดเปนสารประกอบ เชน
2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)
S8(s) + 8 O2(g) 8SO2(g)
ข. การรวมกนของธาตกบสารประกอบเกดเปนสารประกอบชนดใหม เชน
2CO(g) + O2(g) 2CO2 (g)
4FeO(s) + O2(g) 2Fe2O3(s)
ค. การรวมกนของสารประกอบ 2 ชนด ไดสารประกอบชนดใหม เชน
CaO(s) + CO2(g) CaCO3(s)
Na2O(s) + SO2(g) Na2O3(s)
(2) ปฏกรยาการสลายตว (Decomposition reaction) ปฏกรยาการสลายตวจะเกด
เมอสารไดรบความรอนหรอไดรบพลงงานจากกระแสไฟฟา เกดสารใหมสองชนดหรอมากกวา
ผลตภณฑทไดจากการสลายตวอาจเปนธาต สารประกอบ หรอทงธาตและสารประกอบ กได เชน
เมอเผาเมอรควร (II) ออกไซด (HgO) จะไดปรอทกบออกซเจนดงสมการ 1.25
2HgO(s) 2Hg(l) + O2(g) …1.25
หรอ การสลายตวของไฮโดรเจนเปอรออกไซด จะไดแกสออกซเจนและนา ดงสมการท 1.26
2H2O2(aq) 2H2O
(l)
+ O2(g) …1.26
บทท 1 บทนา 58
หรอ เมอเผาแคลเซยมคารบอเนต ไดผลตภณฑเปนแคลเซยมออกไซดทเปนของแขงกบแกส
คารบอนไดออกไซด ดงสมการ 1.27
CaCO3(s) CaO (s) + CO2(g) …1.27
(3) ปฏกรยาการกระจด (displacement reaction) หรอปฏกรยาการแทนท (replacement
reaction) ปฏกรยาเคมทเกดขนโดยทวไปเปนปฏกรยาทเกดจากการยายสลบทกนของตวทาปฏกรยา
จากตวหนงเขาไปแทนทธาตอกชนดในสารประกอบอกตวหนงแบงเปน
ก. ปฏกรยาการกระจดครงเดยว (single displacement reaction) หรอปฏกรยา
การแทนทอยางงาย (simple replacement reaction) เปนปฏกรยาทอะตอมของธาตบรสทธเขาไปแทนท
อะตอมของธาตในสารประกอบ เชนอะตอมของแมกเนเซยมไปแทนททองแดงในสารประกอบออกไซด
ของทองแดงดงสมการท 1.28
Mg(s) + CuO(s) MgO (s) + Cu(s) …1.28
นอกจากนปฏกรยาสาหรบใชเตรยมแกสไฮโดรเจนในหองปฏบตการ ถอเปนปฏกรยา
การกระจดครงเดยวอกชนดหนง โดยเปนปฏกรยาทเกดจากการทโลหะบางชนดไปแทนทไฮโดรเจน
ในสารละลายกรดทาใหเกดแกสไฮโดรเจน ดงแสดงในสมการท 1.29
Mg(s) + 2HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq) …1.29
ข. ปฏกรยาการกระจดสองครง (double displacement reaction) หรอปฏกรยา
การแทนทสองตอ (double replacement reaction) เปนปฏกรยาทเกดจากตวทาปฏกรยา สองชนด
เชน AB ทาปฏกรยากบ CD เมอทาปฏกรยากนจะไดสารผลตภณฑเปน AC และ BD เนองจาก
มการยายสลบทกนระหวางแอนไอออนของสารประกอบตวทหนง เปลยนทกบแอนไอออนของ
สารประกอบอกตวหนงในสารละลาย บางครงเรยกปฏกรยานวาปฏกรยาเมทะทซส (metathesis
reaction) ปฏกรยาลกษณะนมกเกดกบสารทมนาเปนตวทาละลาย เมอสารสองชนดมาทาปฏกรยากน
เกดสารใหมอกสองชนด โดยสารใหมทเกดขนมสารชนดหนงละลายนาไดนอย จะตกตะกอนเปน
ของแขงเรยกของแขงทเกดขนวา พรซพเทต (precipitate) สวนสารละลายใสทมทงแคตไอออนและ
บทท 1 บทนา 59
แอนไอออนทละลายอยในสารละลายเรยกวา สารละลายซปเปอรนาแทนท (supernatant solution)
ดงสมการ 1.30 และสมการ 1.31
Na2SO4(aq
)
+ MgCl2 (aq) 2NaCl(aq) + MgSO4
(aq)
…1.30
NaCl(aq) + AgNO3(aq) NaNO3
(aq)
+ AgCl(s) …1.31
จะเหนวาปฏกรยาทเกดขนทงหมดไมมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน แสดงวาไมม
การถายโอนอเลกตรอนเกดขนจงอาจกลาววาปฏกรยาทงหมดทกลาวมาไมใชปฏกรยาออกซเดชน-
รดกชนหรออาจเรยกสน ๆ วาปฏกรยานอน – รดอกซ (non-redox)
2) ปฏกรยาทมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน เปนปฏกรยาทแตกตางจากปฏกรยา
ทกลาวมาแลวขางตน เนองจากเปนปฏกรยาของธาตบางตวทงทเปนธาตอสระและเปนโมเลกล
สารประกอบ โดยในการเกดปฏกรยาจะมการถายโอนอเลกตรอนเกดขนเปนเหตใหมการ
เปลยนแปลงเลขออกซเดชน ทงนปฏกรยาทเกดขนจะแบงเปน 2 สวนแตละสวนเรยกวาครง
ปฏกรยา (half reaction) คอปฏกรยาสวนทมการใหอเลกตรอนออกไป ทาใหเลขออกซเดชน
เปลยนไปในทานองมคาบวกมากขนเรยกวาเกดปฏกรยาออกซเดชนและปฏกรยาทมการรบ
อเลกตรอนเขามาทาใหมเลขออกซเดชนมคาเปนบวกลดลงเรยกวาเกดปฏกรยารดกชน โดยปฏกรยา
ทงสองชนดจะเกดคกนเสมอจงอาจเรยกปฏกรยานวาปฏกรยาออกซเดชน – รดกชน (oxidation –
reduction reaction) หรอเรยกวาปฏกรยารดอกซ (redox reaction) เชนปฏกรยาระหวางโลหะแมกเนเซยม
กบอากาศซงคอแกสออกซเจนดงสมการท 1.32
Mg(s) + O2(g) MgO (s) …1.32
จากสมการ 1.32 Mg(s) เดมเลขออกซเดชนเทากบ 0 เมอเปลยนเปนสารประกอบ
MgO มเลขออกซเดชนเปลยนเปน +2 ซงมคาเปนบวกมากขน แสดงวาปฏกรยาทเกดกบ Mg(s)
เปนปฏกรยาออกซเดชน และ O2(g) มเลขออกซเดชนเปลยนเปนจาก 0 เปน –2 นนคอมคา
เปนบวกลดลง ปฏกรยาทเกดกบ O2(g) จงเปนปฏกรยารดกชน
บทท 1 บทนา 60
การศกษาเรองราวตาง ๆ ทางเคมในปจจบนตองอาศยความรเกยวกบการใชเครองมอ
การเลอกใชเครองมอวดทถกตองเหมาะสม ความเขาใจในเนอหาทฤษฎมสวนชวยในการสรางความรใหม
การเปลยนแปลงโดยทวไปมสองลกษณะ คอการเปลยนแปลงทางกายภาพและการเปลยนแปลง
ทางเคม ไมวาจะเปนการเปลยนแปลงแบบใดตางมความสมพนธระหวางระบบกบสงแวดลอมโดยม
การถายเทมวลและพลงงานระหวางระบบกบสงแวดลอมสามลกษณะคอ ระบบทมการถายเททงมวล
และพลงงานระหวางระบบกบสงแวดลอมเรยกวา ระบบเปด สวน ระบบปด จะเปนระบบทไมม
การถายมวลแตอาจมการถายเทพลงงานระหวางระบบกบสงแวดลอม สาหรบ ระบบแยกตว จะเปน
ระบบทไมมการถายเททงมวลและพลงงานระหวางระบบกบสงแวดลอม
การศกษาการเปลยนแปลงทางเคมจาเปนตองเขาใจเรองของปรมาณสารทเกยวของ
ในปฏกรยาเคมน น ท งในแงของสตรโมเลกล สตรโครงสรางและกลไกในการเกดปฏกรยา
ธรรมชาตของสารต งตน รวมถงกฎตาง ๆ ทเกยวของ เชนกฎอนรกษมวล กฎสดสวนจากด
กฎสดสวนพหคณ เปนตน
เมอนาสารททาปฏกรยากนมาเขยนสมการ เพอแสดงความสมพนธในการเกดปฏกรยา
ของสาร โดยทวไปมกพบวาผลทไดจากการทดลองมกนอยกวาผลทควรไดโดยการคานวณจาก
สมการทเขยน สามารถนาขอมลดงกลาวมาคานวณหารอยละผลไดของปฏกรยา จากสตรตอไปน
ผลผลตรอยละ = ฤษฎผลผลตตามท
100ผลผลตจรง×
นอกจากนในการคานวณสารใด ๆ จากปฏกรยา จาเปนตองทราบวามสารใดทใชหมดไป
ในปฏกรยา สารทถกใชหมดจดเปนสารกาหนดปรมาณ
บทสรปทายบท
บทท 1 บทนา 61
ปฏกรยาเคมทเกดขนสามารถแบงไดเปนสองลกษณะตามการเปลยนแปลงของ
เลขออกซเดชน เนองจากปฏกรยาเคมทเกดขนจะเกยวของกบเวเลนซอเลกตรอนของธาต ซงมผลถง
เลขออกซเดชนของธาตทเกดปฏกรยาเคมไดแก ปฏกรยาทไมมการถายโอนอเลกตรอน ทาให
เลขออกซเดชนของธาตทเกดปฏกรยาไมเปลยนแปลง ปฏกรยาเหลานมหลายแบบ เชนปฏกรยา
การรวมตว ปฏกรยาการสลายตว ปฏกรยาการกระจดหรอปฏกรยาการแทนทและปฏกรยาทมการ
ถายโอนอเลกตรอน ทาใหเลขออกซเดชนของธาตทเกดปฏกรยาเคมมการเปลยนแปลง ปฏกรยา
ชนดนจะประกอบดวยปฏกรยายอย ๆ 2 ปฏกรยา คอ ครงปฏกรยาทมการใหอเลกตรอนออกไป
เรยกวา ครงปฏกรยาออกซเดชน กบครงปฏกรยาทมการรบอเลกตรอนเรยกวา ครงปฏกรยารดกชน
1. จากการวเคราะหแกสแอมโมเนยพบวา ประกอบดวยไฮโดรเจน 18% โดยมวล ถานาไฮโดรเจน
และไนโตรเจนอยางละ 20 กรมมาทาปฏกรยากน จะไดแกสแอมโมเนยกกรม กาหนดให
การทดลองนเปนไปตามกฎทรงมวล และกฎสดสวนจากด
2. การทดลองเผาลวดทองแดง 12.7 กรม กบผงกามะถน 10.0 กรม หลงการเกดปฏกรยาสมบรณ
พบวา ไดสารประกอบซลไฟดอยางเดยว 19.1 กรม และเหลอกามะถนจานวนหนง ถาเพม
มวลลวดทองแดงเปน 2 เทา แตใชกามะถนเทาเดม จะไดสารประกอบนกกรม และเหลอสารใด
กกรม
3. นาโซเดยมซลเฟต 142 กรม มาทาปฏกรยากบแบเรยมคลอไรด 208 กรม เกดโซเดยมคลอไรด
117 กรม ถาการทดลองนเปนไปตามกฎทรงมวล ปฏกรยานเกดแบเรยมซลเฟตกกรม
4. แมกเนเซยมจานวน 2.4 กรม ทาปฏกรยากบสารละลายกรดไฮโดรคลอรก 17.3 กรม ไดแกส
ไฮโดรเจนเกดขน หลงจากปฏกรยาสนสดแลวปรากฏวามสารเหลออย 19.5 กรม แกส
ไฮโดรเจนทเกดขนมมวลเทาใด
5. ของผสมชนดหนงประกอบดวยโซเดยมคลอไรด และสาร A ซงไมละลายน าและไมเกดปฏกรยาเคม
เมอนาของผสมน 20 กรม ละลายน าแลวเตมซลเวอรไนเตรตลงไป ปรากฏวาตองใชซลเวอรไนเตรต
34 กรม จงจะทาปฏกรยาพอด ไดตะกอนซลเวอรคลอไรด 28.7 กรม หลงจากกรองของแขง
ออกทงหมด นาสารละลายไปเคยวจนแหง ปรากฏวาไดของแขง 17 กรม ถาการทดลองนเปนไปตามกฎ
ทรงมวล ใหคานวณหามวลของสาร A ในของผสมน
แบบฝกหดประจาบท
บทท 1 บทนา 62
6. นาโลหะชนดหนงหนก 1.021 กรม ละลายในกรดไนตรกจนหมดไดโลหะไนเตรต ซงเมอ
นาไปเผาอยางแรงจนสลายตวหมดไดโลหะออกไซดหนก 1.1 กรม ในการทดลองอกครงหนง
นาโลหะออกไซดชนดนน 5 กรม มาทาปฏกรยากบแกสไฮโดรเจนจานวนมากเกนพอ ท
อณหภมสง ไดโลหะ 4.64 กรม จงแสดงวาองคประกอบของโลหะออกไซดเปนไปตามกฎ
สดสวนจากด
7. ธาต A และธาต B รวมกนเกดสารประกอบ 2 ชนด ชนดท 1 ม A 50% โดยมวล อตราสวน
โดยมวลของธาต B ในสารประกอบท 1 และท 2 ซงตางกรวมกบมวลคงทของธาต A = 1: 3
สารประกอบชนดท 2 จะมธาต A รอยละเทาใดโดยมวล
8. สารประกอบชนดหนง 1 โมเลกล ประกอบดวย C 1 อะตอม H 3 อะตอม และ Cl 1 อะตอม
สารประกอบน 1.8 × 1023 โมเลกล จะหนกหรอเบากวาออกซเจน 2.4 × 1023 โมเลกล และ
ไฮโดรเจน 38.4 × 1023 โมเลกล
9. เมอนาชนโลหะแมกเนเซยม 3.6 กรม ใสลงในกรดไฮโดรคลอรกเขมขน 0.5 mol dm-3 ปรมาตร
200 cm3 จะเกดแกสไฮโดรเจน ปรมาตรสงสดก dm3 ทSTP
10. กาหนดให A(g) + 2B(g) 3C(g) ท 25 องศาเซลเซยส (มวลโมเลกล A = 100 B = 40 )
ถาตองการเตรยมแกส C จานวน 16.8 dm3 ทSTP จะตองใชสาร A และ B อยางละกกรม
11. ถาตองการกาจดแกสซลเฟอรไดออกไซด ในอากาศดวยปฏกรยาตอไปน
2 CaCO3(s) + 2SO2(g) + O2(g) 2CaSO4(s) + 2CO2(g)
จะตองใช CaCO3(s) กกรม ทจะกาจด SO2(g) 1120 cm3 ทSTP
12. จากปฏกรยา C2H4 (g) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) (สมการยงไม
ดล)
ถาใช C2H430 กรม ทาปฏกรยากบออกซเจน 90 กรม สารใดเปนสารกาหนด
ปรมาณ
และสารทเหลอจะเหลอกกรม
13. แกส X เปนแกสผสม ประกอบดวยมเทนและอเทน นาแกส X ปรมาตร 25 cm3 มาทา
ปฏกรยากบออกซเจนทอณหภมและความดนเดยวกน พบวาตองใชออกซเจนปรมาตร 72.5 cm3
จงจะเกดปฏกรยาอยางสมบรณ จงหาวาในแกสผสมนมมเทนอยก cm3
บทท 1 บทนา 63
14. จากสมการทให ใหเขยนเปนสมการไอออนกใหถกตอง
14.1 BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) BaSO4(s) + 2NaCl (aq)
14.2 Pb(NO3)2(aq) + 2NaI (aq) PbI2(s) + 2NaNO3(aq)
15. ดลสมการรดอกซตอไปน โดยวธครงปฏกรยา
15.1 Fe2+(aq) + Cr2O −27 (aq) Fe3+(aq) + Cr3+(aq)
15.2 MnO −4 (aq) + I-(aq) MnO2(s) + I2(aq)
16. หนปน 0.16 กรม ทาปฏกรยาอยางสมบรณกบกรดไฮโดรคลอรกเขมขน 0.02 mol dm-3 ทม
ปรมาตร 100 cm3 จงหารอยละโดยมวลของแคลเซยมคารบอเนตในหนปนน