1

หนวยท 1 ธาตและสารประกอบ 1.1 ชนดของธาต ธาต คอ สารบรสทธทประกอบดวยอะตอมชนดเดยวกน มสถานะตางๆ ทงของแขง ของเหลวและกาซ ธาตตางชนดกนสามารถรวมตวหรอท าปฏกรยากนกลายเปนสารประกอบชนดตางๆ ดวยอตราสวนโดยมวลคงท เนองจากธาตตาง ๆ ในปจจบนนมจ านวนมากกวา 105 ธาต แตละธาตมสมบตแตกตางกนเปนสวนใหญ การทจะศกษาสมบตของธาตแตละชนดนนเปนเรองยงยากและเสยเวลา ในทางปฏบตจงจดธาตเปนหมวดหมโดยตงเกณฑก าหนดตาง ๆ กน เชน โดยอาศยการน าไฟฟา โดยอาศยสถานะ โดยอาศยการจดเรยงอเลกตรอน เปนตน ในบทนจะจดธาตออกเปนหมวดหมโดยอาศยสมบตคลอไรด ออกไซด และซลไฟดของธาต โดยในขนแรกจะศกษาสมบตของสารประกอบดงกลาวส าหรบธาตเพยง 20 ธาตแรก แลวน าสมบตทไดมาจดธาตเปนหมวดหม ซงจะเปนจดเรมตนของการศกษาสมบตของธาตอน ๆ และเปนจดเรมตนของการจดตารางธาตทใชอยในปจจบน 1.2 แนวโนมความเปนโลหะและอโลหะของธาตในตารางธาต ในภาวะปกต ธาตบางชนดด ารงอยสถานะของแขง บางชนดเปนของเหลว และบางชนดเปนกาซ เราสามารถแบงสมบตของธาตทงหมดออกไดเปนสามพวกใหญๆ คอ โลหะ อโลหะ และกงโลหะ

2

ตารางท 1 ตวอยางของธาตโลหะและอโลหะ โลหะ อโลหะ

ทองค า เงน เหลก ปรอท ตะกว สงกะส

อะลมเนยม โซเดยม

แมกนเซยม

(ของแขง) (ของแขง) (ของแขง) (ของเหลว) (ของแขง) (ของแขง) (ของแขง) (ของแขง) (ของแขง)

ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซเจน คลอรน โบรมน ไอโอดน ก ามะถน อารกอน คารบอน

(กาซ) (กาซ) (กาซ) (กาซ)

(ของเหลว) (ของแขง) (ของแขง)

(กาซ) (ของแขง)

การจ าแนกธาตทงหลายออกเปนโลหะกบอโลหะนน กเนองจากธาตตางๆ มสมบตเฉพาะตวแตกตางกน แตกม

สมบตบางประการเหมอนกนหรอคลายกน ซงพอจะแยกออกเปนสามพวกไดดงน 1. โลหะ (metal) เปนกลมธาตทมสมบตเปนตวน าไฟฟาได น าความรอนทด เหนยว มจดเดอดสง ปกตเปนของแขงทอณหภมหอง (ยกเวน ปรอท) เชน แคลเซยม อะลมเนยม เหลก เปนตน 2. อโลหะ (non-metal) เปนกลมธาตทมสมบตไมน าไฟฟา มจดหลอมเหลวและจดเดอดต า เปราะบาง และมการแปรผนทางดานคณสมบตทางกายภาพมากกวาโลหะ เชน ออกซเจน ก ามะถน ฟอสฟอรส เปนตน ตารางท 2 แสดงสมบตบางประการของโลหะกบอโลหะ

สมบต โลหะ อโลหะ

1. สถานะ เปนของแขงในสภาวะปกต ยกเวนปรอทซงเปนของเหลว ไมมโลหะทเปนกาซในภาวะปกต

มอยไดทง 3 สถานะ ธาตทเปนกาซในภาวะปกตจะเปนอโลหะทงสน อโลหะทเปนของเหลว คอ โบรมน ของแขง ไดแก คารบอน ก ามะถน ฟอสฟอรส เปนตน

2. ความมนวาว มวาวโลหะ ขดขนเงาได สวนมากไมมวาวโลหะ ยกเวน แกรไฟต (ผลกคารบอน) เกลดไอโอดน (ผลกไอโอดน)

3. การน าไฟฟาและน าความรอน

น าไฟฟาและน าความรอนไดด เชน สายไฟฟามกท าดวยทองแดง

น าไฟฟาและน าความรอนไมไดยกเวนแกรไฟต น าไฟฟาไดด

4. ความเหนยว สวนมากเหนยว ดงยดเปนเสนลวด หรอตเปนแผนบางๆ ได

อโลหะทเปนของแขง มเปราะดงยดออกเปนเสนลวดหรอตเปนแผน

3

บางๆ ไมได 5. ความหนาแนน หรอความถวงจ าเพาะ

สวนมากมความหนาแนนสง มความหนาแนนต า

6. จดเดอนและจดหลอดเหลว สวนมากสง เชน เหลก มจดหลอดเหลว 1,536 oC จดเดอด 3,000 oC

สวนมากต าโดยเฉพาะพวกอโลหะทเปนกาซ

7. การเกดเสยงเมอเคาะ มเสยงดงกงวาน ไมมเสยงดงกงวาน 8. เกยวกบอเลกตรอนและประจไอออน

เปนพวกชอบใหอเลกตรอน ท าใหเกดเปนไอออนบวก

เปนพวกชอบรบอเลกตรอน ท าใหเกดเปนไอออนลบ

9. สารประกอบออกไซด โลหะออกไซดเปนเบส อโลหะออกไซดเปนกรด 3. กงโลหะ (metalloid) เปนกลมธาตทมสมบตก ากงระหวางโลหะและอโลหะ เชน ธาตซลคอน และเจอเมเนยม มสมบตบางประการคลายโลหะ เชน น าไฟฟาไดบางทอณหภมปกต และน าไฟฟาไดมากขนเมออณหภมเพมขน เปนของแขง เปนมนวาวสเงน จดเดอดสง แตเปราะแตกงายคลายอโลหะ ภาพท 4 การแบงสมบตของธาตทงหมดออกเปนโลหะ อโลหะ และกงโลหะ 1.3 ประโยชนของธาต

ธาต สญลกษณ ประโยชน

อะลมเนยม Al ใชท าแผนอลมเนยมฟอยล เพอใชหออาหารเมอน าไปเผาหรอใหความรอน ใชท าสวนประกอบของแครองบนและสายไฟฟาแรงสง

สงกะส Zn ใชท าถนไฟฉาย และเปนสวนประกอบของเอนไซมชวยยอยโปรตน เหลก Fe เปนธาตทมมากเปนท 4 ในโลก ใชท าเปนโครงสรางในการกอสรางสงตางๆ เงน Ag เปนตวน าไฟฟาและความรอนทดทสด ทนทานตอการกดกรอนของกรดอนทรย และ

โซดาไฟ ใชท าเครองประดบ ทองแดง Cu ใชท าสายไฟ เปนตวน าไฟฟาทดมาก ลองมาจากเงน เยอรเมเนยม

Ge เปนธาตกงตวน าทหายากมาก ใชเปนสวนประกอบของเครองทรานซสเตอร และใชในเครองอเลกทรอนกสตางๆ

ทงสเตน W ปจจบนใชท าไสหลอดไฟฟา ใชผสมกบเหลกใชท า Tungsten carbide ซงจดวาเปนสารทแขงมาก ใชประกอบเครองมอตดโลหะดวยความเรวสง

ทองค า Au เปนธาตทหายากมาก มในโลกประมาณ 1% ของเงน ความบรสทธของทองค าใชวดเปนกะรต ทองค าทบรสทธจรงคอ ทองค า 24 กะรต ใชท าเครองประดบ

ไฮโดรเจน H เปนธาตอโลหะทมไมมส ไมมกลน และสามารถตดไฟได ไฮโดรเจนจะมน าหนกเบากวาอากาศมาก จงนยมน ามาใสในลกโปง และเปนสารเชอเพลง

ไนโตรเจน N ไนโตรเจนเปนธาตทไมมสและกลน เรานยมใชไนโตรเจนเปนสวนประกอบของปยเพราะวาไนโตรเจนชวยกระตนและท าใหพชเจรญงอกงามด

4

คารบอน C เปนอโลหะทเปนองคประกอบของถาน ใสดนสอ เพชร และปโตรเลยม ซงนยมน ามาใชประโยชนในการผลตเชอเพลงทใหพลงงานแสงสวางและความรอน

ออกซเจน O มคณสมบตไมมส ไมมกลนและไมตดไฟ แตออกซเจนชวยท าใหไฟตด ออกซเจนมความจ าเปนตอการด ารงชวตของมนษย เมอเราหายใจเขาไปจะเคลอนตวไปยงสวนตางๆ ของรางกายโดยเกาะไปกบเลอดชวยในการ เผาผลาญอาหาร

คลอรน Cl เปนธาตทมสเหลอง และเปนกาซพษ นยมน ามาท าเปนสวนผสมของ น ายาฟอกขาว และน ายาฆาเชอโรคทใชลางสระวายน า

ฟลออรน F เปนธาตทมกลนฉน นยมน ามาใชเปนสวนประกอบของยาสฟนเพราะฟลออไรดปองกนไมใหฟนผ

โบรอน B สารโบรอนทรจกกนอยางมาก ไดแก สารบอแรก ทนยมน ามาเปนสวนผสมของผลตภณฑท าความสะอาดผลตภณฑ และสารปองกนจลนทรย

ซลคอน Si เปนสารกงตวน า ใชท าวงจรไฟฟาและอปกรณอเลกทรอนกส 1.4 อะตอมและโครงสรางอะตอม . สวนทเลกทสดของธาตซงเขาท าปฏกรยาเคมได อะตอม ประกอบดวยอนภาคมลฐานทส าคญ คอ นวเคลยสเปนแกนกลาง และมอเลกตรอนเคลอนทอยโดยรอบ, เดมเรยกวา ปรมาณ โครงสรางอะตอม ดโมครตส (นกปราชญชาวกรก) ไดกลาววาทกสงทกอยางประกอบขนจาก อนภาคทเลกมาก เลกมากจนไมสามารถมองเหนได อนภาคเลกๆ เหลานจะรวมพวกเขาดวยกนโดยวธการตางๆ ส าหรบอนภาคเองนนไมมการเปลยนแปลงและไมสามารถจะแตกแยกออกเปนชนสวนทเลกลงไปอกได ดโมคร- ตสตงชออนภาคนวา อะตอม (Atom) จากภาษากรกทวา atoms ซงมความหมายวา ไมสามารถแบงแยกไดอก อะตอมเปนชนสวนทเลกทสดของสสารทสามารถจะคงอยได

ภาพการแปรยบเทยบขนาดของอะตอม

5

ประโยชนจากการเรยนเรองโครงสรางอะตอม 1. ทราบสมบตทางเคมและสมบตการเปลงแสงของธาต 2. เราสามารถศกษาแกแลกซ (galaxy) ดวงดาวและดาวเคราะหตางๆ โดยพจารณาจากการศกษาสเปกตรมทไดจากดวงดาว แบบจ าลองอะตอมของจอหนดอลตน จอหน ดอลตน นกวทยาศาสตรชาวองกฤษไดเสนอทฤษฎอะตอมโดยอาศยขอมลจากการทดลองทพอจะศกษาไดและนบวาเปนทฤษฎแรกทเกยวกบอะตอมทพอจะเชอถอได ซงมใจความดงน สารทกชนดประกอบดวยอนภาคขนาดเลกทสดเรยกวา “ อะตอม” อะตอมจะไมสามารถแบงแยกได และไมสามารถสรางขนใหมได อะตอมของธาตชนดเดยวกนจะมสมบตเหมอนกนทกประการ อะตอมของธาตตางกนจะมสมบตตางกน ธาตตงแตสองชนดขนไปสามารถรวมตวกนเกดเปนสารประกอบ โดยมอตราสวนการรวมตวเปนตวเลขอยางงาย เชน CO CO2 จากทฤษฎอะตอมของดาลตน แบบจ าลองอะตอมมลกษณะดงรป

ลกษณะแบบจ าลองอะตอมของดอลตน

แบบจ าลองอะตอมของทอมสน ทอมสน คนพบ อเลกตรอนอยในโครงสรางอะตอม จากนนรอเบรดแอนดรส มลลแกน ไดทดลองและมผลการทดลองวา อเลกตรอนมประจไฟฟาเทากบ 1.60 x 10-19คลอมบ และอเลกตรอนมมวลเทากบ 9.11 x 10-28กรมจากนนโกลดสไตน คนพบ โปรตอนจากผลการทดลองของทอมสน โกลดสไตน ท าใหทอมสนไดขอมลเกยวกบอะตอมมากขนเขาจงเสนอแบบจ าลองอะตอมวา อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม อะตอมไมใชสงทเลกทสด แตอะตอมจะประกอบดวยอเลกตรอนและอนภาคอนๆอก อะตอมประกอบดวยอนภาคอเลกตรอนทมประจเปนลบ อนภาคโปรตอนมประจเปนบวก อะตอมจะมโปรตอนและอเลกตรอนกระจายอยทวไปอยางสม าเสมอ อะตอมเปนกลางทางไฟฟา เพราะ มจ านวนประจบวกเทากบประจลบ จากทฤษฎอะตอมของทอมสน แบบจ าลองอะตอมมลกษณะดงรป

6

ลกษณะแบบจ าลองอะตอมของทอมสน

แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด อะตอมจะประกอบดวยนวเคลยสทมโปรตอนและนวตรอนรวมตวกนอยอยางหนาแนนอยตรงกลางนวเคลยสมขนาดเลกมากมมวลมาก และมประจบวกสวนอเลกตรอนซงมประจเปนลบและมมวลนอยมาก จะวงรอบนวเคลยสเปนวงกวาง การคนพบนวตรอน เนองจากมวลของอะตอมสวนใหญอยทนวเคลยสซงเปนมวลของโปรตอนแตโปรตอนมมวลประมาณครงหนงของนวเคลยสเทานน แสดงวาตองมอนภาคซงไมมประจไฟฟาแตมมวลใกลเคยงกบโปรตอนอยในอะตอมดวย เจมส แชวก นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ จงศกษาทดลองเพมเตมจนพบนวตรอนซงเปนกลางทางไฟฟา อะตอมของธาตทกชนดในโลกจะมนวตรอนเสมอ ยกเวนอะตอมของไฮโดรเจนในรปของไอโซโทป สรปแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด อะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมโปรตอนรวมกนอยตรงกลาง นวเคลยสมขนาดเลก แตมมวลมากและมประจเปนบวก สวนอเลกตรอนซงมประจเปนลบ และมมวลนอยมาก จะวงอยรอบนวเคลยสเปนบรเวณกวาง จากทฤษฎอะตอมของ รทเทอรฟอรด แบบจ าลองอะตอมมลกษณะดงรป

ลกษณะแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

แบบจ าลองอะตอมของนลสโบร นกวทยาศาสตรไดพยายามศกษาลกษณะของการจดอเลกตรอนรอบๆ อะตอม โดยแบงการศกษาออกเปน 2 สวน สวนแรกเปนการศกษษเกยวกบสเปกตรมของอะตอม ซงท าใหทราบวาภายในอะตอมมการจดระดบพลงงานเปนชนๆ ในแตละชนจะมอเลกตรอนบรรจอย สวนทสองเปนการศกษาเกยวกบพลงงานไอโอไนเซชน เพอดวาในแตละระดบพลงงานจะมอเลกตรอนบรรจอยไดกตว สเปกตรม หมายถง อนกรมของแถบสหรอเสนทไดจากการผานพลงงานรงสเขาไปในสเปกโตรสโคป ซงท าใหพลงงานรงสแยกออกเปนแถบหรอเปนเสน ทมความยาวคลนตางๆเรยงล าดบกนไป

7

นลสโบร ไดเสนอแบบจ าลองอะตอมขนมา สรปไดดงน 1. อเลกตรอนจะเคลอนทรอบนวเคลยสเปนชนๆ ตามระดบพลงงาน และแตละชนจะมพลงงานเปนคาเฉพาะตว 2. อเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสมากทสดจะเรยกวาระดบพลงงานต าสดยงอยหางจากนวเคลยสมากขน ระดบพลงงานจะยงสงขน 3. อเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสมากทสดจะเรยกระดบพลงงาน n = 1 ระดบพลงงานถดไปเรยกระดบพลงงาน n =2, n = 3,... ตามล าดบ หรอเรยกเปนชน K , L , M , N ,O , P , Q .... จากทฤษฎอะตอมของ นลสโบร แบบจ าลองอะตอมมลกษณะดงรป

ลกษณะแบบจ าลองอะตอมของนลสโบร

แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอกเปนแบบจ าลองทนกวทยาศาสตรคดวาเปนไปไดมากทสดทงนไดจากการประมวลผลการทดลองและขอมลตางๆ อะตอมภายหลงจากทนลสโบร ไดเสนอแบบจ าลองอะตอมขนมา สรปไดดงน 1. อเลกตรอนไมสามารถวงรอบนวเคลยสดวยรศมทแนนอน บางครงเขาใกลบางครงออกหาง จงไมสามารถบอกต าแหนงทแนนอนได แตถาบอกไดแตเพยงทพบอเลกตรอนต าแหนงตางๆภายในอะตอมและอเลกตรอนทเคลอนทเรวมากจนเหมอนกบอเลกตรอนอยทวไป ในอะตอมลกษณะนเรยกวา " กลมหมอก" 2. กลมหมอกของอเลกตรอนในระดบพลงงานตางๆจะมรปทรงตางกนขนอยกบจ านวนอเลกตรอน และระดบพลงงานอเลกตรอน 3. กลมหมอกทมอเลกตรอนระดบพลงงานต าจะอยใกลนวเคลยสสวนอเลกตรอนทมระดบพลงงานสงจะอยไกลนวเคลยส 4. อเลกตรอนแตละตวไมไดอยในระดบพลงงานใดพลงงานหนงคงท 5. อะตอมมอเลกตรอนหลายๆระดบพลงงาน

8

ลกษณะแบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก สรปแบบจ าลองอะตอม อนภาคมลฐานของอะตอม ชนดของอนภาคมลฐานของอะตอม ทกอะตอมประกอบดวยอนภาคทส าคญคอ โปรตอน, นวตรอน และอเลกตรอนโดยมโปรตอนกบนวตรอนอยภายในนวเคลยส นวเคลยสนจะครอบครองเนอทภายในอะตอมเพยงเลกนอย และมอเลกตรอนวงรอบๆ นวเคลยสดวยความเรวสง คลายกบมกลมประจลบปกคลมอยโดยรอบ

อนภาค ประจ ( หนวย) ประจ (C) มวล (g) มวล (amu) อเลกตรอน -1 1.6 x 10-19 0.000549 9.1096 x 10-28 โปรตอน +1 1.6 x 10-19 1.007277 1.6726 x 10-24 นวตรอน 0 0 1.008665 1.6749 x 10-24

9

อเลกตรอน (Electron) สญลกษณ e –มประจลบ และมมวลนอยมาก โปรตอน สญลกษณ p + มประจเปนบวก และมมวลมากกวา อเลกตรอน ( เกอบ 2,000 เทา) นวตรอน สญลกษณ n มประจเปนศนย และมมวลมากพอๆ กบโปรตอน เลขอะตอม เลขมวล และสญลกษณนวเคลยร 1. จ านวนโปรตอนในนวเคลยสเรยกวา เลขอะตอม (atomic number, Z) 2. ผลบวกของจ านวนโปรตอนกบนวตรอนเรยกวา เลขมวล (mass number, A) A = Z + N โดยท Nเปนจ านวนนวตรอน(เลขเชงมวลจะเปนจ านวนเตมและมคาใกลเคยงกบมวลของอะตอม) การเขยนสญลกษณนวเคลยร เขยน (A) ไวขางบนดานซายของสญลกษณธาต เขยน (Z) ไวขางลางดานซายของสญลกษณธาต X = สญลกษณของธาต

ค าศพททควรทราบ ไอโซโทป ( Isotope ) หมายถง อะตอมของธาตชนดเดยวกน มเลขอะตอมเทากน แตมเลขมวลตางกน เชน

ไอโซบาร ( Isobar ) หมายถง อะตอมของธาตตางชนดกนทมเลขมวลเทากน แตมเลขอะตอมไมเทากน เชน

ไอโซโทน ( Isotone ) หมายถง อะตอมของธาตตางชนดกนแตมจ านวนนวตรอนเทากน เชน การหาอนภาคมลฐานของอะตอม จากสญลกษณนวเคลยร

ดงนน อะตอมของธาตลเทยม ( Li ) มจ านวนโปรตอน = 3 ตว อเลกตรอน = 3 ตว และนวตรอน = 4 ตว

การจดเรยงอเลกตรอน หลกในการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม 1. อเลกตรอนทวงอยรอบๆ นวเคลยสนน จะอยกนเปนชนๆตามระดบพลงงาน ระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสทสด ( ชนK) จะมพลงงานต าทสด และอเลกตรอนในระดบพลงงานชนถดออกมาจะมพลงงานสงขนๆ ตามล าดบ พลงงานของอเลกตรอนของระดบชนพลงงาน K < L < M < N < O < P < Q หรอชนท 1< 2 < 3 < 4 < 5 < 6 < 7

10

แบบจ าลองอะตอมของนลสโบร

2. ในแตละชนของระดบพลงงาน จะมจ านวนอเลกตรอนได ไมเกน 2n 2 เมอ n = เลขชน ซงเลขชนของชน K=1,L=2,M=3,N=4,O=5,P=6 และ Q=7 ตวอยาง จ านวน e - ในระดบพลงงานชน K มได ไมเกน 2n 2 = 2 x 1 2 = 2x1 = 2 จ านวน e - ในระดบพลงงานชน N มได ไมเกน 2n 2 = 2 x 4 2 = 2x16 = 32

ระดบพลงงาน จ านวนอเลกตรอนทมไดมากทสด n = 1 (K) 2(1) 2 = 2 n = 2 (L) 2(2) 2 = 8 n = 3 (M) 2(3) 2 = 18 n = 4 (N) 2(4) 2 = 32 n = 5 (O) 2(5) 2 = 32 ( 32 คอ เลขมากสดทเปนไปได ) n = 6 (P) 2(6) 2 = 32 n = 7 (Q) 2(7) 2 = 32

จะเหนวากฎออกเตตมขอดอย คอ เมอระดบพลงงานมากกวา n = 4 จะใชไมได อยางไรกตามในธาต 20 ธาตแรก

สามารถใชการจดเรยงอเลกตรอนตามกฎออกเตตไดด 3. ในแตละระดบชนพลงงาน จะมระดบพลงงานชนยอยได ไมเกน 4 ชนยอย และมชอเรยกชนยอย ดงน s, p , d , f ในแตละชนยอย จะมจ านวน e - ได ไมเกน ดงน

ระดบพลงงานชนยอย s ม e - ได ไมเกน 2 ตว ระดบพลงงานชนยอย p ม e - ได ไมเกน 6 ตวระดบพลงงานชนยอย d ม e - ได ไมเกน 10 ตว ระดบพลงงานชนยอย f ม e - ไดไมเกน 14 ตว เขยนเปน s 2 p 6 d 10 f 14 วธการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

การจดเรยงอเลกตรอน ใหจดเรยง e- ในระดบพลงงานชนยอยโดยจดเรยงล าดบตามลกศร ( แนวทางการจดเรยงอเลกตรอน ใหเขยนแผนผงกอน ดงรป

11

ตวอยาง จงจดเรยงอเลกตรอนของธาต คลเซยม ( Ca ) ธาต Ca มเลขอะตอม = 20 แสดงวาม p = 20 และม e- = 20 ตว (ดเลขอะตอม จากตารางธาต)แลวจดเรยง e- ดงน

ดงนน การจดเรยง e- ของธาต Ca = 2 , 8 , 8 , 2 มแผนผงการจดเรยง e- ดงน Ca มจ านวน e- ในระดบพลงงานชนนอกสด = 2 ตว จ านวนอเลกตรอนในระดบพลงงานชนนอกสด เรยกวา เวเลนซอเลกตรอน (Valence electron) ดงนน Ca มเวเลนซอเลกตรอน = 2 ดงรป

1.4.2 สญลกษณนวเคลยร สญลกษณนวเคลยร (nuclear symbol) เปนสญลกษณทแสดงจ านวนอนภาคมลฐานของอะตอมดวยเลขมวลและเลขอะตอม เขยนแทนดวยสญลกษณดงน โดยท X คอ สญลกษณธาต

สตร A = Z + N

12

Z คอ เลขอะตอม (atomic number) เปนจ านวนโปรตอนในนวเคลยส A คอ เลขมวล (mass number) เปนผลบวกของจ านวนโปรตอนกบนวตรอน

โดยท N เปนจ านวนนวตรอน อะตอมของธาตเปนกลางทางไฟฟา (จ านวนโปรตอน = จ านวนอเลกตรอน) ตวอยางท 1 การหาอนภาคมลฐานของอะตอมจากสญลกษณนวเคลยร ดงนน อะตอมของธาตปรอท (Hg) มจ านวนโปรตอน = 80 อนภาค อเลกตรอน = 80 อนภาค และนวตรอน = 201 - 80 = 121 อนภาค ตวอยางท 2 การหาอนภาคมลฐานของอะตอมจากสญลกษณนวเคลยร ดงนน อะตอมของธาตแคลเซยม (Ca) มจ านวนโปรตอน = 20 อนภาค แคลเซยม +2 หมายถง มอเลกตรอนนอยกวาโปรตอน 2 อนภาค อเลกตรอน = 20 - 2 = 18 อนภาค และนวตรอน = 40 - 20 = 20 อนภาค ตวอยางท 3 การหาอนภาคมลฐานของอะตอมจากสญลกษณนวเคลยร ดงนน อะตอมของธาตออกซเจน (O) มจ านวนโปรตอน = 8 อนภาค ออกซเจน -2 หมายถง มอเลกตรอนมากกวาโปรตอน 2 อนภาค อเลกตรอน = 8 + 2 = 10 อนภาค และนวตรอน = 16 - 8 = 8 อนภาค 1.4.3 การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม ใช หลกอาฟบาว (Aufbau principle) ในจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม ซงสรปไดดงน 1. ใชหลกของเพาล ในการบรรจอเลกตรอน คอ ในแตละออรบทลจะบรรจอเลกตรอนไดอยางมากทสด 2 ตว (มสปนตางกน)

o ใชเครองหมาย แทนอเลกตรอนทมสปนขน (spin up)

o ใชเครองหมาย แทนอเลกตรอนทมสปนลง (spin down)

o ใชเครองหมาย แทนอเลกตรอนเดยวในออรบทล

o ใชเครองหมาย แทนอเลกตรอนคในออรบทล 2. บรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานต าสดทยงวางกอน (เรยงล าดบออรบทลตามลกศรในรป) จนครบจ านวนอเลกตรอนทงหมดในอะตอมนน การจดเรยงอเลกตรอนแบบนจะท าใหอะตอมมสถานะเสถยรทสดเพราะ

13

พลงงานรวมทงหมดของอะตอมมคาต าสด 3. การบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานเทากนเชนออรบทล d จะใช กฎของฮนด (Hund's rule) คอ"การบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานเทากน จะบรรจในลกษณะทท าใหมอเลกตรอนเดยวมากทสด" 4. การบรรจอเลกตรอนททกๆออรบทล มระดบพลงงานเปน degenerate (ระดบพลงงานเทากน) ทกออรบทลอาจมอเลกตรอนอยเตม (2 อเลกตรอนตอ 1 ออรบทล) หรอมอเลกตรอนอยเพยงครงเดยว (1 อเลกตรอนตอ 1 ออรบทล) เชน Ne : 1s2, 2s2, 2p6

เรยกวา การบรรจเตม N : 1s2, 2s2, 2p3

เรยกวา การบรรจครง โครงแบบอเลกตรอนแบบบรรจเตมจะเสถยรกวาแบบบรรจครงและแบบบรรจครงกจะเสถยรกวา แบบอนๆ เชน o 2p6เสถยรกวา 2p3 o 2p3เสถยรกวา 2p4 o 3d10เสถยรกวา 3d9 1.5 พนธะเคม พนธะเคม คอ แรงยดเหนยวระหวางอะตอมกบอะตอมภายในโมเลกล เปนแรงยดเหนยวระหวางอะตอมทท าใหเกดโมเลกลของสาร กฎออกเตด ( Octet rule ) จากการศกษาเกยวกบธาตกาซเฉอย เชน He Ne Ar Kr พบวาเปนธาตทโมเลกลเปนอะตอมเดยว คอในหนงโมเลกลของกาซเฉอยจะมเพยง 1 อะตอม แสดงวาเปนธาตทเสถยรมาก ท าใหนกวทยาศาสตรสนใจทคนควาถงเหตผลทท าใหธาตเฉอยมความเสถยร และจากการศกษาโครงสรางอะตอมของธาตเฉอยมการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกสดเหมอนกน คอม 8 อเลกตรอน(ยกเวน He ม 2 อเลกตรอน) เชน

2He = 2 10Ne = 2 , 8 18Ar = 2 , 8 , 8 36Kr = 2 , 8 , 18 , 8 สวนธาตหมอนมการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานชนนอกสด ไมครบ 8 เชน

1H = 1 6C = 2 , 4 7N = 2 , 5 8O = 2 , 6 ธาตทมวาเลนตอเลกตรอนไมครบ 8 ในธรรมชาตจะไมสามารถอยเปนอะตอมเดยวๆได ซงแสดงวาไมเสถยร ตองรวมกนเปนโมเลกลซงอาจจะม 2 อะตอมหรอมากกวา

การทอะตอมของธาตตางๆ รวมตวกนดวยสดสวนทท าใหวาเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 น นกวทยาศาสตรไดตงเปนกฎขนเรยกวา กฎออกเตต การรวมกนเพอท าใหอะตอม มวาเลนตอเลกตรอนครบ 8 อาจมลกษณะดงน

14

1. อะตอมใชวาเลนตอเลกตรอนรวมกนเปนคๆ จะเกด "พนธะโคเวเลนต " 2. อะตอม ใหหรอรบอเลกตรอน จะเกดเปน " พนธะไอออนค " 3. อะตอมใชวาเลนตอเลกตรอนรวมกนทงกอน จะเกดเปน " พนธะโลหะ " 1.5.1 พนธะโลหะ พนธะโลหะ หมายถง แรงยดเหนยวทท าใหอะตอมของโลหะ อยดวยกนในกอนของโลหะ โดยมการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกนของอะตอมของโลหะ โดยทเวเลนตอเลกตรอนนไมไดเปนของอะตอมหนงอะตอมใดโดยเฉพาะ เนองจากมการเคลอนทตลอดเวลา ทกๆอะตอมของโลหะจะอยตดกนกบอะตอมอนๆ ตอเนองกนไมมทสนสด จงท าใหโลหะไมมสตรโมเลกล ทเขยนกนเปนสตรอยางงาย หรอสญลกษณของธาตนนเอง การทโลหะมพนธะโลหะจงท าใหโลหะมสมบตทวไป ดงน 1. โลหะเปนตวน าไฟฟาทด เพราะอเลกตรอนเคลอนทไดงาย 2. โลหะมจดหลอมเหลวสง เพราะเวเลนตอเลกตรอนของอะตอมทงหมดในกอนโลหะยดอะตอมไวอยางเหนยวแนน 3. โลหะสามารถตแผเปนแผนบางๆได เพราะมกลมเวเลนตอเลกตรอนท าหนาทยดอนภาคใหเรยงกนไมขาดออกจากกน 4. โลหะมผวเปนมนวาว เพราะกลมอเลกตรอนทเคลอนทโดยอสระมปฏกรยาตอแสง จงสะทอนแสงท าใหมองเหนเปนมนวาว 5. สถานะปกตเปนของแขง ยกเวน Hg เปนของเหลว 6. โลหะน าความรอนไดด เพราะอเลกตรอนอสระเคลอนทไดทกทศทาง 1.5.2 พนธะไอออนก พนธะไอออนก ( Ionic bond ) หมายถง พนธะระหวางอะตอมทอยในสภาพอออนทมประจตรงกนขามกน ซงเกดจากการเคลอนยายอเลกตรอน 11 ตว หรอมากกวา จากอเลกตรอนวงนอกสดของอะตอมหนงไปยงอกอะตอมหนง เพอใหจ านวนอเลกตรอนวงนอกสด ครบออกเตต ซงเกดขนระหวางอะตอมของโลหะกบอโลหะ โดยทโลหะเปนฝายจายอเลกตรอนในระดบพลงงานชนนอกสดใหกบอโลหะ เนองจากโลหะมคาพลงงานไอออไนเซชนต า และอโลหะมคาพลงงานไอออไนเซชนสง ดงนนพนธะไอออนกจงเกดขนระหวางโลหะกบอโลหะไดด กลางคอ อะตอมของโลหะใหเวเลนตอเลกตรอนแกอโลหะ แลวเกดเปนไอออนบวกและไอออยลบของอโลหะ เพอใหเวเลนตอเลกตรอนเปนแปด แบบกาซเฉอย สวนอโลหะรบเวเลนตอเลกตรอนมานนกเพอปรบตวเองใหเสถยรแบบกาซเฉอยเชนกน ไอออนบวกกบไอออนลบจงดงดดระหวางประจไฟฟาตางกนเกดเปนสารประกอบไอออนก( Ionic compound ) ดงน

การเกดสารประกอบโซเดยมคลอไรด ( NaCl ) จากโซเดยม (Na) อะตอมกบคลอรน (Cl) อะตอม

15

โซเดยมเสยอเลกตรอนใหแกคลอรน 1 ตว ท าใหอะตอมของโซเดยมมเวเลนตอเลกตรอน= 8 (อะตอมจะเถยรเปนไปตามกฎออกเตต) และท าใหมจ านวนอเลกตรอนนอยกวาโปรตอน 1 ตว ท าใหอะตอมโซเดยมแสดงอ านาจไฟฟาเปนประจบวก(+) สวนอะตอมคลอรนรบอเลกจากโซเดยมมา 1 ตว ท าใหอะตอมของคลอรนมเวเลนตอเลกตรอน = 8 (อะตอมเสถยรเปนไปตามกฎออกเตต) และท าใหมจ านวนอเลกตรอนมากกวาโปรตรอน 1 ตว ท าใหอะตอมคลอรนแสดงอ านาจไฟฟาเปนประลบ (-)

โซเดยมอออนบวก(+) และคลอไรดอออน (-) จะดงดดกน เพราะมประจไฟฟาทตางกน

เกดเปน "พนธะไอออนก" การเกดสารประกอบแมกนเซยมคลอไรด จากแมกนเซยมอะตอม (Mq) และคลอรนอะตอม(Cl)

16

อะตอมแมกนเซยมมการจดเรยงอเลกตรอนเปน Mg = 2, 8, 2 แมกนเซยมมเวเลนตอเลกตรอน = 2 ดงนนแมกนเซยมจะจายอเลกตรอนใหแกคลอรนอะตอม 2 ตว เพอใหเวเลนตอเลกตรอนเปน 8 จงจะเสถยรเหมอนกาซเฉอย ท าใหอะตอมของแมกนเซยมมจ านวนอเลกตรอนนอยกวาโปรตอน 2 ตว จงแสดงอ านาจไฟฟาเปนประจ 2+แมกนเซยมไอออนบวก ( Mq 2+)และคลอไรดไอออนลบ (Cl -) จะเกดแรงดงดดกน เพราะมประจไฟฟาตางกนเปนโมเลกลของแมกนเซยมคลอไรด

การเกดพนธะไอออนกในสารประกอบ แบเรยมออกไซด ( BaO )

การจดเรยงอเลกตรอนของแบเรยม Ba = 2, 8, 18, 18, 8, 2 ( Ba มเวเลนตอเลกตรอน = 2 )และการจดเรยงอเลกตรอน

ของออกซเจน O = 2, 6 ( O มเวเลนตอเลกตรอน = 6 ) Ba เสยออลกตรอนให O จ านวน 2 ตว Ba จงมประจเปน 2+ สวน O ไดรบอเลกตรอนมา 2 ตว จงมประจไฟฟาเปน 2- เกดแรงยดเหนยวดวยประจไฟฟาตางกน เปนโมเลกลของแบเรยมออกไซด ลกษณะส าคญของสารประกอบไอออนก 1. พนธะไอออนกเปนพนธะทเกดจาก ไอออนของโลหะ + ไอออนของอโลหะ เชน NaCl, MgO, KI 2. พนธะไอออนก อาจเปนพนธะเคมทเกดจากธาตทมคาพลงงานไอออไนเซชนต ากบธาตทมคาพลงงานไอออไนเซชนสง 3. พนธะไอออนก อาจเปนพนธะทเกดจากไอออบวกทเปนกลมอะตอมของอโลหะ เชน4. สารประกอบไอออนกไมมสตรโมเลกล มแตสตรเอมพรคล (สตรอยางงาย) 5.สารประกอบไอออนกมจดดอดและจดหลอมเหลวสง 6. สารประกอบไอออนกในภาวะปกตเปนของแขง ประกอบไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหลานไมเคลอนท ดงนนจงไมน าไฟฟา แตเมอหลอมเหลวหรอละลายน า จะแตกตวเปนอออนและเคลอทได เกดเปนสารอเลกโทรไลดตจงน าไฟฟาได

17

โครงสรางของสารประกอบไอออนก โครงสรางของสารประกอบไอออนกมลกษณะเปนโครงผลกรางตาขาย ประกอบดวยไอออนบวกและไอออนลบสลบกน ไมสามารถแบงแยกเปนโมเลกลเดยวๆได ดงนนจงไมสามารถทราบขอบเขตของไอออนของธาตตางๆใน 1 โมเลกลได แตสามารถหาอตราสวนอยางต าของไอออนทเปนองคประกอบเทานน จงไมสามารถเขยนสตรโมเลกลของสารประกอบไอออนกได ใชสตรเอมพรคลแทนสตรเคมของสารประกอบไอออนก สารประกอบไอออนก เมอโลหะท าปฏกรยากบอโลหะ ธาตทงสองจะรวมกนดวยพนธะไอออนกเกดเปนสารประกอบไอออนก โดยอะตอมของโลหะจะให(จาย,เสย)เวเลนตอเลกตรอนแกอะตอมของอโลหะ ดงนนธาตหม 1A ซงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 1 จงเกดเปนไอออนทมประจ +1 ธาตหม 2 ซงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 2 เมอเกดเปนไอออนจะมประจ + 2 เปนตน สวนอโลหะซงมจ านวนเวเลนตอเลกตรอนใกลเคยงกบกาซเฉอยจะรบอเลกตรอนมาใหครบแปด เชน ธาตหม 7A จะรบอเลกตรอน 1 ตว เมอกลายเปนไอออนจะมประจ - 1 ส าหรบธาตหม 5 และหม 6 เมอเกดเปนไอออนจะมประจ - 3 และ -2 ตามล าดบ เนองจากสามารถรบอเลกตรอนได 3 และ 2 อเลกตรอนแลวมการจดเรยงอเลกตรอนตามกฎออกเตต

ธาตหม I II II IV V VI VII ประจบนไอออน +1 +2 +3 -4 -3 -2 -1

การเขยนสตรและการเรยกชอสารประกอบไอออนก ก. การเขยนสตรสารประกอบไอออนก ใชหลกดงน 1. เขยนไอออนบวกของโลหะหรอกลมไอออนบวกไวขางหนา ตามดวยไอออนลบของอโลหะหรอกลมไอออนลบ 2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกนในอตราสวนทท าใหผลรวมของประจเปนศนย ดงนนจงตองหาตวเลขมาคณกบจ านวนประจบนไอออนบวกและไอออนลบใหมจ านวนเทากน แลวใสตวเลขเหลานนไวทมมขวาลางของแตละไอออน ซงท าไดโดยใชจ านวนประจบนไอออนบวกและไอออนลบคณไขวกน 3. ถากลมไอออนบวกหรอไอออนลบมมากกวา 1 กลม ใหใสวงเลบ ( ) และใสจ านวนกลมไวทมมลางขวาลาง ดงตวอยาง

จงเขยนสตรของสารประกอบไอออนกตอไปน ก. Na+ กบ O2- ข. Ca2+ กบ Cl- ค. NH4+ กบ SO4

2-

ข. การอานชอสารประกอบไอออนก 1. สารประกอบธาตค ถาสารประกอบเกดจาก ธาตโลหะทมไอออนไดชนดเดยวรวมกบอโลหะ ใหอานชอโลหะทเปนไอออนบวก แลวตามดวยชอธาตอโลหะทเปนไอออนลบ โดยเปลยนเสยงพยางคทายเปน ไอด (ide) เชน

18

อออซเจน เปลยนเปน ออกไซด (oxide) ไฮโดรเจน เปลยนเปน ไฮไดรด (hydride)

คลอรน เปลยนเปน คลอไรด (chloride) ไอโอดน เปลยนเปน ไอโอไดด (iodide)

ตวอยางการอานชอสารประกอบไอออนกธาตค NaClอานวา โซเดยมคลอไรด (Sodium chloridr) CaI2 อานวา แคลเซยมไอโอไดด (Calcium iodide) KBrอานวา โพแทสเซยมโบรไมด (Potascium bromide)

CaCl2 อานวา แคลเซยมคลอไรด (Calcium chloride)

ถาสารประกอบทเกดจากธาตโลหะเดนวกนทมไอออนไดหลายชนด รวมตวกบอโลหะ ใหอานชอโลหะทเปนไอออนบวกแลวตามดวยคาประจของไอออนของโลหะโดยวงเลบเปนเลขโรมน แลวตามดวยอโลหะทเปนไอออนลบ โดยเปลยนเสยงพยางคทายเปน ไอด (ide) เชน Fe เกดไอออนได 2 ชนดคอ Fe 2+ และ Fe 3+ และCu เกดอออนได 2 ชนดคอ Cu + และ Cu 2+ สารประกอบทเกดขนและการอานชอ ดงน

FeCl2 อานวา ไอรออน (II) คลอไรด ( Iron (II) chloride )

CuSอานวา คอปเปอร (I) ซลไฟด ( Cupper (I) sunfide )

FeCl3 อานวา ไอรออน (III) คลอไรด ( Iron (III) chloride )

Cu2S อานวา คอปเปอร (II) ซลไฟด ( Copper (II) sunfide )

2. สารประกอบธาตสามหรอมากกวา ถาสารประกอบเกดจากไอออนบวกของโลหะ หรอกลมไอออนบวกรวมตวกบกลมไอออนลบ ใหอานชอไอออนบวกของโลหะหรอชอกลมไอออนบวก แลวตามดวยกลมไอออนลบ เชน CaCO3 อานวา แคลเซยมคารบอนเนต (Calcium carbonatX

KNO3 อานวา โพแทสเซยมไนเตรต (Potasciumnitrae)

Ba(OH)2 อานวา แบเรยมไฮดรอกไซด (Bariumhydroxide)

(NH4)3PO4 อานวา แอมโมเนยมฟอสเฟต (Ammomiumpospate

การละลายของสารประกอบไอออนก สารประกอบไอออนกบางชนดละลายน าไดดและบางชนดไมละลายน า การทสารประกอบไอออนกละลายน าไดเนองจากแรงดงดดระหวางโมเลกลของน ากบไอออนมคามากกวาแรงยดเหนยวระหวางไอออนบวกกบไอออนลบ เชน เมอน าโซเดยมคลอไรดมาละลายในน า แรงดงดดระหวางโมเลกลของน ากบโซเดยมไอออน และน ากบคลอไรดไอออนมคาสงกวาแรงยดเหนยวระหวางไอออนทงสอง โซเดยมคลอไรดจงละลายน าได เมอไอออนเหลานหลดออกจากโครงสรางเดม แตละไอออนจะถกลอมรอบดวยโมเลกลของน าหลายๆโมเลกล โดยน าจะหนขวทมประจตรงกนขามเขาไอออนทลอมรอบ 1.5.3 พนธะโคเวเลนต พนธะโคเวเลนต ( Covalent bond ) คอพนธะทเกดจากอะตอมคหนงใชอเลกตรอนรวมกน โดยเกดแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบโปรตอนในนวเคลยสของอะตอมทงสอง

19

ลกษณะส าคญของพนธะโคเวเลนต 1. พนธะโคเวเลนต เปนพนธะทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนของอะตอมทมคาพลงงานไอออไนเซชนสง กบอะตอมทมคาพลงงานไอออไนเซชนสงดวยกน 2. ธาตทเกดพนธะโคเวเลนตไดเปนอโลหะ เพราะอโลหะมพลงงานไอออไนเซชน (IE) คอนขางสง จงเสยอเลกตรอนไดยาก จงไมมฝายใดเสยอเลกตรอน แตจะใชอเลกตรอนรวมกน การเกดพนธะโคเวเลนต การเกดพนธะโคเวเลนต เกดจากอะตอมสงอเลกตรอนออกมาฝายละเทาๆกน ใชอเลกตรอนรวมกน ใหอะตอมมเวเลนตอเลกตรอนครบ 8 (เปนไปตามกฎออกเตต)เชนการเกดโมเลกลของคลอรน อะตอมของคลอรนมการจดเรยงอเลกตรอน เปน 2 , 8 , 7 Cl = 2 8 7 ดงนน คลอรนมเวเลนตอเลกตรอน = 7 จงตองการอเลกตรอนอก 1 ตว เพอใหเวเลนตอเลกตรอนครบ 8 อะตอมจงจะเสถยร

อเลกตรอนทอะตอมใชรวมกน เรยกวา อเลกตรอนครวมพนธะอเลกตรอนตวอนๆทไมไดใชรวมในพนธะ เรยกวา อเลกตรอนคโดดเดยว หรออเลกตรอนคอสระชนดของพนธะโคเวเลนต ม 3 ชนด 1.พนธะเดยว เกดจากอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน 1 ค เชน

(H มเวเลนตอเลกตรอน = 1 ตองการอเลกตรอนอก 1 ตว ใหมเวเลนตอเลกตรอน=2 เหมอน He)

20

2. พนธะค เกดจากอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน 2 ค เชน

3. พนธะสาม เกดจากอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน 3 ค เชน

การเขยนสตรและการเรยกชอสารโคเวเลนต 1. สตรโมเลกล โดยทวไปเขยนสญลกษณของธาตทเปนองคประกอบเรยงตามล าดบของธาต และคาอเลกโทรเนกาตวต ( เรยงล าดบกอนหลงดงน B , Si , C , P , H , S , I , Br , Cl , O และ F ) แลวระบจ านวนอะตอมของธาตทเปนองคประกอบของโมเลกล เชน CO2 , HCl . NH3 , PCl3 , NO3 ฯลฯ 2. สตรโครงสราง คอสตรทแสดงใหทราบวา 1 โมเลกลของสารประกอบดวยธาตใดบาง อยางละกอะตอม และอะตอมของธาตเหลานนมการจดเรยงตวหรอเกาะเกยวกนดวยพนธะอยางไร ซงแบบเปน 2 แบบคอ สตรโครงสรางแบบจด คอสตรโครงสรางทแสดงถงการจดอเลกตรอนวงนอกสดใหครบออกเตต ในสารประกอบนน โดยใชจด ( . ) แทนอเลกตรอน 1 ตว สตรโครงสรางแบบเสน คอสตรโครงสรางทแสดงถงพนธะเคมในสารประกอบนนวาพนธะใดบาง โดยใชเสน ( - ) แทนพนธะเคม เสน 1 เสน แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 1 ค การอานชอสารโคเวเลนต มวธการอานดงน 1. อานจ านวนอะตอมพรอมชอธาตแรก (ในกรณธาตแรกมอะตอมเดยวไมตองอานจ านวน ) 2. อานจ านวนอะตอม และชอธาตทสอง ลงทายเปน ไ-ด (ide ) เลขจ านวนอะตอมอานเปนภาษากรก คอ 1 = mono 2 = di 3 = tri 4 = tetra 5 = penta 6 = hexa 7 = hepta 8 = octa 9 = nona 10 = deca 11 = undec 12 = dodec ตวอยาง NO2 อานวา ไนโตรเจนไดออกไซด Cl2O อานวา ไดคลอรนโมโนออกไซด P4O10 อานวา เตตระฟอสฟอรสเดคะออกไซด CCl4 อานวา คารบอนเตตระคลอไรด

21

หนวยท 2 ปฏกรยาเคม ปฏกรยาเคม ( chemical reaction) หมายถง การเปลยนแปลงทท าใหเกดสารใหม มสมบตตางจากสารเดม สารกอน

การเปลยนแปลงเรยกวา สารตงตน (reactant) และสารทเกดใหมเรยกวา ผลตภณฑ (product) 2.1 การเกดปฏกรยาเคม ปฏกรยาเคม คอ กระบวนการเปลยนของสารตงตนไปเปนสารใหม โดยปรมาณสารตงตนจะลดลง และปรมาณสารใหมจะเกดขน และเพมปรมาณขนเรอยๆ เมอเวลาผานไป โดยสามารถเขยนใหเขาใจงายดวยสมการเคม ปฏกรยาเคมจ าแนกเปน 2 ประเภท คอ 1. ปฏกรยาเคมสมบรณ คอ การเกดสารใหมขณะทสารตงตนตวใดตวหนงหมดไปหรอหมดทกตว 2. ปฏกรยาเคมไมสมบรณ คอ การเกดสารใหมขณะทสารตงตนยงเหลอทกตว ไมมตวใดตวหนงหมดไป ทฤษฎทเกยวของกบปฏกรยาเคม 1. ทฤษฎการชนโมเลกล (Collision Theory) กลาวถง โมเลกลของสารตองมการชนซงกนและกน ซงการชนกนแตละครงไมจ าเปนตองเกดปฏกรยา 2. ทฤษฎจลนของโมเลกล (Kinetic Theory) กลาวถง โมเลกลตองมการเคลอนทชาลง ซงกอใหเกดพลงงานจลน โดยโมเลกลตองมพลงงานสงพอจงจะเกดปฏกรยาได สถานะการเกดปฏกรยาเคม 1. ตองมจ านวนโมเลกลมากพอ 2. ตองมการชนกนระหวางโมเลกล 3. ตองมพลงงานสงพอ โดยอยางนอยตองเทากบพลงงานกอกมมนต 4. ตองมทศทางทเหมาะสม ปจจยทมผลตอการเกดปฏกรยาเคม 1. ธรรมชาตของสารตงตน และผลตภณฑ ความเรวหรอชาของการเกดปฏกรยาเคมจะขนอยกบสภาพธรรมชาตของสารเหลานน เชน สารประเภทไอออนกทเขาท าปฏกรยากนจะเกดความเรวของปฏกรยาไดดกวาสารทเปนโควาเลนท หรอสารท าปฏกรยาทเปนกาซจะท าปฏกรยาได

22

เรวกวาสารทมสถานะอน 2. ความเขมขนสารตงตน และผลตภณฑ ความเรวของปฏกรยาจะแปรผนตามความเขมขนของสารตงตน และจะแปรผกผนกบความเขมขนของสารผลตภณฑ กลาวคอ เมอปรมาณสารตงตนมมากอตราการเกดปฏกรยากจะเรว และเมอเวลาผานไปปรมาณสารตงตนลดลง ปฏกรยากจะคอยๆลดลงตามปรมาณผลตภณฑทเพมขน 3. พนทผว พนทผวของสารจะเปนจดของการเกดปฏกรยา หากสารมพนทผวมากกจะท าใหเกดปฏกรยาไดเรวขน เชน การท าปฏกรยาของหนปนกบกรดไฮโดรคลอรกจะไดกาซคารบอนไดออกไซด หากหนปนมความละเอยดเปนผงขนาดเลก มพนทผวมากกยอมท าปฏกรยากบกรดไฮโดรคลอรกไดอยางรวดเรว 4. อณหภม อณหภมถอเปนปจจยหนงทชวยกระตนความเรวของการเกดปฏกรยา เชน การอนน ามนดวยความรอนเพยงนอยนดจะท าใหน ามนอนเทานน แตหากเพมความรอนจนท าใหน ามนกลายเปนไอกสามารถลกตดไฟไดงาย 5. ความดน ความดนทเกยวของกบอตราการเกดปฏกรยาเคมมกพบมากในสารทเปนกาซ เพราะการเพมความดนใหกาซจะท าใหโมเลกลของกาซเกดการชนกนมากขน กฏทรงมวล สงแวดลอม หมายถง สวนทอยภายนอกขอบเขตการศกษา เชน ภาชนะ อปกรณ เตรองมดวด อากาศโดยรอบ เปนตน ระบบ หมายถง สวนทอยภายในขอบเขตการศกษาทประกอบดวยกอนการเปลยนแปลง และหลงการเปลยนแปลง ประกอบดวย 2 ระบบ คอ 1. ระบบปด คอ ระบบทไมมการถายเทหรอแลกเปลยนมวลสารกบสงแวดลอมท าใหมปรมาณมวลสารในระบบเทาเดม 2. ระบบเปด คอ ระบบทมการถายเทหรอแลกเปลยนมวลสารกบสงแวดลอมท าใหมปรมาณมวลสารในระบบลดลงหรอเพมขน หากมวลสารท าปฏกรยาในระบบปดจะท าใหปรมาณสารกอนท าปฏกรยา และหลงท าปฏกรยามปรมาณเทากน สมมตฐานนถกอธบายดวยกฏของอองตวน-โลรอง ในป พ.ศ. 2317 ทไดท าการทดลองเผาสารในหลอดทปดสนท ซงพบวา มวลรวมของสารกอนการเกดปฏกรยา และหลงการเกดปฏกรยามปรมาณเทากน จงตงกฏนวา “กฏทรงมวล” การเกดปฏกรยาเคมในฃวตประจ าวนและผลกระทบตอสงแวดลอม ปฏกรยาเคมในชวตประจ าวน ปฏกรยาทเกดขนในตวเราและรอบๆ ตวเรา มทงปฏกรยางายๆ ไปจนถงปฏกรยาทซบซอน ในบทนนกเรยนจะไดศกษาปฏกรยาบางชนดทเกดขนและใชประโยชนในชวตประจ าวน ซงบางปฏกรยามผลตอสงแวดลอม ปฏกรยาทเผาไหมของเชอเพลงตางๆ เชน แกสหงตมน ามนเชอเพลงทใชในยานพาหนะและในโรงงานอตสาหกรรมตางๆ นอกจากจะใหพลงงานจ านวนมากน าไปใชประโยชนในกจกรรมตางๆ ยงกอใหเกดผลเสยตามมา เพราะเชอเพลงฟอสซล ไดแก ถานหนและน ามนดบทเกดอยใตพนโลก มกมประโยชนตองน ามากกลนหรอเผาทอณหภมสง ขณะกลน

23

ก ามะถนจะท าปฏกรยารวมตวกบออกซเจน ใหผลตภณฑเปนแกสซลเฟอรไดออกไซด SO2 ซงสามารถเกดปฏกรยาการรวมตวกบแกสออกซเจนตอไปน ใหแกสซลเฟอรไตรออกไซด SO3 เกดขนดงสมการ

S + O2 -------> SO2

2SO2 + O2 -------> 2SO3 เมอแกสซลเฟอรไตรออกไซดถกความชนในอากาศจะเกดปฏกรยารวมตวกบละอองน า เกดเปนกรดก ามะถน H2SO4 ดงสมการ ถากรดทเกดขนมปรมาณมาก เมอฝนตกกจะชะลงมากบฝนเรยกวา ฝนกรด

SO3 + H2O -------> H2SO4 - ประเทศไทยเคยมฝนกรดเกดขนทใด และมสาเหตมาจากอะไร - ฝนกรดม pH เทาไร และกอใหเกดผลกระทบตอสงแวดลอมอยางไร ใหนกเรยนวด pH ของน าฝน น าปะปา หรอน าคลอง และเปรยบเทยบกบ pH ของฝนกรด ในเมองอตสาหกรรมและเมองใหญๆ ทมการใชเชอเพลงในปรมาณมาก จะมแกสไนโตรเจนมอนอไซด (NO) ไนโตรเจนไดออกไซด (NO2) โอโซน (O3) และ SO2[เกดขนตามมาดวย แกส NO2 สวนใหญเกดจากการเผาไหมของเชอเพลงในเครองยนต ดงสมการ

2NO + O2 -------> 2NO2

แกส NO2 ในอากาศ เมอถกแสงอาทตยจะสลายตวเปนแกส NO และอะตอมอสระของออกซเจน ซงสามารถรวมตวกบแกส O2 ตอไปเปน O3 ดงสมการ

O2 + O -------> O3

ในวนทมความกดอากาศสง แกส SO3 , NO2 และ O3 ตลอดจนฝนละอองและสารไฮโดรคารบอนทเปนละอองเลกๆ ลอยปะปนกนอยในระดบต า เกดเปนหมอกควนทเรยกวา สมอก (smog มากจากค าวา smoke + fog) ถาปรมาณมากท าใหเกดทศนวสยต าบดบงการมองเหนซงเปนอนตรายมาก โดยเฉพาะกบกจกรรมทเกยวกบการบนหรอการเดนทาง นอกจากนนแกส NO2 และ O3 ยงกอใหเกดการระคายเคองกบดวงตาและทางเดนหายใจ หากไดรบปรมาณมากจะกอใหเกดอนตรายไดเชนกน

24

หมอกควนทเกดขนเปนประจ าในกรงเทพฯ ในวนทอากาศปลอดโปรง แกส SO3 และ NO2 ลอยขนสงไปตามกระแสลม เมอไดรบความชนในอากาศจากเมฆและฝน SO3 รวมตวเกดเปนกรดก ามะถน (H2SO4) สวน NO2 รวมตวกบละอองน าเปนกรดไนตรก (HNO3) เมอตกลงมาบนพนดนจะเปนฝนกรดเหมอนกน ปฏกรยาอกชนดหนงทพบเหนทวๆ ไปคอ ปฏกรยาการเกดสนมเหลก โดยทวไป ตก สะพาน และสงกอสรางตางๆ มเหลกเปนองคประกอบของโครงสราง เมอเหลกถกอากาศและความชนจะคอยๆสกกรอน กลายเปนสนมเหลก Fe2O3 .H2O ดงสมการ

- เปรยบเทยบสมบตของเหลกและสนมเหลก บอกวธเกบรกษาหรอปองกนของตอไปนไมใหเกดสนม : ตะป ลกกรงเหลก สะพาน มทท าจากเหลก - นอกจากเหลกมโลหะใดอกทเกดสนม และสนมของโลหะเหลานนคออะไร ปฏกรยาการสลายตวของโซเดยมไฮโดรเจนคารบอเนต ดวยความรอนใหแกส และ มประโยชนในการท าขนมหลายชนดเชน เคก ขนมถวยฟ และขนมสาล เมอผสม (เรยกกนทวไปวา ผงฟ) ลงในสวนผสมของขนมแลวน าไปอบหรอนง ผงฟจะสลายตวใหแกส ซงพยายามแทรกตวออกมา ท าใหเกดเปนโพรงอากาศอยทวไปในขนม ขนมจงมลกษณะพองหรอฟขน

25

เปนสวนผสมในเคก นอกจากนยงใชประโยชนในดบไฟปา โดยโปรยผง จากเครองบนลงบเวณเหนอไฟปา แกส ทเกดขนเปนแกสทหนกกวาอากาศ จงปกคลมไมใหเชอเพลงไดรบแกสออกซเจน ท าใหบรรเทาหรอหยดการเผาไหมลงไดระดบหนง

การโปรยผง ในระดบไฟปา

ไฮโดรเจนเปอรออกไซด เปนสารใชฟอกสผสมและฆาเชอโรค โดยปกตจะสลายตวไดเองอยางชาๆ ใหน าและ เกดขน ดงสมการ แสงสวางและความรอนจะชวยเรงใหเกดการสลายตวเรวขน ดงนนจงตองเกบไวในทมด หรอในภาชนะสน าตาลเขม และในทเยน

ปฏกรยาในแบตเตอรชนดตางๆ เปนปฏกรยาทท าใหเกดกระแสไฟฟา ซงน ามาใชประโยชนไดหลากหลาย เชน แบตเตอรทมชในรถยนตประเภทตาง ๆ เปนปฏกรยาระหวางแผนตะกว (Pb) ซงท าหนาทเปนขว (-) และตะกวได

26

ออกไซด ท าหนาทเปนขวบวก (+) กบกรดซลฟวรก เขมขนประมาณ 30-38% โดยน าหนกเขยนสมการเคมของปฏกรยาทเกดขนไดดงน

แบตเตอรตะกวกรดทใชในรถยนต

แบตเตอรอกชนดหนง เรยกวาแบตเตอรปรอท เปนแบตเตอรทมขนาดเลกมาก เบา จงนยมใชในเครองมอเครองใชอเลกทรอนกส เชน นาฬกาขอมอ เครองวดแสงในกลองถายรป เครองชวยฟง เครองคดเลขตดกระเปา เปนตน ปฏกรยาในแบตเตอร มสงกะส (Zn) เปนขวลบ (-) และปรอทออกไซด (Hgo) เปนขวบวก (+) ในสารผสมระหวางโพแทสเซยมไฮดรอกไซด (KOH) กบสงกะสไฮดรอกไซด และน า ซงมลกษณะคลายแปงเปยก เขยนสมการเคมของปฏกรยาทเกดขนไดน

อปกรณตางๆ ทใชแบตเตอรแบบปรอท

นอกจากน ยงมแบตเตอรชนดอนๆ อก เชน แบตเตอรอลคาไลน แบตเตอรนกเกล-แคดเมยม หรอเรยกสนๆ วา NICAD และแบตเตอรทใสในตวคนไขทหวใจเตนไมปกต ซงตางผลตกระแสไฟฟาจากปฏกรยาเคมของโลหะและเบสทแตกตางกนไป

27

ปฏกรยาการสลายตวของหนปน ดวยความรอน ใหแกส และปนขาว (CaCO) น ามาใชในอตสาหกรรม ปฏกรยาระหวางหนปนหรอแคลเซยมคารบอเนตกบกรดก ามะถนหรอกรดดนประสว ซงมอยในฝนกรด เกดเปนแคลเมยมซลเฟต หรอแคดเซยมไนเตรด และแกส ดงสมการ ปฏกรยานเปนสาเหตหนงทท าให รปปน รปแกะสลก ตกรามบานชอง และสงกอสรางทท าดวยหนปนหรอหนออนเกดการสกกรอนเสยหาย ผลปฏกรยาเคมตอชวตและสงแวดลอม การเกดปฏกรยาเคมบางปฏกรยาท าใหเกดผลตภณฑทกอใหเกดปญหาดานสงแวดลอม ซงมผลกระทบตอสงแวดลอม เชน

1. เกดปรากฏการณเรอนกระจก เกดจากกาซคารบอนไดออกไซด คลอโรฟลออโรคารบอน และมเทนทเกดขนในปรมาณมาก เนองจากการกจกรรมอนหลากหลายของมนษย เมอไดรบพลงงานจากดวงอาทตย รงสอลตราไวโอเลต (UV) จากดวงอาทตยมพลงงานสงทะลผานชนกาซเรอนกระจก เมอผวโลกรอนขนจะคายพลงงานความรอนในรปของรงสอนฟาเรด ซงมพลงงานต าไมสามารถทะลผานชนกาซเรอนกระจกออกไปได ท าใหอณหภมของโลกสงขน คาดวาอกประมาณ 100 ปขางหนาอณหภมของโลกจะสงขน 1- 5 องศาเซลเซยส สวนใหญกาซทท าใหเกดชนเรอนกระจก ไดแก กาซคารบอนไดออกไซด(CO2) เกดปรากฎการณเรอนกระจกไดถง 57 เปอรเซนต ซงเกดจากการเผาไหมเชอเพลงเปนสวนใหญ ดงสมการ

สารเชอเพลง + กาซออกซเจน + กาซคารบอนไดออกไซด + ไอน า ปรมาณกาซคารบอนไดออกไซดทเพมขนเกดจากกจกรรมตาง ๆ เชน 1. โรงงานอตสาหกรรม 2. การเผาไหมเชอเพลงจากยานพาหนะ 3. การตดไมท าลายปา การเผาปา