introduction to atoms (thai)

ใชชสสสหรรบกสรศศกษสสสวนบบคคล

ตสมท

ททผชผเขทยนเปปน

ผชผเผยแพ

รสเทสสนรนน

2-1 บทท 2: อะตอม

บทท 2: อะตอม2.1: ทฤษฎอะตอม

แนวคดเรองอะตอมเกดขนตงแต 5 ศตวรรษกอนครสตกาลในยคกรกโบราณ ทฤษฎอะตอมของเดโมครตส (Democritus: ca. 460 BCE – ca. 370 BCE) และลวคพพส (Leucippus) กลาววา...

1. ทกสงทกอยางเกดขนจาก "อะตอม" (atom มาจากคำากรก atomos: ἄτομος) ซงไมสามารถแบงแยกไดอกในทางกายภาพ

2. พนทระหวางอะตอมนนวางเปลา3. อะตอมเหลานเปนสงทมมาอยแลว และจะคงอยตลอดไป ไมสามารถทำาใหสญสลายได4. อะตอมมการเคลอนไหวอยเสมอ5. มจำานวนและชนดของอะตอมเปนอนนต อะตอมแตละชนดมขนาดและรปรางแตกตางกนไป

และมมวลซงขนกบขนาด

เดโมครตส ลวคพพส และเอพครส (Epicurus: 341 BCE – 270 BCE) ไดเสนอมมมองตอรปรางและพนธะระหวางอะตอมไวดวย โดยกลาววาสมบตตางๆ ทสารแสดงออกมา ลวนมสาเหตจากรปรางอะตอมของมน เชนอะตอมของเหลกนนแขงแกรงและมขอเกยวเพอยดแตละอะตอมไวดวยกน อะตอมของนำานนนมนวลและลนไหล อะตอมของเกลอมปลายแหลมจงมรสเคม เปนตน พนธะทยดอะตอมไวดวยกนเกดจากปฏสมพนธของรปรางอะตอมเอง สวนปฏกรยาเคมกเกดจากการสลบสบเปลยนปฏสมพนธดงกลาว

อรสโตเตล (Aristotle: 384 BC – 322 BC) ไดเคยตำาหนทฤษฎวามไดอธบายสาเหตการเคลอนทของอะตอม อยางไรกตาม ทฤษฎนกยงคงเปนทฤษฎทใกลเคยงกบอะตอมในนยามปจจบนมากทสด เมอเทยบกบทฤษฎอนๆ ในยคเดยวกน แมวาจะไมมรากฐานอยบนการสงเกตและทดลอง บางจดของทฤษฎนยงคงเปนสวนหนงของวชาเคมในปจจบน

ในชวงปลายศตวรรษท 18 กฎทางเคมสองประการไดเกดขน โดยมไดอางองถงทฤษฎอะตอมแตอยางใด ไดแก...

1. กฎทรงมวล (Law of Conservation of Mass) ของแอนโทอน ลาวว เซยร (Antoine

Lavoisier: 1743 – 1794) ในค .ศ . 1789 ซ งกลาววามวลในปฏกรยาเคมใดๆ จะไมเปลยนแปลง แมชนดของสารจะเปลยนไป

2. กฎสดสวนคงท (Law of Definite Proportions) ของโจเซฟ หลยส เพราสท (Joseph Louis

Proust: 1754 – 1826) ในค.ศ. 1799 กลาววาสดสวนระหวางมวลของธาตองคประกอบในสารประกอบชนดหนงๆ จะมคาคงทเสมอ

จอหน ดาลตน (John Dalton: 1766 – 1844) ไดทำาการศกษาเกยวกบแนวคดเรองอะตอม และไดตงทฤษฎอะตอมของเขาเองขน ทฤษฎนสามารถสรปไดวา...

ภาพจำาลองโมเลกลในเอกสารนสรางขนโดยอาศยชดซอฟตแวร Marvin 5.5.0

และ JChem 5.5.0 พฒนาโดย Chemaxon (http://www.chemaxon.com) ป 2011


ตสมท




2.1: ทฤษฎอะตอม 2-2

1. ธาตเกดจากอนภาคทเลกมากๆ เรยกวา อะตอม2. อะตอมของธาตหนงมมวล ขนาด และสมบตทางเคมเฉพาะตว ซงจะไมเหมอนกบอะตอม

ของธาตอน3. สารประกอบเกดจากการรวมตวกนระหวางอะตอมของธาตมากกวาหนงชนด ในอตราสวน

ทคงตว และเปนจำานวนเตมหรอเศษสวนทงายๆ4. ปฏกรยาเคมเกดจากการแยกจากกน หรอรวมตวกนใหมของอะตอม มใชเกดจากการสราง

หรอทำาลายอะตอม

จะเหนไดวา นอกจากขอสรปขอท 3 จะครอบคลมถงกฎสดสวนคงทแลว มนยงเปดทางใหกบ “กฎอตราสวนทวคณ” (Law of Multiple Proportions) กลาววาหากธาตสองธาตใดๆ สามารถกอเกดสารประกอบไดมากกวาหนงชนด อตราสวนของปรมาณธาตทสองทจะเกดสารประกอบกบธาตทหนงในปรมาณคงทจะมคาเปนอตราสวนอยางงาย

นอกจากน ขอสรปท 4 กไดรวมครอบคลมถงกฎทรงมวลดวย เชนกน

ชวนใหคด 2.1:

จากการศกษาออกไซดของดบก เพราสทพบวาดบกเกดปฏกรยากบออกซเจนไดสารประกอบ2 อยาง

• อยางแรกมดบก 88.1% โดยมวล: ออกซเจน 11.9% โดยมวล• อยางทสองดบก 78.7% โดยมวล: ออกซเจน 21.3% โดยมวล

สำาหรบสกดดบกออกมาจากสารประกอบทงสองไดอยางละ 100 g

1. ออกซเจนทแยกไดจากสารประกอบแรกมมวล ______________ g

2. ออกซเจนทแยกไดจากสารประกอบทสองมมวล ______________ g

3. อตราสวนของออกซเจนในขอ 1 ตอขอท 2 มคาเทาไร ______________

ดาลตนพบวาทฤษฎอะตอมจะชวยอธบายปรากฏการณนไดเปนอยางด อกทงเรองการเกดสารประกอบ การละลาย รวมไปถงปรากฏการณอนๆ มากมาย ถงกระนน วทยาการในสมยนนกยงไมเออใหการศกษานนงายพอ ทำาใหผลการวเคราะหของดาลตนหลายประการผดไป เชน การไมทราบมากอนวาธาตในธรรมชาตนนมอยเปนอะตอมคกได ทำาใหการศกษาปฏกรยาหลายๆ ชนดคลาดเคลอนไปมาก




ตสมท




2-3 2.1: ทฤษฎอะตอม

อยางไรกตาม ตอไปนเราจะกลาวถงการทดลองและสงเกตตางๆ ทจะพสจนวา ความคดแตโบราณทวา อะตอมมอาจแยกเปนองคประกอบทเลกกวานนไดนนผด

ในชวงป 1890 หลอดรงสแคโทด (cathode ray tube) กำาลงเปนอปกรณทไดรบความสนใจมาก หลอดนเปนหลอดแกวปด มขวไฟฟาอยสองขวอยสองดาน เมอประจไฟเขาทขวโลหะ จะมรงสทมองไมเหนพงจากขวแคโทด (ลบ) ไปยงขวแอโนด (บวก)

ป 1897 เซอร โจเซฟ จอหน ทอมสน (Sir Joseph John Thomson: 1856 – 1940) ไดทำาการศกษารงสแคโทดน เขาไดตอวงจรสรางสนามไฟฟาเพอทดสอบสมบตทางไฟฟาของอนภาคในรงสแคโทด เขาพบวารงสแคโทดมประจลบ

เขายงใชแมเหลกไปตงไวใกลหลอดรงส ในทศตงฉากกบสนามไฟฟา แลวใชความรเรองแมเหลกและไฟฟาหาคาประจตอมวล (q/m) ของอนภาคในรงสแคโทดออกมาไดเปน –1.76×108 C/g


ทอมสนสรางรงสแคโทดโดยใชความตางศกย (V) 2.500×104 V ทขวทงสองของหลอดรงสแคโทด มสนามไฟฟาสำาหรบตรวจสอบ (E) มคา 100 N/C และสนามแมเหลกสำาหรบตรวจสอบ (B) มคา 1.066 μT จะทำาใหรงสแคโทดพงเปนเสนตรงพอด ทอมสนจะหาคา q/m ของอนภาครงสแคโทดไดอยางไร?

วธทำา: รงสพงเปนเสนตรงพอด แปลวาแรงทสนามไฟฟาทำากบอนภาครงสแคโทดมคาเทากบแรงทเกดจากสนามแมเหลก

FE = FB

qE = qvB

E = vB – (ก)



ภาพท 2.1: หลอดรงสแคโทดทปรบแตงเพอศกษารงสแคโทด (ทมา: ผใช Chetvorno ฐานขอมล wikimedia)


ตสมท





หาคา v (ความเรวของอนภาค)

ตามกฎการอนรกษพลงงาน พลงงานไฟฟาทใชเรงอนภาคมคาเทากบพลงงานจลนของอนภาค

UE = Ek

qV =12

mv2

v2 =2qVm

v = 2qVm

แทนคา v ใน (ก) แลวหาคา q/m

เมอทอมสนรวาในอะตอมซงเปนกลางทางไฟฟามอนภาคประจลบอย จงสรปวา อะตอมนนจรงๆ มสองสวนคอ เนออะตอมทรงกลม มประจบวก และมอนภาคประจลบแทรกอยในเนอนน ในปรมาณทพอดกนกบประจบวกในเนออะตอม แบบจำาลองอะตอมทเขาเสนอนเรยกกนวาแบบจำาลองพดดง (plum-pudding model) ตอมาอนภาครงสแคโทดททอมสนคนพบถกตงชอวาอเลกตรอน (electron: e–)

อยางไรกตาม ทอมสนไมสามารถหามวลและประจของอเลกตรอนได แตในอกซกโลกหนง โรเบรต มลลแคน (Robert A. Millikan: 1868 – 1953) กไดทำาการทดลองหยดนำามน (oil-drop experiment) แลวหาคาทงสองนไดสำาเรจ

มลลแคนพนละอองนำามนเขาสทรงกระบอกชนหนงซงตดตงวงจรสรางสนามไฟฟาไวภายใน โดยมแผนบวกอยดานบน อกทางหนงกใชรงสเอกซ (X-ray) กระตนใหกาซในทรงกระบอกแตกตวใหอเลกตรอน อเลกตรอนบางสวนจะเขาไปอยในหยดนำามน ทำาใหหยดนำามนมประจลบ และวงเขาหาแผนโลหะดานบนดวยแรงทางไฟฟา หยดนำามนบางสวนมจำานวนอเลกตรอนพอด ทำาใหแรงทางไฟฟา (↑) มคาเทากบนำาหนกของหยดนำามน (↓) หยดนำามนจงลอยอยกลางทรงกระบอกได



ภาพท 2.2: แบบจำาลองอะตอมของทอมสน


ตสมท





เขาพบวาประจไฟฟาบนหยดนำา มนเ ห ล า น ล ว น แ ต เ ป น พ ห ค ณ ข อ ง–1.6022×10-19 C ท ง ส น จ ง ส ร ป ว าอ เล กตรอนมประจ – 1.6022×10-19 C

และจากคา q/m ททอมสนหาได มลลแ ค น จ ง ส า ม า ร ถ คำา น ว ณ ม ว ล ข อ งอเลกตรอนไดเปน 9.10×10-31 kg หรอ 9.10×10-28 g


ในหยดนำามนซงมเสนผานศนยกลาง 1.685 μm และลอยนงอยในทรงกระบอกของมลลแคนไดนนมอเลกตรอนอยกตว (กำาหนดความหนาแนนของนำามนคอ 800 kg/m3 และ สนามไฟฟาทใช (E) มคาเทากบ 163.8 kN/C)

ในเวลาตอมา นกวทยาศาสตรไดคนพบการแผรงสจากธาตกมมนตรงสตางๆ 3 รปแบบทสำาคญไดแก

1. รงสอลฟา (alpha (α) ray) เกดจากอนภาคทมประจบวก2. รงสเบตา (beta (β) ray) คอลำาของอนภาคลบ หรอกคออเลกตรอนนนเอง3. รงสแกมมา (gamma (γ) ray) คอลำาของพลงงาน ไมมประจ



ภาพท 2.3: อปกรณทใชทำาการทดลองหยดนำามนของมลลแคน


ตสมท





ในชวงนนเองทเออรเนสต รทเธอรฟอรด (Ernest Rutherford: 1871 – 1937) ได อ าศ ยสมบตทางไฟฟาของอนภาคอลฟาในการทดสอบแ บ บ จำา ล อ ง แ บ บ พ ด ด ง ข อ ง ท อ ม ส นเ ข า จ ง ร ว ม ก บ ฮ น ส ไ ก เ ก อ ร (Hans Geiger:

1882 – 1945) และ เออรเนสท มารสเดน (Ernest

Marsden: 1889 – 1970) ทำาการทดลองยงแผนทองคำาดวยรงสอลฟา (gold foil experiment)

การทดลองนทำา โดยการนำา แผนทองคำา (หรอโลหะอนททำาใหเปนแผนบางมากๆ ได) มายงดวยรงสอลฟา แลวตรวจสอบเสนทางของรงสดวยฉากซงฉาบสารเรองแสงไว ผลการทดลองปรากฏดงน

• อนภาคอลฟาสวนมากทสด เดนทางตอไปเปนเสนตรง• อนภาคอลฟาสวนนอย เดนทางเบนออกจากแนวเดม• อนภาคสวนนอยทสด ไมไดทะลแผนโลหะไป แตสะทอนกลบออกมา

ถาแบบจำาลองของทอมสนถกตอง ไมควรมอนภาคอลฟาทเบยงเบนไปจากแนวเดมอยางเหนไดชด และยงไมควรมการสะทอนกลบดวย รทเธอรฟอรดจงไดเสนอแบบจำาลองอะตอมขนใหม โดยกลาววา

1. ปรมาตรสวนมากของอะตอมเปนทวาง (ทำาใหอนภาคอลฟาสวนมากผานไดเปนเสนตรง)

2. ประจบวกซงเปนมวลสวนมากของอะตอมกระจกตวอยกลางอะตอมเรยกวานวเคลยส (nucleus) ซงมขนาดอยในระดบ fm ถง pm (ทำาใหอนภาคสวนนอยเบยงเบนเสนทาง หรอแมแตสะทอนกลบ)

3. อเลกตรอนอยในทวางทเหลอของอะตอมรอบๆ นวเคลยส (เนองจากอเลกตรอนมมวลนอย จงไมสงผลตออนภาคอลฟามากนก)

อนภาคประจบวกทอยในนวเคลยส ตอมาไดถกตงชอวา โปรตอน (proton) มมวล 1.67262×10-24 g หรอ 1.67262×10-27 kg และมประจ +1.6022×10-19 C สงเกตไดวา โปรตอนมประจเปนคาบวกของประจอเลกตรอนพอด เนองจากอะตอมเปนกลางทางไฟฟา จงสรปไดวาในอะตอมมโปรตอน และอเลกตรอนเทากน แตดวยมวลของโปรตอนทมากกวาของอเลกตรอนกวา 1840 เทา จงทำาใหมวลสวนมากของอะตอมอยในนวเคลยสนนเอง

อยางไรกตาม กยงคงมขอสงสยขอหนงทนกวทยาศาสตรยคนนตางคดไมออก นนกคอปญหาเรองมวลทหายไปของอะตอม



ภาพท 2.4: อปกรณการทดลองแผนทองคำาของรทเธอรฟอรด


ตสมท





เปนทรกนวา อะตอมของไฮโดรเจนซงเปนอะตอมของธาตทเลกทสด คอมเพยงโปรตอนตวเดยว มมวลประมาณมวลของโปรตอนพอด แตสำาหรบธาตทใหญกวาไฮโดรเจนกลบพบวามวลททำานายจากจำานวนของโปรตอนนนไมเทากบมวลจรงทวดได เชน ฮเลยมซงมโปรตอน 2 ตว แตกลบมมวลถงประมาณ 4 เทาของโปรตอน ธาตอนๆ กเปนไปในลกษณะเดยวกน คอมวลจรงจะมคาประมาณ 2 เทาของมวลททำานายจากจำานวนโปรตอน

ปญหานมคำาตอบขนเมอเจมส แชดวค (James Chadwick: 1891 – 1974) ไดใชรงสอลฟายงใสแผนเบอรลเลยม ทำาใหเบอรลเลยมปลอยรงสของอนภาคออกมา เมอตรวจสอบ พบวาอนภาคนเปนอนภาคชนดใหมทมมวลใกลเคยงกบโปรตอนคอ 1.67493×10-24 g หรอ 1.67493×10-27 kg และยงพบอกวาอนภาคนไมมประจ จงตงชอวานวตรอน (neutron)

มาถงจดนแบบจำาลองอะตอมจงเพมนวตรอนเขาไปอยในนวเคลยสดวย สรปอนภาคมลฐานทคนพบแลวดงน

ชออนภาค มวล ประจ

นวคลออน (nucleon)โปรตอน (proton: p+) 1.67262×10-24 g +1.6022×10-19 C

นวตรอน (neutron: n0) 1.67493×10-24 g 0 C

อเลกตรอน (electron: e-) 9.10938×10-28 g –1.6022×10-19 C

แบบจำาลองอะตอมของรทเธอรฟอรดเปนทยอมรบในเหลานกวทยาศาสตรในสมยนน แตกยงมขอทไมสามารถอธบายอยไดแก

1. เพราะเหตไดอเลกตรอนซงโคจรรอบนวเคลยสตลอดเวลา จงไมสญเสยพลงงาน2. อเลกตรอนโคจร หรอมการจดเรยงอยางไร3. โปรตอนประจจำานวนมากๆ สามารถอยรวมกนอยางหนาแนนขนาดนนไดอยางไร

มาถงจดนในประวตศาสตรอะตอม เราจะโดดออกมาศกษาสงทเราสามารถอธบายไดดวยแบบจำาลองนกอน แลวจงเขาสบทของควอนตมฟสกสซงจะใชอธบายสามขอดานบนตอไป

2.2: เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป

อะตอมของธาตชนดเดยวกนตองมจำานวนโปรตอนในนวเคลยสเทากนเสมอ จำานวนโปรตอนนมกเขยนแทนดวยตวอกษร Z เรยกวาเลขอะตอม (atomic number) ไมมอะตอมของธาตใดทมคา Z เทากบอะตอมของธาตอน

แตเนองจากในนวเคลยสไมไดมแตโปรตอนเทานน จงมการกำาหนดเลขมวล (mass number:

A) ขนมาอกตวหนง อธบายวาเลขมวลคอจำานวนของนวคลออนทงหมดในนวเคลยส มคาใกลเคยงมากกบอตราสวนระหวางมวลของอะตอมนนกบมวลของโปรตอน 1 ตว

เลขมวล = จำานวนโปรตอน + จำานวนนวตรอน (2.1)




ตสมท




2.2: เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป 2-8

เมอเราทราบสมบตสำาคญทงสองอยางของอะตอมธาตแลว เรากสามารถเขยนแทนธาตตางๆ ไดในรปสญลกษณนวเคลยร...

XZA

เมอ: X คอ สญลกษณของธาตZ คอ เลขอะตอมA คอ เลขมวล

การละเลขอะตอมอาจมใหเหนได และกสามารถสอความหมายไดเหมอนเดม (เพราะเราสามารถบอกเลขอะตอมจากชอธาตเองได ) นอกจากน เรายงอาจเขยนระบอะตอมธาตเปน“ชอธาต-เลขอะตอม” กได เชน C-12 เหมอนกบ C6

12

เปนไปไดทอะตอมสองอะตอมใดๆ จะมสมบตบางประการทเหมอนกนเชน

ชอเรยก ตวอยาง เลขอะตอม เลขมวล จำานวนนวตรอน

ไอโซโทป (isotope)C6

12 6 12 6

C614 6 14 8

ไอโซโทน (isotone)K19

39 19 39 20

Ca2040 20 40 20

ไอโซบาร (isobar)H1

3 1 3 2

He23 2 3 1

แมเราจะรถงความสมพนธทงสามอยางกตาม แตเรากมกจะใหความสำาคญกบไอโซโทปมากทสด เพราะธาตทเปนไอโซโทปของกนและกนยอมเปนธาตเดยวกน เราจะเจาะลกถงประโยชนของไอโซโทปในเรองนวเคลยร (เคม/ฟสกส ม. 6)

แบบฝกหด 2.1:

1. เตมตารางตอไปนในสมบรณ

อะตอม จำานวนโปรตอน จำานวนนวตรอน จำานวนอเลกตรอน เลขมวลNa11

20

Na1122

O16

Carbon-14

W74186

Fe 28

ตะกว 207




ตสมท




2-9 2.2: เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป

อะตอม จำานวนโปรตอน จำานวนนวตรอน จำานวนอเลกตรอน เลขมวล11 23

28 64

112 186

121 201

Uranium-235

***Deuterium

***Tritium

2.3: มวลอะตอม และมวลโมเลกล

จากทไดเหนกนในบททแลววา ธาตชนดเดยวกนอาจมไดหลายไอโซโทป การทเราไดอะตอมของสารตวอยางมาสวนหนง ในตวอยางนนอาจจะมธาตอยหลายไอโซโทปกเปนได เราไมสามารถจะตรวจสอบทกๆ อะตอมในสารตวอยางนนได

ถาเชนนน เราจะสมมตวาทกอะตอมในสารตวอยางนนเปนไอโซโทปทพบมากทสดเลยไดไหม ในระดบปกตพนฐานกคงจะได เพราะเราไมตองการความละเอยดสงนก แตถาเราตองการความละเอยดถงทศนยมตำาแหนงทสาม หรอส เรากจะเรมทำาอยางนนไมไดแลว

นกเคมเขาใจถงปญหาน และแกไขดวยวธการใชมวลอะตอมเฉลย (average atomic mass)

แตกอนทเราจะไปหามวลอะตอมเฉลย เราตองมาทำาความเขาใจถงมวลอะตอม (atomic mass)

เสยกอน

นกเคมวดมวลของอะตอมดวยการเปรยบเทยบ ดงนนมวลอะตอมจงไมมหนวยตามระบบ SI

แตเราจะสรางคำาขนมาแทนหนวยวา atomic mass unit (amu: u) หรอ ดาลตน (dalton) แตกอนนนเราใชอะตอมของไฮโดรเจนเปนมวลมาตรฐานในการเปรยบเทยบน

1 dalton = ขนาดของมวลของอะตอม H11

ตอมาเหนวาไฮโดรเจนทนำามาเปนมาตรฐานมกใหขอมลทผดพลาดเลกนอย เพราะไอโซโทปอนของไฮโดรเจนมกปะปนมากบตวอยางมาตรฐาน จงไดเปลยนนยามใหมใหใชออกซเจน-16 แทน

1 dalton = 1

16× (ขนาดของมวลของอะตอม O8

16 )

และในปจจบนกไดเปลยนมาใชคารบอน-12 แทน

1 dalton = 1

12× (ขนาดของมวลของอะตอม C6

12 )

โดย:1

12× มวลของอะตอม C6

12 = 1.66054×10-24 g




ตสมท




2.3: มวลอะตอม และมวลโมเลกล 2-10

*** จะเหนวาคาของ 1 dalton มคานอยกวามวลของโปรตอนเลกนอย เนองจากมวลสวนหนงไดกลายเปนแรงนวเคลยรยดเหนยวนวเคลยสไว (ฟสกสนวเคลยร ม.6)

การหามวลอะตอมเฉลยทำาใหโดยการหาคาเฉลยของมวลอะตอมของธาตนนในกลมตวอยางจากธรรมชาต ตวอยางเชน ธาตคารบอนพบมากอย 2 ไอโซโทป ไดแก

• C612 มมวลอะตอม 12.00000 amu ในตวอยางพบไอโซโทปน 98.90%

• C613 มมวลอะตอม 13.00335 amu ในสารตวอยางพบไอโซโทปน 1.10%

เราสามารถหามวลอะตอมเฉลยของคารบอนไดดงน

ใหปรมาณคารบอนทงหมด = 100%

มวลอะตอมเฉลยของ C = ∑ mass of C atom i n 100%

100%

= ∑ mass⋅isotope %

100 %

=12.00000 amu ⋅98.90 % 13.00335 amu⋅1.10%

100 %= 12.01 amu

นบแตจดนเปนตนไป เมอเรากลาวถงคำาวา มวลอะตอม เราจะหมายถง มวลอะตอมเฉลย และเราจะใชคานในการคำานวณเกยวกบมวลอะตอม และมวลโมเลกลทกครงไป


1. ท อ ง แ ด ง ม 2 ไ อ โ ซ โ ท ป ใ น ธ ร ร ม ช า ต ค อ Cu2963 (62.93 amu) 69.09% แ ล ะ

Cu2965 (64.9278 amu) 30.91% มวลอะตอมเฉลยของทองแดงเปนเทาไร

2. โ บ ร อ น ม 2 ไ อ โ ซ โ ท ป ใ น ธ ร ร ม ช า ต ค อ B510 (10.0129 amu) 19.78% แ ล ะ

B511 (11.0093 amu) 80.22% มวลอะตอมเฉลยของโบรอนเปนเทาไร




ตสมท




2-11 2.3: มวลอะตอม และมวลโมเลกล

3. ล เธ ยมม 2 ไอโซ โทปในธรรมชาตค อ Li36 (6.0151 amu) และ Li3

7 (7.0160 amu)

มวลอะตอมเฉลยของลเธยมเปน 6.941 amu ถามวาเราสามารถพบไอโซโทปทงสองในธรรมชาตเปนรอยละเทาไร

4. คลอรนม 2 ไอโซโทปในธรรมชาตคอ Cl1735 (34.968 amu) และ Cl17

37 (36.956 amu)

มวลอะตอมเฉลยของคลอรนเปน 35.452 amu ถามวาเราสามารถพบไอโซโทปทงสองในธรรมชาตเปนรอยละเทาไร

มวลโมเลกล (molecular mass) สามารถหาไดจากผลรวมของมวลแตละอะตอมในโมเลกล เชน นำา (H2O) มไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซเจน 1 อะตอม จงสรปวา นำามมวลโมเลกลคอ

มวลโมเลกลของนำา = ∑ atomic mass of each atom

= ∑ amount of each type of atom ⋅atomic mass= (2×1.0080 amu) + 16.000 amu= 18.016 amu

นอกจากมวลอะตอม และมวลโมเลกลแลว บางคร ง เราอาจไดยนคำา วามวลสตร(formula mass) ทจรงแลว มวลสตรกคอมวลโมเลกลของสารประกอบทเปนผลกนนเอง เพราะเราไมสามารถระบจำานวนโมเลกลทจบตวกนเปนผลกหนงผลกได เราจงเขยนสตรของสารทกอผลกเหลานเปนอตราสวนอยางตำา

ยกตวอยางดงตอไปน:

• ethane (C2H4) ไมกอผลก ใน 1 โมเลกลม C จำานวน 2 อะตอม และ H จำานวน 4 อะตอม

• เกลอแกง (NaCl) กอผลก เรารแตเพยงวา ในผลกนนตองม Na เปนจำานวนเทากนกบ Cl แตไมสามารถบอกจำานวนทชดเจนได

การคำานวณหามวลสตร และมวลตอโมลของสตรใหทำาเหมอนกบโมเลกลธรรมดา




ตสมท




2.3: มวลอะตอม และมวลโมเลกล 2-12


1. ลองคำานวณมวลโมเลกลของสารประกอบตอไปน

• phosphoric acid: H3PO4

• methane: CH4

• nitrogen dioxide: NO2

• benzene: C6H6

• acetic acid: CH3COOH

• calcium phosphate: Ca3(PO4)2




ตสมท




2-13 2.4: แนะนำาเรองโมล

2.4: แนะนำาเรองโมล

ตงแตเราเรมเขาสเนอหาวชาเคมกนมา เราคดคำานวณอยแตมวลและขนาดทเลกมากๆ จนไมสามารถใชประโยชนและสงเกตไดงายในชวตจรง ในชวตจรง ไมวาจะเปนในหองทดลอง หรอในโรงงานอตสาหกรรม เรายอมไมเอยถงอะตอมเพยง 1 หรอ 10 หรอแมแต 1000 อะตอมกยงถอวานอยมาก

เชนเดยวกบสงของอนๆ ทเราเหนในชวตประจำาวน เชน ไมจมฟน เกลอ หรอ นำาตาลกยอมมขนาดบรรจซงจะใชซอขายกนเปนขวด เปนถง เปนกโลกรม เปนตน นกเคมเรานบจำานวนอนภาคเปนโมล (mole: เขยนแทนวา mol) โดยใหนยามวา 1 โมล คอจำานวนทเทากบจำานวนอะตอมใน 12 g

ของ C-12


จากนยามในยอหนาทแลว 1 mol มกอนภาคกนแน

วธทำา: เราทราบกนจากนยามของหนวย amu แลววา...

112

× มวลของอะตอม C612 = 1.66054×10-24 g

เลขทคำา นวณออกมาไดจาก “ชวนใหคด” ทผานมาเรยกวา คาคงทของอโวกาโดร(Avogadro constant: NA) มคาละเอยดคอ 6.02214×1023

เมอเรากลาวถงสารปรมาณ 1 mol เราหมายความถงสารจำานวน 6.02214×1023 อนภาค แตคำาวาอนภาคนอาจมความหมายตางๆ กนออกไปเลกนอย เชน He 1 mol หมายถง He จำานวน 6.02214×1023 อะตอม, H2O 1 mol หมายถง H2O จำานวน 6.02214×1023 โมเลกล เปนตน


1. H2O 1 mol มอะตอม H อยก mol?

2. ใน C2H4 1 mol มอะตอม C และ H อยอยางละก mol?

3. C2H4 1 mol สามารถทำาใหเกด H2 ไดก mol?




ตสมท




2.4: แนะนำาเรองโมล 2-14

4. ลองคำานวณวาอนภาคตอไปนมมวลก g?

• C-12 จำานวน 1 mol

• อะตอม O จำานวน 1 mol

• Li จำานวน 1 mol

• อะตอม Cl จำานวน 1 mol

• Ne จำานวน 1 mol

• H2O จำานวน 1 mol

• NH3 จำานวน 1 mol

• CH3COOH จำานวน 1 mol

จากแบบฝกหดทผานมา เราไดรวา 1 mol ของธาตหรอโมเลกลอะไรกตาม จะมมวลเทากบคามวลอะตอมหรอมวลโมเลกลของธาตนนในหนวย g นนเอง ดงนน เราจงอาจเหนการระบมวลอะตอมในหนวย g/mol เรยกวามวลตอโมล (molar mass: M) เชน C-12 ในขอทผานมามมวลอะตอม 12.000 amu อาจเขยนวา C-12 มมวลตอโมลเปน 12.000 g/mol เปนตน




ตสมท




2-15 2.4: แนะนำาเรองโมล

มาถงจดนเราสามารถสรปหวใจของแนวคดเรองโมลออกมาไดดงน

1. 1 mol คอจำานวนอนภาค 6.02214×1023 อนภาค ไมวาอนภาคนนจะเปน อะตอม โมเลกล หรออนๆ

2. 1 mol ของอนภาคอะไรกตาม จะมมวลเปนคาเทากนกบมวลในหนวย amu ของอนภาคนนในหนวย g

3. 1 mol ของสารในสถานะกาซ ณ อณหภม 0°C (273.15 K) และความดนบรรยากาศ (760

mmHg หรอ 101325 Pa) มปรมาตรเทากบ 22.414 L (พสจนในเรองกาซ ม.4 เทอม 2)

***นยามสภาวะมาตรฐานในปจจบน ใช 10000 Pa ทำาใหปรมาตรนเปลยนไปเปน 22.711 L


1. ลองตอบคำาถามเกยวกบโมลตอไปน

• 5.10 mol ของ อะตอมกำามะถนมกอะตอม

• 6.00×109 อะตอมเงน คดเปนเงนกกรม

• ฟโรโมน (pheromone) เปนสารดงดดคของแมลง ฟโรโมนของผเสอชนดหนงมสตรโมเลกลเปน C19H38O ผเสอชนดนปลอยฟโรโมนครงละ 1.0×10-12 g ลองหาดวาในการปลอยฟโรโมนหนงครงคดเปนกโมเลกล

• ยเรย [Urea: (NH2)2CO] ใชมากในอตสาหกรรมปย ในยเรย 1.68×104 g มอะตอมของN, C, O, H ธาตละกอะตอม




ตสมท




2.4: แนะนำาเรองโมล 2-16

• จากโจทยขอทแลว มวลของ N, C, O, H คดเปนรอยละเทาไรของมวลของโมเลกลยเรย



introduction to atoms (thai)

Documents