Chemical Reactions

ปฏิกริ ิยาเคมีและการเขียนสมการเคมี (Chemical Reaction and Chemical Equation )

ปฏกิ ริ ิยาเคมี (Chemical Reaction) - การทส่ี สารเกดิ การเปลยี่ นแปลงไปเป็ นสารใหม่ทมี่ อี งค์ประกอ ภายในโมเลกลุ และสม ตั ติ ่างเคมเี ปลย่ี นไปจากเดมิ - เรียกสสารก่อนการเปลย่ี นแปลงว่า สารต้ังต้น (Reactant) เขยี น สารใหม่ทเี่ กดิ ขนึ้ ว่า ผลติ ภณั ฑ์ (Product) สารต้ังต้น ผลติ ภัณฑ์

ปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาดูดความ ปฏิกิริยาคายความ ร้อน ร้อน สารต้งั ตน้ +ความร้อน สารต้งั ตน้ ผลิตภณั ฑ+์ ความ ผลิตภณั ฑ์ ร้อน

การเขยี นสมการเคมี (Chemical Equation) - เขยี นขนึ้ เพ่ือแสดงอตั ราส่วนต่าสุดของจานวนอนุภาคสารต้ังต้น ทรี่ วมพอดีกนั และจานวนอนุภาคของผลติ ภัณฑ์ทเ่ี กดิ ขนึ้ อะตอมของสารต้งั ต้นทกุ ชนิดทท่ี าปฏกิ ริ ิยา = จานวนอะตอมของ ผลติ ภัณฑ์ทกุ ชนิดทเี่ กดิ ขนึ้

หลกั การเขยี นสมการเคมี 1. เขยี นสูตรหรือสัญลกั ษณ์ของสารต้ังต้น ถ้ามีมากกว่า 1 สารให้ใช้ เคร่ืองหมาย + ค่ันระหว่างสาร เขียน แสดงการเปลย่ี นแปลง แล้วเขยี นสูตรสารผลติ ภณั ฑ์ 2. ให้ระ ุสถานะของสารไว้หลงั สูตร โดยเขียนไว้ในวงเล็ (s) = ของแขง็ (solid) (l) = ของเหลว (liquid) (g) = แก๊ส (gas) (aq) = สารละลาย (aqueous solution)

3. ดุลสมการ(Balance equation) โดยทาจานวนอะตอมของธาตุทกุ ธาตุทางขวาของสมการ โดยนาตัวเลขไปเติมหน้าสูตร 4. ตรวจสอ ความถูกต้อง (Check accuracy) เรามกั จะเรมิ่ ตน้ ดลุ สมการ ท่ีโมเลกลุ ใหญ่ก่อนเสมอคะ่ H2O และธาตุ เราจะดลุ ทีหลงั

ตวั อย่าง (Sample) 1. แก๊สไฮโดรเจน(H2) ทาปฏกิ ริ ิยากั แก๊สออกซิเจน (O2) ได้นา้ (H2O) ซึ่งมสี ถานะเป็ นของเหลว เขยี นสมการได้ดังนี้ ข้นั ท่ี 1 ……………………………………………………………. ข้นั ที่ 2…………………………………………………………….. 2. แก๊สมเี ทน (CH4) เมื่อติดไฟรวมกั แก๊สออกซิเจน (O2) ใน อากาศจะได้แก๊สคาร์ อนไดออกไซด์ (CO2) และไอนา้ (H2O) ข้นั ที่ 1 ……………………………………………………………. ข้นั ที่ 2……………………………………………………………..

ทดสอบความเขา้ ใจเร่ืองการเขียนสมการเคมี จงดุลสมการตอ่ ไปน้ี 1. K(s) + O2(g) K2O(s) 2. Al(s) + O2(g) Al2O3(s) 3. H2SO4(aq)+NaOH Na2SO4(aq)+H2O(l) 4. KClO3(s) KCl(s) + O2(g) 5. ผสมสารละลายเลด (II) ไนเตรต (Pb(NO3)2) กบั สารละลายโพแทสเซียม ไอโอไดด(์ KI) ไดต้ ะกอนสีเหลืองของเลด (II) ไอโอไดด(์ PbI2(s))และ สารละลายโพแทสเซียมไนเตรต(KNO3)

ประเภทของปฏิกริ ิยาเคมี 1. ปฏิกิริยาการรวมตวั (Combination) @ สารโมเลกลุ เลก็ กวา่ รวมกนั เป็นโมเลกลุ ใหญ่ 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) 2. ปฏิกิริยาการแยกสลาย (Decomposition) @ สารโมเลกลุ ใหญ่แยกสลายใหส้ ารโมเลกลุ เลก็ 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

3. ปฏกิ ริ ิยาการแทนท่ี (Replacement) @ สารหนึ่งเข้าแทนทอี่ กี สารหน่ึง Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s)

ทดสอบความเขา้ ใจเก่ียวกบั ประเภทของปฏิกิริยาเคมี ปฏกิ ริ ิยา ประเภทของปฏกิ ริ ิยา 1.HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq)+H2O 2.2HgO(s) 2Hg(l) + O2(g) 3. NH3(g) + HCl(aq)  NH4Cl(s) 4. C(s) + O2(g)  CO2(g) 5.Mg(s) + H2SO4(aq) MgSO4(aq)+H2(g)

ระ กั สิ่งแวดล้อม(System and Environment) ระ (System )หมายถงึ ส่ิงทศ่ี ึกษา สิ่งแวดล้อม(Environment) หมายถงึ สิ่งทอี่ ยู่นอกขอ เขตทศ่ี ึกษา

วเิ คราะห์ระบบ(Analysis) ระบบ การศึกษาการ มวลคงท่ี มวลเพ่ิมข้ึนหรือลดลง เปล่ียนแปลงมวลของ ระบบคายพลงั งาน ระบบดูดพลงั งาน ระบบ การศึกษาการ เปล่ียนแปลงพลงั งาน ของระบบ การศึกษาประเภท การเกิดปฏิกิริยาเคมี ของการ การละลาย การเปล่ียนสถานะ

การเปล่ียนแปลง มวลคงที่ ระบบปิ ด มวลของระบบ (Closed System) มวลเพ่ิมข้ึนหรือ ลดลง ระบบเปิ ด (Opened System) ผสมสาร ถา้ ไมม่ ีแก๊สเก่ียวขอ้ ง ระบบปิ ด ในระบบ ระบบเปิ ด มีแกส๊ เกี่ยวขอ้ งใน ระบบ

การเปลี่ยนแปลงพลงั งานของระบบ 1. การเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลงั งาน(Endothemic Change) - สารต้งั ตน้ ไดร้ ับพลงั งานจากส่ิงแวดลอ้ ม - ระบบมีพลงั งานเพ่มิ ข้ึน - สัมผสั รู้สึกเยน็ A + พลงั งาน(จากสิ่งแวดลอ้ ม)  B (มีพลงั งานมากกวา่ A)

2. การเปล่ียนแปลงประเภทคายพลงั งาน (Exothermic Change) - สารต้งั ตน้ เปลี่ยนเป็นสารใหม่แลว้ ใหพ้ ลงั งานออกมา - จบั ขา้ งภาชนะจะรู้สึกร้อน - อุณหภูมิระบบสูงข้ึน เม่ือคายพลงั งานสิ้นสุดแลว้ อุณหภูมิจะ เท่ากบั สิ่งแวดลอ้ ม พลงั งานของระบบจะลดลง A + B  P + พลงั งาน(ใหก้ บั สิ่งแวดลอ้ ม) สารต้งั ตน้ (พลงั งานของ P นอ้ ยกวา่ พลงั งานของ A+B

จงเรียงลาดบั เหตุการณ์หรือสาเหตุกบั ผลที่เกิดข้ึนของการเปลี่ยนแปลง พลงั งานของระบบ สารต้งั ตน้  จบั ดูรู้สึก...................   ผลิตภณั ฑ์ จบั ดูรู้สึก................... 

ปฏกิ ริ ิยาเคมี (Chemical Reaction) การเปลย่ี นแปลงทางเคมี เรียกว่า “ปฏกิ ริ ิยาเคมี ” (chemical reaction) เราสามารถเขยี นปฏกิ ริ ิยาเคมใี นรูปของ สมการเคมี เช่น 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) reactant product

สมการเคมบี อกให้เราทราบว่า 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) 2 โมเลกลุ 1 โมเลกลุ 2 โมเลกลุ 2 โมล 1 โมล 2 โมล 2(2  1 g) = 4 g + 2 (16) = 32 g 2 (18) (4 + 32 = 36 g) = 36 g

ในสมการเคมี ต้องแสดงสถานะทางกายภาพด้วย g = gas l = liquid s = solid aq = aqueous ( ในสารละลาย ) เช่น 2 CO (g) + O2 (g) → 2 CO2 (g) 2 HgO (s) → 2 Hg (l) + O2 (g) KBr (aq) + AgNO3 (aq) → KNO3 (aq) + AgBr (s)

การดุลสมการเคมี โดยจะทาให้จานวนอะตอมของสารต้งั ต้นเท่ากบั จานวนอะตอมของ สารผลติ ภัณฑ์ทกุ อะตอม ตัวอย่างท่ี 1 จงดุลสมการเคมตี ่อไปนี้ Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) 2 NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l) FeS(s) + 2 HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2S(g) 4 Fe(s) + 3 O2 (g) → 2 Fe2O3(s)

สารละลาย (Solution) คือ ของผสมเนื้อเดียวของสารต้งั แต่ 2 ชนิดขนึ้ ไป ประกอบด้วย ตวั ทาละลาย (Solvent) + ตวั ถูกละลาย (Solute) ( ปริมาณมาก ) ( ปริมาณน้อย ) ในทนี่ ีจ้ ะกล่าวถึงเฉพาะ “ สารละลายในนา้ ” (aqueous solution) สารละลายในนา้ = ตวั ถูกละลาย (s, l) + ตัวทาละลาย ( H2O)

ใน aqueous solution จะมีตวั ถูกละลาย 2 ประเภทคือ 1. สารอิเลก็ โทรไลต์ (electrolyte) : สารซ่ึงเม่ือละลายน้าแลว้ จะให้ สารละลายที่นาไฟฟ้าได้ 2. สารนอนอิเลก็ โทรไลต์ (non– electrolyte) : สารซ่ึงไม่นาไฟฟ้าเม่ือ ละลายน้า Electrolyte : แบ่งโดยใชค้ วามสามารถในการแตกตวั เป็นไอออน ก. อเิ ลก็ โทรไลต์แก่ (Strong electrolyte) : แตกตัวในนา้ 100 % - กรดแก่ เช่น H2SO4 , HCl , HNO3 , HClO4 , HI , HBr - เบสแก่ เช่น NaOH , KOH , Ca(OH)2 - เกลือ เช่น NaCl , KCl

ข. อเิ ลก็ โทรไลต์อ่อน (Weak electrolyte) : แตกตัวน้อยกว่า 100 % - กรดอ่อน เช่น CH3COOH , HF , HCOOH - เบสอ่อน เช่น NH3 Non – Electrolyte ไดแ้ ก่ C6H12O6 ( น้าตาลกลูโคส ) C12H22O11 ( น้าตาลทราย ) (NH2)2CO ( ป๋ ุยยเู รีย ) CH3OH ( เมธานอล ) C2H5OH ( เอธานอล ) เป็นตน้ เราสามารถเขียนสมการการแตกตวั ในน้าของสาร Electrolyte ไดด้ งั น้ี

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl -(aq) แตกตวั 100 % CH3COOH(aq) → CH3COO-(aq) + H+(aq) แตกตวั 5 % และสาร Non – electrolyte : C6H12O6 สารละลายน้าตาล ไม่แตกตวั สารประกอบไอออนิกและสมการไอออนิก ( Ionic compound and ionic equation) สารประกอบไอออนิก หมายถงึ สารทเี่ ม่ือละลายนา้ แล้วโมเลกลุ สามารถ จะแตกออกเป็ นไอออนบวกและไอออนลบ เช่น Al2O3 มาจาก Al 3+ O 2- CaCl2 มาจาก Ca 2+ Cl -

สมการไอออนิก (Ionic equation) หมายถึง สมการที่แสดงสารประกอบไอออนิกที่ละลายไดใ้ นรูปของ ไอออนอิสระ เช่น Pb 2+ (aq) + 2 I – (aq) → PbI2(s) Ag +(aq) + Cl - (aq) → AgCl(s) สภาพการละลาย (Solubility) : ปริมาณตวั ถูกละลายมากท่ีสุดที่สามารถละลายไดใ้ นตวั ทาละลายท่ี กาหนด ณ อุณหภูมิท่ีกาหนด Ksp : Solubility product constant

สภาพการละลาย บอกใหท้ ราบถึง 1. ความสามารถในการละลายของสารประกอบไอออนิกท่ีไม่เท่ากนั จึงเป็นคุณสมบตั ิเฉพาะของแต่ละสาร 2. สามารถกาหนด / บง่ ช้ีไดว้ า่ การละลายจะเกิดตะกอนเมื่อไร สรุป สภาพการละลายของสารประกอบไอออนิก ละลายนา้ ได้ ( Soluble ) 1. สารประกอบทุกชนิดของโลหะแอลคาไล ( หมู่ 1 ) 2. สารประกอบแอมโมเนียม ( NH4+) 3. สารประกอบทกุ ชนิดของ NO3- , ClO3- , ClO4- 4. สารประกอบส่วนใหญ่ของ Cl- , Br- , I - ยกเว้นกบั Ag+ , Hg 2+ และ Pb2+ 2 5. สารประกอบส่วนใหญ่ของ SO42 - ยกเว้น BaSO4 , HgSO4 , PbSO4

ไม่ละลายนา้ ( Insoluble ) 1. สารประกอบส่วนใหญ่ของ OH – ยกเว้น OH – ของโลหะแอลคาไล และของ Ba(OH)2 ส่วน Ca(OH)2 ละลายได้เลก็ น้อย 2. สารประกอบ CO32 - , PO43 - , S 2 – ยกเว้น สารประกอบของโลหะแอลคาไล ( หมู่ 1 ) และ NH4+ ตัวอย่างท่ี 2 จงจาแนกสารประกอบไอออนิกต่อไปนีอ้ อกเป็ นสารท่ี ละลายได้ ละลายได้เลก็ น้อย หรือไม่ละลาย ก) Ag2SO4 ละลาย ง) CuS ไม่ละลาย ข) CaCO3 ไม่ละลาย ค) Na3PO4 ละลาย จ) Ca(OH)2 ละลายได้เลก็ น้อย ฉ) ZnSO4 ละลาย

เลขออกซิเดชัน (Oxidation number หรือ oxidation state) คือ ตัวเลขสมมตทิ ใี่ ช้กาหนดแก่ธาตุหรืออะตอมในสารประกอบ เพ่ือแสดงประจุทางไฟฟ้า การกาหนดเลขออกซิเดชัน 1. เลขออกซิเดชันของธาตุอสิ ระ (ยงั ไม่รวมกบั ธาตุใด) = 0 เช่น Na , K , Cl2 , P4 , S8 , Br2 , O2 2. เลขออกซิเดชันของไอออนทมี่ อี ะตอมเดียวมคี ่า = ประจุของไอออน เช่น

Na+ มเี ลขออกซิเดชัน เท่ากบั + 1 Ba2+ มเี ลขออกซิเดชัน เท่ากบั + 2 Al 3+ มเี ลขออกซิเดชัน เท่ากบั + 3 Cl - มเี ลขออกซิเดชัน เท่ากบั - 1 S 2 - มเี ลขออกซิเดชัน เท่ากบั - 2 3. เลขออกซิเดชันของโลหะหมู่ 1 ในสารประกอบ = + 1 เช่น NaCl เลขออกซิเดชันของโลหะหมู่ 2 ในสารประกอบ = + 2 เช่น MgCl2 4. เลขออกซิเดชันของธาตุ H ในสารประกอบโดยทว่ั ไป = + 1 เช่น NH3 , HCl ยกเว้นโลหะไฮไดด์ = - 1 เช่น NaH , CaH2

5. เลขออกซิเดชันของธาตุ O ในสารประกอบโดยส่วนใหญ่ = - 2 เช่น H2O , MgO ยกเว้นในสารประกอบ peroxide = -1 เช่น H2O2 , Na2O2 และเม่ือรวมกบั F เป็ น OF2 มคี ่า = + 2 ( F มเี ลขออกซิเดชัน -1 ) 6. ในอะตอมทเี่ ป็ นกลางผลบวกของเลขออกซิเดชันท้งั หมดต้อง เป็ นศูนย์ และในไอออนทม่ี หี ลายอะตอม ผลบวกของเลขออกซิเดชัน ท้งั หมดในไอออนต้องเท่ากบั ประจุสุทธิของไอออนน้ัน เช่น - ในสารประกอบ ( neutral ) เท่ากบั 0 เช่น สารประกอบ KMnO4 มาจาก K + Mn + 4 O No. (+1) + ( ? ) + 4(-2) = 0 ดังน้ัน เลขออกซิเดชันของ Mn = + 7

- ในกล่มุ อะตอมทเ่ี ป็ นไอออนจะเท่ากบั ประจุทแ่ี สดงน้ัน เช่น NO3- มาจาก N + 3O Ox. No. ( ? ) + 3 (-2) = - 1 ดงั น้ัน เลขออกซิเดชันของ N = + 5 ตวั อย่างที่ 3 จงหาเลขออกซิเดชันของสารประกอบทข่ี ดี เส้นใต้ไว้ ต่อไปนี้ 1. K2Cr2O7 4. Na3PO4 2. CaCl2 5. H3AsO4 3. SO32 - 6. C2O42-

ปฏกิ ริ ิยารีดอกซ์ (Redox reaction) คือ ปฏกิ ริ ิยาทมี่ กี ารถ่ายโอน (ให้–รับ) อเิ ลก็ ตรอน แบ่งออกเป็ น 2 ครึ่งปฏกิ ริ ิยา (half – reaction) ปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) คือ คร่ึงปฏกิ ริ ิยาทมี่ ี การสูญเสีย (ให้) อเิ ลก็ ตรอน เลขออกซิเดชัน เพมิ่ ขน้ึ ปฏกิ ริ ิยารีดักชัน (Reduction reaction) คือ ครึ่งปฏกิ ริ ิยาทมี่ กี ารรับ อเิ ลก็ ตรอน เลขออกซิเดชันลดลง

ตวั ออกซไิ ดซ์ Reduction Sn2+ + Pb 2+ Sn + Pb ตวั รดี วิ ซ์ Oxidation ออกซิเดชัน : Sn → Sn2+ + 2e- รีดคั ชัน : Pb2+ + 2e- → Pb

ตวั ออกซิไดซ์ (Oxidizing agent หรือ Oxidizer) : สาร (atom, molecule, ion) ทที่ าหน้าทเ่ี ป็ นตวั รับอเิ ลก็ ตรอน แต่ตัวมนั เองถูกรีดวิ ซ์ ทาให้เลขออกซิเดชันลดลง ตัวรีดิวซ์ (Reducing agent หรือ Reducer) : สาร (atom, molecule, ion) ทท่ี าหน้าทเ่ี ป็ นตัวให้อเิ ลก็ ตรอน ตัวมนั เองถูกออกซิไดซ์ ทาให้เลขออกซิเดชันเพม่ิ ขนึ้ หมายเหตุ ท้งั ปฏกิ ริ ิยา oxidation และ reduction จะเกดิ ขนึ้ พร้อมๆ กนั จานวนอเิ ลก็ ตรอนทต่ี วั รีดิวซ์สูญเสียไป จะเท่ากบั จานวนอเิ ลก็ ตรอน ทตี่ วั ออกซิไดซ์ได้รับมา

ตวั อย่างที่ 4 จงเขยี นคร่ึงปฏกิ ริ ิยา และระบุตวั ออกซิไดซ์ และตวั รีดวิ ซ์ 1) Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu ตัวออกซิไดซ์ : …………….. ตวั รีดวิ ซ์ : ..….……….. ครึ่งปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชัน : ………………………………. คร่ึงปฏกิ ริ ิยารีดักชัน : ………………………………. 2) 2Na + Cl2 → 2NaCl ตวั ออกซิไดซ์ : …………….. ตวั รีดิวซ์ : …………….. ครึ่งปฏิกริ ิยาออกซิเดชัน : ………………………………. คร่ึงปฏิกริ ิยารีดักชัน : ……………………………….

ตวั อย่างท่ี 5 จงพจิ ารณาปฏกิ ริ ิยาต่อไปนี้ ปฏกิ ริ ิยาใดเป็ นปฏกิ ริ ิยารีดอกซ์ 1. Cl2 + 2OH - → Cl - + ClO - + H2O 2. Ca 2+ + 2F - → CaF2 3. NH3 + H + → NH4+ 4. 2Li + H2 → 2LiH 5. Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 6. 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3

การดุลสมการรีดอกซ์ ใช้วธิ ี ion – electron method ตวั อย่างที่ 6 จงดุลสมการ Fe2+ + Cr2O72- → Fe3+ + Cr 3+ ในสารละลายกรด Step 1 แยกเป็ นส่วน oxidation, reduction ดุลอะตอมทม่ี กี ารเปลยี่ นเลข ออกซิเดชัน และแสดงการให้ - รับ e- Oxidation : Fe2+ → Fe3+ + e– Reduction : Cr2O72- + 6e- → 2Cr 3+ Step 2 ในภาวะกรด - เติม H2O ด้านทข่ี าด O2 โดยโมลของ H2O ทเ่ี ตมิ เท่ากบั O2ทขี่ าด - เติม H+ ด้านทขี่ าด H โดยโมลของ H+ ทเี่ ติมเท่ากบั H ทขี่ าด

Oxidation : Fe2+ → Fe3+ + e– Reduction : Cr2O72- + 14H + + 6e - → 2Cr3+ + 7H2O Step 3 ทาจานวนอเิ ลก็ ตรอน (e –) ของ oxidation = reduction Oxidation : 6Fe2+ → 6Fe3+ + 6e- Reduction : Cr2O72- + 14H+ + 6e- → 2Cr3+ + 7H2O Step 4 รวมปฏิกริ ิยา oxidation + reduction Overall : 6Fe2+ + 14H + + Cr2O72- → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O Step 5 ตรวจสอบจานวนอะตอม จานวน e- และ จานวนประจุให้เท่ากนั

ตัวอย่างที่ 7 จงดุลสมการ S2- + MnO4 - → S + MnO2 ในสารละลายด่าง Step 1 แยกเป็ นส่วน oxidation , reduction ดุลอะตอมทมี่ กี ารเปลยี่ นเลข ออกซิเดชัน และแสดงการให้ และรับ e- oxidation : S2- → S + 2 e– reduction : MnO4- + 3 e - → MnO2 Step 2 ในภาวะด่าง - เตมิ H2O ด้านที่ O เกนิ โดยโมลของ H2O ทเี่ ตมิ เท่ากบั Oทเ่ี กนิ - เตมิ OH - ด้านตรงข้าม 2 เท่าของโมล H2O ทเ่ี ติม oxidation : S2- → S + 2 e– reduction : MnO4- + 2 H2O + 3 e- → MnO2 + 4OH -

Step 3 ทาจานวนอเิ ลก็ ตรอน (e -) ของ oxidation = reduction oxidation : 3S2- → 3S + 6e– reduction : 2MnO4- + 4H2O + 6e - → 2MnO2 + 8OH – Step 4 รวมสมการ oxidation + reduction 3S2- + 2MnO4- + 4H2O → 3S + 2MnO2 + 8OH – Step 5 ตรวจสอบจานวนอะตอม จานวน e- และจานวนประจุให้เท่ากนั

⚫ ชนิดของปฏกิ ริ ยิ าเคมี