Brands Chemistry

ตวั อยา ง เชน จากปฏิกริ ยิ า C+D A+B เราสามารถเขียนความสมั พันธไ ดดงั นี้ อตั ราการเกิดปฏิกิรยิ า = ปริมาณสาร A ทล่ี ดลง เวลาท่ีใชในการเกดิ ปฏกิ ริ ิยา หรอื อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ า = ปริมาณสาร B ที่ลดลง เวลาทใ่ี ชในการเกิดปฏกิ ิรยิ า หรือ อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ิยา = ปรมิ าณสาร C ที่เกดิ ขนึ้ เวลาทใี่ ชในการเกิดปฏกิ ริ ิยา หรือ อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ า = ปริมาณสาร D ที่เกิดขนึ้ เวลาที่ใชใ นการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า อัตราเกดิ ปฏิกิรยิ า แบง ออกเปน 2 ประเภท คอื 1. อตั ราการเกิดปฏิกริ ิยาเฉลีย่ = อัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาทค่ี ดิ จากการเปลย่ี นแปลงปริมาณของผลิตภณั ฑ หรอื สารตง้ั ตน ในชวงเวลาท้ังหมดทใี่ ชใ นการทําปฏกิ ริ ิยา 2. อตั ราการเกิดปฏิกริ ิยา ณ ขณะใดขณะหน่งึ = อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยา ณ เวลาใดเวลาหน่งึ ซงึ่ สามารถ หาไดจ ากความชนั ณ จุดหนงึ่ ของกราฟระหวา งปรมิ าณสารกับเวลา ตัวอยาง จากปฏกิ ิริยา C → D พบวา ตั้งแตเ ริม่ ตน ปฏิกริ ิยาจนไดส าร D 8 cm3 ใชเวลาในการเกดิ ปฏกิ ิรยิ า 105 วนิ าที โดยมกี ราฟแสดงการเกิดปฏกิ ริ ิยาดงั รปู จงหาอตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเฉล่ีย และอัตราการเกดิ ปฏิกิรยิ า ณ วนิ าทที ี่ 50 (จุด A) • หาอัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเฉลย่ี ปริมาณสาร D ทเ่ี กดิ ขนึ้ เวลาทใ่ี ชใ นการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ยิ า = = 810c5ms3 = 0.076 cm3/s โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010 ___________________________ วิทยาศาสตร เคมี (51)

• หาอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยา ณ วินาทีที่ 50 (จดุ A) ปรมิ าณสาร D ที่เกิดขนึ้ อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยา = เวลาท่ใี ชใ นการเกิดปฏิกริ ยิ า = 8.190-03-.420cms 3 = 0.069 cm3/s ทฤษฎีการชน ( Collision Theory ) การเกิดปฏิกิรยิ านน้ั เปน ผลมาจากการชนกันของโมเลกลุ ท่ีมพี ลงั งานมากพอ และมที ิศทางการชนท่ถี ูกตอ ง ซึ่งเม่อื มีองคประกอบดงั นแ้ี ลว อะตอมก็จะเกิดการเรยี งตวั กันใหม มีการสลายพันธะเดิม และสรา งพนั ธะใหม ขึ้นมาแทนที่ เรยี กวา เกิดปฏิกริ ยิ า ปฏกิ ริ ิยาจะเกิดไดเรว็ หรือชา จงึ ขึ้นอยกู ับปจจัย 2 อยาง คือ 1. พลงั งานของโมเลกลุ 2. จํานวนคร้ังของการชน ถาพลังงานของโมเลกุลมีคา สงู และจาํ นวนครง้ั ของการชนตอ 1 หนว ยเวลาสงู ข้ึน ปฏกิ ิริยากย็ อ มจะเกิดได เรว็ ข้นึ ปจจยั ทม่ี อี ทิ ธิพลตออตั ราเร็วในการเกดิ ปฏกิ ิริยา 1. ธรรมชาติของสารต้งั ตน สารต้งั ตนจะเกดิ ปฏิกริ ยิ าไดเร็วหรอื ชา ตางกนั ข้ึนอยูกับชนิดของสารน้ันๆ 2. ความเขมขน ของสารต้งั ตน ในปฏกิ ิรยิ าเคมโี ดยทวั่ ไป เม่ือเพ่มิ ความเขมขน ของสารต้งั ตน จะทาํ ใหอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพม่ิ ขน้ึ เนื่องจากการเพม่ิ ความเขม ขนเปน การเพิ่มจาํ นวนอนุภาคในการเขาทาํ ปฏกิ ริ ิยา ทาํ ใหเ กิดการชนบอยขึน้ ปฏกิ ริ ยิ า จึงเกิดไดเรว็ ข้นึ 3. พื้นท่ีผวิ ในปฏกิ ริ ยิ าเคมีท่ีมสี ารตง้ั ตนเปนของแข็ง เม่อื ทําใหข องแข็งมพี ้ืนทผ่ี วิ มากขึ้นจะทาํ ใหอตั ราการเกดิ ปฏิกิรยิ า เพิม่ ขนึ้ เนอื่ งจากการเพ่ิมพ้นื ที่ผวิ ทําใหสารตงั้ ตนสมั ผัสกันไดม ากขนึ้ เพิ่มโอกาสในการชน ปฏกิ ิรยิ าจึงเกิดไดเ ร็วขึน้ 4. ความดัน ในปฏกิ ริ ยิ าเคมีท่เี ก่ียวของกับแกส การเพ่มิ ความดนั จะสงผลในลักษณะเดียวกบั การเพม่ิ ความเขมขน คือ ทําใหอ ัตราการเกิดปฏกิ ิริยาเพิม่ ขึ้น ในทางตรงขา ม การลดความดันจะทําใหอัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าลดลง 5. อุณหภมู ิ การเพ่ิมอณุ หภูมิจะสง ผลใหอัตราการเกดิ ปฏิกิริยาเพ่ิมขึ้น เน่อื งจากการเพิม่ อณุ หภูมิทาํ ใหพ ลงั งานจลน ของอนภุ าคทเี่ ขาทาํ ปฏกิ ิริยาเพิม่ ขึ้น โอกาสในการเกดิ ปฏกิ ิริยาเพมิ่ ข้นึ 6. ตวั เรง ปฏกิ ิรยิ า ตวั เรงปฏกิ ริ ยิ า เรงใหปฏิกริ ยิ าเกิดไดเร็วขน้ึ อตั ราการเกิดปฏิกริ ิยาจงึ เพ่ิมข้นึ 7. ตวั หนว งปฏิกิริยา ตัวหนวงปฏิกริ ยิ าหนว งใหป ฏกิ ิรยิ าเกดิ ไดช า ลง อตั ราการเกดิ ปฏิกิรยิ าจงึ ลดลง วทิ ยาศาสตร เคมี (52)___________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010

ตัวอยา งขอสอบ O-NET ป 2551 1. ขอ ใดเปน กจิ กรรมหรือผลิตภณั ฑท ี่เก่ยี วของกบั ปฏิกริ ยิ าเคมที ง้ั หมด 1) การสงั เคราะหแ สงของพชื กลน่ิ หอมทเี่ กิดจากยาดับกลน่ิ *2) การเกิดหนิ งอก หินยอ ย การเผากระดาษ 3) การจุดพลดุ อกไมไฟ เมฆรวมตัวเปน ฝน 4) การเกดิ สนมิ เหล็ก การสบู ลมยางลอรถยนต 2. จากขอ มูลการทาํ ปฏกิ ริ ิยาของโลหะแมกนีเซยี มกับสารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ ดังตาราง ปรมิ าตรแกส H2 , cm3 2 4 6 8 10 เวลา, s 20 45 90 140 200 มีการวเิ คราะหข อมลู ไดผลดังนี้ ก. อัตราเฉล่ยี ของการเกิดปฏกิ ริ ิยาเทากบั 0.05 cm3/s ข. อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาต้ังแตเ ริ่มตน จนส้ินสุดไมคงที่ ค. อตั ราการเกิดปฏิกิริยาวดั จากอตั ราการเปล่ียนแปลงปริมาตรของแกส H2 สะดวกท่ีสุด ง. ความเขม ขนของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกลดลงขณะท่ปี ฏิกริ ิยาดาํ เนนิ ไป ผลการวิเคราะหขอใดถูก 1) ก. และ ข. เทา นน้ั 2) ก., ข. และ ค. เทา น้ัน 3) ก., ข. และ ง. เทานั้น *4) ก., ข., ค. และ ง. 3. ประชาชนทีอ่ าศัยอยูใกลโรงงานอุตสาหกรรมไมค วรเกบ็ นา้ํ ฝนไวเพอื่ การบริโภคเพราะเหตใุ ด 1) มฝี ุนละอองมากไมเหมาะกับการบริโภค 2) มีตะกรนั มากใชบ ริโภคอาจเปนโรคนวิ่ ได 3) มกี รดคารบอนกิ และกรดไฮโดรคลอริกปนอยู *4) มกี รดกาํ มะถันและกรดไนตริกปนอยู โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010 ___________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (53)

O-NET ป 2550 4. พจิ ารณาปรากฏการณต อไปน้ี 4) ข., ง. และ ฉ. ก. การเกดิ น้าํ คาง ข. การบรู ระเหดิ ในตเู สอ้ื ผา ค. การระเบิดของดนิ ปน ง. ไอศกรีมละลายเมอื่ วางทิ้งไว จ. การสงั เคราะหแสงของพชื ฉ. โซเดียมไฮดรอกไซดล ะลายนาํ้ ในบกี เกอร แลวบีกเกอรรอนขนึ้ ขอใดเปน ปรากฏการณท ่ีคายความรอน *1) ก., ค. และ ฉ. 2) ก., ง. และ จ. 3) ข., ค. และ ง. 5. การกระทาํ ในขอใดไมมีผลตอ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี 1) การนาํ เนื้อหมแู ชใ นชองแชแ ขง็ 2) ใชแ คลเซียมคารไ บดชวยในการบมมะมวง 3) การเคยี้ วยาลดกรดชนิดเมด็ ใหละเอยี ดกอ นกลืน *4) การเปลย่ี นขนาดภาชนะท่ีบรรจสุ ารละลายที่ทาํ ปฏกิ ริ ยิ า 6. ปฏกิ ริ ิยาเคมรี ะหวางลวดแมกนเี ซยี มกบั สารละลายกรดซัลฟวริกเปนดงั สมการ Mg(s) + H2SO4(aq) MgSO4(aq) + H2(g) บนั ทกึ เวลาในการเกิดแกส H2 เรม่ิ ตนจนถงึ ปรมิ าตร 5 cm3 ดงั ตาราง ปริมาตร H2 ทีเ่ กิด (cm3) เวลาท่ีใช (s) 1 4 2 6 3 9 4 14 5 20 จากขอมลู ในตาราง ขอ ใดถกู อัตราการเกดิ ปฏิกิรยิ า (cm3/s) อตั ราเฉล่ยี อตั ราชวงเกิดแกส H2 ปริมาตร 3-5 cm3 1) 0.16 0.18 *2) 0.25 0.18 3) 0.50 0.25 4) 0.25 0.27 วิทยาศาสตร เคมี (54)___________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2010

O-NET ป 2549 7. ขอ ใดเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี ก. การทาํ ทิงเจอรไอโอดีน โดยผสมไอโอดนี กับเอทานอล ข. การเหมน็ หืนของน้าํ มันเม่ือทิง้ ไวน านๆ ค. การผลติ นํ้าอดั ลมและน้าํ โซดา ง. บมมะมว งดิบจนเปน มะมว งสุก 1) ก., ข. และ ค. *2) ข., ค. และ ง. 3) ก., ข. และ ง. 4) ก., ค. และ ง. 8. พิจารณาขอ มูลตอ ไปนี้ สารละลาย อุณหภูมิ (°C) ลักษณะสาร/การเปลี่ยนแปลง A 25 สารละลายใส ไมม ีสี B 25 สารละลายใส ไมม สี ี C 25 สารละลายใส ไมมสี ี A ผสมกบั B 26 ไมเห็นการเปลย่ี นแปลง B ผสมกับ C 23 สารละลายสเี หลอื ง A ผสมกับ C 25 ตะกอนสขี าว ขอ สรปุ ใดถกู *2) B ผสมกบั C เกิดปฏกิ ริ ิยาดูดความรอน 1) A และ C เปน สารเดยี วกนั 3) A ผสมกบั C เกดิ ปฏกิ ิริยาคายความรอน 4) A และ B ไมทาํ ปฏกิ ิริยาเคมีกนั 9. pH ของฝนกรด และผลกระทบของฝนกรดทีม่ ตี อสงิ่ แวดลอมตอไปนี้ ขอใดถูก pH ผลกระทบตอ ส่งิ แวดลอ ม 1) มากกวา 7 สง่ิ กอสรางที่ทาํ ดว ยโลหะเสยี หาย 2) มากกวา 7 ตนไมอ อกผลชา 3) นอยกวา 7 ทาํ ใหเกิดหนิ งอกและหินยอย *4) นอ ยกวา 7 สิง่ กอสรา งที่ทาํ ดวยหินปนู หนิ ออ น เสยี หาย 10. เมอ่ื นําชิน้ สงั กะสีใสใ นสารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ วิธีทําใหปฏกิ ิริยาเกิดเรว็ ขึ้นโดยไมเพ่มิ ปรมิ าณสงั กะสี และกรดตอ ไปน้ี ก. ใชแทงแกวคนใหท ่วั ข. ใชผงสงั กะสนี ้าํ หนกั เทากันแทนชิน้ สังกะสี ค. ใหความรอน ง. เตมิ น้าํ กลน่ั ลงไปเทาตวั ขอ ใดถกู *1) ก., ข. และ ค. เทา นนั้ 2) ข., ค. และ ง. เทาน้นั 3) ก., ค. และ ง. เทา นัน้ 4) ก., ข., ค. และ ง. ———————————————————— โครงการแบรนดซมั เมอรแคมป 2010 ___________________________ วิทยาศาสตร เคมี (55)

อะตอมและการจัดเรียงอิเล็กตรอน ประวตั ิการพฒั นาทฤษฎอี ะตอม จากการศกึ ษาโครงสรา งของอะตอมในยคุ ตางๆ ทําใหส ามารถสรปุ ไดว า อะตอมประกอบดวยอนภุ าคมูลฐาน 3 ชนดิ คือ อเิ ล็กตรอน โปรตอน และนวิ ตรอน โดยที่โปรตอน (ประจุ +1) และนิวตรอน (ไมม ปี ระจ)ุ จะอยูรวม อยางหนาแนน ภายในนวิ เคลยี ส และมอี เิ ลก็ ตรอน (ประจุ -1) เคลอื่ นทีร่ อบนิวเคลียส จาํ นวนโปรตอนในอะตอม น้ันจะเปนตวั บอกวา อะตอมนั้นเปน ธาตชุ นดิ ใด ธาตุตา งชนิดกันจะมจี าํ นวนโปรตอนตางกนั ซ่งึ ในการเขยี นแสดง สัญลักษณข องธาตนุ ้นั จะใชสัญลักษณนวิ เคลียรท ม่ี ีลกั ษณะดงั นี้ Z = เลขอะตอมแสดงถึงจาํ นวนโปรตอนในธาตนุ ้นั atomic number ZA X element symbol N = เลขนิวตรอนแสดงถึงจาํ นวนนวิ ตรอนในธาตนุ ้ัน mass number (N = A - Z) A = เลขมวลเทากบั ผลรวมของโปรตอน + นิวตรอน X = สญั ลกั ษณของธาตนุ น้ั สัญลักษณนิวเคลียรท ร่ี ะบุคาเฉพาะของ A และ Z จะเรยี กวานิวไคลด (Nuclide) ซง่ึ สามารถแบงนิวไคลด ไดเ ปน 3 ประเภท ไดแ ก ไอโซโทป (Isotope) ไอโซโทน (Isotone) และไอโซบาร (Isobar) ไอโซโทป หมายถึง อะตอมของธาตชุ นิดเดียวกนั ที่มีจํานวนโปรตอนเทา กนั แตน วิ ตรอนตา งกัน ไอโซโทน หมายถึง อะตอมของธาตตุ างชนิดท่มี จี ํานวนนิวตรอนเทากัน แตจาํ นวนโปรตอน และเลขมวล ตา งกัน ไอโซบาร หมายถึง อะตอมของธาตตุ า งชนดิ ท่มี เี ลขมวลเทา กัน แตเลขอะตอมตา งกนั วิทยาศาสตร เคมี (56) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010

สําหรับรายละเอยี ดในการคนพบขอ มูลตา งๆ ในการศกึ ษาโครงสรา งของอะตอมสามารถสรุปไดดงั ตาราง ป ค.ศ. ผูพฒั นาทฤษฎี การคน พบ 435 Leucippus และ สรางสมมตฐิ านวาสสารประกอบขึ้นจากหนวยที่เล็กท่ีสุดที่แบงแยก 410 Democritus อกี ไมไ ด เรียกวา อะตอม (Atom) ซ่งึ จะแตกตางกันออกไปในแตล ะ ชนดิ และสามารถเกาะยึดสรา งเปน สารใหมไ ด 400 Empedoclean เสนอวา สสารประกอบขึ้นจากธาตุ 4 ชนิด ไดแ ก ดนิ นํ้า ลม และ ไฟ ซงึ่ ตอ มา Aristotle ไดส นบั สนนุ แนวคิดน้ี เสนอทฤษฎอี ะตอมข้ึนโดยมีแนวคดิ พ้ืนฐานหลายขอ เชน - สสารทั้งหลายเกิดข้นึ จากอะตอม - อะตอมไมสามารถสรางข้ึนใหม หรือถกู ทาํ ลายลงได - อะตอมของธาตุชนิดเดียวกนั จะมีลกั ษณะเหมือนกนั และมลี ักษณะ 1803 John Dalton ตางกันในธาตุตางชนิดกนั - ปฏกิ ริ ิยาเคมเี กดิ ขนึ้ โดยการจดั เรยี งตวั กันใหมของอะตอม - สารประกอบเกิดขึน้ จากการรวมตัวกันของอะตอมของธาตุ องคป ระกอบ 1818 Jöns Jakob Berzelius กาํ หนดใชสัญลักษณธาตเุ ปน ตัวอกั ษรภาษาอังกฤษข้นึ และเปน พ้ืนฐานของสญั ลักษณธ าตุในปจจุบัน 1869 Dmitri Mendeleev สรา งตารางธาตุขนึ้ จากธาตุ 65 ชนิดท่ีรจู กั กันในสมยั น้ัน 1876 Eugen Goldstein พบรงั สี Canal Ray หรอื Positive Ray แยกอเิ ล็กตรอนออกจากอะตอมไดเปน ครง้ั แรกจาก Cathode Ray 1897 Joseph John Thomson และไดรบั รางวลั โนเบลในป 1906 และสรา งแบบจาํ ลองอะตอม แบบ Plum-Pudding ขึน้ สรา งทฤษฎอี ะตอมขน้ึ จากการทดลองยิงแผน ทองคําดว ยอนุภาค แอลฟา (∝) จากกัมมนั ตภาพรงั สี ซง่ึ มีการสะทอ นกลบั เพยี ง 1911 Ernest Rutherford 80100 ทาํ ใหทราบวา อะตอมประกอบดวยพ้นื ท่ีวางเปลาเปนสว นมาก ทําการทดลองวัดคาประจบุ นหยดนํ้ามนั พบวา อเิ ล็กตรอน 1 อนุภาค 1911 Robert Millikan มคี า ประจเุ ทา กับ 1.6 × 10-19 Coulomb และสามารถคาํ นวณคา มวลของอเิ ลก็ ตรอนออกมาไดเ ทา กับ 9.1 × 10-28 กรมั เสริมทฤษฎอี ะตอมของ Rutherford ดวยทฤษฎีควอนตัม (Quantum) 1913 Niels Bohr วาอเิ ลก็ ตรอนจะเคลอื่ นท่เี ปน ชน้ั ๆ รอบนิวเคลียส เปลยี่ นธาตุชนดิ หนึ่งเปนอีกชนดิ หนึ่งไดเปน ครั้งแรก โดยการยิง 1919 Ernest Rutherford อะตอมของไนโตรเจนดว ยอนภุ าคแอลฟา แลว ไดออกซิเจนออกมา พรอมกับนวิ ตรอน โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (57)

ป ค.ศ. ผพู ัฒนาทฤษฎี การคน พบ 1932 James Chadwick ทาํ การทดลองพบนิวตรอนไดเ ปน ครัง้ แรกจากการยงิ Be ดว ย อนภุ าคแอลฟา แลว ไดไนโตรเจนออกมาพรอ มกบั นิวตรอน Maria Goeppert-Mayer, 1963 Jahannes Hans และ ไดร บั รางวลั โนเบลจากแบบจําลองนิวเคลยี ส วา มกี ารจัดเรยี งตวั เปน Daniel Jensen ชน้ั ๆ 1981 เครอ่ื ง Scanning Tunnelling Microscopy (STM) ทาํ ให นักวิทยาศาสตรส ามารถ “สมั ผัส” อะตอมได แบบจาํ ลองอะตอมแบบตา งๆ Dalton Thomson Rutherford Bohr การทดลองของ Thomson และ Goldstein + Energy + Atom Electron Ion+ Electron beam Anode Cathode (ขั้วบวก) (ขัว้ ลบ) ขวั้ ไฟฟา - electron ข้ัวไฟฟา - cathode ray lon+ positive ray ข้วั ไฟฟา + ขว้ั ไฟฟา + วิทยาศาสตร เคมี (58) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010

รศั มกี ารเลี้ยวเบน (r) ∝ มวลของอนุภาค (m) ประจขุ องอนุภาค (q) q คา mq ของอเิ ลก็ ตรอนใน cathode ray มีคา เทากับ -1.76 × 108 C/g คา m ของอนุภาคใน positive ray ไมค งท่ีขนึ้ อยกู ับชนิดของแกส การทดลองของ Millikan นา้ํ มนั ขั้วบวก X-ray (E) ปรบั คา ความ กลอง ตางศักยไ ด ขวั้ ลบ ถงั บรรจุแกส Ar ส่ิงที่เกิดข้นึ ในการทดลอง Ar + X-ray Ar+ + e- Oil + n e- Oiln- จากขนาดของหยดนาํ้ มัน และความหนาแนนของนาํ้ มันจะสามารถหาคามวลของหยดนา้ํ มันได ปรับคาความตา งศกั ย (E) เพ่ือดงึ ใหหยดนํ้ามันทมี่ ปี ระจไุ ฟฟาหยุดน่ิง Oiln- ดึงขนึ้ ดว ยสนามไฟฟา หรือเคลื่อนทด่ี ว ยความเรว็ คงท่ี (ความเรงเปนศนู ย) F = qE ตกลงดวยแรงโนมถวง F = mg เมื่อท้งั สองแรงมคี า เทา กนั จะไดวา qE = mg ดังนั้นจากคา E ท่ีปรับออกมา จะสามารถคํานวณหาคา q ของนา้ํ มนั แตล ะหยดได ซ่ึง q = (ประจขุ องอิเลก็ ตรอน × จํานวนอเิ ลก็ ตรอนบนหยดน้ํามนั ) q และจากคา m = -1.76 × 108 Cg จะไดว า ประจขุ องอเิ ล็กตรอนมีคา = -1.60 × 10-19 C. มวลของอเิ ล็กตรอนมคี า = 9.11 × 10-29 g. โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (59)

การทดลองของ Rutherford จากการยิงแผนโลหะดวยอนุภาค α จากสารกมั มันตรงั สี พบวา อนุภาค α ซึง่ มปี ระจุเปน 2+ นน้ั สวนมาก ผา นออกไปได แตมีอยปู ระมาณ 1 ใน 8000 อนุภาคท่ีสะทอนกลับออกมา แสดงวา จะตอ งเกิดการกระทบกับมวล ขนาดใหญใ นอะตอมของโลหะบางน้ัน รงั สีที่สะทอ นกลับ Focuser แผน โลหะบาง รงั สี α รงั สที ่ีผานออกมาได เครอ่ื งตรวจ สารกมั มันตรังสี วัดอนุภาค ในกลองตะกว่ั ปม สญุ ญากาศ จากการทดลองนี้ Rutherford จึงสามารถสรุปไดวามวล สวนใหญของอะตอมน้ันจะรวมกันอยูในปริมาตรเล็ก มากๆ ท่ีเรียกวา nucleus ซึ่งเปนภาษาลาติน แปลวา เมด็ ถวั่ เล็กๆ nucleus ที่อยูตรงกลางจะมีโปรตอน และนิวตรอนอยู รวมกัน สวนอิเล็กตรอนจะอยูลอมรอบดานนอก ซ่ึง เปน ไปตามสมมติฐานของ Hantaro Nagaoka ท่ีไดใหไว เม่ือป ค.ศ. 1903 วาอะตอมมีลักษณะเหมือนดาวเสาร คือมีอิเล็กตรอนโคจรรอบ nucleus ดวยแรงยึดทาง ไฟฟา วทิ ยาศาสตร เคมี (60) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010

แบบจาํ ลองอะตอมของ Bohr จากเสน spectrum ของแสงที่ไดจากแกสไฮโดรเจน พบวามีลักษณะไมตอเน่ือง แสดงวาอิเล็กตรอนจะ 441304 สามารถถูกกระตุนใหเกิดการเคล่ือนที่รอบนิวเคลียสได 486 เพียงแคบางระดบั พลงั งานเทา น้นั 656 หลอดไฮโดรเจน ความยาวคลื่น (nm) อิเล็กตรอนจะเคลอ่ื นท่อี ยรู อบนวิ เคลยี สเปน ช้ันๆ ของระดบั พลังงาน เม่ืออเิ ล็กตรอนไดร ับพลงั งาน จะถกู กระตุนจากการเคลื่อนที่ทร่ี ะดับพลังงานเดิม หรือสภาวะพืน้ (ground state) ไปสรู ะดบั พลงั งานใหม หรือสภาวะท่ี ถูกกระตุน (excited state) เมอ่ื อเิ ลก็ ตรอนเคลอ่ื นที่กลบั ลงมาทรี่ ะดับพลงั งานเดิมกจ็ ะปลอ ยพลงั งานสว นเกนิ น้ัน ออกมาในรูปของพลังงานแสง จากการคาํ นวณพบวาอเิ ลก็ ตรอนเคลื่อนทจี่ ากระดับพลังงานตางๆ ไดแ สงออกมาตามสมการ E= hc nn == 45,, ON n = 3, M λ n = 2, L โดย E = พลงั งานทีเ่ ปลยี่ นไป h = คา คงทข่ี อง Plank ระดับพลังงาน = 6.6 × 10-34 J ⋅ sec c = ความเร็วแสง = 3 × 108 m/sec λ = ความยาวคลื่นแสง n = 1, K แตละระดับพลงั งานสามารถบรรจุอเิ ล็กตรอนไดม ากนอยตางกันไปตามสมการ 2n2 เมอื่ n คอื คาระดับ พลังงานช้ัน K, L, M, N, ... จงึ บรรจุอเิ ลก็ ตรอนไดม ากทส่ี ุดเปน 2, 8, 18, 32, ... อนุภาค ตามลําดบั โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (61)

ระดับพลังงานของไฮโดรเจน (Hydrogen Energy Level Diagram) (((ONP))) nnn === 645 Brackett serPiefsund series (M) n = 3 Paschen series (L) n = 2 Balmer series คา n เรยี กวา Principal Quantum number (K) n = 1 Lyman series ในทฤษฎีของ Bohr ไดทํานายรัศมวี งโคจรของอเิ ล็กตรอนในแตล ะระดบั พลังงานไว ซ่งึ จากระดับวงโคจรนี้ จะสามารถนําไปคํานวณหาคาพลงั งานของอเิ ล็กตรอนในแตละระดับช้นั ไดต อ ไป rn = n2a0 เมื่อ rn = รัศมีของระดับพลังงานชน้ั ท่ี n a0 = คา คงที่ 53 pm En -R = n2H เมอื่ En = พลงั งาน e- ในระดับพลงั งานชน้ั ท่ี n RH = คา คงที่ Rydberg 2.179 × 10-18 J ดงั น้นั จะสามารถคํานวณหาคาพลงั งานการดูดกลืนหรอื การคายแสงในการเคลื่อนที่ของอเิ ล็กตรอนระหวา ง ชัน้ พลงั งานแตละช้นั ไดดังสมการตอ ไปน้ี ∆E = RH  1 - 1   n2i n2f      ระดบั พลงั งานยอ ย (sub-shell) ในแตล ะระดับพลงั งานหลกั ยงั มรี ะดับพลังงานยอ ยๆ ซอนอยูอีกดว ย ซ่งึ แตละระดับพลังงานยอ ยจะมี จาํ นวนอเิ ล็กตรอนทบ่ี รรจไุ ดแ ตกตางกนั ไป ทําใหล ักษณะของเสน spectrum ท่ีไดม ีความเขม แสงตา งกันดว ย ระดบั พลังงานยอย s บรรจุอเิ ลก็ ตรอนได 2 อเิ ล็กตรอน ใหเ สน spectrum เสนบางเล็ก (sharp) ระดับพลงั งานยอย p บรรจุอเิ ลก็ ตรอนได 6 อิเลก็ ตรอน ใหเ สน spectrum เสน หนาชัด (principal) ระดบั พลงั งานยอย d บรรจอุ เิ ล็กตรอนได 10 อเิ ล็กตรอน ใหเสน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ระดบั พลังงานยอ ย f บรรจุอเิ ลก็ ตรอนได 14 อเิ ลก็ ตรอน ใหเ สน spectrum สวางกระจาย (diffuse) ระดบั พลังงานยอ ย g บรรจอุ ิเลก็ ตรอนได 18 อิเลก็ ตรอน ใหเ สน spectrum สวางกระจาย (diffuse) M วทิ ยาศาสตร เคมี (62) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแ คมป 2010

โดยกําหนดใหระดับพลังงานยอ ยตา งๆ แทนดว ยตวั เลขที่เรยี กวา Angular Momentum Quantum Number ( l ) หรือเลขควอนตัมเชิงมมุ ดังน้ี s=0 p=1 d=2 f =3 ... ซึง่ โดยปรกติอเิ ล็กตรอนจะอยดู วยกนั เปน คูไดเมือ่ อเิ ลก็ ตรอน ทงั้ คูมีศักยแ มเ หลก็ อนั เกิดจากการ spin ตัวของอเิ ล็กตรอน NS ในทศิ ทางตรงขา มกัน ดงั รูป S N ซง่ึ กําหนดใหแทนดวยตัวเลขที่เรยี กวา Spin Quantum Number (ms) ดงั น้ี - 21 + 12 ดังนน้ั ในระดบั พลงั งานยอยตางๆ จะมีวงโคจรของอิเลก็ ตรอน (orbital) เปน จํานวนกง่ึ หน่งึ ของจาํ นวน อเิ ล็กตรอนสงู สดุ ท่ีระดบั ช้ันพลงั งานน้ันๆ จะสามารถบรรจไุ ดด ังนี้ ระดบั พลงั งานยอ ย s มี 1 orbital ระดับพลงั งานยอย p มี 3 orbital ระดบั พลังงานยอ ย d มี 5 orbital ระดับพลังงานยอ ย f มี 7 orbital M โดยการบรรจุอเิ ลก็ ตรอนเขาไปในแตละ orbital จะบรรจุอเิ ล็กตรอนแยกคนละ orbital กอ น เมอื่ เตม็ แลว จึงบรรจุใน orbital เดียวกนั โดน spin ในทิศทางตรงขามกัน ดงั นี้ np1 np2 np3 np4 np5 np6 แตละ orbital ยอ ยถูกกําหนดใหแ ทนดว ยตวั เลขทเี่ รยี กวา Magnetic Quantum Number (m l ) หรอื เลขควอนตัมเชงิ แมเ หลก็ ไดด งั นี้ . . ... -3 -2 -1 0 1 2 3 ... . . โดยสรุป Quantum number จงึ มที งั้ หมด 4 ชนดิ ซง่ึ อเิ ลก็ ตรอนในอะตอมเดยี วกัน จะมีเลขทง้ั 4 เปน คน ละชดุ ไมซาํ้ กันเลยดงั นี้ 1. Principal Quantum Number (n) แสดงระดบั พลงั งานหลักของอิเลก็ ตรอน 2. Angular Momentum Quantum Number ( l ) แสดงระดบั พลังงานยอ ยของอเิ ลก็ ตรอน 3. Magnetic Quantum Number (m l ) แสดง orbital ของอิเลก็ ตรอน 4. Spin Quantum Number (ms) แสดง spin ของอิเลก็ ตรอน โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (63)

โดย orbital ในแตละระดบั พลงั งานยอย จะมกี ารกระจายตวั ของอิเลก็ ตรอนทีแ่ ตกตา งกนั ไป ซ่งึ สามารถ อธิบายไดดวยสมการท่เี รยี กวา Schrödinger Equation EΨ = h2  ∂2ψ + ∂2ψ + ∂2ψ  - Zer 2 Ψ 8n2me   ∂x2 ∂y2 ∂z2 EΨ = h2  ∂∂r  r2 ∂∂Ψr  + sin1 θ ∂∂θ sin θ∂∂Ψθ  + sin12 ∂2ψ  - Zer 2 Ψ 8n2µr2     θ ∂ϕ2    1 m1e 1 เม่ือ = + m µ nucleus จากการพจิ ารณาจํานวนอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานหลกั และระดบั พลงั งานยอ ยแลว จะพบวาในระดับ พลงั งานหลักตางๆ จงึ มีระดับพลงั งานยอยแทรกอยดู ังนี้ ระดับพลงั งานหลัก ระดับพลังงานยอย (จาํ นวน e- ท่บี รรจไุ ด) K, n = 1 (2 e-) 1s (2 e-) 2p (6 e-) 3d (10 e-) 4f (14 e-) 5g (18 e-) L, n = 2 (8 e-) 2s (2 e-) 3p (6 e-) 4d (10 e-) 5f (14 e-) M, n = 3 (18 e-) 3s (2 e-) 4p (6 e-) 5d (10 e-) N, n = 4 (32 e-) 4s (2 e-) 5p (6 e-) O, n = 5 (50 e-) 5s (2 e-) M จะเห็นไดวา ระดบั พลงั งานหลัก (shell) ทสี่ งู ขนึ้ ซง่ึ จะมีระยะหางระหวา งระดับพลังงานลดลงนนั้ กลบั มี ระดบั พลังงานยอ ย (sub-shell) มากขน้ึ ทาํ ใหระดบั พลงั งานยอยเกิดการซอ นกันได ดังแสดงตามรูปตอไปน้ี ระดับพลังงาน 4f การทรี่ ะดบั พลงั งานซอนกันในลักษณะน้ีน้นั จะทาํ ใหมผี ลตอ การบรรจุ N 4d อเิ ล็กตรอนลงไปในอะตอม เนือ่ งจากอิเลก็ ตรอนจะถูกดึงดดู ดว ย M 3344dpps นวิ เคลียส และจะบรรจุลงในระดับพลังงานยอ ยที่ต่ําท่สี ดุ กอ นเพือ่ ความเสถยี ร ซ่ึงจากรูปแสดงใหเหน็ วา การบรรจุอเิ ล็กตรอนเมอ่ื เต็ม L 3s ในชน้ั 3p แลว ชน้ั M ยงั ไมเต็มกจ็ ะตองไปบรรจุในชนั้ N หรอื ชั้น 4 ที่ 4s กอน แลวจงึ บรรจุในชนั้ 3d ตอไป 2p 2s แตการซอ นกนั ของระดบั พลงั งานที่เหมอื นจะวนุ วายเหลา นี้กม็ ี ระเบียบการซอนกนั ทําใหเ ราสามารถจดั เรียงอเิ ล็กตรอนในอะตอม ไดตามลําดับดงั ตอ ไปนี้ K 1s วิทยาศาสตร เคมี (64) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010

เรยี งลาํ ดับพลังงานจากนอยไปหามากตามลูกศรน้ี 4f 5g 1s 5f 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p 5d หรอื เรยี งลาํ ดับไดตามนี้ : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, ... การจดั เรียงอเิ ล็กตรอนในอะตอม อิเลก็ ตรอนจะบรรจอุ ยูในระดบั พลงั งานท่ีต่ําทสี่ ุดกอ นเสมอ แลวจงึ บรรจใุ นระดับทสี่ งู ขึ้นไปเรือ่ ยๆ ถา ระดับ พลังงานท่ีตาํ่ กวา เตม็ หมดแลว เชน Neon มี 20 อเิ ลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 หรอื เขียนเปน shell หลักไดว า 2 88 Calcium มี 20 อิเลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 หรอื เขยี นเปน shell หลักไดว า 2 88 2 Iron มี 26 อิเลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 หรอื เขยี นเปน shell หลกั ไดว า 2 8 14 2 ตารางธาตุ คือ ตารางท่ีนักวทิ ยาศาสตรไ ดรวบรวมธาตุตางๆ ไวเปน กลุมเปน พวกตามลกั ษณะ และ คณุ สมบตั ทิ ่เี หมือนกัน เพือ่ เปนประโยชนใ นการศกึ ษา โครงการแบรนดซมั เมอรแคมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (65)

ในแตละสวนของตารางธาตุ ตาํ แหนงของอะตอมตา งๆ ถกู กําหนดดวยลกั ษณะการจดั เรยี งอเิ ล็กตรอนใน อะตอมนนั้ โดย คาบ จะแสดงถงึ จํานวนช้ันระดบั พลงั งานหลักของอเิ ลก็ ตรอน หมแู สดงจาํ นวนอเิ ล็กตรอนวงนอก ในสว น s อเิ ลก็ ตรอนตวั สดุ ทา ยอยูท ี่ระดบั พลงั งานยอย s, ในสว น p อิเลก็ ตรอนตัวสุดทายอยูทรี่ ะดบั พลงั งานยอย p, ในสว น d อเิ ล็กตรอนตัวสดุ ทายอยูท่รี ะดับพลงั งานยอ ย d และในสว น f อิเลก็ ตรอนตัวสุดทา ยอยูท่ีระดบั พลงั งานยอ ย f โดยเรียกธาตใุ นสวน s และ p รวมๆ กนั วา ธาตหุ มหู ลัก (representative elements), เรยี กธาตใุ น สวน d วา ทรานซิชนั (transition elements) และในสว น f วาอนิ เนอรท รานซชิ ัน (inner transition) การจัดเรยี งอเิ ล็กตรอนเหลานี้จะใชในการจดั วางตําแหนงธาตุตา งๆ ลงในตารางธาตุ (periodic table of elements) ดวย จากการเรยี งลาํ ดับธาตลุ งในตารางตามลําดบั ของระดบั พลงั งานดงั ทกี่ ลาวมาแลว ตารางธาตจุ ะแบง ออกเปน 4 สว นดวยกัน คือ สว นทลี่ งทา ยดวย s เรียก s-block สวนทล่ี งทา ยดว ย p เรยี ก p-block รวมเรยี กวา representative สวนท่ีลงทายดวย d เรียก d-block สวนทลี่ งทายดวย f เรียก f-block รวมเรียกวา transition ในแนวดิ่งแบง ออกเปน 18 หมู (group) ตามจาํ นวนและระดับพลังงานของอเิ ล็กตรอนวงนอก (valence) ในแนวนอนแบงออกเปน 7 คาบ (period) ตามจํานวนระดบั พลงั งานหลักของอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมนั้นๆ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 K 1s L 2s 2p M 3s 3p N 4s 3d 4p O 5s 4d 5p P 6s 5d 6p Q 7s 6d 7p 4f 5f จากตวั อยางการจัดเรียงอิเลก็ ตรอน Neon มี 20 อิเลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Calcium มี 20 อิเลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Iron มี 26 อเิ ลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 จะเห็นไดวา Ne มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนตวั นอกสดุ เปน 3p6 ก็จะอยใู น p-block แถวที่ 6 Ca มกี ารจดั เรียงอิเล็กตรอนตวั นอกสุดเปน 4s2 กจ็ ะอยูใ น s-block แถวท่ี 2 Fe มกี ารจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนตวั นอกสดุ เปน 3d6 กจ็ ะอยูใน d-block แถวท่ี 6 วิทยาศาสตร เคมี (66) __________________________ โครงการแบรนดซมั เมอรแคมป 2010

ความเสถียรของการจดั เรยี งอเิ ล็กตรอนในอะตอม อิเลก็ ตรอนจะเคลือ่ นที่อยูร อบอะตอมในแตล ะระดบั พลงั งานยอ ย (subshell) ดวยวงโคจรเล็กๆ ทเ่ี รียกวา ออรบ ทิ อล (orbital) โดย 1 ออรบิทอลนนั้ จะสามารถบรรจุอิเลก็ ตรอนได 2 อนุภาค ดงั นั้นแตล ะระดบั พลงั งาน ยอยจะตองมอี อรบ ทิ อลจํานวนตา งกนั ไปดงั นี้ ระดบั พลังงานยอย s p d f g . . . จาํ นวนออรบ ิทอล 1 3 5 7 9 . . . จํานวนอิเล็กตรอนที่บรรจไุ ด 2 6 10 14 18 . . . พบวา ถา ระดบั พลังงานนน้ั ๆ มีอเิ ล็กตรอนบรรจุอยเู ต็ม (full filled) หรือบรรจุอยกู ึง่ หน่งึ (half filled) ระดบั พลังงานน้ันจะมคี วามเสถยี รสงู ทําใหอะตอมมคี วามเสถยี รสูงไปดวย เชน ระดบั พลงั งานยอ ย p จะเสถียรเมอ่ื มอี เิ ล็กตรอนบรรจอุ ยู 3 หรือ 6 อนภุ าค ระดับพลงั งานยอย d จะเสถียรเม่ือมอี ิเลก็ ตรอนบรรจอุ ยู 5 หรือ 10 อนุภาค ดังน้นั ธาตุท่อี ยทู างดา นขวามอื สุดของตารางธาตุ หรือธาตุหมู 18 จะเปนธาตทุ ่มี ีความเสถียรสูง และมักจะ พบไดใ นรูปของธาตุอสิ ระ ไมเ กดิ ปฏิกริ ิยารวมตัวกบั ธาตุอื่นเปนสารประกอบ นอกจากนน้ั ความเสถยี รนีย้ ังทําใหอ ะตอมของธาตใุ นกลุม d-block บางหมู คือหมู 6 และ 11 มกี าร จัดเรียงตวั แปลกไปจากปกติในสภาวะพืน้ เพ่อื ใหเกิดความเสถียรสงู ขึน้ เชน Chromium มี 24 อิเล็กตรอน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 เพ่ือความเสถียร ยา ย 1 อเิ ล็กตรอนจาก 4s ไปยัง 3d เพือ่ ใหไ ดค ร่งึ ของ 3d ไดก ารจัดเรียงอิเลก็ ตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 หรอื เขียนเปน shell หลักไดว า 2 8 13 1 Copper มี 29 อิเลก็ ตรอน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 เพ่ือความเสถยี ร ยา ย 1 อิเล็กตรอนจาก 4s ไปยัง 3d เพอื่ ใหไดเ ต็มใน 3d ไดการจดั เรียงอเิ ล็กตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 หรือเขียนเปน shell หลักไดว า 2 8 18 1 คณุ สมบตั ิทีส่ ําคญั ของอะตอม อะตอมมีคณุ สมบัติสําคัญทจ่ี ะตองทาํ ความเขา ใจอยู 5 ประการดวยกนั ไดแ ก 1. ขนาดอะตอม และขนาดไอออน 2. ความเปน โลหะ และความเปนอโลหะ 3. คา พลงั งานไอออนไนเซชัน (ionisation energy) 4. คาสมั พรรคภาพอิเล็กตรอน (electron affinity) 5. คา อิเลก็ โตรเนกาตวิ ติ ี (electronegativity) โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (67)

ขนาดอะตอม และขนาดไอออน คือระยะระหวางจุดศนู ยก ลางของอะตอม หรือ นิวเคลียส กับผิวของอะตอม หรือ อเิ ลก็ ตรอนวงนอกสุด ถา แรงยึดเหน่ียวระหวางกันมากจะทําใหอ เิ ล็กตรอนอยใู กลน วิ เคลียส อะตอมจะมขี นาดเล็ก ปจ จยั ท่ีมผี ลตอ ขนาดอะตอมเรยี งตามความสําคญั จากมากไปนอ ย ไดแก ขนาด เล็ก 1. ระดบั พลังงานชัน้ นอกสดุ : ถาอยูระดบั พลังงานสูงก็จะมีขนาดใหญ ใหญที่สดุ = Fr 2. จาํ นวนโปรตอน : เล็กท่สี ดุ = He ถา มีมากก็จะดงึ อิเลก็ ตรอนใหเ ขาใกลน ิวเคลยี ส อะตอมจะมีขนาดเลก็ ใหญ 3. จาํ นวนอเิ ล็กตรอน : ถา มีมากกก็ ระจายตัวรอบอะตอมไกลขึ้น อะตอมจะมขี นาดใหญ 53 31 167 112 Calculated Atomic Size (pm.) 87 67 56 48 42 38 190 145 118 111 98 88 79 71 243 194 184 176 171 166 161 156 152 149 145 142 136 125 114 103 94 88 265 219 212 206 198 190 183 178 173 169 165 161 156 145 133 123 115 108 298 253 217 208 200 193 188 185 180 177 174 171 156 154 143 135 127 120 Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uuo La Ce 247 206 205 238 231 233 225 228 226 226 222 222 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No ความเปนโลหะ และความเปนอโลหะ โลหะจะมีคุณสมบัติท่ีเดนชัดมากอยูประการหนึ่งคือความสามารถในการนําไฟฟาปลอยใหอิเล็กตรอนไหล ผานไปไดอ ยางอิสระ และสามารถใหอิเล็กตรอนได โดยเฉพาะเม่อื ทาํ ปฏกิ ิริยากบั กรด แลวเกิดเปนไอออนบวกของ โลหะ ความเปน โลหะจึงขึ้นกับความสามารถในการปลอ ยอเิ ลก็ ตรอนออกไป ซ่ึงขึน้ อยกู ับปจจยั 2 ประการคอื 1. ความเสถียรของการจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานตางๆ 2. ขนาดของอะตอม ซึ่งนวิ เคลียสจะตองดงึ อิเลก็ ตรอนวงนอกไว วิทยาศาสตร เคมี (68) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010

จากความเสถียรของระดบั พลงั งานท่เี คยกลา วไวแลว ธาตจุ ะเสถียรทสี่ ดุ เมือ่ อเิ ล็กตรอนเตม็ ในระดบั พลงั งานยอยๆ ทั้งหมด จึงพบไดว าหมู 18 มคี วามเสถียรสงู ทส่ี ุด และธาตใุ นหมูอืน่ ๆ จงึ พยายามจัดตัวใหเ ปน เหมือนหมทู ี่ 18 โดยการรับ หรือ จายอิเล็กตรอนเขาไปในระดับพลังงานยอ ยของตน เชน H He Li Be Metal and Non-Metal Elements B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uuo La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Metal Elements Non-Metal Elements Ionization Energy (I.E.) X+(g) + e- : ∆E = I.E. X(g) คอื พลังานจาํ นวนนอยทีส่ ดุ ท่ีทําใหอ เิ ล็กตรอนหลดุ ออกจากอะตอมของธาตใุ นสถานะกา ซ I.E. มาก I.E. (MJ/mole) 2.5 2.0 Maximum = He 1.5 Minimum = Fr 1.0 นอย 0.5 0.0 CLsi BBae TBi PCb BNi POo AFt NRne 1.31 2.37 0.52 0.90 Ionisation Energy (MJ / mole) 0.80 1.09 1.40 1.31 1.68 2.08 0.50 0.74 0.58 0.79 1.01 1.00 1.25 1.52 0.42 0.59 0.63 0.66 0.65 0.65 0.72 0.76 0.76 0.74 0.75 0.91 0.58 0.76 0.95 0.94 1.14 1.35 0.40 0.55 0.60 0.64 0.65 0.68 0.70 0.71 0.72 0.80 0.73 0.87 0.56 0.71 0.83 0.87 1.01 1.17 0.38 0.50 0.52 0.66 0.76 0.77 0.76 0.84 0.88 0.87 0.89 1.01 0.59 0.72 0.70 0.81 0.92 1.04 0.38 0.51 Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh 0.54 0.53 0.53 0.53 0.54 0.54 0.55 0.60 0.57 0.57 0.58 0.59 0.60 0.60 0.50 0.59 0.57 0.60 0.60 0.58 0.58 0.58 0.60 0.61 0.62 0.63 0.64 0.64 โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (69)

Electron Affinity (E.A.) X(g) : ∆E = -E.A.E.A. (kJ/mole) X(g) + e- 350 I.E. มาก 300 Maximum = He 250 Minimum = Fr 200 150 นอย 100 50 0 CLsi BBea TBi PCb BNi POo AFt NRne 59.6 Be 72.8 He Electron Affinity (kJ / mole) 26.7 154 7 141 328 Ne 52.8 Mg 42.5 134 72.0 200 349 Ar 48.4 2.37 18.1 7.60 50.6 64.3 Mn 15.7 63.7 112 118 Zn 28.9 119 78.0 195 325 Kr 46.9 5.03 29.6 41.1 86.1 71.9 53.0 101 110 53.7 126 Cd 28.9 107 103 190 295 Xe 45.5 14.0 50.0 Hf 31.0 78.6 14.5 106 151 205 223 Hg 15.2 35.1 91.2 183 270 Rn Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh 48.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Electronegativity (EN) ∆ENAB = BEAB - BEAA × BEBB Given : BE = Bond Energy I.E. มาก Maximum = He Minimum = Fr นอย 0.98 1.57 2.20 He Electronegativity (Pauling Unit) 2.04 2.55 3.04 3.44 3.98 Ne 0.93 1.31 1.61 1.90 2.19 2.58 3.16 Ar 0.82 1.00 1.36 1.54 1.63 1.66 1.55 1.83 1.88 1.91 1.90 1.65 1.81 2.01 2.18 2.55 2.96 3.00 0.82 0.95 1.22 1.33 1.60 2.16 1.90 2.20 2.28 2.20 1.93 1.69 1.78 1.96 2.05 2.10 2.66 2.60 0.79 0.89 1.27 1.30 1.50 2.36 1.90 2.20 2.20 2.28 2.54 2.00 1.62 2.33 2.02 2.00 2.20 Rn 0.70 0.90 Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh 1.10 1.12 1.13 1.14 Pm 1.17 Eu 1.20 Tb 1.22 1.23 1.24 1.25 Yb 1.10 1.30 1.50 1.38 1.36 1.28 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 วทิ ยาศาสตร เคมี (70) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแ คมป 2010

แบบฝกหัด ตวั อยางขอสอบ PAT2 ป 2552 1. ธาตุ X มเี ลขอะตอม 53 จงพจิ ารณาขอ ความตอ ไปน้ี ก. X รวมตวั กับโลหะปรอทแลวจะมสี ตู รเคมเี ปน Hg2X2 ข. X เมอ่ื เปนไอออนจะมีโครงสรางอิเลก็ ตรอนเปน 2 8 18 18 8 ค. X เมอ่ื เปนไอออนจะมรี ัศมีไอออนเล็กกวา ไอออนของธาตุท่มี ีโครงสรา งอเิ ลก็ ตรอนเปน 2 8 18 18 8 1 ขอ ใดถกู ตอง *1) ก. และ ข. 2) ข. และ ค. 3) ก. และ ค. 4) ข. 2. สารประกอบทเ่ี กดิ จากโลหะโซเดียมกับธาตุ X มวลโมเลกุลเฉล่ียของสารประกอบมีคา เทากับ 103 กรมั ตอ โมล เมือ่ ทาํ ปฏกิ ริ ยิ ากับสารละลาย AgNO3 จะไดตะกอนสีขาว ถาธาตุ X มี 45 นวิ ตรอน ขอ ใดคือการจดั อิเล็กตรอนทถี่ กู ตอ งของธาตุ X 1) 2 8 8 5 2) 2 8 8 6 *3) 2 8 18 7 4) 2 8 18 8 3. อะตอมหรอื ไอออนของธาตุคูใดเปนไอโซอเิ ลก็ ทรอนิก 1) O2 และ N2 2) O+ และ Ar 3) S2- และ Ne *4) S2- และ Ar 4. เมื่อเรว็ ๆ น้ี มีนกั วทิ ยาศาสตรช าตหิ น่ึงอา งวา ไดส งั เคราะหธ าตุทมี่ ีเลขอะตอมเทากับ 122 ซึ่งควรจะมี อิเล็กตรอนวงนอกสุดอยใู น g ออรบ ิทัล จงอาศยั ความรเู รือ่ งการจดั เรยี งอิเล็กตรอนทาํ นายวาธาตุน้ีควรจะมี อิเล็กตรอนอยใู น g ออรบิทัลจาํ นวนเทา ไร 1) 1 อเิ ล็กตรอน *2) 2 อิเลก็ ตรอน 3) 3 อเิ ลก็ ตรอน 4) 4 อิเล็กตรอน ตัวอยางขอสอบ 1. อเิ ล็กตรอนทีส่ ถานะพ้นื ของอะตอมไฮโดรเจน 1 โมล ถกู กระตุน ดวยพลังงาน 1230 kJ อเิ ลก็ ตรอนท่สี ถานะ กระตนุ น้ีจะคายพลังานทม่ี ีความยาวคล่ืนสั้นท่ีสุดกี่เมตร 1) 9.74 × 10-8 2) 9.74 × 10-11 3) 1.62 × 10-28 *4) 1.62 × 10-31 2. พิจารณาอะตอมและไอออนตอ ไปนี้ : 25A2+ 15B 16C2- 44D อะตอมหรอื ไอออนใดท่ีมจี าํ นวนอิเล็กตรอน เด่ียวมากที่สดุ *1) A2+ 2) B 3) C2- 4) D โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (71)

Covalent พันธะเคมี Metallic EN Ionic ++ +- EN EN สูง สูง ตํ่า สงู ต่าํ ตา่ํ การเขยี นสูตรโครงสรางโมเลกลุ โควาเลนต : Rojrit’s Method 1. วางธาตุที่มคี า EN ตํา่ ท่สี ดุ เปน อะตอมกลาง (ยกเวน H)/วางธาตุท่ีมีคา EN สูงกวาเปนอะตอมลอ มรอบ 2. สรา งพนั ธะและวางอิเลก็ ตรอนคโู ดดเดี่ยวใหอ ะตอมลอ มรอบเสถยี รท่ีสดุ คือมีอิเล็กตรอนครบ 8 3. ถา มีอเิ ล็กตรอนในระบบเหลือ ใหบ รรจุไวทอ่ี ะตอมกลางท้งั หมด 4. จดั โครงสรางใหเ สถียรข้นึ โดย : ถาอะตอมกลางมอี ิเลก็ ตรอนไมค รบ 8 จะไมเสถยี ร - โคออรด เิ นตอิเล็กตรอนคโู ดดเดยี่ วจากอะตอมลอ มรอบไปสรา งพันธะใหอะตอมกลางมอี เิ ลก็ ตรอนครบ ถา อะตอมกลางในระดบั พลังงาน L มีอเิ ล็กตรอนเกนิ 8 - ดงึ อเิ ลก็ ตรอนครู ว มพันธะออกไปไวท อ่ี ะตอมลอ มรอบ จนกวาอะตอมกลางจะมีอเิ ล็กตรอนตามกฎ 8 ประจลุ บควรอยูก ับธาตทุ ่มี ีคา EN สูง และประจบุ วกควรอยูกบั ธาตุทม่ี ีคา EN ต่ํา ควรมกี ารกระจาย ประจุใหม ากที่สุดเทา ท่จี ะเปนไปได ตวั อยางท่ี 1 SO2 (Valence Electron : 6 + 2(6) = 18) 1. วางธาตทุ มี่ คี า EN ต่าํ ท่สี ุดเปน อะตอมกลาง / วางธาตุทมี่ ีคา EN สูงกวา เปน อะตอมลอ มรอบ OS O 2. สรา งพันธะและวางอิเลก็ ตรอนคโู ดดเด่ยี วใหอะตอมลอ มรอบเสถยี รทส่ี ุด คอื มอี เิ ล็กตรอนครบ 8 OS O 3. ถา มอี ิเลก็ ตรอนในระบบเหลือ ใหบ รรจุไวที่อะตอมกลางท้ังหมด OS O วิทยาศาสตร เคมี (72) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010

ตวั อยางท่ี 2 CO (Valence Electron : 4 + 6 = 10) 1. วางธาตทุ มี่ คี า EN ตาํ่ ที่สุดเปนอะตอมกลาง / วางธาตทุ ่ีมีคา EN สูงกวาเปน อะตอมลอ มรอบ CO 2. สรา งพันธะและวางอิเล็กตรอนคโู ดดเดี่ยวใหอ ะตอมลอมรอบเสถยี รทส่ี ดุ คือมีอเิ ล็กตรอนครบ 8 CO 3. ถามอี เิ ล็กตรอนในระบบเหลอื ใหบ รรจุไวทีอ่ ะตอมกลางทงั้ หมด CO 4. ถาอะตอมกลางมอี เิ ล็กตรอนไมครบ 8 จะไมเสถียร - โคออรด เิ นตอเิ ลก็ ตรอนคโู ดดเด่ียวจากอะตอมลอมรอบไปสรางพันธะใหอ ะตอมกลางมอี เิ ล็กตรอนครบ CO CO ตัวอยางท่ี 3 N3- (Valence Electron : 3(5) + 1 = 16) 1. วางธาตทุ ่ีมีคา EN ต่าํ ทีส่ ุดเปน อะตอมกลาง / วางธาตทุ ม่ี คี า EN สงู กวา เปน อะตอมลอมรอบ NNN 2. สรางพนั ธะและวางอเิ ลก็ ตรอนคโู ดดเดย่ี วใหอะตอมลอมรอบเสถยี รทสี่ ดุ คอื มอี เิ ล็กตรอนครบ 8 NNN 3. ควรมกี ารกระจายประจุใหม ากที่สุดเทาท่จี ะเปนไปได NNN NNN 1N1−- N1+ 1N1−- (Major) 22−- (Minor) 1− 11−+ N N1+ N โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (73)

ตวั อยา งท่ี 4 : เขียนสูตรโครงสรา งของโมเลกุลตอไปนี้ สูตรโครงสรา ง สตู รโครงสรา ง 1 XeOF4 5 I-3 2 NCO- 6 NO2 3 CO23- 7 N2O 4 ClO-3 8 S2O32- มมุ พันธะ มุมพนั ธะ แปรผกผัน ความยาวพันธะ แปรผันตรง 1 ขนาดอะตอมครู ว มพนั ธะ แปรผันตรง 1 รูปรา งของโมเลกุล แปรผันตรง 2 จํานวนพนั ธะระหวางอะตอม แปรผกผัน 2 ขนาดของอะตอมกลาง แปรผกผัน 3 ขนาดของอะตอมลอ มรอบ 4 EN ของอะตอมกลาง 5 EN ของอะตอมลอมรอบ ตวั อยา งที่ 5 : ประมาณคามมุ พนั ธะรอบอะตอมกลางในโมเลกลุ ตอไปนี้ รูปรา งโมเลกุล รปู รา งโมเลกุล 1 CO23- 4 CH3+ 2 ClO-3 5 N2O 3 I-3 6 NO2 วิทยาศาสตร เคมี (74) __________________________ โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010

ตัวอยางที่ 6 : จากโมเลกุลคูต อ ไปนี้ วงกลมลอมรอบโมเลกุลทีม่ มี ุมพนั ธะรอบอะตอมกลางกวา งกวา 1. NH3 และ NCl3 4. SO32- และ SO24- 2. AlCl3 และ NCl3 5. ClO-3 และ IO-3 3. CH3+ และ H3O+ ตวั อยา งท่ี 7 : จากจากโมเลกลุ คตู อไปน้ี วงกลมลอมรอบโมเลกลุ ทม่ี ีความยาวพนั ธะทกี่ ําหนดใหมากกวา 1. C−C ของ C2H2 และ C2H4 4. C−O ของ CO และ CO2 2. N−N ของ N2O และ N-3 5. S−O ของ SO32- และ SO24- 3. O−O ของ O2 และ O3 ความมขี ว้ั ขั้วของพันธะ เปนผลจาก ∆EN ของอะตอมครู วมพันธะ ขัว้ ของโมเลกลุ ผลรวม Vector ของขวั้ พันธะ ตัวอยางที่ 8 : จากโมเลกลุ คูต อไปน้ี วงกลมลอมรอบโมเลกุลทีม่ ีขัว้ มากกวา (ขอ ละ 1 คะแนน) 1. COCl2 และ CH2O 4. SO3 และ SO2 2. NCl3 และ PCl3 5. CuCl และ HCl 3. SF4 และ SF6 แรงระหวางโมเลกุล 1. London Dispersion Force - ไฟฟาสถติ ยอันเกิดจากการกระจายตวั ของอิเลก็ ตรอนในโมเลกุลแบบสุม 2. Dipole-Dipole Interaction - ไฟฟาสถติ ยเกิดจากการกระจายตวั ของอเิ ล็กตรอนในโมเลกลุ ดว ยคา EN ของอะตอมองคป ระกอบ 3. Dipole-Induced Dipole Interaction - การเหนี่ยวนาํ โมเลกุลทไ่ี มม ีขว้ั ดว ยสนามไฟฟา จากโมเลกลุ ท่ี มีขั้ว 4. Hydrogen Bond - เกิดเมือ่ a. มี H ทข่ี าดอิเล็กตรอน เนอ่ื งจากสรางพันธะอยกู บั ธาตุ EN สงู b. มอี ิเล็กตรอนคูโดดเด่ียวท่หี นาแนน ของธาตุคาบ 2 (F, O และ N) โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (75)

ตวั อยางที่ 9 : จากโมเลกลุ คตู อ ไปนี้ วงกลมลอ มรอบโมเลกลุ ท่ีมแี รงยดึ เหน่ียวระหวางโมเลกุลสงู กวา 1. CO2 และ CS2 4. H2O และ HF 2. CF4 และ SF4 5. CuCl และ HCl 3. SiCl4 และ SiO2 6. AlCl3 และ NCl3 Valence Shell Electron Pairs Repulsion (VSEPR) Geometrical Structure Trigonal Greo-ups Geometrical Structure Greo-ups Bipyramidal 2 Linear Trigonal Planar Seesaw 3 T-Shape 5 Bend (V) Tetrahedral Linear 4 Pyramidal Octahedral 6 Bend (V) Square Pyramidal Square Planar วทิ ยาศาสตร เคมี (76) __________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010

ตัวอยางที่ 10 : ระบรุ ูปรา งโมเลกลุ ในตัวอยางท่ี 1 รปู รางโมเลกุล รปู รา งโมเลกลุ 1 XeOF4 5 I-3 2 NCO- 6 NO2 3 CO23- 7 N2O 4 ClO-3 8 S2O23- การอา นชื่อโมเลกุลโควาเลนต 1. โมเลกลุ ทเี่ กดิ จากธาตุ 2 ชนิด AxBv A เปนอะตอมกลาง อานชอ่ื ธาตุตามปรกติ B เปนอะตอมลอ มรอบ อานชอ่ื ธาตุ แตเ ปลี่ยนคาํ ลงทายเปน -ide บอกจํานวนธาตอุ งคประกอบ จาํ นวน 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... คําอา น mono di tri tetra penta Hexa hepta octa nona ... ยกเวน 1. อะตอมกลางเทา กบั 1 ไมตอ งอาน mono 2. อะตอมลอ มรอบเปน H ไมต องบอกจาํ นวน เพราะไมสามารถเกิดสารประกอบเกนิ octet ได ตวั อยางท่ี 11 : อานชือ่ โมเลกลุตอไปนใ้ี หถ กู ตอง ชอ่ื โมเลกลุ ช่ือโมเลกุล 1 N2O 5 H2O 2 NO 6 D2O 3 NO2 7 H2S 4 N2O4 8 HCl 2. กรดไฮโดร (Hydro acid) HxAy (aq) HxAy (aq) HxAy (g) เปล่ยี นเปน HxAy (aq) อานวา _____-ic acid จากช่ือ HxAy (g) อา นวา _____-ide โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (77)

ตัวอยา งท่ี 12 : เติมตารางตอ ไปน้ใี หส มบรู ณ สตู รโมเลกลุ ชื่อสารประกอบ ชอ่ื สารละลายกรด 1 HCN Hydrogen cyanide Hydrofluoric acid 2 3 Hydrogen selenide 3. กรดออกซี (Oxy acid) HxAOy (aq) หมู สูตร ช่ือ หมู สตู ร ชื่อ 4 H2CO3 Carbonic acid 6 H2SO4 Sulfuric acid H2SO3 Sulfurous acid HNO3 Nitric acid HNO2 Nitrous acid HClO4 Perchloric acid 5 H3PO4 Phosphoric acid 7 HClO3 Chloric acid HClO2 Chlorous acid H3PO3 Phosphorous acid H3PO2 Hypophosphorous acid HClO Hypochlorous acid ตัวอยา งที่ 13 : เติมตารางตอไปนีใ้ หสมบรู ณ สตู ร ชอื่ สูตร ชอื่ 1 Periodic acid 3 HMnO4 2 Arsenic acid 4 H2MnO4 พันธะโลหะ เมื่ออะตอมคูรว มพันธะตางมคี า EN นอยมาก อเิ ลก็ ตรอนจะสามารถเคลอื่ นท่ีไปบนอะตอมตา งๆ ในกอ น โลหะได โดยอะตอมของโลหะจะถกู ยึดใหเรียงชิดตดิ กันมากทส่ี ุด (closest packing) ชัน้ A ชั้น B ชน้ั C วทิ ยาศาสตร เคมี (78) __________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010

ดังน้นั จะเหน็ ไดวา การเรียงตวั อยา งเปน ระเบยี บน้สี ามารถทําได ใน 2 ลกั ษณะที่แตกตางกัน คือ แบบสลับชั้น ABABAB … เรียกวา hexagonal closest pack (hcp) และ แบบสลบั ชั้น ABCABCABC … เรียกวา cubic closest pack (ccp) จากโครงสรา งดังกลา ว โลหะจึงสามารถนาํ ไฟฟา ไดท ุกทิศทาง hexagonal closest pack (hcp) : ABABAB cubic closest pack (ccp) : ABCABCABC พนั ธะไอออนิก เม่อื อะตอมคูร ว มพันธะมคี า EN แตกตางกนั มาก จนกระทั่งทําใหการกระจายตวั ของอิเล็กตรอนเกดิ ข้ัวทาง ไฟฟา มากพอที่จะเกิดเปน ไฟฟา สถติ (electrostatic force) เกาะยึดระหวา งอะตอมตอ เน่ืองกันไปเปน ผลกึ สามมิติ แลว จะเรยี กพันธะเหลานี้วาพันธะไอออนกิ โครงสรา งของผลึกจะเกิดจากการท่อี ะตอมที่มปี ระจตุ า งกนั ยึดเหน่ียวกนั จนชิดติดกนั มากท่สี ุด โดยไอออน ที่มขี นาดเล็กกวา จะแทรกตวั อยตู ามโพรงที่เกดิ จากการจัดเรยี งตวั แบบ hcp หรอื ccp ของไอออนอกี ชนิดหนึ่งท่ีมี ขนาดใหญก วา โพรงสามเหลย่ี ม โพรงทรงสห่ี นา โพรงทรงแปดหนา trigonal hole tetrahedral hole octahedral hole rhorle < 0.155 rhorle < 0.225 rhorle < 0.1414 ตัวอยางผลึกไอออนิก เชน NaCl จะพบวา 1 uniet cell จะประกอบดวย Na+ และ Cl- อยา งละ 4 ไอออน โดย Na+ ซงึ่ มีขนาดเลก็ กวา จะบรรจุอยูในโพรงทรงแปดหนาครบทุกโพรง ดงั รูปตอ ไปน้ี เมื่อไอออนสีฟาแทน Na+ และไอออนสชี มพแู ทน Cl- โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (79)

Born-Fajans-Haber cycle เปนการเขยี นแผนภาพเพ่อื แสดงคา พลงั งานโครงรางผลกึ (Lattice Energy) หรอื พลงั งานพันธะของผลึก ไอออนกิ ซ่ึงไดจ ากการคํานวณจากคาพลงั งานอ่นื ๆ เพื่อเปลีย่ นรูปจากธาตุองคประกอบในสภาวะปรกติไปเปนผลกึ ไอออนกิ โดยแผนภาพนไ้ี มไดเปน การแสดงกลไกการเกิดปฏิกริ ิยาแตอยา งใด เพยี งแตเ ปนแผนภาพทีแ่ สดงการนาํ คาพลังงานทที่ ราบคาแลว มาคํานวณหาคาพลงั งานโครงรางผลึกเทา นนั้ เชน ปฏิกิริยาการสงั เคราะห NaCl จาก Na(s) และ Cl2(g) Na(s) Na(g) ∆E = +107 kJ พลงั งานการระเหิด 12 Cl2(g) Cl(g) ∆E = +122 kJ พลงั งานพันธะ Na(g) Cl(g) + e- Na+(g) + e- ∆E = +496 kJ พลังงานไอออไนเซชนั Na+(g) + Cl-(g) Cl-(g) ∆E = -349 kJ สัมพรรคภาพอเิ ลก็ ตรอน NaCl(s) ∆E = -787 kJ พลงั งานโครงรา งผลึก Na(s) + 21 Cl2g NaCl(s) ∆E = -411 kJ พลงั งานของปฏกิ ิริยา ดงั นัน้ ถาทราบคา พลังงานการระเหิดของโลหะโซเดียม พลังงานไออไนเซชนั ของโลหะโซเดียม พลังงาน พนั ธะของแกส คลอรีน สัมพรรคภาพอเิ ล็กตรอนของคลอรนี และพลังงานของปฏิกิรยิ านีแ้ ลว กจ็ ะสามารถ คาํ นวณหาคา พลงั งานโครงรา งผลึกได ซ่งึ สามารถเขียนเปนวัฏจกั รท่ีเรยี กวา Born-Fajans-Haber cycle ได ดงั แผนภาพตอไปน้ี Na+(g) + Cl(g) + e- Na(g) + Cl(g) Na+(g) + Cl-(g) Na(s) + Cl(g) Na(s) + 1/2Cl2g NaCl วิทยาศาสตร เคมี (80) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010

การอา นช่อื โมเลกลุ ไอออนกิ ไอออนิกโมเลกลุ จะเกิดจากไอออน บวก และลบ รวมกันใหไ ดเปนสารประกอบที่เปน กลางทางไฟฟา จงึ มี เพียงสตู รเดยี วไมจาํ เปน ตอ งระบจุ าํ นวนขององคประกอบ มสี ูตรทวั่ ไปเปน (Ay+)x(Bx-)y = AxBy A เปนไอออนบวก ถาเปนไอออนของธาตุเด่ียวอา นช่อื ธาตุตามปรกติ B เปนอะตอมลอมรอบ ใหเ ปล่ยี นคําลงทายตามตารางตอ ไปน้ี ไอออนลบของธาตุเด่ยี ว ไอออนลบจากกรดออกซี -ide กรด -ic acid กรด -ous acid เปล่ียนคาํ ลงทายเปน -ate -ite ตัวอยางชือ่ ไอออนอืน่ ๆ สตู ร ชอื่ สตู ร ชอ่ื NH4+ Ammonium Aluminate C2O24- Al(OH)-4 Cyanate OH- Oxalate NCO- Peroxide Hydroxide O22- Thiosulfate SH- Hydrosulfide (Bisulfide) S2O32- ตวั อยา งที่ 14 : เตมิ ตารางตอไปนีใ้ หส มบรู ณ สตู ร ชือ่ สตู ร ชือ่ 1 LiH 5 Na2CrO4 Calcium phosphate 2 Ca2C 6 NaNH2 Sodium bisulfite 3 KMnO4 7 4 Na2SiO3 8 ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการละลายของผลึกไอออนิก จะเก่ยี วขอ งกบั พลังงาน 2 คาหลกั คือ พลงั งานพันธะ ระหวา งไอออน หรอื พลังงานโครงรางผลึก (lattice energy : U) และแรงยดึ เหน่ียว ไอออน-ไดโพล หรอื พลังงานไฮเดรชัน (hydration energy : H) เนื่องจากพลงั งานทัง้ 2 ชนิดนม้ี ีคามากกวาแรงยดึ เหน่ยี วระหวา ง โมเลกลุ ของนํ้ามาก จึงไมต องนําพลังงานจากแรงยึดเหน่ยี วของนาํ้ มาคดิ +U -U โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (81)

พลังงานจากการละลายของผลกึ สารประกอบไอออนิก โดยพจิ ารณาจากคาพลงั งานโครงรางผลกึ และ พลงั งานไฮเดรชัน จึงสามารถสรปุ เปนตารางไดว า U = H Isothermic ความสามารถในการละลาย U<H Exothermic U=H (ละลายแบบคายความรอ น) U>H Endothermic (ละลายแบบดูดความรอน) U >>> H ไมสามารถละลายได อุณหภมู ิในการละลาย (oC) ตัวอยา งขอสอบ PAT2 ป 2552 4) O2 SO2 CO2 4) CCl4 SO24- XeF4 1. โมเลกลุ ในขอใดเปน โมเลกุลมีขว้ั ทั้งหมด หรอื ไมมขี วั้ ท้ังหมด 1) HI CS2 O2 *2) N2 PCl5 CCl4 3) N2 NH3 SO3 2. โมเลกลุ ในขอใดมีโครงสรา งเหมอื นกนั ทั้งหมด 1) CO2 SO2 CS2 2) NH3 PH3 SO3 *3) CO2 N2 N-3 ตวั อยา งขอ สอบ 1. ถา สารประกอบโคเวเลนตทม่ี ีสูตร AB5 และมีรปู รางโมเลกุลเปน พีระมดิ คูฐานสามเหลยี่ ม ขอ ใดตอ ไปนีถ้ ูก 1) โมเลกุลเปนไปตามกฎออกเตต *2) แรงยดึ เหน่ยี วระหวางโมเลกุลเปนแรงลอนดอน 3) A เปนธาตทุ ่ีอยูหมูเ ดยี วกับธาตุทีม่ ีเลขอะตอมเทากบั 34 4) B เปน ธาตทุ ีอ่ ยหู มเู ดยี วกับธาตุทร่ี บั หรือใหอเิ ล็กตรอนยากทส่ี ดุ ในตารางธาตุ 2. โมเลกลุ คูใ ดเปนโมเลกุลโคเวเลนตทม่ี ีรปู รา งโมเลกลุ ลกั ษณะเดยี วกัน แตส ภาพข้ัวของโมเลกุลตางกนั 1) CO2 และ SO2 2) AsI3 และ BCl3 3) XeF4 และ CHCl3 *4) CCl4 และ POCl3 3. กาํ หนดพลงั งานพนั ธะเฉล่ยี (ในหนวย kJ/mol) เปน ดังนี้ C-C = 348 C-H = 413 C-Cl = 327 C=C = 614 H-Cl = 431 พจิ ารณาปฏกิ ริ ยิ าตอ ไปนี้ Cl CH3CH = CH2 + HCl H3C C CH 3 ปฏกิ ริ ิยานค้ี ายพลังงานหรือดูดพลังงานกก่ี โิ ลจูล H 1) ดูดพลังงาน 284 2) คายพลังงาน 284 3) ดูดพลงั งาน 43 *4) คายพลังงาน 43 วิทยาศาสตร เคมี (82) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010

สมบัติของธาตแุ ละสารประกอบ สารประกอบคลอไรด Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl XCl4 XCl3 XCl2 XCl XCl XCl2 XCl3 Be Mg K Ca ของแขง็ Li Na Si P S ของเหลว C N B แกส O F ไมละลายนา้ํ C N Li Na ละลายนาํ้ กลาง F O Mg K Ca Be B Al กรด SP Si สารประกอบออกไซด Li Be B C NO F Na Mg Al Si PS Cl X2O XO X2O3 XO2 X2O5 XO2 X2O Be Mg B Al Si P N ของแข็ง Li Na Cl ของเหลว H S F K Ca F แกส C Al S Cl Na B เบส Mg NP ไมละลายนํ้า กรด Si Amphoteric Be ละลายนาํ้ เบส Li กรด C ความเปนกรด + (ท้งั ออกไซด และคลอไรด) - โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (83)

สารประกอบเชิงซอนของธาตุทรานซชิ นั ธาตุทรานซชิ นั สามารถเกดิ เปนสารประกอบเชงิ ซอ นกบั ไอออน หรอื โมเลกลุ ใดๆ ท่มี ีอิเลก็ ตรอนคโู ดดเดย่ี ว เหลืออยูได โดยการรบั อเิ ลก็ ตรอนคูโดดเดยี่ วน้นั เขา มายงั ออรบ ิทอลในที่วางอยู เชน การรับอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวของ N เอาไว Cu ก็จะเกิดเปน NH2 NH2 สารประกอบเชิงซอนขนาดใหญขึ้นมาไดซึ่งจะเห็นไดวามีโครงสราง Cu Cl2 ซับซอนมากขึ้น และมีทั้งสวนท่ีเปน ionic และ covalent บนกันอยู ในโมเลกลุ NH2 NH2 เรียกโมเลกลุ หรือไอออนทเี่ ขามาลอมรอบธาตทุ รานซิชนั นว้ี า “ลแิ กนด (ligand)” โดยลิแกนด 1 โมเลกุล สามารถใหอ ิเลก็ ตรอนแกอะตอมกลางไดมากกวา 1 ตําแหนง ก็ได บริเวณที่ลิแกนด และอะตอมกลางเกดิ พนั ธะกัน นน้ั เรียกวา Co-ordination sphere สว นไอออนที่อยูรอบนอกทําหนาทีส่ มดุลประจไุ ฟฟาอยูน้นั จะเกดิ เปน พันธะ ไอออนอยูรอบๆ กบั Co-ordination sphere เรยี กวาเปน Counter ion สารประกอบเชิงซอนของธาตทุ รานซิชันนี้ เกดิ ไดในหลากหลายรูปแบบมาก โดยมีโครงสรา งท่ีแตกตางกัน มากมาย ทัง้ ยงั เปน สารทมี่ ีสีท่ีแตกตา งกนั ไปดว ยซ่ึงข้นึ อยกู บั 1. ชนิดของโลหะ 2. ชนิดของลแิ กนด 3. รูปรางโมเลกุล 4. จาํ นวนลิแกนด 5. เลขออกซิเดชนั เลขออกซเิ ดชนั ก็คือ เลขทแ่ี สดงคาประจขุ องอะตอมในสารประกอบ วา อะตอมนั้นมีประจุอยูเ ทา ไรโดย พจิ ารณาจากคา EN วา อะตอมนนั้ ถูกดงึ อเิ ล็กตรอนไป หรอื ไดรับอเิ ล็กตรอนมาเปนจาํ นวนเทา ใด ดังนั้นในสารประกอบไอออนกิ และโคเวเลนตต ามปรกตินัน้ ก็สามารถหาคาเลขออกซเิ ดชันไดงา ย จากการ พจิ ารณาการดึงดดู จา ย และรับ อิเล็กตรอนของธาตแุ ตละอะตอมน่ันเอง เชน H C มี EN สงู กวา H รับอเิ ลก็ ตรอนจาก H มาพันธะละ 1 รวมเปน 2 OC C มี EN ต่ํากวา O ใหอ ิเลก็ ตรอนกบั O ไปพันธะละ 1 รวมเปน 2 C รวมแลว ไดม า 2 ใหไ ป 2 มเี ลขออกซิเดชัน = 0 H O มี EN สงู กวา C รับอิเล็กตรอนจาก C มาพันธะละ 1 รวมเปน 2 O รวมแลวไดม า 2 ใหไ ป 0 มเี ลขออกซิเดชนั = -2 H มี EN ตํ่ากวา C ใหอ เิ ล็กตรอนกบั C ไปพันธะละ 1 รวมเปน 1 H รวมแลวไดม า 0 ใหไป 1 มีเลขออกซิเดชัน = +1 O CO C มี EN ตํา่ กวา O ใหอเิ ลก็ ตรอนกบั O ไปพนั ธะละ 1 รวมเปน 4 C รวมแลว ไดม า 0 ใหไ ป 4 มเี ลขออกซิเดชนั = +4 O มี EN สงู กวา C รับอิเล็กตรอนจาก C มาพันธะละ 1 รวมเปน 2 O รวมแลวไดม า 2 ใหไ ป 0 มีเลขออกซิเดชนั = -2 วิทยาศาสตร เคมี (84) __________________________ โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010

ในกรณีของสารประกอบเชิงซอนก็ใชว ิธีคลายๆ กัน แตเนอื่ งจากวา ธาตุทรานซชิ นั นน้ั สามารถเกดิ เปน ไอออนไดหลายคา จงึ ตอ งระมัดระวังในการคํานวณ และคดิ เปน ลาํ ดบั สุดทา ย โดยคํานวณจากคาเลขออกซเิ ดชัน ของธาตทุ ่ีมเี ลขออกซิเดชันแนน อนกอน เชน OH2 H2O เปน โมเลกลุ ทีเ่ ปนกลาง มีเลขออกซเิ ดชันของโมเลกลุ = 0 OH2 Cl- เปนไอออน 1- มีเลขออกซเิ ดชันของไอออน = -1 H2O Cl2 ดงั นนั้ Co จะมเี ลขออกซิเดชนั = +2 H2O Co OH2 OH2 Cl + H2O เปนโมเลกุลทีเ่ ปน กลาง มีเลขออกซิเดชันของโมเลกลุ = 0 Cl- เปนไอออน 1- มีเลขออกซิเดชนั ของไอออน = -1 H2O Cr OH2 Co-ordination sphere นี้มปี ระจุรวม = 1+ H2O ดงั น้นั Cr จะมเี ลขออกซิเดชัน = +3 Cl อยางทไี่ ดกลา วไปแลววา โลหะทรานซชิ ันนัน้ มีคาเลขออกซิเดชันไดห ลายคา โดยสามารถสรปุ คาเลข ออกซเิ ดชนั ท่เี ปนไปไดข องโลหะทรานซชิ ันในคาบที่ 4 ออกมาไดเ ปน ตารางดงั น้ี โดยตัวหนา แสดงคา ทพี่ บไดม าก Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +5 +5 +5 +5 +6 +6 +6 +7 ดงั นัน้ การอานช่ือของสารประกอบเชงิ ซอ นจึงตอ งระบตุ ัวเลขออกซเิ ดชันของโลหะทรานซิชนั ดวย จึงจะถกู ตอ ง และไดขอมลู ที่ครบถวน การอา นช่ือสารประกอบเชงิ ซอ น หลักการอานชือ่ นัน้ เนอ่ื งจากโมเลกุลทเี่ ปน สารประกอบเชงิ ซอ นน้ันมีทง้ั พนั ธะโคเวเลนต และไอออนกิ อยู ดว ยกนั จึงตองอานดว ยหลกั ทั้ง 2 แบบ คอื 1. การอานชือ่ สารประกอบไอออนิก อานประจบุ วกกอน แลว ตามดว ยประจุลบ โดยไมตอ งบอกจํานวน 2. การอานชื่อสารประกอบโคเวเลนต (ใน Co-ordination sphere) อา นช่อื ลแิ กนดป ระจุลบกอน แลวอา นชือ่ ลแิ กนดท่ีเปน กลาง โดยบอกจํานวนแบบการอานโคเวเลนต อานชื่ออะตอมกลางโดยระบุคา เลขออกซิเดชนั โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (85)

ตอ ไปนี้ การอานชอื่ ลแิ กนด และอะตอมกลางนัน้ จะไมใ ชชือ่ สามัญ แตจ ะมกี ารเปลย่ี นแปลงเลก็ นอ ย ดังที่จะกลา ว 1. โลหะที่อยใู น Co-ordination sphere ที่เปนบวก และเปนกลาง ใหอ า นช่อื ภาษาอังกฤษ 2. โลหะท่ีอยูใน Co-ordination sphere ทเ่ี ปน ลบ ใหอา นชอื่ ภาษาลาติน แลว ลงทา ยวา “ate” 3. ลแิ กนดใ หลงทายวา “o” 4. ลแิ กนดบางชนดิ เปลย่ี นชอ่ื ไป เชน NH3 = amino, H2O = aqua, CO = carbonyl จากหลกั เกณฑด ังกลาวก็จะสามารถอานช่ือสารประกอบเชิงซอนในระดบั พืน้ ฐานไดแ ทบทั้งหมดแลว ตวั อยาง การอา นชอ่ื สารประกอบเชงิ ซอน เชน N[KC3ao[3F([NeC(HrC(3NN)4O)6C2]l)26]]NO3 = Potassium hexacyanoferrate(III) = Dichloro-tetraaminocobalt(III) nitrate = Sodium hexanitrochromate(III) สารกมั มันตรงั สี สารกมั มนั ตรงั สี คอื สารทีส่ ามารถแผรังสี และกลายเปนอะตอมของธาตอุ ืน่ ๆ ได กมั มันตภาพรงั สี คอื ปรากฏการณท ีส่ ารสามารถแผร งั สีไดเองอยางตอ เนอื่ ง เปน การเปลยี่ นแปลงภายใน นวิ เคลยี สของไอโซโทปท่ไี มเ สถียร โดยการสลายตวั ท่ีเกดิ ขน้ึ จะเกดิ ตอ เน่ืองกันไปจนกระทั่งไดเ ปนไอโซโทปที่ เสถยี รออกมา ชนดิ ของรงั สี ช่อื สญั ลักษณ ประจุ มวล (amu) การทะลทุ ะลวง สมบตั ิอืน่ ๆ แอลฟา 2-H1ee04 (α) 2+ 4.00276 ไมผ านกระดาษ เบนหาขัว้ ลบ เบตา (β) 1- 0.000540 มากกวา α 100 เทา เรว็ เกือบเทาแสง แกมมา γ 00 คลาย X-ray เปน คลน่ื แมเหล็กไฟฟา รังสีแอลฟา : เกิดจากการสลายตวั ของนิวเคลียสที่มีขนาดใหญมากๆ ทาํ ใหมีความเสถยี รของนวิ เคลยี สตาํ่ จงึ สลายตวั ปลดปลอยนิวตรอน และโปรตอนออกมาพรอ มกนั ในรูปของรังสแี อลฟา ซ่งึ พบไดม ากในอะตอมขนาดใหญ ทุกชนิด ดงั นั้นเมอ่ื ปลอยออกมาแลวจะกลายไปเปนธาตุทีข่ นาดเลก็ ลง โดยมวลลดลง 4 เลขอะตอมลดลง 2 เชน 92U238 90Th234 + 2He4 รงั สีเบตา : เกดิ จากการสลายตวั ของนวิ เคลียสทม่ี นี ิวตรอนมากเกนิ ไป จึงสลายนิวตรอนไปกลายเปน โปรตอน และอเิ ล็กตรอน ดงั สมการตอ ไปน้ี 0n1 1p1 + -1e0 โดยทีโ่ ปรตอนจะยงั ตดิ อยทู ีน่ ิวเคลยี สสว นอเิ ลก็ ตรอนจะหลดุ ออกมาเปน รงั สเี บตา ดงั นน้ั เม่ือปลอยออก มาแลว จะกลายไปเปนธาตทุ ่ีมมี วลเทา เดมิ แตเ ลขอะตอมเพิม่ ขึ้น 1 เชน 13Al28 14Si28 + -1e0 วิทยาศาสตร เคมี (86) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010

โพซติ รอน : เกิดจากการสลายตัวของนวิ เคลยี สที่มโี ปรตอนมากเกนิ ไป จงึ สลายโปรตอนไปกลายเปน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ดงั สมการตอไปนี้ 1p1 0n1 + +1e0 โดยทน่ี วิ ตรอนจะยังติดอยทู ีน่ วิ เคลียสสวนโพซติ รอนจะหลดุ ออกมาเปนรงั สี ดังน้นั เม่ือปลอยออกมาแลวจะ กลายไปเปน ธาตทุ ่มี มี วลเทา เดิม แตเ ลขอะตอมลดลง 1 เชน 7N13 6C13 + +1e0 รังสีแกมมา : เกิดจากการสลายตวั ของนวิ เคลียสใหร งั สอี อกไปแลว แตยงั มพี ลงั งานเหลอื อยสู งู จงึ คายพลงั งาน นั้นออกมาอีกในรูปของคลนื่ แมเหลก็ ไฟฟา โดยไมส ง ผลใหมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในนิวเคลยี ส ดงั สมการตอ ไปน้ี 83Bi212 81Tl208 * + 2He4 81Tl208 * 81Tl208 + γ เราจะเรยี กสมการท่แี สดงปฏิกริ ยิ านวิ เคลยี รตา งๆ ที่เขียนมาทงั้ หมดน้ีวา สมการนวิ เคลียร ซง่ึ การสมดลุ สมการตอ งพิจารณาเลขมวล และเลขอะตอม ของสารในปฏกิ ิรยิ า โดยจะตอ งใหเลขมวล และเลขอะตอมของทงั้ 2 ดานเทากนั เสมอ โดยอาศัยการเตมิ เลขสัมประสทิ ธ์ิลงไปขางหนาสญั ลกั ษณธาตเุ หมอื นการสมดุลสมการตามปกติ ครงึ่ ชีวิต การสลายตัวของสารกัมมนั ตรงั สนี ้นั ไมข ึน้ กบั สภาพแวดลอม หรอื ความเขมขน หรอื ปจจัยใดๆ ทง้ั สน้ิ จะ ขน้ึ อยูกเ็ พยี งจาํ นวนอะตอมของธาตุกัมมันตภาพรังสเี ทา นน้ั โดยพบวาเริ่มตนจากธาตกุ ัมมันตรังสีจาํ นวนหนง่ึ ระยะเวลาท่สี ลายตัวจะเหลือเปน จํานวนครึง่ หน่งึ จะเปน คาคงทเ่ี สมอในธาตกุ มั มันตภาพรงั สีไอโซโทปนน้ั ๆ เรียก ระยะเวลานว้ี า ครงึ่ ชีวิต มีสัญลักษณเปน T หรือ t1/2 เชน Ra-88 มคี ร่ึงชวี ิต 1620 ป ถามี Ra-88 อยู 1 กรัม 1620 ปผา นไปจะเหลือ 0.5 กรัม อีก 1620 ปต อ มาจะเหลอื 0.25 กรัม โดยมกั จะใชค า น้ีหาอายุของวัตถุโบราณ ซึ่งนยิ มใช C-14 ซ่ึงมีครง่ึ ชีวิตอยปู ระมาณ 5600 ป เทียบกับ C-14 ของส่ิงทค่ี ลา ยกันในปจจุบนั เชนหาอายุของกระดูกสัตว ก็ใช C-14 ทม่ี ใี นสตั วท่ียังมชี วี ติ อยู สูตรการคํานวณคือ N = N02-t/T ปฏิกิริยานวิ เคลยี ร ปฏิกริ ยิ านิวเคลียรค อื การเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอม ซ่ึงตา งจากปฏิกิรยิ าเคมี อันเปน การ เปลยี่ นแปลงทเี่ กดิ ขน้ึ บรเิ วณอิเลก็ ตรอนวงนอก เราสามารถแบงปฏกิ ริ ิยานิวเคลยี รอ อกไดเ ปน 2 ชนิดดว ยกัน คอื ปฏิกริ ยิ าฟวชนั (Fusion reaction) และปฏิกริ ิยาฟชชนั (Fission reaction) ปฏกิ ริ ยิ าฟช ชนั เปนปฏิกริ ยิ าทีเ่ กดิ จากการสลายตวั ของธาตุขนาดใหญ แตกออกเปน ธาตขุ นาดกลาง 2 อะตอม ซงึ่ สามารถเกดิ ไดง ายเมือ่ ยงิ นวิ ตรอนเขาไปท่ีนิวเคลยี สของธาตขุ นาดใหญ เชน 92U235 + 0n1 56Ba144 + 36Kr90 + 2 0n1 จะเหน็ ไดวา เม่ือเกิดปฏกิ ริ ยิ านีแ้ ลว จะมนี ิวตรอนเกิดขนึ้ ใหมอ ีก 2 ตวั ซ่ึงจะเขาไปชนนวิ เคลียสของ U235 อืน่ ๆ ทเี่ หลอื อยูตอไป เกดิ เปนปฏกิ ริ ิยาลูกโซขนึ้ การจะหยดุ หรือควบคุมปฏกิ ริ ิยาลกู โซนี้ สามารถทําไดโดยการจับนวิ ตรอนเอาไว ซ่งึ ทาํ ไดโ ดยใชแ ทงโลหะ บางชนดิ ที่มสี มบตั จิ ะจบั นิวตรอนได เม่ือปฏกิ ริ ิยานคี้ วบคมุ ได จงึ มีการนาํ ไปใชในการผลติ กระแสไฟฟา ตอมาใน ภายหลัง โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (87)

ปฏกิ ริ ยิ าฟวชนั เปน ปฏิกริ ยิ าท่เี กิดจากการรวมตวั กนั ของธาตขุ นาดเล็ก กลายไปเปนธาตุขนาดกลาง 2 อะตอม ซ่งึ สามารถเกิดไดท อ่ี ุณหภมู ิสูงมากๆ เทา นั้น เชน 1H2 + 1H3 2He4 + 0n1 การจะหยุด หรือควบคมุ ปฏิกริ ยิ าน้ี ไมสามารถทําไดเพราะปฏกิ ริ ยิ านี้จะเกิดไดเ องท่ีอณุ หภมู ิสงู ๆ แลว คาย พลังงานออกมาอีก ดงั น้ันอณุ หภมู ิกจ็ ะสงู ข้ึนเรือ่ ยๆ ปฏกิ ริ ิยาจะหยุดก็ตอ เมื่อเชอ้ื เพลิงหมดแลวเทา นั้น Fusion Fission 1. เกดิ จากการหลอมรวมกนั ของนวิ เคลยี ส 1. สลายตัวจากธาตุหนกั 2. เกิดยาก ใชอณุ หภมู สิ ูงถงึ 2 × 108 องศา 2. เกดิ งาย 3. พลงั งานสงู ตอ 1 ปฏิกิรยิ านอ ย 3. ใหพ ลังงานตอ 1 ปฏกิ ริ ิยามาก 4. เกดิ ปฏกิ ิรยิ าเรว็ มาก 4. เกิดปฏกิ ริ ิยาชา กวา 5. ระยะเวลาเทากนั ใหพ ลงั งานสงู กวา มาก 5. ระยะเวลาเทากนั ใหพ ลงั งานนอ ยกวามาก 6. สารตั้งตน มีมาก หางาย 6. สารต้งั ตนหายาก ราคาแพง 7. ควบคุมไมไ ด 7. ควบคมุ ไดง าย แบบฝกหดั 1. ผสมสารตอ ไปนี้เขา ดวยกนั เปน คๆู โดย X2 ละลายอยใู นตวั ทาํ ละลายอินทรยี  สว น KX ละลายในน้ํา สารใด เมื่อผสมแลว สามารถเกดิ ปฏิกริ ยิ ากนั ได และไดผ ลิตภณั ฑเปนอยางไร F2 Cl2 Br2 I2 KF KCl KBr KI 2. อธบิ ายวาเหตุใด จากการทดลองจึงพบวา N และ Be น้ัน ไมมีคาสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน 3. สารกัมมันตรงั สีมีครึง่ ชวี ติ 8 วัน ท้ิงสารไว 20 กรมั ก่ีวนั จึงจะเหลอื 2.5 กรัม 4. เศษไมมกี ัมมันตรังสีปลอยออกมา 12.5 ตอ นาทีตอ กรมั จาก C-14 ถานําไมท่ยี งั มชี วี ิตไปอบแหง ในปริมาณ เทากันวดั ได 100 ตอนาทตี อกรมั เศษไมตายมาแลวกปี่  ถาคร่งึ ชวี ติ C-14 เทากบั 5600 ป 5. ทาํ นายผลิตภัณฑท เ่ี หลือจากปฏิกิริยาตอ ไปนี้ 1H2 + 1H2 1H1 +  9922UU223355 + 00nn11 5546XBae114410 + 3368KSrr9942 + 20n1 + + + +   6. การสลายตัวของ 90Th230 ไปเปน 82Pb210 จะมีการปลอ ยแอลฟา และเบตาอยางละเทาไร วทิ ยาศาสตร เคมี (88) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010

ตัวอยางขอ สอบ PAT2 ป 2552 1. Co-60 เปนสารกัมมันตรงั สีทป่ี ลอ ยอนุภาคบีตา มคี รึง่ ชวี ิตเทากบั 5.3 ป เมื่อเวลาผานไป 26.5 ป อัตราสวนของ Co-60 ที่เหลืออยูจะเปนเทา ใดเมอื่ เทยี บกับเวลาเริม่ ตน 1) 1/5 2) 1/8 3) 1/16 *4) 1/32 2. กระบวนการสลายตัวของ 23920Th จะมไี อโซโทปกัมมนั ตรงั สี 6 ตัวท่จี ะปลอยอนุภาคอลั ฟา และมีไอโซโทป กมั มันตรังสี 4 ตวั ที่สลายตัวใหอนภุ าคบีตาผลิตภณั ฑส ุดทายของการสลายตัวคอื ขอ ใด 1) 20744W 2) 20784W 3) 20842 Pb *4) 28028 Pb ตวั อยา งขอ สอบ 1. ฉลากที่ตดิ ขวดใสสารประกอบไอออนิก 4 ชนดิ หลดุ ออก เมื่อนกั เรียนคนหน่งึ ทาํ การทดลองโดยละลาย สารประกอบท้งั 4 ในนา้ํ แลวผสมสารละลายแตละชนิดเขาดว ยกันพบวาไดผ ลการทดลองดังตาราง สารละลาย ผลการทดลองเมอื่ ผสมกบั สารละลาย A B ABCD C D - ตะกอนขาว สารละลายใส ตะกอนขาว ตะกอนขาว ตะกอนเหลือง สารละลายใส สารละลายใส - สารละลายใส ตะกอนขาว ตะกอนเหลือง - สารละลายใส สารละลายใส - จากผลการทดลอง สารประกอบไอออนิกท้งั 4 ชนิดควรเปนขอ ใด สาร A สาร B สาร C สาร D *1) Na2CO3 Pb(NO3)2 KI Ca(NO3)2 2) Ca(NO3)2 KI Pb(NO3)2 Na2CO3 3) Na2CO3 Ca(NO3)2 4) Na2CO3 Pb(NO3)2 KI Ca(NO3)2 KI Pb(NO3)2 2. ขอ ใดถูกตอ งเกี่ยวกับสารประกอบเชิงซอน 1) อะตอมกลางตอ งเปน ธาตุกัมมนั ตรังสี 2) อะตอมทล่ี อมรอบอะตอมกลางตอ งเปนไอออนลบ 3) พันธะระหวางอะตอมกลางกับไอออนทล่ี อ มรอบเปน พนั ธะไอออนกิ *4) เลขออกซิเดชันทต่ี างกันของอะตอมกลางเปน ปจ จัยทท่ี าํ ใหเ กิดสารประกอบท่มี สี ีตางกัน โครงการแบรนดซมั เมอรแคมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (89)

3. กาํ หนดใหสารกัมมันตรงั สี A มเี ลขอะตอม 94 เลขมวล 245 เกิดปฏกิ ริ ิยานวิ เคลียรไ ดสาร X โดยมขี ้นั ตอน ดงั นี้ A→B+∝ B→C+n C→D+∝ D→X+∝ สาร X ทีเ่ กิดขน้ึ มีเลขอะตอมและเลขมวลเทาใด 2) เลขอะตอม 90 เลขมวล 234 1) เลขอะตอม 89 เลขมวล 236 4) เลขอะตอม 92 เลขมวล 234 *3) เลขอะตอม 91 เลขมวล 236 4. พิจารณาสิง่ ตอไปน้ี B เลอื ดปู เลือดปลาหมกึ A หินงอก หินยอย D แกว เครอื่ งบด C ปุย โปรตนี ธาตทุ เ่ี ปน องคประกอบสําคญั ของสง่ิ ทพ่ี ิจารณาขา งตน ขอ ใดถกู สาร A สาร B สาร C สาร D 1) Na Fe P Zn *2) Ca Cu N Si 3) Na Cu K Fe 4) Ca Fe S Cr 5. ขอใดเรยี งลําดบั เลขออกซิเดชนั ของโลหะแทรนซชิ นั ในสารประกอบจากมากไปนอยไดถกู ตอ ง 1) [[KNCC3aoo[[F((ANNeu(HHC(C33N))N44)CC6)2]ll]22]]CCll KN2aC[Ar2uO(C7 N)2] KNN[C3aao[2[F(A[NeNu(HCi((CC3N)NN4)6C))2]4l]2]]Cl 2) 3) K2Cr2O7 *4) K2[Ni(CN)4] 6. การผสมสารละลายในขอ ใดมปี ฏกิ ิรยิ าเกดิ ขึ้น และสามารถเขยี นสมการไอออนิกสุทธไิ ดท้ังคู สารละลายผสม I สารละลายผสม II 1) NaCl กบั AgNO3 KI กบั Na2CO3 2) Ca(OH)2 กับ Pb(NO3)2 Li2SO4 กับ MgCl2 3) BaCl2 กับ Na2SO4 NH4CN กับ Na4HPO4 *4) AgNO3 กับ KBr Mg กบั HCl วทิ ยาศาสตร เคมี (90) __________________________ โครงการแบรนดซมั เมอรแ คมป 2010

เคมอี นิ ทรีย สารประกอบอินทรีย คอื สารประกอบที่มีอยูในกระบวนการ metabolism ของสิง่ มชี ีวิต ซึง่ รวมไปถึง อนุพนั ธของสารประกอบเหลาน้ีดวย โดยปรกตสิ ารประกอบอนิ ทรียจ ะมอี งคป ระกอบหลักเปนธาตุคารบ อน และอาจจะมีธาตอุ ื่นรวมอยูด ว ย เชน H หรือ O หรือ N หรอื S เปน ตน ดังนน้ั อาจจะกลาวไดว าสารประกอบอนิ ทรยี ก ค็ อื สารประกอบของ คารบอน ยกเวน 1. ธาตุคารบ อน เชน เพชร, แกรไฟต, C60 เปนตน 2. สารประกอบโลหะคารไ บด (metal carbide) เชน Ca2C, Mg2C เปน ตน 3. สารประกอบออกไซดข องคารบ อน เชน CO, CO2 เปน ตน 4. สารประกอบกรดคารบอนิกและเกลอื (carbonic acid, bicarbonate salt, carbonate salt) เชน H2CO3, NaHCO3, CaCO3 เปน ตน 5. สารประกอบเกลือ cyanide, cyanate และ thiocyanate เชน KCN, NaOCN, NH4SCN เปนตน โครงสรา งทัว่ ไปของสารประกอบอินทรีย โดยท่วั ไปโครงสรา งของสารประกอบอินทรยี จะมีองคประกอบหลกั เปน C และ H สรางพนั ธะตอเชื่อมกัน เปนสายยาว และอาจจะมีอะตอมของธาตุอน่ื ๆ (hetero atom) เขา มาสรางพนั ธะอยดู วย ซงึ่ อาจจะวาดโครงสราง คราวๆ ไดด งั น้ี HHHH HCCCC X HHHH rgesroiduupe fungcrotiuopnal Residue group : เปน ดานที่มเี ฉพาะ C และ H จึงเปน ดานทม่ี ีข้วั นอย และเฉ่ือยตอการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี Functional group : เปนดานทมี่ ีขั้ว และวองไวตอ การเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมมี ากกวา ประเภทของสารประกอบอินทรยี  ประเภทของสารประกอบอนิ ทรยี  โครงสรา งท่วั ไป ช่ือของ functional group 1. Hydrocarbon R-H - 1.1. Alkane R=R - 1.2 Alkene - 1.3 Alkyne R≡R aryl group 1.4 อนพุ ันธข อง Benzene R-C6H5 โครงการแบรนดซ มั เมอรแ คมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (91)

ประเภทของสารประกอบอินทรีย โครงสรา งท่ัวไป ชือ่ ของ functional group hydroxyl group 2. Alcohol R-OH oxy group 3. Ether R-O-R amino group 4. Amine R-NH2 carboxylic group 5. Carboxylic acid R-COOH oxycarbonyl group 6. Ester R-COO-R amide group 7. Amide R-CONH2 formyl group 8. Aldehyde R-CHO carbonyl group 9. Ketone R-CO-R 10. etc. DBE : Double Bond Equivalent โครงสรางของสารประกอบอินทรยี น นั้ เม่ือพจิ ารณาจากสตู รโมเลกลุ ก็พอจะทราบไดว า สารอนิ ทรยี น นั้ ๆ จะ มพี ันธะคู พันธะสาม หรอื มีโครงสรา งทเี่ ปนวงมากนอยเพยี งใด โดยพิจารณาจากสูตรโครงสรา งตอ ไปน้ี สูตรโมเลกลุ โครงสรางท่ีพบได สตู รโครงสรา ง CaH(2a+2) สายเปด พนั ธะเดีย่ ว [H มากที่สดุ เทา ที่จะเปน ไปได] HHHH สายเปด + พนั ธะคู 1 พนั ธะ HC C C C H CaH(2a) [H ขาดไป 1 คู] HHHH HHHH วงปด พนั ธะเด่ียว HC C C C H HH HHHH CCCC HHHH ดงั น้ัน เมื่อนบั จาํ นวนคู H ทหี่ ายไปจากโครงสรา งทม่ี ี H มากทสี่ ดุ เทาทีจ่ ะเปนไปได ก็จะทราบถึงลักษณะ โครงสรางทีน่ าจะเปนไปได เชน H หายไป 2 คู อาจจะมีโครงสรางเปน 1. สายเปด + พันธะสาม 1 พันธะ 2. สายเปด + พันธะคู 2 พันธะ 3. วงปด 2 วง 4. วงปด 1 วง + พนั ธะคู 1 พันธะ คา จาํ นวนคขู องจํานวน H ท่หี ายไป สามารถเรยี กไดอีกอยา งวา คา double bond equivalent (DBE) หรอื คา degree of unsaturation ซ่ึงคํานวณไดจากสมการตอไปน้ี DBE = C - H2 + N2 + 1 วทิ ยาศาสตร เคมี (92) __________________________ โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010

Isomerism Isomer คือสารทม่ี สี ตู รโมเลกุลเหมือนกนั แตม สี ูตรโครงสรา งที่แตกตา งกัน ซง่ึ จะทาํ ใหส ารนนั้ มีสมบัตทิ าง กายภาพ และทางเคมที แี่ ตกตา งกนั ไปดว ย สามารถแบง ประเภทของ isomer ไดด ังตอไปน้ี 1. Stereoisomer 2. Constitutional isomer (structural isomer) Enantiomer Functional isomer Diastereoisomer Positional isomer Skeleton isomer ในที่นี้จะสนใจเฉพาะ constitutional isomer หรือ ไอโซเมอรเ ชงิ โครงสรา งเทา น้ัน โดยจะยกตวั อยางจาก โมเลกลุ C5H12O โดยจะแสดงโครงสรางบางโครงสรางทเี่ ปนไอโซเมอรก ันไดดงั ตอ ไปนี้ Functional isomer OH O : มี functional group แตกตางกนั Positional isomer OH : มีตําแหนง ของ functional group แตกตา งกนั OH Skeleton isomer OH : มี residue group แตกตางกนั OH การอา นชอื่ สารประกอบอนิ ทรีย โครงสรา งชือ่ ของสารประกอบอนิ ทรีย Prefix - Core - Suffix Prefix = ระบกุ ง่ิ - โครงสรา งของสารประกอบ Core = ระบจุ าํ นวน carbon ทง้ั หมดในโครงสราง Suffix = ระบุ functional group Common Name R-FG RC(O)-FG IUPAC Name Alkyl FG CarboxylFG Alk(an)FG Alk(an)FG 1. สว น Core ชอื่ (Alk) จํานวน C ชอื่ (Alk) จาํ นวน C Meth 9 Non 1 Eth 10 Dec 2 Prop 11 Undec 3 But 12 Dodec 4 Pent 13 Tridec 5 Hex 14 Tetradec 6 Hept : Eicos 7 Oct 20 ช่ือ (Carboxyl) 8 ช่ือ (Carboxyl) จํานวน C Butyr จํานวน C Form 4 Valer 1 Acet 5 Capr 2 Propion 6 3 โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (93)

2. สว น Suffix Common Name IUPAC Name Functional Group Alkane Alkane 1. Hydrocarbon Methane Methane 1.1. Alkane Butane Butane R-H CH4 Alkylene Alkene Ethylene Ethene 1.2 Alkene Propylene Propene R=R H2C=CH2 Alkylyne Alkyne Acetylene * Ethyne 1.3 Alkyne Butylyne Butyne R≡R HC≡CH Alkyl alcohol Alkanol Methyl alcohol Methanol 2. Alcohol Ethyl alcohol Ethanol R-OH CH3OH Alkyl(small) alkyl(big) ether Alkoxy(small) alkane(big) C2H5OH Dimethyl ether Methoxy methane Methyl ethyl ether Methoxy ethane 3. Ether R-O-R Alkylamine Alkanamine CH3-O-CH3 Methylamine Methanamine Ethylamine Ethanamine O Carboxylic acid Alkanoic acid 4. Amine Formic acid Methanoic acid R-NH2 Acetic acid Ethanoic acid CH3NH2 Propionic acid Propanoic acid NH2 Butyric acid Butanoic acid 5. Carboxylic acid R-COOH HCOOH CH3COOH O OH O OH วทิ ยาศาสตร เคมี (94) __________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010

Functional Group Common Name IUPAC Name 6. Ester Alkyl carboxylate Alkyl alkanoate R-COO-R Methyl formate Methyl methanoate HCOOCH3 Methyl Acetate Methyl ethanoate CH3COOCH3 Carboxylamide Alkanamide 7. Amide Formamide Methanamide R-CONH2 Propionamide Propanamide HCONH2 Carboxylaldehyde Alkanal O Formaldehyde Methanal Butyraldehyde Butanal NH2 Alkyl(small) alkyl(big) ketone Alkanone 8. Aldehyde R-CHO Acetone * Propanone CH2O Methyl ethyl ketone Butanone O Diethyl ketone Pentanone H 9. Ketone R-CO-R O O O 3. สว น Prefix O Prefix ใชอ า นช่ือหมแู ทนที่ (Substituent : X) FG X FG X โครงสรา งหมแู ทนท่ี ช่ือหมูแทนท่ี โครงสรางหมแู ทนที่ ชือ่ หมแู ทนที่ -R Alkyl -Cl Chloro (Halo) -CH=CH2 Vinyl -NO2 Nitro -C6H5 Phenyl -CN Cyano โครงการแบรนดซ มั เมอรแคมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (95)

3.1 Common Name (R-FG) โครงสรา ง Prefix FG n-Hexyl FG n = normal FG iso-Hexyl FG sec = secondary tert = tertiary FG neo-Hexyl FG (เฉพาะ methyl) sec-Hexyl FG FG tert-Hexyl FG Cyclohexyl FG FG FG 3.2 Common Name (RC(O)-FG) δβ O FG ระบุตําแหนง หมแู ทนที่ดว ยอกั ษรกรีก อา นเรยี งตามอกั ษรนําชื่อหมแู ทนท่ี เชน γα โครงสรา ง Common Name β-Chlorobutyric acid Cl O α, β-Dichlorobutyramide Ethyl β-Chloro-β-cyanobutyrate OH β-Chloro-α, α-Dimethylbutyraldehyde Cl O NH2 NC Cl O Cl O Cl O H วทิ ยาศาสตร เคมี (96) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแคมป 2010

3.3 Common Name (benzene derivatives) โครงสรา ง ช่ือ โครงสราง ช่ือ Toluene Phenol OH Styrene CO2H Benzoic acid Xylene CO2H Salicylic acid การระบุตําแหนง หมูแ ทนที่ OH FG OH ortho Cl meta para m-Xylene o-Chlorotoluene m-(iso-Propyl)phenol 3.4 IUPAC Name X FG 1. สาย hydrocarbon ทีย่ าวที่สดุ ทม่ี ี functional group อยถู อื เปนสายหลกั ใชอาน core+suffix 2. หมแู ทนทต่ี างๆ อานเปน prefix นบั ตาํ แหนง C ทป่ี ลายสายท่ใี กลก ับ functional group n ทีส่ ดุ เปน C1 แลวไลไ ปจนถงึ อกี ปลายหนึง่ 3. ถา เลขเทา กนั ใหใ ชทศิ ที่ทําใหเลขตาํ แหนงหมูแ ทนทรี่ วมกนั นอ ยท่สี ุด 4. เรยี งลําดับการอานช่อื หมแู ทนที่ ตามตัวอกั ษร 3.5 IUPAC Name (Polyfunctional group) ถามี functional group มากกวา 1 ชนิด จะตอ งเรียงลําดบั ความสําคัญ (priority) โดย functional group ทีม่ ี priority ตํา่ วาจะอานเปนหมแู ทนที่ ดังตาราง Priority Functional group Structure Prefix Suffix 1 Carboxylic acid carboxy -oic acid 2 Ester -COOH alkoxycarbonyl -ate 3 Amide -COOR carbamoyl -amide 4 Nitrile -CONH2 cyano 5 Aldehyde -CN formyl -nitrile 6 Ketone -CHO oxo -al 7 Alcohol -C(O)- hydroxy -one 8 Amine -OH amino -ol 9 Ether -NH2 oxy -amine -O- โครงการแบรนดซมั เมอรแคมป 2010 __________________________ วทิ ยาศาสตร เคมี (97)

สมบัตทิ างกายภาพของสารประกอบอินทรีย สมบตั ทิ างกายภาพโดยทั่วไป จะหมายรวมถึง สถานะ จดุ เดอื ด จุดหลอมเหลว และความสามารถในการ ละลายเปน ตน ซึง่ สมบตั ิตางๆ ดังกลา ว ลวนเปน ผลมาจากแรงยึดเหน่ียวระหวางโมเลกุลทัง้ สนิ้ ดงั นนั้ สารประกอบ อนิ ทรยี จงึ สามารถจัดแบงประเภทได 3 ประเภทตามแรงยึดเหนี่ยวระหวา งโมเลกุล และเรียงลาํ ดบั จากแรงยึด เหนย่ี วระหวา งโมเลกุลมากไปนอ ยของโมเลกลุ ทม่ี ีขนาดเทา ๆ กัน ไดดงั ตอ ไปน้ี 1. กลุมที่สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลุ ได : amide > carboxylic > alcohol > amine 2. กลุมท่เี ปนโมเลกลุ มขี ้ัวสงู เกิดแรงระหวา งขวั้ ยึดเหนี่ยวกนั : ketone > aldehyde > ester > ether 3. กลุมทม่ี ขี ้วั ต่ํา หรือไมมขี ว้ั ยดึ เหนี่ยวกันดวยแรงลอนดอน : alkyne > alkane > alkene โดยครา วๆ แลว จดุ เดือดจากทุกกลุมสารจากมากไปนอ ย เมอื่ มีขนาดโมเลกุลใกลเคยี งกนั จะสามารถเรยี ง ไดดงั นี้ amide > carboxylic acid > alcohol > ketone > amine > aldehyde > ester > alkyne > ether > alkane > alkene สวนความสามารถในการละลายน้าํ น้ัน สารในกลุมที่ 1 และ 2 สามารถละลายนํ้าไดด ีเมอ่ื มีขนาดโมเลกุลเล็ก และความสามารถในการละลายน้าํ จะคอ ยๆ ลดลงไปเม่อื ขนาดของโมเลกุลใหญข้ึนเรือ่ ยๆ โมเลกลุ ที่เปนกง่ิ จะมีแรงยึดเหนยี่ วระหวา งโมเลกลุ ตาํ่ กวาโมเลกลุ ท่เี ปน เสน ตรง เพราะการอดั ตวั กันเปนไป ไดยากกวา จึงเปน ผลใหโมเลกลุ ที่มีกิ่งมาก ละลายน้ําไดง า ยขน้ึ และมีจดุ เดอื ด จุดหลอมเหลวต่าํ ลง ปฏิกริ ยิ าเคมีสารประกอบอนิ ทรยี  ปฏกิ ิริยาเคมีของสารประกอบอนิ ทรยี  อาจจะสามารถแบง ออกไดเปน กลมุ เพื่อความเขา ใจไดงา ยขึน้ ดงั ตอไปนี้ 1. ปฏิกริ ิยาการเผาไหม (combustion) สามารถเกดิ ไดก บั สารอินทรียทุกชนดิ โดยเปนปฏิกริ ิยา oxidation ดวย O2 ซึ่งจะเขาดึงอะตอมของ ธาตุองคป ระกอบออกมาเปน สารประกอบ oxide จนหมด เชน CxHy + O2 CO2 + H2O CxHyOz + O2 CO2 + H2O CxHyNz + O2 CO2 + H2O + NO2 CxHySz + O2 CO2 + H2O + SO2 การเผาไหมไ มสมบรู ณ (incomplete combustion) : เม่ือปฏกิ ิรยิ าการเผาไหมที่เกดิ ไมสมบรู ณ จะเหลอื เขมา และควันดาํ ซ่ึงก็คอื C เอาไว และมี CO ปนออกมาดวย ซึ่งการเผาไหมท ไี่ มส มบรู ณน้ันเกดิ ไดจาก 1. สารอินทรียทม่ี ี C=C หรือ C≡C หรอื วงเบนซีน ซง่ึ พนั ธะท่ีแข็งแรง จะทําใหไ มส ามารถสลายพันธะระหวา งคารบ อนทงั้ หมดได จึงเหลอื เปนเขมา 2. ปรมิ าณ O2 นอยเกินไป เชน การเผาในภาชนะปดทม่ี ี O2 จํานวนจํากัด 3. สารอินทรียท ่มี ีขนาดโมเลกุลใหญม าก ทาํ ให O2 เขา แทรกทาํ ปฏิกริ ยิ าไดยาก จึงเกดิ การเผาไหมที่ไมส มบรู ณไ ดเ ชนกัน วทิ ยาศาสตร เคมี (98) __________________________ โครงการแบรนดซ ัมเมอรแ คมป 2010

ตัวอยา ง สารตอไปน้ี เปนไอโซเมอรซ่งึ กันและกัน มคี า DBE = 1 ทงั้ ส้ิน สารชนดิ ใดทีเ่ มื่อเกดิ การเผาไหมแลว มโี อกาสเกิดเขมาไดง าย O O OH สาร A สาร B สาร C ตอบ สาร A 2. ปฏิกริ ิยาการแทนท่ี (substitution) 2.1 ปฏกิ ิรยิ า halogenation ของ alkane สารในกลมุ alkane เปน สารทไ่ี มมขี ัว้ ทําใหเ ฉ่ือยตอปฏิกริ ยิ ามาก และไมค อ ยทําปฏกิ ิรยิ ากับสารอืน่ การจะทําใหเกิดปฏิกิรยิ าไดนน้ั จะตองอาศัยสารท่มี คี วามไมเ สถียรสูง วองไวตอ การเกดิ ปฏกิ ิริยามากๆ เขามา บังคับใหเ กิดปฏกิ ริ ยิ า ปฏกิ ิริยา halogenation ของ alkane นี้ เปน การแทนที่กนั ระหวา ง H และ halogen ซึ่งไดแ ก F, Cl, Br และ I เปนตน โดยจะตอ งมแี สง UV เปน ตัวกระตนุ ใหเ กดิ ปฏกิ ิรยิ า + Cl2 ไมเ กิดปฏกิ ิรยิ า UV HCl + Cl ปฏกิ ิรยิ าน้เี กดิ ขน้ึ ผา น free radical หรอื อนุภาคทมี่ ีอิเล็กตรอนเดย่ี วของ halogen เชน Cl เปน ตน ซึ่งวอ งไว ทําใหสามารถทําปฏกิ ริ ยิ ากับ alkane ซงึ่ เปนโมเลกลุ ทเี่ ฉือ่ ยตอปฏิกริ ิยาได Litmus + Br2 (l) UV HBr Br alkane + Br2 ปฏิกิรยิ านีเ้ รียกไดว าเปนการฟอกสขี อง halogen เน่ืองจาก สีของธาตุ halogen จะหายไปหลังจาก เกดิ ปฏิกริ ิยาเพราะผลิตภณั ฑท่ีไดทั้ง 2 ชนิดไมมสี ี และจะมกี าซที่เปน กรดสามารถเปลย่ี นสกี ระดาษ litmus จาก นาํ้ เงินเปนแดงได โครงการแบรนดซมั เมอรแคมป 2010 __________________________ วิทยาศาสตร เคมี (99)

2.2 ปฏิกริ ยิ า halogenation ของ benzene สารในกลุม benzene เปน สารที่ไมมขี ัว้ และเสถียรมากเน่อื งจากสามารถ resonance ไดทาํ ให เฉือ่ ยตอ ปฏิกิรยิ ามากกวา alkane จําเปน ตอ งใชตัวเรงปฏิกิริยาจึงจะสามารถเกดิ ปฏิกิรยิ าการแทนที่กับ halogen ได + Br2 ไมเกิดปฏิกริ ิยา UV ไมเ กิดปฏิกิริยา FeBr3 HBr + Br Litmus HBr + Br2 (l) FeBr3 benzene + Br2 Br ปฏกิ ิรยิ าน้จี ะคลายกบั alkane แตตอ งใชต วั เรงปฏกิ ริ ยิ า แทนทีจ่ ะใชแคแสง UV เทา นัน้ โดยตัวเรง ปฏกิ ริ ยิ าทีใ่ ชจ ะแตกตา งกนั ไปตาม halogen ที่ตองการจะใหเกิดปฏิกิริยา คือสาํ หรับ X2 จะใชตัวเรง ปฏิกริ ยิ าเปน FeX3 เมื่อ X เปนธาตุ halogen ใดๆ สว น Cl อาจจะใช AlCl3 แทนกไ็ ด 3. ปฏิกริ ิยาการเติม (addition) ปฏกิ ริ ิยานี้จะเกดิ ข้ึนกบั พันธะคูและพนั ธะสาม (multiple bond) ซึง่ มีอิเล็กตรอนหนาแนน ดังน้ัน สารประกอบในกลุม alkene และ alkyne จะถูกเตมิ ดว ยสารท่ตี องการอิเลก็ ตรอนมากๆ ไดเปน อยา งดี และ ปฏกิ ริ ยิ าในกลุมนี้ alkyne จะมีอัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเรว็ กวา alkene เพราะมอี ิเล็กตรอนหนาแนนกวา R เม่อื E (electrophile) คอื 1. ธาตทุ ่ีมคี า EN สงู มากๆ E 2. อนภุ าคประจุบวก เชน กรด (H+) R วิทยาศาสตร เคมี (100) _________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแ คมป 2010