แรงที่กระทำต่อวัตถุ

การทำกิจกรรมต่างๆ ในชีวิตประจำวันของเรานั้น จำเป็นต้องมีแรงเข้ามาเกี่ยวข้องเกือบตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นการเรียนหนังสือ เล่นกีฬา ทำงานบ้าน หรือกิจกรรมใดๆก็ตามแรงมีผลทำให้วัตถุเกิดการเปลี่ยนแปลง อาจมีขนาด รูปร่างเปลี่ยนไป หรือเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดและทิศทางของแรงที่มากระทำต่อวัตถุ โดยแรงที่มากระทำต่อวัตถุอาจเป็นแรงเดียวหรือหลายแรง ในกรณที่มีหลายแรงจะต้องหาผลรวมของแรงทั้งหมด เรียกว่า แรงลัพธ์

» Read more

ปฏิกิริยาเคมีต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

88

การเกิดปฏิกิริยาเคมีบางปฏิกิริยาทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมดังนี้

1. เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก เกิดจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คลอโรฟลูออโรคาร์บอน และมีเทนที่เกิดขึ้นในปริมาณมาก เนื่องจากการกิจกรรมอันหลากหลายของมนุษย์ เมื่อได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จากดวงอาทิตย์มีพลังงานสูงทะลุผ่านชั้นก๊าซเรือนกระจก เมื่อผิวโลกร้อนขึ้นจะคายพลังงานความร้อนในรูปของรังสีอินฟาเรด ซึ่งมีพลังงานต่ำไม่สามารถทะลุผ่านชั้นก๊าซเรือนกระจกออกไปได้ ทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้น คาดว่าอีกประมาณ 100 ปีข้างหน้าอุณหภูมิของโลกจะสูงขึ้น 1- 5 องศาเซลเซียส ส่วนใหญ่ก๊าซที่ทำให้เกิดชั้นเรือนกระจก ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO2เกิดปรากฎการณ์เรือนกระจกได้ถึง 57 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นส่วนใหญ่ ดังสมการ

    สารเชื้อเพลิง + ก๊าซออกซิเจน + ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ + ไอน้ำ

ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นเกิดจากกิจกรรมต่าง ๆ ดังนี้

1. โรงงานอุตสาหกรรม

2. การเผาไหม้เชื้อเพลิงจากยานพาหนะ

3. การตัดไม้ทำลายป่า การเผาป่า

แนวทางในการป้องกัน

1. ควบคุมเครื่องยนต์ในยาพาหนะให้มีสภาพดี และเลือกใช้น้ำมันเชื้อเพลิงคุณภาพดี ลดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล

2. แก้ไขปัญหาจราจรหนาแน่น

3. ปฏิบัติตามกฎหมายเกี่ยวกับเรื่องควบคุมปริมาณควันไอเสียของโรงงาน และยานพาหนะสู่บรรยากาศ

4. ไม่ตัดไม้ทำลายป่า เผาป่า และเผาฟางข้าวในนา

5. กำจัดขยะให้ถูกวิธี หลีกเลี่ยงการเผาขยะ

2. ก๊าซโอโซนถูกทำลาย การที่ก๊าซโอโซนถูกทำลายทำให้บรรยากาศของโลกมีอุณหภูมิสูงขึ้น

    สาเหตุ เกิดจากก๊าซคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) ที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรม เช่น เครื่องทำความเย็นทั้งหลาย ใช้ในการผลิตโฟม สารขับดันในกระป๋องสเปรย์ เป็นต้น โดยไปทำลายโอโซน (O3ที่ช่วยดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งเป็นรังสีที่มองไม่เห็น

    ผลกระทบ เกิดรูโหว่ของบรรยากาศชั้นโอโซน ทำให้รังสีอัลตราไวโอเลตผ่านบรรยากาศของโลกได้มากขึ้น ซึ่งเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ถ้ามนุษย์ได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตมากเกินไปจะทำให้เกิดโรคมะเร็งผิวหนัง ต้อกระจก ทำลายสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ผลผลิตลดลง สารพันธุกรรมและเนื้อเยื่อถูกทำลาย เป็นต้น

    แนวทางในการป้องกัน

1. ใช้ก๊าซมีเทนและก๊าซเพนเทนในการผลิตโฟมแทนก๊าซคลอโรฟลูออโรคาร์บอน

2. เปลี่ยนสารขับดันในกระป๋องสเปรย์จากก๊าซคลอฟลูออโรคาร์บอนเป็นน้ำหรือสารอื่นแทน

3. ก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) เกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ของเชื้อเพลิง เช่น การเผาไหม้ในที่อับอากาศ เป็นต้น ส่วนใหญ่มาจากท่อไอเสียรถยนต์

    ผลกระทบ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เข้าไปขัดขวางการทำงานของเม็ดเลือดแดง ซึ่งทำหน้าที่ลำเลียงก๊าซออกซิเจน (O2การรวมตัวของเม็ดเลือดแดง (Hb) กับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ทำให้ปริมาณก๊าซออกซิเจนที่ถูกนำไปใช้ลดลง ถ้าร่างกายได้รับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มากอาจเป็นอันตรายถึงชีวิต

    แนวทางในการป้องกัน

1. ปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ในยานพาหนะให้เกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์

2. ป้องกันปัญหาการเกิดจราจรหนาแน่นและรถติด

3. ปรับปรุงระบบขนส่งมวลชนและรถไฟ ให้เพียงพอในการให้บริการประชาชน เพื่อลดการใช้รถยนต์ส่วนบุคคล

4. ฝนกรด เกิดจากน้ำฝนในธรรมชาติเป็นตัวทำละลายก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2และก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2เกิดเป็นสารละลายที่มีสมบัติเป็นกรด

สิ่งที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์ เช่น เกิดจากการระเบิดภูเขา การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ การเผาไหม้ถ่านหิน เชื้อเพลิงที่มีกำมะถัน ฟ้าแลบฟ้าผ่า เป็นต้น

    ผลกระทบ ฝนกรดจะเกิดอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจและเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกาย ทำให้พืชเจริญเติบโตช้า ถ้าเกิดเป็นปริมาณมากหรือได้รับเป็นเวลานาน พืชอาจตายได้ นอกจากนี้สิ่งก่อสร้างที่เป็นโลหะและหินอ่อนจะถูกทำลาย

    แนวทางในการป้องกัน

1. ควบคุมการปล่อยควันจากโรงงานอุตสาหกรรมและโรงไฟฟ้าให้มีการจำกัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออไซด์และก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ก่อนกำจัดออกสู่บรรยากาศ

2. ควบคุมเครื่องจักรกลของโรงงานอุตสาหกรรมให้มีการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ และเลือกใช้เชื้อเพลิงที่มีคุณภาพ

3. ใช้พลังงานทดแทนจากธรรมชาติ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำไหลแทนการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทฟอสซิล เป็นต้น

5. อันตรายจากการใช้ธาตุกัมมันตรังสี กิดการรั่วไหลของรังสีที่นำมาใช้ในกิจกรรมต่าง ๆ เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ใช้ทางการแพทย์ ทางอุตสาหกรรม ทางการเกษตร เป็นต้น ถ้าไม่ระมัดระวังอาจเกิดการรั่วไหลของรังสีและเกิดเป็นอันตราย เนื่องจากรังสีสามารถทำลายเซลล์ ทำให้เซลล์ตายและอาจสูญเสียอวัยวะหรือชีวิตได้

    แนวทางในการป้องกัน

1. ต้องตรวจสอบสภาพของที่เก็บรังสีให้อยู่ในสภาพปลอดภัย

2. ให้ความรู้เกี่ยวกับสัญลักษณ์ของสารกัมมันตรังสี และห้าไม่ให้บุคคลเข้าใกล้บริเวณที่มีรังสีมาก

การใช้สารเคมี

 

การใช้สารเคมีอย่างถูกต้องและปลอดภัย

ในชีวิตประจำวันจะต้องเกี่ยวข้องกับสารต่าง ๆ มากมาย เนื่องจากสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่รอบตัวเราจัดเป็นสารประกอบทั้งสิ้น เมื่อนำมาใช้ประโยชน์อาจจะทำให้เกิดผลกระทบ ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมได้ถ้าใช้ไม่ถูกต้อง ใช้ในปริมาณมากเกินไป ใช้แล้วไม่จัดเก็บให้เหมาะสม หรือไม่มีความรู้เกี่ยวกับสารนั้น เพื่อให้การใช้สารเคมีอย่างถูกต้องและปลอดภัยควรปฏิบัติดังนี้

1. ผู้ใช้ควรมีความรู้เกี่ยวกับสมบัติของสารที่จะใช้ วิธีใช้และจัดเก็บรักษา เช่น สารที่เป็นยาฆ่าแมลงหรือสารประเภทสเปรย์ควรเก็บไว้ในที่ห่างไกลจากความร้อน เนื่องจากอาจระเบิดได้ และควรเก็บไว้ในที่ที่เด็กหยิบไม่ถึง

2. ก่อนใช้สารเคมีทุกชนิดต้องอ่านฉลากเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับวิธีใช้สาร

3. ไม่ควรใช้สารเคมีมากเกินไปและไม่ทิ้งสารเคมีในที่สารธารณะหรือกองขยะ ควรแยกทิ้ง โดยใส่ถุงสีน้ำเงิน ซึ่งเจ้าหน้าที่จะเก็บไปทำลายได้ถูกต้อง และถ้ามีปริมาณมากต้องแจ้งเจ้าหน้าที่เทศบาลหรือสุขาภิบาลให้นำไปทำลาย

4. ควรรู้จักสัญลักษณ์เกี่ยวกับสารที่เป็นอันตราย เพื่อหลีกเลี่ยงจากอันตราย เช่น

หมายถึง ระวังอันตรายจากสารกัมมันตรังสี ควรหลีกเลี่ยง
หมายถึง วัตถุมีพิษห้ามรับประทาน
หมายถึง ระวังวัสดุไว้ไฟ ห้าเข้าใกล้เปลวไฟ
หมายถึง ระวังอันตรายจากเชื้อโรค
หมายถึง ระวังสารกัดกร่อน เช่น กรด เบส

5. ถ้ามีการกลืนสารพิษประเภทยาฆ่าแมลงให้ดื่มนมสดหรือกินไข่ดิบ เพื่อทำให้เกิดการตกตะกอนของสารพิษและอาเจียน หลังจากนั้นจึงนำส่งโรงพยาบาล

6. ถ้าถูกสารเคมีให้รีบล้างน้ำสะอาดทันที

7. ไม่ควรกำจัดขยะประเภทพลาสติกโดยการเผา เนื่องจากเกิดไอเป็นพิษ

8. สารประเภทโลหะเมื่อใช้แล้วควรเช็ดให้แห้ง เพื่อป้องกันการเกิดสนิม

ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยา

77
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ปัจจัย (Factor) ที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

1. ธรรมชาติของสารตั้งต้น (Nature of reactant)
สารต่างชนิดกันจะทำปฏิกิริยาเคมีได้เร็วหรือช้าต่างขึ้นอยู่กับสมบัติของสารแต่ละชนิด เช่นโลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นได้เร็วมากและเกิดปฏิกิริยารุนแรง
ในขณะที่โลหะแมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นได้ช้าแต่เกิดได้เร็วขึ้นเมื่อใช้น้ำร้อน


2. พื้นที่ผิวของสารตั้งต้น (Surface area)
จากการทดลองพบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ผิวของสารตั้งต้น คือเมื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของสารตั้งต้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น อธิบายได้ว่า เมื่อสารตั้งต้นมีพื้นที่ผิวมากมีผลให้อนุภาคของสารมีโอกาสเข้าชนกันได้มาก จึงเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น การเพิ่มพื้นที่ทำได้หลายวิธี เช่น ทำให้สารมีขนาดเล็กลงคือตัดให้เป็น
ชิ้นเล็กๆ หรือบดเป็นผงละเอียด ยิ่งทำให้สารมีขนาดเล็กมากเท่า
ใด(มวลคงที่) จะยิ่งเพิ่มพื้นที่ผิวให้มากขึ้น


3. ความเข้มข้นของสารตั้งต้น ( Concentration of reactant)
ในปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เข้าทำปฏิกิริยา อธิบายได้ว่า เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น จะทำให้อนุภาคของ
สารตั้งต้นในระบบเพิ่มขึ้น โอกาสที่จะเกิดการชนกันจึงมีมากขึ้น และอนุภาคที่มีพลังงานสูงก็มีจำนวนมากขึ้นด้วย จึงมีผลทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยามีค่า
สูงสำหรับปฏิกิริยาที่มีสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งชนิด อัตราการเกิดปฏิกิริยาอาจขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพียงสารใดสารหนึ่งหรือทุกสารก็ได้แต่อย่างไรก็
ตามมีปฏิกิริยาเคมีบางชนิดที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นเลย กล่าวคือไม่ว่าจะเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นอย่างไรอัตราการเกิด
ปฏิกิริยาจะคงที่เสมอ ตัวอย่าง เช่น ปฏิกิริยาการกำจัดแอลกอฮอล์ในเลือดคน สำหรับปฏิกิริยาเคมีที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นอธิบายว่าใน
ระยะเริ่มต้นของปฏิกิริยาเคมีความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว จากนั้นก็ค่อยๆ ลดลงและคงที่เมื่อปฏิกิริยาดำเนินเข้าสู่ภาวะสมดุล

3.1 กฎอัตราและค่าคงที่ของอัตรา (Rate Law and Rate Constant)

นักเคมีชาวนอร์เวย์ 2 ท่าน คือ Guldberg และ Waage ไได้กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ไว้ว่า ” อัตราการเกิด-
ปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้น และความเข้มข้นแต่ละค่ามีเลขยกกำลังซึ่งแล้วแต่ปฏิกิริยาหนึ่งปฏิกิริยาใดโดยเฉพาะ” สำหรับปฏิกิริยาทั่วไป ของสาร A กับสาร B aA + bB cC + dD
ตามกฎสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้
V [A] n[B] m
เพราะฉะนั้นสมการทั่วไป V = k[A] n[B] m
สมการทั่วไปที่ได้เรียกว่า กฎอัตรา หรือสมการอัตรา
V = อัตราการเกิดปฏิกิริยา
K = ค่าคงที่ของอัตรา
[A], [B] = ความเข้มข้นของสาร A และสาร B
n, m = เลขบอกกำลังความเข้มข้น

3.2 วิธีการหาค่า n, m และกฎอัตรา

ในการศึกษาผลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆนั้นใช้วิธีการทดลองวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยการทดลองแต่ละชุดนั้นให้ความเข้มข้น ของสารตั้งต้นตัวที่จะศึกษาเปลี่ยนแปลง ส่วนความเข้มข้นของสารตัวอื่นๆ รวมทั้งภาวะต่างๆคงที่ เช่น การศึกษาผลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นของปฏิกิริยาระหว่าง CO กับ NO2ดังสมการ
CO(g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO(g)
การทดลองชุดที่ 1

การทดลองขุดที่ 2

จากการทดลองชุดที่ 1 จะพบว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของ CO เมื่อความเข้มข้นของ NO2 คงที่ ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของ CO เป็น 2 เท่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเป็น 2 เท่าด้วย (n = 1) ดังนั้น V [CO]
จากการทดลองชุดที่ 2 จะพบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของ NO2 เมื่อความเข้มข้นของ CO คงที่ ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของ NO2 เป็น 2 เท่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มเป็น 2 เท่าสด้วย (m = 1) ดังนั้น V [NO2]
จะเห็นได้ว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของปฏิกิริยานี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับ [CO] และ [NO2] ซึ่งย่อมเท่ากับเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของ [CO] และ [NO2]
V [CO][NO2]
หรือ V = k[CO][NO2] สมการนี้คือ กฎของอัตรา

3.3 อันดับของปฏิกิริยา

จากสมการกฎของอัตรา V = k[A] n[B] m
n คือ อันดับของปฏิกิริยาในแง่ของสาร A และ m คืออันดับของปฏิกิริยาในแง่ของสาร B ผลรวมของเลขยกกำลังคือ n + m เรียกว่า อันดับรวมของปฏิกิริยา (Overal order of reaction) เช่น V = k[A] 2[B] แสดงว่าปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาอันดับ 3

3.4 การคำนวณหาค่า n , m กฎอัตรา และค่าคงที่ของอัตรา

จากปฏิกิริยา 2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g)
ซึ่งเกิดที่ 25 OC มีข้อมูลดังต่อไปนี้

จงหา ค่า n m กฎอัตรา และ k

เฉลย
อัตราการเกิดปฏิกิริยา = 1/2 x อัตราการเกิดของ NO


V = k[NO] n[O]m
พิจารณาในหลอดที่ 1 และ 2
V = [O] m
0.007/ 0.0035 = (0.02/0.01) m

2 = 2 m
m = 1
พิจารณาในหลอดที่ 3 และ
V = [NO] n
0.042 / 0.0105 = (0.02 / 0.01) n
4 = 2n
2 2 = 2 n
n = 2
กฎของอัตรา
V = k[NO] 2[O]

หาค่า k จาก หลอดที่ 2
0.007 = k (0.01) 2 (0.02)
k = 0.007/ (0.01) 2 (0.02)
k = 3500


4. อุณหภูมิ จากการทดลองทำให้ทราบว่าปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
กล่าวคือเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูงขึ้นและเมื่ออุรหภูมิลดลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะต่ำลง ตามทฤษฎีจลน์อธิบายว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโมเลกุล
จะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเพิ่มขึ้น จึงมีโอกาสชนกันมากขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงสูงขึ้น


5. ตัวเร่งปฏิกิริยา
จากการศึกษาที่ผ่านมาได้เปรียบเทียบการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับการเดินทางขึ้นภูเขา โดยพลังงานก่อกัมมันต์เปรียบได้กับความสูงของภูเขา ถ้าภูเขาสูงมากคนที่มีกำลังมากพอ
เท่านั้นจึงจะผ่านไปได้ แต่ถ้ามีทางสายใหม่ที่จะไปถึงจุดหมายปลายทางได้ง่ายขึ้น คนที่มีกำลังไม่มากก็สามารถผ่านไปได้ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงเปรียบเสมือนการเดิน
ทางสารใหม่ที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำลง นั่นคือ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีผลทำให้พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาต่ำลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงสูงขึ้นตัวเร่งปฏิกิริยา
ช่วยทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นโดยที่ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาเคมีด้วยเสมอ แต่เมื่อปฏิกิริยาสิ้นสุดลงหรือสารตั้งต้นเปลี่ยนไปเป็นสารผลิตภัณฑ์
แล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยาจะกลับคืนมาเหมือนเดิม


6. ตัวหน่วงปฏิกิริยา
ตัวหน่วงปฏิกิริยา คือสารที่ทำหน้าที่ตรงกันข้ามกับตัวเร่งปฏิกิริยา คือเมื่อเติมลงไปแล้วจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดช้าลง การหน่วงปฏิกิริยาของตัวหน่วงปฏิกิริยาทำได้
หลายลักษณะ เช่น มีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยา และเปลี่ยนไปเป็นสารใหม่ หรืออาจจะไปขัดขวางการทำหน้าที่ของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นต้น

สรุปสาระสำคัญ

  • ปัจจัยการเกิดปฏิกิริยา ได้แก่ สมบัติของสารตั้งต้น ความเข้มข้นของสารตั้งต้น พื้นที่ผิวของสารตั้งต้น อุณหภูมิ ตัวเร่งปฏิกิริยา และตัวหน่วงปฏิกิริยา
  • https://www.youtube.com/watch?v=xIlH4-gQfp0

มวล พลังงาน กับการเกิดปฏิกิริยาเคมี

66

มวลของสารในปฏิกิริยาเคมี

ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงใด ๆ  เราต้องกำหนดขอบเขตของสิ่งที่ต้องการศึกษาสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษาเรียกว่า  ระบบ  และ สิ่งต่างที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษาเรียกว่า  สิ่งแวดล้อม  เช่น ในการทดลองแยกน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า  เราต้องหยดกรดลงในน้ำเพื่อช่วยให้น้ำ  นำไฟฟ้าได้

ระบบก่อนการเปลี่ยนแปลง ได้แก่น้ำและกรด  เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไป  น้ำจะสลายตัวให้
แก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจน

ระบบหลังการเปลี่ยนแปลงประกอบด้วยกรด น้ำที่เหลือ และสิ่งที่เกิดขึ้นใหม่คือ
แก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจน  ส่วนภาชนะที่ใช้ในการทดลองและกระแสไฟฟ้าจัดเป็นสิ่งแวดล้อม

การกำหนดองค์ประกอบของระบบขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของการศึกษา  ซึ่งจะต้องกำหนดหรือระบุให้ชัดเจน  เช่น  การศึกษาผลการจุดเทียนไขในครอบแก้วที่ปิดสนิท  ระบบก่อนทดลองประกอบด้วยเทียนไข และอากาศภายในครอบแก้วซึ่งมีมวล  อุณหภูมิ  ปริมาตร  และความดัน
ค่าหนึ่ง   เมื่อจุดเทียนไขในครอบแก้ว  เทียนไขจะติดไฟอยู่ครู่หนึ่งแล้วดับ  การจุดเทียนไขทำให้
ไส้เทียนและเนื้อเทียนลุกไหม้  โดยทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศที่อยู่ในครอบแก้ว
ได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ   เมื่อเทียนไขดับระบบหลังการเปลี่ยนแปลงประกอบด้วย
เทียนไข   อากาศส่วนที่เหลือ   แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำที่เกิดขึ้น  ถึงแม้ว่ามวลของเทียนไข
และมวลของแก๊สออกซิเจนในระบบเปลี่ยนแปลงไป แต่มวลรวมและปริมาตรรวมของ
ระบบไม่เปลี่ยนแปลง  เนื่องจากการจุดเทียนไขกระทำในครอบแก้วที่ปิดสนิททำให้สารทุกชนิด
ถูกกักอยู่ในครอบแก้ว  ปริมาตรของระบบคือ  ปริมาตรของครอบแก้วจึงคงที่ตลอดเวลา ส่วนที่
เปลี่ยนแปลงคือความดันของระบบซึ่งเกิดจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำที่เกิดขึ้นใหม่
กับอากาศที่เหลือ เช่น

ถ้าเราต้องการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจากปฏิกิริยาระหว่างกรดเกลือ และสังกะสี

ถ้าเอาแผ่นสังกะสีใส่ลงในบีกเกอร์  แล้วเทกรดเกลือลงไป  ในที่นี้ระบบก็คือ  แผ่นสังกะสี  และกรดเกลือ  ที่อยู่ภายในบีกเกอร์นั้น  สำหรับ  บีกเกอร์ไม่จัดเป็นระบบ  เพราะไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงใด ๆ  ดังนั้นบีกเกอร์จึงจัดเป็นสิ่งแวดล้อม

ถ้าการศึกษาปฏิกิริยาดังกล่าวข้างต้น  แต่เปลี่ยนจากบีกเกอร์มาใช้จานอะลูมิเนียม  หรือจานสังกะสีแทน  ซึ่งภาชนะนี้จะเกิดปฏิกิริยากับกรดด้วย  ดังนั้นภาชนะจึงจัดเป็นระบบด้วย

สิ่งแวดล้อม  หมายถึง   สิ่งต่าง ๆ  ที่อยู่นอกเหนือไปจากระบบ  หรือไม่เกี่ยวข้องต่อการเปลี่ยนแปลงในสิ่งที่เราจะศึกษา  พิจารณาตัวอย่างจากบีกเกอร์ข้างต้น

 

การแบ่งประเภทของระบบ  อาศัยมวลและพลังงานเป็นหลักดังนี้

  1. ระบบเปิดหมายถึงระบบที่มีการถ่ายเททั้งมวลและพลังงานระหว่างระบบกับ

สิ่งแวดล้อม  เช่น

1.1  ระบบที่เกิดจากการนำโลหะสังกะสี (Zn)  มาผสมกับสารละลายกรดซัลฟิวริก (H2SO4)  ในบีกเกอร์แล้วได้ซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) และแก๊สไฮโดรเจน (H2)  ที่เกิดขึ้นหนีออกนอกภาชนะ

1.2  เผาหินปูนในหลอดทดลองแล้วเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

  1. ระบบปิด หมายถึงระบบที่มีการถ่ายเทเฉพาะพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมเท่านั้นไม่มีการถ่ายเทมวลสารระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม  นั้นคือมวลสารคงที่  เช่น

2.1  ปฏิกิริยาระหว่างเลด (II) ไนเตรตกับโพแทสเซียมไอโอไดด์

2.2  การเผาแคลเซียมคาร์บอเนต (หินปูน) ในขวดปิดฝาสนิท

2.3  ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ในขวดปิดเกิดการสลายตัวเป็นน้ำ  และแก๊สออกซิเจน

  1. ระบบแยกตัวหรือระบบอิสระ หมายถึงระบบที่ไม่มีการถ่ายเททั้งมวลสารและพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมเช่น  น้ำร้อนในกระติกปิดฝาสนิท

ทั้งระบบเปิด และระบบปิด อาจมีการถ่ายเทพลังงาน กับสิ่งแวดล้อมหรือไม่ก็ได้  การพิจารณาว่าระบบใดเป็นระบบเปิด-ปิดนั้น  บางครั้งการพิจารณาภาชนะของระบบนั้นก็จะทำให้เข้าใจง่ายขึ้น  ซึ่งมีหลักดังนี้

  1.   ระบบใด ๆ  ที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปนั้นกระทำในภาชนะ  2 ประเภท  คือ ภาชนะเปิด

กับภาชนะปิด (เปิดฝากับปิดฝาภาชนะ)

  1.   ระบบใดก็ตามที่ไม่มีแก๊ส  เกี่ยวข้องเลย  การปิด-เปิดภาชนะไม่มีผลต่อชนิดของระบบ
    แต่อย่างใด
  2.   ถ้าระบบใดๆ  ที่มีแก๊สเกี่ยวข้องอยู่ด้วย  การปิด-เปิดภาชนะจะมีผลต่อชนิดของระบบนั้นด้วย  กล่าวคือ

3.1  ถ้าเปิดภาชนะ (เปิดฝา)  ระบบนั้นก็เป็นระบบเปิด  เพราะมวลเปลี่ยนแปลง

(แก๊สหนีออกไป)

3.2  ถ้าปิดภาชนะ (ปิดฝา)  ระบบนั้นก็เป็นระบบปิด  เพราะมวลคงที่ (แก๊สหนีออกไม่ได้)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

สมการเคมี

55

สมการเคมี  (Chemical equation)

สมการเคมี คือ  กลุ่มสัญลักษณ์ที่เขียนแทนปฏิกิริยาเคมี  ให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นในระบบ  สมการเคมีประกอบด้วยสัญลักษณ์ แสดงสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์  เงื่อนไขแสดงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น  พร้อมด้วยลูกศรทิศทางแสดงของปฏิกิริยา

สารตั้งต้น                             ผลิตภัณฑ์

 

Zn (s)  +2HCl(aq)                        ZnCl2(aq)  +  H2(g)

 

สารที่เขียนทางซ้ายมือของลูกศร เรียกว่า สารตั้งต้น

สารที่เขียนทางขวามือของลูกศร เรียกว่า สารผลิตภัณฑ์

เครื่องหมาย + หมายถึงทำปฏิกิริยากัน

เครื่องหมาย                     แสดงการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นไปเป็นสารผลิตภัณฑ์

สมการเคมีมี  2  ประเภท   คือ

1.สมการโมเลกุล (Molecule equation)  เป็นสมการเคมีของปฏิกิริยาที่มารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นรูปอะตอม  หรือโมเลกุล  เช่น

2NaHCO3(s)                     Na2CO3(s)  +  H2O(l)  +  CO2(g)

2.สมการไอออนิก (Ionic equation) เป็นสมการเคมีของปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์  อย่างน้อง 1 ชนิดเป็นไอออน  เช่น

H+(aq)  +  OH-(aq)                      2H2O(l)

สมการเคมีที่สมบูรณ์  จะต้องมีจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ  ทางซ้ายและขวาเท่ากัน  เรียกว่า  สมดุลเคมี

 

การดุลสมการเคมี

วิธีการดุลสมการเคมีทั่วไป

ระบุว่าสารใดเป็นสารตั้งต้น และสารใดเป็นสารผลิตภัณฑ์

เขียนสูตรเคมีที่ถูกต้องของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ ซึ่งสูตรเคมีนี้จะไม่มีการเปลี่ยนแปลง

ดุลสมการโดยหาตัวเลขสัมประสิทธิ์มาเติมข้างหน้าสูตรเคมี เพื่อทำให้อะตอมชนิดเดียวกันทั้งซ้ายและขวาของสมการมีจำนวนเท่ากัน

ให้คิดไอออนที่เป็นกลุ่มอะตอมเปรียบเสมือนหนึ่งหน่วย ถ้าไอออนนั้นไม่แตกกลุ่มออกมาในปฏิกิริยา

ตรวจสอบอีกครั้งว่าถูกต้องโดยมีจำนวนอะตอมชนิดเดียวกันเท่ากันทั้งสองข้าง

EX.   อะลูมิเนียมซึ่งเป็นโลหะที่ว่องไวต่อปฏิกิริยากับกรด เมื่ออะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก จะเกิดแก๊สไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมซัลเฟต  จงเขียนและดุลสมการของปฏิกิริยานี้

วิธีทำ       (1)  เขียนสูตรสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์  Al + H2SO4 —-> H2(g) + Al2(SO4)3

(2)  ดุลจำนวนอะตอม Al                2Al + H2SO4 —-> H2(g) + Al2(SO4)3

(3)  ดุลจำนวนกลุ่มไอออน SO42-        2Al + 3H2SO4 —-> H2(g) + Al2(SO4)3

(4)  ดุลจำนวนอะตอม H              2Al + 3H2SO4 —-> 3H2(g) + Al2(SO4)3

หลักในการเขียนสมการเคมี

ต้องเขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นแต่ละชนิดได้

ต้องทราบว่าในปฏิกิริยาเคมีหนึ่งเกิดสารผลิตภัณฑ์ใดขึ้นบ้าง และเขียนสูตรเคมีของสารผลิตภัณฑ์ได้

เมื่อเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีได้แล้วให้ทำสมการเคมีให้สมดุลด้วยเสมอ คือทำให้จำนวนอะตอมของธาตุทุกชนิดทางซ้ายเท่ากับทางขวา โดยการเติมตัวเลขข้างหน้าสูตรเคมีของสารนั้นๆ เช่น

N2 + H2 —-> NH3 ไม่ถูกต้อง เพราะสมการนี้ไม่ดุล

 

N2 + 3H2 —-> 2NH3 ถูกต้อง เพราะสมการนี้ดุลแล้ว

ข้อควรจำ ในสมการเคมีที่ดุลแล้วนี้จะมี จำนวนอะตอม โมลอะตอม และมวลสารตั้งต้นเท่ากับของสารผลิตภัณฑ์เสมอ ส่วนจำนวนโมเลกุลหรือจำนวนโมลโมเลกุล หรือปริมาตรของสารตั้งต้นอาจเท่ากันหรือ ไม่เท่าหรือสารผลิตภัณฑ์ก็ได้(ส่วนใหญ่ไม่เท่ากัน)

ในการเขียนสมการเคมี ถ้าให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ควรบอกสถานะของสารแต่ล่ะชนิดด้วยคือถ้าเป็นของแข็ง (solid) ใช้ตัวอักษรย่อว่า “s” ถ้าเป็นของเหลว (liquid) ใช้อักษรย่อว่า “l” เป็นก๊าซ (gas) ใช้อักษรย่อว่า “g” และถ้าเป็นสารละลายในน้ำ (aqueous) ใช้อักษรย่อว่า “aq” เช่น

CaC2(s) + 2H2O(g) —-> Ca(OH)2(aq) + C2H2(g)

7.การเขียนสมการบางครั้งจะแสดงพลังงานขอปฏิกิริยาเคมีด้วยเช่น

2NH3(g) + 93(g) —-> N2(g) + 3H2(g) ปฏิกิริยาดูดพลังงาน = 93 kJ

 

CH4(g) + 2O2 —-> CO2(g) + 2H2O(l) + 889.5 kJ ปฏิกิริยาคายพลังงาน = 889.5

 

พิจารณาลักษณะของอะตอมของธาตุในสารตั้งต้นหรือในธาตุของผลิตภัณฑ์แล้ววิเคราะห์ลักษณะของการเปลี่ยนแปลง สูตรของสารตั้งต้นมาเป็นสูตรของผลิตภัณฑ์ อาจจำแนกประเภทของปฎิกิริยาเคมีได้เป็น 3 ประเภท ดังนี้

ปฎิกิริยาการรวมตัว (Combination)

 

ปฎิกิริยารวมตัวเกิดจากสารโมเลกุลเล็กกว่ารวมกันเป็นโมเลกุลใหญ่ หรือเกิดจากธาตุทำปฎิกิริยากับธาตุได้สารประกอบ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

ตัวอย่างที่ 1 แก๊ซ H2 รวมกับแก๊ซ O2 ได้น้ำ (H2O)

2H2(g) + O2(g) —-> 2H2O(l)

ตัวอย่างที่ 2 2Al(s) + 3Cl2(g) —-> 2AlCl3

 

2.ปฎิกิริยาการแยกสลาย (Decomposition)

 

ปฎิกิริยาการแยกสลายเกิดจากสารโมเลกุลใหญ่แยกสลายให้สารโมเลกุลเล็กๆ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

ตัวอย่างที่ 1 แยกน้ำด้วยกระแสไฟฟ้าให้แก๊ซ O2 และ H2

2H2O(l) —-> 2H2(g) + O2(g)

ตัวอย่างที่ 2 เผาหินปูนด้วยแคลเซียมคาร์บอนเนต (CaCO3) จะได้แคลเซียมออกไซต์ (CaO)

และแก๊สคาร์บอนได้ออกไซต์ (CO2)

เผา

CaCO3(s) —-> CaO(s) + CO2(g)

 

3.ปฎิกิริยาการแทนที่ (Replacement)

 

ปฎิกิริยาการแทนที่เป็นปฏิกิริยาที่สารหนึ่งเข้าไปแทนที่สารในอีกสารหนึ่ง

เช่น Zn(s) + CuSO 4 —-> ZnSO 4 + Cu

4.)ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน  มีหลายประเภทเช่น

ปฏิกิริยาตะกอน เป็นปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนชนิดหนื่งที่เมื่อแยกเขียนเป็นสมการไออนิคจะพบว่ามีการตกตะกอนเช่น

Ba(CN)2(aq) + Na2CO3(aq)                      BaCO3(s) + 2NaCN(aq)

Pb(NO3)2(aq) + 2KI (aq)                       PbI2(s) + KNO3 (aq)

 

ปฏิกิริยาสะเทิน (Neutralization Reaction) เป็นปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนประเภทหนึ่ง เกิดกับปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส ได้เกลือกันน้ำ เช่น

HCl(aq) +NaOH(aq)                              NaCla(q) +  H2O()

ปฏิกิริยาการเกิดแก๊ส (Gas Forming Reaction) เป็นปฏิกิริยาเคมี ที่เกิดผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สสารตั้งต้น มักเป็นปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนระหว่างกรดหรือเบสกับสารเคมีอื่น

ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction) เป็นปฏิกิริยาที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนกันหรือเป็นปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุทั้งเพิ่มและลดในปฏิกิริยาเดียวกัน

 

 

EX     ในการสันดาปของเอมิลแอลกอฮอล์(C5H11OH) ดังนี้

2C5H11OH(g) + 15O2(g)                            10CO2(g) + 12H2O(g)

ก.จงหาจำนวนโมลของก๊าซออกซิเจนที่ต้องใช้ในการสันดาปกับ 1 โมลของเอมิลแอลกอฮอล์

วิธีทำ  ก. 2C5H11OH(g) + 15O2(g)                       10CO2(g) + 12H2O(g)

วิธีทำที่ 1 จากสมการ C5H11OH 2 โมล  ?O2 =15 โมล

C5H11OH 1 โมล  ?O2 =   (15 mol?1mol)/2mol 7.5 โมล

 

วิธีที่ 2 molของC5H11OH/(mol ของ O2)   =    2/?(15@)

 

(1 mol)/(mol O2)     =         2/15

โมลของ O2             = 15/2  โมล  = 7.5 โมล

ข.จงหามวลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากการใช้เอมิลแอลกอฮอล์มากเกินพอ แล้วเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 22 กรัม

ข.2C5H11OH(g) + 15O2(g)                                   10CO2(g) + 12H2O(g)

วิธีทำที่ 1. จากสมการ CO2 10 mol มาจาก O2 =15 mol

CO2 10 ?44 g มาจาก O2 =15?22.4 dm3 STP

CO2  22 g มาจาก O2     = (15?22.4?22g)/(10?44g)=  16.8 dm3

 

 

 

วิธีที่ 2. ให้ O2  มีปริมาตร = x dm 3 STP มีจำนวน  x/22.4   mol

CO2  22  g   มีจำนวน  =   22/44   = 1/2 mol

 

(mol O2)/(mol CO2  )   =      15/10

x/22.4                =            15/10

1/2 mol

 

?  X    =  15/10?1/2?22.4  = 16.8  dm3

 

ปริมาตรของ O2 ที่  STP   =   16.8  dm3

 

EX   นำผลึกโซเดียมฟอสเฟต  (Na3PO4 .xH2O) หนัก  3.615 g มาเผามวลสูญหายไป  2.055 g เมื่อเผาแล้วให้เหลือเกลือที่ปราศจากน้ำ จงหาค่า x ในสูตพิมพ์สมการที่นี่รของผลึกนั้ (มวลอะตอมของ H  =  1,O = 16,Na = 23,P =31 )

วิธีทำ  Na3PO4.xH2 O(s)        ?(?? )             Na3PO4(s) + xH2 O(g)

มวลโมเลกุลของ  Na3PO4.xH2O  =   (164 + 18x)

จากสมการ     Na3PO4.xH2O       1   mol   เผาแล้วเกิด  H2O  =  x mol

Na3PO4.xH2O    (164 + 18x) g  เผาแล้วเกิด  H2O  = x ?18 g

Na3PO4.xH2O    3.615 g   เผาแล้วเกิด  H2O  =  (18?g?3.615g)/(164+18x)g

 

 

มวลของ H2O หนัก       =      65.07x/((164+18x)) g

 

? X    =   12.00

EX    แร่ชนิดหนึ่งมี ZnS 79.55% นำแร่ชนิดนี้หนัก 445 g ไปทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนจนสมบรูณ์ดังสมการ                                                      2ZnS + 3O2                     2ZnO  +  2SO2

จงหาของก๊าซ O2ที่ต้องใช้ทั้งหมด และหาปริมาตรของก๊าซ SO2 ที่  STP

(มวลอะตอมของ O  = 16, S  = 32, Zn  =  65.39)

วิธีทำ                 2ZnS +  3O2                    2Zn(s)  +  2SO2

แร่  100 g มี ZnS  =  79.5 g

แร่  100 g มี ZnS  =  79.5 g ?445  g   =  353.78 g

100 g

จากสมการ            ZnS     2   mol    =   O2   =   3  mol

ZnS 2 ? 97.39 g   =  O2   =   3 ?32  g

ZnS  353.78  g   =   O2   =   (3?32g?353.78g)/(2?97.38g)  =  174.38  g

 

?มวลของก๊าซ O2   =  174.38  g

จากสมการ                 ZnS  2?97.39  g  เกิด  SO2  =  2?22.4  dm3

ZnS  353.78  g  เกิด  SO2     =  (2?22.4dm3?353.78g)/(2?97.39g)

มวลของก๊าซ  SO2  =  81.37 dm3  STP

 

 

 

EX  การหมักเป็นกระบวนการทางเคมีอย่างซับซ้อนในการทำไวน์ โยการใช้น้ำตาลหมักให้เปลี่ยนเป็นเอทานอลและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

C6H12O6                   2C2H5OH  +  2CO2

เริ่มต้นใช้กลูโคส  500.4 g จงหาปริมาตรของเอทานอลที่เกิดขึ้นจากกระบวนการนี้

(ความหนาแน่นของเอทานอล  =0.789 g/ml, มวลอะตอมของ H  =  1,C  =  12, O  =  16)

วิธีทำ                 C6H12O6                              2C2H5OH  +  2CO2

จากสมการ        C6H12O6   1   mol  C2H5 OH   =   2   mol

C6H12O6   180  g  C2H5OH     =   2?46  g

C16H12O6  500.4  g   C2H5OH   =  (2?46g?50.4)/180g

180  g

มวลของเอทานอล                           =  255.79  g

แต่สูตร  d                                        =  M/V

แทนค่า ; 0.789 g/ml                        =  255.76g/V

V                                 =   255.76g/(0.789g/ml)   =  324.16  ml

 

ปริมาตรของเอทานอล               =  324.16  ml

สารประกอบและธาตุ

44

ธาตุและสารประกอบ

                ในภาวะปกติ ธาตุบางชนิดดำรงอยู่สถานะของแข็ง บางชนิดเป็นของเหลว และบางชนิดเป็นก๊าซ เราแบ่งธาตุทั้งหมดออกได้เป็นสามพวกใหญ่ ๆ คือ โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ ตัวอย่าง โลหะและอโลหะที่เราพอรู้จักกันคือ

โลหะ

อโลหะ

ทองคำ
เงิน
เหล็ก
ปรอท
ตะกั่ว
สังกะสี
อะลูมิเนียม
โซเดียม
แมกนีเซียม

( ของแข็ง)
( ของแข็ง)
( ของแข็ง)
( ของเหลว)
( ของแข็ง)
( ของแข็ง)
( ของแข็ง)
( ของแข็ง)
( ของแข็ง)

ไฮโดรเจน
ไนโตรเจน
ออกซิเจน
คลอรีน
โบรมีน
ไอโอดีน
กำมะถัน
อาร์กอน
คาร์บอน

( ก๊าซ)
( ก๊าซ)
( ก๊าซ)
( ก๊าซ)
(ของเหลว)
(ของแข็ง)
( ของแข็ง)
( ก๊าซ)
( ของแข็ง)

 

สมบัติอื่น ๆ บางประการของธาตุบางชนิด

ธาตุ

ความมันวาว

การนำความร้อน

การนำไฟฟ้า

ความเหนียว

Al

เป็นมันวาว

นำได้ดี

นำได้ดี

เหนียว

Mg

เป็นมันวาว

นำได้ดี

นำได้ดี

เหนียว

C( แกรไฟต์)

ไม่มันวาว

นำได้ดี

นำได้ดี

เปราะ

S

ไม่มันวาว

ไม่นำ

ไม่นำ

เปราะ

P

ไม่มันวาว

ไม่นำ

ไม่นำ

เปราะ

               การที่เราจำแนกธาตุทั้งหลายออกเป็นโลหะกับอโลหะ ก็เนื่องจากธาตุต่าง ๆ แม้จะมีสมบัติเฉพาะตัวแตกต่างกัน แต่ก็มีสมบัติบางประการเหมือนกันหรือคล้ายกัน พอจะแยกออกได้เป็น 2 พวก คือ

ตาราง การเปรียบเทียบสมบัติของโลหะและอโลหะ

สมบัติ

โลหะ

อโลหะ

1. สถานะ

เป็นของแข็งในสภาวะปกติ ยกเว้นปรอทซึ่งเป็นของเหลว มีอยู่ได้ทั้ง 3 สถานะ ธาตุที่เป็นก๊าซในภาวะปกติเป็นอะโลหะ

2. ความมันวาว

มีวาวโลหะ ขัดขึ้นเงาได้ ส่วนมากไม่มีวาวโลหะ ยกเว้น แกรไฟต์ และเกล็ดไอโอดีน

3. การนำไฟฟ้าและน้ำความร้อน

นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดี เช่น สายๆฟฟ้ามักทำด้วยทองแดง นำไฟฟ้าและนำความร้อนไม่ได้ยกเว้นแกรไฟต์ นำไฟฟ้าได้ดี

4. ความเหนียว

ส่วนมากเหนียว ดึงยืดเป็นเส้นลวด หรือตีเป็นแผ่นบ่าง ๆ ได้ อโลหะที่เป็นของแข็ง มีเปราะดึงยืดออกเป็นเส้นลวดหรือตีเป็นแผ่นบาง ๆ ไม่ได้

5. ความหนาแน่น หรือความถ่วงจำเพาะ (ถ. พ. )

ส่วนมากมีความหนาแน่น หรือ ถ . พ. สูง มีความหนาแน่น หรือ ถ . พ. ต่ำ

6. จุดเดือนและจุดหลอดเหลว

ส่วนมากสูงเช่น เหล็ก มีจุดหลอดเหลว 1,536 OC จุดเดือด 3,000 OC ยกเว้นปรอท ซึ่งมีจุดหลอดเหลวต่ำเพียง -39 OC ส่วนมากต่ำโดยเฉพาะพวกอโลหะที่เป็นก๊าซ เช่น ออกซิเจน มีจุดเดือด -183 OC จุดเยือกแข็ง ( จุดหลอดเหลว) -219 OC กำมะถันมีจุดหลอดเหลว 113 OC จุดเดือด 444 OC เป็นต้น

7. การเกิดเสียงเมื่อเคาะ

มีเสียงดังกังวาน ไม่มีเสียงดังกังวาน

8. เกี่ยวกับอิเล็กตรอนและประจุไอออน

เป็นพวกชอบให้อิเล็กตรอน ทำให้เกิดเป็นไอออนบวก เป็นพวกชอบรับอิเล็กตรอน ทำให้เกิดเป็นไอออนลบ

9. การ เกิดสารประกอบ

เกิดสารประกอบ เช่น ออกไซด์ คลอไรด์ ซัลไฟด์ และไฮไดร์ได้ เกิดสารประกอบ เช่น ออกไซด์ คลอไรด์ ซัลไฟด์ และไฮไดร์ได้

10. สารประกอบออกไซด์

โลหะออกไซด์เป็นเบส อโลหะออกไซด์เป็นกรด

              ส่วนพวกกึ่งโลหะ หมายถึง ธาตุที่มีสมบัติกึ่งโลหะและอโลหะ เช่น ธาตุซิลิคอน มีสมบัติบางประการคล้ายโลหะ เช่น นำไฟฟ้าได้บ้างที่อุณหภูมิปกติ และนำไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เป็นของแข็ง เป็นมันวาวสีเงิน จุดเดือดสูง แต่เปราะแตกง่าย คล้ายอโลหะ

 

โลหะทรานซิชัน

          โลหะทรานซิชันบรรจุไว้ตรงกลางของตารางธาตุ โลหะทรานซิชันที่รู้จักกันดี คือ เหล็ก ทองแดง สังกะสี โครเมียม นิกเกิล และทองคำ โลหะทรานซิชัน มีทั้งหมด 8 หมู่ แต่หมู่ 8 มีทั้งหมด 3 หมู่ย่อย จึงมีธาตุต่างๆ รวม 10 หมู่ และมีทั้งหมด 4 คาบ ดังรูป

สมบัติทางกายภาพ

  • โลหะทรานซิชันมีสมบัติแข็ง หนัก เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี เป็นประกายวาว จุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ซึ่งถือได้ว่าเป็นแบบฉบับของโลหะ (ดูเรื่องสมบัติของโลหะ)
  • เหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ เป็นโลหะที่เป็นแม่เหล็ก
  • โลหะทรานซิชันใช้ผสมกับโลหะอื่นได้โลหะผสม (โลหะอัลลอยด์)

สมบัติทางเคมี

  • โลหะทรานซิชันว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาน้อยกว่าโลหะหมู่ 1 และโลหะหมู่ 2
  • โลหะทรานซิชันมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น Fe มีเลขออกซิเดชัน = +3 และ +2 และ Cu มีเลขออกซิเดชัน = +2 และ +1 เป็นต้น
  • โลหะทรานซิชันหลายชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดี เช่น ในอุตสาหกรรมการผลิตแอมโมเนีย ใช้เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การผลิดกรดซัลฟูริก ใช้ วาเนเดียม (v) ออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
  • สารประกอบและไอออนของโลหะทรานซิชันมักมีสี เช่น CuCl 2 มีสีเขียวเข้ม FeCl 3 มีสีส้ม CuSO 4 มีสีฟ้า MnSO 4 มีสีชมพู เป็นต้น

 

ธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82

กัมมันตภาพรังสี หมายถึง ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีเบต้า และรังสีแกมมา

ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่งมีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น

(ธาตุยูเรเนียม)…………. (ธาตุทอเลียม) (อนุภาคแอลฟา)

จะเห็นได้ว่าการแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้ หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิม และธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกัน โดย มวลจำนวนหนึ่งของธาตุ จะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของมันที่มีอยู่เดิม เมื่อเวลาผ่านไป เรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทปและสามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดได้

 

สูตรคำนวณหา ครึ่งชีวิตของธาตุ

กำหนดให้ N คือ มวลของธาตุที่เหลืออยู่
N 0 คือ มวลของธาตุที่มีอยู่เดิม
t คือ เวลาที่ผ่านไปที่เกิดการสลายตัว
t 0 คือ เวลา ครึ่งชีวิตของแต่ละธาตุ

 

รังสีที่ทำให้เกิดการแตกของประจุ ( Ionizing Radiation )

  • รังสีแอลฟา อะตอมใหม่จะมี เลขอะตอมลดลง 2 เลขมวลลดลง 4 อนุภาคแอลฟา มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำเพียงแค่กระดาษ อากาศที่หนาประมาณ 2- 3 cm น้ำที่หนาขนาดมิลลิเมตร หรือโลหะบางๆ ก็สามารถกั้นอนุภาคแอลฟาได้
  • รังสีของอนุภาคโพซิตรอน มีสมบัติเช่นเดียวกับอนุภาคบีตา ต่างกันที่โพซิตรอนมีประจุบวกและไม่เสถียร การแผ่รังสีของอนุภาคโพซิตรอนนิวเคลียสจะมีจำนวนโปรตอนมากกว่านิวตรอน เมื่อเทียบจากไอโซโทปที่เสถียรของธาตุเดียวกัน
  • รังสีเบต้า มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน คือ ประจุเป็น –1 มวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟาประมาณ 100 เท่า และมีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง
  • รังสีแกมมา เป็นรังสีที่มีพลังงานสูง ไม่มีประจุ ไม่มีมวล เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเร็วเท่ากับความเร็วแสงและมีอำนาจทะลุทะลวงสูง
  • สัญลักษณะของอนุภาคต่าง ๆ ( ต้องจำ) เช่น เบต้า b ( )   แอลฟา a ( ) แกมมา g โปรสิตรอน ( ) โปรตอน ( ) และนิวตรอน ( )

ประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ 

การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งมี 2 ประเภท คือ

1. ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fussion reaction) คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่นิวเคลียสของธาตุเบาหลอมรวมกันเข้าเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และมีการคายความร้อนออกมาจำนวนมหาศาลและมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชันเสียอีก ดังภาพ ปฏิกิริยาฟิวชันที่รู้จักกันดี คือ ปฏิกิริยาระเบิดไฮโดรเจน (Hydrogen bomb)

2. ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) คือปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้น เนื่องจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเข้าไปยังนิวเคลียสของธาตุหนัก แล้วทำให้นิวเคลียร์แตกออกเป็นนิวเคลียร์ที่เล็กลงสองส่วนกับให้อนุภาคนิวตรอน 2-3 อนุภาค และคายพลังงานมหาศาลออกมา ดังภาพ ถ้าไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้อาจเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงที่เรียกว่า ลูกระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ให้เกิดรุนแรง นักวิทยาศาสตร์จึงได้สร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณู ซึ่งสามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้

ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังส

1.  ทำเตาปฏิกรณ์ปรมาณู ทำโรงงานไฟฟ้าพลังงานปรมาณู และเรือดำน้ำปรมาณู
2.  ใช้สร้างธาตุใหม่หลังยูเรเนียม สร้างขึ้นโดยยิ่งนิวเคลียสของธาตุหนักด้วยอนุภาคแอลฟา หรือด้วยนิวเคลียสอื่นๆ ที่ค่อนข้างหนัก และมีพลังงานสูง
3.  ใช้ศึกษากลไกของปฏิกิริยาเคมี เช่น การเกิดปฏิกิริยาของเอสเทอร์
4.  ใช้ในการหาปริมาณวิเคราะห์
5.  ใช้ในการหาอายุของซากสิ่งมีชีวิต (C – 14)
6.  การรักษาโรค เช่น มะเร็ง (Ra – 226)
7. ใช้ในการถนอมอาหารให้อยู่ได้นานๆ ( Co-60)
8. ใช้ ศึกษาความต้องการปุ๋ยของพืช และปรับปรุงเมล็ดพันธุ์ที่ต้องการ (P – 32)

โทษของธาตุกัมมันตรังสี

ถ้าร่างกายได้รับจะทำให้โมเลกุลภายในเซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลงไม่สามารถทำงานตามปกติได้ ถ้าเป็นเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมก็จะเกิดการผ่าเหล่า โดยเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์ เมื่อเข้าไปในร่างกายจะไปสะสมในกระดูก ส่วนผลที่ทำให้เกิดความป่วยไข้จากรังสี เมื่ออวัยวะส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายได้รับรังสี โมเลกุลของธาตุต่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตัว ทำให้เกิดอาการป่วยไข้และเกิดมะเร็งได้

ตารางแสดง ธาตุไอโซโทป

ธาตุ/ไอโซโทป

ครึ่งชีวิต

แบบการสลายตัว

ประโยชน์

Tc -99

6 ชั่วโมง

C-14

5,760 ปี

เบต้า

หาอายุวัตถุโบราณ

Co-60

5.26 ปี

แกมมา

รักษามะเร็ง

Au-198

2.7 วัน

เบต้า แกมมา

วินิจฉัยตับ

I-125

60 วัน

แกมมา

หาปริมาณเลือด

I-131

8.07 วัน

เบตา แกมมา

วินิจฉัยอวัยวะ

P-32

14.3 วัน

เบต้า

รักษามะเร็ง

Pu-239

24,000 ปี

อัลฟา   แกมมา

พลังงาน

K-40

1 x10 9 ปี

เบต้า

หาอายุหิน

U-238

4.5×10 9 ปี

อัลฟา   แกมมา

วัตถุเริมต้นให้ Pu-239

U-235

7.1×10 9 ปี

อัลฟา   แกมมา

รักษามะเร็ง

Cl-36

4×10 5 ปี

Po-216

0.16 วินาที

Ra-226

1,600 ปี

อัลฟา   แกมมา

รักษามะเร็ง

Na-24

15 ชั่วโมง

ตารางแสดง ปริมาณและผลของรังสี

ปริมาณรังสีที่รับ

ผลของรังสีที่ได้รับต่อสุขภาพ

4 มิลลิเร็ม เดินทางไปกลับด้วยเครื่องบิน นิวยอร์ค-ลอนดอน
20 มิลลิเร็ม x -ray ปอด 1 ครั้ง
30-50 มิลลิเร็ม/ต่อปี อยู่ในบ้านไม้
50-100 มิลลิเร็ม/ต่อปี อยู่ในบ้านอิฐ
70-100 มิลลิเร็ม/ต่อปี อยู่ในบ้านปูน(คอนกรีต)
170 มิลลิเร็ม/ต่อปี ตายด้วยโรคมะเร็ง 1 ใน 250,000 คน
500 มิลลิเร็ม/ต่อปี ค่ามาตรฐานที่นานาชาติยอมรับได้สำหรับประชาชน ทั่ว ๆไป
5000 มิลลิเร็ม/ต่อปี ค่ามาตรฐานที่นานาชาติยอมรับได้สำหรับเจ้าหน้าที่ใน อุตสาหกรรมนิวเคลียร์
25 เร็ม มีเลือดขาวต่ำกว่าปกติเล็กน้อย
50 เร็ม เกิดมีรอยแผลของผิวหนัง เม็ดเลือดขาวต่ำชัดเจนขึ้น
100 เร็ม คลื่นไส้อาเจียนผมร่วงมีอัตราการเสี่ยงต่อโรคมะเร็งในระยะยาว
200-600 เร็ม เลือดขาวต่ำอย่างรุนแรง มีเลือดออกในร่างกาย มีโอกาสเสียชีวิต 50 %
600-1000 เร็ม เม็ดเลือดขาวถูกทำลายโดยสิ้นเชิง ระบบทำงานของลำไส้ถูกทำลาย มีโอกาสเสียชีวิต 80-100%
มากกว่า 1000 เร็ม เสียชีวิตใน 1-14 วัน

การจัดตำแหน่งไฮโดรเจนในตารางธาตุ

การจัดธาตุให้อยุ่ในหมู่ใดของตารางธาตุจะใช้สมบัติที่คล้ายกันเป็นเกณฑ์ ในตารางธาตุปัจจุบันได้จัดให้ธาตุไฮโดรเจนอยู่ในคาบที่ 1 ระหว่างหมู่ 1 กับหมู่ 7 เพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ให้ศึกษาสมบัติบางประการของธาตุไฮโดรเจนเปรียบเทียบกับสมบัติธาตุหมู่ 1 และหมู่ 7

ตารางสมบัติของประการของธาตุไฮโดรเจนกับธาตุหมู1 กับหมู่ 7

สมบัติ

ธาตุหมู่ 1

ธาตุไฮโดรเจน

ธาตุหมู่ 7

จำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอน
1
1
7
เลขออกซิเดซันในสารประกอบ
+1
+1 และ -1
+1 +3 +5 +7 – 1
ค่า IE
382-526
1318
1015 – 1687
อิเล็กโทรเนกาทิวิตี
1.0-0.7
2.1
1015 – 1687
สถานะ
ของแข็ง
ก๊าซ
ก๊าซ /ของเหลว/ของแข็ง
การนำฟ้า
นำ
ไม่นำ
ไม่นำ

 

เมื่อพิจารณาข้อมูลในตาราง พบว่าไฮโดรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 1 และมีเลขออกซิเดชัน +1 ไฮโดรเจนจึงควรอยู่ในหมู่ 1 คาบที่ 1 แต่ไฮโดรเจนมีสมบัติคล้ายธาตุหมู่ 7 หลายประการคือ มีเลขออกซิเดชันได้มากกว่าหนึ่งค่า มีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 และอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง มีสถานะเป็นก๊าซ ไม่นำไฟฟ้า เมื่อเกิดเป็นสารประกอบต้องการเพียง 1 อิเล็กตรอนก็จะมีการจัดอิเล็กตรอนเช่นเดียวกับฮีเลียมซึ่งเป็นธาตุในหมู่ 7 คาบที่ 1 อยู่ระหว่างหมู่ 1 กับ 7 ดังปรากฏในตารางธาตุ

 

สารประกอบออกไซด์

สารประกอบออกไซดหมายถึง สารประกอบที่เกิดจากธาตุออกซิเจนรวมกับธาตุอื่น ๆ ซึ่งอาจจะเป็นโลหะหรืออโลหะก็ได้ เช่น Na 2O, P 2O 3, NO 2

การเตรียมสารประกอบออกไซด์ อาจจะทำได้โดยนำออกซิเจนมาเผารวมกับธาตุต่าง ๆ เช่น

4Na (s) + O 2 (g) ————–> 2Na 2O (s)

2Ca(s) + O 2 (g) ————–> 2CaO (s)

4Al(s) + O 2 (g) —————> 2Al 2O 3 (s)

C(s) + O 2 (g) ————–> CO 2 (g)

สมบัติบางประการของสารประกอบออกไซด

จากการศึกษาสมบัติบางประการของสารประกอบออกไซด์ของ 20 ธาตุแรก เกี่ยวกับสูตรของสารประกอบ จุดหลอมเหลว สถานะ การละลายน้ำ และความเป็นกรด – เบสของสารละลายได้ผลสรุปดังนี้

1. เมื่อใช้ความเป็นโลหะและอโลหะเป็นเกณฑ์ จะแบ่งสารออกได้เป็น 2 กลุ่มดังนี้

ก . ออกไซด์ของโลหะ เช่น Li 2O BeO Na 2O MgO Al 2O 3 K 2O CaO
ข . ออกไซด์ของอโลหะ เช่น H 2O CO 2 N 2O 5 F 2O P 2O 5 SO 2 Cl 2O

2. การแบ่งกลุ่มย่อยอาจจะใช้สมบัติความเป็นกรด – เบสของสารละลาย เช่น

ก . ออกไซด์ของโลหะ

– สารละลายเป็นกรด –
– สารละลายเป็นเบส ได้แก่ Li 2O Na 2O MgO K 2O และ CaO
– สารละลายเป็นกลาง ได้แก่ –
– พวกไม่ละลายน้ำ ได้แก่ BeO Al 2O 3 B 2O 3 SiO 2

ข . ออกไซด์ของอโลหะ

– สารละลายเป็นกรด ได้แก่ CO 2 N 2O 5 F 2O P 2O 5 SO 2 และ Cl 2O
– สารละลายเป็นเบส ได้แก่ –
– สารละลายเป็นกลาง ได้แก่ H 2O
– พวกไม่ละลายน้ำ ได้แก่ –

4. เมื่อใช้จุดหลอมเหลวเป็นเกณฑ์จะได้กลุ่มย่อยดังนี้

ออกไซด์ที่เป็นของแข็ง
และมีจุดหลอมเหลวสูง

ออกไซด์ที่เป็นของแข็งและ
มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง

ออกไซด์ที่เป็นของเหลวหรือ
ก๊าซและมีจุดหลอมเหลวต่ำ

สูตร

จุดหลอมเหลว (0C)

สูตร

จุดหลอมเหลว (0C)

สูตร

จุดหลอมเหลว (0C)

Li 2O

1700

K 2O

350

H 2O(l)

0

Na 2O

1275

B 2O 3

460

CO 2(g)

-57

BeO

2530

P 2O 5

580

N 2O 5(g)

-102

MgO

2800

F 2O(g)

-218

CaO

2580

P 2O 5(g)

-224

Al 2O 3

2045

SO 2(g)

-73

Cl 2O(g)

-20

โดยสรุป

ก . ออกไซด์ของโลหะ มีสถานะเป็นของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง พวกที่ละลายน้ำได้สารละลายจะแสดงสมบัติเป็นเบส เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน
ข . ออกไซด์ของอโลหะ มีสถานะเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลวและก๊าซ ส่วนมากมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำพวกที่ละลายน้ำได้สารละลายจะแสดงสมบัติเป็นกรด

เมื่อนำสารประกอบออกไซด์มาจัดเรียงเป็นหมวดหมู่เดียวกันตามตารางธาตุ จะได้ดังนี้

สารประกอบคลอไรด์

สารประกอบคลอไรด์ หมายถึง สารประกอบธาตุคู่ระหว่างธาตุคลอรีนกับธาตุอื่นๆ เช่น NaCl CaCl 2 HCl และ CCl 4 เป็นต้น

สารประกอบคลอไรด์สามารถเตรียมได้โดยตรง โดยผ่านก๊าซคลอรีนแห้งไปบนธาตุที่กำลังร้อน ดังนั้นในขั้นแรกจึงต้องเตรียมก๊าซคลอรีนก่อนแล้วจึงผ่านก๊าซคลอรีนที่ได้นั้นลงไปบนธาตุที่ร้อนดังกล่าว

การเตรียมก๊าซคลอรีนในห้องปฏิบัติการ ใช้ปฏิกิริยาระหว่างโปตัสเซียมเพอร์แมงกาเนต (KMnO 4) กับก๊าซไฮโดรคลอริก(HCl) เข้มข้นประมาณ 10 mol/dm 3 ซึ่งเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้

KMnO 4 (s) + 16 HCl (aq) —–> 2KCl (aq) + 2MnCl 2 (aq) + 8H 2 (l) + 5Cl 2 (g)

หมายเหตุ ก๊าซคลอรีนเป็นก๊าซพิษ ดังนั้นการเตรียมจึงต้องทำอย่างระมัดระวัง

สมบัติของสารประกอบคลอไรด์

1. การแตกตัวเป็นไอออนทดสอบได้โดยใช้สารละลาย AgNO 3 ซึ่งถ้ามีCl – จะเกิดตะกอนของ AgCl จัดว่าเป็นวิธีทดสอบคลอไรด์ไอออนวิธีหนึ่ง จากสมการดังต่อไปนี้

Ag +(aq) + Cl – (aq) ——-> AgCl (s)

2. แบ่งสารประกอบคลอไรด์ออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ คลอไรด์ของโลหะและคลอไรด์ของอโลหะดังนี้

ก . คลอไรด์ของโลหะ ได้แก่ LiCl BeCl 2 NaCl MgCl 2 AlCl 3 KCl และ CaCl 2
ข . คลอไรด์ของอโลหะ ได้แก่ HCl   BCl 3  CCl 4  NCl 3   Cl 2O  ClF   PCl 5   SiCl 4 และ SCl 2

3. เมื่อใช้ความเป็นกรด – เบสของสารละลาย จะแบ่งกลุ่มย่อยได้ดังนี้

ก . คลอไรด์ของโลหะ

– สารละลายเป็นกรด ได้แก่ AlCl 3   BeCl 2
– สารละลายเป็นกลาง ได้แก่ LiCl   NaCl   MgCl 2   KCl และ CaCl 2
– สารละลายเป็นเบส –

ข . คลอไรด์ของอโลหะ

– สารละลายเป็นกรด ได้แก่ HCl   BCl 3   Cl 2O   ClF   PCl 5   SiCl 4 และ SCl 2
– สารละลายเป็นกลาง ได้แก่ –
– สารละลายเป็นเบส ได้แก่ –

4. เมื่อใช้สถานะและจุดหลอมเหลว จะแบ่งกลุ่มย่อยได้ดังในตาราง

คลอไรด์ที่เป็นของแข็ง
และมีจุดหลอมเหลวสูง

คลอไรด์ที่เป็นของแข็งและ
มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง

คลอไรด์ที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ
และมีจุดหลอมเหลวต่ำ

สูตร

จุดหลอมเหลว ( 0C)

สูตร

จุดหลอมเหลว ( 0C)

สูตร

จุดหลอมเหลว ( 0C)

LiCl

610

AlCl 3

198

SCl 2

-80

NaCl

801

PCl 5

148

CCl 4

-23

KCl

770

ClF

-154

BeCl 2

405

Cl 2O

-20

MgCl 2

712

BCl 3

-107

CaCl 2

772

NCl 3

-27

SiCl 4

-68

HCl

-114

เมื่อนำคลอไรด์มาจัดรวมกันเป็นหมวดหมู่ หมวดหมู่เดียวกันตามตารางธาตุ จะได้ดังนี้

ธาตุและสารประกอบในชีวิตประจำวัน

1. โซเดียมคลอไรด์ ( NaCl ) ใช้ปรุงรสอาหาร ถนอมอาหาร เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO 3 ) หรือโซดาทำขนม โซเดียมคาร์บอเนต (NaCO 3 ) หรือโซดาแอส โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH ) หรือโซดาไฟ และไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl ) ในต่างประเทศใช้ NaCl สำหรับละลายน้ำแข็งในหิมะ เป็นสารจำเป็นในร่างกาย คือ Na + เป็นส่วนประกอบของของเหลวในร่างกาย

2. แคลเซียมคลอไรด์ ( CaCl 2 )  ใช้เป็นสารดูดความชื้น ใช้ในเครื่องทำความเย็นในอุตสาหกรรมห้องเย็น ใช้ทำฝนเทียม

3. โพแทสเซี่ยมคลอไรด์ ( KCl ) ใช้ทำปุ๋ย

4. แอมโมเนียมคลอไรด์ ( NH 4Cl ) ใช้เป็นน้ำประสารดีบุก ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์เซลล์ถ่านไฟฉาย

5. โซเดียมหรือแคลเซียมคลอเรต ( NaClO 3 , Ca (ClO 3 ) 2   ใช้เป็นสารฟอกสี ฟอกขาวเยื่อกระดาษ ใช้ฆ่าแบคทีเรีย และสาหร่ายในน้ำประปา และในน้ำสระ

6. HCl    ใช้กำจัดสนิมเหล็กก่อนที่จะฉาบสารกันสนิม

7. DDT   ใช้เป็นยาฆ่าแมลง (ปัจจุบันเป็นสารต้องห้าม)

8. ฟรีออน หรือสาร CFC ใช้ทำความเย็น เป็นตัวขับดันในกระป๋องสเปรย์

9. โบรโมคลอโรไดฟลูออโรมีเทน ( BFC ) เป็นสารที่ใช้ดับเพลิงในรถยนต์    และเครื่องบิน

10. แคลเซียม ( Ca ) เป็นธาตุหมู่ 2 มีความแข็งแรงพอใช้เป็นโลหะที่มีเงาวาว เบา ถ้าถูกับไอน้ำในอากาศมันจะหมดเงาทันที ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ไฮโดรเจน

11. แคลเซียมคาร์บอเนต ( CaCO 3 ) พบมากในธรรมชาติเกิดอยู่ในแบบของ Limestone Marble ชอล์ก หอย เปลือกหอยกาบ และไข่มุก CaCO 3 ที่บริสุทธิ์ จะมีสีขาว CaCO 3 ที่อยู่ในรูปแบบของ Marble ใช้ประโยชน์ในการก่อสร้าง แต่ถ้าอยู่ในรูป Limestone ผสม Clay แล้วให้ความร้อนจะให้ซีเมนต์

12. แคลเซียมฟอสเฟต [ Ca 3 (PO 4 ) 2] พบมากในมลรัฐฟลอริดา อยู่ในกระดูก มีประโยชน์ใช้ทำปุ๋ยซึ่งอยู่ในรูป Super phosphate

13. แคลเซียมซัลเฟต ( CaSO 4 .2H 2O ) มีอยู่ในธรรมชาติในชื่อ ยิปซัม ใช้ในการกสิกรรมเพื่อทำให้ดินดี และยังใช้ในอุตสาหกรรมทำปูนปลาสเตอร์

14. อะลูมิเนียม ( Al ) เป็นธาตุที่มีมากเป็นที่ 3 ในโลก ผู้พบอะลูมิเนียมเป็นคนแรกคือ Hans Christan Oersted อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่สำคัญมากและยังราคาถูก ในอุตสาหกรรมใช้อะลูมิเนียมมากที่สุด โดยการผสมกับธาตุอื่นเป็นโลหะผสม (Alloys ) สารประกอบอะลูมิเนียม ได้แก่ อะลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2O 3 ) บางทีเรียกคอรันดัม มีความแข็งมากเกือบเท่าเพชร บางที่เรียก Emery บุษราคัม Sapphire ทับทิมก็เป็นพวกอะลูมิเนียมออกไซค์ที่ไม่บริสุทธิ์

15. สารส้ม ( Al 2O 3.14H 2O) ใช้แกว่งน้ำให้ตะกอนตกลงก้นตุ่ม

16. เกาลิน หรือ ดินขาว ( H 4 Al 2 Si 2 O 9 ) ใช้ประโยชน์คือ เอาทำเครื่องเคลือบดินเผา

17. เหล็ก ( Fe ) เป็นธาตุที่มีมากเป็นที 4 ในโลก ซึ่งเหล็กนี้ได้จากการถลุงเหล็ก โดยใช้เตาบลาสเฟอร์เนส (Blast Furnace ) เหล็กที่ได้มาจาก Blast Furnace เป็นเหล็กที่ไม่บริสุทธิ์เรียก Pigiron

18. เหล็กกล้า เป็นเหล็กที่ใช้ประโยชน์มาก เช่น ทำขัน ทำขบวนรถไฟ

19. เหล็กกล้าผสม คุณสมบัติและประโยชน์ที่เหล็กกล้าถูกสารอื่นผสม ดังนี้

– เติมโครเมียม ( Cr ) ทำให้เหล็กเหนียว แข็ง ใช้ทำมีดโกน เกียร์รถยนต์ เหล็กกล้ากันสนิม (Stainless Steel )
– เติมนิเกิล ( Ni ) ทำให้เหล็กเหนี่ยวไม่เปราะ ใช้ทำชิ้นส่วนรถยนต์
– เติมแมงกานีส ( Mn )ทำให้เหล็กแข็งและเหนียวใช้ทำตู้นิรภัยชิ้นส่วนเรือรบ
– เติมทังสเตน ( W ) ทำให้เหล็กเหนียว ใช้ทำชิ้นส่วนรถยนต์

20. ทองแดง ( Cu ) ซึ่งพบมากในธรรมชาติเกิดในรูปของสินแร่ต่างๆ และมีอยู่ในเลือดของสัตว์บางชนิด คือ มีใน Haemocyanin (ฮีมี)ทองแดงมีคุณสมบัติเป็นโลหะ เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมากลงมาจากเงิน

21. ทองเหลือง ( Brass ) คือ ทองแดงผสมกับสังกะสี ใช้ทำกุญแจ ปลอกกระสุนปืน กรอบประตู

22. บรอนซ์ ( Bronze ) บางทีเรียกสัมฤทธิ์ ลงหินหรือทองม้าล่อ คือ ทองแดงผสมกับดีบุก ในอัตราส่วนต่างๆ

23. จุนสี เป็นสารประกอบที่สำคัญของทองแดง บางทีเรียก Blue Vitriol มนุษย์ใช้จุนสีฆ่าเห็ดรา (Fungicide ) ฆ่าเชื้อโรคจัดเป็นพวกยาประเภท Germicide

24. เงิน ( Ag ) เป็นสื่อไฟฟ้าและความร้อนที่ดีที่สุด ทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดอินทรีย์ และโซดาไฟ

25. ทองคำ ( Au ) เป็นธาตุที่หายากมาก มีในโลกประมาณ 1 เท่าของเงิน ความบริสุทธิ์ของทองคำใช้วัดเป็นกะรัต ทองคำที่บริสุทธิ์จริงคือ ทองคำ 24 กะรัต ทองคำนี้ใช้ทำทองขาวเทียม (White gold ) ซึ่งมีสีคล้ายทองขาว ประกอบด้วยทอง 80 % นิกเกิล 20%

26. โคบอลท์ ( Co ) โลหะนี้ผสมกับเหล็กกล้าเพื่อใช้เป็นเครื่องมือตัดโลหะ ประโยชน์สำคัญมากใช้ทำโคบอลท์ 60 เพื่อการรักษามะเร็ง

27. ทังสเตน ( W ) ปัจจุบันใช้ทำไส้หลอดไฟฟ้า ใช้ผสมกับเหล็กใช้ทำ Tungsten carbide ซึ่งจัดว่าเป็นสารที่แข็งมาก ใช้ประกอบเครื่องมือตัดโลหะด้วยความเร็วสูง

28. เยอรเมเนียม ( Ge ) เป็นธาตุที่หายากมาก ใช้เป็นส่วนประกอบ ของเครื่องทรานซิสเตอร์ และใช้ในเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

การแยกสารผสม

22

การแยกสาร หมายถึง
การที่แยกสารที่ผสมกันตั้งแต่ ๒ ชนิดขึ้นไปออกจากกัน เพื่อนำสารที่ได้นั้นไปใช้ประโยชน์ตามต้องการ ซึ่งสามารถจำแนกได้คือ การแยกสารเนื้อผสม และการแยกสารเนื้อเดียว
สารเนื้อผสม หมายถึง สารที่มีลักษณะเนื้อสารไม่ผสมกลมกลืนกันเป็นเนื้อเดียวกันเกิดจาก
สารอย่างน้อย 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมกันโดยเนื้อสารจะแยกกันเป็นส่วน ๆ

การแยกสารเนื้อผสมอาจใช้วิธีการต่าง ๆ เช่น การกรอง การใช้กรวยแยก การใช้อำนาจแม่เหล็ก การระเหิด การระเหยจนแห้ง ซึ่งเป็นการแยกสารโดยวิธีทางกายภาพทั้งสิ้น สารที่แยกได้จะมีสมบัติเหมือนเดิม

1.1 การกรอง
                 คือการทำให้ของแข็งและของเหลวแยกออกจากกันโดยใช้วัสดุต่างๆนอกเหนือ จากกระดาษกรองก็ได้ เช่น ผ้าขาวบางหรือผ้าชนิดต่างๆ เป็นต้นส่วนวิธีกรองนั้นก็นำที่มีสิ่งอื่นๆเจือปนมาเทลงที่กระดาษกรองที่พับ เป็นรูปกรวยและใส่กรวยแก้วไว้แล้วถ้าของแข็งที่เจือปนอยู่ในของเหลวนั้นมี ขนาดใหญ่กว่า10ยกกำลังลบ4ของแข็งนั้นก็ไม่สามารถผ่านกระดาษกรองไปได้แต่ถ้า เล็กกว่าก็จะสามารถผ่านได้ สำหรับกรณีที่ของแข็งเล็กกว่า10ยกกำลังลบ4นั้นเราก็สามารถใช้กระดาษเซลโลเฟน ที่มีขนาด10ยกกำลังลบ7ก็ได้

1.2 การระเหิด (sublimation หรือ primary drying)
คือ ปรากฏการณ์ที่สสารเปลี่ยนสถานะจาก ของแข็ง กลายเป็น ไอหรือก๊าซ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลว โดยไม่ผ่านสถานะ ของเหลว

การเกิด
เมื่อลดความดันลงจนถึงจุดสมดุล ระหว่างสถานะของแข็งและก๊าซ จะเกิดการระเหิดของอนุภาคของสารนั้น การระเหิดเกิดขึ้นได้เพราะอนุภาคในของแข็งมีการสั่น และชนกับอนุภาคข้างเคียงตลอดเวลา ทำให้มีการถ่ายเทพลังงานจลน์ระหว่างอนุภาค เช่นเดียวกับในของเหลวและก๊าซ

ปัจจัยที่มีผลต่อการระเหิด
1.อุณหภูมิ อัตราการระเหิดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ
2.ชนิดของของแข็ง ของแข็งที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยจะระเหิดได้ง่าย
3.ความดันของบรรยากาศ ถ้าความดันของบรรยากาศสูงของแข็งจะระเหิดได้ยาก
4.พื้นที่ผิวของของแข็ง ถ้ามีพื้นที่มากจะระเหิดได้ง่าย
5.อากาศเหนือของแข็ง อากาศเหนือของแข็งจะต้องมีการถ่ายเทเสมอ เพื่อป้องกันการอิ่มตัวของไอ

สารที่ระเหิดได้
แนฟทาลีน (ลูกเหม็น)
คาร์บอนไดออกไซด์ (น้ำแข็งแห้ง)

การบูร
พิมเสน

1.3 การใช้แม่เหล็กดูด

 การใช้อำนาจแม่เหล็ก ป็นวิธีที่ใช้แยกองค์ประกอบของสารเนื้อผสมซึ่งองค์ประกอบหนึ่งมีสมบัติในการ ถูกแม่เหล็กดูดได้ เช่น ของผสมระหว่างผงเหล็กกับผงกำมะถัน โดยใช้แม่เหล็กถูไปมาบนแผ่นกระดาษที่วางทับของผสมทั้งสอง แม่เหล็กจะดูดผงเหล็กแยกออกมา

1.4  การใช้มือหยิบออกหรือเขี่ยออก

ใช้แยกของผสมเนื้อผสม ที่ของผสมมีขนาดโตพอที่จะหยิบออกหรือเขี่ยออกได
การแพร่คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของสารชนิดหนึ่งจากที่หนึ่งไปยังอีกที่ หนึ่ง ทั้งนี้การแพร่เกิดได้หลายรูปแบบแล้วแต่แรงขับเคลื่อนที่มีในขณะนั้น การแพร่ของสารแบบธรรมดา (simple diffusion) คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลสาร จากที่ที่ความเข้มข้นมาก ไป ความเข้มข้นน้อย ตัวอย่างที่เห็นง่ายๆก็ คือ เวลาเราหยดหมึกลงในน้ำแล้วโมเลกุลหมึกค่อยๆกระจายไปในโมเลกุลน้ำ

1.5  การตกตะกอน 
            การ ตกตะกอน ใช้แยกของผสมเนื้อผสมที่เป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในของเหลว ทำได้โดยนำของผสมนั้นวางทิ้งไว้ให้สารแขวนลอยค่อย ๆ ตกตะกอนนอนก้น ในกรณีที่ตะกอนเบามากถ้าต้องการให้ตกตะกอนเร็วขึ้นอาจทำได้โดย ใช้สารตัวกลางให้อนุภาคของตะกอนมาเกาะ เมื่อมีมวลมากขึ้น น้ำหนักจะมากขึ้นจะตกตะกอนได้เร็วขึ้น เช่น ใช้สารส้มแกว่ง อนุภาคของสารส้มจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางให้โมเลกุลของสารที่ต้องการตกตะกอนมา เกาะ ตะกอนจะตกเร็วขึ้น

1.6  การใช้กรวยแยก 
ใช้แยกสารเนื้อผสม ที่เป็นของเหลวผสมอยู่กับของเหลวแต่ไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน โดยของเหลวที่มี ความหนาแน่นน้อยกว่าจะอยู่ข้างบน ของเหลวที่มีความหนาแน่นมากกว่า จะอยู่ข้างล่าง ตัวอย่าง การแยกน้ำมันที่ผสมปนอยู่กับน้ำ ทำได้โดยนำของผสมมาใส่ลงในกรวยแยก น้ำมันมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำจะลอยอยู่เหนือน้ำ จากนั้นค่อย ๆเปิดก๊อกของกรวยแยกไข แยกน้ำออกมาก่อน และแยกน้ำมันออกมาทีหลัง

1.7  การสกัดด้วยตัวทำละลาย 
การสกัดด้วยตัวทำละลาย เป็นวิธีทำสารให้บริสุทธิ์ หรือเป็นวิธีแยกสารออกจากกันวิธีหนึ่งการสกัดด้วยตัวทำละลาย อาศัยสมบัติของการละลายของสารแต่ละชนิดสารที่ต้องการสกัดต้องละลายอยู่ในตัว ทำละลายซอลซ์เลต เป็นเครื่องมือที่ใช้ตัวทำละลายปริมาณน้อย การสกัดจะเป็นลักษณะการใช้ตัวทำละลายหมุนเวียนผ่านสารที่ต้องการสกัดหลาย ๆ ครั้ง ต่อเนื่องกันไปจนกระทั่งสกัดสาร ออกมาได้เพียงพอ
หลักการสกัดสาร
เติมตัวทำละลายที่เหมาะสมลงในการที่เราต้องการสกัดจากนั้นก็เขย่าแรงๆหรือนำ ไปต้ม เพื่อให้สารที่เราต้องการจะสกัดละลายในตัวทำละลายที่เราเลือกไว้ สารที่เราสกัดได้นั้นยังเป็นสารละลายอยู่ ถ้าเราต้องการทำให้บริสุทธิ์เราควรจะนำสารที่ได้ไปแยกตัวทำละลายออกมาก่อน อาจจะนำไประเหย หรือนำไปกลั่นต่อไป ตัวอย่างเช่น การสกัดน้ำขิงจากขิง  การสกัดคลอโรฟีลล์ของใบไม้

2. การแยกสารเนื้อเดียว 

2.1 การระเหยแห้ง
การแยกสารด้วยวิธีนี้เหมาะสำหรับใช้แยกสารผสมที่เป็นของเหลวและมีของแข็ง ละลายในของเหลวนี้  จนทำให้สารผสมมีลักษณะเป็นของเหลวใส ซึ่งเราเรียกสารผสมนี้ว่า สารละลาย เช่น น้ำทะเล น้ำเชื่อมน้ำเกลือ เป็นต้น การแยกสารโดยวิธีการระเหยแห้งนิยมใช้ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล มีการนำเกลือเพื่อแยกน้ำทะเลให้ได้เกลือสมุทรโดยวิธีการระเหยแห้ง  ชาวนาเกลือเตรีมแปงนาแล้วใช้กังหันฉุดน้ำทะเลเข้าสู้แปลงนาเกลือหลังจาก นั้นปล่อยให้น้ำทะเลได้รับแสงแดดเป็นเวลานานจนกระทั่งน้ำระเหยจนแห้ง จะเหลือเกลืออยู่ในนา เกลือที่ได้นี้เรียกว่า เกลือสมุทรซึ่งเป็นเกลือที่นำมาปรุงอาหาร ทำเครื่องดื่ม
การเปลี่ยนอุณหภูมิและความดัน
วิธีนี้ใช้สำหรับแยกของผสมที่องค์ประกอบทั้งหมดเป็นก๊าซแต่ละชนิดมีจุดเดือดไม่เท่ากัน
การใช้ความร้อน
วิธีนี้แยกของผสมชนิดก๊าซละลายในของเหลว
การเปลี่ยนอุณหภูมิและความดัน
วิธีนี้ใช้สำหรับแยกของผสมที่องค์ประกอบทั้งหมดเป็นก๊าซแต่ละชนิดมีจุดเดือดไม่เท่ากัน

2.2  โครมาโทรกราฟี 
                อาศัยสมบัติ2ประการคือ 
สารต่างชนิดกันมีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายได้ต่างกัน
สารต่างชนิดกันมีความสามารถในการถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับได้ต่างกัน
                โครมาโทกราฟี (chromatography) เป็นการแยกสารผสมที่มีสี หรือสารที่สามารถทำให้เกิดสีได้  วิธีการนี้จะมีเฟส 2 เฟส   คือ เฟสอยู่กับที่ (stationary phase) กับ เฟสเคลื่อนที่ (mobile phase)  โดยที่สารในเฟสอยู่กับที่จะทำหน้าที่ดูดซับ (adsorb) สารผสมด้วยแรงไฟฟ้าสถิตย์   สารที่ใช้ทำเฟสอยู่กับที่จึงมีลักษณะเป็นผง ละเอียดมีพื้นที่ผิวมากเช่นอลูมินา  (alumina,Al2O3)  ซิลิกาเจล(silica gel,SiO2)  หรืออาจจะใช้วัสดุที่สามารถดูดซับได้ดี เช่น ชอล์ก กระดาษ ซึ่งสารที่ทำหน้าที่ดูดซับในเฟสอยู่กับที่ เช่น น้ำ   ส่วนเฟสเคลื่อนที่จะทำหน้าที่ชะ (elute)เอาสารผสมออกจากเฟสอยู่กับที่ให้เคลื่อนที่ไปด้วย การจะเคลื่อนที่ ได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดระหว่างสารในสารผสมกับตัวดูดซับในเฟสอ ยู่กับที่    ดังนั้นสารที่ใช้เป็นเฟสเคลื่อนที่จึงได้แก่ พวกตัวทำละลาย เช่น ปิโตรเลียมอีเทอร์ เฮกเซน คลอโรฟอร์ม เบนซีน ฯลฯ    การทำโครมาโทกราฟีสามารถทำได้หลายวิธีจะแตกต่างกันที่เฟสอยู่กับที่ว่า อยู่ในลักษณะใด เช่น
– โครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์ (column chromatography)  ทำได้โดยการบรรจุสารที่เป็นเฟสอยู่กับที่  เช่น    อลูมินาหรือซิลิกาเจลไว้ ในคอลัมน์  แล้วเทสารผสมที่เป็นสารละลายของเหลว
ลงสู่คอลัมน์ สารผสมจะผ่านคอลัมน์ช้าๆ โดยตัวทำละลายซึ่งเป็นเฟสเคลื่อนที่ เป็นผู้พาไป สารในเฟสอยู่กับที่จะดูดซับสารในสารผสมไว้ส่วนประกอบใดของสารผสมที่ถูกดูด ซับได้ดีจะเคลื่อนที่ช้า
ส่วนที่ถูกดูดซับไม่ดีจะเคลื่อนที่ได้เร็ว  ทำให้สารผสมแยกจากกันได้
–  โครมาโทกราฟีแบบชั้นบาง (thin layer chromatography) เป็นโครมาโทกราฟีแบบระนาบ(plane chromatography) โดยทำเฟสอยู่กับที่ให้มีลักษณะเป็นครีมข้น แล้วเคลือบบนแผ่นกระจกให้ความหนาของการเคลือบเท่ากันตลอดแล้วนำไปอบให้แห้ง หยดสารละลายของสารผสมที่ต้องการแยกบนแผ่นที่เคลือบเฟสอยู่กับที่นี้ไว้  แล้วนำไปจุ่มในภาชนะที่บรรจุตัวทำละลายที่เป็นเฟสเคลื่อนที่ไว้ โดยให้ระดับของตัวทำละลายต้องอยู่ต่ำกว่าระดับของจุดที่หยดสารผสมไว้  ตัวทำละลายจะซึมไปตามเฟสอยู่กับที่ด้วยการซึมตามรูเล็กเหมือนกับน้ำที่ซึมไป ในกระดาษหรือผ้า  เมื่อซึมถึงจุดที่หยดสารผสมไว้ ตัวทำละลายจะชะเอาองค์ประกอบในสารผสมนั้นไปด้วยอัตราเร็วที่แตกต่างกัน  ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพมีขั้ว (polarity) ของสารที่เป็นองค์ประกอบกับสารที่เป็นตัวทำละลาย  ถ้าตัวทำละลายเป็นโมเลกุลมีขั้ว (polar molecules) จะชะเอาสารในสารผสมที่เป็นสารมีขั้วไปด้วยได้เร็ว  ส่วนสารที่ไม่มีขั้วในสารผสมจะถูกชะพาไปได้ช้า  สารผสมก็จะแยกออกจากกัน
– โครมาโทกราฟีแบบกระดาษ (paper chromatography) เป็นโครมาโทกราฟีแบบระนาบอีกแบบหนึ่ง มีวิธีการและหลักการเหมือนกับโครมาโทกราฟีแบบชั้นบาง แตกต่างกันที่เฟสอยู่กับที่ใช้กระดาษที่สามารถดูดซับได้แทนกระจกที่เคลือบ ด้วยซิลิกาเจล
– โครมาโทกราฟีแบบแก๊ส (gas chromatography , GC)  ใช้สำหรับแยกสารผสมที่เป็นแก๊ส โดยมีเฟสเคลื่อนที่เป็นแก๊สเช่นกันแต่ไม่ทำปฏิกิริยากับสารผสม เช่น  ฮีเลียม จะทำหน้าที่เป็นตัวพา (carier) สารผสม ส่วนเฟสอยู่กับที่อาจจะเป็นของแข็งหรือของเหลวที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์ เมื่อทั้งตัวพาและสารผสมเคลื่อนที่ผ่านคอลัมน์นี้  เฟสอยู่กับที่ในคอลัมน์จะดึงดูดด้วยแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตย์ตามความเป็นขั้วของ สารกับโมเลกุลในสารผสมทำให้องค์ประกอบในสารผสมถูกพาไปด้วยอัตราเร็วที่ต่าง กัน สารผสมก็จะแยกออกจากกัน
ปัจจุบันเทคนิคของโครมาโทกราฟีได้ถูกพัฒนาให้สามารถทำงานได้รวดเร็ว และใช้แยกสารตัวอย่างได้ครั้งละหลายสารตัวอย่าง เช่น Gas – Liquid Chromatography (GLC), High Performance Liquid Chromatography (HPLC)  เป็นต้น

หลักการของโครมาโทกราฟี 
โครมาโทกราฟี  อาศัยหลักการละลายของสารในตัวทำละลาย  และการถูกดูดซับโดยตัว ดูดซับ  โดยสารที่ต้องการนำมาแยกโดยวิธีนี้จะมีสมบัติการละลายในตัวทำละลาย ได้ไม่เท่ากัน  และตัวถูกดูดซับโดยตัวดูดวับได้ไม่เท่ากัน  ทำให้สารเคลื่อน ที่ได้ไม่เท่ากัน
วิธีการทำโครมาโทกราฟี 
นำสารที่ต้องการแยกมาละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสมแล้วให้เคลื่อนที่ไปบนตัว ดูดซับ  การเคลื่อนที่ของสารบนตัวดูดซับขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลายของ สารแต่ละชนิดในตัวทำละลาย  และความสามารถในการดูดซับที่มีต่อสารนั้น  กล่าว คือ  สารที่ละลายในตัวทำละลายได้ดี  และถูกดูดซับน้อยจะถูกเคลื่อนที่ออกมา ก่อน  ส่วนสารที่ละลายได้น้อยและถูกดูดซับได้ดี  จะเคลื่อนที่ออกมาที หลัง  ถ้าใช้ตัวดูดซับมาก ๆ  จะสามารถแยกสารออกจากกันได้
การเลือกตัวทำละลายและตัวดูดซับ
1.  ตัวทำละลายและสารที่ต้องการแยกจะต้องมีการละลายไม่เท่ากัน
2.  ควรเลือกตัวดูดซับที่มีการดูดซับสารได้ไม่เท่ากัน
3.  ถ้าต้องการแยกสารที่ผสมกันหลายชนิด  อาจต้องใช้ตัวทำละลายหลายชนิดหรือใช้ตัวทำละลายผสม
4.  ตัวทำละลายที่นิยมใช้  ได้แก่  เฮกเซน  ไซโคลเฮกเซน  เบนซีน  อะซีโตน คลอไรฟอร์ม เอธานอล
5.  ตัวดูดซับที่นิยมใช้  ได้แก่  อะลูมินาเจค (Al2O3)  ซิลิกาเจล  (SiO2)
ค่า Rf
                โครมาโทกราฟีแบบกระดาษสามารถนำมาคำนวณหาค่า Rf ได้
ค่า Rf (Rate of flow) เป็นค่าเฉพาะตัวของสาร ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวทำละลายและตัวดูดซับ ดังนั้นการบอกค่า Rf ของสารแต่ละชนิดจึงต้องบอกชนิดของตัวทำละลาย และตัวดูดซับเสมอค่า Rf สามารถคำนวณได้จากสูตร

Rf    =     ระยะทางที่สารเคมีคลื่อนที่ (cm)
ระยะทางที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ (cm)
สารต่างชนิดกันจะมีค่า Rf แตกต่างกัน เพราะฉะนั้นเราจึงสามารถใช้ค่า Rf มาใช้ในการวิเคราะห์ชนิดของสารได้ กล่าวคือ ถ้าสารใดมีความสามารถในการละลายสูงจะมีค่า Rf มาก เนื่องจากตัวทำละลายจะเคลื่อนที่เร็วกว่าสารที่จะแยก ค่า Rf < 1 เสมอ
ถ้าใช้ตัวทำละลายและตัวดูดซับชนิดเดียวกันปรากฏว่ามีค่า Rf เท่ากัน อาจสันนิษฐานได้ว่า สารดังกล่าวเป็นสารชนิดเดียวกัน หรือนำสารตัวอย่างมาทำโครมาโทกราฟีคู่กับสารจริงก็ได้

ข้อดีของโครมาโทกราฟี
                1. สามารถแยกสารที่มีปริมาณน้อยได้
2. สามารถแยกได้ทั้งสารที่มีสี และไม่มีสี
3. สามารถใช้ได้ทั้งปริมาณวิเคราะห์ (บอกได้ว่าสารที่แยกออกมา มีปริมาณเท่าใด)
และคุณภาพวิเคราะห์ (บอกได้ว่าสารนั้นเป็นสารชนิดใด)
4. สามารถแยกสารผสมออกจากกันได้
5. สามารถแยกสารออกจากกระดาษกรองหรือตัวดูดซับโดยสกัดด้วยตัวทำละลาย

2.3 การกลั่น (distillation) 
การกลั่นเป็นการแยกสารละสายที่เป็นของเหลวออกจากของผสม  โดยอาศัยหลักการระเหยกลายเป็นไปและควบแน่น  โดนที่สารบริสุทธิ์แต่ละชนิดเปลี่ยนสถานะได้ที่อุณหภูมิจำเพาะ  สารที่มจุดเดือดต่ำจะเดือดเป็นไอออกมาก่อน  เมื่อทำให้ไอของสารมีอุณหภูมิต่ำลงจะควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวอีกครั้ง

1. การกลั่นแบบธรรมดาหรือการกลั่นอย่างง่าย(simple distillation)
2. การกลั่นลำดับส่วน(fractional distillation)
3. การกลั่นน้ำมันดิบ (refining)        
4. การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ

1. การกลั่นแบบธรรมดาหรือการกลั่นอย่างง่าย(simple distillation)

                เป็นวิธีการ ที่ใช้กลั่นแยกสารที่ระเหยง่ายซึ่งปนอยู่กับสารที่ระเหยยาก การกลั่นธรรมดานี้จะ ใช้แยกสารออกเป็นสารบริสุทธิ์เพียงครั้งเดียวได้สารที่มีจุดเดือดต่างกัน ตั้งแต่ 80 องศาเซลเซียส ขึ้นไป

เครื่องมือที่ใช้สำหรับการกลั่นอย่างง่าย ประกอบด้วย ฟลาสกลั่น เทอร์โมมิเตอร์ เครื่องควบแน่น และภาชนะรองรับสารที่กลั่นได้ การกลั่นอย่างง่ายมีเทคนิคการทำเป็นขั้น ๆ ดังนี้ 
1. เทของเหลวที่จะกลั่นลงในฟลาสกลั่น โดยใช้กรวยกรอง
2. เติมชิ้นกันเดือดพลุ่ง เพื่อให้การเดือดเป็นไปอย่างสม่ำเสมอและไม่รุนแรง
3. เสียบเทอร์โมมิเตอร์
4. เปิดน้ำให้ผ่านเข้าไปในคอนเดนเซอร์เพื่อให้คอนเดนเซอร์เย็นโดยให้น้ำเข้าทางที่ต่ำแล้วไหลออกทางที่สูง
5. ให้ความร้อนแก่พลาสกลั่นจนกระทั่งของเหลวเริ่มเดือด ให้ความร้อนไปเรื่อย ๆ จน กระทั่งอัตราการกลั่นคงที่ คือได้สารที่กลั่นประมาณ 2-3 หยด ต่อวินาที ให้สารที่กลั่นได้นี้ไหลลงในภาชนะรองรับ
6. การกลั่นต้องดำเนินต่อไปจนกระทั่งเหลือสารอยู่ในฟลาสกลั่นเพียงเล็กน้อยอย่ากลั่นให้แห้ง

การกลั่นสามารถนำมาใช้ทดสอบความบริสุทธิ์ของของเหลวได้ ซึ่งของเหลวที่บริสุทธิ์
จะมีลักษณะดังนี้ 

1. ส่วนประกอบของสารที่กลั่นได้ จะมีลักษณะเหมือนกับส่วนประกอบของของเหลว
2. ส่วนประกอบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง
3. อุณหภูมิของจุดเดือดในขณะกลั่นจะคงที่ตลอดเวลา
4. การกลั่นจะทำให้เราทราบจุดเดือดของของเหลวบริสุทธิ์ได้

               การกลั่นนอกจากจะนำมาใช้ตรวจสอบ ความบริสุทธิ์ของของเหลวแล้ว ยังสามารถใช้กลั่น สารละลายได้อีกด้วย การกลั่นสารละลายเป็นกระบวนการแยกของแข็งที่ไม่ระเหยออกจากตัวทำละลายหรือ ของเหลวที่ระเหยง่าย โดยของแข็งที่ไม่ระเหยหรือตัวละลายจะอยู่ในฟลาสกลั่น ส่วนของเหลวที่ระเหยง่ายจะถูกกลั่นออกมา เมื่อการกลั่นดำเนินไปจนกระทั่งอุณหภูมิของการกลั่นคงที่แสดงว่าสารที่เหลือ นั้นเป็นสารบริสุทธิ์               
               อนึ่งในขณะกลั่นจะสังเกตเห็นว่าอุณหภูมิของสารละลายจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพราะสารละลายเข้มข้นขึ้น เนื่องจากตัวทำละลายระเหยออกไปและได้ของแข็งที่บริสุทธิ์ในที่สุด

 2. การกลั่นลำดับส่วน(fractional distillation)

               การกลั่นลำดับส่วนเป็นวิธีการแยกของเหลวที่สามารถระเหยได้ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป มีหลักการเช่นเดียวกันกับการกลั่นแบบธรรมดา คือเพื่อต้องการแยกองค์ประกอบในสารละลายให้ออกจากกัน แต่ก็จะมีส่วนที่แตกต่างจากการกลั่นแบบธรรมดา คือ การกลั่นแบบกลั่นลำดับส่วนเหมาะสำหรับใช้กลั่นของเหลวที่เป็นองค์ประกอบของ สารละลายที่จุดเดือดต่างกันน้อยๆ ในขั้นตอนของกระบวนการกลั่นลำดับส่วน จะเป็นการนำไอของแต่ละส่วนไปควบแน่น แล้วนำไปกลั่นซ้ำและควบแน่นไอเรื่อย ๆ ซึ่งเทียบได้กับเป็นการการกลั่นแบบธรรมดาหลาย ๆ ครั้งนั่นเอง ความแตกต่างของการกลั่นลำดับส่วนกับการกลั่นแบบธรรมดา จะอยู่ที่คอลัมน์ โดยคอลัมน์ของการกลั่นลำดับส่วนจะมีลักษณะเป็นชั้นซับซ้อน เป็นชั้นๆ ในขณะที่คอลัมน์แบบธรรมดาจะเป็นคอลัมน์ธรรมดา ไม่มีความซับซ้อนของคอลัมน์

             ในการกลั่นแบบลำดับ ส่วน จะต้องมีการเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้า ๆ ดังนั้น จำเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ที่ให้ความร้อน (heater) และสามารถควบคุมอุณหภูมิได้ เพราะของผสมที่กลั่นแบบลำดับส่วนมักจะมีจุดเดือดที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งตรงกันข้ามกับการกลั่นแบบธรรมดา ความร้อนที่ให้ไม่จำเป็นต้องควบคุมเหมือนการกลั่นลำดับส่วน แต่ก็ไม่ควรให้ความร้อนที่สูงเกินไป เพราะความร้อนที่สูงเกินไป อาจจะไปทำลายสารที่เราต้องการกลั่นเพราะฉะนั้น ประสิทธิภาพในการกลั่นลำดับส่วนจึงดีกว่าการกลั่นแบบธรรมดา

3.การกลั่นน้ำมันดิบ (refining)

              เนื่องจากน้ำมันดิบ ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายพันชนิด ดังนั้นจึงไม่สามารถแยกสารที่มีอยู่ออกเป็น สารเดี่ยวๆได้ อีกทั้งสารเหลวนี้มีจุดเดือดใกล้ เคียงกันมากวิธีการแยกองค์ ประกอบน้ำมันดิบจะทําได้โดยการกลั่นลําดับสวนและเก็บสารตามชวงอุณหภูมิ ซึ่งก่อนที่จะกลั่นจะต้องนําน้ำมันดิบมาแยกเอาน้ำและสารประกอบกํามะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจนและโลหะหนักอื่นๆ ออกไปก่อนที่จะนําไปเผาที่อุณหภูมิ 320 – 385 C ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่น ได้แก่
          – ก๊าซ (C1 – C4) ซึ่งเป็ นของผสมระหว่างก๊าซมีเทน อีเทน โพรเพนและบิวเทน เป็นต้นประโยชน์ : มีเทนใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้า อีเทน โพรเพนและบิวเทน ใช่ในอุตสาหกรรม
          – ปิโตรเคมี และโพรเพนและบิวเทนใช่ ทําก๊าซหุงต้ม (LPG)
          – แนฟทาเบา (C5 – C7) ประโยชน์ : ใช้ทําตัวทําละลาย – แนฟทาหนัก (C6 – C12) หรือ เรียกว่าน้ำ
          – มันเบนซินประโยชน์ : ใช้ทําเชื้อเพลิงรถยนต์
          – น้ำมันก๊าด (C10 – C14) ประโยชน ์ : ใช้ทําเชื้อเพลิงสําหรับตะเกียงและเครื่องยนต์
          – น้ำมันดีเซล (C14 – C19) ประโยชน์ : ใช่ ทําเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล ได้แก่ รถบรรทุก , เรือ
          – น้ำมันหล่อลื่น (C19 – C35) ประโยชน์: ใช่ทําน้ำมันหล่ อลื่นเครื่องยนตเครื่องจักรกล
          – ไขน้ำมันเตาและยางมะตอย (C > C35)

 4. การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ

              เป็นวิธีการสกัดสารออก จากของผสมโดยใช้ไอน้ำเป็นตัวทำละลาย วิธีนี้ใช้สำหรับแยกสารที่ละเหยง่าย ไม่ละลายน้ำ และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ ออกจากสารที่ระเหยยาก การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำนอกจากใช้สกัดสารระเหยง่ายออกจากสารระเหยยาก แล้วยังสามารถใช้แยกสารที่มีจุดเดือดสูงและสลายตัวที่จุดเดือดของมันได้อีก เพราะการกลั่นโดยวิธีนี้ความดันไอเป็นความดันไอของไอน้ำบวกความดันไอของของ เหลวที่ต้องการแยก จึงทำให้ความดันไอเท่ากับความดันของบรรยากาศก่อนที่อุณหภูมิจะถึงจุดเดือด ของของเหลวที่ต้องการแยก ของ ผสมจึงกลั่นออกมาที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของของเหลวที่ต้องการแยก เช่น สาร A มีจุดเดือด 150 C เมื่อสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำจะได้สาร A กลายเป็นไอออกมา ณ อุณหภูมิ 95 C ที่ความดัน 760 มิลลิเมตรของปรอท อธิบายได้ว่า ที่ 95 C ถ้าความดันไอของสาร A เท่ากับ 120 มิลลิเมตรของปรอท และไอน้ำเท่ากับ 640 มิลลิเมตรของปรอท เมื่อความดันไอของสาร A รวมกับไอน้ำจะเท่ากับ 760 มิลลิเมตรของปรอท หรือเท่ากับความดันบรรยากาศ จึงทำให้สาร A และน้ำกลายเป็นไอออกมาได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของสาร Aตัวอย่างการแยกสารโดยการกลั่นด้วยไอน้ำได้แก่การแยกน้ำมันหอมระเหยออกจาก ส่วนต่างๆของพืชเช่นการแยกน้ำมันยูคาลิปตัสออกจากใบยูคาลิปตัสการแยกน้ำมัน มะกรูดออกจากผิวมะกรูดการแยกน้ำมันอบเชยจากเปลือกต้นอบเชยเป็นต้นในการกลั่น ไอน้ำจะไปทำให้น้ำมันหอมระเหยกลายเป็นไอแยกออกมาพร้อมกับไอน้ำเมื่อทำให้ไอ ของของผสมควบแน่นโดยผ่านเครื่องควบแน่นก็จะได้น้ำและน้ำมันหอมระเหยปนกันแต่ แยกชั้นกันอยู่ทำให้สามารถแยกเอาน้ำมันหอมระเหยออกจากน้ำได้ง่าย

รูปการกลั่นด้วยไอน้ำ

เครื่องกลั่นน้ำที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ

2.4  การตกผลึก (Crystallization)
คือกระบวนการเกิดผลึกของแข็งจากสารละลาย(solution) จากของเหลว (melt) หรือไอ (vapor)โดยกระบวนการดังกล่าว อาจเกิดขึ้นเองในธรรมชาติหรือเกิดขึ้นจากการทดลองในห้องปฏิบัติการตัวอย่าง การเกิดผลึกในธรรมชาติ เช่น ผลึกน้ำแข็ง(ice crystals) หิมะ (snow) เป็นต้น ผลึกของสารอินทรีย์เช่น อินซูลินและน้ำตาล ผลึกของธาตุเช่น แกลเลียม และซิลิกอน ซึ่งสามารถเกิดในธรรมชาติและถูกสังเคราะห์
การตกผลึก เป็นวิธีทำสารให้บริสุทธิ์ หรือเป็นวิธีแยกสารออกจากกัน วิธีหนึ่ง
การตกผลึก ทำโดยเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมไปสกัดสารที่ต้องการแล้วนำมาตกผลึก สารที่มี สภาพละลายได้ต่างกันมาก สามารถตกผลึกแยกออกจากกันได้
 การเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมต่อการตกผลึก มีหลักในการเลือกดังนี้
1. ละลายสารที่ต้องการตกผลึกในขณะร้อนได้ดี และละลายได้น้อยหรือไม่ละลายเลยที่อุณหภูมิต่ำ
(ขณะเย็น)
2. ไม่ละลายสารปนเปื้อนขณะร้อนหรือละลายได้น้อยขณะร้อน แต่ละลายได้ดีขณะเย็น
3. ควรมีจุดเดือดต่ำ เพื่อสามารถกำจัดออกจากผลึกได้ง่าย
4. ไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการตกผลึก
5. ควรทำให้สารที่ที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์เกิดเป็นผลึกที่มีรูปร่างชัดเจน
6. ไม่เป็นพิษ
7. หาง่าย และราคาถูก

ผลที่เกิดขึ้นกับวัตถุเมื่อแรงลัพธ์

new1

ความเร่งและผลของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

เซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Issac Newton) นักฟิสิกส์ ชาวอังกฤษ ได้สรุปเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งที่อยู่ในสภาพอยู่นิ่งและในสภาพเคลื่อนที่เป็นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งสามารถทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ต่างๆ ได้ทั้งหมด กฎของนิวตันมี 3 ข้อ ได้แก่
       1. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเฉื่อย (inertia law) กล่าวว่า “วัตถุจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือสภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวในแนวตรง นอกจากจะมีแรงลัพธ์ซึ่งมีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ” หรือสรุปเป็นสมการ ดังนี้

จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันอธิบายได้ว่า ถ้ามีวัตถุวางนิ่งอยู่บนพื้นราบแล้วไม่มีแรงใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็ยังคงอยู่นิ่งเช่นเดิมต่อไป หรือถ้ามีแรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุโดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกันจะพบว่า วัตถุยังคงหยุดนิ่งเช่นเดิม จึงสรุปได้ว่า “วัตถุที่อยู่นิ่งถ้าไม่มีแรงภายนอก อื่นใดมากระทำต่อวัตถุหรือมีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุ แต่แรงลัพธ์เหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ววัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพนิ่งไว้อย่างเดิม” ดังรูป

หรือถ้าพิจารณาวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่บนพื้นระดับราบลื่นซึ่งไม่มีแรงภายนอกใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็จะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวค่าหนึ่ง หรือถ้าให้แรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ โดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงข้ามกัน จะพบว่า วัตถุยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นต่อไป จึงสรุปได้ว่า ” วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ หรือถ้ามีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุแต่แรงลัพธ์ของแรงเหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ว วัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป” ดังรูป

จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า “ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่กล่าวคือ ถ้าเดิมวัตถุอยู่นิ่งก็จะอยู่นิ่งตลอดไปแต่ถ้าเดิมวัตถุกำลังเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งวัตถุนั้นก็จะยังคงเคลื่อนที่ต่อไปในแนวตรงตามทิศทางเดิมด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป”
      2. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเร่ง ถ้ามวลของวัตถุคงตัวแต่เปลี่ยนขนาดของแรง (F) ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะมากขึ้นด้วยจึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ เมื่อมวลคงตัวเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

และถ้าแรงลัพธ์ (F) ที่กระทำต่อวัตถุคงตัว แต่ถ้าเปลี่ยนมวล (m)ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะลดลง จึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผกผันกับมวลของวัตถุ เขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

จากข้างต้นสรุปได้ว่า ความเร่ง (a) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรง (F) ดังนั้นอัตราส่วนของแรงกับความเร่งจะเป็นค่าคงที่ซึ่งตรงกับมวล (m) ของวัตถุ เขียนเป็นความสัมพันธ์จะได้

ดังนั้น จึงสรุปเป็นกฎข้อที่สองของนิวตัน ได้ว่า “เมื่อมีแรงลัพธ์ซึ่งมีขนาดไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเกิดความเร่งในทิศเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำ และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์และจะแปรผกผันกับมวลของวัตถุ”
ตัวอย่างที่ 1 ถ้าออกแรง 8 นิวตัน กระทำกับวัตถุมวล 32 กิโลกรัม วัตถุจะมีความเร่งเท่าใด

ตัวอย่างที่ 2 มวล 10 กิโลกรัม ต้องการให้เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 6 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง จะต้องออกแรงกระทำเท่าใด

           3. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งและสองของนิวตันจะอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุเมื่อมีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ ซึ่งจากการศึกษาในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุ วัตถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำนั้นด้วย เช่น เมื่อเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริง เราจะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงก็ดึงมือเราด้วยและยิ่งเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริงด้วยแรงมากขึ้นเท่าใดเราก็จะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงยิ่งดึงมือเราไปมากขึ้นเท่านั้น ดังรูป

จากตัวอย่างจะพบว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นก็จะออกแรงโต้ตอบในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงทั้งสองแรงนี้จะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เราเรียกแรงที่มากระทำต่อวัตถุว่า “แรงกิริยา” (action force) และเรียกแรงที่วัตถุโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำว่า “แรงปฏิกิริยา” (reaction force) แรงทั้งสองนี้จึงเรียกรวมกันว่า “แรงกิริยา-แรงปฏิกิริยา” (action-reaction) จึงสรุปความสัมพันธ์ระหว่างแรงกิริยากับแรงปฏิกิริยาได้เป็นกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน ได้ว่า “แรงกิริยาทุกแรงต้องมีแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้ามกันเสมอ”หรือ action = reaction หมายความว่า เมื่อมีแรงกิริยากระทำต่อวัตถุใดก็จะมีแรงปฏิกิริยาจากวัตถุนั้นโดยมีขนาดแรงเท่ากันแต่กระทำกับวัตถุคนละก้อนเสมอ จึงนำแรงกิริยามาหักล้างกับแรงปฏิกิริยาไม่ได้ เช่น กรณีรถชนสุนัข แรงกิริยา คือ แรงที่รถชนสุนัข จึงทำให้สุนัขกระเด็นไป ในขณะเดียวกันจะมีแรงปฏิกิริยา ซึ่งเป็นแรงที่สุนัขชนรถ จึงทำให้รถบุบ จะเห็นว่าเสียหายทั้ง 2 ฝ่าย แสดงว่าแรงไม่หักล้างกัน ดังรูป

    ข้อควรจำ    ลักษณะสำคัญของแรงกิริยาแรงปฏิกิริยา
1. จะเกิดขึ้นพร้อมๆกันเสมอ
2. มีขนาดเท่ากัน
3. มีทิศทางตรงข้ามกัน
4. กระทำต่อวัตถุคนละก้อน
     1. จะเกิดขึ้นพร้อมๆกันเสมอ
     2. มีขนาดเท่ากัน
     3. มีทิศทางตรงข้ามกัน
     4. กระทำต่อวัตถุคนละก้อน

ความเร่ง

วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เปลี่ยนแปลงเป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เมื่อแรงลัพธ์มีค่าไม่เท่ากับศูนย์กระทำต่อวัตถุ วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งมีทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์

    ความเร่ง คือ ความเร็วที่เปลี่ยนไปในหนึ่งหน่วยเวลา หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วต่อหนึ่งหน่วยเวลาแทนด้วย a มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีกำลังสองหรือ m/s2
    ความเร่งเป็นปริมาณเวกเตอร์จึงมีทั้งขนาดและทิศทาง  วัตถุต่าง ๆ จะตกสู่พื้นโลกด้วยความเร่ง 9.8 m/s2 หรือประมาณ 10 m/s2 ในทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก
    กรณีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ที่มีความเร่ง จะไม่มีความเร่งหรือความเร่งเป็น 0 
https://www.youtube.com/watch?v=Yw5VhQT389k
https://www.youtube.com/watch?v=zmeed44XM3Y

ขนาดและทิศทางของแรง

firction2-291x200-291x200
แรงลัพธ์
  แรง(Force) คือ
อำนาจอย่างหนึ่งที่ทำให้วัตถุหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ได้ หรือกล่าวได้ว่าแรงสามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ แรงเป็นปริมาณเวคเตอร์ (ปริมาณที่ต้องบอกขนาดและทิศทาง)
  หน่วยของแรง คือ นิวตัน < Newton สัญลักษณ์ N >
            ถ้ามีแรงหลาย ๆ แรงมากระทำต่อวัตถุเดียวกัน ในเวลาเดียวกัน เสมือนกับว่า มีแรงเพียงแรงเดียวมากระทำต่อวัตถุนั้น เรียกแรงเสมือนแรงเดียวนี้ว่า แรงลัพธ์ (หรือกล่าวได้ว่าแรงลัพธ์คือผลรวมของแรงหลาย ๆแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น )
  การหาแรงลัพธ์ เนื่องจากแรงเป็นปริมาณเวคเตอร์ดังนั้นการหาแรงลัพธ์คิดเหมือนกับ
การหาเวคเตอร์ลัพธ์ โดยแทนแรงด้วยลูกศร ความยาวของลูกศรจะแทนขนาดของแรง และทิศของลูกศรจะแทนทิศทางของแรงที่กระทำ และวัตถุจะเคลื่อนที่ไปตามทิศของแรงลัพธ์

วิธีการหาแรงลัพธ์ มี 2 วิธี
1. การเขียนรูป (โดยแทนแรงด้วยลูกศร )
ใช้หางต่อหัว คือเอาหางของลูกศรที่แทนแรงที่ 2 มาต่อหัวลูกศรที่แทนแรงที่ 1
แล้วเอาหางลูกศรที่แทนแรงที่ 3 มาต่อหัวลูกศรที่แทนแรงที่ 2 …..ต่อกันไปจนหมด
โดยทิศของลูกศรที่แทนแรงเดิมไม่เปลี่ยนแปลง
ขนาดของแรงลัพธ์คือ ความยาวลูกศรที่ลากจากจุดเริ่มต้น ไปยังจุดสุดท้าย
มีทิศจากจุดเริ่มต้นไปจุดสุดท้าย

   
  ตัวอย่าง เมื่อมีแรง A B และ C มากระทำต่อวัตถุ ดังรูป

 

  หาแรงลัพธ์โดยการเขียนรูปได้ดังนี้
 
 
ขนาดของแรงลัพธ์ = D
  2. โดยการคำนวณ
                     2.1. เมื่อแรงทำมุม 0 องศา (แรงไปทางเดียวกัน)
แรงลัพธ์ = ขนาดแรง ทั้งสองบวกกัน และทิศของแรงลัพธ์ มีทิศเดิม
 
 
                  2.2. เมื่อแรงทำมุมกัน 180 องศา (ทิศทางตรงข้าม)
                                   แรงลัพธ์ = แรงมากลบด้วยแรงน้อย ทิศของแรงลัพธ์มีทิศเดียวกับแรงมาก
 
   
                   2.3. เมื่อแรงทำมุมกัน 90 องศา หาแรงลัพธ์โดยใช้ทฤษฎีบทของพีธากอรัส
 
                                      
                                         หาขนาดของแรงลัพธ์โดยใช้สี่เหลี่ยมด้านขนานให้แรงทั้งสองเป็นด้านประกอบ
ของสี่เหลี่ยมด้านขนาน เส้นทะแยงมุมคือแรงลัพธ์
    
 
หาทิศแรงลัพธ์ ( มุมที่แรงลัพธ์ทำกับสิ่งอ้างอิง )
 
 
แต่ถ้าแรง P และ Q ทำมุมดังรูป ( P และ Q สลับกับรูปเดิม)
 
                       2.5 ถ้ามีแรงหลาย ๆแรงมากระทำกับวัตถุ การหาแรงลัพธ์ หาได้โดยวิธีการแตก
แรงเข้าสู่แกนตั้งฉาก

ขั้นตอนการหาแรงลัพธมี์ดังนี้

1.เขียนแกนตั้งฉากอ้างอิง
2.แตกแรงเข้าสู่แกนตั้งฉาก ( 1 แรงต้องแตกเข้าแกนตั้งฉากทั้งสองแกนเสมอ )

 
 
5. หาขนาดของแรงลัพธ์โดยใช้พีธากอรัส
 
 

ตัวอย่างการคำนวณ

1.ชายคนหนึ่งออกแรงลากลังไม้ดังรูปด้วยแรง 100 นิวตัน จงหา
1. แรงดึงในแนวดิ่ง

                                           2.แรงดึงในแนวระดับ

                                  

  2. จงหาแรงย่อยในแกนตั้งฉาก

  3. จงหาแรงย่อยในแกนตั้งฉาก

ข้อสังเกต จากข้อ 2 และ 3 แรงประกอบย่อยถ้าอยู่ชิดมุม จะเท่ากับ แรง คูณด้วยค่า cos ของมุมนั้น
ถ้าไม่ชิดมุม แรงประกอบย่อยจะเท่ากับ แรงคูนด้วยค่า sin ของมุมนั้น

  4. เมื่อออกแรง 3 และ 4 นิวตันกระทำต่อวัตถุ ดังรูป จงหา ขนาดของแรงลัพธ์โดยการเขียนรูป

เขียนรูป ใช้หางต่อหัววัดขนาดแรงลัพธ์ได้ 5 N

เขียนรูป ใช้หางต่อหัว วัดขนาดแรงลัพธ์ได้ 6.01 N

https://www.youtube.com/watch?v=8nDJCicJ9II
https://www.youtube.com/watch?v=Yw5VhQT389k
1 2