เคมีฟิสิกส์ (physical chemistry) sc1121...184 3.สมด...
TRANSCRIPT
![Page 1: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/1.jpg)
181
เปนแขนงหนงทตองอาศยความรทางดานเคม ฟสกสและคณตศาสตรมาชวยศกษาความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงของพลงงานในรปแบบตางๆ ทจะเกดขนในขบวนการทางเคมและทางกายภาพ
ศาสตรแขนงนมพนฐานมาจากการทดลองแลวสรปออกมาเปนกฏ ซงจะอาศยกฎเหลานมาท านายวาการเปลยนแปลงทางเคม หรอการเปลยนแปลงทางกายภาพนนๆจะเกดขนไดหรอไม ถาเกดขนไดกจะท านายทศทางของการเกดไดดวย นอกจากนยงชวยอธบายถงปรากฎการณตางๆ ไดอกดวย แตกยงมขอดอยทางเคมโดยสรปดงน
1. ไมสามารถใหรายละเอยดโดยตรงทเกยวกบธรรมชาตหรอโครงสรางของสสารไดเพราะขาดรายละเอยดของขอมล จงไมสามารถอธบายกลไก (mechanism) ของการเกดปฎกรยาเคมได
2. ไมสามารถใหขอมลดานความเรวของปฎกรยาทเกดขนและเวลาทใชในการท าใหปฎกรยานนสมบรณ เพราะไมไดก าหนดใหเวลาเปนตวแปร (variable) แตจะสนใจเฉพาะขนเรมตนและขนสดทายของการเปลยนแปลง โดยไมสนใจวาจะใชเวลาเทาใด
6. เคมเทอรโมไดนามกส (Chemical Thermodynamics)
![Page 2: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/2.jpg)
182
6.1 นยามเบองตน1. ระบบ (system) หมายถงสวนใดๆ ทจะน ามาพจารณาหรอน ามาศกษา
สวนอนๆ ทอยนอกเหนอจากขอบเขตของระบบ ซงอาจจะสมผสกบระบบไดเรยกสวนนนวา สงแวดลอม เชน พจารณาการขยายตวของกาซทบรรจอยในกระบอกสบและแชอยในน า สวนทถกน ามาศกษาคอกาซ เรยกสวนนวาระบบ ดงนนน าและกระบอกสบเปนสงแวดลอม เปนตน ระบบอาจแบงออกได 3 ประเภทดงน
1.1 ระบบเปด (open system) หมายถง ระบบทอนญาตใหมการแลกเปลยนพลงงานและสสารกบสงแวดลอมได
1.2 ระบบปด (closed system) หมายถง ระบบทอนญาตใหมการแลกเปลยนเฉพาะพลงงานกบสงแวดลอมเทานน
1.3 ระบบอสระ (isolated system) หมายถง ระบบทไมมการแลกเปลยนทงพลงงานและสสารกบสงแวดลอม
2. คณสมบตทางเทอรโมไดนามกส (thermodynamic properties)หมายถงสงทบอกลกษณะ ทใชในการบรรยายระบบ ถากลาวถงคณสมบตของสารหนงๆอาจแบงออกไดเปน
![Page 3: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/3.jpg)
183
2.1 คณสมบตของจลภาพ (microscopic property) คณสมบตของสารทพจารณาถงชนเลก ๆ เชน อะตอม โมเลกลทประกอบขนเปนสารนน ๆ
2.2 คณสมบตมหภาค (macroscopic property) หมายถงคณสมบตของสารทพจารณาทงชนทสงเกตได เชน น าหนก ความดน ปรมาตร เปนตน นอกจากนยงสามารถแบงยอยคณสมบตของสารออกไดเปน 2 ประเภท ดงน
2.2.1 คณสมบตอนเทนซฟ (intensive property) หมายถง คณสมบตทไมขนอยกบมวลหรอจ านวนชนของระบบ เชน อณหภม ความดน ดชนหกเหของสาร ความหนาแนนของสาร เปนตน
2.2.2 คณสมบตเอกเทนซฟ (extensive property) คณสมบตทข นอยกบมวลหรอจ านวนชนของระบบ เชน น าหนก ปรมาตร ความรอน จ านวนโมลของสารเปนตน
สงทควรสงเกตคอ เราสามารถเปลยนคณสมบตเอกเทนซฟไปเปนคณสมบตอนเทนซฟไดโดยก าหนดปรมาณสารใหอยในหนวยใดหนวยหนง เชน มวลในหนวยของปรมาตร จะไดความหนาแนนซงเปนคณสมบตอนเทนซฟ แตมวลเปนคณสมบตเอกเทนซฟ
![Page 4: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/4.jpg)
184
3. สมดลยภาพ (equilibrium) หมายถง สภาวะทคณสมบตของสารในระบบไมมการเปลยนแปลงไมวาเวลาทใชในการสงเกตนนจะยาวนานเพยงใดกตาม
4. ขบวนการผนกลบได (reversible process) หมายถง ขบวนการทระบบมการเปลยนแปลงอยางชา ๆ และทกเวลาในทกแหง จะมคณสมบตของระบบเปนอยางเดยวกนหรอพดอกนยหนงไดวาขบวนการผนกลบไดจะประกอบไปดวยหลายๆ ขนตอนของสมดลยภาพตดตอกน
5. ขบวนการผนกลบไมได (irreversible process) หมายถง ขบวนการทระบบมการเปลยนแปลงอยางรวดเรวและระบบไมมโอกาสทจะมสมดลยภาพได
6. สถานะ (state) หมายถง สภาวะทคณสมบตไดถกก าหนดโดยคณสมบตของสถานะ (state property) ซงไดแก ความดน ปรมาตร อณหภมและสวนประกอบของระบบ เชน สารอาจจะอยในสถานะของแขง ของเหลว หรอกาซ คณสมบตของระบบบอกไดวาระบบนนอยในสถานะใด
![Page 5: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/5.jpg)
185
7. ฟงกชนของสถานะ (state function) หมายถง ฟงกชนทข นกบสถานะของระบบ (state of the system) หรอใชอธบายสถานะของระบบ เมอระบบมการเปลยนแปลงจากสถานะหนงไปยงอกสถานะหนง การเปลยนแปลงดงกลาวไมขนอยกบทศทางของทางเดน แตจะขนอยกบสถานะตอนเรมตนและตอนสดทายเทานน เชน การเปลยนแปลงของความดน อณหภม ปรมาตร ดงนนคาทเปลยนไปหรอผลตางของสองสถานะใช เปนเครองหมาย
ถา X เปนฟงกชนของสถานะทมการเปลยนแปลง X = (X ทสถานะสดทายของระบบ) – (X ทสถานะเรมตนของระบบ)
เชนความดนตอนเรมตนเปน P1 และความดนสดทายเปน P2 ในระหวางการเปลยนแปลงจาก P1 ไปเปน P2 นน อาจมความดนคาอนๆ อกแตจะไมค านงถงดงนนความดนทเปลยนไป ( P) จะเทากบ P2 – P1
8. วฏภาค (phase) หมายถง สวนใดสวนหนงของระบบหรอทก ๆ สวนของระบบ ซงมขอบเขตทแนนอนและมคณสมบตเปนเนอเดยวกนโดยตลอด เชน ระบบทประกอบดวยน ามนกาดกบน าผสมกนอย ระบบจะม 2 วฏภาค คอ วฏภาคของน ามนกาดกบวฏภาคของน า ถาผสมกนทอณหภมสง ๆ อาจมวฏภาคทสามคอ วฏภาคทเปนไอ
![Page 6: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/6.jpg)
186
9. อณหภมศนยสมบรณ (absolute zero) หมายถง อณหภมทปรมาตรของกาซทกชนดเทากบศนย อณหภมศนยสมบรณเทากบ 0 K หรอเทากบ – 273.15 ซ ทอณหภมนไมไดหมายความวากาซจะสญหายไป แตกาซจะเปลยนสถานะมาเปนของเหลวหรอของแขง ซงจะไมอยในสถานะทเปนกาซอกตอไป
6.2 กฎขอศนยของเทอรโมไดนามกส (The Zero Law of Thermodynamics)อณหภมเปนคณสมบตอนเทนซฟ การวดอณหภมจะอาศยเทอรโมมเตอร และ
เหตใดจงอาศยเทอรโมมเตอรมาใชวดอณหภมของสารตางๆ ซงเชอถอวาตวเลขทอานไดจากเทอรโมมเตอรนนถกตอง หลกการของการน าเทอรโมมเตอรมาใชวดอณหภมของสารตางๆ มดงน เมอน าแทงโลหะ A และแทงโลหะ B ทมอณหภมตางกน โดยทางโลหะ A มอณหภม TA และแทงโลหะ B มอณหภม TB มาวางชดกนโดยมฉนวนหม จะเกดการถายเทความรอนระหวาง A และ B จนกระทงถงจดสมดล ทง A และ B จะมอณหภมเทากนระหวาง TA และ TB
![Page 7: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/7.jpg)
187
ถาน าแทงโลหะ C ซงมอณหภม TC มาวางชดกบ A ใหถายเทความรอนโดยมฉนวนหมเชนเดยวกน ปรากฏวาอณหภมไมเปลยนแปลง แสดงวาแทงโลหะ C มอณหภมเทากบ A และ A มอณหภมเทากบ B เพราะฉะนนแทงโลหะ C จะมอณหภมเทากบ B ดวย หรอสรปไดวา “ถาระบบท 1 และ 2 ตางกมอณหภมเทากบระบบท 3แลว ระบบท 1 และท 2 ยอมมอณหภมเทากนดวย” ขอความดงกลาวคอ กฎขอศนยของเทอรโมไดนามกส (The Zero Law of Thermodynamics)
เราใชประโยชนจากกฎน โดยใหเทอรโมมเตอรเปนวตถท 3 เพอเปนตวบอกวาสารละลายท 1 และสารละลายท 2 มอณหภมเดยวกนหรอไม ท าไดโดยน าเทอรโมมเตอรมาจมลงในสารละลายทงสองตามล าดบ ถาสารละลายทงสองท าใหสมบตของเทอรโมมเตอรเปลยนแปลงไดเทากน เชนขยายตวไปถงขดเดยวกนกอาศยกฎขอศนยของเทอรโมไดนามกส กลาวไดวา สารละลายทงสองมอณหภมเทากน
![Page 8: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/8.jpg)
188
จากการศกษาใหละเอยดจะพบวา ปรอทและของเหลวอน ๆ ทใชเทอรโมมเตอรทวๆ ไปนน การขยายตวไมไดเปนไปอยางสม าเสมอ กลาวคอ การขยายตวไมไดแปรโดยตรงกบอณหภมอยางเทยงตรงนก ดงนน การใหนยามอณหภมจงอาศยเทอรโมมเตอรทท าดวยกาซอดมคต (ideal gas) หรอ กาซจรง (real gas) ทมความดนเขาใกลศนย(limit P 0) หรอเขาใกลกาซอดมคตซงการขยายตวจะสม าเสมอทความดนคงทและสมประสทธของการขยายตวของกาซอดมคต () มคาเทากบ 1/273.15
จากกฎของชารลจะไดวาVt = Vo(1 – t)หรอ t = (vt – V0)V0
เมอ V0 คอ ปรมาตรของกาซอดมคตท 0 ซVt คอ ปรมาตรของกาซอดมคตทอณหภม T ซ ใด ๆ
จากสมการจะเหนวา ทอณหภม t ใด ๆ จะแปรผนโดยตรงกบปรมาตรทเพมขนจากปรมาตรเดมท 0 ซ คอ (Vt – V0) โดย Vt > V0
![Page 9: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/9.jpg)
189
เมอแทนคา = 1/273.15 ในสมการ (5.1)จะไดสมการใหมคอ
Vt = V0 (1+T
273.15)
=v0
273.15(273.15 + t)
เทอม V0/ 273.15 มคาคงท ดงนน Vt = คาคงท x (273.15 + t) Vt (273.15 + t)
ตอมาเคลวน (Kelvin) ไดเสนอมาตราของอณหภมใหมคอ อณหภมสมบรณ (T)โดยอาศยความสมพนธทวา ปรมาตรของกาซจะแปรผนโดยตรงกบอณหภมสมบรณเขยนเปนสมการไดวา
Vt T(K)จากความสมพนธระหวางสมการจงสรปไดวา
T(K) = 273.15 + t (C) ดงนน อณหภมทใชเปนมาตรฐาน ถงใชอณหภมทอานไดจากเทอรโมมเตอรท
ท าดวยกาซเพราะปรมาตรของกาซจะแปรผนโดยตรงกบอณหภมสมบรณทความดนคงท
![Page 10: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/10.jpg)
190
งาน (work)โดยทวไป งานเกดจากแรงกระท าตอวตถจนวตถนนเคลอนทไปตามแนวแรง
ทกระท า ดงนนนยามของงานจงเขยนไดวางานทเกดขน = แรงกระท า x ระยะทางทวตถเคลอนทไปเมอถกแรงกระท าจากนยามจะเหนไดวาถาไมมแรงมากกระท าตอวตถกจะไมมงานเกดขน
ถงแมวา วตถนนจะเคลอนทกตาม งานทรจกกนมหลายแบบ เชน งานกล งานไฟฟางานเนองจากสนามแมเหลก งานเนองจากแรงโนมถวงของโลก งานเนองจากการเคลอนทของวตถและอนๆ เปนตน ในตอนนเราจะสนใจเฉพาะงานกล (mechanicalwork) ซงเกยวของกบการขยายตวและอดตวของกาซ ซงงานชนดนเรยกวา PV work
สมมตวา เรามกระบอกสบซงภายในบรรจดวยกาซทมความดนเปน Pint
ก าหนดใหลกสบมพนทหนาตดเปน A และเคลอนทไปเปนระยะทาง r ตานทานกบความดนภายนอก (Pext) ตามรปหนาถดไป แสดงการขยายตวของกาซในกระบอกสบตานทานกบความดนภายนอก
![Page 11: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/11.jpg)
191
รปแสดงการขยายตวของกาซในกระบอกสบตานทานกบความดนภายนอก
![Page 12: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/12.jpg)
192
ในกรณทความดนภายนอก (Pext) คงทงานทเกดขน = แรงภายนอก x ระยะทางทลกสบเคลอนท
เนองจาก ความดนมคาเทากบแรงตอหนวยพนท (P = F/A) งานทเกดขน (W) = ความดน x พนท x ระยะทางทเปลยนไป
= ความดน x ปรมาตรทเปลยนไป= Pext V
W = Pext (V2 – V1)เมอ Pext = คาคงท
ดงนน การขยายตวของกาซจะไดงานเทากบความดนภายนอกทคงทคณดวยการเปลยนแปลงของปรมาตร ของกาซจากการขยายตวของกาซในกระบอก
แตถาความดนภายนอก (Pext) = 0หมายถง การขยายตวของกาซในกระบอกสบภายใตสญญากาศ จะไดงานทเกดขนคอ
งานทเกดขน (W) = PextV (W = PatmV x 101.31 J/litre atm)แต Pext = 0ดงนน W = 0 x (V2 – V1) งานทเกดขน = 0 J
![Page 13: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/13.jpg)
193
หมายความวา กาซจะยงขยายตวโดยปรมาตรจะเปลยนจาก V1 ไปเปน V2 แตจะไมมงานเกดขน
ในกรณทความดนภายนอกไมคงท หมายถง ความดนภายนอกคอยๆ มการเปลยนแปลงอยางชาๆ จะไดงานทเกดขนตางไปจากงานทกลาวมา คองานทเกด (W) = แรงกระท า x ระยะทางทเปลยนไปอยางชา ๆ (dr) จาก r1 ไปเปน r2
= ความดน x พนทหนาตดของลกสบ (A) ทคงท x ระยะทางทเปลยนจาก r1 ไปเปน r2 อยางชา ๆ (dr)
เขยนใหอยในรปคณตศาสตรไดวาdW = Pext Adr
หลงอนทเกรดจะไดสมการใหมคองานทเกดขน (W) = r1 ∫
r2Pext A drเมอ Adr คอ ปรมาตรทเปลยนไปอยางชาๆ และนอยยง (dV)ดงนน งานทเกด (W) = V1∫
V2Pext A dVเมอ Pext มคาไมคงท
![Page 14: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/14.jpg)
194
6.3 กฏขอหนงของเทอรโมไดนามกส (The First Law of Thermodynamics) กฎนเกยวกบการอนรกษพลงงาน (The Law of Conservation of Energy) ซง
กลาวไววา “พลงงานไมอาจท าใหเกดขนไดหรอถกท าลายได แตอาจมการเปลยนพลงงานจากรปหนงไปเปนอกรปหนงได โดยพลงงานกอนและหลงการเปลยนแปลงจะตองเทากน”
สามารถพจารณาไดจากการทดลองทแสดงไวในรปหนาถดไป ซงประกอบไปดวยแทงโลหะสเหลยม A ซงมมวลเทากบ WA เคลอนทดวยความเรวเทากบ uA1 และแทงไมสเหลยม B ซงมมวลเทากบ WB เคลอนทดวยความเรวเทากบ UB1 เมอก าหนดใหไมมแรงเสยดทานระหวางผวของวตถกบพนขณะทวตถเคลอนท ภายหลงทวตถ A และB ชนกนแลวความเรวของวตถทงสองจะเปลยนไปเปน UA2 และ UB2 ตามล าดบ
จากการทดลองจะไดความสมพนธในรปของพลงงานจลน ดงนพลงงานจลนกอนเกดการชนกน = พลงงานจลนภายหลงเกดการชนกน
![Page 15: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/15.jpg)
195
1
2wAuA1
2 + 1
2wBuB1
2 = 1
2wAuA2
2 + 1
2wBuB2
2
เมอเทอม 12wu2 คอพลงงานจลน (KE) จากสมการขางบนเขยนใหมไดวา
(KE)A1 + (KE)B1 = (KE)A2 + (KE)B2
หรอ (KE)1 = (KE)2
![Page 16: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/16.jpg)
196
จากสมการจะเหนวา พลงงานจลนทงหมดกอนทวตถทงสองจะเขาชนกนจะมคาเทากบพลงงานจลนทงหมดภายหลงทเกดการชนกน แมวาวตถทงสองจะมการเปลยนแปลงความเรวไปจากเดมเมอเกดการชนกนกตาม ซงเปนการสนบสนนกฎของการอนรกษพลงงานทจะน ามาใชในกฎขอหนงของเทอรโมไดนามกส
6.3.1 พลงงานภายใน (internal energy, E)กอนพจารณากฎขอหนงของเทอรโมไดนามกส ควรจะท าความเขาใจกบ
ความหมายของพลงงานภายในของระบบเสยกอน กลาวคอ พลงงานทงหมดของระบบยอมประกอบไปดวยพลงงานจลน พลงงานศกย และพลงงานภายในซงหมายถงพลงงานทเกยวของกบการหมน (rotation) การสนสะเทอน (vibration) ของโมเลกล รวมทงพลงงานอเลคตรอนคและพลงงานนวเคลยรภายในโมเลกลดวย เราสามารถหาพลงงานรวมของระบบไดดงน
Etotal = KE + PE + Eเมอ KE คอพลงงานจลน และ PE คอพลงงานศกย และ E คอพลงงานภายใน
ถาหากระบบเปลยนสถานะ จะไดพลงงานของระบบเปลยนไปดงน
![Page 17: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/17.jpg)
197
Eรวม = KE + PE + Eในวชาเทอรโมไดนามกส เรามกจะใหระบบอยนงกบท ดงนน KE และ PE
จะมคาเทากบศนย เพราะฉะนนพลงงานรวมของระบบทเปลยนไปนนเปนคาของการเปลยนแปลงพลงงานภายในนนเอง
Eรวม = Eเมอ E คอ การเปลยนแปลงพลงงานภายในของระบบ6.3.2 พจารณากฎขอหนงของเทอรโมไดนามกสเปนททราบกนดแลววา กฎขอหนงของเทอรโมไดนามกสเปนกฎทเกยวกบ
การอนรกษพลงงานซงจะพจารณาไดจากรป
รป แสดงการอนรกษพลงงานโดยใหงานและความรอนตอระบบเมอระบบมการเปลยนสถานะ จาก 1 ไปเปน 2
![Page 18: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/18.jpg)
198
จากรปจะเหนวา เมอใหความรอนและงานตอระบบ 1 ซงมพลงงานภายในเปนE1 แลว ระบบ 1 จะเปลยนไปเปนระบบ 2 ทมพลงงานภายในเปน E2 ซงมพลงงานภายในมากกวา E1 เพราะความรอนและงานทใหตอระบบจะถกเปลยนไปเปนพลงงานภายในทงหมด ดงนนการเปลยนแปลงของพลงงานภายใน (E) จะมคาเทากบผลรวมของความรอน (q) ทใหแกระบบบวกกบงานทท าตอระบบระหวางทมการเปลยนแปลงจากสถานะ 1 ไปเปนสถานะ 2 ซงเขยนเปนสมการไดวา
E = E2 – E1 = q + Wก าหนดเครองหมายถาความรอน (q) มเครองหมายเปนบวก หมายถง ระบบดดความรอนเขาไป
แตถาความรอนมเครองหมายเปนลบ หมายถง ระบบจะคายความรอนออกมาในสมการดงกลาวขางตนนคา E เปนฟงกชนของสถานะ (state function) จะ
ไมขนอยกบทางเดนของระบบ แตจะขนอยกบสถานะเรมตนและสถานะสดทายเทานนซงจะพจารณาใหเหนไดจากการเปลยนแปลงของระบบจากสถานะ 1 ไปยงสถานะ 2 ทมพลงงานภายในสงกวาคอ E2 > E1 ดงแสดงไวในรปหนาถดไป
![Page 19: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/19.jpg)
199
รปแสดงการเปลยนแปลงของระบบจากสถานะ 1 ไปยงสถานะ 2 จากรปจะไดวาทางเดนจากสถานะ 1 ไปยงสถานะ 2 มหลายเสนทางแตจะ
พจารณาเพยงสองทางเดนเทานน คอทางเดน 1 และทางเดน 2 และใหทางเดนทงสองกลบมาอยทสถานะ 1 (ตอนเรมตน) โดยทางเดน 3
ถาสมมตวา E เปนฟงกชนของสถานะแลว ในขบวนการวฏจกรคอ สถานะ 1 ไปสถานะ 2 แลวกลบมาสถานะ 1 อก เราจะได E121 ดงน
E121 = q + w = 0เมอ เปนเครองหมายแสดงถงผลรวม
![Page 20: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/20.jpg)
200
พจารณาทางเดน 1 เมอเรมตนทสถานะ 1 ไปยงสถานะ 2 ตามทางเดน 1 และกลบมาสถานะ 1 ตามทางเดน 3 ซงเปนขบวนการวฎจกร จะได E121 ดงน
E121 = q + w= (q1 + q3) + (W1 + W3)= (q1 + w1) + (q3 + W3) …. สมการ (A)
พจารณาทางเดน 2 โดยเรมตนจากสถานะ 1 ไปยงสถานะ 2 ตามทางเดน 2และกลบมาอยสถานะ 1 ตามทางเดน 3 ซงเปนขบวนการวฎจกร จะได E121 ดงน
E121 = q + w= (q2 + q3) + (W2 + W3)= (q2 + w2) + (q3 + W3) …. สมการ (B)
เมอเปรยบเทยบสมการ (A) และสมการ (B) จะไดวาสมการทงสองตางกเปนขบวนการวฎจกรทเรมตนจากสถานะ 1 ไปยง 2 และกลบมาสถานะ 1 อนเดยวกนดงนนสมการ (A) จะเทากบสมการ (B) ซงจะได …
![Page 21: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/21.jpg)
201
(q1 + w1) + (q3 + w3) = (q2 +w2) + (q3 + w3)q1 +w1 = q2 + w2
E1 = E2จากสมการ (C) ท าใหเราสรปไดวา การเปลยนแปลงพลงงานภายในของระบบ
(E) ทเกดขนจากทางเดน 1 และทางเดน 2 โดยเรมจาก สถานะ 1 ไปสถานะ 2 อนเดยวกน จะไดคา E เทากน E จะเปนฟงกชนของสถานะ ไมขนอยกบทางเดนแตจะขนอยกบสถานะตอนเรมตนกบสถานะตอนสดทายเทานน ทง W1 ไมเทากบ W2 เพราะงานไมเปนฟงกชนของสถานะ (ไดพสจนมาแลว) ท าให q1 ไมเทากบ q2 ไปดวยจงบอกไดวาความรอนกไมเปนฟงกชนของสถานะเชนเดยวกน
ไดแสดงใหเหนวา E เปนฟงกชนของสถานะ ท าใหสมมตฐานตอนตนเปนจรงกลาวคอ ในขบวนการวฏจกรจะให E เปนศนย เขยนเปนสมการไดดงน
E121 = q + w= 0
![Page 22: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/22.jpg)
202
ตวอยางท 6.1 จงค านวณการเปลยนแปลงพลงงาน (E) ในการท าใหน า 1 กรมท 100 ซ กลายเปนไอในกระบอกสบทเคลอนทไดโดยไมมแรงเสยดทาน ก าหนดใหความดนภายนอกเทากบ 1 บรรยากาศ และความรอนแฝงของการกลายเปนไอของน าเทากบ 40.670 กโลจล/โมล ความหนาแนนของน าเทากบ 1.000 กรม/ มล. มวลโมเลกลน ามคา 18.000 กรม/โมลวธท า
โจทยใหความหนาแนนของน า ความรอนแฝงของการกลายเปนไอของน า และความดนภายนอกของน า โจทยใหหาการเปลยนแปลงพลงงาน (E)
ความหนาแนนของน าเทากบ 1.000 กรม / มล.ดงนน น า 1 กรมจะมปรมาตรเทากบ 1 มล. หรอเทากบ 0.001 ลตรจากโจทย เมอน ากลายเปนไอ ทอณหภม 373.15 K ภายใตความดน 1
บรรยากาศแลวถาไอน ามพฤตกรรมเปนกาซอดมคตจะไดสมการ PV = nRT
ดงนน ปรมาตรของไอน า (V) =nRT
P
![Page 23: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/23.jpg)
203
ปรมาตรของไอน า (V) = nRT
P= (1/18.000)mol(0.08200 litre.atm/K.mol)(373.15 K)/1atm= 1.702 litre
เนองจาก V = Vv – V1 = (1.702 – 0.001) litre
V = 1.701 litreงานทเกดขนจากน ากลายเปนไอ เปนงานทระบบกระท าตอสงแวดลอม ทความ
ดนภายนอกคงท W = – Pext(V)(101.3) Joule
= – (1 atm)(1.701 litre)(101.3 J/litre.atm)= – (1.701 litre.atm )(101.3 J/litre.tm)= – 172.3 J
น าท 373.15 K จะกลายเปนไอตอเมอไดรบความรอนเขาไปเทากบความรอนแฝงของการกลายเปนไอน า
![Page 24: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/24.jpg)
204
น าท 373.15 K จะกลายเปนไอตอเมอไดรบความรอนเขาไปเทากบความรอนแฝงของการกลายเปนไอน า
น า 1 กรมตองใชความรอนในการกลายเปนไอ = 40.670 x 103
18.000= 2259.4 จล
จากกฎขอหนงของเทอรโมไดนามกส จะไดวาE = q + W
= 2259.4 J + (– 172.3 J)= 2.087 KJ
ตอบ การทน า 1 กรมเปลยนไปเปนไอน าทอณหภมเดยวกนคอ 100 ซ จะมพลงงานภายในเพมขนเทากบ 2.087 กโลจล
![Page 25: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/25.jpg)
205
ตวอยางท 6.2 ในการเปลยนสถานะของระบบตามทางเดน 1 ระบบจะดดความรอนเขาไปเทากบ 800 จล เมอระบบกลบเขาสสถานะเรมตนตามทางเดน 2 ระบบ จะคายความรอนออกมาพรอมทงท างานตอสงแวดลอมเทากบ 400 จล และ1.600 กโลจล จงค านวณงานของระบบทเกดขนตามทางเดน 1วธท า โจทยบอกทางเดน 1 ระบบดดความรอนเขาไป (q1) ทางเดน 2 ระบบคายความรอนออกมา (q2) และท างานตอสงแวดลอม (w2)
โจทยใหค านวณหางานของระบบทเกดขน (W)จากกฎขอหนงของเทอรโมไดนามกส จะไดวา
E = q + Wเมอมการเปลยนแปลงพลงงานภายในของระบบ
ตามทางเดน 1 E1 = q1 + W1= 800 J + W1 …….. (1)
ตามทางเดน 2 E2 = q2 + W2= (– 400 J) + (– 1.600 KJ) = – 2000 J …….. (2)
![Page 26: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/26.jpg)
206
เนองดวยในขบวนการวฏจกรจะไดวา E = 0และเนองจาก E = 0
E1 + E2 = 0 …….. (3)แทนคาสมการ (1) และ (2) ในสมการ (3) จะไดผลลพธคอ
(800 J) + W + (– 2000 J) = 0= 2000 – 800 J
W = 1200 J= 1.200 x 103 J
ตอบ งานทเกดขนจากสงแวดลอมท าตอระบบเทากบ 1.200 กโลจล
![Page 27: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/27.jpg)
206
แบบฝกหดบทท 61. ในเคมเทอรโมไดนามกส จงอธบายความหมายของค าตอไปนโดยสงเขป
1.1 ระบบ (system)
1.2 คณสมบตอนเทนซฟ (intensive properties)
1.3 สมดลยภาพ (equilibrium)
1.4 สถานะ (state)
![Page 28: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/28.jpg)
207
2. ใหอธบายกฎขอท 1 ของเทอรโมไดนามกส (The first law of Thermodynamics) พอสงเขป พรอมทงยกตวอยางประกอบใหเหนภาพชดเจน
![Page 29: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/29.jpg)
208
จลนพลศาสตรเคมเปนการศกษาอตราเรวและกลไกของปฏกรยาเคม ระบบจะไมอยในสมดลดงนนจลนพลศาสตรเคมจงไมใชสวนหนงของอณหพลศาสตร แตเปนสวนหนงของจลนพลศาสตร การศกษามจดประสงค 2 ประการคอ เพอทจะไดทราบวาปฏกรยาเกดเรวหรอชาและเพอทจะไดทราบกลไกของปฏกรยา เชน จากการศกษาจลนพลศาสตรพบวาปฏกรยาระหวา H2 และ Br2 เพอเกดเปน HBr ด าเนนไปโดย Br2แตกตวเปน Br อะตอมแลว Br อะตอมเขาชนกบ H2 โมเลกล และเกดขนตอนอน ๆ อกหลายขนตอน ไมไดเกดจาก H2 โมเลกลชนกบ Br2 โมเลกล แลวมการแลกเปลยนอะตอมกนเกดเปน HBr โมเลกล
7.1 กฎพนฐานของจลนพลศาสตร7.1.1 อตราเรวของปฏกรยาเคม (Rate of Reaction)อตราเรวของปฏกรยาคอ ความเขมขนของสารตงตนทหายไปตอหนวยเวลา
หรอความเขมขนของผลตภณฑทเกดขนตอหนวยเวลา
7. จลนศาสตรเคม (Chemical Kinetics)
![Page 30: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/30.jpg)
209
พจารณาปฏกรยา A B
อตราเรวของปฏกรยา = − ⅆ A
ⅆt=
ⅆ B
ⅆt
เมอเวลาผานไปมากขนความเขมขนของสารตงตนจะลดลง ดงนนจงตองมเครองหมายลบอยขางหนา
พจารณาปฏกรยา2A B
จะเหนวาอตราการสลายตวของ A เปนสองเทาของอตราการเกด B ดงนนจะไดวา
อตราเรวของปฏกรยา − 1
2
ⅆ A
ⅆt=
ⅆ B
ⅆt
ถาปฏกรยาทวไปเขยนไดดงน aA + bB cC + dD
อตราเรวของปฏกรยา = −1
a
ⅆ A
ⅆt=
1
b
ⅆ B
ⅆt= 1
c
ⅆ C
ⅆt= 1
ⅆ
ⅆ D
ⅆt
![Page 31: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/31.jpg)
210
อตราเรวของปฏกรยาหาไดจากความชนของกราฟทพลอตระหวางความเขมขนกบเวลาดงภาพท 7.1
ภาพท 7.1 การหาอตราเรวของปฏกรยาจากกราฟความเขมขน – เวลาจากภาพท 7.1 จะเหนวาความชนของกราฟคอ อตราเรวของปฏกรยา
![Page 32: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/32.jpg)
211
7.1.2 กฎอตราเรว (Rate Law)พจารณาปฏกรยา
A B
อตราเรวของปฏกรยา = − ⅆ A
ⅆt=
ⅆ B
ⅆt
อตราเรวของปฏกรยาไมคงทเปลยนแปลงไปตามความเขมขนของสารตงตนดงนนจะไดวา
− ⅆ A
ⅆt=
ⅆ B
ⅆt [A] n
− ⅆ A
ⅆt=
ⅆ B
ⅆt k[A] -n กฎอตราเรว
เมอคา k = คาคงตวอตราเรว (rate constant)n = อนดบของปฏกรยา (order of reaction)[A] = ความเขมขนของสาร A
กฎอตราเรวมประโยชน 2 อยางคอ1. ถาทราบกฎอตราเรวและคาคงตวกสามารถทราบอตราเรวของปฏกรยาได2. กฎอตราเรวจะเปนขอมลในการหากลไกของปฏกรยา
![Page 33: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/33.jpg)
212
กฎอตราเรวมประโยชน 2 อยางคอ1. ถาทราบกฎอตราเรวและคาคงตวกสามารถทราบอตราเรวของปฏกรยาได2. กฎอตราเรวจะเปนขอมลในการหากลไกของปฏกรยา
7.1.3 อนดบของปฏกรยาอนดบของปฏกรยา คอ ผลบวกของตวเลขทยกก าลงอยบนเทอมความเขมขน
ของสารตงตนในกฎอตราเรว และอนดบของปฏกรยาจะตองมาจากการทดลองเทานนพจารณาปฏกรยา
aA + bB cC + dDจากการทดลองพบวา
− ⅆ A
ⅆt= k[A]m [B]n
ปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบ m เมอเทยบกบ [A]เปนปฏกรยาอนดบ n เมอเทยบกบ [B]อนดบรวมเทากบ m + n
![Page 34: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/34.jpg)
213
ตวอยางอนดบของปฏกรยาไดแก1. ปฏกรยาการสลายตวของ N2O5
2N2O5 4NO2 + O2− ⅆ N2O5
ⅆt= k[N2 O5]
ปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบหนงเมอเทยบกบ [N2O5]
2. ปฏกรยาการรวมตวระหวาง H2 กบ I2H2 + I2 2HI− ⅆ H2
ⅆt= k[H2][I2]
ปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบหนงเมอเทยบกบ [H2] และ [I2]อนดบรวมเทากบอนดบสอง
![Page 35: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/35.jpg)
214
3. ปฏกรยาการรวมตวระหวาง NO และ O2
2NO + O2 2NO2− ⅆ NO
ⅆt= k[NO]2 [I2]
ปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบสองเมอเทยบกบ [NO]เปนปฏกรยาอนดบหนงเมอเทยบกบ [O2]อนดบรวมเทากบอนดบสาม7.1.4 คาคงตวอตราเรวเปนคาคงตวของปฎกรยาหนง ๆ ณ อณหภมหนง ๆ ถาอณหภมเปลยนไป คา
คงตวอตราเรวจะเปลยนไปดวย จากกฎอตราเรวจะเหนวา คาคงตวอตราเรวแปรผนโดยตรงกบอตราเรวของปฏกรยา คาคงตวอตราเรวจะมคามาก อตราเรวของปฏกรยาจะมคามากดวย คาคงตวอตราเรวมคานอยอตราเรวของปฏกรยากมคานอยดวย
ดงนนคาคงตวอตราเรวจงเปนตวเลขทบอกใหทราบวาปฏกรยาเกดเรวหรอชาถาคาคงตวอตราเรวมคามาก ปฏกรยาจะเกดเรว คาคงตวอตราเรวมคานอยปฏกรยาจะเกดชา คาคงตวอตราเรวหาไดจากกฎอตราแบบอนทเกรต
![Page 36: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/36.jpg)
215
กฎอตราแบบอนทเกรต (Integrated rate Equation)จากการทดลอง ถาตดตามความเขมขนของสารตงตนหรอผลตภณฑทเปน
ฟงกชนกบเวลากสามารถน าไปหาคาคงตวอตราเรวของปฏกรยานน ๆ ไดโดยการเขยนกราฟ
ปฏกรยาอนดบศนย (Zero Order Reaction)อตราเรวของปฏกรยาอนดบศนยจะคงทเสมอ ไมวาความเขมขนของสารตงตน
จะมากนอยเทาใดกตาม (n = 0)พจารณาปฏกรยา
A B + Ct = 0 a 0 0t = t a – x x xเมอ a = ความเขมขนเรมตนของสารตงตน Aa – x = ความเขมขนของสารตงตน A ทเวลาใดๆ x = ความเขมขนของผลตภณฑทเวลาใดๆ
![Page 37: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/37.jpg)
216
ⅆ𝑥
ⅆ𝑡= k0 (a - x)0
dx = k0 dtX = k0t + คาคงตว
เมอ t = 0, x = 0 คาคงตว = 0จากสมการ พลอต x กบ t จะไดกราฟเสนตรงออกจากจดเรมตน ความชน = k0
จากสมการ เอาลบคณตลอด แลวเอา a บวกเขาไปจะไดวาa – x = – k0t + a
จากสมการ พลอต a – x กบ t จะไดกราฟเสนตรง ความชน = – k0 จดตด = a
![Page 38: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/38.jpg)
217
7.2.2 ครงชวตของปฏกรยาอนดบศนย (Half-life of Zero Order Reaction)
ครงชวต (half-life : t12)คอเวลาทใชในการท าใหความเขนขนของสารตงตนลดลง
เหลอครงหนงของความเขมขนเดม เชน สาร x มความเขมขน 1 mol dm-3 สลายตวจนเหลอ 0.500 mol dm-3 ใชเวลา 3 ชวโมง ดงนนครงชวตของสาร x เทากบ 3 ชวโมง
เมอ x = a
2t = t1
2แทนคาในสมการ 7.1
a
2= k0 t1
2
t12
= a
2k0
![Page 39: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/39.jpg)
218
7.2.3 ปฏกรยาอนดบหนง (First Order Reaction)อตราเรวของปฏกรยาอนดบหนงขนกบความเขมขนของสารตงตนยกก าลงหนง
พจารณาปฏกรยา A B + C
t = 0 a 0 0t = t a – x x xเมอ a = ความเขมขนเรมตนของสารตงตน Aa – x = ความเขมขนของสารตงตน A ทเวลาใดๆ x = ความเขมขนของผลตภณฑ B, C ทเวลาใดๆ
ⅆx
ⅆt= k1 (a – x)
−ⅆ−x
a−x= k1 dt
−∫ⅆ a−x
a−x= k1 dt
– In (a – x ) = k1t + คาคงตว
![Page 40: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/40.jpg)
219
t = 0, x = 0 คาคงตว = – In a– In (a – x) = k1t – In a
เอาลบคณตลอดlog (a – x) = −
k1t
2.303+ log a
จากสมการ พลอต log (a – x) กบ t จะไดกราฟเสนตรง
ความชน = – k1
2.303log (a – x)
จดสมการใหม จะไดวา
log a – log (a – x) = k1
2.303
loga
a−x= k1
2.303
จากสมการ พลอต log a
a−xกบ t จะไดกราฟเสนตรงออกจากจดเรมตน
ความชน = k1
2.303
![Page 41: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/41.jpg)
220
![Page 42: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/42.jpg)
221
7.2.4 ครงชวตของปฏกรยาอนดบหนง (Half-life of First Order Reaction)
เมอ x = a
2t = t1
2
แทนคาในสมการ
2.303 loga
a−a
2
= k1t12
2.303 logaa
2
= k1t12
2.303 log a x 2
a= k1t1
2
2.303 log 2 = k1t12
2.303 x 0.301 = k1t12
t12
=0.693
k1
![Page 43: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/43.jpg)
222
ตวอยางท 7.1 ขอมลตอไปนไดจากปฏกรยาการสลายตวของกลโคสในสารละลายของน า[glucose]/mmol dm-3 56.0 55.3 54.2 52.5 49.0t/ min 0 45 120 240 480
จงแสดงใหเหนวาปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบหนง และค านวณหาคาคงตวอตราเรวของปฏกรยาวธท า โจทยใหขอมลการสลายตวของกลโคส (ความเขมขนทมอยตอเวลาทผานไป)
โจทยใหแสดงวาเปนปฏกรยาอนดบหนง (First order reaction) และหาคาคงตวของอตราเรวของปฏกรยา (k)
จากขอมลลงในตาราง แลวพลอตกราฟค านวณหาคาคงทและดความสมพนธ(a – x)/mmol dm-3 Log (a – x ) t/min
56.0
55.3
54.2
52.5
49.0
1.748
1.743
1.734
1.719
1.690
0
45
120
240
480
![Page 44: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/44.jpg)
223กราฟทพลอตระหวาง log (a – x) กบ t โดยใชขอมลในตวอยาง 7.1
![Page 45: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/45.jpg)
224
จากสมการ ความชน = –k1
2.303จากกราฟ ความชน = – 1.17 x 10-4 min-1
ดงนน –k1
2.303= – 1.17 x 10-4 min-1
k1 = 2.303 x 1.17 x 10-4 min-1
k1 = 2.69 x 10-4 min-1
ตอบ จากกราฟและคาความชนทไดแสดงวาปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบทหนง โดยมคาคงตวอตราเรวของปฏกรยาจากการค านวณไดเทากบ 2.69 x 10-4 ตอนาท
![Page 46: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/46.jpg)
225
7.2.5 ปฎกรยาอนดบสอง (Second Order Reaction)สารตงตนทงสองอาจจะเปนชนดเดยวกนหรอตางชนดกนกได แตความเขมขน
เทากน พจารณาปฏกรยาA + B C + D
t = 0 a a 0 0t = t a – x a – x x xเมอ a = ความเขมขนเรมตนของสารตงตน A,Ba – x = ความเขมขนของสารตงตน A,B ทเวลาใด ๆ x = ความเขมขนของผลตภณฑ C,D ทเวลาใด ๆ
ⅆx
ⅆt= k2 (a – x)2
− ⅆa−x
a−x 2 = k2 dt1
a−x= k2t + คาคงตว
![Page 47: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/47.jpg)
226
เมอ t = 0 x = 0 คาคงตว = 1
a1
a−x= k2t + 1
a
จากสมการดงกลาว พลอต 1
a−xกบ t จะไดกราฟเสนตรง ความชน = k2, จดตด = 1
a
จดสมการใหม จะไดวา1
a−x–1
a= k2t
จากสมการน พลอต x
a(a−x)กบ t จะไดกราฟเสนตรงออกจากจดเรมตนความชน = k2
![Page 48: เคมีฟิสิกส์ (Physical Chemistry) SC1121...184 3.สมด ลยภาพ(equilibrium)หมายถ งสภาวะท ค ณสมบ ต ของสารในระบบ](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041615/5e3af0839861a174a5279b77/html5/thumbnails/48.jpg)
227
7.2.6 ครงชวตของปฏกรยาอนดบสอง (Half-Life of Second Order Reaction)เมอ x =
a
2t = t1
2
แทนคาในสมการทผานมาของปฏกรยาอนดบสอง a
2
a a−a
2
= k2t12
t12
= 1
ak2
จากสมการทได จะเหนวาครงชวตปฏกรยาอนดบสองขนกบสวนกลบของความเขมขนเรมตนของสารตงตน