u2stoichiometry

หนวยท 2 ปรมาณสมพนธเคม (Stoichiometry)

ปรมาณสมพนธ (stoichiometry) มาจากภาษากรก 2 ค า คอ stoicheion แปลวาธาต และ metron แปลวาการวด ปรมาณสมพนธเปนค าศพททใชระบความความสมพนธเชงปรมาณขององคประกอบของสารและปฏกรยาหรอ สมการเคมทเกยวของ ซงมความส าคญอยางยงเพราะใชคาดคะเนหรอค านวณปรมาณของสารทตองใชเปนสารตงตน (reactant) เพอใหไดปรมาณสารผลตภณฑ (product) ตามตองการ หรอใชบอกวาสารตงตนจะท าปฏกรยาหมดหรอมเหลอและปฏกรยาจะไดผลผลตอยางมากทสดเทาใด ดงนนปรมาณสมพนธจงหมายถงการวดปรมาณของสารตางๆ โดยเฉพาะปรมาณของสารทเกยวของกบการเกดปฏกรยาเคมทงของสารตงตนและสารผลตภณฑตลอดจนปรมาณของพลงงานของสารทเปลยนแปลงในปฏกรยาเคม 2.1 อะตอม โมเลกล ไอออนและสตรเคม

ในหนวยท 1 เราไดศกษาเกยวกบโครงสรางอะตอม อะตอมมนวเคลยสเปนแกนกลางของอะตอม และมอเลกตรอนหอหมอะตอม นวเคลยสเปนสวนของแกนกลางของอะตอมทประกอบดวยอนภาคโปรตอนและนวตรอน ซงอนภาคทงสองอยรวมกน โดยมแรงยดเหนยวทางนวเคลยรยดอนภาคทงสองไวดวยกน โดยอะตอมสามารรวมตวกนเองหรอกบอะตอมของธาตชนดอนเกดเปนโมเลกล โมเลกลทเกดขนไดนนตองอาศยการเกดพนธะอยางใดอยางหนงซงจะไดกลาวตอไปในหนวยท 4 การทอะตอมมอนภาคโปรตอนและอเลกตรอนเทากนจงท าใหอะตอมเปนกลางทางไฟฟา แตในกรณทอะตอมมการใหเหรอรบอเลกตรอนจะท าใหอะตอมไมเปนกลางทางไฟฟาทเรยกวา ไอออน ประกอบดวย ไอออนบวก (cation) และไอออนลบ (anion)

1) สตรเคม (chemical formula) คอสญลกษณของสารประกอบหรอสตรทางเคมของสารประกอบ

หรอ คอหมสญลกษณของธาตทเขยนเพอแสดงใหเหนวาสารประกอบนน โดยระบชนดและจ านวนอะตอมของธาตทเปนองคประกอบเปนตวเลขทอยมมลางดานขวาไวททายสญลกษณของธาตทเปนองคประกอบนนเชน H2O เปนสตรทางเคมของน า ประกอบดวยธาตไฮโดรเจน 2 อะตอมและธาตออกซเจน 1 อะตอม ตวอยางอนๆ ไดแก CO2 (คารบอนไดออกไซด) CH4 (มเทน) C2H6 (อเทน) C6H12O6 (กลโคส) KCIO3 (โพแทสเซยมคลอเรต) เปนตน

1.1) สตรเอมพรคล (empirical formula) เปนสตรทแสดงอตราสวนอยางต าของธาตองคประกอบ เชน ไฮโดรเจนเปอรออกไซดมสตรโมเลกลเปน H2O2 อตราสวนอยางต าของจ านวนอะตอม H : O เทากบ 1 : 1 สตรเอมพรคลจงเปน HO กลโคสมสตรโมเลกลเปน C6H12O6 อตราสวนอยางต าของจ านวนอะตอม C : H : O เทากบ 1 : 2 : 1 สตรเอมพรคลจงเปน CH2O

30 | เคมส าหรบวศวกร (Chemistry for Engineers)

อ.ดร.วรวทย จนทรสวรรณ

ตวอยาง 2.1 สารประกอบชนดหนงประกอบดวย Na 29.1%, S 40.5% และ O 30.4% โดยมวล จงค านวณหาสตรเอมพรคลของสารน (Na = 23, O = 16)

วธท า อตราสวนโดยมวลของ Na : S : O = 29.1 : 40.5 : 30.4 อตราสวนโดยจ านวนโมลอะตอมของ Na : S : O =

23

1.29 : 32

5.40 : 16

4.30

= 1.26 : 1.26 : 1.99 ท าใหเปนอตราสวนเลขนอยๆ โดยการหารตลอดดวยตวเลขทนอยทสด คอ 1.26 จะได

= 26.1

26.1 : 26.1

26.1 : 26.1

99.1

= 1 : 1 : 1.58 ท าใหเปนจ านวนเตมโดย คณ 2 ตลอด = 2 : 2 : 3 ดงนนสตรเอมพรคลของสารประกอบนคอ Na2S2O3

1.2) สตรโมเลกล (molecular formula) เปนสตรทแสดงจ านวนอะตอมของธาตองคประกอบทมอยใน 1 โมเลกล เชน

ไฮโดรเจนมสตรโมเลกลเปน H2 แสดงวา 1 โมเลกลประกอบดวยไฮโดรเจน 2 อะตอม ไฮโดรเจนเปอรออกไซดมสตรโมเลกลเปน H2O2 แสดงวา 1 โมเลกลประกอบดวยไฮโดรเจนและ

ออกซเจนธาตละ 2 อะตอม สตรโมเลกล = (สตรเอมพรคล)n

ตวอยาง 2.2 จงหาสตรโมเลกลจากตวอยางท 2.1 วธท า ไดสตรเอมพรคลของสารประกอบคอ Na2S2O3

ดงนน สตรโมเลกลเปน (Na2S2O3)n = 158 [(23x2 = 46) + (32x2=64) + (16x3=48)] x n = 158 n = 1

ดงนน สตรโมเลกลคอ Na2S2O3 ตวอยางท 2.3 สารประกอบชนดหนงประกอบดวย Na 60.8%, B 28.5% และ H 10.5% โดยสารประกอบนมมวลโมเลกล = 38 จงหาสตรโมเลกลของสารประกอบน (Na = 23, B = 10.8, H = 1) อตราสวนโดยจ านวนโมลอะตอม Na : B : H =

23

8.60 : 8.10

5.28 : 1

5.10

= 2.6 : 2.6 : 10.5 = 1 : 1 : 4 ดงนนสตรเอมพรคล คอ NaBH4 จาก สตรโมเลกล = (สตรเอมพรคล)n 38 = [(1 x 23 ) + (1 x 10.8) + (4 x 1)]n 38 = (37.8)n ดงนน n = 1 ดงนน สตรโมเลกล คอ NaBH4

ปรมาณสมพนธเคม (Stoichiometry) | 31

1.3) สตรโครงสราง (structural formula) คอสตรโมเลกลทเขยนสญลกษณแสดงการเกาะกนของอะตอมตางๆ ในโมเลกล การใชสตรโครงสรางจงเหมาะสมกวาสตรโมเลกลส าหรบสารตางชนดทมสตรโมเลกลเดยวกน สตรโมเลกลบอกขอมลเฉพาะองคประกอบของสารเทานน แตไมไดบอกวารปรางของโมเลกลอยในลกษณะใด สตรโมเลกลทแสดงใหเหนวาอะตอมจบตวกนในลกษณะตางๆ เรยกวาสตรโครงส รางโดยใชสญลกษณนวเคลยรของอะตอมและใชเครองหมายขด (-) แทนพนธะทยดอะตอมแตละคไวดวยกน สตรโครงสรางโดยทวไปจะไมแสดงโครงสรางของรปโมเลกลหรอมมทอะตอมจบกนจรง ดงในรปท 2.1 (ก) แตกมสตรโครงสรางทเขยนใหเหนรปทรงของโมเลกลใน 3 มตอยางงายๆ ดงในรปท 2.1 (ข) และมแบบจ าลองโมเลกลทรงกลมและกาน (ball and stick model) และแบบจ าลองสเปซฟลลง (ball filling model) ดงแสดงในรปท 2.1 (ค) และ (ง) ตามล าดบ

(ก) สตรโครงสราง (ข) รปทรงโมเลกลใน 3 มต (ค) แบบทรงกลมและกาน (ง) แบบสเปซฟลลง

รปท 2.1 สตรโครงสรางเคมและแบบจ าลองโมเลกล 2) มวลสตร (formula weight, FW) (หรอเรยวา น าหนกสตร) ของสารประกอบหาไดจากผลรวม

ของมวลอะตอมของธาตทกชนดทมอยในสตรของสารประกอบนน ค าวาน าหนกสตรใชไดกบสารทวไป และสารทอยในรปของโมเลกลหรอไอออน ในกรณของสารประกอบไอออนกโมเลกลจะอยในรปของผลกทประกอบดวยไอออนบวก และไอออนลบจ านวนมาก ท าใหไมสามารถบอกขอบเขตของโมเลกลได จงไมสามารถเขยนสตรโมเลกล ทแทจรง และหามวลโมเลกลทแทจรงได สตรของสารประกอบไอออนกจงเปนสตรทแสดงอตราสวนอยางต าของไอออนบวกและไอออนลบทเปนองคประกอบ เชน โซเดยมคลอไรด (NaCl) มอตราสวนอยางต าของไอออนบวก กบไอออนลบเปน 1:1

นอกจากสารประกอบไอออนกแลวยงมสารประกอบอนทใชสตรอยางงายแทนสตรโมเลกล ไดแก สารทมโครงสรางผลกรางตาขาย สารทมพนธะโลหะ หรอ สารโพลเมอร ดงนนการเรยกวามวลโมกล จงไมถกตอง แตยงอนโลมใหเรยกวามวลโมกล ดงนนน าหนกสตรจงมคาเทากบน าหนกโมเลกลหรอมวลโมเลกลนนเอง

ตวอยาง จงค านวณหาน าหนกสตรของโซเดยมคลอไรด (NaCl) ก าหนดใหน าหนกอะตอม Na = 23.0 amu และ Cl= 35.5 amu วธท า น าหนกสตรของโซเดยมคลอไรด = 23.0 amu + 35.5 amu

= 58.5 amu



2.3 โมล (mole) ในป ค.ศ. 1896 วลเฮม ออสทวอลด (Wilhem Ostwald) นกเคมชาวเยอรมนเสนอค าวา โมล (mole

หรอ mol) ซงมรากศพทมาจากภาษาละตนแปลวา กอง (heap of pile) โมลมค าจ ากดความวา “1 โมลคอจ านวนอะตอมของคารบอนหนก 12.0000 กรม ซงเทากบ 6.02x1023 อะตอม” โมลเปนหนวยบอกจ านวนอนภาคของสาร ซงหมายถงปรมาณของสารทมจ านวนอนภาคเทากบจ านวนอะตอมของคารบอน-12 (12C) ทมมวล 12 กรม เราทราบแลววาคารบอนจ านวน 1 อะตอม มมวลเทากบ 12.00x1.66x10-24 กรม ดงนนเราสามารถค านวณหาจ านวนอะตอมของคารบอนทมมวล 12 กรมได โดยสมมตใหคารบอน 12 กรมมจ านวนอนภาคเทากบ a อะตอม เมอเขยนในรปอตราสวนทเทากบอตราสวนแรกจะเปนดงน

12C 1 อะตอม =

12C a อะตอม 12C 12.00 x 1.66 x 10-24 กรม 12C 12.00 กรม

12C a อะตอม = 12C 1 อะตอม x 12C 12.00 กรม 12C 12.00 x 1.66 x 10-24 กรม

= 6.023 x 1023 อะตอม แสดงวาคารบอน-12 (12C) ทมมวล 12 กรม ประกอบดวยอะตอมของคารบอน 6.024096x1023 อะตอม จ านวนตวเลข 6.02x1023 นเรยกวา เลขอาโวกาโดร (Avogadro’s number) เพอเปนเกยรตแก อเมเดโอ อโวกาโดร (Amedeo Avogadro) ในการค านวณสวนมากเราใชคา 6.022x1023 และก าหนดใหสารทมจ านวนอนภาคเทากบเลขอาโวกาโดร คดเปนปรมาณ 1 โมล ดงนน “สารใดๆ 1 โมลประกอบดวย 6.02x1023 อนภาคหรอหนวย” (หนวยอาจจะเปนอะตอม โมเลกล ไอออน อเลกตรอนหรอหนวยอนๆ) ดงนนในการบอกปรมาณของสารเปนโมลจงตองระบชนดของอนภาคดวยเชน

ถาอนภาคคออะตอม เรยกวาโมลอะตอม เชนสงกะส (Zn) 1 โมลอะตอมมจ านวนอะตอมเทากบ 6.02x1023 อะตอม

ถาอนภาคคอโมเลกล เรยกวาโมลโมเลกล เชน แกสไฮโดรเจน (H2) 1 โมลโมเลกลมจ านวนโมเลกลเทากบ 6.02x1023 โมเลกล

ถาอนภาคคอไอออน เรยกวาโมลไอออน เชน แคลเซยมไอออน (Ca2+) 1 โมลไอออนมจ านวนไอออนเทากบ 6.02x1023 ไอออน

ถาอนภาคคออเลกตรอน เรยกวาโมลอเลกตรอน โดย 1 โมลอเลกตรอน หมายถงจ านวนอเลกตรอนเทากบ 6.02x1023 อเลกตรอน ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

อาเมเดโอ อาโวกาโดร (ค.ศ.1776-1856) เปนนกกฎหมายทกลายนกเคมชาวอตาเลยน ไดพบวาอะตอมของธาตตางๆ รวมกนไดเปนโมเลกล เขาตงสมมตฐานวา “แกสปรมาตรเทากนภายใตเงอนไขของอณหภมและความดนทเทากนจะมจ านวนโมเลกลเทากน หรอ แกสตางๆ ทมจ านวนโมเลกลเทากนภายใตสภาวะอณหภมและความดนเดยวกนจะมปรมาตรเทากน” อโวกาโดรประกาศสมมตฐานของเขาเมอป 1811 มใจความวา อนภาคอาจอาจจะเปนอะตอมหรอกลมอะตอมกได ซงเรยกวา โมเลกล นอกจากนเขายงไดก าหนดตวเลขทเรยกวาเลขอาโวกาโดร (Avogadro’s number) ทมคา 6.02x1023 ซงหมายถงจ านวนอะตอมหรอโมเลกลใน 1 โมล และใชหาน าหนกโมเลกลในหนวยกรม


ดงนน จ านวนโมลของสารใดๆ หาไดโดยใชสตรทวไปดงน

จ านวนโมล =

ค าวาโมลอาจใชไดกบสารหลายๆ อยางแลวแตสงทอางถง เปนตนวาอะตอมและโมเลกลทไดกลาวมาแลวหรอไอออน อเลกตรอน เพราะฉะนนตองใชความระวงเปนพเศษทจะตองบอกถงสงทอางถง หลกพจารณาวา อนภาคนนเปนอะตอม โมเลกล ไอออนหรออเลกตรอน มดงน

1) จะระบเดนชด เชน ออกซเจนอะตอม ไฮโดรเจนไอออนหรออเลกตรอน หรอทราบอยแลววาอยในรปโมเลกล เพยงแตไมกลาวออกมาเทานน เชน น า (H2O) หรอแกสคารบอนไดออกไซด (CO2)

2) ถาสารนนเปนโลหะ ถอวาเปนอะตอม 3) ถาอณหภมปกตเปนแกส ในการกลาวไมระบเดนชด จะถอวาสารนนเปนแกสอยในรปโมเลกล เชน

ออกซเจน 1 โมล ถอวาออกซเจนอยในรปโมเลกล ตวอยาง จงค านวณวากลโคส (C6H12O6) ทหนก 5.38 กรม มกโมลและมกโมเลกล วธท า จ านวนมวลตอโมลของกลโคส เทากบ 180.0 กรม เปลยนกลโคส 5.38 กรมเปนโมลไดคอ

จ านวนโมล C6H12O6 = (5.38 g) x ----------------------- = 0.02989 mol จ านวนโมเลกลตอโมลของกลโคส เทากบ 6.02x1023 โมเลกล เปลยน 0.2989 โมล เปนโมเลกลไดคอ

จ านวนโมเลกล C6H12O6 = (0.02989 mol) x -------------------------------------------

= 1.7993 x 1023 molecules 1) จ านวนโมลกบมวลของสาร

- สาร 1 โมลอะตอมมมวลเทากบมวลอะตอม (กรม) เชน แมกนเซยม 1 โมลหรอ 6.02x1023 อะตอมจะมมวล 24.3 กรม

- สาร 1 โมลโมเลกลมมวลเทากบมวลโมเลกล (กรม) เชน คลอรน (Cl2) มมวลโมเลกลเทากบ 71 ดงนน คลอรน 1 โมลหรอ 6.02x1023 โมเลกล จะมมวล 71 กรม

- สาร 1 โมลไอออนมมวลเทากบมวลไอออน (กรม) เชนซลเฟตไอออน (SO42-) มมวลไอออนเทากบ

96 ดงนน ซลเฟตไอออน 1 โมลไอออนหรอ 6.02x1023 ไอออน จะมมวล 96 กรม

น าหนก (กรมของสารนน) น าหนกอะตอมหรอน าหนกโมเลกล

(1 mol C6H12O6) 180 g

(6.02x1023 molecules C6H12O6) 1 mol



2) ปรมาตรตอโมลของแกส เนองจากแกสมปรมาตรไมคงท เปลยนแปลงได แตกตางจากของแขงและของเหลวทปรมาตร

เปลยนแปลงนอยมาก ดงนนความสมพนธระหวางโมลกบปรมาตรจงคดเฉพาะทเปนแกสเทานน ปรมาตรของแกสจะเปลยนแปลงตามอณหภมและความดนมาตรฐาน ดงนนเมอตองการเปรยบเทยบปรมาตรของแกสตางๆ จงตองมการก าหนดอณหภมและความดนเพอเปนมาตรฐาน นกวทยาศาสตรไดก าหนดอณหภมท 0 องศาเซลเซยส (273 เคลวน) และความดน 1 บรรยากาศ (760 มลลเมตรของปรอท) เปนสภาวะมาตรฐาน (Standard Temperature and Pressure, 0 C 1 atm) เรยกยอวา STP

ความสมพนธระหวางจ านวนโมลและปรมาตรของแกสท STP พบวา “แกสใดๆ จ านวน 1 โมล จะมปรมาตร 22.4 ลกบาศกเดซเมตร (dm3) ท STP หรอปรมาตรตอโมลของแกสใดๆ เทากบ 22.4 dm3 ท STP” เชนแกสออกซเจน 32 กรม (ปรมาณ 1 โมล) มปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP หรอกลาวอกนยหนงวาปรมาตรตอโมลของแกสออกซเจนมคา 22.4 dm3 ท STP

จ านวนโมลของแกส = ------------------------------------------ ดงนน ความหมาย 1 โมลของสารใดๆ ปรมาณสารทมจ านวนอนภาคเทากบ 6 .02x1023 อนภาค

ปรมาณสารทมมวลเทากบมวลอะตอม (ถาเปนอะตอม) หรอมวลโมเลกล (ถาเปนโมเลกล) หนวยเปนกรมปรมาณสาร (แกสหรอไอเทานน) ทมปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP ท าใหสามารถสรปตอไดดงน

1) สารจ านวน 6.02x1023 อนภาค มมวลเทากบมวลอะตอมหรอมวลโมเลกลทมหนวยเปนกรม เชน แกสไฮโดรเจน (H2) 6.02x1023 โมเลกล จะมมวลเทากบ 2 กรม (H2 มมวลโมเลกล = 2)

2) สารซงเปนแกสหรอไอจ านวน 6.02x1023 อนภาค มปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP เชน แกสออกซเจน (O2) จ านวน 6.02x1023 โมเลกล มปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP

3) ปรมาณของสารซงเปนแกสหรอไอทมมวลเทากบมวลอะตอมหรอมวลโมเลกลทมหนวยเปนกรมมปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP เชน แกสไนโตรเจน (N2) มมวลโมเลกลเทากบ 28 ดงนนแกสไนโตรเจน 28 กรม มปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP

3) ความสมพนธระหวางจ านวนโมล อนภาค มวล และปรมาตรของแกส จากทไดศกษาแลววา สารใดๆ 1 โมล จะมอนภาคเทากบ 6.02x1023 อนภาคโดยมมวลเปนกรม

เทากบมวลอะตอมของธาต หรอมวลโมเลกลของสารประกอบและถาสารเปนแกสจะมปรมาตรเทากบ 22.4 dm3 ท STP ซงสงเหลานมความสมพนธดงตอไปน

H2O 1 โมล (โมเลกล) ประกอบดวย H 2 โมลอะตอม และ O 1 โมลอะตอม H2O 1 โมล (โมเลกล) ประกอบดวย H 2x6.02x1023 อะตอม และ O 6.02x1023 อะตอม H2 1 โมล มมวล 2 กรม H2 1 โมล มจ านวนโมเลกลเทากบ 6.02x1023 โมเลกล H2 1 โมล มปรมาตร 22.4 dm3 ท STP

ปรมาตรของแกส (dm3) ท STP 22.4 L


ดงนน H2 2 กรม จะมจ านวนโมเลกลเทากบ 6.02x1023 โมเลกล H2 2 กรม มปรมาตร 22.4 dm3 ท STP

H2 6.02x1023 โมเลกล มปรมาตร 22.4 dm3 ท STP ตวอยาง กรดซลฟวรก (H2SO4) 9.8 กรม ประกอบดวยออกซเจนกกรมและกอะตอม วธท า H2SO4 1 โมลโมเลกล ม O 4 โมลอะตอม

H2SO4 98 กรม จะม O = 64 กรม ดงนน H2SO4 9.8 กรม จะม O =

98

8964 . กรม

= 6.4 กรม H2SO4 98 กรม ม O = 4 x 6.02 x 1023 อะตอม

ดงนน H2SO4 9.8 กรม ม O = 98

8.91002.64 23 อะตอม

= 2.408 x 1023 อะตอม

4) ความสมพนธระหวางปรมาณสารในสมการเคม

สมการเคมนอกจากจะแสดงใหทราบวามสารใดเกยวของในปฏกรยาเคมแลว สมการเคมทดลแลวยงแสดงใหทราบความสมพนธระหวางปรมาณตางๆ ของสารในปฏกรยาเคมดวยตวอยางเชน

Zn (s) + 2 HCl (aq) ZnCl2 (aq) + H2 (g) จ านวนโมล 1 2 1 1 มวล (g) 65.39 2 x 36.458 136.29 2.016 โมเลกล 6.02 x 1023 2 x 6.02 x 1023 6.02 x 1023 6.02 x 1023

ปรมาตร STP (dm3) - - - 22.4 จากความสมพนธนท าใหสามารถค านวณหาจ านวนโมล จ านวนอนภาค มวล ปรมาตรแกสท STP จาก

สมการเคมได ส าหรบปฏกรยาทเปนแกสลวนๆ สามารถใชสมประสทธของแกสตางๆ ในสมการอานเปนปรมาตรได แตตองทอณหภมและความดนเดยวกน เชน

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g จ านวนโมล 1 2 1 2 มวล (g) 16 2 x (2x16) 44 2 x 18 โมเลกล 6.02x1023 2 x 6.02x1023 6.02x1023 2 x 6.02x1023

ปรมาตร STP (dm3) 1 x 22.4 2 x 22.4 1 x 22.4 2 x 22.4



ตวอยาง จากสมการเคม 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) จงตอบค าถามตอไปน ก. ถาใช SO2 0.5 โมล จะเกด SO3 กกรม ข. SO3 2.24 dm3 ท STP เกดจากใช O2 กโมล ค. ถาใช O2 2x6.02x1023 โมเลกล จะตองใช SO2 ก dm3 ท STP

วธท า จากสมการเคม 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)

จ านวนโมล 2 1 2 โมล มวล (g) 2x64 32 2x80 กรม

จ านวนอนภาค 2x6.02x1023 6.02x1023 2x6.02x1023 อนภาค ปรมาตร STP 2x22.4 22.4 2x22.4 dm3 ก. จากสมการ ใช SO2 2 โมล จะเกด SO3 = 2 x 80 กรม

ถาใช SO2 0.5 โมล จะเกด SO3 = 2

50802 . กรม = 40 กรม

ข. SO3 2x22.4 dm3 ท STP เกดจากใช O2 = 1 โมล ถา SO3 2.24 dm3 ท STP เกดจากใช O2 =

4.222

24.2

= 0.05 โมล

ค. ใช O2 6.02x1023 โมเลกล จะตองใช SO2 = 2x22.4 dm3 ท STP ถาใช O2 2x6.02x1023 โมเลกล จะตองใช SO2 =

23

23

1002.6

1002.624.222

dm3 ทSTP

= 89.6 dm3 ท STP ตวอยาง ขอมลทไดจากสมการเคมทดล สรปไดดงตอไปน

CaC2(s) + 2 H2O(l) Ca(OH)2(aq) + C2H2(g)

จ านวนโมล 1 2 1 1 โมล มวล (g) 64.1 2x18 74.1 26 กรม

จ านวนอนภาค 6.02x1023 2x6.02x1023 6.02x1023 6.02x1023 อนภาค ปรมาตร STP 22.4 dm3

จากสมการ ถาใช CaC2 2.5 โมล ท าปฏกรยากบน าทมปรมาณมากเกนพอ จงหา

ก) ได C2H2(g) เกดขนกโมล ข) ได C2H2(g) เกดขนกกรม ค) ได C2H2(g) เกดขนกลตรท STP ง) น าท าปฎกรยาไปกโมลและกกรม


วธท า ก) จากสมการจะเหนวา CaC2 1 mol ให C2H2 1 mol ดงนน CaC2 2.5 mol ให C2H2 2.5 mol ดวย ข) จากสมการจะเหนวา C2H2 1 mol มมวล 26.0 g

ดงนน C2H2 2.5 mol มมวล = mol

g.mol.

1

02652 = 65.0 g

ค) จากสมการจะเหนวา C2H2(g) 1 mol มปรมาตร 22.4 dm3 ท STP ดงนน C2H2(g) 2.5 mol มปรมาตร =

mol

dm.mol.

1

42252 3 = 56.0 dm3

ง) จากสมการจะเหนวา CaC2 1 mol ท าปฏกรยาพอดกบ H2O 2 mol ดงนน CaC2 2.5 mol ท าปฏกรยาพอดกบ H2O =

HmolCaCmol

HgCaCmol.Hmol

11

18522

2

2

= 90 g 2.4 การค านวณปรมาณสารในปฏกรยาเคม

2.4.1 กฎเกยวกบน าหนก 1) กฎทรงมวล (law of conservation of mass) อองตวน โลรอง ลาววซเยร (Antoin-

Laurent Lavoisier, ค.ศ.1774) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสไดทดลองเผาสารเมอรควร(II) ออกไซด (HgO) ในหลอดปดพบวาไดปรอทและออกซเจน ดงสมการ

2 HgO (s) Hg (l) + O2 (g) ผลการทดลองพบวามวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยาเทากบมวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยาและเขาทดลองท าหลายๆ ครงกไดผลเชนเดม จงสรปเปนกฎเรยกวา กฎทรงมวล กลาววา “ในปฏกรยาเคมใดๆ มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยาเทากบมวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยา” เชนเมอใหแกสไฮโดรเจน (H2) 4 กรมท าปฏกรยากบแกสออกซเจน (O2) 32 กรม จะเกดน า 36 กรม ตวอยาง น าโซเดยมซลเฟต (Na2SO4) 142 กรม มาท าปฏกรยากบแบเรยมคลอไรด (BaCl2) 208 กรม เกดโซเดยมคลอไรด (NaCl) 117 กรม ถาการทดลองนเปนไปตามกฎทรงมวลปฏกรยาดงกลาวจะเกดแบเรยม

ซลเฟต (BaSO4) กกรม (Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 + NaCl) วธท า มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยาคอ มวลของโซเดยมซลเฟต + มวลของแบเรยมคลอไรด = 142 + 208 = 350 กรม มวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยาคอ มวลของโซเดยมคลอไรด + มวลของแบเรยมซลเฟต = 117 + x กรม มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยา = มวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยา 350 = 117 + x เกด BaSO4 = x = 350 – 117 = 233 กรม



2) กฎสดสวนคงท (law of constant proportions) ป ค.ศ. 1802 โจเซฟ เพราสต (Joseph Prouste) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดท าการทดลองและศกษาปฏกรยาเคมเกยวกบการรวมตวของธาตเปนสารประกอบ พบวาอตราสวนโดยมวลของธาตทรวมกนเปนสารประกอบหนงๆ จะมคาคงท ตอมาไดตงเปนกฎเรยกวา กฎสดสวนคงท กลาววา “เมอธาตตงแตสองชนดขนไปรวมตวกนเกดเปนสารประกอบ อตราสวนโดยมวลธาตทเปนองคประกอบนนยอมมคาคงทเสมอไมวาสารประกอบนนจะเตรยมขนโดยวธใดหรอจะเตรยมกครงกตาม” เชนเมอธาตไฮโดรเจนรวมตวกบธาตออกซเจนเปนน า อตราสวนโดยมวลของไฮโดรเจนตอออกซเจนเทากบ 1:8 เสมอ ไมวาจะเตรยมน าโดยวธใดๆ หรอกครงกตาม

ตารางท 2.1 แสดงการรวมตวระหวาง H กบ O เปน H2O เปนไปตามกฎสดสวนคงท

การทดลอง

มวลของธาตทใช (กรม) มวลของธาตทเหลอ (กรม) มวลของ H2O

อตราสวนโดยมวลของ H : O H O H O

1 2 3 4 5 6

2 3 4 4 4 4

16 16 16 32 40 50

- 1 2 - - -

- - - - 8 18

18 18 18 36 36 36

1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 : 8

ตารางท 2.2 แสดงปรมาณของทองแดงและก ามะถนทท าปฏกรยาพอดกน

การทดลอง มวลของ Cu (g) มวลของ S (g) มวลของ CuS (g) 1 2 3 4 5 6

2 2.9 4 5 6 8

1.0 1.5 2.0 2.5 2.9 4.0

3 4.4 6.0 7.5 8.9 12.0

จากผลการทดลองในตาราง 2.2 จะพบวาอตราสวนระหวางมวลของทองแดงกบมวลของก ามะถนในการทดลองแตละครงมคา 2:1 แสดงวาสารประกอบคอปเปอร (II) ซลไฟด ประกอบดวยทองแดงและก ามะถนในอนตราสวน 2:1 โดยมวลเสมอ (ผลการทดลองไมได 2:1 พอด เนองจากความคลาดเคลอนของการทดลอง)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------- ลาววซเยร (ค.ศ.1765) ไดทดลองเกยวกบแรยปซมและพบวาสมบตของแรยปซมทวาเมอน ามาเผาเพอท าปนปลาสเตอรจะมไอน าระเหยออกมาและเมอเยนตวลงจะกลายเปนน าบรสทธ ซงน าหนกเทากบปนปลาสเตอรทเผาไดจากแรยปซม ผลงานชนสดทายของลาววซเยรคอ การหาความหนาแนนของน าพบวาทอณหภม 4C น าจะมความหนาแนนมากทสด


3) กฎสดสวนพหคณ (law of multiple proportions) กฎสดสวนพหคณของดาลตนกลาววา “ถาธาต 2 ชนดรวมกนเกดเปนสารประกอบ

ไดมากกวา 1 ชนดแลว มวลตางๆ ของธาตหนง ซงรวมตวกบมวลคงทของอกธาตหนงยอมน ามาเทยบไดเปนอตราสวนของจ านวนเลขลงตวนอย ๆ”

2.4.2 ปรมาตรของแกสในปฏกรยาเคม

1) กฎของเกย-ลสแซก (law of Gay-Lussac) ป ค.ศ.1808 เกย-ลสแซก (Joseph-Louis Gay-Lussac) นกเคมชาวฝรงเศส ไดท าการศกษาความสมพนธระหวางปรมาตรของแกสทท าปฏกรยาพอดกนและปรมาตรของแกสทเกดจากปฏกรยา โดยท าการทดลองวดปรมาตรของแกสทท าปฏกรยาพอดกนและทเกดจากปฏกรยาทอณหภมและความดนเดยวกนเขาไดทดลองซ าหลายๆ ครงจนสรปเปนกฎทเรยกวา กฎการรวมตวโดยปรมาตรของแกส ซงตอมาเรยกวา กฎของเกย-ลสแซก (Gay-Lussac’s law of combining volume) กลาวคอ “อตราสวนระหวางปรมาตรของแกสทท าปฏกรยาพอดกบปรมาตรของแกสทเกดขนซงวดทอณหภมและความดนเดยวจะมอตราสวนโดยปรมาตรคงทเสมอและเปนเลขจ านวนเตมลงตวนอยๆ” ศกษาปฏกรยาของแกสตอไปน

ปฏกรยาท 1 H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g)

ปฏกรยาท 2 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)

ปฏกรยาท 3 N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) ปฏกรยาท 4 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

ความสมพนธระหวางปรมาตรของแกสทท าปฏกรยากนและทไดจากปฏกรยาทง 4 เปนดงตารางท 2.3 ตารางท 2.3 แสดงความสมพนธระหวางปรมาตรของแกสทท าปฏกรยากนและทเกดจากปฏกรยา

แกสและปรมาตรของแกสทท าปฏกรยากน แกสและปรมาตรของแกสทได อตราสวน โดยปรมาตรของ

แกส แกส

ปรมาตร(cm3)

แกส ปรมาตร(cm3)

แกส ปรมาตร (cm3)

H2 H2 N2 NO

10 20 10 20

Cl2 O2 H2

O2

10 10 30 10

HCl H2O NH3 NO2

20 20 20 20

1 : 1 : 2 2 : 1 : 2 1 : 3 : 2 2 : 1 : 2

จะเหนไดวา อตราสวนระหวางปรมาตรของแกสทท าปฏกรยากนและทไดจากปฏกรยาเปนเลขจ านวนเตมลงตวนอยๆแตปรมาตรรวมของแกสทท าปฏกรยากนกบปรมาตรรวมของแกสทไดจากปฏกรยามทงทเทากนและไมเทากน ปฏกรยาท 1 ปรมาตรรวมของแกสกอนและหลงท าปฏกรยาเทากน สวนปฏกรยาท 2, 3 และ 4 ปรมาตรรวมของแกสกอนและหลงท าปฏกรยาไมเทากน ดงนนจงไมสามารถสรปไดวาปรมาตรของแกสกอน



ท าปฏกรยาเทากบปรมาตรของแกสหลงท าปฏกรยาซงตางจากมวลเพราะมวลของสารกอนท าปฏกรยาจะเทากบมวลของสารหลงท าปฏกรยาเสมอเปนไปตามกฎทรงมวล

2) กฎของอาโวกาโดร (law of avogadro) ในป ค.ศ.1811 อาโวกาโดร ไดศกษากฎของเกย -ลสแซกและอธบายวาการทอตราสวนโดยปรมาตรของแกสทเขาท าปฏกรยาและทไดจากปฏกรยาเปนเลขจ านวนเตมนอยๆ คงเปนเพราะปรมาตรของแกสมความสมพนธกบจ านวนอนภาคทรวมตวกนเปนสารประกอบ อาโวกาโดรจงเสนอสมมตฐานวา “ทอณหภมและความดนเดยวกน แกสทกชนดทมปรมาตรเทากนจะมจ านวนโมเลกลเทากน” เชนปฏกรยาระหวางแกสไฮโดรเจนกบแกสออกซเจนจนเกดเปนไอน า

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) 2n โมเลกล n โมเลกล 2n โมเลกล 2 โมเลกล 1 โมเลกล 2 โมเลกล 1 โมเลกล 1/2 โมเลกล 1 โมเลกล

2x2 อะตอม 1x2 อะตอม 2 โมเลกล 2 อะตอม 1 อะตอม 1 โมเลกล

2.5 สมการเคม

สมการเคม (chemical equation) คอกลมสญลกษณทเขยนแทนการเกดปฏกรยาเคม ซงบอกใหทราบชนดของสารทเขาท าปฏกรยากนหรอสารตงตนและชนดของสารทเปนผลตภณฑของปฏกรยา โดยเขยนสารทเขาท าปฏกรยาไวทางซายมอและสารทเปนผลตภณฑไวทางขวามอของลกศรทมทศทางช ไปทางสารทเกดขนจากปฏกรยา สมการเคมมสวนประกอบ 3 สวน คอ

1. สารตงตน (reactant) คอสารทเขาท าปฏกรยา เขยนแทนดวยสตรเคม 2. สารผลตภณฑ (product) คอสารทเกดจากปฏกรยาเคม เขยนแทนดวยสตรเคม 3. เงอนไข (condition) ซงเปนภาวะตางๆทก าหนดใหปฏกรยาเคม เชน ตวเรงปฏกรยา อณหภม ความ

ดน และเงอนไขเหลาน เขยนบอกไวบนหรอลางลกศรได

สารตงตน สารผลตภณฑ การเปลยนแปลงทางเคมสามารถอธบายดวยกฎทกลาวแลวคอกฎทรงมวล, กฎสดสวนคงทและกฎสดสวนพหคณ นอกจากนในการเขยนสมการแสดงปฏกรยาเคมทเกดขนอาจจะมสญลกษณอนๆ ทเกยวของอกดงตอไปน

ใหผลเปน ทศทางการเกดปฏกรยา

ปฏกรยายอนกลบหรอด าเนนการไปไดทงสองทศทาง + รวมกนหรอท าปฏกรยากน

เกดเปนแกสทฟงกระจาย

เกดการตะกอน


(s) สถานะของแขง (l) สถานะของเหลว (g) สถานะแกส (aq) สถานะของเหลวทสารนนละลายอยในน า

(เงอนไข) เชนการใหความรอน ตวเรงปฏกรยา เปนตน 2.5.1 การเขยนสมการเคม การเขยนสมการเคมอาจเขยนเปนสมการแบบโมเลกล (molecular equation) หรอสมการแบบไอออนก (ionic equation)

1) สมการแบบโมเลกล คอสมการเคมทแสดงสตรของสารทเกยวของในปฏกรยาเคมเปนสตรโมเลกลโดยเขยนทกธาตทอยในสตรของสารนนๆ ไวในสมการ เชน

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

2C4H10(g) + 13O2(g) 8CO2(g) + 10H2O(g) สมการแบบโมเลกลทสมบรณจะตองดลใหจ านวนอะตอมทางซายและทางขวาเทากน

2) สมการแบบไอออนก คอสมการเคมทแสดงสตรของสารทเกยวของ (สารไอออนก) เปนแบบไอออน ถาเขยนทกๆ ไอออนทเกยวของในปฏกรยาทเรยกวาสมการไอออนกรวม (total ionic equation) แตถาเขยนเฉพาะไอออนทเกดการเปลยนแปลงเรยกวา สมการไอออนกสทธ (net ionic equation) ปฏกรยาระหวาง AgNO3 และ BaCl2 ได AgCl กบ Ba(NO3)2 เขยนสมการแบบไอออนก ดงน

สมการไอออนกรวม : (2Ag+ + 2NO3-) + (Ba2+ + 2Cl-) 2AgCl(s) + Ba2+ + 2NO3

-

สมการไอออนกสทธ : Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s) การเขยนสมการแบบไอออนกทสมบรณ จะตองดลทงจ านวนอะตอมและประจใหเทากนดวย หลกใน

การเขยนสมการแบบไอออนก 1. สารทเปนสารอเลกโทรไลตแก (แตกตวไดมาก) ใหเขยนเปนไอออน 2. สารทเปนสารอเลกโทรไลตออน (แตกตวไดนอย) ใหเขยนเปนโมเลกล 3. สารทไมเปนสารอเลกโทรไลต (non-electrolyte) ใหเขยนเปนโมเลกล 4. สารทไมละลายน าตะกอนและแกส ใหเขยนเปนโมเลกล 5. สมการไอออนสทธ ใหเขยนเฉพาะสารทเปลยนแปลงทางเคม โดยละเวนไอออนทอยในรปเดยวกน

ทงทางซายและทางขวาของสมการไอออนแบบนเรยกวาผด (spectator) 6. สมการทสมบรณจะตองดลทงจ านวนอะตอมและประจไฟฟา

ตวอยางสมการแบบไอออน เปรยบเทยบกบสมการแบบโมเลกล

สมการแบบโมเลกล : Na2CO3(aq) + H2SO4(aq) Na2SO4(aq) + H2O(aq) + CO2(g)

สมการแบบไอออนรวม : (2Na+ + CO32-) + (2H+ + SO4

2-) (2Na+ + SO42-) + H2O + CO2



สมการแบบไอออนสทธ : CO32-

+ 2H+ H2O + CO2

สมการแบบโมเลกล : CH3COOH(aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O

สมการแบบไอออนรวม : CH3COOH(aq) + (Na+ + OH-) (CH3COO- + Na+) + H2O

สมการแบบไอออนสทธ : CH3COOH(aq) + OH- CH3COO- + H2O การพจารณาวาสารประกอบไอออนกชนดใดละลายน าหรอไม 1) สารประกอบไอออนกทละลายน าได

เกลอของหม 1 ทกชนดละลายน าได เกลอของ NH4

+ ทกชนดละลายน าได เกลอของไนเตรต (NO3

-) ทกชนดละลายน าได เกลอของหม 2 กบประจลบ -1 ละลายน าได เกลอ Al2(SO4)3 ละลายน าไดด

2) สารประกอบไอออนกทละลายน าไมได เกลอของหม 2 กบ -2, -3 ไมละลายน า ยกเวน MgSO4 ละลายได เกลอเฮไลด (หม 7) ของโลหะแทรนซชนเชน Ag+, Pb2+, Hg2

2+ ยกเวน PbCl2 ละลายไดเลกนอย HgCl2 ละลายไดดแต Hg2Cl2 ไมละลาย

เกลอของโลหะแทรนซชนกบประจ -2, -3 เชน S2-, SO42-, PO4

3-, SO23- ไมละลายน า ยกเวน CuSO4,

CdSO4 ละลายไดด ไฮดรอกไซดของแทรนซชนและ Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3 ไมละลายน า

2.5.2 การดลสมการเคม

หลงจากททราบวาสารตงตนและผลตภณฑคออะไรและเขยนสตรไดถกตองแลว กมาเรยงล าดบโดยจดใหสารตงตนอยทางซาย ลกศรอยตรงกลางและผลตภณฑอยทางขวา สมการทเขยนไดยงไมดล นนคอจ านวนอะตอมแตละชนดสองขางของสมการยงไมเทากน การดลสมการเคมอาจไมมกฎเกณฑแนนอน สวนใหญอาศยความช านาญการสงเกตพอสรปเปนขนตอนดงน 1) หาวาสารตงตนและสารผลตภณฑทงหมดคอสารชนดใด แลวเขยนสตรทถกตองทางขวาและทางซายของสมการตามล าดบ

2) เรมดลสมการโดยลองใชตวเลขสมประสทธใหเหมาะสมทจะท าใหจ านวนของอะตอมชนดเดยวกนทงสองขางของสมการเทากน เราอาจเปลยนไดแตเพยงตวเลขสมประสทธ (ตวเลขขางหนาสตร) เทานน สวนตวเลขหอยทาย (ตวเลขภายในสตรเปลยนแปลงไมได เชน 2NO2 หมายความวาไนโตรเจนไดออกไซด 2 โมลหรอโมเลกล แตถาเราเปลยนเลขหอยทายเปน 2 เทา คอ N2O4 จะเปนสตรของไดไนโตรเจนเตตระออกไซด ซงเปนอกสารหนงไปเลย

3) หาธาตทปรากฏเพยงครงเดยวในแตละขางของสมการและมจ านวนอะตอมเทากนทงสองขางของสมการ สตรทมธาตเหลานจะตองมสมประสทธเทากน ตอไปมองหาธาตทปรากฏเพยงครงเดยวในแตละขาง


ของสมการแตมจ านวนอะตอมไมเทากนทงสองขางของสมการ ดลจ านวนอะตอมตอไปดลจ านวนอะตอมของธาตทพบในสตรของสารตงแต 2 สารขนไปขางเดยวกนของสมการ

4) ตรวจดสมการทไดดลแลววาจ านวนของอะตอมชนดเดยวกนเทากนทง 2 ขางของลกศรสมการ

ตวอยาง จงท าสมการ Na2O2 + H2O ------> NaOH + O2 ขนท 1 ดลทอะตอมทไมใช H และ O กอน นนคอ Na Na2O2 + H2O ------> 2 NaOH + O2 ขนท 2 ดลอะตอม H (กรณอะตอมถกดลแลว) Na2O2 + H2O ------> 2 NaOH + O2 ขนท 3 ดลอะตอม O Na2O2 + 2 H2O ------> 2 NaOH + O2 ขนท 4 พบวา H ทงสองขางไมเทากน ดลอกครง 2 Na2O2 + 2 H2O ------> 4 NaOH + O2

2.5.3 ชนดของปฏกรยาเคม 1) ปฏกรยาการรวมตว (combination reaction) เปนปฏกรยาเคมทเกดจากสารตงตน

ตงแตสองสารขนไปมารวมตวกนแลวไดเปนสารผลตภณฑ A + B AB ตวอยางเชน แกสไฮโดรเจน (H2) รวมตวกนกบแกสออกซเจน (O2) แลวไดเปนน า (H2O)

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)

2) ปฏกรยาการสลาย (decomposition reaction) AB A + B ตวอยางเชน แมกนเซยมคารบอเนต (MgCO3) สลายตวเปนแมกนเซยมออกไซด (MgO) และแกสคารบอนไดออกไซด (CO2)

Mg CO3 (s) MgO(s) + CO2 (g) 3) ปฏกรยาการแทนท (substitution reactions) เปนปฏกรยาเคมเกดจากการทธาตชนด

หนง เขาไปแทนทธาตหนงในสารประกอบ ท าใหเปลยนเปนสารประกอบใหมขน AB + Y AY + B ตวอยางเชน สงกะส (Zn) เขาแทนทธาตไฮโดรเจนในกรดไฮโดรคลอรก (HCl) แลวไดเปนสงกะสคลอไรด (ZnCI2) กบแกสไฮโดรเจน (H2)

Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCI2 (aq) + H2 (g) 4) ปฏกรยาการแลกเปลยน (exchange reaction) เปนปฏกรยาเคมทเกดจากสารประกอบ

สองชนดมาท าปฏกรยากน แลวเกดการแลกเปลยนอะตอมหรอกลมอะตอมซงกนและกนไดเปนสารประกอบ

ใหมเกดขน สามารถเขยนเปนสมการทวไปไดดงน AX + BY AY + BX ตวอยางเชน ซลเวอรไนเตรต (AgNO3) ท าปฏกรยากบโซเดยมคลอไรด (NaCI) กลายเปนซลเวอรคลอไรด (AgCl) และโซเดยมไนเตรต (NaNO3)

AgNO3 (aq) + NaCI (aq) AgCI (s) + NaNO3 (aq) 5) ปฏกรยาสะเทน (neutralization reaction) เปปฏกรยาเคมทเกดจากทกรดหรอออกไซด

ทเปนกรดท าปฏกรยากบเบสหรอออกไซดทเปนเบสแลวไดเปนเกลอกบน าหรอเกลออยางเดยวเชน กรดไฮโดรคลอรก (HCI) ท าปฏกรยากบโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) ไดเกลอโซเดยมคลอไรด (NaCI) กบน า (H2O)

HCI (aq) + NaOH (aq) NaCI (aq) + H2O (l)



2.5.4 พลงงานกบการเกดปฏกรยาเคม ในการเกดปฏกรยาเคม นอกจากจะมผลตภณฑซงเปนสารใหมเกดขนแลว จะตองมพลงงาน

เกยวของเกดขนดวยเสมอ เชน การเผาไหมของเชอเพลง มกจะใหพลงงานความรอน พลงงานแสงหรอพลงงานชนดอนๆ ทเปนผลพลอยได ตวอยางการเผาผลาญอาหารในรางกายของเรา กมพลงงานเกดขน เราจงสามารถน าพลงงานจากการเผาผลาญอาหารมาใชในการด ารงชวตได การเปลยนแปลงพลงงานในการเกดปฏกรยาเคม ม 2 ประเภท คอ

1. ปฏกรยาคายความรอน (exothermic reaction) คอปฏกรยาทเกดขนแลวใหพลงงานความรอนออกมา แกสงแวดลอม เชน การเผาไหมเชอเพลง การเผาผลาญอาหารในรางกาย เปนตน

2. ปฏกรยาดดความรอน (endothermic reaction) คอปฏกรยาทเกดขนแลว ดดความรอนจากสงแวดลอมเขาไป ท าใหสงแวดลอมมอณหภมลดลง

ปฏกรยาการเผาไหม C + O2 CO2

ปฏกรยาการสนดาปในแกสหงตม 2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O

ปฏกรยาการเกดฝนกรด SO3 + H2O H2SO4

ปฏกรยาการเกดสนมเหลก 4Fe + 3O2 2Fe2O3 + H2O ปฏกรยาเคมบางชนดพบวามไดเกดแตเพยงการสลบเปลยนอะตอม (การรวมตวกนใหมของอะตอม)

เทานน แตยงเกยวของไปถงเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมดวย กลาวคอบางปฏกรยาเกดการถายโอนอเลกตรอน (electron transfer) จากอะตอมหนงไปสอกอะตอมหนงดวย จงแบงประเภทปฏกรยาเคมออกไดเปน 2 ประเภทใหญๆ คอ

(1) ปฏกรยาเคมทไมมการถายโอนอเลกตรอน (non-redox reaction) คอปฏกรยาเคมทมการสลบเปลยนไอออนแตไมมการเปลยนแปลงของเลขออกซเดชน ปฏกรยาประเภทนมกเกดในสารละลายไดแก

(ก) ปฏกรยาของสารละลายกรดกบสารละลายดางเกดเปนเกลอกบน า ดงสมการ

Ca(OH)2(aq) + H2SO4(aq) CaSO4(aq) + 2H2O(l)

H2CO3(aq) + 2NaOH(aq) Na2CO3(aq) + 2H2O(l) (ข) ปฏกรยาของสารละลายซลเวอรไอออนกบคลอไรดไอออนไดตะกอนขาวของซลเวอรคลอไรด ดงสมการ

AgNO3(aq) + KCl(aq) KNO3(aq) + AgCl(s) (ค) ปฏกรยาของแบเรยมไอออนกบซลเฟตไอออน เกดเปนตะกอนแบเรยมซลเฟต ดงสมการ

BaCl(aq) + H2SO4(aq) 2HCl(aq) + BaSO4(s)

(2) ปฏกรยาเคมทมการถายโอนอเลกตรอนหรอเรยกวาปฏกรยารดอกซ (redox reaction) คอปฏกรยาเคมทเกดขนโดยมอเลกตรอนจากสารหนงถายโอนไปยงอกสารหนง มผลท าใหเลขออกซเดชนของอะตอมในสารเหลานนมคาเปลยนไป สารทเปนฝายสญเสยอเลกตรอนซงมประจเปนลบ จะมเลขออกซเดชน


เพมขน เกดปฏกรยาออกซเดชน (oxidation) ดงนนสารนจะเปนตวลดเลขออกซเดชนของอกฝายหนงจงเรยกสารนวา ตวรดวซ (reducing agent) สวนอกสารหนงเปนฝายรบอเลกตรอนจะมเลขออกซเดชนลดลง เกดปฏกรยารดกชน (reduction) สารนจงเปนตวเพมเลขออกซเดชนใหกบอกฝายหนงจงเรยกสารนวา ตวออกซไดส (oxidising agent)

2.6 สารก าหนดปรมาณ (Limiting Reactant)

ในปฏกรยาเคมทมสารตงตนตงแต 2 ชนดขนไปเมอใหสารตงตนท าปฏกรยากนถาสารแตละชนดทท าปฏกรยากนหมดพอดทกชนด การค านวณหาสารผลตภณฑทเกดขนจะค านวณจากสารตงตนตวใดกได แตถาสารตงตนทใชท าปฏกรยากนนน ตวใดตวหนงมปรมาณนอยกวาปกต และถกใชในการเกดปฏกรยาหมดกอนสารตงตนตวอนๆ (สารตงตนตวอน มปรมาณมากเกนพอ) กรณนสารผลตภณฑเกดขนเทาใดนนขนอยกบปรมาณสารตงตนทถกใชหมดกอน จงเรยกสารตงตนทใชหมดกอนและเปนตวก าหนดปรมาณสารผลตภณฑทจะเกดขนวา "สารก าหนดปรมาณ" (Limiting agent) เชน ไฮโดรเจน 2 โมล ท าปฏกรยากบออกซเจน 1 โมล เกดน าขน 2 โมล แตถาไฮโดรเจน 4 โมลท าปฏกรยากบออกซเจน 1 โมลออกซเจนจะตองถกใชหมดกอนและไฮโดรเจนจะถกใชไปไดอยางมากทสด 2 โมล และคงเหลอ 2 โมล สารทมปรมาณนอยกวาจงเปนตวก าหนดวาปฏกรยาหนงสามารถเกดผลผลตไดอยางมากทสดเทาใด ตวอยาง สงกะสและก ามะถนท าปฏกรยากนได ZnS ซงเปนสารเรองแสงในการเคลอบผวดานในของหลอด

โทรทศน ปฏกรยาทเกดขนเขยนไดดงน Zn(aq) + S(aq) ZnS(s) ถาทดลองโดยใช Zn 12.0 กรมและก ามะถน 6.5 กรม ท าปฏกรยากนจงหาวา

ก) สารใดเปนสารก าหนดปรมาณ ข) ได ZnS หนกเทาใด ค) สารใดเหลอ เหลอเทาใด

วธท า ก. จากสมการ Zn 1 โมล ท าปฏกรยากบ S 1 โมล Zn 12.0 กรม = 12.0/65.4 = 0.183 โมล S 6.5 กรม = 6.5/32.1 = 0.202 โมล เนองจากสาท าปฏกรยากนโดยสดสวนจ านวนโมล 1 : 1 ดงนน Zn 0.183 โมล จะตองใช S 0.183 โมล ดวย Zn จงเปนสารก าหนดปรมาณ ข. จะได Zn 0.183 โมล = 0.183 x 97.5 = 17.8 กรม ค. สารทเหลอคอ S จะเหลอ = 0.202 – 0.183 = 0.019 โมล = 0.019 x 32.1 = 0.61 กรม



ตวอยาง ปฏกรยาระหวางอะลมเนยม(Al) 6.0 mol กบ แกสคลอรน (Cl2) 6.0 mol ดงสมการ 2Al(s) + 3Cl2(g) ------> 2AlCl3(s)

จงหา ก) สารใดเปนสารก าหนดปรมาณ และ ข) เกด AlCl3(s) กโมล วธท า ก) หาสารก าหนดปรมาณ วธท 1 จากสมการอตราสวนของจ านวนโมลของ Al(s) ตอ Cl2(g) เปน 2 : 3

นนคอ Al(s) ถกใชไป 4.0 โมล Cl2(g) ถกใชไป 6.0 โมล เหลอ Al(s) 2 โมล ดงนน Cl2(g) จงเปนสารก าหนดปรมาณของ AlCl3(s) ทจะเกดขน

วธท 2 การหาวาสารใดมอตราสวนของจ านวนโมลตอตวเลขสมประสทธในสมการสารใดมอตราสวนนอยกวา สารนนเปนสารก าหนดปรมาณดงน อตราสวนของจ านวนโมลตอตวเลขสมประสทธในสมการ

Al(s) = 6.0/2 = 3.0 Cl2(g) = 6.0/3 = 2.0

Cl2(g) มอตราสวนของจ านวนโมลตอตวเลขสมประสทธในสมการนอยกวา Al(s) ดงนน Cl2(g) จงเปนสารก าหนดปรมาณ ข) เกด AlCl3(s) กโมล สารก าหนดปรมาณของ AlCl3(s) ทจะเกดขนคอ Cl2(g)

จากสมการ ถาใช Cl2(g) 3 mol จะเกด AlCl3(s) 2 mol

ถาใช Cl2(g) 6 mol จะเกด AlCl3(s) mol x mol

mol mol

กจกรรม (ท าในหองเรยน) เอทลนโบรไมด (C2H4Br2) ท าปฏกรยาเผาไหมกบตะกว (Pb) ดงสมการ

C2H4Br2 + Pb + O2 ------> PbBr4 + CO2 + H2O ถาใช (C2H4Br2) 10.0 mol ท าปฏกรยากบ Pb 10.0 mol และมออกซเจนมากเกนพอ จงค านวณตอไปน ก. สารใดเปนสารก าหนดปรมาณ ข. มสารใดเหลอและเหลอกกรม ค. O2 ถกใชไปกโมล ง. ม CO2 เกดขนกลตร STP จ. ถา PbBr4 ทไดจากการทดลองมจ านวน 190.0 g จงหาผลผลตรอยละของสารน


2.7 การค านวณสมการเคมทเกยวของมากกวาหนงสมการ สมการเคมหลายสมการอาจมความเกยวของกนตวอยางเชนการผลตโลหะสงกะสจากปฏกรยาระหวาง

ซงค ออกไซด (ZnO) กบคารบอนมอนอกไซด (CO) ทอณหภมสง ปฏกรยาทเกดขนเขยนสมการไดดงน

ZnO(S) + CO(g) Zn(s) + CO(g) (2.1) คารบอนมอนอกไซดไดจากปฎกรยาการเผาไหมคารบอน ดงสมการ

2C(s) + O(g) 2CO(g) (2.2) จะเหนวาสมการ (2.1) และ (2.2) มความเกยวของกนจากความสมพนธของสองสมการดงกลาว ถา

ทราบปรมาณฃองสารใดสารหนงในสมการหนงจะสามารถหาปรมาณของสารในอกสมการหนงไดดงตวอยาง

ตวอยาง จงค านวณหามวลของคลอรนทตองใชในการเกดคารบอนเตตะครอไรด 5.0 kg จากการเปลยนแปลงดงสมการ

CS2 (l) + 3Cl2 (g) S2Cl2 (l) + CCI4 (l) (1)

8S2Cl2 (l) + 4CS2 (l) 3S8 (s) + 4CCl4 (l) (2) รวมทงสองสมการเขาดวยกน โดยท าจ านวนโมลของสารทเปนตวรวมของทงสองสมการใหเทากน ในทนคอ S2Cl2 โดยน าสมการท (1) คณดวย 8 จะได

8CS2 (l) + 24Cl2 (g) 8S2Cl2 (l) + 8CCI4 (l) (3)

สมการ(2)+(3) ; 12CS2 (l) + 24Cl2 (g) 3S8 (s) + 12CCl4 (l) (4) ท าจ านวนโมลใหเปนเลขอยางต า

4CS2 (l) + 8Cl2 (g) S8 (s) + 4CCl4 (l) (5) โจทยก าหนดมวลของคารบอนเตตระคลอไรดมาใหและตองการทราบมวลของคลอรนจงตองเปลยน

หนวยกโลกรมของคารบอนเตตระครอไรดเปนกรมและเปลยนตอไปเปนกรมของคลอรน ตามล าดบ เมอค านวณเปนขนตอนเดยว จะไดวา

4

2

4

442

154

712

1

1005

gCCl

gCl

kgCCl

gCClkgCClgCl

= 4610.39 การเกดคารบอนเตตระคลอไรด 5 กโลกรม ตองใชคลอรน 4610.39 กรม หรอ 4.61 กโลกรม



2.8 ผลผลตตามทฤษฎและผลผลตรอยละ การค านวณหาผลผลตทางทฤษฎ (theoretical yield) จ าเปนตองใชสมการเคมเพราะสมการเคมท

ดลแลวระบถงอตราสวนของสารทท าปฏกรยาและทเกดขนในปฏกรยา ผลผลตตามทฤษฎ หมายถงผลผลตทมากทสดทเกดจากปฏกรยาทสมบรณ (complete reaction) จงพจารณาตวอยางตอไปน

ZnO(aq) + C(s) Zn(s) + CO(g) 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 81.4 g 12 g 65.4 g 28 g จากสมการขางบนนจะเหนไดวา 1 โมลของ ZnO ท าปฏกรยาอยางสมบรณกบ 1 โมลของ C เกด Zn และ CO อยางละ 1 โมล ดงนน ผลผลตทางทฤษฏของ Zn และ CO จงเปน 65.4 กรมและ 28 กรม ตามล าดบ

ในการค านวณหาปรมาณของผลตภณฑจากสมการเคมนนคาทไดเรยกวาผลไดตามทฤษฎ แตในทาง

ปฏบตจะไดผลตภณฑนอยกวาตามทฤษฎ แตจะไดมากนอยขนอยกบวธการและสารเคมทใช เรยกผลทไดนวา ผลไดจรง (actual yield) ส าหรบการรายงานผลการทดลองนน จะเปรยบเทยบคาทไดตามทฤษฎในรปรอยละ (ผลผลตรอยละ) ซงจะไดความสมพนธดงน

ผลผลตรอยละ = ---------------------------------------------------- x 100 ตวอยาง จงหาปรมาณผลผลตตามทฤษฎ (เปนกรม) ของทองแดงทไดรบจาการแยกคอปเปอร(I)ซลไฟด (Cu2S) จ านวน 1590 g ปฏกรยาทเกดขนคอ (Cu = 63.5, S = 32, O = 16)

Cu2S(s) + O2(g) 2Cu(s) + SO2(g) ถาผลการทดลองไดทองแดง 1200 กรม จงค านวณหาผลผลตรอยละ วธท า Cu2S 1590 g = ---------- = 10 mol จากสมการ Cu2S 1 mol เตรยมทองแดงได 2 mol = 2 × 63.5 g ปรมาณผลผลต Cu2S 10 mol เตรยมทองแดงได = 2×63.5×10 g ตามทฤษฎควรเตรยมทองแดงได = 1270 g

ผลผลตรอยละ = -------- x 100 = 94.5 %

ผลผลตจรง (actual yield) ผลผลตตามทฤษฎ (theoretical yield)

1200 1270

1590 159


ตวอยาง จากสมการ 4NH3 + 5O2(g) ----------> 4NO (g) + 6H2 O(l) เมอ NH3 80 กรม ท าปฏกรยากบ O2 200 กรม ได NO เกดขน 40 กรม จงค านวณหาผลผลตรอยละ วธคด หาวาสารใดเปนสารก าหนดปรมาณ โดยค านวณจ านวนโมลของ NH3 และ O2 (จากตารางธาต N = 14, H = 1, O = 16) ดงนน จ านวนโมลของ NH3 = 80 / 17 = 4.7 mol จ านวนโมลของ O2 = 200 / 32 = 6.25 mol แสดงวา NH3 เปนสารก าหนดปรมาณ

จากปฏกรยาพบวาถาใช NH3 จ านวน 4 mol จะท าใหเกด NO จ านวน 4 mol เชนกน ดงนน ในการทดลองนม NH3 จ านวน 4.7 mol กจะท าใหเกด NO จ านวน 4.7 mol

ค านวณวา NO จ านวน 4.7 mol มน าหนกเทากบกกรม โดยน าจ านวนโมล x น าหนกโมเลกล ดงนน น าหนกทไดตามทฤษฎ = 4.7 mol x 30 g/mol = 141 g ผลผลตรอยละ = ------------------------ ×100

= g1 1 g

× 100

= 28%

ผลผลตจรง ผลผลตตามทฤษฎ



แบบฝกหดทายหนวยเรยน 1. อะลมเนยม (Al) 1 อะตอม มมวลเทากบ 27x1.66x10-24 กรม จงหาวาอะลมเนยมมมวลอะตอมเทาไร 2. Ag2SO4 31.2 กรมจะมอยกโมล กโมเลกล และม Ag อยกอะตอม 3. จงค านวณหามวลโมเลกลของ Pb(NO3)2 4. จงหาจ านวนโมลของแกส CO2 22 กรม 5. จงหาจ านวนอะตอมของออกซเจน (O) จาก KNO3 จ านวน 50.5 กรม 6. จงค านวณหารอยละโดยมวลของทองแดง (Cu) จากแรทองแดงตอไปน

1) Cu2O 2) Cu5FeS4

7. ธาตคลอรนทพบในธรรมชาตม 2 ไอโซโทป คอ 35Cl และ 37Cl โดยพบในปรมาณ 75.53% และ 24.47% และมมวลอะตอม 34.969 และ 36.966 amu ตามล าดบ จงหามวลอะตอมเฉลยของคลอรน

8. จงค านวณสตรเอมพรคลของสารทมองคประกอบตอไปน 1) N 35%, H 5.0% และ O 60.0% 2) C 60%, H 13.3% และ O 26.7% 3) C 40%, H 6.7% และ O 53.3%

9. สาร C2X2 จ านวน 1.2x1023 โมเลกล พบวามมวล 19 กรม อยากทราบวา X มมวลอะตอมเทาใด 10. คารโบไฮเดรต (CxHyOz) จ านวน 2.6 กรม น ามาสนดาปกบแกสออกซเจนจะได CO2 3.81085 กรม

และไอน า 1.5601 กรม จงค านวณสตรโมเลกลของสาร ก าหนดใหมวลโมเลกลเทากบ 120 กรม/โมล 11. ถาสาร A 10 กรมท าปฏกรยากบสาร B 7 กรม เกดปฏกรยาสมบรณไดสาร C 14 กรม และมสาร D

เกดขนดวย จงหาวามสาร D เกดขนกกรม 12. แกสแอมโมเนยประกอบดวยไนโตรเจน 82% กบไฮโดรเจน 18% ถาใช แกสไนโตรเจน (N2) และ

ไฮโดรเจน (H2) อยางละ 10 g จะเกดแกสแอมโมเนย (NH3) เทาใด

13. จากปฏกรยา Cl2(g) + SO2(g) + 2H2O(l) 2HCl(aq) + H2SO4(aq) 1) ถาตองการ H2SO4 16.8 กรมจะตองให SO2 กโมล 2) ถาใชน า 12.5 กรมจะเกด HCl กโมเลกล

14. เผาแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) จะสลายไดแคลเซยมออกไซด (CaO) และแกสคารบอนไดออกไซด (CO2) ถาเผาแคลเซยมคารบอเนต 5 g จงหาวา แกสคารบอนไดออกไซดเกดขนเทาใด

15. เมอน า C2H4 1.93 กรม มาเผาไหมกบออกซเจน (O2) ทมากเกนพอ พบ CO2 เกดขนเพยง 3.44 กรม เทานน จงค านวณผลผลตรอยละของ CO2 น (C = 12.0, H = 1.00, O = 16.0)

16. เมอน าบวเทน (C4H10) จ านวน 12.80 กรมมาเผาไหมกบออกซเจนทมากเกนพอ พบวามแกสคารบอนไดออกไซด (CO2) เกดขนจ านวน 15.05 กรม ดงสมการ

2C4H10 + 13O2 ------> 8CO2 + 10H2O จงค านวณผลผลตรอยละของ CO2 (C = 12.0, H = 1.0, O = 16.0 )

u2stoichiometry

Documents