Transcript วิทยาศาสตร์ประยุกต์

1. การเปลีย่ นแปลงของสารในชีวติ ประจาวัน
2. สมการเคมี
3. ชนิดของปฏิกริ ยิ าเคมี
4. ปจั จัยทีม่ อี ทิ ธิพลต่อการเกิดอัตราปฏิกริ ยิ าเคมี
5. ปฏิกริ ยิ าเคมีในชีวติ ประจาวัน
การเกิดภาวะฝนกรด
การสนิมเหล็ก
น้ าระเหยเป็ นไอ
การระเหิ ดของลูกเหม็น
น้ าแข็งละลาย
ผังความคิด
ปฏิกิริยาการสลายตัวของ
โซเดียมไฮโดรเจนคาร์ บอเนต ( NaHCO3 )
ปฏิกิริยาการสลายตัวของ
ไฮโดรเจนเปอร์ ออกไซด์ ( H2O2 )
ปฏิกิริยาการสลายตัวของ
แคลเซี ยมคาร์ บอเนต (CaCO3)
ปฏิกิริยาเคมีในชี วิตประจาวัน
ซัลเฟอร์ ไดออกไซด์ ( SO2 )
และออกไซด์ของไนโตรเจน
ปฏิกิริยาการเกิดสนิ มเหล็ก
ปฏิกริ ิยาเคมี
การเปลีย่ นแปลงของสาร
สมการเคมี
การเปลีย่ นแปลงของสาร แบ่ งเป็ นสองประเภท
1. การเปลีย่ นแปลงทางเคมี หมายถึง การเปลีย่ นแปลงสมบัติทางเคมี
และภายหลัง การเปลีย่ นแปลงจะได้ สารใหม่ เกิดขึน้ เสมอ เช่ นการเผาไหม้ การเกิด
สารประกอบ การสลายตัวของสารประกอบ การย่อยอาหาร การเกิดสนิมเหล็ก
2. การเปลีย่ นแปลงทางกายภาพ หมายถึงการเปลีย่ นแปลงสมบัติทางกายภาพ
ของสาร เช่ น การเปลีย่ นสถานะ การละลาย การเดือด การหลอมเหลว ภายหลังการ
เปลีย่ นแปลงยังคงได้ สารเดิม
ปฏิกริ ิยาการสลายตัวเป็ น
ปฏิกริ ิยาเคมีที่มีการสลายให้ ธาตุ
ออกมาสองตัวหรือ มากกว่า
A-B
A+B
A B
A+B
เช่ น
2H2O2
2H2O + O2
1. มีการเปลีย่ นแปลงรู ปร่ างภายนอก
2. มีการเปลีย่ นแปลงองค์ ประกอบภายใน
3. มีสารใหม่ เกิดขึน้ ภายหลังการ
เปลีย่ นแปลง สมบัตทิ างกายภาพและทาง
เคมีของสารแตกต่ างไปจากเดิม
4. ทาให้ กลับสู่ สภาพเดิมได้ ยาก
1. มีการเปลีย่ นแปลงรูปร่ างภายนอก
2. ไม่ มีการเปลีย่ นแปลงองค์ ประกอบ
ภายใน
3. ไม่ มีสารใหม่ เกิดขึน้ ภายหลังการ
เปลีย่ นแปลงสมบัติทางกายภาพและ
ทางเคมีของสารยังคงเหมือนเดิม
4. สามารถทาให้ กลับสู่ สภาพเดิมได้ ง่าย
สมการเคมีเป็ นการอธิบายสั้ นๆ แทนการเกิดปฏิกริ ิยาเคมีระหว่ างสารตั้งต้ น
(อาจเป็ นปฏิกริ ิยาระหว่ างโมเลกุล อะตอม หรือไอออนก็ได้ )
เพือ่ เกิดเป็ นผลิตภัณฑ์ โดยเขียนแทนด้ วยสั ญลักษณ์
และสู ตรโมเลกุลทีเ่ ป็ นตัวแทนของธาตุทอี่ ยู่ในสารประกอบ
ตัวอย่างสมการเคมี
สมการเคมีโดยทัว่ ไปแล้ วจะใช้ สัญลักษณ์ แทนของธาตุต่าง ๆ
มีลูกศรทีช่ ี้จากด้ านซ้ ายของสมการไปทางด้ านขวาเพือ่ บ่ งบอกว่ าสารตั้งต้ น(reactant)
ทางด้ านซ้ ายมือ ทาปฏิกริ ิยาเกิดสารใหม่ ขนึ้ มาเรียกว่ าผลิตภัณฑ์ (product)
ทางด้ านขวามือ
ดังนั้น จากสมการเคมีเราสามารถใช้ คานวณหาได้ ว่าใช้ สารตั้งต้ นเท่ าไรแล้ วจะ
ได้ ผลิตภัณฑ์ ออกมาเท่ าไร
จงดุลสมการต่ อไปนี้
แนวคิด จากสมการ ให้ดุล Fe ก่อน ซึ่ งด้านซ้ายมี 1 อะตอม ด้านขวามี 2 อะตอม
ดังนั้นต้องใส่ สัมประสิ ทธิ์ ดา้ นซ้ายเป็ น 2
ดุล O2 ด้วย สัมประสิ ทธิ์ 3/2
ทาให้เป็ นเลขจานวนเต็มโดยการ x 2 ทั้งสมการ
จะได้ สมการสุ ดท้ ายคือ
ดุลสมการเคมีก่อนอันดับแรก จากนั้นดูวา่ มีค่าใดที่กาหนดมาให้บา้ ง
แล้วทาตามแผนดังนี้
เริ่ มต้นจากการหาจานวนโมลของ Cl2 โดยมวลโมเลกุลของ Cl2
เท่ากับ 70.9 g/mol ดังสมการ
จากสมการเคมีจะได้ ว่า 1 โมลของ C l2 ทาปฏิกริ ิยากับ 2 โมลของ NaOH
และมวลโมเลกุลของ NaOH คือ 40.0 g/mol จะคานวณหาจานวนกรัมของ
NaOH ทีต่ ้ องใช้ ทาปฏิกริ ิยา ดังสมการ
ปฏิกิริยาเคมี (Chemical Reaction)
ปฏิกิริยาเคมี เป็ นขบวนการสารที่มีการจัดเรี ยงอะตอมของสารโดย
มีการสลายพันธะและ/หรื อการสร้างพันธะใหม่ทาให้ได้ผลผลิตใหม่ที่มี
คุณสมบัติทางเคมีแตกต่างจากสารเดิม โดยสารที่เป็ นสารตั้งต้นของปฏิกิริยา
เราเรี ยกว่า reactants และสารที่เป็ นผลผลิตของปฏิกิริยาเรี ยกว่า product
ในทางเคมีอธิ บายการเกิดปฏิกิริยาโดยใช้ลกู ศรกากับทิศทางของปฏิกิริยานัน่
คือ
Reactants products
การรวมตัว
สลายตัว
แทนที่
แทนที่ 2 ครั้ง
ปฏิกริ ิยาการรวมตัวเป็ นปฏิกริ ิยาเคมีทรี่ วมสารตั้งต้ น 2 ตัว มี
การสปฏิกริ ิยาการรวมตัวเป็ นปฏิกริ ิยาเคมีที่รวมสารตั้งต้ น 2 ตัว มีการ
สร้ างพันธะได้ สารประกอบขึน้ มา ถ้ า A และ B เป็ นสารตั้งต้ นสามารถ
เขียนสมการง่ าย ๆ คือ
A+B
AB
เช่ นCaO + CO2
CaCO3
หรือ O2 + 2H2
2H2O ได้ สารประกอบคือนา้ ขึน้ มา
ปฏิกริ ิยาการสลายตัวเป็ น
ปฏิกริ ิยาเคมีที่มีการสลายให้ ธาตุ
ออกมาสองตัวหรือ มากกว่า
A-B
A+B
A B
A+B
เช่ น
2H2O2
2H2O + O2
ปฏิกริ ิยาการแทนทีเ่ ป็ นปฏิกริ ิยาเคมีที่มีสารตั้งต้ น 2 ตัว
ตัวทีเ่ ป็ นธาตุจะเข้ าแทนทีธ่ าตุหนึ่งในสารตั้งต้ นทีเ่ ป็ น
สารประกอบ นั่นคือ
A+B–C
A–B +C
A+B C
A B +C
เช่ น
Fe(s) + 2 HCl (aq)
Fe2Cl (aq) + H2 (g)
ธาตุเหล็กเข้ าแทนทีธ่ าตุไฮโดรเจนในสารประกอบของ HCl
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
1. ผลของความเข้มข้นของสารตัง้ ต้น
ปฏิกิริยาระหว่างแมกนี เซียมกับสารละลายกรดไฮโดรคลอริกที่มี
ความเข้มข้นต่างกัน
ผลการทดลองปรากฎดังนี้
ข้อสังเกตที่พบ
1. เส้นของ A มีความชัดมากกว่า B แสดงว่า ปฏิกิริยาในการทดลองชุด A
เร็วกว่าชุด B
2. ปฏิกิริยา A จะสิ้นสุดภายใน 60 นาที ส่วน ชุด B สิ้นสุดภายใน 120 นาที
2. ผลของอุณหภูมิ
ในปฏิกิริยาใดๆ เราสามารถทาให้เกิดเร็วขึน้ หรือช้าลงได้โดยการ
เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารข้างต้น ซึ่งพิจารณาได้จากปฏิกิริยาระหว่าง
สารละลายกรดไฮโดรคลอริกเจือจางกับสารละลายโซเดียมไทโอซัลเฟต
(Na2S2O3) ซึ่งจะมีตะกอนสีเหลืองเกิดขึน้ เราสามารถวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยา
นี้ โดยการดาเนินการดังนี้
1. ทาเครื่องหมายกากบาท (X) ลงบนแผ่นกระดาษ
2. นาบีกเกอร์ที่บรรจุสารละลายโซเดียมไทโอซัลเฟต วางบน
แผ่นกระดาษที่มีเครื่องหมายกากบาท
3. เทสารละลายกรดไฮโดรคลอริกลงไปในบีกเกอร์อย่างรวดเร็วแล้ว
จับเวลา จะพบว่า เครื่องหมายกากบาทจะจางลงไปเรื่อยๆ
4. หยุดเวลาเมื่อมองไม่เห็นเครื่องหมายกากบาท
ผลการทดลอง
อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึน้ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึน้ และเมื่อ
อุณหภูมิเพิ่มขึน้ 10 ๐C อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึน้ ประมาณ 2
เท่า เราใช้ประโยชน์ จากหลักการนี้ ทกุ ๆ วัน เช่น การเก็บอาหารในตู้เย็น
เพื่อลดอัตราการเน่ าเสียของอาหารทาให้สามารถเก็บไว้ได้นาน
3. ผลของพืน้ ที่ผิว
ในปฏิกิริยาที่สารตัง้ ต้นมีสถานะเป็ นช่องแข็ง การเปลี่ยนแปลง
ขนาดของพืน้ ที่ผิวของสารตัง้ ต้นอาจทาให้เกิดเร็วขึน้
หรือช้าลงก็ได้
พิจารณาได้จากปฏิกิริยาระหว่างกรดไฮโดรคลอริก ( H C I )
กับ
แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO 3 ) จะทาให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
ซึ่งเขียนเป็ นสมการได้ดงั นี้
แคลเซียมคาร์บอเนต + กรดไฮโดรคลอริก
คาร์บอนไดออกไซด์
CaCO3(S)
+
2HCl(aq)
แคลเซียมคลอไรด + น้า+
CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
เราสามารถวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยานี้ ได้โดยการจัดอุปกรณ์ ดังรูป
ผลการทดลองที่ได้สามารถแสดงได้ดงั รูปกราฟ ต่อไปนี้
4. ผลของตัวเร่งปฏิกิริยา
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
น้า + ออกซิเจน
2H2O2(aq)
2H2O(l) + O2(g)
เราสามารถวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้จากการวัดปริมาตรของก๊าซ
ออกซิเจน โดยจัดอุปกรณ์ ดงั รูป
การลลายตัวของ H2O2
เกิดได้ช้ามาก อาจใช้
เวลาถึง 500 วัน จึง
จะๆได้ออกซิเจน 50
cm3
การลลายตัวของ H2O
เกิดได้เร็วมาก ใช้เวลา
เพียง 2-3 นาที ก็จะได้
ออกซิเจน 50 cm3 เพียง
เติม ผงสีดาผสมแมงกานี ส
(IV) ออกไซด์ ลงไปเพียง 1
กรัม
เมื่อปฏิกิริยา
สิ้นสุด นา
สารละลายไป
กรองพบว่าจะได้
ผงสีดาของ
แมงกานี ส (IV)
ออกไซด์ กลับคืน
มา 1 กรัม
การอธิบายผลของปัจจัยต่างๆ ที่มีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เมื่อเรานาสารตัง้ ต้นมาทาปฏิกิริยากัน เช่น ในเงื่อนไขของแมกนี เซียมกับ
สารละลายกรดไฮโดรคลอริกเจือจางนัน้ ปฏิกิริยาจะเกิดขึน้ ได้ ด้วยเงื่อนไขที่
สาคัญ 2 ประการ คือ
1. อนุภาคของสารตัง้ ต้นต้องมีการชนกัน
2. การชนกันของอนุภาคของสารตัง้ ต้นมีพลังงานเกิดขึน้ มากเพียงพอ
ลองพิจารณาแผนภาพต่อไปนี้
จากการพิจารณาแผนภาพแล้วเราสามารถนาไปอธิบายปัจจัยต่างๆต่อ
อัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ดงั นี้
1. การเพิ่มความเข้มข้นของสารตัง้ ต้น
2. การเพิ่มอุณหภูมิจะช่วยทาให้อตั ราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึน้
3. การเพิ่มขึน้ ที่ผิวขะช่วยทาให้เกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึน้
4. การใส่ตวั เร่งปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาเคมีในชีวติ ประจาวัน
-
ปฏิกริ ิยาการสลายตัวของ NaHCO3
ปฏิกริ ิยาการสลายตัวของ H2O2
ปฏิกริ ิยาการสลายตัวของ CaCO3
ฝนกรด
ปฏิกริ ิยาการเกิดสนิมเหล็ก
ปฏิกริ ิยาการแทนทีส่ องครั้งเป็ นปฏิกริ ิยาทีม่ สี ารประกอบ 2 ตัวมาทา
ปฏิกริ ิยากันในอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมจากสารประกอบหนึ่งแลกเปลีย่ นกับ
อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมของสารประกอบอีกตัวหนึ่ง นั่นคือ
A+B + C–D
A B + C D
A–D+C+B
A D +C+ B
ปฏิกริ ิยาเคมีสามารถทีจ่ ะแบ่ งตามการเคลือ่ นย้ ายอีเล็คตรอนที่สาคัญ
คือ Oxidation Reduction reaction หรือ Redox reaction
Oxidation – Reduction reaction เป็ นปฏิกริ ิยาที่มกี ารเคลือ่ นย้ ายของ
อีเล็คตรอนโดยพิจารณาจาก oxidation number ของแต่ ละธาตุในปฏิกริ ิยา
ไบโซดาทาขนม
คาราเมล
ผสมของผงฟู
ทา
CO2 ดังนี้
2NaHCO3
CO2
Na2CO3 + H2O + CO2
ยัง
โดยโปรยผง NaHCO3 จากเครื่ องบิน
NaHCO3
ไฮโดรเจน
ดังสมการ
ตัวเร็วขึน้
และในที่เย็น
2H2 O2
?
โดย
ๆ
หรือในภาชนะสีนาตาล
้
2H2 O + O2
ปฏิกริ ิยาการสลายตัวของหินปูน (CaCO3)
CO2 และปูนขาว ( CaO)
สาห
ผสมหลัก
อุต
ซึ่งมี
ๆ
สัมผัสกับนาและความชื
้
้น
(Fe2O3.H2O )
ดังสมการ
4Fe + 3O2 + H2O
?
เมื่อเหล็ก
ๆ
กลาย
สนิมเหล็ก
2Fe2O3.H2O
http://nakhamwit.ac.th/pingpong_web/env.htm
http://th.wikipedia.org, http://www.state.me.us/dep/air/acidrain/