Transcript CHEM 103 GENERAL CHEMISTRY I - ภาค วิชา เคมี

CHEM 111 (203111)
CHEMISTRY I
เรียบเรียงโดย ...... คณาจารย์ภาควิชาเคมี
ี งใหม่
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาล ัยเชย
1
เนือ้ หากระบวนวิชา
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ั พันธ์
บทนำ/ปริมำณสม
โครงสร ้ำงอะตอม
พันธะเคมี
แก๊ส
เคมีเทอร์โมไดนำมิกส ์
ไฟฟ้ ำเคมี
ของเหลว ของแข็ง
สำรละลำยกรด-เบส และสมดุลไอออนิก
จลนพลศำสตร์เชงิ เคมี
2
หนังสื ออ่ านประกอบ
Brady, J. E., Senese, F., Chemistry : Matter and Its Changes, John Wiley &
Sons, New York, 2004.
Brown, T. L., Le May, Jr., H. E. and Burnsten, B. E., Chemistry : The Central
Science, 8th ed., Prentice Hall, New Jersey, 2000.
Chang, R. and Cruickshank, B., Chemistry, 8th ed., McGraw-Hill, New York,
2005.
Drago, R.S., Principles of Chemistry with Practical Perspectives, 2nd
ed., Allyn and Bacon, Boston, 1977
Hill, J. W., Petrucci, R. H., McCreary, T. W. and Perry, S. S., General
Chemistry, 4th ed., Pearson/Prentice Hall, Upper Saddle River, 2005.
Oxtoby, D. W., Gillis, H. P., and Nachtreib, N. H., Principles of Modern
Chemistry, 5th ed., Thomson/Brooks/Coles, Belmont, 2002.
Zumdahl, S.S., Chemistry, 4th ed., Houghton Mifflin, Boston, 1997.
3
ตัวอย่ างหนังสื ออ่ านประกอบ
4
ประกาศ เพิม่ เติม
1. สอบกลางภาคเรียน 2/2553
ว ันที่ 26 ธ ันวาคม 2553 8-11 น.
2. LAB 203115
เริม
่ 2-4 พฤศจิกายน 2553 ตาม
เวลาของแต่ละ section
3. ประเมินการสอนออนไลน์
>> CMU-MIS
5
เคมี
ึ ษาสว
่ นประกอบ
เป็นวิชาทางวิทยาศาสตร์ ทีศ
่ ก
ของสสารละเอียดถึงระด ับอะตอม โมเลกุล โครงสร้าง
และสมบ ัติของสสาร รวมทงการเปลี
ั้
ย
่ นแปลงและผลที่
้ จาการเปลีย
เกิดขึน
่ นแปลง
6
เคมี
่ นประกอบของสสารจะอยูใ่ นรูปของ อะตอม โมเลกุล
• สว
• เคมีเป็นวิทยาศาสตร์ทรี่ ะบุโครงสร้างของสสารในระด ับ
อะตอม จึงเป็นศาสตร์ทส
ี่ าค ัญสาขาหนึง่ ในการกาหนด
ธรรมชาติของสสาร
ึ ษา โครงสร้างและสมบ ัติของโมเลกุล การจ ัดเรียง
• ศก
่ แก๊ส โลหะ หรือ
อะตอมเพือ
่ รวมต ัวก ันเป็นโมเลกุล เชน
ผลึกคริสต ัล ฯลฯ รวมทงการเปลี
ั้
ย
่ นแปลงจากปัจจ ัยที่
่
ต่างๆ
เชน
ความร้อนของปฏิกริ ย
ิ า
อ ัตราการ
เกิดปฏิกริ ย
ิ า ฯลฯ เป็นต้น
7
ทาไมจึงต้ องเรียนเคมี ?
•
•
•
•
เรียนรู้แบบจาลองพืน้ ฐานทางกายภาพ
ทราบถึงภาพเชิงเทคนิคทีช่ ัดเจนเกีย่ วกับเหตุการณ์ ปัจจุบนั
มีทกั ษะในการพัฒนาแก้ ไขปัญหา
รู้ถึงคุณค่ าของความลึกลับ
ของสิ่ งมีชีวติ จากการศึกษา
ความเชื่อมโยงของโมเลกุลกับ
ปรากฏการณ์ /เหตุการณ์ ต่างๆ
8
สสาร : อะตอม โมเลกุล ประกอบด้วยธาตุ
9
สถำนะของสสำร
ของเหลว (Liquid)
แก๊ส (Gas)
ของแข็ง (Solid)
10
พัฒนาการทางเคมี
เป็ นไปตามหลักวิธีทางวิทยาศาสตร์
(Scientific Method)
สังเกต
Observation
สมมติฐาน
Hypothesis
แบบจาลอง
Model
ทฤษฎี
Theory
ทดลอง
Experiment
11
วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์
Measurements
• วิทยาศาสตร์ มีพ้นื ฐานจากการวัด
• ทุกๆค่าที่วดั ได้ จะต้อง
- มีขนาด (magnitude)
- มีความไม่แน่นอน
(uncertainty)
- มีหน่วย (units)
Numbers
• คณิ ตศาสตร์ มีพ้นื ฐานจากตัวเลข
• ตัวเลขแน่นอน (exact
number) ได้จาก
- การนับ (counting)
- นิยาม (definition)
12
SI Base Units
• Le Systeme Internationale (SI) units
Quantity
length
mass
time
temperature
Base Unit
meter
kilogram
second
Kelvin
Symbol
m
kg
s
K
13
Derived Units
Quantity
Definition
Unit
area
velocity
density
force
energy
length x length
m2
length/time
m/s
mass/volume
kg/m3
mass x accelerator kg m/s2 (N)
force x length
Nm
14
15
Units of Measurement
16
Very Large Units
G (Giga)
M (Mega)
k (kilo)
= 109 (พันล้านของ)
= 106 (หนึ่งล้านของ)
= 103 (หนึ่งพันของ)
แสงเดินด้วยความเร็ว 3 x 108 m/s คิดเป็น
ระยะทางกี่ Gm/s
17
Very small Units
c (centi)
m (milli)
u (micro)
n (nano)
p (pico)
= 10-2 (ร้อยส่ วนของ)
= 10-3 (พันส่ วนของ)
= 10-6 (ล้านส่ วนของ)
= 10-9 (ร้อยล้านส่ วนของ)
= 10-12 (พันล้านส่ วนของ)
18
19
การทดลองทางเคมี
• วำงแผนกำรทดลอง
วิธก
ี ำร
กำรเลือกใชอุ้ ปกรณ์และเครือ
่ งมือ
• กำรวิเครำะห์ผลกำรทดลองทีไ่ ด ้
ควำมแม่นยำ Precision
ควำมถูกต ้อง Accuracy
ควำมผิดผลำด Error
• วิจำรณ์และสรุปผลกำรทดลอง
20
้ ป
การเลือกใชอ
ุ กรณ์และเครือ
่ งมือ
เครือ
่ งแก้ว (Glasswares)
21
เครื่องชั่ง (Balance)
22
อุปกรณ์ทใี่ ชวั้ ดปริมำตร
23
ควำมไม่แน่นอนในกำรวัด
24
ความแม่ นยา (Precision)
ความถูกต้อง (Accuracy)
25
ต ัวอย่าง
้ อ
นศ.ชงั่ น้ ำหนักสำรโดยใชเครื
่ งชงั่ 3 เครือ
่ ง ได ้ผลดังนี้
เครือ
่ งชง่ ั A
5.001
5.000
4.999
วิเคราะห์ผล
เครือ
่ งชง่ ั A
เครือ
่ งชง่ ั B
เครือ
่ งชง่ ั C
เครือ
่ งชง่ ั B
5.006
5.007
5.005
เครือ
่ งชง่ ั C
4.990
4.995
4.985
แม่นยาและถูกต้อง
แม่นยา แต่ไม่ถก
ู ต้อง
ไม่แม่นยาและไม่ถก
ู ต้อง
26
ความผิดพลาด (error)
• Systematic error
่
ควำมผิดพลำดจำกระบบของกำรวัด เชน
เครือ
่ งมือไม่เทีย
่ งตรง แผนกำรทดลองไม่ถก
ู ต ้อง
• Random error
่ ควำมชำนำญ
ควำมผิดพลำดทีห
่ ลีกเลีย
่ งไม่ได ้ เชน
ของผู ้ทดลอง
27
ค่าเฉลีย
่ (Average)
ค่าเบีย
่ งเบน (Deviation)
้ ำศูนย์กลำงของแท่งเหล็กกล ้ำด ้วยไมโครมิเตอร์ได ้ผลดังนี้
นศ.วัดเสนผ่
นำย วิทยำ
(dev.)
น.ส. ทรำย (dev.)
28.246 mm (0.000)
27.9 mm (0.1)
28.244
(0.002)
28.0
(0.0)
28.246
(0.000)
27.8
(0.2)
28.248
(0.002)
28.1
(0.1)
Average
28.246
(0.001)
28.0
(0.1)
รำยงำนผล
นำย วิทยำ
น.ส. ทรำย
28.246+0.001
28.0+0.1
28
การวัด Measurement
ความแม่นยา Precision
• reproducibility
• ตรวจสอบจากการวัดหลายครั้ง
• poor precision เป็ นผลมาจาก
poor technique
ความถูกต้องAccuracy
• correctness
• ตรวจสอบโดยทาการทดลองหลายวิธี
• poor accuracy เป็ นผลมาจาก
ความผิดปกติของการทดลอง หรื อ
อุปกรณ์ที่ใช้
29
เลขนัยสาคัญ
Significant Figures
• เป็ นจำนวนตัวเลขทุกหลักทีว่ ด
ั ได ้แน่นอน
นับรวมกับหลักที่ไม่แน่นอนหลักแรก
้
• ใชในกำรรำยงำนผลกำรทดลอง
1.15 หมายความว่า 1.15 + 0.01
มีเลขนัยสำคัญ = 3
30
หล ักการคิดเลขนัยสาคัญ
• นั บเลขทุกตัวทีไ่ ม่ใชเ่ ลขศูนย์
4.97 (SF = 3) 543.12 (SF = 5)
• เลขศูนย์
107
(SF = 3)
4.000
(SF = 4)
0.0743 (SF = 3)
• เลขศูนย์ทต
ี่ ำมหลังเลขอืน
่
2000+1000 = 2x103 (SF = 1)
2000+100 = 2.0x103 (SF = 2)
2000+1 = 2.000x103 (SF = 4)
31
เลขน ัยสาค ัญในการคานวณ
• คำนวณต่อเนือ
่ งจนได ้ผลลัพธ์
• กำรปัดตัวเลข
>5 ปั ดขึน
้ ; <5 ปั ดทิง้
= 5 (เลขหน ้ำคูใ่ ห ้ปั ดทิง้ เลขหน ้ำคีใ่ ห ้ปั ดขึน
้ )
• ผลลัพธ์จำกกำรบวก-ลบ
ให ้เหลือทศนิยมเท่ำกับตัวเลขทีม
่ ท
ี ศนิยมน ้อยสุด
43.76+3.450-2.3435 = 44.87
• ผลลัพธ์จำกำรคูณ-หำร
ให ้เหลือเท่ำตัวเลขทีม
่ เี ลขนั ยสำคัญน ้อยสุด
(3.14x2.751)/0.64 = 13
32
ต ัวอย่างการคานวณ
จงหาคาตอบของการคานวณต่อไปนี้ พร้อมระบุเลข
น ัยสาค ัญทีถ
่ ก
ู ต้องของคาตอบ
12.735 + 2.1 - 7.53 = ?
12.735 + 2.1 - 7.53 = 7.305
เนือ
่ งจำกเลขทศนิยมน ้อยทีส
่ ด
ุ คือ หนึง่ ตำแหน่ง
ดังนัน
้ คำตอบเป็ น 7.3 ซงึ่ มีเลขนั ยสำคัญเท่ำกับ 2
33
ต ัวอย่างการคานวณ
จงคานวณความหนาแน่นของลูกแก้วทีม
่ ม
ี วล 5.789 g
และปริมาตร 3.12 ml
ั พันธ์ d = m/v
จำกควำมสม
= 5.789 g
3.12 ml
= 1.855448717 g/ml
ดังนัน
้ ควำมหนำแน่นของลูกแก ้ว = 1.86 g/ml
(เลขน ัยสาค ัญเท่าก ับ 3)
34
ต ัวอย่างการคานวณ
จงคานวณค่าคงทีข
่ องแก๊ส R จาก PV = nRT
ถ้าทาการทดลอง ว ัดปริมาตรของแก๊ส 1.00 mol
ที่ 0.0 OC ความด ัน 1.00 atm ได้เท่าก ับ 22.4 L
จำก
ดังนัน
้
R = PV/nT
= (1.00 atm)(22.4 L)
(1.00 mol)(273.15+0.0 K)
= 0.082006223 atm.L/K.mol
R = 0.0820 atm.L/K.mol
(เลขน ัยสาค ัญเท่าก ับ 3)
35
เลขน ัยสาค ัญของ log/antilog
หล ักในการคิดเลขน ัยสาค ัญของ log ของต ัวเลข
ให้พจ
ิ ารณาตามต ัวอย่างต่อไปนี้
log
log
log
log
log
4.2
4.2x102
4.2x10-1
3200
50000
= 0.62324929…
= 2.62324929…
= -0.37675071…
= log 3.20x103
= log 5.0x104
= 0.62
= 2.62
= -0.38
= 3.50
= 4.7
36
เลขน ัยสาค ัญของ log/antilog
หล ักในการคิดเลขน ัยสาค ัญของ antilog ของ
ต ัวเลข ให้พจ
ิ ารณาตามต ัวอย่างต่อไปนี้
antilog 2.78
antilog 12.275
antilog -3.8
= 6.0x102
= 1.88x10112
= 2x10-4
37