ความรพนฐานเคมบทท 1

ความหมายของวชาเคม

เคม คอ ศาสตรทศกษาเกยวกบสสาร ความสามารถของสสาร การแปรรปของสสาร และการปฏสมพนธกบพลงงานและสสารดวยกนเอง เนองจากความหลากหลายของสสาร ซงสวนใหญจะอยในรปของอะตอม นกเคมจงมกศกษาโครงสราง คณสมบต และการจดเรยงอะตอมเพอรวมตวกนเปนโมเลกล เชน แกส โลหะ หรอผลกครสตล เคมปจจบนไดระบวาโครงสรางของสสารในระดบอะตอมนนถอเปนตวกำาหนดธรรมชาตของสสารทกชนด   เคมโดยพนฐานแลวนนมกจะเกยวกบสสาร การปฏสมพนธของสสารกบสสารดวยกนเอง หรอการปฏสมพนธของสสารกบสงทไมใชสสารอยางเชนพลงงาน แตศนยกลางของเคมโดยทวไปคอการปฏสมพนธระหวางสารเคมดวยกนในปฏกรยาเคมโดยสารเคมนนแปรรปเปนสารเคมอกชนดหนง นอาจจะรวมไปถงการฉายรงสแมเหลกไฟฟาสสารเคมหรอสารผสม เชน นำาระเหยกลายเปนไอ นำาแขงละลายเปนนำา เมลดพชงอก เหลกเปนสนมสแดง ถานลกไหม เปนตน

วชาเคมเปนความรทเกยวของกบสงมชวตคอ มนษย และสตว ซงเกยวโยงถงวตถ หรอสารตางๆ ทใชในชวตประจำาวนของ มนษย เชน อาหาร เครองนงหม ยารกษาโรคและวสดกอสราง ตางๆ การศกษาวชาเคม ประกอบดวย การบวนการ 3 ขนตอน คอ 1.การสงเกต 2.การแสดงผล 3.การแปลความหมายขอมล เปนตน

สาขาของวชาเคม ความรทางเคมโดนทวไป แบงไดเปน 5 สาขาใหญๆ ดงน1.เคมอนทรย คอการศกษาโครงสราง, สมบต, สวนประกอบ และ

ปฏกรยาเคม ของสารประกอบอนทรย2.เคมอนนทรย คอ การศกษาคณสมบตและปฏกรยาของสารประ

กอบอนนทรย อยางไรกตามการแบงแยกระหวางสาขาทางอนทรยและสาขาอนนทรยนน ไมชดเจน และยงมการเหลอมของขอบเขตการศกษาอยมาก เชนในสาขา organometallic chemistry  3. เคมเชงฟสกส คอการศกษารากฐานทางฟสกสของระบบและกระบวนการทางเคม ตวอยางทเหนกเชน นกเคมเชงฟสกสมกสนใจการอธบายการเปลยนแปลงทางเคมในเชงของพลงงาน

4. เคมวเคราะห คอ การวเคราะหตวอยางสาร เพอศกษาสวนประกอบทางเคมและโครงสรางของการเปดปฏกรยาแลวไดสารใดบาง ในปรมาณมากนอยเพยงใด

5. ชวเคม คอ การศกษาสารเคม ปฏกรยาเคม และ ปฏสมพนธทางเคมทเกดขนในสงมชวต และสารประกอบภายในอาหาร เชนคารโบไฮเดรต โปรตน และไขมน

สสารและการเปลยนแปลง

สสาร ( Matter ) หมายถงสงทมมวล ตองการทอย และ สามารถสมผสไดโดยประสาทสมผสทง 5 เชน ดน นำา อากาศ ฯลฯ ภายใน สสารเปนเนอของสสาร เรยกวา สาร ( Substance ) สาร ( Substance ) คอ สสารททราบสมบต หรอ สสารทจะศกษา ดงนนจงเปนสสารทเฉพาะเจาะจง ซงจะมสมบตของสาร 2 ประเภท คอ 

- สมบตกายภาพ ( Physical Property ) หมายถง สมบตทสงเกตไดจากลกษณะภายนอก และ เกยวกบวธการทางฟสกส เชน ความหนาแนน , จดเดอด , จดหลอมเหลว

- สมบตทางเคม ( Chemistry Property ) หมายถง สมบตทเกดขนจากการทำาปฏกรยาเคม เชน การตดไฟ , การเปนสนม , ความเปน กรด - เบส ของสาร

การเปลยนแปลงสาร การเปลยนแปลงสาร แบงออกเปน 2 รปแบบ คอ - การเปลยนแปลงทางกายภาพ ( Physical Change ) หมายถง การ

เปลยนแปลงของสารทเกยวกบสมบตกายภาพ โดยไมมผลตอ องคประกอบภายใน และ ไมเกดสารใหม เชน การเปลยนสถานะ , การละลายนำา 

- การเปลยนแปลงทางทางเคม ( Chemistry Change ) หมายถง การเปลยนแปลงของสารทเกยวของกบสมบตทางเคมซงมผลตอองคประกอบภายใน และจะมสมบตตางไปจากเดม นนคอ การเกดสารใหม เชน กรดเกลอ ( HCl ) ทำาปฏกรยากบลวด แมกนเซยม ( Mg ) แลวเกดสารใหม คอ กาซไฮโดรเจน ( H2 )

ม 3 สถานะ โดยใชแรงยดเหนยวเกาะกนของโมเลกล เปนเกณฑ คอ            1. ของแขง (solid ; s) หมายถงสารหรอสสารทขนาดและรปรางแนนอน เนองจากโมเลกลยดเหนยวกนอยางแนนหนา เปลยนแปลงรปรางไดยาก ปรมาตรไมเปลยนแปลงเมอไดรบแรงกดดนสง ไมมการแพร เชน เหลก หน            2. ของเหลว (liquid ; l) หมายถง สารหรอสสารทขนาดและรปรางไมแนนอน เนองจากโมเลกลยดเหนยวกนอยางหลวม ๆ เปลยนแปลงรปรางตามภาชนะ ปรมาตรเปลยนแปลงเมอไดรบแรงกดดนและอณหภม มการแพร เชน ปรอท นำา ฯลฯ            3. กาซ (gas ; g) หมายถง สารหรอสสารทขนาดและรปรางไมแนนอน เนองจากโมเลกลยดเหนยวกนนอยมาก และฟงกระจาย อยอยางอสระ เปลยนแปลงรปรางตามภาชนะ ปรมาตรเปลยนแปลงเมอไดรบแรงกดดนและอณหภมสง มการแพร เชน ไฮโดรเจน ฮเลยม ฯลฯ

สสารและการเปลยนแปลง (ตอ)

การจำาแนกสสาร (Classification of Matter)

การจำาแนกประเภทของสารตามลกษณะทางกายภาพของสาร

สสาร

สารเนอผสม

สารเนอเดยวสารเนอเดยว

สารบรสทธ

ของผสมเนอเดยว

สารละลาย ของ

ผสมธาต

สารประกอบโลห

ะอโลหะกง

โลหะ

การแยกสารผสมการแยกสาร หมายถง 

การทแยกสารทผสมกนตงแต ๒ ชนดขนไปออกจากกน เพอนำาสารทไดนนไปใชประโยชนตามตองการ ซงสามารถจำาแนกไดคอ การแยกสารเนอผสม และการแยกสารเนอเดยว สารเนอผสม หมายถง สารทมลกษณะเนอสารไมผสมกลมกลนกนเปนเนอเดยวกนเกดจาก สารอยางนอย 2 ชนดขนไปมาผสมกนโดยเนอสารจะแยกกนเปนสวน ๆ  การแยกสารเนอผสมอาจใชวธการตาง ๆ เชน การกรอง การใชกรวยแยก การใชอำานาจแมเหลก การระเหด การระเหยจนแหง ซงเปนการแยกสารโดยวธทางกายภาพทงสน สารทแยกไดจะมสมบตเหมอนเดม เชน

1.การกรอง เปนวธการแยกสารออกจากกนระหวางของแขงกบของเหลว หรอใชแยกสารแขวนลอยออกจากนำา ซงใชกนมากในทางเคม โดยเฉพาะในหองปฏบตการทกรองสารในปรมาณนอย ๆ การกรองนนจะตองเทสารผานกระดาษกรอง อนภาคของแขงทลอดผานรกระดาษกรองไมไดจะอยบนกระดาษกรอง สวนนำาและสารทละลายนำาไดจะผานกระดาษกรองลงสภาชนะ

2. การกลนการกลนเปนกระบวนการเปลยนของเหลวใหเปนไอโดยใชความรอนแลวทำาใหไอ

ควบแนนกลบเปนของเหลวอก การกลนใชในการทำาใหของเหลวบรสทธ หรอใชแยกของเหลวชนดหนงออกจากของเหลวอน ๆ ได ซงของเหลวเหลานนจะตองมคณสมบตทางกายภาพทเรยกวา การระเหย แตกตางกน โดยทวไปแลวสารทระเหยงายจะมความดนไอสงทอณหภมหอง สวนสารทไมระเหยจะมความดนไอตำา นนคอสารทระเหยไดงายจะมความดนไอสงกวาแตจดเดอดตำากวาสารทไมระเหย 

ภาพท 1 การกรองแบบกรวย

ภาพท 2 การกรองขณะรอน (พบจบ)

การแยกสารผสม (ตอ)

3. การตกผลก การตกผลกเปนปรากฏการณทเกดขนในสารละลายทเปนของไหล

บรสทธทมการรวมตวเปนภาคของแขงจากขนาดเลก ๆ แลวมการเพมขนาดขนตามลำาดบเปนกระบวนการเกาแกกระบวนการหนงทอตสาหกรรมทางเคมนยมใชกน เนองดวยประสทธภาพของการแยกสารทดโดยเฉพาะประสทธภาพทางดานพลงงาน จะประหยดกวาทางดานการกลน หรอการแยกสกดระหวางของเหลวกบของเหลว และไดมการศกษาวจยอยางตอเนอง โดยเฉพาะทางดานการปรบปรงเครองตกผลก ตลอดจน 

4. การสกดดวยตวทำาละลาย การสกดดวยตวทำาละลาย (sovent extraction) เปนวธทใชกนอยางกวางขวางในอตสาหกรรม เชน การสกดนำามนพชเพอใชประกอบอาหาร โดยนำาวตถดบมาจากเมลดของพชชนดตาง ๆ ไดแก เมลดทานตะวน ถวเหลอง ปาลม ถวลสง ขาวโพด เมลดบว งา และรำาขาว ในการสกดนำามนพชนยมใชเฮกเชนเปนตวทำาละลาย หลงการสกดจะไดสารละลายทมนำามนพชละลายอยในเฮกเซน จากนนนำาไปกรองเอากากเมลดพชออกแลวนำาสารละลายไปกลนแยกลำาดบสวนเพอแยกเฮกเซนจะไดนำามนพช ซงตองนำาไป ฟอกส ดดกลน และกำาจดสารอน ๆ ออกกอน จงจะไดนำามนพชสำาหรบใชปรงอาหาร

ภาพท 3 การกรองดวยแรงสญญากาศ

ภาพท 4 การกลนแบบธรรมดา

การแยกสารผสม (ตอ)

5. โครมาโทกราฟ  ความหมายของโครมาโทกราฟ แปลวา การแยกออกมาใหเปนส ๆ ทงนเนองจาก Tswetf ชาวรสเซย เปนผรเรมใชเทคนคนเปนคนแรกในป ค.ศ. 1906 โดยการแยกสารทสกดออกจากใบไมออกไดเปนสตาง ๆ โครมาโทกราฟนอกจากใชแยกสารทมสไดแลวโครมาโทกราฟยงสามารถใชแยกสารทไมมสไดอกดวยโครมาโทกราฟมหลายประเภท เชน 1. โครมาโทกราฟแบบกระดาษ 2. โครมาโทกราฟแบบคอลมน (แบบลำากระบอก) 3. ทนเลเยอรโครมาโทกราฟ (แบบผวบาง) แตทสามารถทำาไดในระดบโรงเรยนโดยไมตองใชเครองมอทมราคาแพง คอ โครมาโทกราฟกระดาษ

6. การตกตะกอนใชแยกของผสมเนอผสมทเปนของแขงแขวนลอยอยในของเหลว ทำาไดโดย

นำาของผสมนนวางทงไวใหสารแขวนลอยคอย ๆ ตกตะกอนนอนกน ในกรณทตะกอนเบามากถาตองการใหตกตะกอนเรวขนอาจทำาไดโดย ใชสารตวกลางใหอนภาคของตะกอนมาเกาะ เมอมมวลมากขน นำาหนกจะมากขนจะตกตะกอนไดเรวขน เชน ใชสารสมแกวง อนภาคของสารสมจะทำาหนาทเปนตวกลางใหโมเลกลของสารทตองการตกตะกอนมาเกาะ ตะกอนจะตกเรวขน

ภาพท 5 การกลนแบบธรรมดา

ภาพท 6 การกลนลำาดบสวน

ภาพท 7 การกลนดวยไอนำ1า

ภาพท 8 การตกผลก ภาพท 9 คอลมนโค

รมาโทกราฟ

เปนสมบตของสารทเกยวของกบองคประกอบภายในของสารทแสดงออกมาใหเหนเมอมการเปลยนแปลงทางเคมหรอการเกดปฏกรยาเคม   โดยจะมสารใหมเกดขน ซงสารใหมทเกดขนจะมสมบตแตกตางไปจากเดม  เชน  การเปนสนม การตดไฟ  การเนาของผก ผลไม เปนตน 

การเปลยนแปลงทางเคม        เปนการเปลยนแปลงของสารทเกยวของกบสมบตทางเคม ซงมผลตอองคประกอบภายใน และจะมสมบตตางไปจากเดม นนคอ การเกดสารใหม เชน กรดไฮโดรคลอรกทำาปฏกรยากบหนปน แลวเกดสารใหม คอ แกสคารบอนไดออกไซด เปนตน

สมบตทางเคม

พลงงานกบการเกดปฏกรยาเคมเมอนำาสารมาทำาปฏกรยากน จะไดสารใหมทมสมบตแตกตางไปจากเดมเกดขนซงในการเกด

ปฏกรยาทางเคมจะมพลงงานมาเกยวของในการเปลยนแปลงทางกายภาพ เชน นำาแขงละลายกลายเปนนำา นำาระเหยกลายเปนไอ พลงงานตามนยามนคอความสามารถในการทำางาน แบงเปน 2 ชนดคอ

1.พลงงานจลน (Kinetic Energy) เปนพลงงานทเกดขนเมอวตถเคลอนท เชน รถทกำาลงวง ธนทพงออกจากแหลง จกรยานทกำาลงเคลอนท เปนตน

2. พลงงานศกย (Potential energy) วตถสามารถเกบสะสมพลงงานซงเปนผลมาจากตำาแหนงของวตถ ตวอยางเชน ลกบอลโลหะของรถทบทำาลายตก มพลงงานเพมขนเมอมนถกยกใหสงขน พลงงานทเพมขนน คอ พลงงานศกยโนมถวง  อกตวอยางหนง นนกคอ ลกศรทถกดงเพอจะยงออกไปจากคนธนกมพลงงานเพมขนเมอตำาแหนงในการดงเพมขนเชนกน ซงพลงงานทสะสมอยในลกศรน คอ พลงงานศกยยดหยนกลาวโดยสรปกคอ พลงงานศกย คอ พลงงานทสะสมอยในวตถเนองจากตำาแหนงของวตถนน

ภาพแสดงตวอยางพลงงานศกยของวตถ (ทมา : http://www.physicsclassroom.com)

การหาเลขนยสำาคญ1.ตวเลขทไมใช 0 (ศนย) เปนเลขนยสำาคญ เชน

845 มเลขนยสำาคญ 3 ตว 2.754 มเลขนยสำาคญ 4 ตว

2.เลข 0 (ศนย) ทอยระหวางตวเลขถอเปนเลขนยสำาคญ เชน

409 มเลขนยสำาคญ 3 ตว 50,802 มเลขนยสำาคญ 5 ตว

3.เลข 0 (ศนย) ทอยทางซายของตวเลขทไมใชศนย ไมถอเปนเลขนยสำาคญ จดมงหมายกเพอแสดงตำาแหนงของจดทศนยม เชน

0.03 มเลขนยสำาคญ 1 ตว 0.00006972 มเลขนยสำาคญ 4

ตว

4.เมอตวเลขมคามากกวา 1 เลข 0 (ศนย) ทเขยนทางขวามอถอเปนเลขนยสำาคญ เชน 2.0 มเลขนยสำาคญ 2 ตว 57.074 มเลขนยสำาคญ 5 ตว 6.080 มเลขนยสำาคญ 4 ตว

5.แตถาตวเลขมคานอยกวา 1 เลข 0 (ศนย) ทอยทายตวเลขและอยระหวางตวเลขถอเปนเลขนยสำาคญ เชน 0.040 มเลขนยสำาคญ 2 ตว 0.2005 มเลขนยสำาคญ 4 ตว 0.000136 มเลขนยสำาคญ 3 ตว