เคมี

 บทที่2 น้ำ

  1.โมเลกุลของน้ำ น้ำเป็นสารที่มีสมบัติทางกายภาพแตกต่างจากสารอื่น เนื่องจากมี 3 สถานะ คือ เป็นของแข็งหรือน้ำแข็ง (ice water)  ของเหลว (liquid water) และก๊าซหรือไอน้ำ (water vapour) ในธรรมชาติน้ำอยู่ในสถานะของเหลวมากที่สุด

2.สารโคเวเลนต์ 

แบ่งเป็น 2 ประเภท

1. Homonuclear molecule (โมเลกุลของธาตุ) หมายถึงสารประกอบโคเวเลนต์ที่ในหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมายึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น H2, O2,Br2 ,N2 ,F2 ,Cl2เป็นต้น 

2. Heteronuclear molecule (โมเลกุลของสารประกอบ) หมายถึง สารประกอบโคเวเลนต์ที่ในหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป มายึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น HCl , CH4, H2O , H2SO4 ,HClO4เป็นต้น

สมบัติของสารประกอบโคเวเลนต์

สารประกอบโคเวเลนต์ มีสมบัติดังนี้

1. มีสถานะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส เช่น

- สถานะของเหลว เช่น น้ำเอทานอลเฮกเซน

- สถานะของแข็ง เช่น น้ำตาลทราย (C12H22O11),แนพทาลีนหรือลูกเหม็น (C10H8)

- สถานะแก๊ส เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2),แก๊สมีเทน (CH4),แก๊สโพรเพน (C3H8)

2. มีจุดหลอมเหลวต่ำ หลอมเหลวง่ายเนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ไม่แข็งแรงสามารถถูกทำลายได้ง่าย

3. มีทั้งละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ เช่น เอทานอลละลายน้ำ แต่เฮกเซนไม่ละลายน้ำ

4.สารประกอบโคเวเลนต์ไม่นำไฟฟ้าเนื่องจากมีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกใช้เป็นอิเล็กตรอน คู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอม ทำให้ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระช่วยนำไฟฟ้า แต่ยกเว้นในสารประกอบโคเวเลนส์ที่มีสภาพขั้วแรงมาก เช่น HCI, HBr, H2SO4 **แกรไฟต์เป็นรูปหนึ่งของคาร์บอนเกิดจากอะตอมของคาร์บอนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมที่อยู่ข้างเคียง อีก 3 อะตอม ทำให้เกิดการยึดเหนี่ยวเป็นโครงตาข่ายเป็นชั้น ๆ มีความแข็งแรงภายในชั้นสูง ส่งผลให้แกรไฟต์ มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ส่วนแรงยึดเหนี่ยวระหว่างชั้นระหว่างชั้นเป็นแรงแวนเดอวาลส์ซึ่งเป็น แรงยึดเหนี่ยวที่ไม่แข็งแรงนัก ดังนั้นแกรไฟต์จึงสามารถแตกหักและเลื่อนไหลออกเป็นชั้น ๆ ได้ง่าย

3.สารประกอบไอออนิก

พันธะไอออนิก(Ionic bond) คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดในสาร โดยที่อะตอมของธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ ให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อะตอมของธาตุที่มีค่าพลังงานไอออนไนเซชันสูง กลายเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ เมื่อไอออนทั้งสองเข้ามาอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่แข็งแรงระหว่างประจุไฟฟ้าตรงข้ามเหล่านั้น ทำให้ไอออนทั้งสองยึดเหนี่ยวกันด้วย พันธะเคมีที่เรียกว่า “พันธะไอออนิก”

ตัวอย่างเช่นโครงสร้างของผลึกโซเดียมคลอไรด์เป็นของแข็ง รูปลูกบาศก์ ใสไม่มีสีในผลึก มีโซเดียมไอออนสลับกับคลอไรด์ไอออน เป็นแถว ๆ ทั้งสามมิติ มีลักษณะคล้ายตาข่าย โดยที่แตละไอออนจะมีไอออนต่างชนิดล้อมรอบอยู่ 6 ไอออน ดังรูป 2 รูป ข้างล่างดังนี้

เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดระหว่างธาตุโลหะ และอโลหะได้ดี กล่าวคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนกับอะตอมของอโลหะ แล้วเกิดไอออนบวกของโลหะ และไอออนลบของอโลหะ ไอออนทั้งสองจะส่งแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกและลบ เกิดเป็นพันธะไอออนิก

และการที่โลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ เพื่อปรับให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก (Ionic compound) ดังนี้

การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) จากโซเดียม (Na) และ คลอรีน (Cl)

การเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก

การเรียกชื่อสารประกอบไอออนิกมีหลักเกณฑ์ดังนี้

1. สารประกอบธาตุคู่(Binary compound) ถ้าสารประกอบเกิดจาก ธาตุโลหะที่มีไอออนได้ชนิดเดียวรวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่ออโลหะที่เป็นไอออนลบโดยลงเสียงพยางค์ท้ายด้วย ไอด์ (ide) เช่น

ออกซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (oxide)

ไฮโดรเจน เปลี่ยนเป็น ไฮไดรด์ (hydride)

คลอรีน เปลี่ยนเป็น คลอไรด์ (chloride)

ตัวอย่าง การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกธาตุคู่

NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์

CaI2อ่านว่า แคลเซียมไอโอไดด์

KBr อ่านว่า โพแทสเซียมโบรไมด์

NH4Cl อ่านว่า แอมโมเนียมคลอไรด์

ถ้าสารประกอบที่เกิดจากธาตุโลหะเดียวกันที่มีไอออนได้หลายชนิด รวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวกแล้วตามด้วยค่าประจุของไอออนโลหะโดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน แล้วตามด้วยอโลหะที่เป็นไอออนลบโดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็นไอด์ (ide) เช่น

Fe เกิดไอออนได้ 2 ชนิด คือ Fe2+และ Fe3+

FeCl2อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์

FeCl3อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์

Cu เกิดไอออนได้ 2 ชนิด คือ Cu+และ Cu2+

Cu2S อ่านว่า คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์

CuS อ่านว่า คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์

2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว่าถ้าสารประกอบเกิดจากไอออนบวกของโลหะ หรือกลุ่มไอออนบวกรวมตัวกับ กลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะ (โลหะนั้นเกิดไอออนบวกได้ชนิดเดียว) หรือกลุ่มไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่อกลุ่มไอออนลบ เช่น

Na2SO4 อ่านว่า โซเดียมซัลเฟต

CaCO3 อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอเนต

KNO3 อ่านว่า โพแทสเซียมไนเตรต

Ba(OH)2 อ่านว่า แบเรียมไฮดรอกไซด์

(NH4)3PO4 อ่านว่า แอมโมเนียมฟอสเฟต

ถ้าสารประกอบเกิดจากโลหะที่เกิดไอออนได้หลายชนิดรวมตัวกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะแล้ววงเล็บค่าประจุของไอออนบวกนั้น แล้วจึงอ่านชื่อกลุ่มไอออนลบตามหลัง เช่น

Cr เกิดไอออนได้ 2 ชนิด คือ Cr2+กับ Cr3+

CrSO4 อ่านว่า โครเมียม (II) ซัลเฟต

Cr2(SO4)3 อ่านว่า โครเมียม (III) ซัลเฟต

Hg เกิดไอออนได้ 2 ชนิดคือ Hg22+(Hg+) และ Hg2+

Hg2(NO3)2 อ่านว่า เมอคิวรี (I) ไนเตรต Hg(NO3)2อ่านว่า เมอคิวรี (II) ไนเตรต

4.การเปลี่ยนสถานะของสารประกอบไอออนิก เนื่องจากพันธะไอออนิกเกิดจากแรงยึดเหนี่ยวของประจุไฟฟ้าซึ่งมีความแข็งแรงสูง ยากต่อการทำให้แยกออกจากกัน อีกทั้งยังมีลักษณะการยึดเหนี่ยวที่ต่อเนื่องกันผลึก การที่จะทำให้สารประกอบไอออนิกเปลี่ยนสถานะจึงต้องอาศัยพลังงานจำนวนมากในการทำลายแรงยึดเหนี่ยว ดังนั้นสารประกอบไอออนิกจึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดที่สูงกว่าสารประกอบโคเวเลนต์

   5.การละลายแบบแตกตัว อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) หมายถึงสารที่เมื่อละลายจะนำไฟฟ้าได้ เนื่องจากมีไอออนซึ่งอาจจะเป็นไอออนบวก หรือไอออนลบเคลื่อนที่อยู่ในสารละลาย สารละลายอิเล็กโทรไลต์นี้อาจเป็นสารละลายกรด เบสหรือเกลือก็ได้

อิเล็กโทรไลต์แก่และอิเล็กโทรไลต์อ่อน

1. อิเล็กโทรไลต์แก่ (strong electrolyte) หมายถึง สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวเป็นไอออนได้มาก อาจแตกตัวได้ 100% และนำไฟฟ้าได้ดีมาก เช่นกรดแก่ และเบสแก่ และเกลือส่วนใหญ่จะแตกตัวได้ 100%

2. อิเล็กโทรไลต์ (weak electrolyte) หมายถึง สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวได้บางส่วน นำไฟฟ้าได้น้อย

- นอนอิเล็กโทรไลต์ (Non-Electrolyte) หมายถึง สารที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้เมื่อละลายน้ำ ทั้งนี้ เนื่องจาก สารพวกนอนอิเล็กโทรไลต์ จะไม่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ เช่น น้ำบริสุทธิ์ น้ำตาล แอลกอฮอล์ เป็นต้น

1. สารอิเล็กโทรไลต์ละลายน้ำเป็นสารละลาย เรียกว่า สารละลายอิเล็กโทรไลต์ สามารถนำไฟฟ้าได้ ทดสอบโดยใช้เครื่องมือตรวจวัดการนำไฟฟ้า สังเกตความสว่างของหลอดไฟ สารละลายแต่ละชนิดมีสมบัติในการนำไฟฟ้าต่างกัน การนำไฟฟ้าของสารละลายมีความสัมพัทธ์โดยตรงกับปริมาณไอออนของตัวถูกละลายที่มีในสารละลาย สารละลายนำไฟฟ้าได้ดี จะทำให้หลอดไฟสว่างมาก แสดงว่าตัวถูกละลายแตกตัวเป็นไอออนอิสระได้มาก การแตกตัวถือว่ามีการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าอย่างเดียวไม่มีภาวะสมดุล จัดเป็น อิเล็กโทรไลต์แก่ เช่น สารละลายไฮโดรคลอริก , โซเดียมไฮดรอกไซด์ , แอมโมเนียคลอไรด์ , โซเดียมคลอไรด์ , โซเดียมแอซิเตต สารเหล่านี้เมื่อละลายน้ำแตกตัวดังนี้

HCl(g) + H 2O(l) ----- > H +(aq) + Cl -(aq)

NaOH(s) + H 2O(l) ---- > Na +(aq) + OH -(aq)

NH 4Cl(s) + H 2O(l) ---- > NH 4 +(aq) + Cl -(aq)

NaCl(s) + H 2O(l) ---- > Na +(aq) + Cl -(aq)

CH 3COONa(s) + H 2O(l) ---- > Na +(aq) + CH 3COO -(aq)

2. สารละลายนำไฟฟ้าได้น้อย หลอดไฟสว่างเล็กน้อย แสดงว่าตัวถูกละลายแตกตัวเป็นไอออนอิสระได้น้อย หรือแตกตัวเพียงบางส่วน การแตกตัวมีการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าและย้อนกลับ มีภาวะสมดุลเกิดขึ้น จัดเป็นอิเล็กโทรไลต์อ่อน เช่น สารละลายแอซวิติก , แอมโมเนีย สารเหล่านี้เมื่อละลายน้ำแตกตัวได้ดังนี้

CH 3COOH(aq) + H 2O < ----- > CH 3COO -(aq) + H3O +(aq)

NH 3(aq) + H 2O(l) < ----- > NH 4(aq) + OH -(aq)

3. สารละลายนอกจะนำไฟฟ้าได้ สามารถเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัส สารละลายเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสสีน้ำเงินเป็นสีแดง จัดเป็นสารละลายที่มีสมบัติเป็นกรด เช่น CH 3COOH , HCl , NH 4Cl สารละลายที่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน จัดเป็นสารละลายที่มีสมบัติเป็นเบส เช่น สารละลาย NaOH , NH 3 , CH 3COONa สารละลายที่ไม่เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัส จัดเป็นสารละลายที่มีสมบัติเป็นกลาง