กรด-เบส

Hompage

กรด - เบส คืออะไร

กรด เบส ในชีวิตประจำวัน ( Acid Base in Everyday Life)

สารประกอบจำพวกกรด เบส มีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์อย่างมาก ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจว่า กรด เบส คืออะไรอย่างง่ายๆ
สารละลายกรด คือสารละลายที่มีรสเปรี้ยว เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง หรือทำปฏิกิริยากับโลหะได้ แก๊ส H 2 และ เกลือ
สารละลายเบส คือสารละลายที่มีรสขม เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน หรือมีลักษณะลื่นๆ

นิยามของกรด-เบส

Arrhenius Concept

กรด คือ สารประกอบที่มี H และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ H + หรือ H 3O +
เบส คือ สารประกอบที่มี OH และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ OH -
ข้อจำกัดของทฤษฎีนี้คือ สารประกอบต้องละลายได้ในน้ำ และไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมสารประกอบบางชนิดเช่น NH 3 จึงเป็นเบส

Bronsted-Lowry Concept

กรด คือ สารที่สามารถให้โปรตอน ( proton donor)แก่สารอื่น
เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน ( proton acceptor)จากสารอื่น
ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่น แอมโมเนียละลายในน้ำ

NH 3(aq) + H 2O (1)  NH 4 + (aq) + OH - (aq)

base 2 ........ acid 1 ........ acid 2 ........ base 1

ในปฏิกิริยาไปข้างหน้า NH 3 จะเป็นฝ่ายรับโปรตอนจาก H 2O ดังนั้น NH 3 จึงเป็นเบสและ H 2O เป็นกรด แต่ในปฏิกิริยาย้อนกลับ NH 4 + จะเป็นฝ่ายให้โปรตอนแก่ OH - ดังนั้น NH 4 + จึงเป็นกรดและ OH - เป็นเบส อาจสรุปได้ว่าทิศทางของปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความแรงของเบส

Lewis Concept

กรด คือ สารที่สามารถรับอิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair acceptor) จากสารอื่น
เบส คือ สารที่สามารถให้อิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair donor)แกสารอื่น
ทฤษฎีนี้ใช้อธิบาย กรด เบส ตาม concept ของ Arrhenius และ Bronsted-Lowry ได้ และมีข้อได้เปรียบคือสามารถอธิบาย กรด เบส ในกรณีที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน และได้สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนซ์ เช่น

OH - (aq) + CO 2 (aq) HCO 3 - (aq)

BF 3 + NH 3BF 3-NH 3

คู่กรด – เบส

คู่กรด – เบส คือ สารที่เป็นคู่กรด-เบสกัน H + ต่างกัน 1 ตัว โดยที่ คู่กรดจะมี H + มากกว่าคู่เบส 1 ตัว

ความแรงของกรดและเบส = การแตกตัวในการให้โปรตอน(กรด) ความสามารถในการรับโปรตอน(เบส)

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

<<< เราต้องรู้ทิศทางการเลื่อนของสมดุลก่อน เราจึงจะบอกถึงความแรงได้>>>

1. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางขวา CH 3COOH เป็นกรดแรงกว่า H 3O + / H 2O เป็นเบสแรงกว่า CH 3COO -
2. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย H 3O + เป็นกรดแรงกว่า CH 3COOH / CH 3COO - เป็นเบสแรงกว่า H 2O

ถ้าค่า K > 1 สมดุลเลื่อนไปข้างหน้า(สารผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น)
K < 1 สมดุลเลื่อนย้อนกลับ(สารผลิตภัณฑ์น้อยกว่าสารตั้งต้น)
K = 1 ไปข้างหน้าเท่ากับย้อนกลับ (สารผลิตภัณฑ์=สารตั้งต้น) ความแรงทั้ง 2 ข้างเท่ากัน

เปรียบเทียบกรดแก่กับเบสแก่

กรดแก่	เบสแก่
1. กรดแก่มีอะไรบ้าง 2. กรด Hydro = HCl HBr HI 3. กรด Oxy = HNO3 HClO3 HClO4 H2SO4 4. การแตกตัว 100% 5. การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่	1. เบสแก่มีอะไรบ้าง 2. หมู่ 1 = LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 3. หมู่ 2 = Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 4. การแตกตัว 100 % ( หมู่ 2 แตก 200 %) 5. การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่

กรดแก่ ( strong acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น HCl H2SO4 HN03 HBr HClO4 และ HI
เบสแก่ ( weak base) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น Hydroxide ของธาตุหมู่ 1 และ 2 ( NaOH LiOH CsOH Ba(OH) 2 Ca(OH) 2 )
กรดอ่อน ( weak acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เช่น กรดอะซิติคในน้ำส้มสายชู (vinegar) ยาแอสไพริน (acetylsalicylic acid) ใช้บรรเทาอาการปวดศรีษะ saccharin เป็นสารเพิ่มความหวาน niacin (nicotinic acid) หรือ ไวตามินบี เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของสารละลายกรด CH 3COOH ในส่วนผสมของน้ำส้มสายชูจะมีดังนี้ :

CH 3COOH (aq) + H2O (1) H3O + (aq) + CH3COO - (aq) มีค่า K a

เบสอ่อน (weak base) คือเบสที่สามารถแตกตัวเป็นไออนได้เพียงบางส่วน เช่น NH 3 urea aniline เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของ ammonia มีดังนี้

NH3(aq) + H2O (aq) NH4 + (aq) + OH - (aq)

ชนิดของกรดและเบส

กรด แบ่งตามการแตกตัว แบ่งได้ 3 ชนิด
1. กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HCN
2. กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H 2SO 4 , H 2CO 3
3. กรดPolyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H 3PO 4
การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H + ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H + ไว้ดังสมการ

H 2SO 4  H+ + HSO 4 - Ka 1 = 10 11

HSO 4 -  H+ + SO 4 2- Ka 2 = 1.2 x 10 -2

เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K 1 >> K 2 >> K 3 H + ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก
ถ้าค่า K 1 มากกว่า K 2 =10 3 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K 1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K 2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K 2 มาพิจารณาด้วย

เบส แบ่งตาม จำนวน OH - ในเบส แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ
1. เบสที่มี OH - ตัวเดียว เช่น LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
2. เบสที่มี OH - 2 ตัว เช่น Ca(OH) 2 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2
3. เบสที่มี OH - 3 ตัว เช่น Al(OH) 3 Fe(OH) 3

รวมสูตรที่ใช้คำนวณในกรณีหา กรดอ่อน เบสอ่อน ไม่ผสมกัน

สูตรที่	กรณี (ต้องการหาอะไร)	กรดอ่อน	เบสอ่อน
1.	หาค่า K	Ka = [H +] 2 /N	Kb = [ OH -] 2 /N
2.	หา [ H +]	[H +] = [Ka.N]^1/2	[ OH -] = [Kb.N]^1/2
3.	หา % การแตกตัว	% การแตกตัว = [H +] x 100 / N	% การแตกตัว = [ OH -] x 100 / N
4.	การรวมสูตรของ % กับ K	% = Ka x 100 / N	% = Kb x 100 / N

ปฏิกิริยาของกรด - เบส

ปฏิกิริยาของกรด เบส แบ่งได้เป็น 4 ชนิดคือ

• ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสแก่
• ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสอ่อน
• ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่
• ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสอ่อน  

การแตกตัวของน้ำและค่า pH ของสารละลาย

น้ำบริสุทธิ์จัดเป็นตัวทำละลายที่สำคัญ เป็นพวก นอน-อิเลคโตรไลท์ (nonelectrolyte) หรือไม่สามารถนำไฟฟ้า แต่จากการทดลองพบว่า น้ำบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้บ้างเล็กน้อย ทั้งนี้เพราะว่าน้ำสามารถแตกตัวได้เอง ซึ่งเรียกว่า self-ionization หรือ autoprotolysis

H 2O (1) + H 2O (1) H 3O + (aq) + OH -(aq)
.... acid 1 .....base 2 .............acid 2 ........base 1
หรือ 2H 2O (1) = H 3O + (aq) + OH - (aq)

จากความสัมพันธ์ของ K w ในปฏิกิริยาการแตกตัวของน้ำ

K w = [H 3O +][ OH -] = 1.0 x 10 -14 ที่ 25 C
(K w ที่ 0 C = 0.12 x 10 -14 และ ที่ 60 C = 9.6 x 10 - 14 M2)

จะได้ pK w = pH + pOH

โดยที่ pH ของ น้ำ = -log [H 30 +] = 7 และpOH ของ น้ำ = -log[ OH -] = 7

โดยทั่วไปแล้ว ค่า pH ของสารละลายที่พบอยู่ทั่วไป จะมีค่าอยู่ในช่วง 1-14 เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ค่า pH อาจแสดงค่าเป็นลบหรือมีค่ามากกว่า 14 ได้เช่นเดียวกัน

ตัวอย่าง ค่า pH ของนมสด เท่ากับ 6.5 ถ้านมเสีย (เปรี้ยว) ค่า pH ของนมเสียจะมากหรือน้อยกว่านมสด
ตอบ น้อยกว่า

ตัวอย่าง จงหาค่า pH ของสารละลายที่เจือจางของ HCl เข้มข้น 1.0 x 10 - 8 M
วิธีทำ HCl เจือจาง แตกตัวได้ H + 1.0 x 10 - 8 M และน้ำแตกตัวได้ H+ 1.0 x 10 - 7 M
          ปริมาณ H + ที่เกิดขึ้น = 1.0 x 10 -8 + 1.0 x 10 - 7 M
          pH = -log (1.0 x 10 -8 + 1.0 x 10 -7 )
          = 6.96

สารละลายบัฟเฟอร์ ( Buffer Solution)

สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่สามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของสารละลายได้
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่ค่า pH จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อนำไปทำให้เจือจางหรือเข้มข้นขึ้น
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่ประกอบไปด้วยกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อนหรือเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อน และสารในระบบจะไม่ทำปฏิกิริยากัน โดยที่กรดในระบบจะคอยทำปฏิกิริยากับเบสที่เติมลงไป และเบสในระบบจะคอยทำปฏิกิริยากับกรดที่เติมลงไป

Reference :http://nakhamwit.ac.th/pingpong_web/Acid&Base.htm

สารประกอบไฮโดรคาร์บอน

Hompage

สารประกอบไฮโดรคาร์บอน

              สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นสารอินทรีย์ประเภทหนึ่งซึ่งประกอบด้วยธาตุคาร์บอน และไฮโดรเจนเป็นหลัก ได้แก่  แอลเคน  แอลคีน และแอลไคน์

  

ตาราง แสดงตัวอย่างสารประกอบไฮโดรคาร์บอน

ประเภท	โครงสร้าง	สูตรโครงสร้าง	สูตรโมเลกุล	ชื่อสาร
แอลเคน			C 3H 8 (C nH n+2)	โพรเพน ( Propane)
แอลคีน			C 3H 6 (C nH n)	โพรพีน ( Propene)
แอลไคน์			C 2H 2 (C nH n-2)	อีไทน์ ( Ethine) หรือ อะเซตเทอลีน

การอ่านชื่อ สารประกอบไฮโดรคาร์บอน

• อ่านชื่อตามจำนวนของคาร์บอนอะตอม ดังนี้
• ถ้าเป็น แอลเคน ให้ลงท้ายด้วย เอน ( –ane )
• ถ้าเป็น แอลคีน ให้ลงท้ายด้วย อีน (–ene)
• ถ้าเป็น แอลไคน์ ให้ลงท้ายด้วย ไอน์ ( –ine)

สมบัติทั่วไปของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน

1. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล สารประกอบไฮโดรคาร์บอนทุกชนิด จะประกอบด้วยธาตุ C และ H พันธะที่เกิดจาก C กับ C จะเป็นพันธะเดี่ยว (C - C) พันธะคู่ (C = C) หรือพันธะสาม (C = C) มีผลต่างของตัวอิเล็กโทรเนกาตีวิตีเป็นศูนย์ จึงเป็นพันธะไม่มีขั้วและพันธะที่เกิดจาก C กับ H มีผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมีค่าน้อยมาก จึงถือว่าเป็นพันธะไม่มีขั้ว ดังนั้นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทุกชนิดจัดเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วแรงยึดเหนี่ยว ระหว่างโมเลกุลของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ โมเลกุลโควาเลนต์มีขั้วละลายน้ำได้โดยโมเลกุลของน้ำ จะหันขั้วที่มีอำนาจไฟฟ้าตรงกันข้าม เข้าดึงดูดกับโมเลกุลโควาเลนต์มีขั้วหรือไอออน น้ำที่ล้อมรอบจะมีจำนวนมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับขนาดและประจุของโมเลกุลหรือไอออน

2. การเผาไหม้ การเผาไหม้ของสารใด ๆ คือ การที่สารชนิดหนึ่งทำปฏิกิริยากับออกซิเจน แล้วคายพลังงานออกมา

ลักษณะสำคัญของการเผาไหม้ของสาร

1. สารที่เผาไหม้ได้ดี และคายพลังงานออกมามาก ได้แก่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอน
2. สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเกิดการเผาไหม้กับก๊าซ O 2 อย่างสมบูรณ์จะให้ CO 2 และ H 2O พร้อมกับปล่อยความร้อน ออกมาด้วย ดังสมการของการเผาไหม้ของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนดังนี้

  

3. การเผาไหม้ของสารใดเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และการเผาไหม้ของสารทุกชนิดมีทั้งการสลายพันธะและสร้างพันธะใหม่ ด้วยเหตุนี้พลังงานที่ดูดเข้าไปทั้งหมดที่ใช้ในการสลายพันธะน้อยกว่าพลังงานที่เกิดจากการสร้างพันธะใหม่คายออกมา และเนื่องจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเผาไหม้ให้ความร้อนออกมามาก จึงใช้สารเหล่านี้เป็นเชื้อเพลิง
4. สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโมเลกุลเล็ก ๆ จะเผาไหม้กับ O 2 ได้ดีกว่าโมเลกุลใหญ่ เช่น CH 4 เผาไหม้กับ O 2 ได้ดีกว่า C 10H 22 เป็นต้น
5. ปัจจัยที่มีผลต่อการเผาไหม้ของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน
6. ปริมาณก๊าซออกซิเจน ถ้ามีก๊าซออกซิเจนมากจะเกิดการเผาไหม้สมบูรณ์ ติดไฟให้เปลวไฟสว่าง แต่ไม่มีควันและเขม่า ให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำและความร้อน แต่ถ้ามีก๊าซออกซิเจนน้อยจะเกิดการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ติดไฟให้เปลวไฟสว่าง แต่มีควันและเขม่าให้ผงถ่าน ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำ และความร้อน
7. อัตราส่วนโดยอะตอมระหว่าง C กับ H ถ้าต่ำไม่มีควันเขม่า และถ้ามีค่าสูงจะมีควันเขม่ามาก ปริมาณควันเขม่าขึ้นอยู่กับอัตราส่วนโดยอะตอมของ C กับ H

3. จุดเดือด และจุดหลอมเหลว จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่ำ เมื่อเทียบกับสารอื่นๆ ที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกัน สารประกอบไฮโดรคาร์บอนพวกเดียวกัน จุดเดือดและจุดหลอมเหลวเปลี่ยนตามมวลโมเลกุล หรือจำนวนคาร์บอนอะตอมที่เกิดขึ้น เช่น CH 3CH 3 มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวสูงกว่า CH 4 สารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่างชนิดที่มีคาร์บอนอะตอมเท่ากัน และคาร์บอนต่อกันเป็นโซ่สายยาวเรียงลำดับจุดเดือดจากสูงไปต่ำ ดังนี้

  

4. ความหนาแน่น สารประกอบไฮโดรคาร์บอนมีความหนาแน่นต่ำ โดยทั่วไปความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ เช่น เพนเทน (C 5H 12) มีความหนาแน่น 0.626 g/cm 3 ส่วนน้ำมีความหนาแน่น 1 g/cm 3

5. สถานะ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนจะมีสถานะเป็นอย่างไรนั้นขึ้นอยู่กับมวลโมเลกุล หรือจำนวนคาร์บอนอะตอมเป็นเกณฑ์ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนใดมีมวลโมเลกุลน้อย ( จำนวนคาร์บอนอะตอมน้อย) จะมีแรงแวนเดอร์วาลส์ต่ำ โมเลกุลอยู่ห่างกัน จะมีสถานะเป็นก๊าซ ส่วนประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลมาก ( จำนวนคาร์บอนอะตอมมาก) จะมีแรงแวนเดอร์วาลส์สูง โมเลกุลอยู่ใกล้ชิดกันทำให้สถานะเป็นของแข็ง

สารประกอบไฮโดรคาร์บอนมีสถานะต่าง ๆ สรุปได้ดังนี้

- ก๊าซ ได้แก่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มี C 1 - C 4 เช่น CH 4 , C 2H 6 ,C 2H 4
- ของเหลว ได้แก่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอน C 5 - C 17 เช่น C 6H 14 , C 8H 18
- ของแข็ง ได้แก่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอน C 8 ขึ้นไป เช่น C 20H 42

6. การละลายน้ำ การที่สารใดละลายในอีกสารหนึ่งได้นั้น อนุภาคของตัวถูกทำลายจะต้องแทรกเข้าไปอยู่ระหว่างอนุภาคของตัวทำละลาย โดยเกิดแรงดึงดูดระหว่างตัวถูกละลายและตัวทำละลาย แล้วผสมเป็นสารเนื้อเดียว Rule of Thumb "Like dissolved like" จากกฎนี้จะได้ว่า โมเลกุลโควาเลนต์มีขั้วจะละลายในโมเลกุลโคเวนเลนต์มีขั้ว โมเลกุลโควาเลนต์ไม่มีขั้ว จะละลายในโมเลกุลโควาเลนต์ไม่มีขั้ว โมเลกุล โควาเลนต์ใดที่ละลายน้ำได้ควรเป็นโมเลกุลมีขั้ว ส่วนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นโมเลกุลโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ดังนั้นจึงไม่ละลายน้ำ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนลอลายได้ดีในตัวทำลายที่เป็นโมเลกุลโควาเลนต์ไม่มีขั้ว เช่น เบนซีน คาร์บอนเตตระคลอไรด์ คลอโรฟรอม และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ โมเลกุลโควาเลนต์มีขั้วทุกชนิดละลายน้ำได้ และถ้าเป็นโควาเลนต์มีขั้วที่มีสภาพขั้วแรงมากละลาย น้ำจะแตกเป็นไอออน เช่น HCI ส่วนโมเลกุลโควาเลนต์ที่มีขั่วที่มีสภาพขั่วไม่แรงละลายน้ำได้ไม่แตกเป็นไอออนนั่นเอง

หมู่ฟังก์ชัน

หมู่ฟังก์ชัน ( functional group) คือ หมู่อะตอม หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่แสดงสมบัติเฉพาะของสารอินทรีย์ชนิดหนึ่ง เช่น CH 3OH จะมีหมู่ -OH เป็นองค์ประกอบ แสดงหมู่ฟังก์ชันของแอลกอฮอล์

อนึ่งสารอินทรีย์ทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบ 2 ส่วน ส่วนหนึ่งเป็นอะตอมไฮโดรคาร์บอนหรือหมู่อะตอมอื่นๆ อีก ส่วนหนึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชัน ซึ่งแสดงสมบัติเฉพาะของสารอินทรีย์นั้นและเป็นส่วนที่มีความว่องไวทางเคมี กล่าวคือ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดกับสารอินทรีย์มักจะเกิดตรงส่วนของหมู่ฟังก์ชัน เช่น

CH 3OH + Na ----------> CH 3O - Na + + 1/2H 2

ตาราง หมู่ฟังก์ชันบางชนิดและสารประกอบที่มีหมู่ฟังก์ชันเป็นองค์ประกอบ

ชนิดของสารอินทรีย์	หมู่ฟังก์ชัน	ชื่อของหมู่ฟังก์ชัน	สูตรทั่วไป	ตัวอย่าง
แอลเคน	C - C	พันธะเดี่ยว	R-H	CH 3CH 2CH 3 โพรเพน
แอลคีน		พันธะคู่
แอลไคน์		พันธะสาม
แอลกอฮอล์	-OH	ไฮดรอกซิล	R-OH	CH 3CH 2OH เอทานอล
อีเทอร์	-O-	ออกซี	R-O-R'	CH 3-O-CH 3 ไดเมทิลอีเทอร์ ( เมทอลซิลมีเทน)
แอลดีไฮด์		ฟอร์มิล หรือคาร์บอกซาลดีไฮด์
คีโตน		คาร์บอนิล
กรดอินทรีย์		คาร์บอกซิล
เอสเทอร์		แอลคอกซิคาร์บอนิล
เอมีน	- NH 2	อะมิโน	R- NH 2	CH 3- NH 2 เมทิลเอมีน ( อะมิโนมีเทน)
เอไมด์		เอไมด์

Reference : http://www.nakhamwit.ac.th/pingpong_web/Hydrocarbon.htm

สมดุลเคมี

Hompage

สมดุลเคมีคืออะไร

อะไรคือสมดุลเคมี ตามหลักของปริมาณสารสัมพันธ์ ปฏิกิริยาจะต้องดำเนินไปจนสมบูรณ์ยกตัวอย่างเช่น

CO2 (g) + H2 (g) => CO (g) + H2O (g) .........................................(1)

ในระบบเปิด CO2 (g) จะทำปฏิกิริยากับ H2 (g) จนหมดและได้ CO (g) และ H2O (g)

ในระบบปิด เมื่อเกิดปฏิกิริยาปริมาณของ CO2 (g) และ H2 (g) จะลดลง ในขณะที่ปริมาณของ CO (g) และ H2O (g) จะเพิ่มขึ้น ทำให้รวมตัวกันกลับไปเป็น CO2 (g) และ H2 (g) ดังสมการ

CO (g) + H2O (g) => CO2 (g) + H2 (g) .........................................(2)

เมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ (1) เท่ากับ อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ (2) เรียกว่า เกิดสมดุลทางเคมี และเรียกปฏิกิริยาที่ (1) ว่า ปฏิกิริยาไปข้างหน้า(forward reaction) เรียกปฏิกิริยาที่ (2) ว่าปฏิกิริยาย้อนกลับ(reversible reaction) นิยมเขียนปฏิกิริยาแสดงสมดุลระหว่างการเกิดปฏิกิริยาที่ (1) และปฏิกิริยาที่ (2) ดังนี้ 
CO2 (g) + H2 (g) () CO (g) + H2O (g)

หลักการของสมดุลเคมี เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลระบบจะต้อง :

1.1 อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับและความเข้มข้นของสาร ตั้งต้นและผลิตผลจะคงที่

ในปฏิกิริยาเคมีใด ๆ เมื่อเริ่มทำปฏิกิริยา ความเข้มข้นของสารเริ่มต้นจะลดลงเรื่อย ๆ ขณะที่ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นตามลำดับ จนกระทั่งเวลาผ่านไปช่วงหนึ่ง ความเข้มข้นของสารทุกตัวในระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป นั่นคือปฏิกิริยาอยู่ในสภาวะสมดุล

ที่สภาวะนี้ถ้าพิจารณาตามหลักการของจลนศาสตร์เคมี (chemical kinetics) พบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ และจากการทดลองพบว่า ที่สภาวะสมดุล ความเข้มข้นของสารเริ่มต้นและสารผลิตภัณฑ์จะมีค่าคงที่และไม่ขึ้นกับเวลา

1.2 ระบบเป็นสมดุลไดนามิค (dynamic equilibrium)

ถ้าศึกษาการเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุล หรืออะตอม จะพบว่าเมื่อระบบเข้าสู่สภาวะสมดุลนั้น ระบบไม่ได้หยุดนิ่งแต่จะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา นั่นคือปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าและย้อนกลับได้อย่างต่อเนื่องโดยปราศจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารในระบบ เรียกสภาวะสมดุลลักษณะนี้ว่า สมดุลไดนามิค

นักวิทยาศาสตร์ ทราบได้อย่างไรว่า สมดุลเป็นสมดุลไดนามิค

กฎของสมดุลเคมี

ปฏิกิริยาใดๆ ก็ตาม ที่อุณหภูมิใดอุณหภูมิหนึ่งจะมีค่าคงที่อยู่ค่าหนึ่ง ซึ่งบอกให้ทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่าง ความเข้มข้นของสารต่างๆ ที่สภาวะสมดุล เรียกค่าคงที่นี้ว่า ค่าคงที่สมดุล (equilibrium constant, K) พิจารณาปฏิกิริยาต่อไปนี้

aA + bB () cC + dD

เมื่อ a, b, c และ d คือ เลขสัมประสิทธิ์จำนวนโมลของสาร A, B, C และ D ตามลำดับ

สามารถเขียนอัตราส่วนแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้น (equilibrium expression) ได้ดังนี้

Kc =  ()

เมื่อ Kc คือค่าคงที่สมดุลที่แสดงในเทอมความเข้มข้นของสารในหน่วยโมลาร์ (โมล/ลิตร)

ถ้า K < 1 แสดงว่า ในสภาวะสมดุล [สารตั้งต้น] > [ผลิตผล] หรือปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นเกือบจะสมบูรณ์ ในขณะที่ปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเกิดน้อยมาก

ในทางกลับกัน ถ้า K > 1 แสดงว่า ในสภาวะสมดุล [สารตั้งต้น] < [ผลิตผล] หรือปฏิกิริยาไปข้างหน้าเกิดขึ้นเกือบจะสมบูรณ์

ในกรณีที่หาค่าอัตราส่วนนี้ก่อนถึงสภาวะสมดุลหรือเมื่อสมดุลถูกรบกวนจะเรียกอัตราส่วนนี้ว่า โควเตียนของปฏิกิริยา (reaction quotient, Q) ณ เวลาใด ๆ และแสดงในเทอมของมวลได้ดังนี้

Qc = () ที่เวลาใดๆ

เมื่อใดที่ระบบอยู่ในภาวะสมดุล Q จะมีค่าเท่ากับ Kc เสมอ

ตัวอย่าง

i. ปฏิกิริยา steam reforming : CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

Kc =  () หน่วย mol2 dm-6

ii. ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนีย : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Kc =  () หน่วย mol -2 dm6

iii. ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนียลดลงเหลือเท่าตัว : 1/2 N2(g) + 3/2H2(g) NH3(g)

Kc =  () หน่วย mol-1 dm3

ตัวอย่างการคำนวณโดยใช้ K

ตัวอย่าง ก๊าซไฮโดรเจน ไอโอไดด์สลายตัวได้ง่าย ดังสมการ : 2HI(g) () H2(g) + I2(g)

ถ้าบรรจุ HI 4.00 โมล ลงในภาชนะ 5.00 ลิตร ที่อุณหภูมิ 458oC พบว่าที่สมดุลจะมีปริมาณของ I2 0.442 โมล จงหาค่า Kc ของปฏิกิริยานี้

ตอบ 0.0201 

สรุปลักษณะทั่วไปของสมดุลเคมี 3 ประการ คือ
1. สมดุลเคมีเป็นสมดุลไดนามิค
2. สมดุลเคมีเป็นขบวนการที่เกิดขึ้นได้เอง
3. การดำเนินเข้าสู่ภาวะสมดุลเริ่มจากทิศทางใดก็ได้

 สมดุลหลายวัฏภาค (Heterogeneous Equilibrium)

มีมากกว่า 1 วัฏภาค(phase) ของสารในระบบสมดุล เช่น water -gas equilibrium :

C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)

K = ()

[C (s)] เป็นความเข้มข้นของคาร์บอนในสถานะของแข็ง การทดลองพบว่า [C (s)] จะไม่เปลี่ยนแปลง นั่นคือจำนวนโมลต่อหน่วยปริมาตรของของแข็ง จะคงเดิมเสมอ

K ใหม่ = K [C (s)] = ()

ดังนั้นจะไม่นำความเข้มข้นของของแข็ง และของเหลวบริสุทธิ์ มาคิดในการหาค่า K

Reference : http://www.neutron.rmutphysics.com/news/index.php?option=com_content&task=view&id=2095