วิชาวิทยาศาสตร์ เรื่องความรู้เบื้องต้นเกี่ยวสาร
หากนักศึกษาหรือผู้สนใจ จะนำเอกสารเรื่องนี้ไปใช้สามารถดาวน์โหลดได้ฟรีที่
http://kruteeworld.siamvip.com/B000000004-กศน..xhtml
ธาตุ (Element) หมายถึง สารบริสุทธิ์ที่มีองค์ประกอบอย่างเดียว
ธาตุไม่สามารถจะนำมาแยกสลายให้กลายเป็นสารอื่นโดย
วิธีการทางเคมี
ตัวอย่างของธาตุในสถานะต่างๆ
1. ธาตุมีทั้งสถานะที่เป็นของแข็ง
ชื่อ สัญลักษณ์
คาร์บอน(Carbon) C
ซิลิคอน(Silicon) Si
โซเดียม(Sodium) Na
กำมะถัน(sulphur) S
ทองแดง(Copper) Cu
สังกะสี(Zinc) Zn
ตะกั่ว(lead) Pb
เงิน(Silver) Ag
ดีบุก(Tin) Sn
2. ธาตุมีทั้งสถานะที่เป็นของเหลว
ชื่อ สัญลักษณ์
ปรอท (mercury) Hg
3. ธาตุมีทั้งสถานะที่เป็นของก๊าซ
ชื่อ สัญลักษณ์
ไฮโดรเจน (Hydrogen) H
ออกซิเจน (Oxygen) O
ไนโตรเจน (Nitrogen) N
ฮีเลียม (Helium) He
คลอรีน (Chlorine) Cl
หมายเหตุ
1. สารทุกชนิดประกอบขึ้นจากธาตุต่างๆมารวมกัน
2. สารบางชนิดมีองค์ประกอบเป็นธาตุชนิดเดียว เช่น
เพชร มีองค์ประกอบเป็นธาตุคาร์บอน
ก๊าซออกซิเจน (O2) 1 โมเลกุล มีองค์ประกอบเป็นธาตุออกซิเจน 2 อะตอม
ก๊าซไนโตรเจน (N2) 1 โมเลกุล มีองค์ประกอบเป็นธาตุไนโตรเจน 2 อะตอม
3. สารบางชนิดเกิดจากธาตุตั้งแต่ 2 ชนิด มารวมกันด้วยอัตราส่วนที่แน่นอนเกิดเป็นสารประกอบ เช่น
น้ำ (H20) เกิดจากธาตุออกซิเจน (Oxygen) 1 ตะตอม รวมกับธาตุไฮโดรเจน (Hydrogen) 2 อะตอม
คาร์บอนไดออกไซด์(CO2) เป็นสารที่เกิดจากธาตุคาร์บอน (Carbon) 1 อะตอม รวมกับธาตุออกซิเจน 2 อะตอม
โซเดียมคลอไรด์(เกลือแกง) NaCl โซเดียม 1 อะตอมและคลอรีน 1 อะตอม
แอมโมเนีย NH3 ไนโตรเจน 1 อะตอมและไฮโดรเจน 3 อะตอม
คำศัพท์พื้นฐานที่ควรทราบ
อะตอม (Atom) หมายถึงใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก
โมเลกุล(Molecule) คือ หน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของธาตุที่สารประกอบที่สามารถอยู่ได้เป็นอิสระ และยังคงแสดงสมบัติของธาตุหรือสารประกอบนั้น ๆ โดยสมบูรณ์ โมเลกุลเกิดจากอะตอมรวมกัน โมเลกุลประกอบขึ้นด้วยธาตุเดียวหรือหลายธาตุ มายึดติดกันตามโครงสร้างของอะตอม
สสาร (Matter) หมายถึง สิ่งที่มีมวลสัมผัสได้โดยใช้ประสาทสัมผัส ต้องการที่อยู่ สามารถนำชั่ง ตวง วัด ได้ เช่น น้ำ ดิน อากาศ หิน ทราย กระดาษ เป็นต้น
สาร (Substance) หมายถึง เนื้อของสสาร ที่นำมาศึกษาดังนั้นจึงใช้คำว่าสารแทนสสารได้
สมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะประจำตัวของสาร เช่น สถานะ สี กลิ่น รส การละลาย การนำไฟฟ้า จุดเดือด และการเผาไหม้ เป็นต้น
สสารมี 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลวและก๊าซ ภาพประกอบ
1. ของแข็ง (Solid) คือ สถานะของสสารที่มีอนุภาคอยู่ชิดกัน
2. ของเหลว (Liquid) คือ สถานะของสสารที่มีอนุภาคอยู่ห่างกันมากกว่าของแข็ง จึงอยู่กันอย่างหลวมๆ อนุภาคของสสารจึงเคลื่อนไหวได้ง่ายขึ้น
3. ก๊าซ (Gas) คือ สถานะของสสารที่มีอนุภาคอยู่ห่างกัน จึงมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกันน้อยมาก ทำให้อนุภาคเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
สมบัติของสถานะของสสาร
ของแข็ง ไม่เปลี่ยนรูปร่าง, อยู่กับที่, ทะลุผ่านได้ยาก, บีบอัดให้เล็กลงไม่ได้
ของเหลว รูปร่างไม่แน่นอนขึ้นอยู่กับภาชนะ, ไหลได้, ทะลุผ่านได้ง่าย, บีบอัดให้เล็กลงได้ยาก
ก๊าซ รูปร่างเต็มภาชนะที่บรรจุ, ฟุ้งกระจายอย่างรวดเร็ว, ทะลุผ่านได้ง่ายมาก, บีบอัดให้เล็กลงได้ง่าย
การเปลี่ยนแปลงของสาร
1. การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เป็นการเปลี่ยนแปลงลักษณะหรือรูปร่างทั่วไปของสาร แต่ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นสารใหม่ คือองค์ประกอบทางเคมีของสารยังคงเดิม เช่นการเปลี่ยนสถานะ
2. การเปลี่ยนแปลงทางเคมี เป็นการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของสารทำให้เกิดเป็นสารใหม่ (เกิดปฏิกิริยาเคมี) สารจะมีสมบัติเปลี่ยนแปลงไปและทำให้กลับมามีสมบัติดังเดิมได้ยาก และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานด้วย
3. การเปลี่ยนแปลงพลังงาน มี 2 ประเภท คือ
ปฏิกิริยาคายความร้อน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีประเภทนี้ จะมีการคายความร้อนออกมาให้กับสิ่งแวดล้อมทำให้สิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิสูงขึ้น
ปฏิกิริยาดูดความร้อน ปฏิกิริยาเคมีประเภทนี้จะมีการดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่ระบบที่เกิดปฏิกิริยา ทำให้สิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิลดลง
การแปลงสถานะของสาร
จุดหลอมเหลว คือ อุณหภูมิที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว
จุดเดือด คือ อุณหภูมิที่ของเหลวเดือด
แผนภาพของเปลี่ยนสถานะของสาร
สมบัติของสาร
สมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะเฉพาะตัวของสารแต่ละชนิด เช่น สี กลิ่น รส สถานะ เนื้อสาร ความสามารถในการนำไฟฟ้า ความสามารถในการละลาย ความเป็นกรด - เบส จุดหลอมเหลว จุดเดือด ความหนาแน่น เป็นต้น เช่น น้ำ เป็นของเหลวใส ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น จุดเดือด 100 องศาเซลเซียส
จุดเยือกแข็ง 0 องศาเซลเซียส (C)
คำถาม ถ้าเราเพิ่มเกลือลงไปในน้ำเป็นสารละลายเกลือ(น้ำเกลือ)แล้วจะมีผลต่อจุดเดือดและจุดหลอมเหลวของน้ำเกลืออย่างไร
คำตอบ
จุดเดือดของน้ำเกลือ จะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับน้ำ คือ มากกว่า 100 C
จุดหลอมเหลวน้ำเกลือ จะต่ำลงเมื่อเทียบกับน้ำ คือ น้อยกว่า 0 C
สมบัติของสาร อาจจะนำมาแบ่งเป็น 2 ประเภท ดังนี้
ประเภทที่1 สมบัติทางกายภาพ(Physical Properties) หมายถึง สมบัติเฉพาะตัวของสารที่สามารถสังเกตเห็นได้ง่ายจากลักษณะภายนอก หรือจากการทดลองง่ายๆ โดยไม่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างทางกายภาพได้แก่ สถานะ รูปร่าง สี กลิ่น รส การละลาย จุดเดือด จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น การนำความร้อน การนำไฟฟ้า ความร้อนแฝง ความถ่วงจำเพาะ เป็นต้น
ประเภทที่2 สมบัติทางเคมี(Chemical Properties) หมายถึง สมบัติเฉพาะตัวของสารที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น การเกิดสารใหม่ การสลายตัวให้ได้สารใหม่ การเผาไหม้ การระเบิด และการเกิดสนิมของโลหะ เป็นต้น
จากสมบัติของสารสามารถแบ่งประเภทของสารโดยใช้เกณฑ์ต่าๆต่อไปนี้
1. ใช้สถานะเป็นของสาร จะแบ่งได้ 3 กลุ่ม ได้แก่
ของแข็ง ได้แก่ เกลือ(โซเดียมคลอไรด์), ลูกเหม็น(แนพทาลีน), ทองแดง, กำมะถัน พลาสติกและเหล็ก
ของเหลว ได้แก่ น้ำ น้ำเกลือ น้ำเชื่อมและปรอท
ก๊าซ ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนและคลอรีน
2. การนำไฟฟ้าเป็นเกณฑ์ สามารถแบ่งได้ 2 กลุ่ม คือ
สารที่ไม่นำไฟฟ้า ได้แก่ โซเดียมคลอไรด์ แนพทาลีน กำมะถัน เอธานอล คลอรีน คาร์บอนไดออกไซด์ พลาสติก ไฮโดรเจน น้ำเชื่อม
สารที่นำไฟฟ้า ได้แก่ ทองแดง น้ำเกลือ เหล็ก ปรอท
*** สารที่นำไฟฟ้าได้นำที่สุดคือ ทองคำ, เงิน, ทองแดง
3. การใช้สถานะและการนำไฟฟ้าเป็นเกณฑ์ สามารถแบ่ง 5 กลุ่ม คือ
ของแข็งที่ไม่นำไฟฟ้า ได้แก่ โซเดียมคลอไรด์ แคลเซียมคาร์บอเนต แนพทาลีน กำมะถัน โซเดียมไฮดรอกไซด์ และพลาสติก
ของแข็งที่นำไฟฟ้าได้ ได้แก่ ทองแดง และเหล็ก
ของเหลวที่นำไฟฟ้าได้ ได้แก่ น้ำเกลือ และปรอท
ของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า ได้แก่ เอธานอล น้ำเชื่อม และโบรมีน
ก๊าซที่ไม่นำไฟฟ้า ได้แก่ คลอรีน คาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจน
4. การละลายน้ำและความเป็นกรด-เบสของสารละลายเป็นเกณฑ์ แบ่งสารออกได้ 4 กลุ่ม คือ
สารที่ละลายน้ำได้และมีสมบัติเป็นกลาง ได้แก่ โซเดียมคลอไรด์ เอธานอล น้ำเกลือ และน้ำเชื่อม
สารที่ละลายน้ำได้และมีสมบัติเป็นกรด ได้แก่ คลอรีน คาร์บอนไดออกไซด์ และโบรมีน
สารที่ละลายน้ำได้และมีสมบัติเป็นเบส ได้แก่ โซเดียมไฮดรอกไซด์
สารที่ไม่ละลายน้ำ ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต แนพทาลีน ทองแดง กำมะถัน พลาสติก ไฮโดรเจน เหล็ก และปรอท
5. การใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์ สามาตรแยกได้ 2 ชนิด คือ
สารเนื้อเดียว (Homogeneous Substance) หมายถึง สารที่มีลักษณะเนื้อของสารและสมบัติเหมือนกันตลอดทั้งมวลของสารนั้น ได้แก่ ธาตุ สารประกอบ และสารละลาย เช่น น้ำเกลือ น้ำกลั่น ทองแดง เป็นต้น
สารเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบทางกายภาพเพียงอย่างเดียว ไม่สามารถแยกองค์ประกอบด้วยวิธีทางกายภาพได้อีก เรียกว่า สารบริสุทธิ์ (Pure Substance ) ส่วนสารเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบมากกว่า 1 อย่างและสามารถแยกองค์ประกอบออกจากกันด้วยวิธีทางกายภาพ เรียกว่า ของผสมเนื้อเดียวหรือสารละลาย (Solution)
สารบริสุทธิ์ หมายถึง สารที่ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว อาจเป็นของแข็ง ของเหลวหรือก๊าซก็ได้ อาจเป็นธาตุหรือสารประกอบก็ได้ ตัวอย่างเช่น เหล็ก ทองแดง น้ำ น้ำตาล ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นสารบริสุทธิ์ แต่น้ำเชื่อม พริกกับเกลือ ไม่ใช่สารบริสุทธิ์
สารเนื้อผสม (Heterogeneous Substance) หมายถึง สารที่มีลักษณะเนื้อของสารและสมบัติไม่เหมือนกันตลอดทั้งมวลของสารนั้น สามารถมองเห็นองค์ประกอบที่แตกต่างกันได้แก่ สารแขวนลอย เช่น น้ำโคลน ส้มต้ม ลอดช่องในน้ำกะทิ เป็นต้น
6. การใช้ความเป็นโลหะเป็นเกณฑ์
ธาตุโลหะ(metal) ได้แก่ โซเดียม (Na), เหล็ก (Fe), แคลเซียม (Ca), ปรอท (Hg), อะลูมิเนียม (Al), แมกนีเซียม (Mg), สังกะสี (Zn), ดีบุก (Sn) ฯลฯ
ธาตุอโลหะ ได้แก่ คาร์บอน(C), ฟอสฟอรัส (P),กำมะถัน (S) โบรมีน (Br), ออกซิเจน (O2) ไฮโดรเจน (H2), คลอรีน (Cl2), ฟลูออรีน (F2) เป็นต้น
ธาตุกึ่งโลหะ (metalloid) ได้แก่ โบรอน (B), ซิลิคอน (Si), เป็นต้น
สมบัติของโลหะ
1. ส่วนมากอยู่ในสถานะของแข็งยกเว้น ปรอท เป็นของเหลว ณ อุณหภูมิปกติ
2. ขัดเป็นมันวาว
3. ส่วนมากมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง
4. นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี แต่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นโลหะจะนำไฟฟ้าได้น้อยลง
5. ส่วนใหญ่มีความหนาแน่นสูง
6. เหนียวดึงเป็นเส้นหรือตีแผ่เป็นแผ่นได้
7. เคาะเสียงดังกังวาน
8. มีความโน้มเอียงที่จะเสียอิเล็กตรอนเมื่อรวมตัวกับอโลหะ
9. ส่วนใหญ่ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดได้ก๊าซไฮโดรเจน
10. เมื่อทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนได้สารประกอบออกไซด์ที่ละลายน้ำแล้วมีสมบัติเป็นเบส
สมบัติของอโลหะ
1. มีทั้งสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ณ อุณหภูมิปกติ
2. ขัดไม่เป็นมันวาว
3. ส่วนมากมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ
4. เป็นฉนวนไฟฟ้า ยกเว้นแกรไฟต์
5. มีความหนาแน่นต่ำ
6. เปราะดึงเป็นเส้นหรือตีแผ่เป็นแผ่นไม่ได้
7. เคาะไม่มีเสียงดังกังวาน
8. มีความโน้มเอียงที่จะรับอิเล็กตรอนเมื่อรวมตัวกับโลหะ
9. ไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรด
10. เมื่อรวมตัวกับก๊าซออกซิเจนจะได้สรประกอบออกไซด์ที่ละลายน้ำแล้วมีสมบัติเป็นกรด
สำหรับธาตุที่เป็นกึ่งโลหะ จะมีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะและอโลหะ เช่น นำไฟฟ้าได้เล็กน้อยที่ภาวะปกติเมื่อทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนได้สารประกอบออกไซด์ที่มีสมบัติเป็นได้ทั้งกรดและเบส เป็นต้น
สารประกอบ (Compound) หมายถึง สารบริสุทธิ์ที่เกิดจากธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป รวมตัวกันทางเคมีในอัตราส่วนโดยมวลคงที่ มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวคงที่และมีสมบัติต่างจากธาตุองค์ประกอบเดิมและไม่สามารถแยกกลับเป็นสารเดิมได้โดยง่าย เช่น เกลือ(NaCl), น้ำตาล เป็นต้น
สารละลาย (Solution) หมายถึง สารเนื้อเดียวที่ไม่บริสุทธิ์ เกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกัน สารละลายแบ่งส่วนประกอบได้ 2 ส่วนคือ
1. ตัวทำละลาย (Solvent) หมายถึง สารที่มีความสามารถ ในการทำให้สารต่างๆ ละลายได้ โดยไม่ทำปฏิกิริยาเคมีกับสารนั้น
2. ตัวละลาย (Solute) หมายถึง สารที่ถูกตัวทำละลายละลายให้กระจายออกไปทั่วในตัวทำละลายโดยไม่ทำปฏิกิริยาเคมีต่อกัน
สารละลายมีทั้ง 3 สถานะ คือ สารละลายของแข็ง สารละลายของเหลว และสารละลายแก๊ส
สารละลายของแข็ง หมายถึง สารละลายที่มีตัวทำละลายมีสถานะเป็นของแข็ง เช่น ทองเหลือง นาก โลหะบัดกรี สัมฤทธิ์ เป็นต้น
สารละลายของเหลว หมายถึง สารละลายที่มีตัวทำละลายมีสถานะเป็นของเหลว เช่น น้ำเชื่อม น้ำหวาน น้ำเกลือ น้ำปลา น้ำส้มสายชู น้ำอัดลม เป็นต้น
สารละลายแก๊ส หมายถึงสารละลายที่มีตัวทำละลายมีสถานะเป็นแก๊ส เช่น อากาศ แก๊สหุงต้ม ลูกเหม็นในอากาศ ไอน้ำในอากาศ เป็นต้น
** น้ำด่างทับทิม ประกอบน้ำเป็นตัวทำละลายและด่างทับทิมเป็นตัวละลาย
** น้ำอัดลม ประกอบด้วยน้ำเป็นตัวทำละลายและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวละลาย
กรด-เบส
กรด (acid) หมายถึง สารที่มีธาตุ H (H+) เป็นองค์ประกอบที่สําคัญ เช่น กรดไฮโดรคลอลิก (HCl), กรดซัลฟิวริก (H2SO4), กรดอะซิติก (CH3COOH), วิตามินซี
เบส (base) หมายถึง สารประกอบออกไซด์หรือไฮดรอกไซด์ของโลหะ (OH-)หรือ เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH), แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (CaOH), น้ำสบู่
เมื่อนำสารเหล่านี้มาทดสอบด้วยกระดาษลิตมัส
ถ้าสารละลายนั้นเป็นกรด จะเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นสีแดง
ถ้าสารละลายนั้นเป็นเบส จะเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน
สมบัติโดยทั่วไปของกรด-เบส
สารละลายกรด
1. มีรสเปรี้ยว
2. เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีน้ำเงินเป?นสีแดง
3. ทําปฏิกิริยากับเบสได้เกลือกับน้ำหรือเกลือเพียงอย่างเดียว
4. นําไฟฟ้าได้
5. ทําปฏิกิริยากับโลหะบางชนิด เช่น สังกะสี(Zn), Mg (แมกนีเซียม), เหล็ก(Fe), อลูมิเนียม (Al)
สารละลายเบส
1. มีรสฝาด
2. เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน
3. ทําปฏิกิริยากับเบสได้เกลือน้ำหรือเกลือเพียงอย่างเดียว
4. นําไฟฟ้าได้
5. ลื่นคล้ายสบู่ เมื่อนําไปต้มกับไขมันจะได้สบู่
ค่า pH
ค่า pH คือ ค่าที่บอกความเป็นกรด-เบสของสารละลาย ระหว่าง 1-14 (กรด กลาง เบส)
สารละลาย(ค่า pH)
น้ำย่อยในกระเพาะอาหาร (1.0-2.0)
น้ำมะนาว (2.4)
น้ำส้มสายชู (3.0)
น้ำองุ่น (3.2)
น้ำส้มคั้น (3.5)
น้ำปัสสาวะ (4.8-7.5)
น้ำลาย (6.4-6.9)
นมสด (6.5)
น้ำบริสุทธิ์ (7.0)
เลือด (7.35-7.45)
น้ำตาล (7.4)
** ความเป็น กรด มากค่า pH จะยิ่งต่ำลง
** ความเป็น เบส มากค่า pH จะยิ่งมากขึ้น
สารประกอบบางชนิดที่ควรทราบ
ชื่อสามัญ (ชื่อสารประกอบ) สูตรเคมี
กรดน้ำอัดลม (Carbonic acid) H2CO3
กรดกำมะถัน (Sulfuric acid) H2SO4
กรดเกลือ (Hydrochloric acid) HCl
ก๊าซไข่เน่า (Hydrogen sulfide) H2S
กรดน้ำส้ม (Acetic acid) CH3COOH
หินปูน (Calcium carbonate) CaCO3
เกลือแกง (Sodium chloride) NaCl
ทราย (Silicon dioxide) SiO2
โซดาไฟ (Sodium hydroxide) NaOH
ปูนขาว (Calcium hydroxide) Ca(OH)2
กรดกัดแก้ว (Fluoric acid) HF
เอทานอล (Ethanol) (เอทิลแอลกอฮอล์) C2H5OH
เมทานอล (Methanol) (เมทิลแอลกอฮอล์) CH3OH
* * * * *
