flat | ระบบและการเปลี่ยนแปลง | การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ | ประเภทของระบบ | พลังงานกับการเปลี่ยนแปลงสถานะ | พลังงานกับการละลาย | การละลายของสารในตัวทำละลายชนิดต่างๆ | พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี | สมการเคมี | HOME

ระบบและการเปลี่ยนแปลง

สารต่างๆ ที่ใช้ในชีวิตประจำวันมีสมบัติเฉพาะหลายประการ การที่สมบัติของสารแตกต่างไปจากเดิม ซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติหรือเกิดจากการกระทำอย่างใดอย่างหนึ่ง แสดงว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น เมื่อสารเกิดการเปลี่ยนแปลงจะมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเสมอ

ระบบ (system) หมายถึง สิ่งที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษา การกำหนดองค์ประกอบของระบบขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของการศึกษา ซึ่งต้องกำหนดหรือระบุให้ชัดเจน

สิ่งแวดล้อม (environment) หมายถึง สิ่งต่างๆ ที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษา ตัวอย่างการกำหนดองค์ประกอบของระบบ เช่น การศึกษาสารละลายน้ำตาลทรายในน้ำ ดังนี้

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

เป็นการถ่ายเทพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม เมื่อระบบเกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะใดลักษณะหนึ่งจะมีพลังงานเกี่ยวข้องด้วยเสมอ ซึ่งระบบอาจมีพลังงานเพิ่มขึ้นหรือลดลง เพื่อให้ระบบมีพลังงานสมดุลกับสิ่งแวดล้อม การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบมี 2 ประเภท คือ
  • การเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อนหรือประเภทคายพลังงาน คือการเปลี่ยนแปลงที่ระบบคายพลังงานให้แก่สิ่งแวดล้อม เนื่องจากระบบมีอุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล้อม จึงถ่ายเทพลังงานจากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อม เช่น การละลายของโซดาไฟในน้ำ อุณหภูมิของสารละลายสูงขึ้น จึงถ่ายเทพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม ดังสมการต่อไปนี้
  • การเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อนหรือประเภทดูดพลังงาน คือการเปลี่ยนแปลงที่ระบบดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อม เนื่องจากระบบมีอุณหภูมิต่ำกว่าสิ่งแวดล้อม ระบบจะปรับตัวโดยดูดพลังงานความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่ระบบ เพื่อทำให้อุณหภูมิของระบบเท่ากับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม เช่น ระบบการหลอมเหลวของน้ำแข็ง ซึ่งจะดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อมทำให้น้ำแข็งหลอมเหลวเป็นน้ำและมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น จนเท่ากับอุณหภูมิห้อง โดยมีความสัมพันธ์ระหว่างระบบกับพลังงาน ดังนี้

ประเภทของระบบ

ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม ซึ่งอาจทำให้เกิดการถ่ายเทมวลของสารหรือไม่ก็ได้ ดังนี้ จึงใช้การถ่ายเทมวลของสารเป็นเกณฑ์ในการแบ่งประเภทของระบบดังนี้

  1. ระบบเปิด (open system) หมายถึง ระบบที่มีการถ่ายเทมวลให้กับสิ่งแวดล้อม
  2. ระบบปิด (closs system) หมายถึง ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทมวลให้กับสิ่งแวดล้อม


พลังงานกับการเปลี่ยนแปลงสถานะ

ในธรรมชาติสารแต่ละชนิดจะปรากฏอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งอาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซเช่น เหล็กเป็นของแข็ง น้ำเป็นของเหลว อากาศเป็นก๊าซ เป็นต้น เราสามารถทำให้สารเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งได้ และสามารถทำให้สารเปลี่ยนแปลงเป็นสถานะเดิมได้ การเปลี่ยนสถานะของสาร เป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ซึ่งมีสารใหม่เกิดขึ้นในขณะที่สารเปลี่ยนสถานะ

การเปลี่ยนสถานะของสารอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน ตัวอย่างการเปลี่ยนสถานะของสารที่พบในชีวิตประจำวัน ได้แก่ น้ำแข็งหลอมเหลวกลายเป็นเป็นน้ำและน้ำได้รับความร้อนกลายเป็นไอน้ำเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อน ในทางตรงกันข้าม เมื่อไอน้ำเปลี่ยนสถานะกลับมาเป็นน้ำและน้ำแข็ง เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อน

image (3).jpg
การเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ํา

พลังงานกับการละลาย

การละลาย หมายถึง การที่อนุภาคของสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปแทรกรวมเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อของแข็งละลายน้ำจะแตกตัวออกเป็นอนุภาคเล็กๆ ในการแตกตัวออกจากกันระบบจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ซึ่งระบบต้องดูดพลังงานเพื่อทำให้อนุภาคของแข็งที่รวมตัวกันอยู่แยกออกจากกัน และเมื่ออนุภาคของของแข็งกระจายแทรกอยู่ระหว่างโมเลกุลของน้ำจะยึดเหนี่ยวกับโมเลกุลของน้ำได้ ระบบจะต้องคายพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง



ดังนั้นการละลายของสารชนิดหนึ่งอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อนหรือคายความร้อน ขึ้นอยู่กับผลต่างของพลังงานที่ใช้แยกอนุภาคของของแข็งกับพลังงานที่คายออกมา เพื่อให้อนุภาคของของแข็งยึดเหนี่ยวกับน้ำ
การละลายของสารเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงาน แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
  • การละลายประเภทดูดพลังงานหรือดูดความร้อน คือการละลายที่ใช้พลังงานในการแยกอนุภาคของของแข็งมากกว่าพลังงานที่ใช้ยึดเหนี่ยวระหว่างของแข็งกับน้ำ เช่น การละลายของโพแทสเซียมไนเตรต (KNO3) แอมโมเนียมไนเตรต (NH4NO3) เป็นต้น
  • การละลายประเภทคายพลังงานหรือ คายความร้อนคือ การละลายที่ใช้พลังงานในการแยกอนุภาคของของแข็งน้อยกว่าพลังงานที่ใช้ยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของแข็งกับน้ำ เช่น การละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)2) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต (CuSO4) เป็นต้น


การละลายของสารในตัวทำละลายชนิดต่างๆ

การละลาย หมายถึง การที่อนุภาคของสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปแทรกรวมเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อของแข็งละลายน้ำจะแตกตัวออกเป็นอนุภาคเล็กๆ ในการแตกตัวออกจากกันระบบจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ซึ่งระบบต้องดูดพลังงานเพื่อทำให้อนุภาคของแข็งที่รวมตัวกันอยู่แยกออกจากกัน และเมื่ออนุภาคของของแข็งกระจายแทรกอยู่ระหว่างโมเลกุลของน้ำจะยึดเหนี่ยวกับโมเลกุลของน้ำได้ ระบบจะต้องคายพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง

ในชีวิตประจำวันจะเห็นว่าน้ำเป็นตัวทำละลาย
ที่ดี จึงใช้น้ำในการทำกิจกรรมต่างๆ มากมาย เช่น ในการชำระสิ่งสกปรก ใช้ประกอบอาหาร ใช้เป็นส่วนผสมของเครื่องดื่มประเภทต่างๆ และยารักษาโรค เป็นต้น แต่ก็มีบางชนิดที่ไม่สามารถละลายในน้ำได้ เช่น หมึกแห้งหรือไขมันที่เปื้อนมากับเสื้อผ้า เป็นต้น

จึงได้นำของเหลวบางชนิดที่ใช้ละลายสารที่ไม่สามารถละลายในน้ำได้มาเป็นตัวทำละลายแทน เช่น แอลกอฮอล์ เฮกเซน น้ำมันก๊าซ น้ำมันเบนซิน โทลูอีน เป็นต้น

"สารบางชนิดละลายได้ดีในตัวทำละลายชนิดหนึ่ง แต่อาจไม่ละลายในตัวทำละลายชนิดอื่น เช่น เกลือแกงละลายได้ดีในน้ำ แต่ไม่ละลายในเอทานอลและน้ำมันก๊าด น้ำมันพืชละลายในเอทานอลเล็กน้อย แต่ละลายได้ดีในน้ำมันก๊าด เทียนไขละลายได้ดีในน้ำมันก๊าด แต่ไม่ละลายน้ำและเอทานอล ส่วนหมึกแห้งละลายได้ดีในเอทานอลและน้ำมันก๊าด แต่ไม่ละลายในน้ำ

ดังนั้น การเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมจะสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันได้"

พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี


ปฏิกิริยาเคมี เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดสารใหม่ โดยอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน หรือคายพลังงาน

การเปลี่ยนแปลงใดก็ตามที่ได้สารใหม่เกิดขึ้น (สมบัติของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ต่างกัน) ถือว่าการเปลี่ยนแปลงนั้น เกิดปฎิกริยาเคมี ซึ่งเมื่อมีปฎิกริยาเคมีเกิดขึ้น จะมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเสมอ ซึ่งมี 2 ประเภทเช่นกัน
  • ปฎิกริยาเคมีแบบดูดความร้อน ปฎิกริยาแบบนี้จะทำให้ระบบมีพลังงานสูงขึ้น
  • ปฎิกริยาเคมีแบบคายความร้อน ปฏิกริยาแบบนี้จะทำให้ระบบมีพลังงานต่ำลง


สมการเคมี


เราทราบว่า เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารใหม่สมบัติต่างไปจากเดิม เราเรียกว่า "การเกิดปฏิกิริยาเคมี" ซึ่งสามารถเขียนสมการเคมีแสดงการเกิดปฏิกิริยาของสารได้ การเขียนสมการเคมีแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น มีส่วนประกอบ ดังนี้

  • สารตั้งต้น (reactant) หมายถึง สารที่มีอยู่เดิมหรือสารที่นำมาทดลอง เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์หรือสูตรเคมี ถ้ามีมากกว่า 1 สารให้ใช้เครื่องหมาย (+) คั่นระหว่างสาร




การเปลี่ยนสถานะของเทียนไข








http://www.youtube.com/watch?v=XECU9r1GUc8


HOME

line7.gif