Introduction to Chemistry

งานนำเสนอเรื่อง: "Introduction to Chemistry"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 Introduction to Chemistry
เคมีทั่วไป Introduction to Chemistry Chemistry เป็นวิทยาศาสตร์ทางการทดลอง (experimental science) โดยศึกษาสมบัติของสสาร การเปลี่ยนแปลงของสสารเมื่อมีการเกิดปฏิกิริยากับสสารอื่นหรือเมื่อมีการรับหรือให้พลังงาน

2 การศึกษาการเกิดปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นบนโลกมนุษย์
สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ 1.การเปลี่ยนแปลงโลกมหทรรศน์ (macroscopic world) เช่น การเกิดสนิมเหล็ก 2. การเปลี่ยนแปลงระดับจุลทรรศน์ (miscropic world) ศึกษาสมบัติและพฤติกรรมต่างๆของโลหะในระดับอะตอม และการสร้างพันธะในระดับโมเลกุล ต้องใช้เครื่องมือ

3 เคมีซึ่งใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆที่แตกต่างกันเป็น 5 สาขา
เคมีอินทรีย์ (Organic chemistry) ศึกษาสมบัติและปฏิกิริยาเคมี ของสารประกอบ ที่มีธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบและการสังเคราะห์สารอินทรีย์ 2. เคมีอนินทรีย์ (Inorganic chemistry) ศึกษาสมบัติ และปฏิกิริยาเคมี ของธาตุทั้งหมดและสารประกอบที่เกิดขึ้น ในตารางธาตุ การสร้างสารประกอบเชิงซ้อน 3. เคมีเชิงฟิสิกส์ (Physical chemistry) เป็นศึกษาเกี่ยวกับกฎ ทฤษฎี และสมมติฐานของเคมีเพื่อใช้อธิบายปฏิกิริยาต่างๆ ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของสสาร ในด้านพลังงาน

4 4. เคมีวิเคราะห์ (Analytical chemistry) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการหา
ส่วนประกอบของสาร าธาตุ หรือสารประกอบ โดยแบ่งได้เป็นอีก 2 สาขาได้แก่ 4.1 การวิเคราะห์เชิงคุณภาพ (Qualitative analysis) เป็นการศึกษาหาองค์ประกอบของสสาร โดยใช้เครื่องมือ 4.2 การวิเคราะห์เชิงปริมาณ (Quantitative analysis) หาปริมาณ ของธาตุ หรือ สารประกอบ ที่รวมกันเข้าเป็นองค์ประกอบของสารนั้น 5. ชีวเคมี (Biochemistry) ศึกษาสารเคมีที่เกี่ยวข้องในสิ่งมีชีวิต เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน เกลือแร่ วิตามิน ตลอดจนเอ็นไซน์และฮอร์โมนต่างๆ

5 ขั้นตอนวิธีการทางวิทยาศาสตร์

6 กฎ (law) หมายถึง การนำเอาทฤษฎี หรือ สมมติฐานมาพิสูจน์ หรือทดสอบโดย
การทดลองหรืออยู่ในรูปสมการคณิตศาสตร์โดยมีตัวแปร และ สัญลักษณ์ต่างๆซึ่งเห็นจริง สมมติฐาน (hypothesis) หมายถึง เป็นข้อความที่อธิบาย หรือ ให้เหตุผลเกี่ยวกับที่มาของกฎ ทฤษฎี (theory) หมายถึง ข้อมูลหลัก ซึ่งผ่านการตรวจสอบ ทดลองได้ว่าเป็นจริง

7 สสาร (Matter) สสาร (Matter) : สิ่งที่มีมวลและต้องการที่อยู่
สารวิวิธพันธ์ : สารที่ไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน สารเอกพันธ์ : สารที่มีเนื้อเดียวกันตลอด

8 การจำแนกสสาร (Classification of Matter)
ไม่จำเป็นต้องมีอัตราส่วนขององค์ ประกอบที่แน่นอน จำเป็นต้องมีอัตราส่วนขององค์ ประกอบที่แน่นอน ของผสม (Mixture) การแยกทางกายภาพ สารบริสุทธ์ (Pure Substance) สารวิวิธพันธ์ (Heterogeneous Mixture) สารเอกพันธ์ (Homogeneous Mixture) สารประกอบ (Compound) ธาตุ (Element) การแยกทางกายภาพ การแยกทางเคมี

9 -สารบริสุทธิ์ (pure compounds) คือ สารที่มีองค์ประกอบคงที่
และมีสมบัติเฉพาะตัว ซึ่งแยกออกได้เป็น 2 ชนิด คือ ธาตุและสารประกอบ -ธาตุ (elements) คือ สารบริสุทธิ์ ที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน -สารประกอบ (compounds) คือ การรวมตัวของธาตุตั้งแต่ 2ธาตุขึ้นไป โดยมีอัตราส่วน ที่แน่นอน เช่น H2O HCl H2SO4(ของเหลว) CuSO4 (ของแข็ง) CO2(แก๊ส)

10 -อะตอมซึ่งจะมีองค์ประกอบเป็น อิเล็กตรอน นิวตรอน โปรตอน
-อะตอมซึ่งจะมีองค์ประกอบเป็น อิเล็กตรอน นิวตรอน โปรตอน โปรตอน คือ อนุภาคที่มีประจุบวกอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม นิวตรอน คือ อนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม อิเล็กตรอน คือ อนุภาคที่มีประจุลบอยู่รอบๆนิวเคลียสของอะตอม โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน

11 สมบัติของสสาร สมบัติทางกายภาพ (Physical Properties) สมบัติของสสารที่สามารถวัดได้โดยไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เช่น สี ขนาด ความหนาแน่น การนำไฟฟ้า จุดหลอมเหลว จุดเดือด สมบัติทางเคมี (Chemical Properties) สมบัติที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสสาร เช่น ติดไฟได้ ทำปฏิกิริยากับอากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ การเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงทางเคมี มีการเปลี่ยนแปลงชนิดของสาร การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ไม่มีการเกิดสารชนิดใหม่

12 สถานะของสาร (State of Matter)
รูปแบบการจัดเรียงตัวของอนุภาคของสสาร ซึ่งส่งผลให้มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสสารและสมบัติทางกายภาพของสสารที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ของแข็ง (Solid) ของเหลว (Liquid) แก๊ส (Gas) การเปลี่ยนสถานะของสสารไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงทางเคมี

13 พลังงาน (Energy) ความสามารถในการทำงาน ไม่มีมวลและปริมาตร
ความสามารถในการทำงาน ไม่มีมวลและปริมาตร Kinetic energy : พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของสสาร เช่นพลังงานกล พลังงานแสง พลังงานไฟฟ้า Potential energy : พลังงานที่สะสมอยู่ในสสารที่อยู่นิ่ง เช่น พลังงานในอาหาร พลังงานเนื่องจากแรงโน้มถ่วง พลังงานสามารถถ่ายเทระหว่างสสารกับสิ่งแวดล้อม หรือระหว่างสสารด้วยกันได้ พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปได้ เช่น พลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานศักย์เป็นพลังงานจลน์ พลังงานศักย์ในอาหารเป็นพลังงานความร้อน

14 กฎพื้นฐาน (Fundamental Laws)
กฎพื้นฐานที่มีความสำคัญกับการศึกษาวิชาเคมี กฎทรงมวล (Law of Conservation of Mass): มวลของสารก่อนทำปฏิกิริยา เท่ากับมวลของสารหลังทำปฏิกิริยา กฎทรงพลังงาน (Law of Conservation of Energy): พลังงานเป็นสิ่งไม่สูญหาย แต่เปลี่ยนจากรูปหนึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งได้ กฎสัดส่วนคงที่ (Law of Definite Proportions) : สารเคมีบริสุทธิ์ใดก็ตาม ธาตุที่เป็นองค์ประกอบของสารนั้น จะมีสัดส่วนโดยมวลคงที่เสมอ

15 หน่วยและการวัด (Measurement Units)
การศึกษาวิทยาศาสตร์จะเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณต่าง ๆ เสมอ การวัด (Measurement) คือการศึกษาสมบัติ (property) ต่าง ๆ ของระบบที่เราสนใจ โดยการวัดปริมาณที่เกี่ยวข้องกับสมบัตินั้น ๆ เช่น น้ำหนัก ปริมาตร ความหนาแน่น การดูดหรือคายพลังงาน ระดับชั้นพลังงาน หน่วยวัด (Measuring unit) ค่าที่ได้จากการวัดจะต้องระบุหน่วยวัดเสมอ เพื่อใช้เป็นตัวอ้างอิง โดยหน่วยวัดที่ใช้ขึ้นกับความนิยมหรือจุดประสงค์ในการวัด หน่วยวัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น ระบบเมตริก และ ระบบ SI* ปริมาณที่ไม่มีหน่วย ถือว่าไม่มีความหมาย! เช่น ระยะทาง (ไม่สามารถบอกได้ว่ายาวแค่ไหน)

16 ระบบ SI (SI Units) SI unit (International System Unit หรือ Système international d'unités) เป็นหน่วยสากลที่ใช้ในปัจจุบันในทางธุรกิจและวิทยาศาสตร์ หน่วยหลัก (SI base units) ของ ระบบ SI ปริมาณ หน่วย สัญลักษณ์ ความยาว Metre m มวล Kilogram kg เวลา Second s อุณหภูมิ Kelvin K ปริมาณสาร Mole mol กระแสไฟฟ้า Ampere A ความเข้มของแสง Candela Cd

17 ระบบ SI (SI Units) หน่วยอนุพันธ์ (derived unit) ของ SI ตัวอย่าง
ความเร็ว พลังงาน(จลน์) ปริมาณ หน่วย สัญลักษณ์ ความหมาย ความถี่ Hertz Hz s1 แรง Newton N kg m s 2 พลังงาน Joule J kg m2 s 2 ความดัน Pascal Pa kg s 2 m 1

18 ตัวคูณหน่วย เพื่อให้หน่วยที่ใช้มีความเหมาะสมกับปริมาณค่าที่วัด เราอาจใช้ตัวคูณ (Prefix) กับหน่วยวัดได้ คำนำหน้า สัญลักษณ์ เลขคูณ mega M 106 kilo k 103 deci d 10-1 centi c 10-2 milli m 10-3 micro  10-6 nano n 10-9

19 หน่วยวัดอื่นๆ ที่นิยมใช้
ความยาว (L) angstrom (A) = 1x10-10 m decimetre (dm) = 10 cm = 0.1 m อุณหภูมิ (T) degree celcius (°C) = T(K) – ปริมาตร (V) litre (L) = 1000 ml = 1 dm3 ความดัน (P) atmosphere (atm) = Pa = bar bar = 105 Pa พลังงาน (E) calorie (cal) = J

20 การแปลงหน่วยและการเลือกใช้หน่วย
เราสามารถแปลงหน่วยวัดได้ (ต้องเป็นหน่วยวัดของปริมาณแบบเดียวกัน) โดยใช้การเทียบค่าหรือใช้ตัวแปลงหน่วย (conversion factor) 1 kg = 1000 g  2.5 kg = 2.5 (1000 g) = 2500 g 1 m = 100 cm  0.5 m3 = 0.5 (100 cm)3 = 0.5 x 106 cm  10 cm3 = 10 (1/100 m)3 = 10x10-6 m3 1 bar = 1 bar (1) = 1 bar (atm/1.013 bar) = atm ค่าคงที่อาจมีค่าแตกต่างกันได้ขึ้นกับหน่วยที่ใช้ เช่น ค่าคงที่ของแก๊ส: R = J K-1 mol-1 = L atm K-1 mol-1

21 เลขนัยสำคัญ (Significant Figures)
ปริมาณต่าง ๆ ที่วัดได้จะมีความคลาดเคลื่อนเนื่องจากการวัดหรือการอ่านค่าเสมอ ตัวเลขที่เขียนไว้เพื่อแสดงผลของการวัดโดยรวมเอาตัวเลขที่ยังมีความสงสัย (ประมาณ) อยู่ด้วยหนึ่งตำแหน่ง เรียกว่า เลขนัยสำคัญ ความคลาดเคลื่อนของปริมาณต่าง ๆ ระบุได้โดยจำนวนของเลขนัยสำคัญ จำนวนเลขนัยสำคัญน้อย มีความคลาดเคลื่อนมาก จำนวนเลขนัยสำคัญมาก มีความคลาดเคลื่อนน้อย เช่น ความยาว 1.5 m จะมีความคลาดเคลื่อนมากกว่าความยาว 1.54 m

22 การนับจำนวนเลขนัยสำคัญ
กฎการนับจำนวนเลขนัยสำคัญ นับ ... ตัวเลขที่ไม่ใช่ศูนย์ทุกตัว เลขศูนย์ที่อยู่ระหว่างเลขนัยสำคัญตัวอื่น เลขศูนย์ที่อยู่หลังเลขทศนิยมและต้องตามหลังเลขนัยสำคัญตัวอื่น การเขียนเลขเชิงวิทยาศาสตร์สามารถใช้ในการกำหนดจำนวนเลขนัยสำคัญได้ ตัวอย่าง 3.45 x , 1.00 x 102 5 3 1 3 3 4 5 3 3

23 การคำนวณเลขนัยสำคัญ การบวก/ลบ เลขนัยสำคัญ การคูณ/หาร เลขนัยสำคัญ
บวก/ลบ ตามปกติ ปัดตัวเลขสุดท้ายให้มีจำนวนเลขทศนิยมเท่ากับตัวเลขที่มีเลขทศนิยมน้อยที่สุด การคูณ/หาร เลขนัยสำคัญ คูณ/หาร ตามปกติ ปัดตัวเลขสุดท้ายให้มีจำนวนเลขนัยสำคัญเท่ากับตัวเลขที่มีจำนวนเลขนัยสำคัญน้อยที่สุด = = 7.43 (3) (1.002 x 1.5) / 30.0 = = หรือ 5.0 x 10-2 (2) (1.002 x 1.5) / 30 = = 0.05 หรือ 5 x (1) ไข่ 1 ฟอง หนัก g ไข่ 1 โหล หนักเท่าไร x 12 = g = g (4) (12 เป็นค่าที่ไม่ใช่ค่าจากการวัด)

24

25 จากหน่วยเคลวิน (K) องศาเซลเซียส (C)
จากองศาเซลเซียส(C) องศาฟาเรนศ์ไฮด์ (F) C = (F-32) หรือ (F) = (C) + 32

26 แบบฝึกหัด จงระบุว่าสมบัติของเหล็กต่อไปนี้เป็นสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมี จุดหลอมเหลวเท่ากับ 1811 K เกิดสนิมเมื่อมีความชื้น ความหนาแน่นเท่ากับ 7.86 g/cm3 ไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับน้ำตาลทราย จงจำแนกสารต่อไปนี้ว่าเป็นชนิดใด นม น้ำตาลทราย พริกกับเกลือ อากาศ สร้อยเงิน 100% กล่องลูกบาศก์ยาวด้านละ 1.00 m จำนวน 2 กล่อง มีปริมาตรกี่ ml อะตอมทองแดงหนัก amu ทองแดง 20 อะตอมหนักเท่าใด แก๊ส 1.00 โมล มีปริมาตรเท่าใดที่ความดัน 1.00 bar อุณหภูมิ 20.0 °C