ความรู้ทางเคมีที่สำคัญสำหรับวิศวกรทั่วไป

ถา H2 – electrode เปน cathode E0 = 0.0 V electrode คอู นื่ เปน anode เชน
H + /H 2

oxidation : Zn / Zn2+ E0 = 0.76 V
Zn/Zn 2+

ถาเขียนแบบ reduction : Zn2+ / Zn E0 = - 0.76 V
Zn 2+ /Zn

การเขียน standard electrode potential นิยมเขียนเปน สมการ reduction
เรียกวา standard reduction potential ( E0 )

สามารถหาคา standard reduction potential ของ electrode ทุกตวั โดยเทียบกบั H2

– electrode

เชน ตองการหา potential ของ Cu-electrode

แผนภาพเซลล: Pt(s) / H2(g, 1 atm) / H+(aq, 1 M) // Cu2+(aq, 1 M) / Cu(s) E0
Anode : H2 (g, 1 atm) → 2H+ (aq), 1 M) + 2 e- H 2 /H +

Cathode : Cu2+ (aq, 1 M) + 2 e- → Cu (s) E0
Cu 2+ /Cu

Overall : H2 (g, 1 atm) + Cu2+ (aq, 1 M) → 2H+ (aq, 1 M) + Cu (s)

วดั จาก Voltmeter E0cell = 0.34 V ท่ี 250C
E0cell = E0ox + E0red

0.34 E= 0 + 0
Cu 2+ /Cu

ดงั นน้ั จะไดศ ักยไ ฟฟามาตรฐานของทองแดงเทา กบั 0.34 V

และ standard reduction potential คอื E =0 + 0.34 V
Cu 2+ /Cu

ตารางท่ี 1 Standard Reduction Potentials at 25oC* EO ( V )
- 3.05
Half reactions - 2.93
- 2.89
Li+(aq) + e- → Li(s) - 2.87
K+(aq) + e- → K(s) - 2.71
Sr2+(aq) + 2e- → Sr(s) - 2.37
Ca2+(aq) + 2e- → Ca(s) - 1.85
Na+(aq) + e- → Na(s) - 1.66
Mg2+(aq) + 2e- → Mg(s) - 1.18
Be2+(aq) + 2e- → Be(s) - 0.83
Al3+(aq) + 3e- → Al(s) - 0.76
Mn2+(aq) + 2e- → Mn(s) - 0.74
2H2O + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq) - 0.44
Zn2+(aq) + 2e- → Zn (s) - 0.40
Cr3+(aq) + 3e- → Cr (s) - 0.28
Fe2+(aq) + 2e- → Fe (s) - 0.25
Cd2+(aq) + 2e- → Cd (s) - 0.14
Co2+(aq) + 2e- → Co (s) - 0.13
Ni2+(aq) + 2e- → Ni (s)
Sn2+(aq) + 2e- → Sn (s) 0.00
Pb2+(aq) + 2e- → Pb (s) + 0.13
2H+(aq) + 2e- → H2 (g) + 0.15
Sn4+(aq) + 2e- → Sn2+(aq) + 0.22
Cu2+(aq) + e- → Cu+(aq) + 0.34
AgCl(s) + e- → Ag (s) + Cl-(aq) + 0.40
Cu2+(aq) + 2e- → Cu (s) + 0.53
O2(g) + 2H2O + 4e- → 4OH-(aq) + 0.68
I2(s) + 2e- → 2I-(aq) + 0.77
O2(g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O2(aq) + 0.80
Fe3+(aq) + e- → Fe2+(aq)
Ag+(aq) + e- → Ag(s)

Half reactions EO ( V )
+ 0.85
Hg 2+ (aq) + 2e- → 2Hg(l) + 0.92
2 + 1.07
+ 1.23
2Hg2+(aq) + 2e- → Hg 2+ (aq) + 1.23
2 + 1.36
+ 1.50
Br2(l) + 2e- → 2Br-(aq) + 1.51
O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O + 1.61
+ 1.77
MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e- → Mn2+(aq) 2H2O + 1.82
+ 2.07
Cl2(g) + 2e- → 2Cl-(aq) +2.87

Au3+(aq) + 3e- → Au(s)

MnO − (aq) + 8H+(aq) + 5e- → Mn2+(aq) + 4H2O
4

Ce4+(aq) + e- → Ce3+(aq)

H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e- → 2H2O

Co3+(aq) + e- → Co2+(aq)

O3(g) + 2H+(aq) + 2e- → O2(g) + H2O

F2(g) + 2e- → 2F- (aq)

ขอสงั เกต
1. ศกั ยไฟฟาเปนคา มาตรฐานที่ 250C ความเขม ขน 1 M หรอื ความดัน 1 atm

2. อิเลก็ โทรดท่ีเปน แอโนด (anode) จะมคี า ศักยไ ฟฟา ตาํ่ กวา อเิ ล็กโทรดที่เปน

แคโทด (cathode)
3. E0 มคี านอย แปลวา เปน reducing agent ทด่ี ี (ให e- ดกี วา)
4. E0 มีคา มาก แปลวา เปน oxidizing agent ที่ดี (รบั e- ดกี วา )

ตัวอยางท่ี 1 จงเรียงลําดับ oxidizing agent จากมากไปนอย

จากตารางที่ 1 เทียบคาศักยไ ฟฟาจากตาราง
MnO4- ในกรด E0 = + 1.51 V
Co3+ E0 = + 1.82 V
Ag+ E0 = + 0.80 V
Sn2+ E0 = - 0.14 V
Al3+ E0 = - 1.66 V

จะได Co3+ > MnO4- > Ag+ > Sn2+ > Al3+
∴ คา E0 นอย เปน reducing agent ให e-

คา E0 มาก เปน oxidizing agent รบั e-

ตัวอยา งท่ี 2 จงคํานวณหาคา E0cell เมือ่ เซลไฟฟา มี Mg electrode ใน 1.0 M Mg(NO3)2 ,

Ag electrode ใน 1.0 M AgNO3

จากตารางที่ 1 : Mg2+(aq , 1 M ) + 2 e- → Mg (s) E0 = - 2.37 V

Ag+ (aq , 1 M ) + e- → Ag (s) E0 = + 0.80 V

Anode : Mg (s) → Mg2+(aq , 1 M ) + 2 e- E0 = + 2.37 V

Cathode : 2 [Ag+ (aq , 1 M) + e- → Ag (s)] E0 = + 0.80 V

2Ag+ (aq , 1 M) + 2 e- → 2Ag (s) E0 = +

0.80 V

Overall : Mg (s) + 2 Ag+ (aq , 1 M ) → Mg2+(aq , 1 M ) + 2 Ag (s)

E0cell = 2.37 + 0.80 V = 3.17 V เปน spontaneous ∴ การคูณจํานวนโมล
ไมมผี ลตอ E0

การเกดิ เองไดข องปฏิกริ ิยารดี อกซ (Spontaneity of Redox reactions)

ปฏิกริ ยิ ารีดอกซ จะเกดิ ไดเ องหรือไมตอ งพิจารณาจากเทอมของ thermodynamics คอื

∆G = free energy change
= Wmax = พลังงานท่ีเปล่ยี นของระบบ
= Welec = พลังงานไฟฟา
= - nFE0cell
∆G0 = - nFE0cell

เม่ือ n คอื อเิ ลก็ ตรอนทถ่ี า ยเทในปฏิกิริยารีดอกซ

F คอื คาคงทีข่ อง ฟาราเดย (faraday) พบวา 1 ฟาราเดย เทา กบั

96500 คลู อมบ Eocell คือ ศกั ยไ ฟฟา ของเซลลไ ฟฟาเคมี

สําหรับขบวนการทเี่ กิดเองไดน ้ัน ∆G0 จะมีคาตดิ ลบ และคา n, F ก็มีคา เปน บวก ดังน้ัน
E0 ตอ งเปนบวก

จาก ∆G0 = - RT ln K

∴ - nFE0cell = - RT ln K
RT
E0cell = nF ln k

E0cell = 0.059
n log K

∆G0 E0cell reaction state K

ลบ บวก spontaneous > 1

0 0 equilibrium =1

บวก ลบ non–spontaneous < 1

ตวั อยา งท่ี 3 จงทํานายวา ปฏกิ ริ ิยาตอไปนเี้ กิดข้นึ ในสารละลายในน้าํ ท่ี 25 oC ไดหรือไม
สมมติวา ไอออนทกุ ชนดิ มคี วามเขมขน เริม่ ตน 1.0 M

3.1 Ca (s) + Cd2+ (aq) → Ca2+ (aq) + Cd (s)

แบงคร่ึงปฏิกริ ิยาทงั้ สองคอื Ca(s) → Ca2+(aq) + 2e-

Oxidation: Cd2+(aq) + 2e- → Cd(s)

Reduction:
จากตาราง จะได E0 ของ Ca2+/Ca = -2.87 V และ E0 ของ Cd2+/Cd = -0.40 V ดงั นั้น

จะได

E0cell = EC0 a/Ca2+ + E0 2 + /Cd
Cd

= 2.87 + (-0.40)

= 2.47 V
คา E0cell เปน บวก แสดงวาเปน ปฏิกริ ยิ าทเ่ี กิดเองได (spontaneous process)
หมายเหตุ คา E0 ของ Ca2+/Ca = -2.87 V เปน สมการ reduction แตในเซลลไ ฟฟานี้
เปน ปฏกิ ริ ิยา oxidation (Ca/Ca2+) ดงั น้ันจงึ ตองกลบั คา E0 เปน ตรงกนั ขาม

3.2 2 Br- (aq) + Sn2+ (aq) → Br2 (l) + Sn (s)

แบง คร่งึ ปฏกิ ริ ิยาทงั้ สองคือ 2Br-(aq) → Br2(l) + 2e-
Sn2+(aq) + 2e- → Sn(s)
Oxidation:
Reduction:
จากตาราง จะได E0 ของ Br2/Br- = 1.07V และ E0 ของ Sn2+/Sn = -0.14 V ดังน้ันจะได

E0cell = E0Br-/Br2 + ES0n2+/Sn

= (-1.07) + (-0.14)
= -1.21 V
คา E0cell เปน ลบ แสดงวา เปน ปฏกิ ิรยิ าท่เี กิดเองไมไ ด (nonspontaneous process)

ตัวอยา งท่ี 4 จงคาํ นวณคา คงท่ีสมดุล (K) ของปฏกิ ริ ิยานท้ี ่ี 250C
Sn (s) + 2Cu2+ (aq) → Sn2+ (aq) + 2 Cu+ (aq)

วิธีทํา เขยี นครึ่งปฏกิ ิรยิ า Sn (s) → Sn2+ (aq) + 2 e-

Oxidation :
E0 = + 0.14 V
2Cu2+ (aq) + 2e- → 2Cu+ (aq) E0
Reduction :

= + 0.15 V

Overall : Sn (s) + 2Cu2+ (aq) → Sn2+ (aq) + 2 Cu+ (aq)

E0cell = E E+0 0
Sn/Sn 2+ Cu 2+ /Cu +

= 0.14 + 0.15 V = 0.29 V
0.059
จาก E0cell = n log K

log K = nE 0
cell

0.059
(2)(0.29)
= 0.059 = 9.8

K = 6 x 109

ตวั อยางท่ี 5 จงคํานวณ standard free energy change ( ∆G0 ) ของปฏิกริ ยิ าทาํ กาํ หนด

2 Au (s) + 3 Ca2+(aq, 1 M) → 2 Au3+(aq, 1 M) + 3 Ca (s)

วธิ ีทาํ เขยี นครึ่งปฏิกิรยิ า

Oxidation : 2 Au (s) → 2 Au3+(aq, 1 M) + 6 e-
E0 = - 1.50 V

Reduction : 3 Ca2+(aq, 1 M) + 6 e- → 3 Ca (s) E0 = - 2.87 V

Overall : 2 Au (s) + 3 Ca2+(aq, 1 M) → 2 Au3+(aq, 1 M) + 3 Ca (s)

E0cell = E E+0 0
Au/Au3+ Ca 2+ /Ca

= - 1.50 + ( - 2.87 ) = - 4.37 V

จาก ∆G0 = - nFE0cell
= - (6)(96,500)(-4.37) = 2.53 x 106 J

∆G0 = 2.53 x 103 kJ

∆G0 เปนบวกมาก ∴ ปฏิกิรยิ าเปน non–spontaneous reaction

ผลของความเขม ขนตอแรงเคลอ่ื นไฟฟาของเซลล

สมการเนริ นสท (nernst Equation)

ที่ผานมาเราศกึ ษาคาศกั ยไฟฟา ท่สี ภาวะมาตรฐาน คอื ปฏิกิรยิ าท่ี standard state : 1
M, 1 atm, 250C แตในทางปฏบิ ตั นิ น้ั กระทาํ ไดย ากมาก กลา วคอื ความความเขม ขนจะมีผล

กระทบตอคาศกั ยไฟฟา ของเซลล

aA + bB

ตัวอยางท่ี 7 จากสมการ Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)

Nernst’s equation; E = E0 - 0.059 [Zn2+ ]
2 log [Cu2+ ]

ถา ⎣⎡Zn2+ ⎦⎤ =1, log ⎣⎡Zn2+ ⎤⎦ =0 ∴ E = E0
⎡⎣Cu2+ ⎤⎦ ⎡⎣Cu2+ ⎦⎤

⎡⎣Zn2+ ⎤⎦ < 1, log ⎡⎣Zn2+ ⎤⎦ ตดิ ลบ ∴ E > E0
⎣⎡Cu2+ ⎦⎤ ⎡⎣Cu2+ ⎤⎦

⎡⎣Zn2+ ⎤⎦ > 1, log ⎡⎣Zn2+ ⎦⎤ เปนบวก ∴ E < E0
⎣⎡Cu2+ ⎤⎦ ⎡⎣Cu2+ ⎤⎦

ตัวอยา งที่ 8 จงทํานายปฏกิ ริ ิยาวาเกิดเองไดหรือไม ท่ี 298 K
Co (s) + Fe2+(aq) → Co2+(aq) + Fe (s)

โดย [ Fe2+ ] = 0.68 M , [ Co2+ ] = 0.15 M

วธิ ีทํา oxidation : Co (s) → Co2+(aq) + 2 e-

reduction : Fe2+(aq) + 2 e- → Fe (s)

จากตารางพบวา E0 = -0.28 V , E =0 +0.28 V,
Co 2+ /Co Co/Co2+

E =0 -0.44 V ∴ E0 =
Fe 2+ /Fe =

E E+0 0
Co/Co2+ Fe 2+ /Fe

0.28 + ( - 0.44 )

= - 0.16 V

Nernst’s equation; E = E0 - 0.059 log [Co2+ ]
2 [Fe2+ ]
0.059 [0.15 M]
= -0.16 - 2 log [0.68 M]

= - 0.16 + 0.019

= - 0.14 V

คา E ติดลบ ∴ เกิดเองไมได ตามทศิ ทางท่ีเขียน

เซลลความเขม ขน (Concentration Cells)

ในกรณีที่สารนั้นมีความเขมขนไมเทากัน แตอิเล็กโทรด และสารละลายอิเล็กโทรไลต

เปนชนิดเดียวกันทั้ง ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน และคร่ึงปฏิกิริยารีดักชัน คาศักยไฟฟาจะแปร
ตามความเขม ขน ของไอออนของสารละลาย เรียกเซลลช นิดน้วี า “concentration cells”

การคํานวณคาศักยไฟฟาของเซลลความเขมขน เนื่องจากเปนอิเล็กโทรดและสาร
ละลายอิเล็กโทรไลตชนิดเดียวกัน เปนผลใหคาศักยไฟไฟที่สภาวะมาตรฐานมีคาเทากับศูนย
(E0cell = 0 V) โดยปกติสารละลายท่ีมีความเขมขนมากจะชอบรับอิเล็กตรอน (reduction)

สวนสารละลายที่มีความเขม ขนนอยกวาจะชอบใหอ ิเล็กตรอน (oxidation) ดังนั้นสรปุ สตู รการหา

ศกั ยไฟฟา ของเซลลค วามเขม ขน ดงั น้ี [c[coonncc.].c]odnilc.

Ecell = E0cell - 0.059 log
n

แต E0cell = 0 V ดังนัน้ Ecell = - 0.059 log [c[coonncc.].c]odnilc.
n

ตัวอยา งท่ี 9 เมอ่ื จมุ Zn อิเลก็ โทรดลงในสารละลาย ZnSO4 ที่มคี วามเขม ขน 0.1 M และ
1.0 M ตามแผนภาพเซลลต อไปนี้ : Zn(s) / Zn2+(aq, 0.1M) // Zn2+(aq, 1.0M) / Zn(s)

จงคาํ นวณหาคาศักยไ ฟฟาของเซลลค วามเขม ขนดงั กลาว
oxidation : Zn (s) → Zn2+(aq, 0.1 M) + 2 e-
reduction : Zn2+(aq, 1.0 M) + 2 e- → Zn (s)

overall : Zn2+(aq, 1.0 M) → Zn2+(aq, 0.1 M)

reduction เกดิ ท่ี Zn2+ = 1.0 M ไมใช 0.1 M เพราะตามหลกั ของ Le Chatelier
ถา [ Zn2+ ] สงู reduction จะเกดิ มากข้นึ

E = E0 - 0.059 log ⎣⎡Zn 2+ ⎦⎤dil
2 ⎣⎡Zn 2+ ⎦⎤conc.

E0 = 0 เพราะเปน electrode ชนิดเดยี วกนั

E = 0 - 0.059 log 0.1 = 0.0296 V
2 1.0
คา E เปน บวก ดังนั้นปฏิกิริยาเกิดขึ้นไดเอง โดยมีอิเล็กตรอนถายเทจากความเขมขน
ของ Zn2+ จางกวา (0.1 M) ไปยังท่ีมีความเขมขนสูงกวา (1.0 M) โดยจะทําให Zn2+ 0.1 M เพ่ิม
ข้ึนเรือ่ ยๆ แต Zn2+ 1.0 M จะลดลง จนมีปริมาณเทากนั (Ecell = 0)

ตวั อยา งท่ี 10 จงคาํ นวณ emf ของเซลลค วามเขม ขนตอ ไปน้ี
Mg (s) / Mg2+ (aq, 0.2 M) // Mg2+ (aq, 0.4 M) / Mg (s)

Ecell = - 0.059 log [0.2]
2 [0.4]
= 8.9 x 10-3 V

แบตเตอร่ี

แบตเตอรี่ (Battery) เปนเซลลไ ฟฟาเคมีชนดิ หนงึ่ โดยมกั จะเปน เซลลไฟฟาเคมีหลายๆ
เซลลตอกันแบบอนกุ รม ใชเปน แหลงกําเนดิ ไฟฟากระแสตรงทม่ี ีศักยไฟฟาคงที่ หลกั การทํางาน
จะคลา ยกับเซลลก ัลวานิก

แบตเตอร่ีแบบเซลลแ หง

เซลลแหง คือ เซลลที่ไมมีสวนประกอบที่เปนของไหลอยูเลย เซลลแหงที่พบมากคือ
เซลลเลอคลังเซ (Leclanche’ cell) พบในถานไฟฉายและวิทยุ โดยข้ัวแอโนดประกอบดวย
กระบอกสังกะสี มีแมงกานิสไดออกไซด (MnO2) และอิเล็กโทรไลตบรรจะอยูภายใน
อิเล็กโทรไลตประกอบดวยแอมโมเนียมคลอไรดกับซิงคคลอไรดในน้ํา โดยมีแปงผสมอยูดวยให
เพื่อทําใหสารละลายมีความขนเหนียว และตรงกลางเซลลมีแทงคารบอนจุมอยูทําหนาท่ีเปนขั้ว
แคโทด ปฏิกิริยาในเซลลคอื

Anode: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
Cathode:
2 NH+4 (aq) + 2MnO2(s) +2 e- → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)

Overall Zn(s) + 2 NH4+ (aq) + 2MnO2(s) → Zn2+(aq) + 2NH3(aq) + H2O(l)
+ Mn2O3(s)

แบตเตอรแี่ บบปรอท

แบตเตอร่ีแบบปรอทนยิ มใชก ันมากในทางการแพทยแ ละในอตุ สาหกรรมอิเล็กทรอนกิ ส

ประกอบดว ยสงั กะสีเคลือบปรอททาํ หนาท่เี ปนแอโนด สัมผัสอยูกับอเิ ล็กโทรไลตทเี่ ปนเบสแก

ผสม

ซงิ คออกไซดและเมอรคิวรี (II) ออกไซด ทั้งหมดบรรจอุ ยใู นกระบอกเหล็กกลาไรส นิม

ปฏิกิริยาในเซลล คอื Zn(Hg) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e-
Anode: HgO(s) + H2O(l) + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq)
Cathode:

Overall: Zn(Hg) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)

แบตเตอรี่แบบปรอทใหศักยไฟฟาที่คงท่ีกวาเซลลเลอคลังเช ทั้งยังมีความจุสูงกวาและ
ใชไดยาวนานกวา ทําใหเหมาะกับการใชนํามาใชงานในเครื่องควบคุมการทํางานของหัวใจ
เคร่ืองชวยฟง นาฬิกาไฟฟา

แบตเตอร่สี ะสมไฟฟา แบบตะกวั่

แบตเตอรี่แบบน้ีใชในรถยนตประกอบดวยเซลลไฟฟาเหมือนกัน 6 เซลล ตอกันแบบ
อนุกรม แตละเซลลมีตะก่ัวเปนแอโนด สวนแคโทด คือ เลด (IV) ออกไซด (PbO2) อัดอยูบน
แผนโลหะ โดยท่ีท้ังขั้วแคโทดและแอโนดจุมอยูในสารละลายกรดซัลฟวริกซึ่งเปนอิเล็กโทรไลต
ปฏิกิริยาในเซลล คอื

Anode: Pb(s) + SO24- (aq) → PbSO4(s) + 2e-
Cathode: PbO2(s) + 4H+(aq) + SO24- (aq) + 2e- → PbSO4(s) + 2H2O(l)

Overall:Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO24- (aq) → 2 PbSO4(s) + 2H2O(l)

แตละเซลลมีศักยไฟฟา 2 V วงจรการจุดระเบิดเคร่ืองยนตรวมทั้งการทํางานของระบบ
ไฟฟาในรถยนตตองอาศัยศักยไฟฟารวม 12 V จาก 6 เซลล แบตเตอร่ีสะสมไฟฟาแบบตะกั่ว
สามารถใหก ระแสไฟฟา สงู ๆ ไดในชวงเวลาสัน้ ๆ เชน การสตารท เครือ่ งยนต

ขอดีของแบตเตอร่ีประเภทน้ีคือสามารถนํามาอัดไฟใหมได การอัดไฟหมายถึงการใช
ศักย ไฟฟาจากภายนอกผานเขาที่แคโทดกับแอโนด ทําปฏิกิริยาเกิดผันกลับ และจะทําใหเกิด
สารต้ังตน
ขึ้นมาใหม ดงั สมการ

Anode: PbSO4(s) + 2e- → Pb(s) + SO42- (aq)
Cathode:
PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + 4H+(aq) + SO24- (aq) + 2e-

Overall:2 PbSO4(s) + 2H2O(l) → Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO24- (aq)

แบตเตอรลี่ เิ ทียมแข็ง

แบตเตอรี่ชนิดน้ีตางจากท่ีกลาวมาเพราะวา อเิ ลก็ โทรไลตเปนของแข็ง เช่ือมตอระหวาง
อิเล็กโทรด ขอดีของการใชลิเทียมเปนแอโนด คือ ลิเทียมมคี า E0 เปนลบมากท่ีสุด นอกจากน้ี
ยังเปนโลหะเบา สวนอเิ ล็กโทรไลตเปนวัสดพุ อลเิ มอรท ี่ยอมใหไอออนผานไดแ ตอเิ ลก็ ตรอนผา น
ไมได แคโทดทําดวยสารที่เรียกวา สารประกอบแทรกช้ัน (insert compound) ในท่ีน้ีไดแก

TiS2 หรือ V6O13 แบตเตอร่ีแบบน้ีสามารถนํามาอัดใหมไดเหมือนกันเชนเดียวกับแบตเตอร่ี
สะสมไฟฟา แบบตะก่ัว

เซลลเชอ้ื เพลงิ (fuel cell)

เซลลเช้ือเพลิงเปนเซลลที่ถูกคาดวาจะชวยเพ่ิมประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟา เซลล
เช้ือเพลิงชนิดไฮโดรเจน-ออกซิเจนแบบงายที่สุดประกอบดวยสารละลายอิเล็กโทรไลต เชน สาร
ละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด กับอิเล็กโทรดเฉื่อย 2 อิเล็กโทรด แกสไฮโดรเจนและ
ออกซิเจนทผ่ี านเขา ไปในชอ งแอโนดและชองแคโทด ทําใหเ กิดปฏิกริ ิยาดังนี้

Anode: 2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O(l) + 4e-
Cathode: O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH-(aq)

Overall: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

เม่ือคํานวณศักยไฟฟาเซลลน้ีจะมี emf เทากับ 1.23 V จะเห็นวาสามารถเกิดข้ึนไดที่
สภาวะมาตรฐาน สังเกตวาเปนปฏิกิริยาการเผาไหมของแกสไฮโดรเจนนั้นเอง แตออกซิเดชัน
กับรีดักชันเกิดขึ้นท่ีแอโนดกับแคโทด อิเล็กโทรดทําหนาที่นําไฟฟา และมีพ้ืนที่ผิวที่จําเปน
สําหรบั ทําใหโ มเลกลุ สลายตัวเปน ไอออนไดกอนท่จี ะมีการถา ยทอดอิเล็กตรอน เรียกวา ทําหนาท่ี
เปนตวั เรงเชงิ ไฟฟา (electrocatalyst)

ตวั อยางเซลลเชอ้ื เพลิง เชน เซลลเชือ้ เพลิงโพรเพน-ออกซเิ จน มีครงึ่ ปฏิกิริยาเปนดังน้ี

Anode: C3H8(g) + 6H2O(l) → 3CO2(g) + 20 H+(aq) + 20e-
Cathode: 5O2(g) + 20H+(aq) + 20e- → 10H2O(l)

Overall: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

ปฏกิ ริ ิยารวมกเ็ ปนการเผาไหมของโพรเพนในออกซเิ จนนนั้ เอง

เซลลเชื้อเพลิงตางจากแบตเตอรี่เพราะเก็บพลังงานเคมีไวไมได สารต้ังตนตองผานเขา
เซลลตลอดเวลาและสารผลิตภัณฑจะตองผานออกจากเซลลตลอดเวลา เคร่ืองกําเนิดไฟฟา
แบบเซลลเชื้อเพลิงนี้จะมีเสียงคอนขางเงียบและการส่ันสะเทือนนอยมาก แตเซลลเชื้อเพลิงยัง
ไมนิยมมากนัก เพราะยังไมมีตัวเรงเชิงไฟฟาชนิดใดที่เหมาะสมสําหรับการทํางานเปนเวลา
นานๆ โดยไมม ีการปนเปอ นจากสารอ่นื

การสกึ กรอน
การสึกกรอนหรือการกัดกรอน (Corrosion) หมายถึงการกรอนตัวของโลหะโดย

กระบวนทางไฟฟา เคมี เชน เหลก็ เปน สนิม เงินเปน ฝามวั
ตวั อยางการกัดกรอ นที่พบบอ ยท่ีสุดคอื การเกดิ สนิมเหลก็ เหล็กจะเปนสนมิ ไดกต็ อ เมอื่ มี

แกสออกซิเจนกับนํ้าอยูดวย ปฏิกิริยาท่ีเกิดข้ึนคอนขางซับซอน ออกซิเจนเกิดข้ึนเม่ือพื้นผิว
ของโลหะทําหนาทเี่ ปนแอโนด

Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-

อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาน้ีจะรีดิวซออกซิเจนในอากาศ กลายเปนนํ้าที่แคโทดซ่ึงก็คือ
พนื้ ผิวอีกสวนหนงึ่ ของโลหะ

O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)

ปฏิกิริยารีดอกซ คอื
2Fe(s) + O2(g) + 4H+(aq) → 2Fe2+(aq) + 2H2O(l)

จะเห็นวาปฏิกิรยิ าเกิดข้ึนในตัวกลางท่ีเปนกรด (H+) ไอออนสวนหน่ึงไดมาจากปฏิกิริยา
ระหวางคารบ อนไดออกไซดในอากาศกันน้ํา เกิดเปน H2CO3

Fe2+ ไอออนท่เี กดิ ข้ึนทแ่ี อโนดถกู ออกซิไดซต อโดยออกซิเจน

4Fe2+(aq) + O2(g) + (4+2x)H2O(l) → 2Fe2O3.xH2O(s) + 8H+(aq)

ไอรอ อน (II) ออกไซดทีม่ ีน้าํ ผลึกนเ้ี รียกวา สนิม

อเิ ล็กโทรไลซสิ (Electrolysis)
อิเล็กโทรไลซิสหรือการแยกสลายดวยไฟฟา คือ กระบวนการที่พลังงานไฟฟาทําใหเกิด

ปฏิกิริยาซง่ึ ตามปกตเิ กดิ เองไมได
: กระบวนการท่ีใชพลังงานไฟฟา ทําใหเกิดปฏิกิริยา ซึ่งปกติเกิดเองไมได (non-

spontaneous)
: กระบวนการยอนกลับของ electrochemical cell
: ใชป ระโยชนใ นอตุ สาหกรรม extraction, purification

อิเลก็ โทรไลซสิ ของ NaCl หลอมเหลว

(a) (b)
a) แ ผ น ภ าพ ข อ ง Downs cell ซึ่ งใช ทํ า electrolysis ข อ ง NaCl ห ล อ ม เห ล ว

( mp = 801 OC ) โลหะโซเดียมทเ่ี กิดขน้ึ ท่แี คโทดอยูในสถานะของเหลว จะลอยข้ึน
ดาน บ น เน่ื องจาก เบ าก วา NaCl เหลวทําใหแยกออกไปไดง า ยแกส คลอรีนซงึ่
เกิดขึ้นทีแ่ อโนดกจ็ ะถูกดูด ข้นึ ดานบน

b) แผนภาพงา ยๆ แสดงปฏกิ ริ ยิ าที่ electrode ระหวา งการทํา electrolysis ของ NaCl
หลอมเหลว แบตเตอรเี ปน สิ่งจําเปน ท่ที าํ ใหป ฏิกิรยิ าน้เี กิดข้นึ ได

ปฏิกิริยาท่ี electrode ทั้งสอง คือ 2 Cl- → Cl2 (g) + 2 e-
Anode ( oxidation ) : 2 Na+ + 2 e- → 2 Na (l)
Cathode (reduction) : 2 Na+ + 2 Cl- → 2 Na (l) + Cl2 (g)
Overall :

ดังนน้ั โลหะโซเดยี มบรสิ ทุ ธ์ิ และแกสคลอรนี สว นใหญผ ลติ ขึ้นดวยกระบวนการนี้

อิเล็กโทรไลซสิ ของ H2O
ภายใตสภาวะปกติ ( 1 atm , 25 OC) นํ้าไมอาจแยกสลายออกเปนแกสไฮโดรเจนและ
ออกซิเจนไดเอง เพราะปฏิกิรยิ าน้มี กี ารเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระเปน บวกมาก

2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g) ∆G0 = 474.4 kJ

อยางไรก็ตาม อาจทาํ ใหปฏกิ ิรยิ านี้เกดิ ขน้ึ ไดโดยแยกสลายน้าํ ดวยไฟฟา ดงั รปู ปฏิกิรยิ านเ้ี กดิ

ขึน้ ไดด ีถา ใชสารละลาย 0.1 M H2SO4 เพราะมีไอออนอยูมากพอทีจ่ ะนําไฟฟา ได
Anode (oxidation) : 2 H2O (l) → O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4 e-

Cathode (reduction) : 4 [ H+ (aq) + e- →

การคํานวณเก่ยี วกับ electrolysis

กระแส → ประจุ → จาํ นวน → จาํ นวนโมลของ → จํานวนกรมั ของ
สารทถี่ ูกรีดิวซ
(แอมแปร) เปน ฟาราเดย สารที่ถูกรีดวิ ซ
หรอื ออกซไิ ดซ
และเวลา คลู อมบ หรือออกซไิ ดซ

ตัวอยา งที่ 12 ในการเกิด electrolysis ของ molten MgCl2 โดยใชกระแสไฟฟา จาํ นวน 0.452 A
และเวลา 1.5 hr จงหาปริมาณ (g) ของสารผลิตภัณฑทเ่ี กิดขึน้ (Mg , Cl2)

วิธีทาํ เขียน cell reaction MgCl2 (s) → Mg2+ (aq) + 2Cl- (aq)
Anode : 2Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2e-
Cathode : Mg2+(aq) + 2e- → Mg (s)

Overall : Mg2+(aq) + 2Cl- (aq) → Mg (s) + Cl2 (g)

เปล่ียน 0.452 A ใน 1.5 hr. → จํานวนโมล e-

1) Q (C) = I (Amperes) x t (second)
= (0.452 A)(1.5 x 60 x 60 วนิ าท)ี = 2.44 x 103 C

2) C → F (1F = 96,500 C)

= 2.44 ×103 F
96, 500
3) F → mole product (ใช 2 e- หรอื 2 F ในการผลติ 1 mole ของ Mg, Cl2)

= 2.44 ×103
96, 500×2

4) mole → g

Mg มมี วลอะตอม 24

นาํ้ หนัก Mg = 2.44 ×103 x 24 = 0.303 g
Cl มมี วลอะตอม 35.5 96, 500×2 0.898 g
น้ําหนัก Cl2 =
(Cl2 = 35.5 x 2 = 71)

2.44 ×103 x 71 =
96, 500×2

บทที่ 11
ธาตเุ รพรเี ซนเตติฟและโลหะทรานซิชนั
( Representative and Transition Element )

ธาตุเรพรีเซนเตติฟ คือธาตุท่ีมีเวเลนซอิเล็กตรอนบรรจุใน s และ p ออรบิตอล โดยที่ใน
f และ d ออรบิตอล อาจจะไมมีอิเล็กตรอนอยูเลยหรือมีบรรจุอยูเต็ม ไมวาจะเปนอะตอมหรือ
ไอออน ไดแก ธาตุหมู 1A และ 2A ซึ่งอยูในกลุม s และหมู 3A, 4A, 5A, 6A, 7A รวมท้ังหมู 8A
(แกส มตี ระกูล) ซ่งึ อยูใ นกลุม P ตามตารางธาตุ

ธาตุเรพรีเซนเตติฟจําแนกออกเปนโลหะ อโลหะและก่ึงโลหะตามแนวโนมการเปล่ียน
แปลงสมบัตติ ามตารางธาตุ

1A 8A

H 2A 3A 4A 5A 6A 7A He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt

สมบตั ิทวั่ ไปของโลหะ อโลหะ ก่ึงโลหะ

อาจแบงธาตุเรพรีเซนเตติฟออกไดเปน 3 พวก โลหะ และอโลหะจะอยูดานซายมือ และ
ขวามือของตารางธาตุ ตามลําดับ สวนกึ่งโลหะประกอบดวยธาตุ B Si Ge As Sb Te Po และ
At จะอยูในแนวทแยงมุม และอยรู ะหวา งโลหะและอโลหะ

โลหะสวนใหญเปนของแข็งท่ีอุณหภูมิหอง (ยกเวน Hg สวน Cs และ Ga มีจะ
หลอมเหลวประมาณ 30 oC) นําความรอนและไฟฟาไดดี ตีแผใหเปนแผน หรือดึงใหเปนเสนได
ออกไซดข องโลหะ เปนออกไซดเบส โลหะมกั มเี ลขออกซิเดชันเปน บวกเมอ่ื เกดิ เปนสารประกอบ
นอกจากน้ีโลหะยังมีพลังงานไอออไนเซชัน และสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนต่ํา โลหะจึงไมทํา
ปฏิกิริยากันเอง แตจะทําปฏิกิริยากับอโลหะ โดยโลหะจะเปนฝายใหอิเล็กตรอน และกลายเปน
ประจุบวก

อโลหะเปนของแข็งหรือแกสที่อุณหภูมิหอง (ยกเวน Br) สวนใหญเปนตัวนําความรอน
และไฟฟาที่ไมดี ออกไซดของอโลหะเปนออกไซดกรด อโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันและ
สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูง และอโลหะยังมีคาอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงอีกดวย สงผลใหอโลหะมี
เลขออกซิเดชนั เปน ลบ ยกเวน คารบ อนมีเลขออกซเิ ดชนั เปน บวก

โลหะแอลคาไล

โลหะแอลคาไล (ธาตุในหมู 1A) ทั้งหมูเปนธาตุท่ีมีคาอิเล็กโตรเนกาติวิตีตํ่าที่สุด มี
สมบัติคลายกันหลายประการ จากการจัดอิเล็กตรอนเราอาจคาดไดวาเมื่อธาตุเหลานี้อยูในสาร
ประกอบก็จะมีเลขออกซิเดชันเทากับ +1 เนื่องจากจะทําใหไอออนบวกเปนไอโซอิเล็กทรอนิก
กับแกสมตี ระกลู ซึ่งจากการทดลองพบวา เปน เชน นนั้ จริง

โลหะแอลคาไลมีจุดหลอมเหลวต่ําและน่ิมจนใชมีดตัดเปนช้ินบางๆ ได โลหะเหลานี้มี
โครงสรางผลึกแบบลูกบาศกกลางตัว ซึ่งมีประสิทธิภาพการเรียงตัวตํ่า จึงมีความหนาแนนตํ่า
เม่ือเทียบกบั โลหะอ่ืนๆ ลเิ ทียมจัดวาเปน โลหะทีเ่ บาท่สี ุด

เน่ืองจากโลหะแอลคาไลไวตอการเกิดปฏิกิริยามาก จึงไมมีปรากฏอยูในธรรมชาติในรูป
ของโลหะอิสระ แตมักรวมตัวกับเฮไลด ซัลเฟต คารบอเนต และซิลิเคตไอออน ในหัวขอน้ีจะ
กลาวเฉพาะ โลหะโซเดียม และโลหะโพแทสเซียม สวนอันอื่นน้ันจะไมขอกลาวถึง โซเดียมและ
โพแทสเซียมมีอยูในธรรมชาติปริมาณพอๆกัน ในรปู ของแรซลิ เิ คต

วิธีเตรียมโลหะโซเดียมที่งายคือการทําอิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมคลอไรดหลอมเหลว
โดยใชเซลลดาวนส กระบวนการนี้สิ้นเปลืองพลังงานมาก สวนโลหะโพแทสเซียมนั้นเตรียม
โดยการทํา อิเล็กโทรไลซิสของ KCl ไดยากเพราะโพแทสเซียมละลายไดดีใน KCl เหลว จึงไม
ลอยขึ้นมายังดานบนของเซลลและทําใหแยกออกไปไมได การเตรียมโพแทสเซียมจึงมักทํา
โดยการกลั่น KCl เหลวในบรรยากาศของไอโซเดียมที่ 892 oC ปฏกิ ริ ิยาคือ

Na(g) + KCl(l)

เมอ่ื โพแทสเซยี มซเู ปอรอ อกไซดท ําปฏิกริ ิยากับน้าํ จะเกดิ แกสออกซเิ จน

2KO2(s) + 2H2O(l) → 2KOH(aq) + O2(g) + H2O2(aq)

นอกจากนี้ KO2 ยงั ทําปฏิกิริยากับ CO2 ในลมหายใจ เกดิ แกส ออกซเิ จน

สารประกอบบางชนดิ ของโซเดยี มและโพแทสเซียม

โซเดียมคารบ อเนต

โซเดียมคารบอเนตหรือโซดาแอช มีประโยชนในกระบวนการทุกชนิดในอุตสาหกรรม
รวมไปถึงในการบําบัดนํ้าเสียและการผลิตสบู สารซักฟอก ยา และสารผสมอาหารตางๆ
สามารถเตรียมไดจากลารละลายแอมโมเนียทําปฏิกิริยากับโซเดียมคลอไรดอ่ิมตัว แลวผานแกส
คารบอนไดออกไซดลงในสารละลาย จะไดตะกอนของโซเดียมไปคารบ อเนต

NH3(aq) + NaCl(aq) + H2CO3(aq) → NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)

และเผา NaHCO3 จะไดโ ซเดียมคารบอเนต

2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

โซเดียมไฮดรอกไซดและโพแทสเซียมไฮดรอกไซด

ท้งั สองสารประกอบมีสมบัติคลายกันมาก เตรยี มไดโดยการแยกสลายสารละลาย NaCl
และ KCl ดวยไฟฟา ไฮดรอกไซดท้ังสองชนิดเปนเบสแกและละลายนํ้าไดดี โซเดียมไฮดรอก
ไซดมีประโยชนในการผลิตสบู รวมถึงปฏิกิริยาเคมีอ่ืนๆๆ สวนโพแทสเซียมไฮดรอกไซดนั้น
ใชเปนอิเล็กโทรไลตในแบตเตอร่ีบางชนิด และใชกําจัดคารบอนไดออกไซดและซัลเฟอรได
ออกไซดจ ากอากาศ

โซเดียมไนเตรตและโพแทสเซยี มไนเตรต
โซเดียมไนเตรตสลายตวั ใหแ กสออกซิเจนท่ีอณุ หภูมปิ ระมาณ 500oC

2NaNO3(s) → 2NaNO2(s) + O2(g)

สว นโพแทสเซียมไนเตรต เปน สวนประกอบหน่งึ ในการทําดินปน

โลหะแอลคาไลนเ อิรท

โลหะแอลคาไลนเอิรทเปนธาตุท่ีออกซิไดซยากกวาและไวตอปฏิกิริยานอยกวาโลหะ
แอลคาไล โลหะในกลุมนี้มีสมบัติทางเคมีคลายกัน ยกเวนเบริลเลียม (Be) ซ่ึงมีสมบัติบาง
ประการคลายอะลูมิเนียม (Al) ซึ่งเปนธาตุหมู 3A เมื่ออยูในรูปสารละลายจะอยูในสภาพ M2+

และมักจะแสดงเลขออกซิเดชัน +2 ในท่ีนี้จะกลาวตัวอยางเพียง 2 ธาตุคือ แมกนีเซียม และ
แคลเซียม

แมกนีเซียม

โลหะแมกนีเซียมเตรียมไดจากอิเล็กโทรไลซิสเชนเดียวกับโลหะแอลคไล ในกรณีใช
เกลือคลอไรดหลอมเหลว คือ Mg2Cl ซึ่งไดจากน้ําทะเล แมกนีเซียมมีสมบัติทางเคมีกํ้าก่ึง
ระหวางเบริลเลียมกับธาตุอ่ืนท่ีเหลือในหมู 2A แมกนีเซียมไมทําปฏิกิริยากับนํ้าเย็น แตทํา
ปฏิกิรยิ ากบั ไอน้าํ

Mg(s) + H2O(g) → MgO(s) + H2(g)

เมื่อนําโลหะแมกนีเซียมไปเผาจะเกิดเปลวไฟสวางจา พรอมทั้งไดแมกนีเซียมออกไซดและ
แมกนีเซียมไนไตร สมบัติน้ีทําใหแมกนีเซียมมีประโยชนในการทําไฟวาบท่ีใชถายรูป และการ
ทาํ พลุ

2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)
3Mg(s) + N2(g) → Mg3N2(s)

แมกนีเซียมออกไซดทําปฏิกิริยาชาๆ กับนํ้า เกิดแมกนีเซียมไฮดรอกไซดซ่ึงเปนของ
แขวนลอยสีขาว เรียกวา มิลคออฟแมกนีเซียม (milk of magnesia) ซึ่งใชเปนยาลดกรดใน
กระเพาะอาหาร ประโยชนท่ีสําคัญของแมกนีเซียมคือ ใชทําโลหะผสม ทําโลหะโครงสรางที่มี
นํ้าหนักเบาใชในการปองกันการผุกรอนของโลหะแบบแคโทดิก ในการสังเคราะหสารอินทรีย
และในการทาํ แบตเตอร่ี แมกนเี ซียมเปน ธาตทุ จ่ี ําเปน ในการดํารงชวี ติ ของพืชและสตั ว และ Mg2+
ไอออนไมเปนพิษ แมกนีเซียมไอออนเปนส่ิงจําเปนตอการทํางานของเอนไซมหลายชนิด นอก
จากน้ียังพบแมกนเี ซียมในคลอโรฟลล ซง่ึ มบี ทบาทในการสังเคราะหด วยแสงของพชื

แคลเซียม
แคลเซียม มีอยูในหินปูน แคลไซต ชอลก และหินออน ในรูปของ CaCO3 ในโดโลไมต

ในรูปของ CaCO3.MgCO3 ในยิปซัมอยูในรูป CaSO4.2H2O และในฟลูออไรตในรูปของ CaF2
วิธีเตรียมแคลเซียมทด่ี ีท่ีสุดคอื การทําอเิ ลก็ โทรไลซสิ ของแคลเซียมคลอไรด (CaCl2) หลอมเหลว

แคลเซียมแตกตางจากแมกนีเซียมและเบริลเลียมตรงที่สามารถทําปฏิกิริยากับน้ําได
และให ไฮดรอกไซด แตอ ัตราการเกดิ ปฏิกิริยาต่าํ กวาปฏิกิริยาของโลหะแอลคาไลมาก

Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)

เรามักเรียกแคลเซยี มไฮดรอกไซด วา ปนู สุก (slaked lime) หรือปูนขาว (hydrated lime)

ปูน (CaO) หรือมักเรียกกันวาปูนดิบ (quicklime) จัดวาเปนวัสดุเกาแกท่ีสุดชนิดหน่ึง
ปูนดบิ ผลติ ไดจากการสลายตัวดว ยความรอนของแคลเซียมคารบ อเนต

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

สวนปนู สกุ นน้ั ผลิตไดจากปฏิกริ ิยาระหวางปูนดบิ กบั น้าํ

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)

แคลเซยี มไฮดรอกไซดม ีประโยชนในการบําบัดน้าํ แคลเซียมออกไซดใ ชในการกาํ จัด SO2 และ
ในโลหะวิทยา แคลเซียมเปนธาตุที่จําเปนตอสิ่งมีชีวิต เปนองคประกอบสําคัญของกระดูกและ
ฟน หนา ที่เฉพาะของ Ca2+ ไอออนในระบบของส่ิงมีชวี ิตคอื กระตนุ การทํางานของกระบวนการ
ตางๆ ในการสรางและสลาย และแคลเซียมยังมีบทบาทสําคัญย่ิงในการทํางานของหัวใจ
การแข็งตัวของเลอื ด การหดตัวของกลามเนือ้ และการสง ผา นขอมลู ในเสนประสาท

โลหะหมู 3A

โลหะหมู 3A ประกอบดว ย Al Ga In และ Tl เทานน้ั เพราะธาตตุ ัวแรก คือ โบรอน (B)
เปน ก่งึ โลหะ

อะลูมเิ นียม

อะลูมิเนียมเปนโลหะท่ีมีมากที่สุดและเปนธาตุท่ีมีมากเปนอันดับสามในเปลือกโลก ไม
เกิดเปนเปนธาตุอิสระในธรรมชาติ สินแรส ําคัญ คือ บอกไซต (bauxite, Al2O3.2H2O) แรอืน่ ๆ ที่
มีอะลูมิเนียมไดแก ออรโทเคลส (orthoclase, KAlSi3O3) เบริล (beryl, Be3Al2Si6O8) คอรันดัม
(corundum, Al2O3)

อะลูมิเนียมสวนใหญเตรียมไดจากบอกไซตซ่ึงมักมีซิลิคา (silica,SiO2) ไอรออน
ออกไซด และไทเทเนียม (IV) ออกไซดปนอยูดวย จึงตองนําสินแรไปตมในสารละลายโซเดียม
ไฮดรอกไซดเสยี กอ นเพอื่ เปลีย่ นซิลิคาใหเปนซลิ เิ คตทีล่ ะลายไดด ีกวา

SiO2 (s) + 2OH-(aq) → SiO32- (aq) + H2O(l)

ขณะเดียวกนั อะลมู เิ นยี มออกไซดก จ็ ะเปลีย่ นไปเปน อะลมู เิ นตไอออน ( AlO-2 )

Al2O3(s) + 2OH-(aq) → 2 AlO-2 (aq) + H2O(l)

ไอรออนออกไซดและไทเทเนียมออกไซดไมมีการเปล่ียนแปลงในกระบวนการนี้จึงกรองแยก
ออกไปได เม่อื นาํ สสารละลายนีไ้ ปเตมิ กรดเพ่ือใหอะลูมิเนยี มไฮดรอกไซดตกตะกอน

AlO-2 (aq) + H3O+(aq) → Al(OH)3(s)

เมอ่ื กรองตะกอนอะลูมิเนียมไฮดรอกไซดแ ลว นาํ ไปเผาก็จะไดอ ะลูมเิ นียมออกไซด

2Al(OH)3(s) → Al2O3(s) + 2H2O(g)

อะลูมเิ นียมออกไซดท ป่ี ราศจากน้าํ นีอ้ าจรดี วิ ซเ ปน อะลูมเิ นียมไดดวยกระบวนการฮอลล แคโทด

คือคารบอนท่เี คลอื บผิวดานในของเซลล ใชไครโอไลตเ ปนตัวทําละลายของอะลูมิเนียมออกไซด

เมอ่ื นาํ ของผสมนี้ไปแยกสลายดว ยไฟฟา กจ็ ะไดอะลูมิเนียมกบั แกสออกซิเจน
3[2O2- → O2(g) + 4e-]
Anode: 4[Al3+ + 3e- → Al(l)]
Cathode:

Overall:2Al2O3 → 4Al(l) + 3O2(g)

อะลูมิเนียมเปนโลหะท่ีใชงานตางๆ ไดหลากหลาย มีความหนาแนนต่ํา และมีความทน
แรงดึงสูง ตีเปนแผนได มวนเปนแผนบางๆได เปนตัวนําไฟฟาท่ีดีมาก จึงนิยมในการสงไฟฟา
แรงสูง อะลูมิเนียมจะใชประโยชนใ นการสรา งเครอ่ื งบินเปนสวนใหญ แตตอ งใชในลักษณะโลหะ
ผสม

อโลหะ

อโลหะมีสมบัติที่หลากหลายกวาโลหะ อโลหะมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกวาโลหะ ธาตุใน
ตารางธาตมุ เี อเลก็ โทรเนกาตวิ ติ เี พิ่มขนึ้ จากซา ยไปขวาในคาบเดยี วกัน และจากลางขึน้ บนในหมู
เดียวกัน ในท่ีนี้จะกลา วถึงอโลหะท่ีสามญั และสําคัญบางชนิด คือ ไฮโดรเจน คารบอนในหมู 4A
ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในหมู 5A ออกซิเจนและกํามะถันในหมู 6A และฟลูออรีน คลอรีน
โบรมนี และไอโอดีนในหมู 7A

ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเปนธาตุที่มีความซับซอนนอยท่ีสุดเพราะอะตอมประกอบดวยเพียง 1
โปรตอนและ 1 อิเล็กตรอน แตอะตอมนี้เสถียรเฉพาะท่ีอุณหภูมิสูงมาก โดยปกติธาตุน้ีจะอยูใน
สภาพโมเลกลุ อะตอมคู และเปนปฏิกริ ิยาคายความรอ น

H(g) + H(g) → H2(g) ∆Ho = -436.4 kJ

ไฮโดรเจนเปนแกสไมมีสี ไมมีกล่ิน แกสไฮโดรเจนมีความสําคัญในอุตสาหกรรมหลายอยาง
เชนอุตสาหกรรมการผลิตแอมโมเนีย การเตรียมแกสไฮโดรเจนปริมาณมากๆ ในอุตสาหกรรม
อาศัยปฏิกิรยิ าระหวางโพรเพนกบั ไอนํา้ โดยมีตวั เรงอยูด วยท่ี 900oC

C3H8(g) + 3H2O(g) → 3CO(g) + 7H2(g)

อีกกระบวนการหน่ึงทีใ่ ชเตรยี มไฮโดรเจน คือ ใหไ อน้ําผานไปบนถา นโคก ท่รี อนแดง

C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)

การเตรียมแกสไฮโดรเจนปริมาณนอยเพื่อใชในหองปฏิบัติการคือใชปฏิกิริยาระหวาง
สงั กะสี กับกรดไฮโดรคลอรกิ เจือจาง

Zn(s) + 2HC1(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

ธาตหุ มู 4A

คารบ อน

คารบอนเปนธาตุท่ีจําเปนในส่ิงมีชีวิต คารบอนอาจอยูในรูปอิสระคือ เพชรและแกรไฟต
และมีอยูในแกสธรรมชาติ ปโตรเลียม และถานหิน คารบอนรวมตัวกับออกซิเจนได
คารบอนไดออกไซดแ ละเกิดเปน คารบอเนตในหนิ ปูนและชอลก

เพชรและแกรไฟตเปนอัญรูปของคารบอน การสังเคราะหเพชรจากแกรไฟตอาจทําได
โดยใชความดันและอุณหภูมิสูงมาก โดยทั่วไปเพชนสังเคราะหจะมีสมบัติเชิงแสงนอยกวาเพชน
ธรรมชาติ

คารไ บดและไซยาไนด

คารบอนรวมตัวกับโลหะเปนสารประกอบไอออนิกเรียกวา สารประกอบคารไบต
(carbide) ตัวอยางไดแก CaC2 และ Be2C ในสารประกอบประเภทน้ีคารบอนจะอยูในรูปของ

C22- หรือ C4- ไอออนซงึ่ เปนเบสแก

C22- (aq) + 2H2O(l) → 2OH-(aq) + C2H2(g)
C4-(aq) + 4H2O(l) → 4OH-(aq) + CH4(g)

นอกจากน้ีคารบอนยังรวมกับซิลิคอนเปนสารประกอบโคเวเลนต ซิลิคอนคารไบด (silicon
carbide, SiC) หรอื คารโ บรมั ดมั (carborundum) เตรียมไดจ ากปฏิกริ ิยา

SiO2(s) + 3C(s) → SiC(s) + 2CO(g)

สารประกอบที่สําคัญอีกประการหน่ึงของคารบอนคือ สารประกอบไซยาไนด (cyanide)
ซึ่งมีไอออนลบ เปนสวนประกอบ ไซยาไนดมีความเปนพิษสูงมาก ไฮโดรเจนไซยาไนดซึ่งมี
กล่ินเหมือนอัลมอนด ยิ่งมีความเปนพิษรายแรงกวาไซยาไนดไอออนเพราะเปนสารระเหยงาย

HCN เขมขนเพียงไมถึง 1% โดยปรมิ าตรในอากาศอาจเปนอันตรายถึงชีวิตภายในเวลาเพียงไม
กีน่ าที สารนเี้ ตรยี มไดจากปฏิกริ ิยาระหวา งโซเดียมไซยาไนดหรอื โพแทสเซยี มไซยาไนดกบั กรด

NaCN(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + HCN(g)

ออกไซดของคารบอน

ในบรรดาออกไซดหลายชนิดของคารบอน ออกไซดที่สําคัญท่ีสุดคือคารบอน
มอนอกไซด (CO) และคารบอนไดออกไซด (CO2) คารบอนมอนอกไซดเปนแกสไมมีสี ไมมี
กลนิ่ เกดิ ข้นึ จากการเผาไหมไมสมบรู ณข องคารบอน หรอื สารประกอบของคารบอน

2C(s) + O2(g) → 2CO(g)

ในอุตสาหกรรม CO เตรียมไดโดยผานไอนํ้าไปบนถานโคกที่รอน คารบอนมอนอกไซดเผาไหม
ในออกซิเจนไดร วดเรว็ กลายเปนคารบ อนไดออกไซด

2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g) ∆Ho = -566 kJ

คารบอนไดออกไซดเปนแกสไมมีสี ไมมีกล่ิน และไมเปนพิษ แตเปนออกไซดกรด
คารบอนไดออกไซดมีประโยชนในการทํานํ้าอัดลม ในอุปกรณดับเพลิง และในการผลิตโซดาทํา
ขนมปง และโซดาแอช คารบอนไดออกไซดแข็งหรือน้ําแข็งแหง (dry ice) ใชเปนสารทํา
ความเย็น นอกจากนย้ี ังใชเ ปนตวั ลอ เมฆในการทําฝนเทียม

ธาตหุ มู 5A

ไนโตรเจน

อากาศประมาณ 78% โดยปริมาตรคือไนโตรเจน แหลงแรที่สําคัญท่ีสุดของไนโตรเจน
คือ ดินประสิว (saltpeter, KNO3) และดินประสิวชิลี (Chile saltpeter, NaNO3) ไนโตรเจนเปน
ธาตทุ จ่ี าํ เปนตอ ชวี ิตเพราะเปนสว นประกอบของโปรตนี และกรดนิวคลอี ิก

ไนโตรเจนในสภาพโมเลกุลเตรียมไดโดยนําอากาศมากลั่นลําดับสวน ในหองปฏิบัติการ
ไนโตรเจนทบี่ ริสทุ ธิ์มากๆ เตรียมไดจากการสลายตวั ดว ยความรอนของแอมโมเนียมไนไตรต

NH4NO2(s) → 2H2O(g) + N2(g)

แอมโมเนีย (ammonia)

แอมโมเนียเปนสารประกอบที่รูจักกันดีชนิดหน่ึงของไนโตรเจน ในหองปฏิบัติการ
เตรยี มไดจากปฏกิ ิริยาระหวา งแอมโมเนียมคลอไรดกับโซเดียมไฮดรอกไซด

NH4Cl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O + NH3(g)

แอมโมเนียเปน แกส ไมม ีสี มีกลิ่นฉุน ถกู นาํ ไปใชท ําปยุ

ออกไซดแ ละกรดออกโซของไนโตรเจน

ไนโตรเจนมสี ารประกอบออกไซดห ลายชนดิ
ไนตรัสออกไซด (nitrous oxide, N2O) เปนแก็สไมมีสี มีกล่ินหอมและมีรสหวาน
เตรยี มไดโดยเผาแอมโมเนยี มไนเตรตใหร อ นถึงประมาณ 270oC

NH4NO3(s) → N2O(g) + 2H2O(g)

ไนตรัสออกไซดเม่ือไดรับความรอนเปนระยะเวลาหน่ึง จะสลายตัวใหแกสไนโตรเจนและ
ออกซเิ จน

2N2O(g) → 2N2(g) + O2(g)

สวนใหญแกส น้ีใชเปนยาสลบในการทําทันตกรรมหรือผา ตัด ไนตรสั ออกไซดเปนท่ีรจู ักกันอกี ชื่อ
หนงึ่ คือ แกสหัวเราะ เนอื่ งจากคนทห่ี ายใจเอกแกส นเี้ ขาไปจะรูส ึกขําตลอดเวลา

ไนตรกิ ออกไซด (nitric oxide, NO) เปน แกส ไมมีสี ปฏกิ ิริยาระหวา ง N2 กบั O2

N2(g) + O2(g)

ฟอสฟอรัสมีหลายอัญรูป แตที่สําคัญมีเพียง 2 รูป คือ ฟอสฟอรัสขาว และฟอสฟอรัสแดง
ฟอสฟอรัสขาวประกอบดวยโมเลกุลทรงสี่หนา ของ P4 แยกกัน เปนของแข็ง ละลายนํ้าไมได
แตละลายไดในคารบอนไดซัลไฟด (CS2) ฟอสฟอรัสขาวเปนสารที่มีพิษรายแรง เมื่อสัมผัสกับ
อากาศจะตดิ ไฟไดเอง จงึ มีประโยชนในการทําระเบิดเพลงิ และลูกระเบดิ

P4(s) + 5O2(g) → P4O10(s)

ออกไซดแ ละกรดออกโซของฟอสฟอรัส

แบงเปน 2 ชนิด คือ เตตระฟอสฟอรัสเฮกซะออกไซด (P4O6) และฟอสฟอรัสเดคะ
ออกไซด (P4O10) ซ่ึงตางก็เตรียมไดจากการเผาฟอสฟอรัสในแกสออกซิเจนปริมาณจํากัด และ
ในแกสออกซิเจนมากเกินพอ

P4(s) + 3O2(g) → P4O6(s)
P4(s) + 5O2(g) → P4O6(s)

ออกไซดสองชนิดนี้เปนออกไซดกรด คือ เมื่อละลายน้ําจะกลายเปนกรด P4O10 เปนผงสีขาว
ซึ่งทาํ ปฏิกิรยิ ากับน้ําไดอยางรวดเรว็

P4O10(s) + 6H2O(l) → 4H3PO4(aq)

กรดออกโซของฟอสฟอรัสมีหลายชนิด เชน กรดฟอสฟอรัส (H3PO3) กรดฟอสฟอริก
(H3PO4) กรดไฮโปฟอสฟอรสั (H3PO2) และกรดไตรฟอสฟอรกิ (H5P3O10)

ฟอสฟอรัสเปนธาตุที่จําเปนตอชีวิตเชนเดียวกับไนโตรเจน เปนสวนประกอบในโครง
กระดูกมนุษย ในฟน และสารประกอบฟอสเฟตเปนสารพันธุกรรมที่เรียกวากรดดีออกซีไรโบ
นวิ คลีอิก และกรดไรโบนวิ คลอี กิ

ออกซเิ จนและกํามะถนั
ออกซิเจน

ออกซิเจนเปนธาตุที่มีอยูมากที่สุดในเปลือกโลก ออกซิเจนปรากฏในรูปโมเลกุลอะตอม
คู เตรยี มไดโดยการเผาโพแทสเซยี มคลอเรตกบั แกสออกซเิ จน

KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)

ปฏิกิริยานี้อาจเรงดวยแมงกานีส(IV)ออกไซด (MnO2) ออกซิเจนบริสุทธ์ิอาจเตรียมไดจาก
การแยกนาํ้ ดว ยไฟฟา

สมบัติของออกซิเจนโมเลกลุ ออกซิเจนมี 2 อัญรปู คือ O2 และ O3
โมเลกุล O2 เปนพาราแมกเนติกเพราะมีอิเล็กตรอนเด่ียว 2 อิเล็กตรอน ออกซิเจน
โมเลกุลเปนตัวออกซิไดซท่ีแรง

O2 เปนสารเคมีท่ีอุตสาหกรรมนิยมใชมากที่สุดชนิดหนึ่ง สวนใหญใชในอุตสาหกรรม
เหล็กกลา และบําบัดนาํ้ โสโครก นอกจากน้ียงั เปนสารฟอกขาวในการทาํ เยอื่ กระดาษ

ออกไซด เปอรอ อกไซด และซูเปอรอ อกไซด
ออกซิเจนเกิดสารประกอบออกไซดได 3 ชนิด คือ ออกไซดธรรมดา (O2-) เปอร

ออกไซด ( O22- ) และซเู ปอรอ อกไซด ( O-2 )

จากซายไปขวาในแตละคาบของตารางธาตุ พันธะในสารประกอบออกไซดจะเปลี่ยนไป
ออกไซดของโลหะแอลคาไล และของโลหะแอลคาไลเอิรท มักเปนของแข็งไอออนิก และมีจุด
หลอมเหลวสูง ออกไซดของกึ่งโลหะและโลหะท่ีอยูตอนกลางของตารางธาตุก็เปนของแข็ง
เชนกัน แตมีลักษณะไอออนิกต่ํากวา สวนออกไซดของอโลหะนั้นลวนเปนสารประกอบ
โคเวเลนตและมักเปนของเหลวหรือแกสที่อุณหภูมหิ อง ออกไซดเหลา น้ีมีความเปนกรดเพิ่มจาก
ซายไปขวา ในหมูเดียวกันจากบนลงลาง ออกไซดมีความเปนเบสสูงขึ้น เชน MgO ไมทํา
ปฏกิ ิรยิ ากับนํ้าแตท ําปฏกิ ริ ิยาไดก ับกรด

MgO(s) + 2H+(aq) → Mg2+(aq) + H2O(l)

แต BaO ซงึ่ เปน เบสมากกวา เกดิ ไฮโดรไลซิส กลายเปนไฮดรอกไซด

BaO(s) + H2O(l) → Ba(OH)2(aq)

เปอรออกไซดท่ีรูจักดี คือ ไฮโดรเจนเปอรออกไซด (H2O2) ซ่ึงเปนของเหลวหนืด ไมมีสี
สามารถเตรียมไดจากปฏิกิริยาระหวางกรดซัลฟริกเจือจางท่ีเย็นกับแบเรียมเปอรออกไซด
ออกตะไฮเดตร (barium peroxide octahydrate)

BaO2 . 8H2O(s) + H2SO4(aq) → BaSO4(s) + H2O2(aq) + 8H2O(l)

ไฮโดรเจนเปอรออกไซดสลายตัวไดอยางรวดเร็วเม่ือไดรับความรอนหรือไดรับแสงอาทิตย
หรือแมก ระทัง่ เมื่อสมั ผัสกบั ฝุนละอองหรือโลหะบางชนดิ รวมทง้ั เหลก็ และทองแดง

2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g) ∆Ho = -196.4 kJ

ไฮโดรเจนเปอรออกไซดผสมเปนเนื้อเดียวกับนํ้าไดทุกสัดสวนเพราะสรางพันธะ
ไฮโดรเจนกับน้ําได สารละลายไฮโดรเจนเปอรออกไซดเจือจาง (3% โดยมวล) เปนยาฆาเชื้อ
โรคอยางออน ถาเขมขนกวาน้ีใชเปนน้ํายาฟอกขาวสําหรับผา ขนสัตว และใชกัดสีผม บางทีมี
อาจนําไปใชเปนเชือ้ เพลงิ จรวด

ไฮโดรเจนเปอรออกไซดเปนตัวออกซิไดซที่แรง สามารถออกซิไดซ Fe2+ ไอออนเปน
Fe3+ ไอออนไดใ นสารละลายกรด

H2O2(aq) + 2Fe2+(aq) + 2H+(aq) → 2Fe3+(aq) + 2H2O(l)

และยงั สามารถออกซิไดซ SO32- ไอออนเปน SO24- ไอออนไดดว ย

H2O2(aq) + SO32- (aq) → SO42- (aq) + H2O(l)

ไฮโดรเจนเปอรออกไซดอาจทําหนาท่ีเปนตัวรีดิวซไดดวยถาทําปฏิกิริยากับสารที่เปนตัว
ออกซิไดซท ีแ่ รงกวา เชน ไฮโดรเจนเปอรออกไซดร ดี ิวซซลิ เวอรอ อกไซดเ ปนโลหะเงนิ

H2O2(aq) + Ag2O(s) → 2Ag(s) +H2O(l) + O2(g)

โอโซน

โอโซนเปนแกสสีน้ําเงิน ที่คอนขางเปนพิษ เราไดกลิ่นฉุนของโอโซนในบริเวณที่มีแหลง
การถายประจุไฟฟาจํานวนมาก เชน รถไฟใตดิน โอโซนเตรียมไดจากแกสออกซิเจนดวย
ปฏกิ ิรยิ าเคมเี ชงิ แสงหรอื โดยถายประจไุ ฟฟา ใหแ กออกซิเจน

3O2(g) → 2O3(g) ∆Go = 326.8 kJ

เน่ืองจากการเกิดโอโซนเปนปฏิกิริยาท่ีมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระมาตรฐานเปนบวกมาก
ดังนัน้ โอโซนจึงเสถียรนอยกวา ออกซิเจน โอโซนโมเลกลุ มโี ครงสรางเปน มมุ งอ

เรามักใชโอโซนในการทํานํ้าด่ืมบริสุทธ์ิ ฟอกอากาศและกําจัดกล่ินของแกสเสียชนิด
ตางๆ และในการฟอกสีขีผ้ ึ้ง นํา้ มัน และส่ิงทอ

โอโซนเปน ตัวออกซิไดซท ี่แรงมาก โอโซนสามารถออกซิไดซส ารประกอบซลั ไฟดของ
โลหะหลายชนิดไปเปน สารประกอบซลั เฟต

4O2(g) + PbS(s) → PbSO4(s) + 4O2(g)

โอโซนออกซิไดซโลหะไดท กุ ชนิดยกเวน ทองคําและแพลทนิ มั

กํามะถนั

กํามะถันเปนธาตุท่ีมีอยูไมมากนัก แตหาไดงายเพราะปรากฏอยูในธรรมชาติอิสระ นอก
จากนี้ กํามะถันยังอยูในรูปยิปซัม (gypsum, CaSO4 . 2H2O) และแรซัลไฟดชนิดตางๆ เชน
ไพไรต (pyrite, FeS2) แกส ตางๆ ในธรรมชาติ เชน H2S, SO2

กํามะถันมีหลายอัญรูป ท่ีสําคัญท่ีสุดคือ กํามะถันรอมบิกและกํามะถันโมโนคลีอิก
กาํ มะถันรอมบิกเปนอญั รูปทเี่ สถยี รทสี่ ดุ ในเชงิ เทอรโ มไดนามกิ ส มโี ครงสรา งเปน วงหยัก (S8)

SSS
SS

S
SS

กํามะถันรอมบิกเปนของแข็งสีเหลือง ไมมีรส ไมมีกลิ่น ไมละลายนํ้าแตละลายไดในคารบอนได
ซัลไฟด เม่ือไดรับความรอนจะคอยๆเปลี่ยนเปนกํามะถันโมโนคลินิก เม่ือกํามะถันหลอมเหลว
จะแตกออกเปนสายพันกันยุงเหยิง ทําใหหนืด แตเม่ือรอนขึ้นไปอีกสายโมเลกุลจะขาดเปนสาย
ส้นั ลงและความหนือจะลดลงอีกครัง้

สารประกอบระหวา งกํามะถันกับไฮโดรเจน คือการเตรยี ม ไฮโดรเจนซัลไฟด ซงึ่ เตรยี ม
ไดจ ากกรดกบั สารประกอบซลั ไฟด

FeS(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2S(g)

ไฮโดรเจนซัลไฟดเปนแกสไมมีสี มีกลิ่นเหม็นเหมือนไขเนา ไฮโดรเจนซัลไฟดเปนสารท่ีมีความ
เปนพิษสูง สามารถทําลายเอนไซมในทางเดินหายใจไดเชนเดียวกับแกสไฮโดรเจนไซยาไนด
เปนกรดไดโปรติก

ออกไซดข องกาํ มะถัน

สารประกอบออกไซดที่สําคัญ คือ ซัลเฟอรไดออกไซด และ ซัลเฟอรไตรออกไซด
ซลั เฟอรไดออกไซดเกดิ จากการเผากาํ มะถันในอากาศ

S(s) + O2(g) → SO2(g)

หรือปฏกิ ิรยิ าระหวา งกรดกบั ซัลไฟต

2HCl(aq) + Na2SO3(aq) → 2NaCl(aq) + H2O(l) +SO2(g)

ซัลเฟอรไดออกไซดเปนแกสไมมสี มีกลิ่นฉุน จัดวาเปนแกสพิษ ออกไซดชนิดนี้เปนออกไซด
กรด

กรดซัลฟว รกิ (H2SO4)
กรดซัลฟวริกเปนกรดไดโปรติก เปนของเหลวขนไมมีสี อํานาจการออกซิไดซของกรด

ซลั ฟว ริกข้ึนอยกู บั อุณหภมู ิและความเขมขน ตวั ออกซิไดซในสารนีค้ ือ ซัลเฟตไอออน

สารประกอบอน่ื ของกาํ มะถัน
คารบอนไดซลั ไฟด เปน ของเหลว ไมม สี ี ติดไฟงา ย เกดิ จากการเผาคารบ อนกบั กาํ มะถนั ที่
อุณหภมู สิ ูง

C(s) + 2S(s) → CS2(l)

สารละลายน้ีละลายไดเพียงเล็กนอยในน้ํา คารบอนไดซัลไฟดเปนตัวทําละลายท่ีดีสําหรับ
กาํ มะถนั ฟอสฟอรสั ไอโอดีน และสารไมมขี ว้ั ตางๆ

ธาตุหมู 7A
เฮโลเจน

เฮโลเจน คือ ฟลูออรีน คลอรีน โบนมีน และไอโอดีน เปนอโลหะที่ไวตอปฏิกิริยา
เฮโลเจนเกดิ สารประกอบจาํ นวนมาก เมอื่ เปน ธาตุ เฮโลเจนจะอยใู นสภาพโมเลกลุ อะตอมคู

การเตรียมและสมบตั ิของเฮโลเจน

เน่ืองจากฟลูออรีนและคลอรีนเปนตัวออกซิไดซท่ีแรง จึงเตรียมไดจากการ แยกสลาย
ดวยไฟฟามากกวาท่ีจะทําการออกซิไดซฟลูออไรดและคลอไรดไอออนดวยวิธีทางเคมี สาร
ละลายฟลูออไรดในน้ําไมอาจนําไปแยกสลายดวยไฟฟาไดเพราะฟลูออรีนเปนตัวออกซิไดซท่ี
แรงกวา นํา้

O2(g) + 4H+(aq) + 2e- → H2O(l) Eo = 1.23 V
F2(g) + 2e- → 2F-(aq) Eo = 2.87 V

ดวยเหตุน้ี จึงเตรียมฟลูออรีนดวยการทําอิเล็กโทรไลซิส ของไฮโดนเจนฟลูออไรดเหลวโดยมี
โพแทสเซียมฟลูไรดป นอยูดว ยเพือ่ เพม่ิ สภาพนาํ ไฟฟา

Anode: 2F- → F2(g) + 2e-
Cathode: 2H+ + 2e- → H2(g)

Overall:2HF(l) → H2(g) + F2(g)

ในอุตสาหกรรม แกสคลอรีน (Cl2) เตรียมไดจากอิเล็กโทรไลซิสของ NaCl หลอมเหลว หรืออิ
เลก็ โทรไลซิสของสารละลาย NaCl เขมขน

2NaCl(aq) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g) +Cl2(g)

หรือการทําอิเล็กโทรไลซิส โดยแคโทดคือ กอนปรอทเหลวที่กนเซลล และแอโนดทํามาจาก
แกรไฟตหรอื ไทเทเนียมเคลือบดวยแพลทินัม

Anode: 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-
Cathode: 2Na+(aq) + 2e- → 2Na/Hg

Overall:2NaCl(aq) → 2Na/Hg + Cl2(g)

แกสคลอรีนท่ีเกิดข้ึนโดยวธิ ีนี้จะมีความบริสทุ ธ์ิสูงมาก เพราะโซเดียมอะมัลกัมไมทําปฏิกิรยิ ากับ
น้ําเกลอื

ไฮโดรเจนเฮไลด
ไฮโดรเจนเฮไลดเปน สารประกอบท่ีเกดิ จากการรวมกันของธาตโุ ดยตรง

H2(g) + X2(g)

ประโยชนข องเฮโลเจน

ฟลูออรีน มีประโยชนในอุตสาหกรรม การบํารุงสุขภาพ เชน การเติม ฟลูออไรดในปริมาณ
เล็กนอยลงในนํ้าด่ืมเปนการกําจัดฟนผุ ในอุตสาหกรรม ฟลูออรีนเปนสารท่ีใชในการผลิต
พอลิเตตระฟลูออไรเอทิลีน ซ่ึงเปนสารพอลิเมอรที่เรียกวา เทฟลอน เทฟลอนนี้ใชเปนฉนวน
ไฟฟา เคร่ืองครัว พลาสตกิ อุณหภมู ิสูง

คลอรีน มีบทบาททางชีววิทยาท่ีสําคัญในรางกาย คลอไรดไอออนเปนไอออนลบหลักใน
ของไหลภายในและภายนอกเซลล คลอรีนเปนสารฟอกขาวท่ีใชกันอยางกวางขวางใน
อุตสาหกรรมกระดาษ และอุตสาหกรรมส่ิงทอ สารออกฤทธ์ิในน้ํายาซักผาขาวคือ โซเดียมไฮโป
คลอไรด นอกจากนี้ยังใชน ํ้าคลอรีนทําใหน ํา้ สะอาดและฆา เช้ือโรคในน้าํ ได

คลอริเนเตดมีเทน เชน คารบอนเตรตระคลอไรดและคลอโรฟอรม เปนตัวทําละลาย
อินทรียทีม่ ปี ระโยชนมาก เชน การผลติ ยาฆาแมลง

โบรมีน มีประโยชนในการเตรียมเอทิลีนไดโบรไมด ซึ่งใชเปนยาฆาแมลง และใชในการ
กําจัดตะกั่ว ในนํ้านันรถยนตเพ่ือไมใหมีตะกั่วเขาไปอุดตันในเคร่ืองยนต แตเอทิลีนไดโบรไมด
เปนสารกอมะเรง็ ทร่ี า ยแรง

ไอโอดนี ไอโอดีนในแอลกอฮอล เขมขน 50% เรียกวา ทงิ กเ จอไอโอดีน ใชเปน ยา ฆาเช้ือ
โรค ไอโอดีนเปนสวนประกอบสําคัญของไทรอยดฮอรโมนชื่อ ไทรอกซิน (thyroxine) การรับ
ประทานอาหารทข่ี าดไอโอดนี อาจทาํ ใหตอ มไทรอยด็บวม

I I HH O
HO O
CCC
I I H NH2 OH

โลหะทรานซชิ ัน

โดยทั่วไปธาตทุ รานซิชันหมายถงึ ธาตทุ ี่อะตอมหรอื ไอออนมอี เิ ลก็ ตรอนใน d- หรือ f-
ออรบติ อลไมเตม็ ธาตทุ รานสิชนั ยังแบงเปน หมตู างๆ เปน 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B และ 1B

1A 8A
1 2A 3A 4A 5A 6A 7A 2

H He

34 5 6 7 8 9 10

Li Be B C N O F Ne
11 12 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B 13 14 15 16 17 18
Na Mg Al Si P S Cl Ar

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

87 88 89 104 73 106 107 108 109

Fr Ra Ac Rf Ha Sg Ns Hs Mt

สมบัติของโลหะทรานซชิ นั

โลหะทรานซิชันคือมีอิเล็กตรอนใน d ออรบิตอลไมเต็ม หรือเม่ือกลายเปนไอออนก็จะมี
อิเล็กตรอนใน d ออรบิตอลไมเต็ม ลักษณะดังกลาว ทําใหโลหะทรานซิชันมีสมบัติท่ีนาสนใจ
เชน มสี ี เกดิ สารประกอบเชงิ ซอน เปนพาราแมกเนตกิ เปน ตัวเรง ปฏกิ ิริยา

สําหรับโลหะทรานซิชัน แนวโนมของสมบัติตางๆ แตกตางไปจากธาตุอื่นๆ คือ จาก
สแกนเดียมไปถึงทองแดง ประจุนิวเคลียสมีคาเพิ่มขึ้นแตอิเล็กตรอนท่ีเพ่ิมขึ้นเขาไปอยูใน 3d
ออรบิตอลและสามารถกําบังอิเล็กตรอนใน 4s ออรบิตอลจากแรงดึงดูดของประจุท่ีเพ่ิมขึ้นใน
นิวเคลียสไดดี รัศมีอะตอมจากซายไปขวาจึงลดลงอยางชาๆ ดังนั้นคาของอิเล็กโทรเนกาติวิตี
และพลงั งานไอออไนเซชนั ก็เพมิ่ ข้นึ เพียงเลก็ นอ ยจากสแกนเดยี มไปถงึ ทองแดง

สมบัติทางกายภาพทว่ั ไป

โลหะทรานซชิ ันสว นใหญม โี ครงสรา งแบบชิดท่ีสุด ซ่ึงแตล ะอะตอมจะมเี ลขโคออรด ิเน
ชันเทากบั 12 ธาตุเหลานีย้ งั ขนาดอะตอมคอนขา งเลก็ ดวยสมบตั ทิ าํ ใหเ กดิ พันธะโลหะทแี่ ข็ง
แรงมาก ดงั น้ันโลหะทรานซิชันจึงมีความหนาแนน จุดหลอมเหลวและจุดเดอื ด ความรอนของ
การกลายเปน ไอสงู กวา โลหะหมู 1A, 2A และ 2B

ตารางแสดงสมบตั ิทางกายภาพ

1A 2A 2B

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

รัศมอี ะตอม 235 197 162 147 134 130 135 126 125 124 128 138
(pm)

จดุ หลอมเหลว 63.7 838 1539 1668 1900 1875 1245 1536 1495 1453 1083 419.5
(oC)

จดุ เดือด 760 1440 2730 3260 3450 2665 2150 3000 2900 2730 2595 906
(oC)

ความหนาแนน 0.86 1.54 3.0 4.51 6.1 7.19 7.43 7.86 8.9 8.9 8.96 7.14
(g/cm3)

การจัดเรียงอิเล็กตรอน

การจัดเรียงอิเล็กตรอนจากสแกนเดียมไปถึงทองแดงจํานวนอิเล็กตรอนใน d ออรบิตอล
จะเพิ่มขึ้น ดังน้ันการจัดเรียงอิเล็กตรอนของสแกนเดียม คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d1 ของ
ไทเทเนียม 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d2 ไปเร่ือยๆ มียกเวน 2 ธาตุคือ โครเมียมและทองแดง
ซึ่งมกี ารจัดเรียงอิเลก็ ตรอนช้นั นอกเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13d5 และ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
4s13d10 ตามลําดับ

เม่ือโลหะทรานซิชันแถวแรกกลายเปนไอออน อิเล็กตรอนจะหลุดออกจาก 4s
ออรบิตอลกอน แลวจึงหลุดออกจาก 3d ออรบิตอล เชน Fe2+ การจัดอิเล็กตรอนช้ันนอกคือ 3d6
ไมใ ช 4s23d4

Fe การจดั เรียงอเิ ล็กตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d6
Fe2+ การจดั เรยี งอิเลก็ ตรอน : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6

สภาวะออกซเิ ดชัน

โลหะทรานซิชันมีเลขออกซิเดชันไดหลายคาเมื่ออยูในสารประกอบสวนใหญ เลย
ออกซิเดชันของพวกโลหะทรานซิชันจะอยูใจชวง +1, +2, +3 พลังงานไอออนไนเซชันของ
โลหะทรานซิชันจะเพ่มิ ขึน้ เรอ่ื ยจากซายไปขวา แตบางธาตุกม็ สี ภาวะออกซเิ ดชันสูงสดุ ถึง +7

เคมขี องเหลก็ และทองแดง
เหลก็

เหล็กบริสุทธ์ิเปนโลหะสีเทา ไมแข็งนัก จัดวาเปนธาตุที่จําเปนในระบบสิ่งมีชีวิต เหล็ก
ทาํ ปฏกิ ริ ิยากบั กรดไฮโดรคลอรกิ ไดแกส ไฮโดรเจน

Fe(s) + 2H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g)

กรดซลั ฟวริกเขมขนออกซิไดซเหลก็ เปน Fe3+ ได แตกรดไนตรกิ เขมขนทาํ ปฏิกริ ยิ ากบั เหลก็ ได
Fe3O4 เปนชั้นบางๆ เคลือบผิวโลหะไวจึงทําปฏิกิริยาตอไมได ปฏิกิริยาท่ีรูจักดีคือการเกิด
สนมิ เหล็ก สภาวะออกซิเดชันท่เี สถยี รของเหลก็ คือ +2 และ +3

ทองแดง

โลหะทองแดง มีสีน้ําตาลแกมแดง ทองแดงไมบริสุทธิ์อาจทําใหบริสุทธ์ิไดโดยการแยก
สลายดวยไฟฟา ทองแดงมีสภาพการนําไฟฟาสูงเปนที่สองรองจากเงินซ่ึงมีราคาแพงเกินกวาท่ี
จะนาํ มาใชใน ทองแดงมีประโยชนในการทําโลหะผสม สายไฟฟา ทอ และเหรียญกษาปณ

ทองแดงทําปฏิกิริยากับกรดซัลฟวริกและกรดไนตริกที่เขมขน สภาวะที่สําคัญ
2 สภาวะคือ +1 และ +2 สภาวะ +1 ไมคอยเสถียรนัก และเมื่ออยูในสารละลายจะเกิด
ดิสพรอพอรชันเนชัน

2Cu+(aq) → Cu(s) + Cu2+(aq)

สารประกอบทุกชนิดชอง Cu (I) เปนไดอะแมกเนติกและไมมีสียกเวน Cu2O ซึ่งมีสีแดง สาร
ประกอบทุกชนิดของ Cu(II) เปนพาราแมกเนติก และมีสี Cu2+ ในสภาพของไฮเดรเตดไอออนมี
สนี ํ้าเงนิ

สารประกอบโคออรด เิ นชัน

โลหะทรานซิชันมีแนวโนมท่ีจะเกิดไอออนเชิงซอนไดสูงและไอออนเชิงซอนเหลานี้ก็
สามารถรวมตัวกบั ไอออนหรือไอออนเชงิ ซอ นอืน่ กลายเปน สารประกอบโคออรด เิ นชันไดต อ ไป
สารประกอบโคออรดิเนชัน (coordination compound) หมายถึงสารไมมีประจุที่ประกอบดวย
ไอออนเชงิ ซอนต้ังแต 1 ชนิดขนึ้ ไป

ปจจุบันเราใชสูตร [Co(NH3)6]Cl3 เพ่ือแสดงวาแอมโมเนียโมเลกุลรวมตัวกับโคบอลต
อะตอมเปนไอออนเชิงซอน สวนคลอไรดไอออนไมใชสวนหน่ึงของไอออนเชิงซอน แตดึงดูดกับ
ไอออนเชิงซอนดวยแรงไอออนิก โลหะในสารประกอบโคออรดิเนชันสวนใหญคือ โลหะ
ทรานซิชนั

โมเลกุลหรือไอออนที่อยูลอมรอบโลหะในไอออนเชิงซอนเรียกวา ลิแกนด (ligand) ใน

สารประกอบเชิงซอน ลิแกนด ทําหนาที่เปนเบสลิวอิส และอะตอมของโลหะทรานซิชันทําหนาที่
เปนกรดลิลอสิ คือรับอเิ ลก็ ตรอนจากเบสลิวอิส

ในลิแกนด อะตอมที่สรางพันธะกับอะตอมโลหะโดยตรงเรียกวา อะตอมผูให เชน ใน
[Cu(NH3)4]2+ อะตอมผูใหคือ ไนโตรเจน ในสารประกอบโคออรดิเนชัน เลขโคออรดิเนชัน คือ
จํานวนอะตอมผูใหท่ีอยูลอมรอบอะตอมโลหะในไอออนเชิงซอน เชน Ag+ ใน [Ag(NH3)2]+ มีเลข
โคออรดิเนชันเทากับ 2 Cu2+ ใน [Cu(NH3)4]2+ มีเลขโคออรดิเนชัน เทากับ 4 และ Fe3+ ใน
[Fe(CN)6]3+ มีเลขโคออรด ิเนชันเทากับ 6

ประโยชนของสารประกอบเชงิ ซอน
โลหะวิทยา

ตัวอยางการใชประโยชนของสารประกอบโคออรดิเนชันในโลหะวิทยา ไดแก การสกัด
เงินและทองคําโดยทําใหเกิดเปนสารเชิงซอนกับไซยาไนดไอออน และการทํานิกเกิลใหบริสุทธ์ิ
โดยทําใหกลายเปนสารประกอบ Ni(CO)4 ในสถานะแกส

ตวั คเี ลตท่ใี ชบ ําบดั โรค
EDTA เปนคีเลตท่ีใชในการบําบัดพิษจากตะกั่วผลจากการศึกษาพบวา สารประกอบ

เชิงซอนบางชนิดของ แพลทินัมสามารถ ยับย้ังการเติบโตของเซลลมะเร็งไดอยางมี
ประสิทธิภาพ จากภาพแสดงรูปสารประกอบเชิงซอนของ Pt ซ่ึงมีฤทธ์ิในการตานมะเร็ง สาร
เชิงซอนท้ังหมดนี้มีลักษณะสําคัญคือ มีลิแกนดคูหน่ึงท่ีเหมือนกันจัดตัวอยูในตําแหนงซิสตอกัน
สวน transdiamminedichloro-platinum (II) และไอโซเมอรแบบทรานสอื่นๆ ตางก็ไมมีฤทธิ์ตาน
มะเรง็

NH3 Cl

Pt

Cl NH3

การวิเคราะหท างเคมี
ถึงแมวา EDTA จะจับตัวกับไอออนของโลหะไดมากมายหลายชนิด ตัวคีเลตบางชนิดก็

เลือกทําปฏิกิริยาท่ีจําเพาะเจาะจงกับโลหะบางชนิดเทานั้น เชน ไดเมทิลไกลออกไซม มีสูตร
โครงสรา งดงั น้ี

CH3

C N OH

N OH

CH3

สามารถรวมตัวกับ Ni2+ ไอออน เกิดเปนตะกอนสีแดงอิฐซึ่งไมละลายในน้ําและรวมตัวกับ Pd2+
เปน ตะกอนสเี หลือง สที ีเ่ ปน ลักษณะเฉพาะดงั กลาวน้ีมปี ระโยชนใ นการวิเคราะหเชงิ คุณภาพ คือ
ใชพ ิสจู นเอกลกั ษนของนิกเกลิ และแพลเลเดียมได นอกจากน้ียงั วิเคราะหหาปริมาณของโลหะทั้ง
สองนโี้ ดยการวิเคราะหดวยนํ้าหนัก ไดดวยวิธีการดังนี้ เติมไดเมทิลไกลออกไซมมากเกินพอลง
ในสารละลายที่มี Ni2+ อยู จะเกิดตะกอนสีแดงอิฐ กรองตะกอนออกทําใหแหง และนําไปช่ัง ก็
คํานวณหาปริมาณนกิ เกิลในสารละลายเดมิ ได

การเจรญิ เตบิ โตของพืช
โลหะ บางชนิด มีสวนสําคัญในการเจริญเติบโตของพืชซึ่งหมายถึงโลหะบางชนิด เชน

เหล็ก ทองแดง แมกานิส และโมลิบดินัม เหล็กสวนใหญในสภาวะออกซิเดชัน +3 ในดินจะถูก
ไฮโดรไลซไปเปนไฮดรอกไซดซ่ึงไมละลายนํ้า เชน Fe(OH)3 ซ่ึงพืชใชเปนอาหารไมได พืชท่ี
ขาดเหล็กมักเปนโรคท่ีเรียกวา ไอรออนคลอโรซิส (iron chlorosis) ซ่ึงทําใหใบกลายเปนสี
เหลือง โรคนี้ทําใหพืชประเภทสมมีผลผลติ ลดลง วิธีแกคือใหเติมสารเชิงซอน Fe(III)-EDTA ลง
ในดิน สารเชิงซอนชนิดน้ีละลายในนํ้าแลวดูดซึมเขาทางรากได และจะเปล่ียนเปนอาหารท่ีพืช
นาํ ไปเปน อาหารได ในดินทเี่ ปน ดาง ซึ่งไอรอ อนไฮดรอกไซดเกดิ ไดง า ย

สารซกั ฟอก
การทําความสะอาดดวยสบูในน้ํากระดางทําไดยากเพราะ Ca2+ ในนํ้าทําปฏิกิริยากับ

โมเลกุลสบู กลายเปนเกลือหรือไคลท่ีไมละลายนํ้า ซ่ึงถาเติมสารเชิงซอนประเภท โซเดียมไตร
พอลีฟอสเฟต (sodium tripolyphosphate) ไตรฟอสเฟตเปนตัวคีเลตท่ีรวมตัวกับ Ca2+ ไอออน
ไดดีเกิดเปนสารประกอบเชิงซอนที่เสถียรและละลายในนํ้าได แตก็มีขอเสียคือถาท้ิงสาร
ฟอสเฟตลงในแหลงน้ํามากๆ ทําใหพืชนํ้าเจริญเติบโตดี และทําใหออกซิเจนในนํ้าลดลง ซึ่งอาจ
ทําใหเกิดมลภาวะทางนา้ํ ได

บทท่ี 12
เคมอี นิ ทรีย (Organic Chemistry)

เปน เคมีสาขาหนง่ึ ซ่ึงศึกษาสารประกอบของคารบ อน สารประกอบอินทรียส ว นใหญอาจ
จําแนกออกไดเพียงไมก่ีประเภทเทานั้น โดยพิจารณาจากหมูฟงกชันภายในโมเลกุล หมู
ฟงกชัน (functional group) คือ กลุมอะตอมที่แสดงสมบัติทางเคมีของโมเลกุล โมเลกุลตาง
ชนิดกันที่มีหมูฟงกชันชนิดเดียวกันจะเกิดปฏิกิริยาคลายๆกัน ดังน้ัน ถาทราบสมบัติของหมู
ฟงกชันบางชนิด เราก็สามารถศึกษาสมบัติทางเคมีของสารประกอบอินทรียนั้นได สําหรับโครง
สรางพ้ืนฐานของสารประกอบอินทรียทุกชนิด ตองประกอบดวยสาร ไฮโดรคารบอน
(hydrocarbon) ประกอบดวยธาตุเพียง 2 ชนิด คือ ไฮโดรเจน และคารบอน สามารถแบงตาม
โครงสรา งได 2 ประเภท คอื ประเภทอะลฟิ าตกิ และประเภทอะโรมาตกิ

สารประกอบอินทรีย (organic compound) คือสารประกอบท่ีมี C เปนองคประกอบ มี
วาเลนซอิเลก็ ตรอน เทากับ 4 และสามารถสรา งพันธะได 4 พันธะ

hydrocarbon

aliphatic aromatic

alkane cycloalkane alkene alkyne

อลั เคน (Alkane)

: มีสูตรทว่ั ไปเปน Cn H 2n + 2 เมือ่ n = 1, 2, 3, ...
: มลี ักษณะเฉพาะคอื ตอ งเปน พันธะเดี่ยว
: C 1 - C 4 มีสถาระเปนแกส ถามีจํานวนคารบอนสูงกวานี้สวนใหญจะเปนของเหลว
และของแขง็

ชือ่ ไฮโดรคารบ อน จาํ นวนคารบ อน สตู รโมเลกลุ m.p. (oC) b.p. (oC)

methane 1 CH4 - 182.5 - 161.6
ethane 2 CH3 - CH3 - 183.3 - 88.6
propane 3 CH3 - CH2 - CH3 - 189.7 -42.1
4 CH3 - ( CH2 )2 - CH3 - 138.3
butane 5 CH3 - ( CH2 )3 - CH3 - 129.8 -0.5
pentane 6 CH3 - ( CH2 )4 - CH3 - 95.3 36.1
7 CH3 - ( CH2 )5 - CH3 - 90.6 68.7
hexane 8 CH3 - ( CH2 )6 - CH3 - 56.8 98.4
heptane 125.7
octane

Alkyl group : เปน หมแู ทนท่ี โดยทีจ่ ะไปแทนตาํ แหนง ของ H อะตอมใน alkane

เชน CH3 - methyl
CH3 - CH2 - ethyl
CH3 - CH2 - CH2 - n-propyl

ไซโคลอันเคน (Cycloalkane) มีสูตรโครงสรางท่ัวไปเปน ( Cn H2n ) คือ alkane ที่มีลักษณะ
เปนวง

CH CH 2 CH 2

2

CH CH2 CH2 CH2

2

cyclopropane ( C3 ) cyclobutane ( C4 )

- C4 ข้ึนไปจะมี isomer 2. boat form
- cyclohexane ( C6 ) จะมี 2 isomer คอื

1. chair form

อลั คีน (Alkene)
อัลคืนหรือโอเลฟน (olefin) ประกอบดวยพันธะครู ะหวา งคารบ อนกนั คารบ อนอยางนอ ย

1 พันธะ มีสูตรท่ัวไปเปน (Cn H2n ) เมอื่ n = 2, 3, 4, ...

CC

- CH2 = CH2 (ethylene) มีความสาํ คญั ในอตุ สาหกรรมพลาสตกิ
- CH3CH = CHCH3 เรยี ก 2 – butene มี 2 isomers

CH 3 CH 3 CH 3 H

CC CC

HH H CH3

cis - 2 - butene trans - 2 - butene

อลั ไคน (Alkyne)

อัลไคน มีโมเลกุลที่มีพันธะสามระหวางคารบอนกับคารบอนอยางนอย 1 พันธะ มีสูตร
ทั่วไปเปน (Cn H2n - 2 ) เมื่อ n = 2, 3, 4, ... โดยภายโมเลกุลมีพันธะสาม (triple bond)
ระหวาง C กบั C อยางนอย 1 พันธะ

CC

HC CH acetylene หรือ ethyne ใชเ ตรียม vinyl chloride

HC CH + HCl → CH2=CH-Cl ⎯p⎯olym⎯eriz⎯ation⎯→ PVC

(vinyl chloride)

อะโรมาติก ไฮโดรคารบอน (Aromatic Hydrocarbon)

มีวงเบนซีนเปนแทนแสดงสมบัติความเปนอะโรมาติก คือมีพันธะคูสลับพันธะเด่ียว มี
ลักษณะเปนวง และการดโี ลคาไลส (delocalize) ของอิเลก็ ตรอนภายในวง

CH H
CH CH HH

CH CH HH
CH H

- H บนวงถกู แทนท่ีดวยหมูแทนที่ จะทําใหสมบัตทิ างเคมีของสารประกอบเปลีย่ นไปขึน้ กับ
หมูแทนท่ีนัน้ ๆ

COOH CH3 OH CH = CH2 NH2

benzoic acid toluene phenol styrene aniline

- แทนที่ 2 ตําแหนง ใช ortho- , meta- , para-

CH3 CH3 CH3 CH3
CH3

CH3 CH3 CH3

o - xylene m - xylene CH3 1, 3, 5 – trimethyl benzene

p - xylene

naphthalene anthracene phenanthrene

อัลกอฮอล (Alcohol) : ( R - OH )
: มีหมูไฮดรอกซลิ ( -OH ) อยใู นโมเลกุล

CH3 - OH : methanol, methyl alcohol, wood alcohol
ใหเ สียชวี ติ : พิษ ตาบอด ถา ดื่มหรือเขา สูรา งกายในปริมาณทเ่ี หมาะสมอาจทาํ

CH3CH2-OH : ethanol, ethyl alcohol
: ในเครือ่ งด่มื เตรียมจากการหมักนํ้าตาล
: alcohol ในอตุ สาหกรรมเตรียมจาก ethylene (CH2=CH2)

CH2 = CH2 + H2O ⎯H→+ C2H5OH

: Denatured alcohol คือ ethyl alcohol ท่มี ี CH3OH หรอื สารอ่ืนเจอื ปน

: alcohol ท่มี หี มู -OH มากกวา 1 หมู เชน

น้ํารถ CH2 OH เรียก ethylene glycol ใชเปน antifreeze เติมหมอ

CH2 OH

CH2 OH เรียก glycerol หรอื glycerine

CH OH เตรยี มจากปฏิกิริยาระหวา งไขมันกับ NaOH ในอตุ สาหกรรม

ทําสบู CH2 OH
ใชเปนสว นประกอบในยา และสารใหความชุม ช้ืน

อีเทอร (Ether) ( R O R )

: ประกอบดว ยพันธะ R – O – R′ เมือ่ R หรอื R′ เปน หมูแ อลคิล หรือ เอริล
เชน CH3-CH2-O-CH2-CH3 diethyl ether

- ยาสลบ ยาชา มีอาการขา งเคียงอยา งอ่นื ประกอบดว ย
- เปน ตัวทาํ ละลาย (solvent)

CH3-O-CH2CH3 methyl ethyl ether
- ใชเ ปน ยาสลบไดดีกวา ไมเ กดิ side effect

แอลดีไฮด (Aldehyde) CO

H

: มี H อยา งนอย 1 อะตอม ทสี่ รา งพันธะกับ C ในหมคู ารบ อนิล

เชน O formaldehyde ใชทํานา้ํ ยา formalin, polymer

HCH

O acetaldehyde ผลจากการ oxidize ethanol
CH3 C H กนิ เหลา - เมา เพราะสารนี้ ถาตกคา งจะทําใหตบั แขง็

R เม่อื R และ R′ เปนหมแู อลคิลหรือเอรลิ

คโี ตน (Ketone) C O
R

: ไมมี H ทส่ี รางพันธะกบั C ในหมคู ารบอนิล เชน

O

CH3 C CH3 acetone เปน solvent ท่ดี ใี นอตุ สาหกรรม

O
C OH

กรดคารบ อกซลิ กิ (Carboxylic acid) ( R-COOH )

: มีหมูคารบอกซลิ ( –COOH ) อยใู นโมเลกุล

เชน CH3-COOH เรยี ก acetic acid หรือ กรดนํ้าสม
HCOOH เรียก formic acid หรอื กรดมด

อเี ทอร (Ester) O

C OR

- มาจาก carboxylic acid + alcohol , มกี ล่นิ หอม

O O ไขมันเปน เอสเทอร

CHe3thyCl aceOtaCte2H5 CH2 O C R

O

CH O C R

O

CH2 O C R

เอมนี (Amine) R

N
R

: เปน สารอนิ ทรยี  ทมี่ ีสมบตั ิเปน เบส

: สตู รทวั่ ไป คอื R3N เมอ่ื R อาจเปน H, หมูแอลคิล หรือ หมูเอริล

: มกี ล่ินเฉพาะตัว (ปกตมิ กี ลนิ่ คาวของปลา)

CH3 - NH2 CH3CH2 - NH2 NH2
methyl amine ethyl amine
aniline

ตารางที่ 1 Functional groups name
Functional groups alkene
alkyne
CC halide
CC Alcohol
carbonyl
R - X (X = F, Cl, Br, I)
R - OH Aldehyde
Ketone
CO
Caboxylic acid
CO Ester
H
Ether
R
CO Amine

R
O

C OH
O

C OR

RO R

R
N

R

นา้ํ มนั ปโ ตรเลยี ม (Petroleum)

ปโตรเลียม โดยท่ัวไปหมายถึง น้ํามันดิบ (crude oil) ซ่ึงประกอบดวย สารประกอบ
alkane , alkene , cycloalkane และสารประกอบ aromatic เมื่อนํามาผานกระบวนการกลั่น
ลําดบั สว น (fractional distillation) แยกตามจดุ เดอื ดของสาร ดังตาราง

fraction C-atom boiling point range ( การใชง าน
oC )
natural gas C1 – C4
petroleum ether C5 – C6 -161 – 20 เชื้อเพลิง กา ซหงุ ตม
Gasoline C6 – C12
Kerosene C11 – C16 30 – 60 ตัวทําละลาย
Heating fuel oil C14 – C18
Lubricating oil C15 – C24 30 – 180 เชื้อเพลิง

170 – 290 เชอ้ื เพลิง

260 – 350 เช้ือเพลงิ

300 - 370 สารหลอล่นื

Polymer : ประกอบดวยหนวยเลก็ ๆ (monomer) ตอกนั เปน โมเลกุลใหญ
: อาจมีอยูตามธรรมชาติ เชน ยาง แปง เซลลโู ลส โปรตีน หรือสามารถสงั เคราะหได

ชนดิ ของ polymer

1. addition polymer : การเติม monomer ไปท่ี monomer อน่ื เรื่อยๆ

CH2 = CH2 → ∼ CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 ∼
ethylene polyethylene

→ CH2 CH CH2 CH CH2 CH

CH2 = CH Cplolyvinyl chloCrilde Cl

vinyl chlCorlide

- Homopolymer = polymer ท่ีเกิดจาก monomer ชนิดเดียวกัน เชน polyethylene = n
( C2H4 )

- Copolymer = polymer ที่เกดิ จาก monomer ตางชนดิ กัน

เชน styrene + butadiene → ยางสังเคราะห (styrene butadiene rubber : SBR)

2. Condensation polymer : เปน polymer ทเี่ กดิ จาก monomer ที่มี functional
group > 2

เชน

H2N ( CH2 )6 NH2 + HOOC ( CH2 )4 COOH

condensation

O

H2N c(oCndHe2n)s6atioNnH C ( CH2 )4 COOH

O Nylon 66O O

( CH2 )4 C ( CH2 )6 NH C ( CH2 )4 C NH ( CH2 )6 NH

OO

HO C C OH + HetOhyleCnHe 2CgHly2colOH
Terephthalic acid

OO

C DacronC( pOolyesCteHr2C) H2 O
n
ชนดิ ของพลาสตกิ

1. Thermoplastic : พลาสตกิ หลอมใหมไ ด

- นิยมมากท่ีสดุ

- ถกู ความรอน หลอมเปล่ยี นรปู

เชน polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS)

2. Thermosetting plastics : พลาสตกิ ทนความรอน
- หลอมใหมไมไ ด เปลี่ยนรูปไมไ ด
- ทนสารเคมี
เชน melamine , epoxy , polyurethane

Natural polymer หรอื macromolecule ทีม่ ตี ามธรรมชาติไดแก
1. Carbohydrates
2. Proteins
3. Rubber