หลักเคมีปรับปรุง

บทที่ 1

ความรู้พนื้ ฐานเคมี

1.1 ขอบเขตและความสาคญั ของวชิ าเคมี

1.1.1 ความหมายของวชิ าเคมี
เคมี (Chemistry) คือ วิทยาศาสตร์สาขาหน่ึง ที่กล่าวถึงส่วนประกอบ (composition) และสมบตั ิของสสาร
(properties of matter) ตลอดจนการเปล่ียนแปลงของสสาร (matter revolution) การเปล่ียนแปลงของสสารน้ี
หมายถึง การเปล่ียนแปลงทางส่วนประกอบของสสาร (matter composition) ทาใหเ้ กิดสารใหม่ท่ีมีส่วนประกอบ
ทางเคมีต่างจากสารเดิม ซ่ึงถือเป็ นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หรือเรียกอีกอย่างว่า เกิดปฏิกิริยาเคมี (chemical
reaction) เม่ือสารมีการเปลี่ยนแปลงเกิดข้ึน สภาพหลงั การเปลี่ยนแปลงจะแตกต่างจากสภาพก่อนการเปล่ียนแปลง
รอบตวั เรามีการเปลี่ยนแปลงเกิดข้ึนอยู่ตลอดเวลา เช่น น้าระเหยเป็ นไอน้า น้าแข็งละลายเป็ นน้า เมล็ดพืชงอก
ตน้ ไม้เจริญเติบโต เหล็กเป็ นสนิมสีแดง ถ่านลุกไหม้ บางคร้ังการเปล่ียนแปลงเป็ นไปอย่างรวดเร็วเห็นได้ชัด
บางคร้ังการเปลี่ยนแปลงช้า ยากที่จะสังเกตเห็นได้ การท่ีน้าระเหยเป็ นไอ หรือน้าแข็งละลายเป็ นน้า เป็ นการ
เปล่ียนแปลงที่ไม่เหมือนกบั เหล็กเป็ นสนิม หรือถ่านลุกไหม้ ไอน้า หรือน้าแข็งเป็ นสารอยา่ งเดียวกนั เพียงแต่มี
รูปร่างต่างกนั แต่เหล็กกบั สนิมเป็ นสารคนละชนิดที่มีสมบตั ิต่างกนั การเปลี่ยนแปลงซ่ึงทาให้เกิดสารใหม่ท่ีมี
ส่วนประกอบทางเคมีต่างจากสารเดิม “เป็ นการเปล่ียนแปลงทางเคมี (chemical revolution)” ส่วนการท่ีน้าเป็ นไอ
เป็นการเปล่ียนแปลงทางกายภาพ (physical revolution) ซ่ึงไม่มีสารใหม่เกิดข้ึน
วิชาเคมีเป็ นความรู้ท่ีเก่ียวขอ้ งกบั ส่ิงมีชีวิตในโลก (living thing in the world) คือ มนุษย์ (human) และสัตว์
(animal) ซ่ึงเกี่ยวโยงถึงวตั ถุ (object) หรือสารตา่ ง ๆ (matters) ท่ีใชใ้ นชีวติ ประจาวนั ของมนุษย์ เช่น อาหาร (food)
เครื่องนุ่งห่ม (clothes) ยารักษาโรค (medicine) และวสั ดุก่อสร้างต่าง ๆ (construction materials) การศึกษาวิชาเคมี
ประกอบดว้ ยกระบวนการ 3 ข้นั คือ 1. การสังเกต (observation) 2. การแสดงผล (representation) 3. การแปล
ความหมายขอ้ มูล (interpretation) ขอ้ มลู ทางเคมีมกั จะไดม้ าจากการสังเกตปรากฏการณ์ท่ีมีขนาดใหญ่แต่คาอธิบาย
มาจากโลกของอะตอมและโมเลกุลที่มองไม่เห็น วิชาเคมีมีบทบาทสาคญั ร่วมกบั วิทยาศาสตร์แขนงอื่นๆ ท้งั
วทิ ยาศาสตร์ธรรมชาติ (natural science) ซ่ึงจะกล่าวถึง วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวกบั ส่ิงต่างๆ ตามธรรมชาติรอบตวั เรา
และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ (applied science) กล่าวถึง วิทยาศาสตร์ท่ีว่าดว้ ยเรื่องราวต่างๆ ท่ีมุ่งประโยชน์ในทาง
ปฏิบตั ิย่ิงกว่าทางทฤษฎี ดงั น้ันวิชาเคมี (chemistry) จึงเป็ นวิทยาการที่น่าสนใจ ทาให้เราเรียนรู้ปรากฏการณ์
ธรรมชาติ (natural phenomenon) และพฤติกรรมของสสารต่าง ๆ (matter behavior) ในชีวิตประจาวนั (everyday
life) เราจึงจาเป็นตอ้ งศึกษาเคมีเพ่ือจะไดน้ าความรู้ไปประยกุ ตใ์ ชใ้ นวชิ าชีพ และในการดารงชีวิตประจาวนั ของตวั เรา

2

1.1.2 สาขาของวชิ าเคมี
ความรู้ทางเคมีโดยทวั่ ไป แบ่งไดเ้ ป็น 5 สาขาใหญ่ ๆ ดงั น้ี

1. เคมีอินทรีย์ (Organic Chemistry) เป็ นการศึกษาสารประกอบของธาตุคาร์บอน และปฏิกิริยาเคมี
ในสารประกอบของธาตุคาร์บอน และอ่ืน ๆ

2. เคมีอนินทรีย์ (Inorganic Chemistry) เป็นการศึกษาเรื่องของธาตุ และสารประกอบ
3. เคมีฟิ สิกส์ (Physical Chemistry) เป็นการศึกษาอตั ราเร็วของปฏิกิริยากลไกตา่ ง ๆ ของการ
เกิดปฏิกิริยา รวมท้งั ศึกษาเรื่องของเทอร์มอไดนามิกส์
4. เคมีวเิ คราะห์ (Analytical Chemistry) เป็นการศึกษาเรื่องของการเกิดปฏิกิริยาแลว้ ไดส้ ารใดบา้ ง
(qualitative analysis) ในปริมาณมากนอ้ ยเพยี งใด (quantitative analysis)
5. ชีวเคมี (Biochemistry) เป็นการศึกษากรรมวธิ ีเคมีทางชีวภาพของธาตุ และสารประกอบในดา้ นของ
อาหาร ไดแ้ ก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมนั ศึกษา เมแทบอลิซึม ของ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมนั ของ
ส่ิงมีชีวติ
1.1.3 ประโยชน์ของวชิ าเคมี
เคมีเป็ นสาขาหน่ึงของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ซ่ึงเป็ นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ (natural science) โดยศึกษา
เร่ืองของสสาร และโครงสร้างของสสาร ซ่ึงประกอบอยบู่ นโลก โดยมนุษยก์ ่อนประวตั ิศาสตร์ ไดใ้ ชค้ วามร้อนจาก
ไฟแยกโลหะออกจากกนั แต่ไดโ้ ลหะลกั ษณะไม่บริสุทธ์ิ รู้จกั เคร่ืองเคลือบดินเผา และอิฐ ทองคาเป็ นโลหะชนิด
หน่ึงในหลาย ๆ ชนิดที่พบในโลก และอยใู่ นสภาพอิสระ ประมาณ 300 – 3500 ปี ก่อนคริสตศกั ราช มนุษยไ์ ดร้ ู้จกั
บรอนซ์ ไดพ้ บวิธีทาแกว้ อียิปต์เป็ นชนชาติท่ีนาแก้วมาใช้เป็ นเคร่ืองประดบั ในยุคก่อนคริสตศกั ราชมนุษยไ์ ด้
แสวงหายารักษาโรค โดยสกดั จากราก เปลือกไม้ และส่วนอ่ืน ๆ ของพืช พาราเซลซัส (Paracelsus) จดั วา่ เป็ นคน
แรกที่นาเอาสารเคมีมาใชเ้ ป็ นยารักษาโรค นกั วิทยาศาสตร์หลายท่าน มีความต้งั ใจแน่วแน่ที่จะคน้ ควา้ หาความรู้
ค.ศ. 1627 – 1691 โรเบิร์ต บอยล์ (Robert Boyle) เป็ นนกั วทิ ยาศาสตร์ที่มีช่ือเสียงมากในดา้ นพฒั นาความรู้เคมี ได้
ศึกษาและพบว่าเมื่อนาโลหะไปเผาในอากาศ มวลของโลหะจะเพิ่มข้ึน ทาให้พบความสัมพนั ธ์ระหว่างปริมาตร
และความดนั ของแก๊ส เซอร์โรเบิร์ต โรบินสัน (Sir Robert Robinson) นกั เคมีชาวองั กฤษ ไดส้ ังเคราะห์สารทางยาท่ี
มีประโยชน์ใช้รักษาโรค ไดแ้ ก่สูตรโครงสร้างของโมเลกุลสติกนิน ศาสตราจารยล์ ิวอิส (Professor Lewis) ได้
อธิบายถึงเรื่องความรู้เกี่ยวกบั พนั ธะเคมี และเร่ืองของกรด และด่าง วอลเลซ คาโรเทอร์ (Wallace H. Carothers) ได้
พบไนลอน ศึกษาเรื่องโครงสร้างโปรตีน และบทบาทของยาสลบ นอกจากน้ียงั มีนกั วิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงของ
โลกอีกเป็นจานวนมากที่คน้ ควา้ วจิ ยั ดา้ นเคมี และนาเคมีมาใชป้ ระโยชน์ จะเห็นไดว้ า่ อาหารท่ีเรารับประทาน เส้ือผา้
ที่เราสวมใส่ ยาที่เรารับประทานเพ่ือรักษาโรค เคร่ืองใชต้ ่าง ๆ ของอาคารบา้ นเรือน ลว้ นมาจากประโยชน์ของวชิ า
เคมีท้งั สิ้น ดงั น้นั ประโยนท์ ่ีไดร้ ับจากการศึกษาวิชาเคมีน้นั ไม่เพียงแต่เป็ นองคค์ วามรู้พ้ืนฐานเท่าน้นั แต่ยงั สามารถ
นามาประยกุ ตใ์ ชง้ านในชีวติ ประจาวนั ซ่ึงเราไม่สามารถปฏิเสธไดเ้ ลยวา่ สิ่งเหล่าน้นั จาเป็นมากเพียงใด

3

1.2 สสาร และการเปลย่ี นแปลง

1.2.1 ความหมายและสถานะของสสาร
สสาร (matter) คือ ส่ิงท่ีมีมวลตอ้ งการที่อยมู่ องเห็นและจบั ตอ้ งได้ เช่น โต๊ะ เกา้ อ้ี ดิน น้า ไม้ และอื่น ๆ
อีกมากมาย ส่วนส่ิงท่ีมองไม่เห็น เช่น อากาศ สสาร มีอยู่ทว่ั ไปรอบ ๆ ตวั เรามี 3 สถานะ คือ ของแข็ง (solid)
ของเหลว (liquid) และแกส๊ (gas) นกั วทิ ยาศาสตร์พยายามทาความเขา้ ใจเกี่ยวกบั สสาร มาต้งั แต่สมยั โบราณ สสาร
แบ่งออกเป็ นหลายชนิด แต่ละชนิดยอ่ ย ๆ ของสสารเรียกวา่ สาร (substance) เช่น เซลลูโลส เป็ นสารที่พบในพืช
คลอโรฟิ ลล์ เป็นสารที่ทาใหใ้ บไมม้ ีสีเขียว แก๊สออกซิเจน และไนโตรเจน เป็ นสารที่พบในอากาศ โลหะทองแดง
เป็นสารที่ใชเ้ ป็นตวั นาไฟฟ้ าในสายไฟ สสารมีส่วนเกี่ยวขอ้ งกบั ชีวติ ประจาวนั ของเราท้งั ทางตรง และทางออ้ ม เช่น
อาหารท่ีเรารับประทานเขา้ ไป ไมว่ า่ จะเป็นขา้ ว น้า พืช ผกั และผลไม้ ลว้ นแต่มีสารที่ใหพ้ ลงั งานและแร่ธาตุต่าง ๆ
แก่ร่างกาย เม่ือเจ็บป่ วยก็ตอ้ งรักษาโดยการรับประทานยาท่ีถูกกบั โรค การพฒั นาและววิ ฒั นาการเกี่ยวกบั ยารักษา
โรค จึงมีความจาเป็นอยา่ งยง่ิ ท่ีจะตอ้ งเขา้ ใจเกี่ยวกบั สารท่ีใชใ้ นการผลิตยาอยา่ งถ่องแทท้ ุกแง่มุม นอกจากน้ีความรู้
ความเขา้ ใจในสมบตั ิของสารยงั สามารถนาไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ในดา้ นอื่น ๆ อีก เช่น การผลิตวสั ดุอุปกรณ์
สิ่งของเคร่ืองใช้ สิ่งอานวยความสะดวกต่าง ๆ การพฒั นาหาพลงั งานทดแทน แหล่งพลงั งานจากธรรมชาติที่กาลงั
จะหมดไป วิวฒั นาการให้มีแหล่งผลิตอาหารเพ่ิมมากข้ึน การสร้างเครื่องมือใหม่ ๆ รวมถึงการส่งเสริมให้มี
คุณภาพชีวติ ที่ดีข้ึนในทุก ๆ ดา้ น
1.2.2 การจาแนกสสาร (Classification of Matter)
ในปัจจุบนั มีการจาแนกหรือการจดั กลุ่มของสสารให้มีเป็ นระเบียบเหมาะสมกบั การใชง้ านและความเขา้ ใจ
เก่ียวกบั กลไก และโครงสร้างของมนั เอง ดงั น้นั ถา้ ใชส้ ถานะเป็ นเกณฑ์ในการจาแนกแลว้ สามารถจาแนกสสารได้
เป็น 3 ประเภท คือ
1. ของแขง็ (solid) เป็นสารที่มีอนุภาคของสารอยชู่ ิดกนั อยา่ งหนาแน่น ของแข็งจึงมีรูปร่างแน่นอน รูปทรง
ของสารไมข่ ้ึนกบั รูปร่างของภาชนะท่ีใชบ้ รรจุ เช่น หิน แกว้ และ เหล็ก เป็นตน้
2. ของเหลว (liquid) เป็ นสารที่มีอนุภาคของสารจดั ตวั อยู่อย่างหลวม ๆ จึงทาให้ของเหลวมีรูปร่างไม่
แน่นอน รูปร่างจะเปล่ียนไปตามรูปร่างของภาชนะท่ีใชบ้ รรจุ เช่น น้า สารละลาย ปรอท เป็นตน้
3. แก๊ส (gas) เป็ นสารท่ีมีอนุภาคของสารอยหู่ ่างกนั มากกวา่ ของเหลว จึงเคลื่อนที่ไดท้ ุกทิศทางอยา่ งไม่เป็ น
ระเบียบ ทาให้แก๊สเป็ นสารท่ีมีรูปร่างและปริมาตรไม่แน่นอนสามารถขยายตวั หรือถูกบีบอดั ให้มีรูปร่างและ
ปริมาตรตามภาชนะท่ีใชบ้ รรจุ เช่น แกส๊ ไนโตรเจน แกส๊ ออกซิเจน แก๊สไฮโดรเจน เป็นตน้
ดงั น้นั จึงไดม้ ีการจาแนกประเภทของสารตามลกั ษณะทางกายภาพของสาร โดยใชเ้ น้ือสารเป็ นเกณฑ์ ได้
แสดงตามไดอะแกรมขา้ งล่างน้ี

4

สารเน้ือเดียวหรือสารเอกพนั ธ์ (homogeneous substance) เป็ นสสารที่มีเน้ือเดียวมีองคป์ ระกอบเหมือนกนั
ทุกส่วน มีสมบตั ิแน่นอน ถา้ นาส่วนหน่ึงส่วนใดของสารเน้ือเดียวไปทดสอบ จะแสดงสมบตั ิเหมือนกนั ทุกประการ
เช่น น้า น้าเกลือ น้าเชื่อม ทองคา เงิน ทองแดง ผงชูรส น้าตาลทราย และเกลือ เป็นตน้

สารเน้ือผสมหรือสารวิวิธพนั ธุ์ (heterogeneous substance) เป็ นสสารที่มีองค์ประกอบไม่แน่นอน แต่ละ
องคป์ ระกอบเม่ือผสมกนั จะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี และไม่กลมกลืนเป็นเน้ือเดียวกนั สามารถสังเกตเห็นไดด้ ว้ ยตาเปล่า
และแยกแต่ละองคป์ ระกอบจากกนั ไดโ้ ดยวธิ ีทางกายภาพ เช่น คอนกรีต น้าคลอง และพริกกบั เกลือ เป็นตน้

สารละลาย (solution) เป็ นสารเน้ือเดียวมีองคป์ ระกอบต้งั แต่สองชนิดข้ึนไปมาผสมกนั โดยองคป์ ระกอบท่ี
มีปริมาณมากกวา่ เรียกวา่ ตวั ทาละลาย (solvent) และองคป์ ระกอบท่ีมีปริมาณนอ้ ยกวา่ เรียกวา่ ตวั ถูกละลาย (solute)
เช่น น้าเชื่อม น้าทะเล ทองเหลือง (ทองแดง ในสงั กะสี) และน้าโซดา (คาร์บอนไดออกไซดใ์ นน้า) เป็นตน้

สารบริสุทธ์ิ (pure substance) เป็นสารเน้ือเดียวท่ีมีองคป์ ระกอบเพียงชนิดเดียวและมีองคป์ ระกอบทางเคมีท่ี
แน่นอน มีสมบตั ิทางเคมี และกายภาพเฉพาะตวั เช่น จุดเดือด จุดหลอมเหลวคงที่ สารบริสุทธ์ิอาจจะเป็ นธาตุ หรือ
สารประกอบก็ได้ เช่น เหล็ก คาร์บอน แก๊สไฮโดรเจน เกลือแกง แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ และน้า เป็นตน้

5

ของผสมเน้ือเดียว (homogeneouse mixture) เป็ นสารท่ีประกอบดว้ ยสารบริสุทธ์ิ ต้งั แต่สองชนิดข้ึนไป มี
อตั ราส่วนผสมตา่ ง ๆ กนั และแปรเปลี่ยนไปไดโ้ ดยไม่จากดั เช่น อากาศที่เราหายใจ ประกอบดว้ ย แก๊สออกซิเจน
ร้อยละ 21 ผสมกบั แก๊สไนโตรเจนร้อยละ 78 และแกส๊ อื่น ๆ อีกร้อยละ 1 (พวกแกส๊ เฉ่ือยและไอน้า)

ธาตุ (element) เป็ นสารบริสุทธ์ิที่ประกอบดว้ ยอนุภาคเล็กท่ีสุดท่ีเป็ นอะตอมชนิดเดียวกนั ท้งั หมด แต่ละ
อะตอมมีสมบตั ิเหมือนกนั ทุกประการ และไม่สามารถแบ่งแยกออกเป็ นสารอื่นไดด้ ว้ ยวิธีทางเคมี ธาตุท่ีเกิดข้ึนเอง
ตามธรรมชาติมี 92 ธาตุ และมีธาตุอีกจานวนหน่ึงที่นักวิทยาศาสตร์สังเคราะห์ข้ึนจากห้องทดลอง ธาตุชนิด
เดียวกนั จะมีจานวนโปรตอน และอิเล็กตรอนเท่ากนั ตวั อย่างธาตุที่เราคุน้ เคย ได้แก่ เหล็ก (Fe) ทองแดง (Cu)
ตะกว่ั (Pb) ออกซิเจน (O2) และไฮโดรเจน (H2) เป็นตน้

สารประกอบ (Compound) เป็ นสารบริสุทธ์ิท่ีประกอบดว้ ยอนุภาคเล็กสุดเป็ นโมเลกุล เกิดจากอะตอมของ
ธาตุต่างชนิดกัน ต้ังแต่สองชนิดข้ึนไป มารวมตัวกันด้วยสัดส่วนคงท่ีแน่นอน และไม่สามารถแบ่งแยก
องคป์ ระกอบเหล่าน้ีออกจากกนั ไดด้ ว้ ยวธิ ีทางกายภาพ ตอ้ งใชว้ ิธีทางเคมี เช่น โมเลกุลของน้ามีสูตรเคมี H2O เป็ น
สารประกอบท่ีประกอบดว้ ย H 2 อะตอม และ O 1 อะตอม และมีอตั ราส่วนโดยมวลของ H : O เท่ากนั 1 : 8
เสมอ ดงั น้นั ถา้ นาไฮโดรเจน (H) 1 ส่วน และออกซิเจน (O) 8 ส่วน ผสมกนั ภายใตส้ ภาวะท่ีเหมาะสม จะเกิดเป็ น
H2O ได้

ของผสม (mixture) ประกอบดว้ ยสารบริสุทธ์ิต้งั แต่สองชนิดข้ึนไปผสมกนั ในอตั ราส่วนท่ีไม่คงที่แน่นอน
โดยแต่ละสารยงั คงเอกลกั ษณ์ของตนเองอยู่ ของผสมเป็นไดท้ ้งั ของผสมเน้ือเดียว และของผสมเน้ือผสม เช่น น้านม
น้าอดั ลม สารละลาย โลหะเจือ คอนกรีต และหินแกรนิต เป็นตน้

การแยกสารผสม เป็ นกระบวนการที่จะทาให้สารบริสุทธ์ิ โดยอาศยั สมบตั ิต่าง ๆ ของสาร เช่น สถานะ
ขนาดของสาร ความหนาแน่น ความดนั ไอ หรือความสามารถในการละลาย โดยทว่ั ไปสารตา่ ง ๆ ท่ีพบในธรรมชาติ
มกั จะอยใู่ นรูปของสารเน้ือผสม หรือสารละลาย โดยองคป์ ระกอบแต่ละชนิดมกั มีสมบตั ิเฉพาะตวั ที่แตกต่างกนั ทา
ใหส้ ามารถแยกองคป์ ระกอบแต่ละชนิดในสารเน้ือผสมหรือสารละลายออกมาได้ ซ่ึงการแยกสารมีประโยชน์อยา่ ง
มากต่อการนาไปใชใ้ นชีวิตประจาวนั เช่น การสกดั น้ามนั จากเมล็ดพืช การกลนั่ น้ามนั ปิ โตรเลียม การสกดั สารท่ี
เป็นองคป์ ระกอบของยาจากส่วนต่าง ๆ ของพชื การทาน้าใหบ้ ริสุทธ์ิ กระบวนการแยกสารให้บริสุทธ์ิน้ีสามารถทา
ไดโ้ ดยวธิ ีการทางกายภาพและทางเคมี ข้ึนกบั ลกั ษณะทางกายภาพของสาร เช่น

1.การกรอง (filtration)
การกรองเป็ นการแยกของแข็งออกจากของเหลว โดยเทสารผสมผ่านกระดาษกรอง หรือเย่ือกรอง ทาให้
ของแข็งที่ไม่ละลายในของเหลวถูกแยกออกมา เรียกวา่ กาก หรือ ส่วนตกคา้ ง (residue) ส่วนของเหลวท่ีไดจ้ าก
การกรองเรียกวา่ ฟิ ลเทรต (filtrate) เช่น การกรองแยกผงถ่านออกจากน้า การกรองเป็นวธิ ีการหน่ึงทางเคมีที่ใชใ้ น
กระบวนการแยกสารให้บริสุทธ์ิ มกั ใชค้ วบคู่กบั การละลาย เช่น ในการแยกสารผสมระหวา่ ง ผงทองกบั ผงเหล็ก
โดยใชก้ รดเป็ นตวั ทาละลายผงเหล็ก ในขณะท่ีผงทองไม่ละลาย จากน้นั จึงกรองแยกผงทองออกจากสารละลาย
เป็ นตน้ กระดาษกรองที่ใช้ในการกรอง ก่อนนาไปใช้ตอ้ งพบั เพ่ือให้วางไวบ้ นกรวยกรองได้ การพบั กระดาษ
กรองเป็ นทบ (พบั จีบ) เพื่อใช้ในการกรองสารละลายท่ีร้อนแลว้ นาไปตกผลึกเป็ นการเพ่ิมพ้ืนที่ผิวให้ของเหลว

6

สามารถไหลผ่านได้มาก และป้ องกนั ไม่ให้เกิดการตกผลึกบนกระดาษกรองขณะที่ทาการกรอง ในบางกรณีที่
ตะกอนมีขนาดเล็ก มีลกั ษณะเบาหรือละเอียดมาก ๆ การกรองผา่ นกระดาษกรองธรรมดาตอ้ งใช้เวลาในการกรอง
นาน จึงอาจใชว้ ธิ ีการกรองดว้ ยแรงสุญญากาศ (vacuum filtation) ซ่ึงสะดวกและรวดเร็วมากกว



ภาพท่ี 1 การกรองแบบธรรมดา (กรวย)

ภาพที่ 2 การกรองขณะร้อน (พบั จีบ)

7

ภาพที่ 3 การกรองดว้ ยแรงสุญญากาศ
2. การกลนั่ (distillation)
การกลน่ั เป็นการแยกสารผสมท่ีมีสถานะเป็นของเหลวที่มีจุดเดือดต่างกนั ออกจากกนั โดยสารท่ีมีจุดเดือดต่า
กวา่ จะระเหยแยกออกมาก่อน เช่น การแยกน้าออกจากน้าเกลือ และการกลนั่ น้ากลนั่ เป็ นตน้ การกลนั่ สามารถใช้
ในการแยกของผสมระหวา่ งของแข็งผสมอยกู่ บั ของเหลว โดยของแข็งละลายอยใู่ นของเหลว หรือของเหลวผสม
กบั ของเหลว หลกั การของการกลน่ั จะอาศยั ความแตกตา่ งของจุดเดือดต่าหรือความดนั ไอของแต่ละองคป์ ระกอบใน
ของผสม เมื่อของผสมไดร้ ับความร้อน องคป์ ระกอบที่มีจุดเดือดต่ากวา่ หรือความดนั ไอสูงกวา่ จะระเหยกลายเป็ น
ไอก่อน จากน้ันทาให้ไอกระทบกบั ความเย็น โดยผ่านเครื่องควบแน่น (condenser) ไอจะควบแน่นกลายเป็ น
ของเหลวกลบั คืนมา การกลน่ั มีหลายประเภท คือ
2.1 การกลนั่ แบบธรรมดา (simple distillation)
เป็ นการกลนั่ ภายใตส้ ภาวะท่ีความดนั ปกติ คือ ประมาณ 1 บรรยากาศ หรือท่ีความดนั 760 มิลลิเมตรของ
ปรอท มกั ใชใ้ นการแยกของเหลวผสมท่ีมีจุดเดือดต่างกนั มาก ๆ ออกจากกนั โดยจุดเดือดตอ้ งต่างกนั มากกวา่ 30
องศาเซลเซียส ข้ึนไป ดงั น้นั การกลนั่ แบบธรรมดาจึงไม่สามารถใช้แยกของผสมระหวา่ งน้าและเอทิลแอลกอฮอล์
ได้ เน่ืองจากจุดเดือดระหวา่ งน้าและเอทิลแอลกอฮอลใ์ กลเ้ คียงกนั แต่วธิ ีน้ีสามารถแยกสารละลายท่ีตวั ทาละลาย
ระเหยไดง้ ่ายออกจากตวั ถูกละลายท่ีไมร่ ะเหย เช่น การแยกเกลือแกงออกจากน้าเกลือ

8




ภาพท่ี 4 การกลนั่ แบบธรรมดา

จากรูปแสดงอุปกรณ์การกลนั่ แบบธรรมดา โดยเม่ือให้ความร้อนแก่สารละลายดว้ ยเตาหลุมให้ความร้อน
ตวั ทาละลายที่มีจุดเดือดต่ากวา่ จะระเหยกลายเป็ นไอ ผา่ นเคร่ืองควบแน่น เม่ือไอกระทบกบั ความเยน็ ก็จะกลน่ั ตวั
เป็ นของเหลวไหลลงสู่ภาชนะท่ีรองรับ ทาให้สามารถแยกตวั ทาละลายท่ีบริสุทธ์ิออกมาได้ ในการกลนั่ แบบ
ธรรมดาตอ้ งมีการใส่เศษกระเบ้ือง หรือเศษแกว้ (boilling chip) ลงในสารละลายที่จะกลน่ั ดว้ ย เพ่ือช่วยระบาย
ความร้อนในสารละลาย และไม่ใหส้ ารละลายเกิดการเดือดท่ีรุนแรงเกินไป

2.2 การกลนั่ ลาดบั ส่วน (fractional distillation)
เป็นการกลนั่ ภายใตส้ ภาวะความดนั ปกติ เช่นเดียวกบั การกลนั่ แบบธรรมดา แต่จะใชใ้ นการแยกของเหลว
ผสมท่ีมีจุดเดือดใกลเ้ คียงกนั ออกจากกนั เช่น การกลน่ั แยกสารผสมของน้ามนั ปิ โตรเลียม โดยนาของเหลวผสมสอง
ชนิดที่มีจุดเดือดใกลเ้ คียงกนั มาทาการแยกโดยการกลน่ั แบบธรรมดาของเหลวท้งั สองชนิดจะกลายเป็ นไอ เม่ือ
ไดร้ ับความร้อน และเมื่อไอระเหยมากระทบกบั ความเยน็ ก็จะกลนั่ ตวั เป็ นของเหลวผสมอีก แต่ไอของสารที่มีจุด
เดือดต่ากว่า หรือไอท่ีมีความดนั ไอสูงกว่าจะมีปริมาณมากกว่า ทาให้ของเหลวที่ได้มีปริมาณท่ีแตกต่างกนั นา
ของเหลวผสมที่กลน่ั ตวั ออกมาน้ีไปทาการกลน่ั ซ้าอีกคร้ัง ของเหลวท่ีไดจ้ ากการกลน่ั คร้ังท่ีสองจะมีปริมาณของ
ของเหลวท่ีมีจุดเดือดต่ากวา่ หรือมีความดนั ไอสูงกวา่ มากข้ึนอีก ทาเช่นน้ีต่อไปเร่ือย ๆ หลาย ๆ คร้ัง เป็ นการกลนั่
ซ้าหลาย ๆ คร้ังอยา่ งตอ่ เน่ือง ก็จะสามารถแยกของผสมที่มีจุดเดือดใกลเ้ คียงกนั ออกจากกนั ได้ จึงเรียกวธิ ีการแบบ
น้ีวา่ การกลน่ั ลาดบั ส่วน

9







ภาพท่ี 5 การกลนั่ ลาดบั ส่วน
จากรูปแสดงอุปกรณ์การกลนั่ ลาดบั ส่วน ซ่ึงจะต่างจากอุปกรณ์ที่ใช้กลน่ั แบบธรรมดา โดยชุดกลนั่ ลาดบั
ส่วน จะมีคอลมั น์ลาดบั ส่วน (fraction column) ที่อยใู่ นลกั ษณะต้งั ตรงเช่ือมระหวา่ งขวดกลน่ั กบั เคร่ืองควบแน่น
ทาใหเ้ กิดการกลน่ั ซ้าหลาย ๆ คร้ังอยา่ งต่อเนื่อง

2.3 การกลน่ั ดว้ ยไอน้า (steam distillation)
เป็นการกลน่ั แยกสารที่ระเหยง่าย และไมล่ ะลายน้าออกจากสารท่ีระเหยยากหรือสารที่มียางเหนียว โดยใช้
ไอน้าเป็ นตวั พาสารที่สกดั ไดจ้ ะเป็ นของเหลวที่แยกช้นั กบั น้า และสามารถแยกสารผสมน้ีออกจากกนั ไดโ้ ดยใช้
กรวยแยก การกลนั่ ดว้ ยไอน้าน้ีนิยมใชใ้ นการสกดั น้ามนั หอมระเหยออกจากส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ส่วนของ
ดอก ใบ ผล เมลด็ และราก เป็นตน้

10

ภาพท่ี 6 การกลน่ั ดว้ ยไอน้า
2.4 การกลน่ั โดยลดความดนั (vacuum distillation)
การกลนั่ โดยลดความดนั หรือการกลน่ั ในสุญญากาศ เป็ นการแยกของเหลวออกมาไดท้ ่ีอุณหภูมิต่ากวา่ จุด
เดือดของของเหลวน้นั โดยปกติจุดเดือดของของเหลวจะแปรผนั กบั ความดนั ไอ ถา้ ความดนั เหนือของเหลวลดลง
จะทาใหจ้ ุดเดือดต่าลงดว้ ย เช่น การตม้ น้าท่ียอดเขา ความดนั เหนือน้าจะต่ากวา่ ท่ีระดบั พ้ืนดิน ดงั น้นั จุดเดือดของน้า
ที่ยอดเขาจึงต่ากวา่ 100 องศาเซลเซียส
นอกจากน้ี เรายงั สามารถใช้วิธีการน้ีในการกล่ันแยกของเหลวผสมที่มีจุดเดือดสูง เพื่อท่ีจะทาให้
องค์ประกอบท่ีเราตอ้ งการแยกตวั ออกมาได้ท่ีอุณหภูมิต่ากว่าจุดเดือด และไม่เกิดการสลายตวั เช่น กลีเซอรอล
(glycerol) มีจุดเดือด 290 องศาเซลเซียส ท่ีความดนั 760 มิลลิเมตรปรอท ถา้ เรากลน่ั กลีเซอรอล ที่อุณหภูมิน้ีจะทา
ใหก้ ลีเซอรอลสลายตวั แต่ถา้ เราลดความดนั ของชุดกลน่ั เหลือประมาณ 12 มิลลิเมตรปรอท จุดเดือดของ
กลีเซอรอลจะลดลงมาท่ี 180 องศาเซลเซียส ทาใหเ้ ราสามารถกลนั่ กลีเซอรอลได้ โดยที่ไม่เกิดการสลายตวั
3. การตกผลึก (recrystallization)
การตกผลึกเป็นการแยกของแขง็ ท่ีละลายเป็นเน้ือเดียวกนั กบั ตวั ทาละลายที่เป็นของเหลว โดยการนาสารผสม
น้ีไปตม้ ใหต้ วั ทาละลายระเหยออกไปจนไดส้ ารละลายอ่ิมตวั ต้งั ทิ้งไวใ้ หเ้ ยน็ ที่อุณหภูมิห้อง จะไดข้ องแข็งแยกตวั
ตกผลึกออกมา ในกระบวนการตกผลึกจาเป็นตอ้ งคานึงถึงตวั ทาละลายซ่ึงตวั ทาละลายที่ดีตอ้ งไม่ทาปฏิกิริยากบั ตวั
ถูกละลาย และตวั ทาละลาย ตอ้ งละลายตวั ถูกละลายได้มากขณะร้อนและไม่ละลาย หรือละลายไดน้ ้อยขณะเยน็

11

ตวั ทาละลายตอ้ งไม่ละลายส่ิงเจือปนเพ่ือให้สามารถกาจดั ส่ิงเจือบนออกไปจากสารละลาย โดยการกรองในขณะท่ี
สารละลายยงั ร้อน เพอ่ื ป้ องกนั ไมใ่ หต้ วั ถูกละลายตกผลึกออกมาบนกระดาษกรองขณะกรองแยกสิ่งเจือปนออกไป
ตวั ทาละลายตอ้ งไม่เป็ นพิษ ไม่ไวไฟ และควรมีราคาถูก ตวั ทาละลายท่ีนิยมใช้ ได้แก่ น้า เอทานอล (ethanol)
เอทิลแอซิเทต (ethyl acetate) และเฮกเซน (hexane) เป็นตน้

นา้ เกลอื ให้ความร้อน

นา้ ระเหยไป และเร่ิม เกลอื ตกผลกึ กองอยู่
เกดิ ผลกึ ของเกลอื ทก่ี ้นภาชนะ

ผลกึ

ภาพที่ 7 การตกผลึก เกดิ ขนึ้

4. การสกดั ดว้ ยตวั ทาละลาย (solvent extraction)

เป็นการแยกของผสมท่ีเป็ นของแข็งกบั ของแข็ง หรือของเหลวกบั ของเหลว โดยใชต้ วั ทาละลายท่ีเหมาะสม

เช่น ของผสมระหว่างผงเกลือแกง กบั ผงลูกเหม็น (แนฟทาลีน; naphthalene) ซ่ึงสารท้งั สองน้ีมีสีขาวเหมือนกนั
การแยกสีโดยดูดว้ ยตาจึงทาไดย้ าก ขนาดของสารท้งั สองก็มีขนาดเล็กมากไม่สามารถหยบิ หรือเขี่ยให้ออกจากกนั
ได้ แตเ่ ราสามารถใชน้ ้าเป็ นตวั ทาให้เกลือแกงละลาย เป็ นสารละลายของเกลือแกงในขณะที่แนฟทาลีนไม่ละลาย
น้า เป็ นสารแขวนลอย จึงใชก้ รวยแยกสารท้งั สองออกจากกนั แลว้ นาสารละลายเกลือแกงไประเหย ก็จะไดเ้ กลือ
แกงกบั คืนมา

การสกดั ดว้ ยตวั ทาละลาย สามารถใชส้ กดั สารจากธรรมชาติโดยแช่สารที่ตอ้ งการสกดั ดว้ ยตวั ทาละลายที่

เหมาะสม ท่ีอุณหภูมิห้อง จนได้ปริมาณสารที่ตอ้ งการละลายออกมาได้มากที่สุด จากน้ันทาการกรองแล้วนา
สารละลายท่ีไดไ้ ประเหย เพื่อแยกตวั ทาละลายออกไป ก็จะไดส้ ารท่ีตอ้ งการสกดั ตวั อยา่ งเช่น การสกดั น้ามนั จาก
ราขา้ ว การสกดั น้ามนั จากถวั่ เหลือง โดยการนาเมลด็ ถว่ั เหลืองมาแช่ในตวั ทาละลายเฮกเซน (hexane) เมื่อกลน่ั เอา
เฮกเซนออกไป ก็จะได้น้ามนั ถว่ั เหลืองออกมา ตวั ทาละลายท่ีเหมาะสม จะตอ้ งละลายตวั ถูกละลายหรือสารที่
ตอ้ งการสกดั เทา่ น้นั หรือละลายสารอ่ืน ๆ ในของผสมไดน้ อ้ ยมาก ตวั ทาละลายตอ้ งไม่ทาปฏิกิริยากบั สารที่ตอ้ งการ
สกดั และสามารถแยกออกจากสารที่ตอ้ งการสกดั ไดง้ ่าย มีราคาถูกและหาไดง้ ่าย

12

การสกดั คาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟ การสกดั สารดว้ ยการทาซอกเลต การสกดั สารดว้ ยกรวยแยก

ภาพที่ 8 การสกดั ดว้ ยตวั ทาละลาย

5. โครมาโทกราฟี (chromatography)
เป็นวธิ ีการแยกสารผสมออกจากกนั โดยอาศยั สมบตั ิที่ต่างกนั ขององคป์ ระกอบแต่ละชนิดท่ีกระจายอยใู่ น 2
เฟส (phase) ไดแ้ ก่ เฟสที่อยกู่ บั ท่ี (stationary phase) ทาหนา้ ที่เป็นตวั ดูดซบั สารที่ตอ้ งการแยก เช่น อะลูมินา
(alumina, Al2O3 ) หรือ ซิลิกาเจล (silica gel, SiO2 ) และ เฟสที่เคล่ือนที่ (mobile phase) ทาหนา้ ท่ีเป็ นตวั พา หรือ
ตวั ทาละลายสารที่ตอ้ งการแยกใหเ้ คลื่อนที่ไปบนตวั ดูดซบั เช่น เฮกเซน เอทิลแอลกอฮอล์ เอทิลแอซิเทต
แอซิโตน และปิ โตรเลียมอีเทอร์ เป็ นตน้ เมื่อตวั ทาละลายเคลื่อนที่ผ่านตวั ดูดซบั ท่ีมีของผสมอยู่ องคป์ ระกอบแต่
ละชนิดในของผสมจะมีการเคล่ือนที่ไปบนตวั ดูดซับ องคป์ ระกอบที่ละลายในตวั ทาละลายไดด้ ีจะถูกดูดซับได้
นอ้ ย จึงเคล่ือนท่ีออกมาก่อน ส่วนองคป์ ระกอบท่ีละลายในตวั ทาละลายไดน้ อ้ ย จะถูกดูดซบั ไดน้ านจึงเคล่ือนที่
ออกมาภายหลงั เทคนิคของโครมาโทกราฟี มีดงั น้ี
5.1 โครมาโทกราฟี แบบกระดาษ (paper chromatography)
ในการทาโครมาโทกราฟี แบบกระดาษ เราใชก้ ระดาษกรองเป็ นเฟสที่อยกู่ บั ที่ หรือตวั ดูดซบั แลว้ กาหนด
จุดไวใ้ หเ้ ป็ นจุดเร่ิมตน้ สาหรับของผสมที่ตอ้ งการแยก นาสารที่จะแยกมาหยดเป็ นจุดเล็ก ๆ บนกระดาษกรอง ณ
จุดท่ีไดก้ าหนดไว้ แลว้ นากระดาษไปต้งั ไวใ้ นภาชนะปิ ดท่ีอิ่มตวั ดว้ ยเฟสท่ีเคล่ือนท่ี หรือตวั ทาละลายที่เหมาะสม
เมื่อปล่อยใหต้ วั ทาละลายซึมผา่ นกระดาษกรอง และผา่ นจุดของสารที่ตอ้ งการแยกไปจนถึงระดบั ที่กาหนดไว้ จาก
การละลายและการถูกดูดซบั ขององคป์ ระกอบที่ตา่ งกนั ในของผสมเราจะเห็นแถบสีต่าง ๆ แยกออกมาจากของผสม
กระดาษกรองท่ีปรากฏสีต่าง ๆ ซ่ึงเกิดจากการแยกของผสมน้ี เรียกว่า โครมาโทแกรม (chromatogram) ถา้ วดั
ระยะทางท่ีองคป์ ระกอบแต่ละชนิดเคล่ือนที่ได้ และระยะทางท่ีตวั ทาละลายเคลื่อนท่ี จะสามารถนาไปคานวณหา
อตั ราการเคลื่อนที่ (Rf , Retention factor) เพอ่ื บอกถึงจานวนและชนิดของแต่ละองคป์ ระกอบในของผสมได้

13

Rf = ระยะทางที่องคป์ ระกอบแตล่ ะชนิดเคลื่อนที่
ระยะทางท่ีตวั ทาละลายเคล่ือนที่

สารชนิดเดียวกัน เม่ือทดสอบดว้ ยโครมาโทกราฟี แบบกระดาษในเฟสเคลื่อนที่ หรือตวั ทาละลายชนิด

เดียวกนั ย่อมจะให้ค่า Rf เท่ากนั แต่ในบางคร้ังสารต่างชนิดในสภาวะเดียวกนั อาจให้ค่า Rf เท่ากนั ก็ได้ ซ่ึง
สามารถพิสูจน์ไดว้ ่าเป็ นสารต่างชนิดกนั โดยเปลี่ยนชนิดของเฟสท่ีเคลื่อนที่หรือตวั ทาละลาย หรือในบางคร้ัง
องคป์ ระกอบแตล่ ะชนิดในของผสม อาจไม่เกิดการแยกใหเ้ ห็น ตอ้ งการทาการทดลองใหม่ โดยการเพ่ิมความยาว
ของกระดาษกรอง หรือเปล่ียนชนิดของเฟสเคล่ือนที่ หรือตวั ทาละลาย เป็นตน้

ภาพที่ 9 โครมาโทกราฟี แบบกระดาษ

5.2 ทินเลเยอร์โครมาโทกราฟี (thin-layer chromatography : TLC)
วธิ ีน้ีจะใชว้ เิ คราะห์และแยกสารที่มีปริมาณนอ้ ยไดด้ ีและรวดเร็วเป็ นโครมาโทกราฟี ท่ีมีวธิ ีการเดียวกบั
โครมาโทกราฟี แบบกระดาษ เพยี งแต่เปลี่ยนตวั ดูดซบั จากกระดาษกรองเป็นผงละเอียดของอะลูมินา หรือ
ซิลิกาเจลที่เคลือบเป็ นฟิ ล์มบาง ๆ บนแผ่นแกว้ หรือแผ่นอะลูมิเนียมที่เรียบ เทคนิคการทา จะหยดสารท่ีตอ้ งการ
แยกบนแผน่ TLC ที่แห้งในแนวเดียวกนั ทิ้งไวห้ รือเป่ าให้แห้งแลว้ นาไปใส่ในแท็งก์ ซ่ึงอิ่มตวั ดว้ ยไอของตวั ทา
ละลาย ซ่ึงทาหนา้ ที่เป็ นเฟสเคล่ือนท่ี ปิ ดฝาแท็งก์ ทิ้งไวใ้ ห้ตวั ทาละลายพาสารท่ีตอ้ งการแยกเคลื่อนที่ไปบนแผ่น
TLC จนเกิดการแยก

14




ภาพท่ี 10 ทินเลเยอร์โครมาโทกราฟี

5.3 คอลมั น์โครมาโทกราฟี (column chromatography)
เป็ นวิธีการแยกของผสมในปริมาณมาก ๆ ไดด้ ี โดยนาตวั ดูดซับพวกอะลูมินา หรือซิลิกาเจล บรรจุใน
คอลมั น์แกว้ (column) ใหเ้ รียงตวั กนั อยา่ งสม่าเสมอ เพื่อทาใหอ้ งค์ประกอบในของผสมเกิดการแยกไดด้ ี ถา้ ของ
ผสมเป็ นของแข็งให้ละลายของผสมด้วยตวั ทาละลายที่ใช้เป็ นเฟสเคลื่อนที่ในปริมาณที่น้อยท่ีสุด แต่ถ้าเป็ น
ของเหลวสามารถบรรจุลงในคอลมั น์ท่ีเตรียมไวไ้ ดเ้ ลย โดยใชห้ ลอดหยดค่อย ๆ หยดสารผสมท่ีตอ้ งการแยกลงไป
ในระหว่างน้ีดา้ นล่างของคอลมั น์ตอ้ งไขให้ตวั ทาละลายไหลออกไปช้า ๆ เม่ือบรรจุของผสมหมดแลว้ จึงค่อย ๆ
เติมตวั ทาละลายตามลงไปเร่ือย ๆ องคป์ ระกอบต่าง ๆ ในของผสมจะถูกเฟสเคลื่อนท่ีพาออกจากคอลมั น์
องคป์ ระกอบที่ถูกดูดซบั ไดด้ ีดว้ ยเฟสท่ีไม่เคลื่อนท่ี จะไหลออกมาชา้ สุด ถา้ องคป์ ระกอบในของผสมมีสี จะ
เห็นสีเป็นช่วง ๆ ในคอลมั น์ แต่ถา้ องคป์ ระกอบไม่มีสี จะตอ้ งเก็บของเหลวที่ไหลออกมา นาไปตรวจสอบวา่ เป็ น
ชนิดเดียวกนั หรือไม่ โดยใชเ้ ทคนิคทินเลเยอร์โครมาโทกราฟี ถา้ เป็ นองคป์ ระกอบประเภทเดียวกนั ของเหลวแต่
ละส่วนจะมีค่า Rf เท่ากนั นาของเหลวชนิดเดียวกนั ท่ีเก็บมาไดร้ วมกนั นาไประเหยแยกตวั ทาละลายออกไป จะได้
องคป์ ระกอบท่ีตอ้ งการ

15

ภาพที่ 11 คอลมั นโ์ ครมาโทกราฟี

1.2.3 พลงั งานและการเปลย่ี นแปลง
สารแต่ละชนิดมีสมบตั ิแตกต่างกนั โดยทว่ั ไปสามารถจาแนกประเภทของสารที่เรามองเห็นจากการสังเกต
รูปร่าง ลกั ษณะ ขนาด สี และกลิ่น แต่นักวิทยาศาสตร์ไดจ้ ดั หมวดหมู่ของสารออกเป็ นประเภทต่าง ๆ โดย
พจิ ารณาจากสมบตั ิของสาร 2 ประการ คือ
1. สมบตั ทิ างกายภาพ (physical property)
เป็ นสมบตั ิท่ีบอกลกั ษณะเฉพาะของสาร ที่เราสังเกตเห็นได้ หรือตรวจวดั ได้ โดยไม่ทาให้องค์ประกอบ
ด้งั เดิมของสารเปลี่ยนแปลง หรือถูกทาลายสลายเกิดเป็ นสารตวั ใหม่ เช่น เราสามารถเห็นสี และวดั ขนาดของ
แผน่ กระดาษได้ โดยท่ีแผ่นกระดาษยงั เหมือนเดิม ถา้ ตดั กระดาษออกเป็ นชิ้นเล็ก ๆ ขนาดของกระดาษเล็กลงแต่
กระดาษไม่ได้เปล่ียนเป็ นสารอื่น แสดงว่าองค์ประกอบของกระดาษยงั คงเป็ นสารตัวเดิม แต่ขนาดของ
แผน่ กระดาษลดลงเท่าน้นั การเปลี่ยนแปลงเช่นน้ีเรียกวา่ การเปล่ียนแปลงทางกายภาพ (physical change) การ
เปล่ียนสถานะของสาร จดั เป็ นการเปล่ียนแปลงทางกายภาพที่เห็นไดง้ ่ายที่สุด เช่น กอ้ นน้าแข็งถูกความร้อนจะ
หลอมเหลวกลายเป็นน้า น้าถูกความร้อนจะระเหยกลายเป็นไอน้า หรือเม่ือนาเกลือแกงมาละลายน้า เกลือเกิดการ
เปล่ียนแปลงเป็นสารละลาย องคป์ ระกอบของเกลือไม่เปลี่ยน ยงั คงเป็นเกลือแกง คือ โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) แต่
ละลายในน้าเทา่ น้นั การเปลี่ยนแปลงดงั กล่าวน้ีเกิดข้ึนไดเ้ ม่ือใหค้ วามร้อน หรือดึงเอาความร้อนออกจากสาร
2. สมบัติทางเคมี (chemical property)
เป็นสมบตั ิท่ีสารแสดงออกมา เมื่อสารน้นั ทาปฏิกิริยาทางเคมีกบั สารอีกชนิดหน่ึง เพื่อเปลี่ยนสารน้นั ให้เป็ น
สารใหม่ เช่น แผน่ กระดาษเม่ือถูกเผาจะกลายเป็นเถา้ ถ่าน ในสภาวะเดียวกนั ถา้ เผาแกว้ จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง
ใด ๆ ดงั น้นั กระดาษกบั แกว้ จึงมีสมบตั ิทางเคมีต่างกนั การเผากระดาษทาใหส้ ารท่ีเป็ นองคป์ ระกอบของกระดาษ

16

เปลี่ยนเป็ นสารใหม่ คือ กลายเป็ นเถา้ ถ่าน เรียกการเปล่ียนแปลงแบบน้ีว่าการเปล่ียนแปลงทางเคมี (chemical
change)

พลงั งาน (energy) เมื่อเกิดการเปล่ียนแปลงท้งั หลายในธรรมชาติไม่วา่ จะเป็ นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
หรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะตอ้ งมีพลงั งานเกี่ยวขอ้ งดว้ ยเสมอซ่ึง พลงั งาน หมายถึง ความสามารถในการ
ทางานได้ สารต่าง ๆ ไม่วา่ จะอยนู่ ิ่งกบั ท่ีหรือเคล่ือนที่ ลว้ นมีพลงั งานเกี่ยวขอ้ งเสมอ สารที่อยนู่ ่ิงมีความพร้อมท่ี
จะทางานได้ ส่วนสารที่เคลื่อนที่น้นั เห็นไดช้ ดั วา่ ทางานได้ พลงั งานในสารที่มีการเคลื่อนที่เรียกวา่ พลงั งานจลน์
(kinetic energy) ซ่ึงมีคา่ เท่ากบั คร่ึงหน่ึงของผลคูณของมวล (m) กบั กาลงั สองของความเร็ว (v)

1
K.E = 2 mv 2

ดงั น้นั ความเร็ว (velocity : v) ยิ่งสูง พลงั งานจลน์ย่ิงมากและถา้ สารน้ีเคล่ือนที่ไปแลว้ หยุดนิ่งอย่กู บั ท่ี
พลงั งานที่ถูกเกบ็ ไวเ้ ป็นพลงั งานศกั ย์ (potential energy)

การเปลย่ี นแปลงพลงั งานของระบบ

ชนิดของการเปล่ียนแปลงท่ีเกิดข้ึนกบั ระบบ โดยทว่ั ไปมี 3 ชนิด คือ

1. การเปล่ียนสถานะ

2. การเกิดการละลาย

3. การเกิดปฏิกิริยาเคมี

เมื่อใดก็ตามที่มีการเปลี่ยนแปลง จะตอ้ งมีพลงั งานเก่ียวขอ้ งเสมอ อาจจะเป็ นแบบดูดความร้อน หรือคาย

ความร้อนกไ็ ด้ เช่น

1. ดูดความร้อน (endothermic change) เป็นการเปล่ียนแปลงที่พลงั งานถ่ายเทจากสิ่งแวดลอ้ มเขา้ สู่ระบบ ทา

ใหร้ ะบบมีพลงั งานสูงข้ึน เช่น

การเปล่ียนแปลงสถานะ เช่น น้าแขง็ กลายเป็นน้า น้ากลายเป็นไอน้า

การเกิดการละลาย เช่น การละลายของ NH4Cl , KNO3

การเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น การสลายตวั ของ NH3

2. คายความร้อน (exothermic change) เป็นการเปล่ียนแปลงท่ีพลงั งานถ่ายเทจากระบบออกสู่สิ่งแวดลอ้ ม ทา

ใหร้ ะบบมีพลงั งานต่าลง เช่น

การเปลี่ยนแปลงสถานะ เช่น ไอน้ากลายเป็นน้า น้ากลายเป็นน้าแขง็

การเกิดการละลาย เช่น การละลายของ CuSO4 , NaOH
การเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น การรวมตวั ของ N2 กบั H2 ได้ NH3

พลงั งานกบั การเปลย่ี นสถานะ

17

สารต่าง ๆ ที่มีอยใู่ นธรรมชาติ สามารถเปล่ียนสถานะจากสถานะหน่ึงไปเป็ นอีกสถานะหน่ึงได้ และสามารถ
ที่จะเปล่ียนกลบั มาเป็นสถานะเดิมไดอ้ ีกดว้ ย ดงั แผนภาพ

ภาพที่ 12 แผนภาพแสดงการเปล่ียนสถานะ
ในการเปลี่ยนสถานะของสารน้นั จะมีพลงั งานเขา้ มาเก่ียวขอ้ งดว้ ย ถา้ สารเปลี่ยนสถานะจากของแขง็ ไปเป็ น
ของเหลว และแก๊ส จะมีการดูดพลงั งาน (ดูดความร้อน) และในทางตรงกนั ขา้ ม ถา้ เกิดปฏิกิริยายอ้ นกลบั คือ สาร
เปลี่ยนสถานะจากแก๊สไปเป็นของเหลว และของแขง็ ก็จะคายพลงั งาน (คายความร้อน) จากแผนภาพสรุปไดว้ า่




พลงั งานกบั การละลาย
เม่ือสารละลายน้าจะมีพลงั งานเกี่ยวขอ้ ง 2 ข้นั ตอน คือ
1. พลงั งานโครงร่างผลึก (lattice energy) คือพลงั งานท่ีใชใ้ นการทาให้ของแข็งแตกตวั ออกเป็ นไอออนใน

ภาวะแกส๊ จะเป็นการดูดความร้อน
2. พลงั งานไฮเดรชนั (hydration energy) เป็ นผลรวมของพลงั งานท่ีใชท้ าลายแรงดึงดูดระหวา่ งโมเลกุลของ

น้า และพลงั งานที่คายออกมาอนั เน่ืองจากไอออนบวก และไอออนลบ ถูกหอ้ มลอ้ มโดยโมเลกุลของน้า แต่พลงั งาน
ท่ีคายออกมามากกวา่ ส่วนท่ีใชไ้ ป ผลรวมท่ีออกมาเป็นคา่ พลงั งานไฮเดรชนั

18

พลงั งานกบั การเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี
เมื่อนาสารมาทาปฏิกิริยากนั จะไดส้ ารใหม่ที่มีสมบตั ิแตกต่างไปจากเดิมเกิดข้ึน ซ่ึงในการเกิดปฏิกิริยาเคมี

จะมีพลงั งานมาเกี่ยวขอ้ ง อาจเป็ นการดูดหรือคายความร้อนก็ได้ การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ก็ตาม ไม่วา่ จะเป็ นการ
เปล่ียนแปลงทางกายภาพ เช่น น้าแขง็ ละลายเป็นน้า น้าระเหยเป็นไอ หรือการเปล่ียนแปลงทางเคมี เช่น การเผาไหม้
ของน้ามนั เบนซิน จะตอ้ งมีส่ิงหน่ึงเขา้ มาเกี่ยวขอ้ งเสมอคือ พลงั งาน พลงั งานตามคานิยามน้ีคือความสามารถในการ
ทางาน แบง่ เป็น 2 ชนิด คือ

1. พลงั งานจลน์ (kinetic energy) เกี่ยวขอ้ งกบั การเคลื่อนที่ จะเห็นไดว้ า่ สารที่มีมวลนอ้ ยกวา่ และเคลื่อนที่
ดว้ ยความเร็วกวา่ จะมีพลงั งานจลน์มากกวา่ สสารท่ีมีมวลมากกวา่ และเคลื่อนท่ีดว้ ยความเร็วชา้ กวา่ จะมีพลงั งาน
จลน์นอ้ ยกวา่

2. พลงั งานศกั ย์ (potential energy) คือพลงั งานท่ีมีอยู่ในตวั สาร เกิดแรงดึงดูด และแรงผลกั กนั และกนั
ระหวา่ งสสารน้นั กบั สสารอ่ืน ๆ ถา้ ไม่มีแรงดึงดูด หรือแรงผลกั กนั ระหว่างสสาร สสารดงั กล่าวจะไม่มีพลงั งาน
ศกั ย์ พลังงานศกั ย์เป็ นพลังงานท่ีสะสมอยู่ในตวั สสารน้ัน พลงั งานศกั ยข์ ้ึนกบั สภาวะมวล องค์ประกอบ และ
ตาแหน่ง เช่น หินกอ้ นใหญ่กวา่ ที่ตาแหน่งสูงกวา่ มีพลงั งานศกั ยม์ ากกวา่ หินกอ้ นเล็กกวา่ ที่อยตู่ าแหน่งต่ากวา่ เม่ือ
กอ้ นหินเคล่ือนที่จากท่ีสูงลงสู่ที่ต่า พลงั งานศกั ยเ์ ปลี่ยนเป็ นพลงั งานจลน์ ดงั น้ันพลังงานในทุกรูปแบบ เช่น
พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งานน้า พลงั งานเคมี พลงั งานนิวเคลียร์ สามารถเปล่ียนรูปจากรูปหน่ึงไปเป็ นอีกรูปหน่ึงได้ เช่น
น้ามนั เบนซิน ถ่านหิน ถ่านไม้ ลว้ นมีพลงั งานสะสมอยใู่ นรูปของพลงั งานศกั ย์ หรือเรียกวา่ พลงั งานเคมี เม่ือนาสาร
เหล่าน้ีมาเผาไหมใ้ นอากาศ พลงั งานเคมีในรูปของพลงั งานศกั ย์ จะเปล่ียนไปเป็นความร้อน แสง และพลงั งานจลน์

ในกระบวนการเปล่ียนแปลงใด ๆ ก็ตาม ถ้าความร้อนถูกดูดเขา้ ไป เรียกว่ากระบวนการดูดความร้อน
(endothermic process) ตรงกนั ขา้ ม ในการเปล่ียนแปลงใด ๆ ก็ตามถา้ ความร้อนถูกคายออกมา เรียกวา่ กระบวนการ
คายความร้อน (exothermic process) เช่น การเผาไหมข้ องเช้ือเพลิงน้ามนั เบนซิน ความร้อนเป็ นจานวนมากถูกคาย
ออกมา การเผาไหมข้ องเช้ือเพลิงจึงจดั เป็นกระบวนการคายความร้อน

พลงั งานเคมี ( chemical energy )
เป็ นพลงั งานที่สะสมอยใู่ นหน่วยโครงสร้างของสารเคมีชนิดต่าง ๆ ปริมาณของพลงั งานเคมีข้ึนอยกู่ บั ชนิด

และการจดั ตวั ของอะตอมในสารแต่ละชนิดเมื่อสารเขา้ ทาปฏิกิริยากนั พลงั งานเคมีอาจถูกปล่อยออกมา ถูกเก็บ
สะสมไวห้ รืออาจเปลี่ยนเป็ นพลงั งานรูปอ่ืน พลงั งานเคมีจดั เป็ นพลงั งานศกั ยแ์ บบหน่ึงท่ีมีอยู่ในสาร เมื่อมีการ
เปล่ียนแปลงทางเคมี พลงั งานท่ีออกมาจากระบบมกั เป็นรูปของพลงั งานความร้อน ปฏิกิริยาที่ให้ความร้อนออกมา
เรียกว่า ปฏิกิริยาคายความร้อน (exothermic reaction) ส่วนปฏิกิริยาที่ตอ้ งใช้พลงั งานเขา้ ไปจึงจะเกิดปฏิกิริยา
เรียกวา่ ปฏิกิริยาดูดความร้อน (endothermic reaction)

19

ความสัมพนั ธ์ระหว่างสสารและพลงั งาน
แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ไดอ้ ธิบายให้เห็นความสัมพนั ธ์ระหว่างมวลกบั พลงั งาน ซ่ึง

สามารถคานวณหาคา่ พลงั งานท่ีเทียบกบั มวลจานวนหน่ึงได้ ดว้ ยสมการ
E = mc 2 เรียกวา่ สมการไอน์สไตน์ เม่ือ
E เป็นพลงั งาน วดั เป็นจูล (J)
m เป็นมวลคิดเป็นกิโลกรัม (k)
c เป็นความเร็ว ซ่ึงมีคา่ เทา่ กบั 3 x 10 8 m /s (เมตร/วนิ าที)
จากสมการไอน์สไตน์ จะเห็นว่า มวลเพียงเล็กน้อยสามารถให้พลงั งานได้จานวนมาก มวลและพลงั งาน

ท้งั หลายไม่สามารถสร้างหรือทาลายไดแ้ ตอ่ าจเปล่ียนแปลงระหวา่ งกนั ไดเ้ ป็นไปตาม กฎอนุรักษม์ วล – พลงั งาน

กฎอนุรักษ์มวล
ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี มวลไม่ถูกสร้างข้ึนหรือถูกทาลายได้ หมายความวา่ เม่ือสสารมีการเปล่ียนแปลง มวล

ของสารใหม่ท่ีเกิดข้ึน เท่ากบั มวลของสารก่อนการเปล่ียนแปลงซ่ึงลาววั ซิเอร์ (Lavuisier) นกั เคมีชาวฝรั่งเศสได้
อธิบายวา่ ถ้าปฏิกิริยาหน่ึงเกิดในภาชนะปิ ด คือ ไม่ให้สารต้งั ตน้ และสารผลิตภณั ฑ์ ออกจากภาชนะไปได้มวล
ท้งั หมดของสารก่อนปฏิกิริยาจะเท่ากบั มวลของสารหลงั ปฏิกิริยา

กฎอนุรักษ์พลงั งาน
ในกระบวนการใดกต็ าม พลงั งานอาจเปล่ียนรูปจากรูปหน่ึงไปเป็ นอีกรูปหน่ึงได้ แต่พลงั งานไม่อาจถูกสร้าง

ข้ึนหรือถูกทาลายไป นนั่ คือปริมาณของพลงั งานยงั คงเดิมไม่เพิ่มข้ึนหรือลดลง กฎอนุรักษ์พลงั งานเป็ นกฎขอ้ ที่
หน่ึงของเทอร์มอไดนามิกส์

กฎสัดส่ วนคงที่
จากการศึกษาปฏิกิริยาในเชิงปริมาณพบวา่ สารเคมีบริสุทธ์ิใดกต็ ามธาตุซ่ึงประกอบเป็นองคป์ ระกอบของสาร

น้นั จะมีสดั ส่วนโดยมวลคงท่ีเสมอ เช่น น้าบริสุทธ์ิ มีอตั ราส่วนโดยมวลของ H : O เท่ากบั 1 : 8 เสมอ ไม่วา่ น้า
น้นั จะมีแหล่งกาเนิดมาจากที่ใดกต็ าม

ระบบปิ ด และระบบเปิ ด
ระบบ (system) คือสิ่งที่เราสนใจ เช่น ใหป้ ฏิกิริยาเกิดข้ึนกบั สารสะลายในบีกเกอร์ใบหน่ึง สิ่งที่อยใู่ น

บีกเกอร์ เป็นระบบคือสิ่งที่เราสนใจ ระบบมี 3 ชนิด คือ
1. ระบบปิ ด (close system) เป็นระบบท่ีมีมวลคงท่ี แต่สามารถรับ หรือถ่ายเทพลงั งานกบั ส่ิงแวดลอ้ มได้
2. ระบบเปิ ด (open system) เป็นระบบท่ีมีการแลกเปล่ียนท้งั มวลและพลงั งานกบั สิ่งแวดลอ้ มได้

20

3. ระบบโดดเดี่ยว (isolate system) เป็ นระบบที่มวลและพลงั งานคงตวั ไม่สามารถแลกเปล่ียนกับ
สิ่งแวดลอ้ มได้

สิ่งแวดล้อม (surrounding) คือ ทุกส่ิงที่อยู่ภายนอกและไม่เก่ียวกบั ระบบ เช่น บีกเกอร์ที่ใส่สารละลาย
อากาศที่อยเู่ หนือบีกเกอร์ แท่งแกว้ สาหรับคน

1.3 การวดั

1.3.1 หน่วยวดั ทางเคมี

1. มวล (mass) และน้าหนกั (weight)

มวล (mass) คือปริมาณของสสารในรูปร่างตา่ ง ๆ มวลของวตั ถุจะมีค่าคงที่และไม่มีการเปลี่ยนแปลงไม่วา่ จะ

วดั ท่ีใดกต็ าม

น้าหนกั (weight) คือ ค่าของแรงโนม้ ถ่วง ซ่ึงเกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลของวตั ถุและมวลของดวงดาว
น้าหนกั ของวตั ถุจะเปล่ียนไปตามท่ีที่วตั ถุน้นั อยู่ ดงั น้นั น้าหนกั ของวตั ถุที่ชงั่ แต่ละแห่งบนโลกน้ีจะไม่เท่ากนั การ

วดั มวลและน้าหนกั (measuring mass and weight) ถา้ เราตอ้ งการทราบค่ามวลของวตั ถุก็ใชเ้ คร่ืองมือวดั ท่ีเรียกวา่

เครื่องชง่ั (balance) ปัจจุบนั เคร่ืองชงั่ มีหลายรูปแบบใหเ้ ลือกใชแ้ ละมีความละเอียดแมน่ ยามาก

2. ความยาว และปริมาตร (measuring length volume)

การวดั ความยาว มกั นิยมใชไ้ มบ้ รรทดั หรือสายวดั ซ่ึงมีสเกลเป็ นนิ้วหรือเป็ นเซนติเมตร การวดั ปริมาตร วดั

ไดห้ ลายวธิ ี ถา้ สารน้นั เป็นของเหลว วดั ดว้ ยกระบอกตวง (graduated cylinder) หรือวดั ดว้ ยขวดวดั ปริมาตร

(volumetric flask) หรือใชบ้ ิวเรตต์ (burette) หรือ ปิ เปตต์ (pipette) ก็ได้ แต่ถา้ สารน้นั เป็ นของแขง็ ท่ีมีรูปร่างไม่

แน่นอน อาจหาไดโ้ ดยวางของแข็งน้นั ลงในกระบอกตวงท่ีใส่น้า ซ่ึงรู้ปริมาณแน่นอนแลว้ โดยค่อย ๆ หย่อน

ของแขง็ ลงในกระบอกตวง ระดบั น้าท่ีเพม่ิ ข้ึนคือปริมาณของของน้นั

3. ระบบเมตริก (The metric system)

ระบบเมตริก เป็ นหน่วยพ้ืนฐานท่ีวดั ค่ามวลเป็ นกรัม (gram) วดั ความยาวเป็ นเมตร (meter) วดั ปริมาตรเป็ น

ลิตร (liter) วดั เวลาเป็นวนิ าที (second) หน่วยองั สตรอม (angstrom, A๐ ) เป็นหน่วยของความยาวที่ใชอ้ ธิบายขนาด

ของอะตอม เช่น

10 มิลลิเมตร = 1 เซนติเมตร

10 เซนติเมตร = 1 เดซิเมตร

10 เดซิเมตร = 1 เมตร

10 เมตร = 1 เดคาเมตร

10 เดคาเมตร = 1 เฮกโตเมตร

10 เฮกโตเมตร = 1 กิโลเมตร

แต่ท่ีนิยมใชม้ ากคือ

10 มิลลิเมตร = 1 เซนติเมตร

















29

Rb รูบิเดียม Rubidium

Re รีเนียม Rhenium

Rf รัทเทอร์ฟอร์เดียม Rutherfordium

Rg เรินตเ์ กเนียม Roentgenium

Rh โรเดียม Rhodium

Rn เรดอน Radon

Ru รูทีเนียม Ruthenium

S กามะถนั Sulphur

Sb พลวง Antimony

Sc สแกนเดียม Scandium

Sg ไนโอเบียม Seaborgium

Si นีโอดิเนียม Silicon

Sm นีออน Samarium

Sn นิกเกิล Tin

Sr โนเบเลียม Strontium

Ta เนปทเู นียม Tantalum

Tb ออกซิเจน Terbium

Tc ออสเมียม Technetium

Te ฟอสฟอรัส Tellurium

Th ทอเรียม Thorium

Ti ไทเทเนียม Titanium

Tl แทลเลียม Thallium

Tm ทูเลียม Thulium

U ยเู รเนียม Uranium

Uub อูนอูนเบียม Ununbium

Uuh อนู อูนเฮกเซียม Ununhexium

Uup อนู อูนเพนเทียม Ununpentium

Uuq อนู อูนควอเดียม Ununquadium

Uut อนู อูนเทรียม Ununtrium

V วาเนเดียม Vanadium

W ทงั สเตน Tungsten

30

Xe ซีนอน Xenon
Y อิตเทรียม Yttrium
Yb อิตเทอร์เบียม Ytterbium
Zn สงั กะสี Zinc
Zr เซอร์โคเนียม Zirconium

ความรู้เพม่ิ เติมเกย่ี วกบั พลงั งาน (บทความงานวจิ ยั )
ปัจจุบันสภาวการณ์ด้านพลังงานเป็ นปัญหาที่ส่งผลกระทบต่อภาวะเศรษฐกิจ และสังคม

โดยรวมของประเทศ ผเู้ ขียนไดศ้ ึกษาวิจยั เกี่ยวกบั พลงั งานเช้ือเพลิงอดั แท่ง เพ่ือใชเ้ ป็ นพลงั งานทดแทน
แทนการใช้เช้ือเพลิงจากฟื น และถ่านไมจ้ ากป่ าธรรมชาติ โดยการนาของเหลือทิ้งจากครัวเรือน เช่น
เปลือกมงั คุด นามาตากแดดให้แห้ง เผาจนเป็ นถ่าน บดให้เป็ นผงละเอียดผสมกบั กาวแป้ งเปี ยก อดั ให้
เป็ นแท่ง ตากแดดให้แห้งสนิท นามาใชเ้ ป็ นเช้ือเพลิงหุงตม้ อาหารในครัวเรือน ผลการทดสอบสมบตั ิ
ทางดา้ นพลงั งานตามมาตรฐาน ASTM ใน 3 ดา้ นคือ ความช้ืน ปริมาณเถา้ และค่าความร้อน มีค่า 9.7 %
7.0 % และ 5920 แคลอรีต่อกรัม การทดสอบประสิทธิภาพการเผาไหมข้ องเช้ือเพลิง สามารถติดไฟไดด้ ี
ไมม่ ีการแตกปะทุ ไมม่ ีเขม่า และไมม่ ีกล่ินรบกวนขณะใชง้ านหุงตม้ แทง่ เช้ือเพลิงน้ีจึงเหมาะสาหรับการ
ผลิตเป็นพลงั งานเช้ือเพลิงเพอื่ ใชใ้ นครัวเรือน ชุมชน หรือผลิตเพื่อการคา้ ดว้ ยสมบตั ิเหล่าน้ีเปลือกมงั คุด
จึงสามารถนามาใชเ้ ป็นวตั ถุดิบในการผลิตพลงั งานเช้ือเพลิงอดั แท่ง เพ่ือใชเ้ ป็ นพลงั งานทางเลือกเพื่อลด
การใชเ้ ช้ือเพลิงจากฟื นและถ่านไมจ้ ากป่ าธรรมชาติ ซ่ึงจะเป็นการช่วยลดปัญหาภาวะโลกร้อนไดอ้ ีกทาง
หน่ึงดว้ ย

หากนักศึกษาสนใจรายละเอยี ดวธิ ีการวจิ ัยฉบับเตม็ สามารถดูได้จากงานวจิ ัยนี้
 ผลงานวจิ ยั น้ีไดร้ ับการเผยแพร่ในหนงั สือพิมพไ์ ทยโพสต์ ฉบบั ท่ี 5804 หนา้ 7 (บน) วนั ที่ 24
กนั ยายน 2555 ถ่านเปลือกมงั คุด เช้ือเพลิงช้นั ยอด ผลงานวจิ ยั คณะวทิ ย์ มทร. พระนคร
 The 4thRajiamangala University of Technology International Conference “ Technology &
Innovation Development for Sustainability ” July 15-16 , 2013 Bangkok Convention Centre
Centara Grand at Central World, Bangkok, Thailand

31

แบบฝึ กหัดท้ายบท

1. สารตอ่ ไปน้ีจดั เป็นสารเน้ือเดียว หรือสารเน้ือผสม และเพราะอะไร น้า อากาศ น้านม ควนั บุหรี่
ปนู ซีเมนต์ ดินเหนียว ลวดทองแดง ซุปผกั น้าคลอง

2. จงยกตวั อยา่ ง ธาตุ และสารประกอบมาอยา่ งละ 5 ชนิด พร้อมบอกความแตกตา่ งของธาตุ และสารประกอบ

3. จงอธิบายสมบตั ิทางเคมี (chemical property) และสมบตั ิทางกายภาพ (physical property)

4. โบรมีนเป็นของเหลวสีน้าตาลแดง จงคานวณหาค่าความหนาแน่น (ในหน่วย g / ml) เม่ือมีสารน้ีอยู่ 58 g
ในปริมาตร 500 ml

5. ปกติอุณหภมู ิร่างกายคนเรา ทนอุณหภมู ิไดส้ ูงถึง 105 องศาฟาเรนไฮต์ อุณหภูมิน้ีมีก่ีองศาเซลเซียส
(แสดงวธิ ีการคานวณดว้ ย)

6. จงอธิบายวธิ ีการแยกของผสมโดยวธิ ี การกรอง(filtration)

7. ระบบต่อไปน้ีมีกี่สถานะ ถงั น้าพลาสติกมีทราย 5 กรัม น้าทะเล 5 ลูกบาศก์เซนติเมตร แอลกอฮอล์ 5
ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร และน้ามนั หมู 5 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร บรรจุอยู่

8. จงใหจ้ านวนเลขนยั สาคญั ของจานวนต่อไปน้ี
1.530 , 000.0031 , 1.130 , 8.020 , 100.3 , 40.501 , 3.040 , 392 , 90010 , 200.0

9. จงอธิบายการเปลี่ยนแปลงพลงั งานแบบดูดความร้อน และคายความร้อน พร้อมยกตวั อยา่ งประกอบ

10. จงเขียนแผนผงั การจาแนกประเภทของสาร ตามลกั ษณะทางกายภาพของสาร โดยใชเ้ น้ือสารเป็ นเกณฑ์

32

บทท่ี 2

โครงสร้างอะตอมและระบบพรี ิออดกิ

2.1 โครงสร้างอะตอม (The Atomic Structure)

2.1.1 อนุภาคมูลฐานของอะตอม
จากการศึกษาเก่ียวกบั โครงสร้างของอะตอม โดยมีขอ้ มูลต่าง ๆ จากการทดลองมาสนับสนุน สรุปไดว้ ่า
อะตอมประกอบดว้ ยอนุภาคพ้นื ฐานท่ีสาคญั 3 ชนิด คือ อิเล็กตรอน (electron) โปรตอน (proton) และนิวตรอน
(neutron) ที่อนุภาคโปรตอนมีประจุบวก (+) อนุภาคอิเล็กตรอนมีประจุลบ ( - ) และอนุภาคนิวตรอนไม่มีประจุ ท่ี
ตรงกลางของอะตอมมีโปรตอนและนิวตรอนอยดู่ ว้ ยกนั อยา่ งหนาแน่น เรียกบริเวณน้ีวา่ นิวเคลียส (nucleus) และมี
อิเลก็ ตรอนเคล่ือนท่ีอยรู่ อบ ๆ นิวเคลียสดว้ ยความเร็วสูง จึงมีลกั ษณะคลา้ ยกบั มีกลุ่มหมอกของประจุลบปกคลุมอยู่
โดยรอบ
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีจานวนโปรตอนเป็ นค่าเฉพาะตวั เช่น อะตอมของธาตุไนโตรเจน มีจานวน
โปรตอนในนิวเคลียสเท่ากบั 7 อนุภาค อะตอมของธาตุออกซิเจน มีจานวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากบั 8 อนุภาค
และโซเดียม มีจานวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากบั 11 อนุภาคเป็ นตน้ เนื่องจากอะตอมของธาตุมีจานวนโปรตอน
ในนิวเคลียสเท่ากบั จานวนอิเล็กตรอน อะตอมของธาตุจึงมีสมบตั ิเป็นกลางทางไฟฟ้ า
จานวนโปรตอนในนิวเคลียส เรียกว่า เลขอะตอม (atomic number) เขียนแทนดว้ ยสัญลกั ษณ์ Z จานวน
นิวตรอนในนิวเคลียสเรียกว่า เลขนิวตรอน เขียนแทนด้วย n ผลรวมของจานวนโปรตอนกบั นิวตรอนซ่ึงเป็ น
อนุภาคภายในนิวเคลียส คือจานวนนิวคลีออน เรียกว่า เลขมวล (mass number) เขียนแทนดว้ ยสัญลกั ษณ์ A
โดยทวั่ ไปการเขียนสญั ลกั ษณ์ของอะตอมของธาตุ ตอ้ งบอกเลขอะตอมและเลขมวล โดยเขียนเลขอะตอม (Z) ไวม้ ุม
ล่างดา้ นซ้าย และเขียนเลขมวล (A) ไวม้ ุมบนดา้ นซ้าย ของสัญลกั ษณ์ของธาตุ ซ่ึงสัญลกั ษณ์ดงั กล่าวน้ีเรียกว่า
สัญลกั ษณ์นิวเคลียร์

A X
Z

เมื่อ X คือ สญั ลกั ษณ์ของธาตุ
A คือ เลขมวล (mass number)
Z คือ เลขอะตอม (atomic number)

เช่น 23 Na
11

ธาตุโซเดียม มีจานวนโปรตอน (Z) = 11
= A – Z = 23 - 11 = 12
มีจานวนนิวตรอน = จานวนโปรตอน คือ 11

มีจานวนอิเล็กตรอน

33

2.1.2 เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป

ไอโซโทป (isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกนั ที่มีเลขอะตอม (Z) เท่ากนั แต่เลขมวล (A) ไม่

เทา่ กนั เช่น ออกซิเจนมี 3 ไอโซโทป คือ 16 O 17 O 18 O
8 8 8

ไอโซโทน (isotone) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกนั ที่มีจานวนนิวตรอนเท่ากนั แต่จานวนโปรตอน

ตา่ งกนั จึงทาใหเ้ ลขอะตอมและเลขมวลไมเ่ ท่ากนั เช่น K39 กบั 4 0 Ca มีนิวตรอนเท่ากนั คือ 20
2 0
19

ไอโซบาร์ (isobar) หมายถึง อะตอมของธาตุต่างชนิดกนั ท่ีมีเลขมวลเท่ากนั แต่เลขอะตอมต่างกนั เช่น

14 C กบั 14 N
6 7

พนื้ ฐานโครงสร้างอะตอม จากโครงสร้างของอะตอม สรุปได้ว่า
1. ที่ตรงกลางของอะตอม เป็ นท่ีอยขู่ องอนุภาคโปรตอนและนิวตรอน เรียกวา่ นิวเคลียส (nucleus) สาหรับ
อิเล็กตรอนจะวงิ่ อยขู่ า้ งนอกนิวเคลียสและมีท่ีอยเู่ รียกวา่ เชลล์ (shell) หรือ ระดบั พลงั งาน (energy level)
2. นิวเคลียสของอะตอมมีขนาดเล็กมาก และมีความหนาแน่นสูงมาก ประมาณ 1x1014 gm/cm3 หรือ 1 cm3
แต่ละโปรตอนจะมีประจุ +1 ส่วนประจุที่นิวเคลียสจะมีประจุบวกเท่ากบั จานวนโปรตอนที่มีอยู่
3. จานวนโปรตอนในนิวเคลียส เรียกวา่ อะตอมมิกนมั เบอร์ (atomic number, เลขอะตอม) ดงั น้นั ธาตุอยา่ ง
เดียวกนั จะมีจานวนโปรตอนเทา่ กนั
4. อะตอมท้งั หลายเป็ นกลาง ดังน้ันจานวนอิเล็กตรอนและจานวนโปรตอนจะต้องเท่ากนั ในการเกิด
สารประกอบบางคร้ัง อะตอมจะมีการรับอิเล็กตรอนหรือเสียอิเล็กตรอนได้ ทาให้เกิดเป็ นไอออน (ion) ถา้ อะตอม
รับอิเล็กตรอนจะทาให้เกิดเป็ นไอออนลบ (anion) ถ้าอะตอมเสียอิเล็กตรอนไปจะทาให้เกิดเป็ นไอออนบวก
(cation)
5. ระดบั พลงั งาน (energy level หรือ shell) ของอิเลก็ ตรอน จะกระจายออกจากนิวเคลียส
6. แมสนมั เบอร์, เลขมวล (mass number) คือ ผลรวมของจานวนโปรตอนและนิวตรอน ดงั น้นั จะหาจานวน
นิวตรอนไดจ้ าก ผลต่างระหวา่ งเลขมวลและเลขอะตอม
มวลของอะตอมเก่ียวขอ้ งกบั จานวนโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ท่ีอย่ภู ายในอะตอม ซ่ึงอะตอมมี
ขนาดเล็กมากไมส่ ามารถนา 1 อะตอมมาชง่ั ได้ แต่สามารถหามวล 1 อะตอมเปรียบเทียบกนั ไดจ้ ากการทดลองโดย
กาหนดค่าของมวล 1 อะตอมของธาตุเพื่อใช้เป็ นมาตรฐาน โดยกาหนดให้ใช้ไอโซโทปท่ีมีปริมาณมากที่สุดใน
ธรรมชาติของธาตุคาร์บอน คือ 126C ซ่ึงมีโปรตอนเท่ากบั 6 มีนิวตรอนเท่ากบั 6 มีมวลเท่ากบั 12 หน่วยมวลอะตอม
(atomic mass unit หรือ amu) เรียกคาร์บอน -12 ใชเ้ ป็ นมาตรฐาน มีนิยามวา่ หน่ึงหน่วยมวลอะตอม หรือ 1 amu มี
มวลเทา่ กบั หน่ึงส่วนสิบสองของมวลของอะตอมของคาร์บอน -12 1 อะตอม
มวลของหน่ึงอะตอมของคาร์บอน -12 = 12 amu

1 amu = -12
12

34

มวลอะตอมเฉลี่ย ธาตุในธรรมชาติส่วนใหญ่มีหลายไอโซโทป การวดั มวลของแต่ละธาตุจึงเป็ นมวลเฉลี่ย
ของทุกไอโซโทปของธาตุน้นั ท่ีมีในธรรมชาติ ซ่ึงมวลต่อโมลของอะตอมและเลขอาโวกาโดร เนื่องจากอะตอมมี
มวลนอ้ ยมาก ไม่สามารถออกแบบเครื่องชง่ั ท่ีจะชงั่ มวลอะตอมในหน่วย amu ได้ นกั เคมีจึงกาหนดหน่วยพิเศษ
สาหรับอะตอมจานวนมาก ๆ ในระบบเอสไอ เรียกวา่ โมล (mole หรือ mol) หมายถึง ปริมาณสารท่ีประกอบไป
ดว้ ยอนุภาคเท่ากบั จานวนอะตอมของคาร์บอน -12 จานวน 12 กรัม โดยกาหนดวา่ 1 โมล เท่ากบั 6.022045 x 1023
อนุภาค เลขจานวนน้ีเรียกวา่ เลขอาโวกาโดร (avogadro’s number) เพื่อเป็ นเกียรติแก่นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวอิตาเลียน
ชื่อ อาเมเดโอ อาโวกาโดร (Amedeo Avogadro) ซ่ึงในการคานวณจะใชค้ ่า 6.022 x 1023 และใชค้ าวา่ โมล (mol)

2.1.3 แบบจาลองอะตอม
เนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมาก การศึกษาเก่ียวกบั อะตอมจึงเป็ นการสันนิษฐาน โดยอาศยั ขอ้ มูลจากการ
ทดลอง มาสร้างแบบจาลองของอะตอมข้ึน ดงั น้นั แบบจาลองของอะตอม จึงมีการเปลี่ยนแปลงมาเร่ือยๆ จนถึง
ปัจจุบนั
ในปี พ.ศ. 2347 จอห์น ดอลตนั (John Dalton) นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ ไดเ้ สนอทฤษฎีอะตอมข้ึน โดย
อาศยั ขอ้ มูลจากการทดลอง ซ่ึงสรุปไดด้ งั น้ี สารแตล่ ะชนิดประกอบดว้ ยอนุภาคเล็ก ๆ ซ่ึงไม่สามารถแบ่งแยกไดอ้ ีก
เรียกว่าอะตอม อะตอมจะทาให้สูญหาย หรือทาให้เกิดข้ึนใหม่ไม่ได้ อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีสมบตั ิ
เหมือนกนั และสมบตั ิแตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่น ดงั น้นั แบบจาลองอะตอมตามทฤษฎีของดอลตนั คือ อะตอม
มีลกั ษณะเป็นทรงกลม มีขนาดเล็กมาก และไม่สามารถแบ่งแยกไดอ้ ีก ดงั ภาพที่ 13

ภาพท่ี 13 แบบจาลองอะตอมของจอห์น ดอลตนั

แบบจาลองอะตอมของทอมสัน
ในปี พ.ศ. 2440 เซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (Sir Joseph John Thomson) นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ ได้
สนใจปรากฏการณ์ที่เกิดข้ึนในหลอดรังสีแคโทด จึงไดใ้ ชห้ ลอดรังสีแคโทดศึกษารังสีแคโทด จากผลการทดลอง
ของทอมสัน และนกั วิทยาศาสตร์คนอ่ืน ๆ ทาให้ทอมสันไดข้ อ้ มูลเกี่ยวกบั อะตอมข้ึน เขาจึงไดเ้ สนอแบบจาลอง
ของอะตอมวา่ อะตอมมีลกั ษณะเป็ นทรงกลม ประกอบดว้ ยโปรตอน ซ่ึงมีประจุบวก และอิเล็กตรอนซ่ึงมีประจุลบ
กระจายอยู่ทวั่ ไปอย่างสม่าเสมอ และในอะตอมท่ีเป็ นกลางทางไฟฟ้ า จะมีจานวนโปรตอนเท่ากับจานวน
อิเล็กตรอนเสมอ ดงั ภาพที่ 14

35

ภาพที่ 14 แบบจาลองอะตอมของทอมสัน
แบบจาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
ในปี พ.ศ. 2454 ลอร์ด เออร์เนส รัทเทอร์ฟอร์ด ฮนั ส์ ไกเกอร์ และเออร์เนสต์ มาร์เดน ไดท้ าการทดลอง
ร่วมกนั ที่ประเทศองั กฤษ ในการทดลองรัทเทอร์ฟอร์ดไดใ้ ชอ้ นุภาคแอลฟายงิ ไปยงั แผน่ โลหะทองคาบาง ๆ และใช้
ฉากเรืองแสง ซ่ึงฉาบไวด้ ว้ ยซิงก์ซลั ไฟด์ เป็ นฉากรับอนุภาคแอลฟา เพ่ือตรวจสอบวา่ อนุภาคแอลฟาวิง่ ไปทางทิศ
ใดบา้ ง จากการทดลองพบวา่ อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่เดินทางเป็ นเส้นตรงผา่ นทะลุแผ่นทองคาได้ มีบางอนุภาคท่ี
เบนออกจากเส้นทางเดิม และบางอนุภาคซ่ึงน้อยมากจะสะทอ้ นกลบั จากเส้นทางเดิม เมื่อกระทบกบั แผน่ ทองคา
ทราบไดเ้ พราะอนุภาคแอลฟากระทบฉาก ก็จะเห็นแสงเรืองข้ึน จากการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่สามารถใช้
แบบจาลองอะตอมของทอมสนั อธิบายได้ เพราะตามแบบจาลองอะตอมของทอมสันในอะตอมของแผน่ ทองคาจะมี
โปรตอน และอิเล็กตรอนกระจายอยู่ท้งั อะตอม ดงั น้ันถา้ แบบจาลองอะตอมของทอมสันถูกตอ้ ง เมื่อยิงอนุภาค
แอลฟาซ่ึงมีประจุบวกเข้าไปในอะตอมของแผ่นทองคา อนุภาคแอลฟาจะผลักกับโปรตอนซ่ึงมีประจุบวก
เหมือนกนั และควรจะเบนจากเส้นตรงเพียงเลก็ นอ้ ย เพ่อื อธิบายผลการทดลองรัทเทอร์ฟอร์ดจึงไดเ้ สนอแบบจาลอง
อะตอมข้ึนมาใหม่ ดงั น้ีคือ อะตอมประกอบดว้ ยโปรตอนซ่ึงรวมกนั เป็ นนิวเคลียสอยู่ตรงกลาง นิวเคลียสมีขนาด
เล็กมาก แต่มีมวลมาก และมีประจุบวก ส่วนอิเล็กตรอนซ่ึงมีประจุลบ และมีมวลน้อยวิ่งอยูร่ อบ ๆ นิวเคลียสเป็ น
บริเวณกวา้ ง ดงั ภาพท่ี 15

ภาพที่ 15 แบบจาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

36

แบบจาลองอะตอมของโบร์
จากการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด และการคน้ พบนิวตรอนของแซควกิ ทาให้ทราบวา่ โปรตอนและนิวตรอน
รวมกนั อยูใ่ นนิวเคลียสของอะตอม แต่ยงั ไม่ทราบว่าการจดั เรียงอิเล็กตรอนในอะตอมเป็ นอย่างไรในการศึกษา
โครงสร้างของอะตอม เพ่ือตอ้ งการทราบวา่ อิเล็กตรอนท่ีอยรู่ อบนิวเคลียสน้นั อยใู่ นลกั ษณะใด นกั วทิ ยาศาสตร์ได้
ศึกษาเปลวไฟจากการเผาสารตา่ ง ๆ และศึกษาสเปกตรัมโดยเครื่องมือท่ีเรียกวา่ สเปกโทรสโกป จากผลการทดลอง
ท่ีไดจ้ ากการเผาสาร นกั วทิ ยาศาสตร์ไดพ้ ยายามนาแบบจาลองเก่า ๆ มาอธิบาย แต่ไม่สามารถอธิบายผลการทดลอง
ได้ จึงสร้างสมมติฐานเก่ียวกบั แบบจาลองอะตอมข้ึนมาใหม่ เพ่ือใหอ้ ะตอมมีโครงสร้างที่สามารถถ่ายเทพลงั งาน
โดยอะตอมประกอบดว้ ยโปรตอน และนิวตรอนรวมกนั เป็ นนิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนว่ิงอยรู่ อบ ๆ นิวเคลียส
อิเล็กตรอนท่ีว่ิงรอบนิวเคลียสมีระดบั พลงั งานไดม้ ากกวา่ 1 ค่า อิเล็กตรอนที่ว่ิงรอบนิวเคลียสจะเคลื่อนท่ีอยใู่ น
ระดับพลังงานใด ข้ึนอยู่กับค่าพลังงานของอิเล็กตรอนตัวน้ัน ๆ จากความรู้เร่ืองสเปกตรัม ทาให้นิลส์ โบร์
นกั วิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ไดเ้ สนอแบบจาลองอะตอมข้ึนใหม่ โดยขยายแบบจาลองของรัทเทอร์ฟอร์ดดงั น้ี
อะตอมประกอบดว้ ยโปรตอนและนิวตรอนรวมกนั เป็ นนิวเคลียส และมีอิเล็กตรอนวิ่งอยใู่ นวงโคจรท่ีเป็ นวงกลมมี
รัศมี r รอบนิวเคลียสเป็นช้นั ๆ หรือเป็นระดบั พลงั งานที่มีค่าพลงั งานเฉพาะค่าหน่ึง คลา้ ย ๆ กบั วงโคจรของ
ดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ เขาเรียกวงโคจรของอิเล็กตรอนท่ีอยใู่ กลน้ ิวเคลียสมากท่ีสุด และมีพลงั งานต่าที่สุดวา่
ช้นั K และเรียกวงโคจรท่ีถดั ออกมา ซ่ึงมีระดบั พลงั งานสูงข้ึนวา่ ช้นั L , M , N , O … ตามลาดบั แต่ในปัจจุบนั
เรียกช้นั K , L , M , … วา่ ระดบั พลงั งาน n = 1 , n = 2 , n = 3 ตามลาดบั ดงั ภาพที่ 16

K L MN O P

ภาพที่ 16 แบบจาลองอะตอมของโบร์

37

แบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก
เนื่องจากแบบจาลองอะตอมของโบร์ ไม่สามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนได้
นกั วทิ ยาศาสตร์สมยั ตอ่ มาจึงพยายามทดลองคน้ ควา้ เพ่อื สร้างแบบจาลองของอะตอมท่ีสามารถอธิบายปัญหาต่าง ๆ
ท่ีแบบจาลองอะตอมของโบร์อธิบายไม่ได้ จากการศึกษาคน้ ควา้ ทาให้ไดข้ อ้ มูลเพ่ิมเติมและมากพอท่ีเชื่อได้ว่า
อิเล็กตรอนไม่ได้เคลื่อนท่ีเป็ นวงดังที่โบร์เสนอไว้ แต่จะเคล่ือนที่เป็ นรูปทรงกลม หรือรูปอื่น ๆ แล้วแต่ว่า
อิเล็กตรอนจะอยู่ในระดบั พลงั งานใด และใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตมั สร้างสมการข้ึน เพื่อใช้คานวณหา
โอกาสท่ีจะพบอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานต่าง ๆ ซ่ึงทาใหส้ ามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของธาตุไดก้ วา้ งขวางกวา่
ของโบร์ เนื่องจากอิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่รอบ ๆ นิวเคลียสได้หลายรูปแบบ แล้วแต่ระดบั พลงั งาน จึงทาให้
อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทว่ั ท้งั อะตอม หรือเคล่ือนที่ไปได้ทุกทิศทาง และทุกระนาบ ดังน้ันจึงไม่สามารถบอก
ตาแหน่งท่ีแน่นอนของอิเล็กตรอนได้ ถึงแมว้ า่ จะกาหนดตาแหน่งท่ีแน่นอนของอิเล็กตรอนไม่ได้ แต่โอกาสท่ีจะ
พบอิเล็กตรอนซ่ึงมีพลงั งานค่าหน่ึงจะอยู่ในบริเวณใดบริเวณหน่ึงมากกว่าบริเวณอ่ืน ๆ บางแห่งของอะตอมมี
โอกาสที่จะพบอิเลก็ ตรอนมาก แตบ่ างแห่งมีโอกาสพบนอ้ ย จึงทาใหเ้ กิดมโนภาพวา่ อะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลียส
และรอบ ๆ นิวเคลียสมีกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรูปทรงต่าง ๆ ตามระดบั พลังงานของอิเล็กตรอนห่อหุ้มอยู่
บริเวณกลุ่มหมอกหนาทึบ มีโอกาสท่ีจะพบอิเล็กตรอนมากกวา่ บริเวณที่กลุ่มหมอกจาง จึงเรียกเป็ นแบบจาลอง
อะตอมแบบกลุ่มหมอก ดงั ภาพที่ 17

ภาพท่ี 17 แบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

อเิ ลก็ ตรอนในอะตอม

1. สมบัติของคลนื่
คล่ืนอาจหมายถึง การส่ันสะเทือนที่มาจากการส่งผ่านพลงั งาน อตั ราเร็วของคลื่นข้ึนกบั ประเภทของคล่ืน
และธรรมชาติของตวั กลางที่คลื่นเดินทางผา่ น การเคล่ือนท่ีของคล่ืนมีลกั ษณะเป็ นคาบโดยรูปแบบของคลื่นจะซ้า
เป็ นช่วงเท่ากนั ระยะทางระหวา่ งจุดยอดของคลื่น 2 ลูกท่ีติดกนั เรียกวา่ ความยาวคลื่น  (λ อ่านวา่ แลมป์ ดา) มี
หน่วยเป็ น นาโนเมตร (nm) ไมโครเมตร (um) และเซนติเมตร (cm) ส่วนความถี่ (  อ่านวา่ นิว) หมายถึง จานวน
คล่ืนท่ีผา่ นจุดจุดหน่ึงในเวลา 1 วินาที ใชห้ น่วยวดั เฮิรตซ์ (Hz) ซ่ึง 1 Hz = 1 รอบต่อวินาที คล่ืนที่มีความถี่สูง ความ

38

ยาวคลื่นส้ันจะมีจานวนคล่ืนมาก ในทางตรงกนั ขา้ ม คลื่นที่มีความยาวคลื่นยาว ความถี่ต่า จานวนคล่ืนจะนอ้ ย ดงั
แสดงในรูปดา้ นล่าง

2. การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ า
การแผร่ ังสี หมายถึง การเปล่งและส่งพลงั งานผา่ นที่วา่ งในรูปของคลื่น คล่ืนมีหลายชนิด เช่น คล่ืนแสง คล่ืน
เสียง คลื่นน้า ในปี ค.ศ. 1873 เจมส์ แมกซ์เวลล์ (James Maxwell) เสนอวา่ แสงในช่วงที่มองเห็นได้ (visible light)
ประกอบดว้ ยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า (electromagnetic wave) คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้ า ประกอบดว้ ยส่วนสนามไฟฟ้ า และ
ส่วนสนามแม่เหล็ก ซ่ึงมีความยาวคล่ืนและความถ่ีเดียวกนั เคล่ือนท่ีไปในทิศทางเดียวกนั ดว้ ยอตั ราเร็วเท่ากนั แต่
ในระนาบท่ีต้งั ฉากกนั การแผร่ ังสีแม่เหล็กไฟฟ้ า (electromagnetic radiation) หมายถึง การเปล่งพลงั งานในรูปของ
คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้ า
3. ทฤษฎคี วอนตัมของพลังก์
จากความจริงท่ีว่า เม่ือของแข็งไดร้ ับความร้อนที่อุณหภูมิต่างๆ จะเปล่งรังสีออกมาโดยมีความยาวคลื่น
ครอบคลุมช่วงกวา้ งช่วงหน่ึง ปริมาณพลงั งานของรังสีท่ีเปล่งออกมาข้ึนกบั ความยาวคลื่นของรังสีน้นั ซ่ึงอธิบาย
โดยใช้ทฤษฎีคลื่น และกฎทางเทอร์มอไดนามิกส์ซิโนกฟิ สิกส์สมยั น้นั เช่ือวา่ อะตอม และโมเลกุลสามารถเปล่ง
(หรือดูดกลืน) พลังงานจากรังสีในปริมาณเท่าใดก็ได้ และตามทฤษฎีคลื่นแสงของแมกซ์เวลล์ ถือว่าปริมาณ
พลงั งานของแสง ข้ึนอยู่กบั ความกวา้ งของช่วงคลื่น (amplitude) ของสนามไฟฟ้ าและสนามแม่เหล็ก ในปี ค.ศ.
1900 มกั ซ์ พลงั ก์ (Max Planck) ไดเ้ สนอ ทฤษฎีควอนตมั ว่า อะตอมและโมเลกุลสามารถเปล่ง (หรือดูดกลืน)
พลงั งานได้เฉพาะบางค่าเท่าน้ัน และพลงั งานน้ีมีลักษณะคล้ายกบั เป็ นกลุ่มก้อน เปล่งออกมาในรูปของรังสี
แม่เหล็กไฟฟ้ า ซ่ึงเรียกวา่ ควอนตมั (quantum) หรือโฟตอน (photon) ควอนตมั มีขนาดต่าง ๆ กนั ข้ึนอยกู่ บั ความถ่ี
ของรังสี ( แสง ) ความเขม้ ของแสง (intensity) หมายถึง จานวนโฟตอนที่มีอยใู่ นคล่ืนแสงน้นั ๆ ถา้ มีจานวนโฟตอน
มาก แสงน้นั จะมีความเขม้ สูง ถา้ มีจานวนโฟตอนนอ้ ย แสงน้นั จะมีความเขม้ ต่า แสงที่มีความเขม้ สูงเมื่อเกิดอนั ตร
กิริยา (interaction) กบั อะตอมหรือสารจะใหส้ เปกตรัมท่ีมีความเขม้ สูง

39

4. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกเป็ นปรากฏการณ์หน่ึงท่ีตอ้ งใช้ทฤษฎีควอนตมั ของพลงั ค์อธิบาย ในปี ค.ศ.
1905 แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ใชท้ ฤษฎีควอนตมั ของพลงั กแ์ กป้ ัญหาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
โดยต้งั สมมติฐานวา่ ลาแสงน่าจะเหมือนสายธารของอนุภาค ซ่ึงอนุภาคแสงเหล่าน้ีเป็ นควอนตมั ควอนตมั ของแสง
เรียกโฟตอน ไอน์สไตนส์ รุปวา่ แต่ละโฟตอนตอ้ งมีพลงั งานคือ E  h ซ่ึง h เป็ นตวั คงที่จากการทดลองที่ทาให้
เหมาะกบั ขอ้ มูล หรืออาจจะเรียกอีกอยา่ งวา่ ค่าคงที่ของแพลงก์ [Planck; h = 6.63x10-34 J.s] และ (นิว) คือ

ความถ่ี (   c , c แทน อตั ราเร็วของแสง,  แทน ความยาวคลื่นของแสง) เม่ือฉายลาแสงไปยงั ผิวโลหะแผน่ บาง



ถา้ ลาแสงมีพลงั งานเท่ากบั แรงยดึ เหน่ียวของอิเล็กตรอนในโลหะพอดีจะทาให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะได้
และถา้ ใชแ้ สงที่มีพลงั งานสูงกวา่ ก็จะทาใหอ้ ิเล็กตรอนหลุดและมีพลงั งานจลน์ดว้ ย จะเห็นวา่ ย่ิงโฟตอนมีพลงั งาน
สูง (แสงมีความถี่สูง) พลงั งานจลน์ของอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาก็ย่ิงมาก และแสงยิ่งมีความเขม้ สูง (มีจานวนโฟ
ตอนมาก) จานวนอิเล็กตรอนท่ีหลุดออกมายิ่งมาก ถา้ ความเขม้ ของแสงลดลง จานวนอิเล็กตรอนท่ีหลุดออกมาจะ
ลดลงดว้ ย เรียกอิเลก็ ตรอนที่หลุดออกมาวา่ โฟโตอิเลก็ ตรอน

5. สเปกตรัมอะตอม
ถา้ อะตอมถูกกระตุน้ โดยเพ่ิมพลงั งานจากภายนอกโดยเผาสารดว้ ยเปลวไฟท่ีมีความร้อนสูง หรือผา่ นประจุ
ไฟฟ้ าเขา้ ไป อะตอมของธาตุจะเปล่งแสงไดแ้ ละเมื่อแสงน้ีผา่ นปริซึม จะไดส้ เปกตรัมเป็นเส้นสีต่าง ๆ เวน้ เป็ นระยะ
ไม่ต่อเน่ืองกนั เรียกสเปกตรัมแบบน้ีวา่ สเปกตรัมเส้น ซ่ึงสเปกตรัมน้ีมาจากอะตอมของธาตุ จึงเรียกวา่ สเปกตรัม
อะตอม สเปกตรัมของแต่ละธาตุมีความยาวคล่ืนเฉพาะ และมีขนาดเฉพาะที่ไม่เหมือนกัน เส้นแต่ละเส้นใน
สเปกตรัม หมายถึง พลงั งานจานวนหน่ึงท่ีเป็ นผลต่างระหวา่ งพลงั งาน 2 ระดบั ท่ีอะตอมเกิดการเปล่ียนแปลง เม่ือ
ถูกกระตุน้ ดว้ ยพลงั งานจากภายนอก โดยทว่ั ไปสเปกตรัมมี 2 แบบ คือ
1. สเปกตรัมแบบตอ่ เน่ือง (continuous spectrum) เป็นสเปกตรัมท่ีมีความยาวคล่ืนต่อเน่ืองกนั เป็ นช่วง ๆ เช่น
สเปกตรัมของแสงสีขาวจากดวงอาทิตยเ์ ม่ือผ่านเขา้ ไปในปริซึมจะถูกแยกออกมาเป็ น 7 สี ท่ีมีความยาวคล่ืน
ต่อเนื่องกนั ต้งั แต่ 400-800 นาโนเมตร สเปกตรัมต่อเนื่องเกิดจากการเปล่ียนแปลงของอิเล็กตรอนในโมเลกุล
2. สเปกตรัมเส้น (line spectrum) เป็ นสเปกตรัมท่ีมีความยาวคล่ืนเฉพาะของแต่ละธาตุ สเปกตรัมเส้นเป็ น
สมบตั ิเฉพาะตวั ของธาตุจึงใชบ้ อกวา่ ธาตุน้นั เป็นธาตุอะไร
6. ทฤษฎีของโบร์กบั ไฮโดรเจนอะตอม
ในปี ค.ศ. 1913 นิลส์ โบร์ (Neils Bohr) ได้กล่าวว่า พลงั งานของอิเล็กตรอนถูกทาให้เป็ นควอนตมั
อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อยู่ในระดับพลังงานหรือวงโคจร ในสภาพปกติอิเล็กตรอนจะไม่ปล่อยพลังงานแต่
อิเล็กตรอนจะปล่อยพลงั งาน เมื่อเปลี่ยนระดบั พลงั งาน จากระดบั พลงั งานสูงไปสู่ระดบั พลงั งานต่า ถา้ อะตอมรับ
พลงั งานจากภายนอกเขา้ ไว้ อิเลก็ ตรอนจะเปล่ียนไปอยใู่ นระดบั พลงั งานสูง เมื่อกลบั มาสู่ระดบั พลงั งานต่ากวา่ ก็จะ
ปล่อยพลงั งานออกมาจานวนหน่ึง ซ่ึงทาใหเ้ กิดเส้นสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ พลงั งานท่ีปล่อยออกมามีค่า
เทา่ กบั ผลตา่ งระหวา่ งพลงั งานสองระดบั ท่ีเกี่ยวขอ้ งกนั

40

ทฤษฎีของโบร์ ใชไ้ ดด้ ีกบั อะตอมไฮโดรเจน และสอดคลอ้ งสเปกตรัมของไฮโดรเจน ในปี ค.ศ. 1884
โยฮนั น์ บาลเมอร์ (Johann Balmer) ศึกษาสเปกตรัมของไฮโดรเจนในช่วงคล่ืนที่ตาเห็นได้ (400-700 นาโนเมตร)
พบเส้นสเปกตรัมท่ีเด่นชดั 4 เส้น คือ

เส้นสีแดง มีความยาวคล่ืน 656.6 นาโนเมตร
486.1 นาโนเมตร
เส้นสีน้าเงินปนเขียว มีความยาวคล่ืน 434.0 นาโนเมตร
410.2 นาโนเมตร
เส้นสีน้าเงิน มีความยาวคล่ืน

เส้นสีมว่ ง มีความยาวคล่ืน

7. หลกั ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก (Heisenberg uncertainty principle)
ทฤษฎีของโบร์ ไม่สามารถอธิบายสเปกตรัมของการเปล่งแสงของอะตอมท่ีมีอิเล็กตรอนมากกว่า 1
อิเล็กตรอน เช่น ฮีเลียม (He) ลิเทียม (Li) ได้ และอีกปัญหาหน่ึงคือ ไม่สามารถระบุตาแหน่งของคล่ืนท่ีแน่ชดั ได้
เนื่องจากคลื่นจะขยายไปทว่ั บริเวณ เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (Werner Heisenberg, 1901-1976) เสนอหลกั ความไม่
แน่นอนของไฮเซนเบิร์กวา่ เป็ นไปไม่ไดท้ ี่จะทราบค่าที่แน่นอนท้งั โมเมนตมั และตาแหน่งของอนุภาคพร้อมกนั
เขียนเป็ นสมการเชิงคณิตศาสตร์

X.P  h
4

เม่ือ X เป็นความไม่แน่นอนในการวดั ตาแหน่งที่อยขู่ องอิเล็กตรอน
P เป็นความไม่แน่นอนในการวดั โมเมนตมั (โมเมนตมั = ผลคูณของมวลกบั ความเร็ว)

จากสมการของไฮเซนเบิร์กบอกใหท้ ราบวา่ ถา้ วดั โมเมนตมั ของอนุภาคอยา่ งละเอียดแม่นยา (ค่า P มีค่า
นอ้ ย) จะทาใหค้ วามรู้เก่ียวกบั ตาแหน่งของอนุภาคมีความแม่นยานอ้ ยลง ( X มีค่ามากข้ึน) ในทานองเดียวกนั ถา้
รู้ตาแหน่งของอนุภาคอยา่ งละเอียดแม่นยา การวดั โมเมนตมั จะมีความแมน่ ยานอ้ ยลง

8. โครงสร้างอะตอมแบบกลศาสตร์คลนื่

จากหลกั ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ทาให้นกั วิทยาศาสตร์พยายามคน้ หาสมการพ้ืนฐานที่จะอธิบาย
พฤติกรรมและพลงั งานของอนุภาคที่มีขนาดเล็กลง ในปี ค.ศ. 1926 เออร์วิน ชโรดิงเจอร์ (Erwin Schrodinger) ได้
ต้งั หลกั การทางกลศาสตร์ ควอนตมั ข้ึนเพ่ืออธิบายโครงสร้างอะตอม โดยชโรดิงเจอร์ สมมติวา่ อิเล็กตรอนมีสมบตั ิ

เป็นคลื่น ซ่ึงความยาวคล่ืนหาไดจ้ ากสมการ   h และการเคล่ือนท่ีของอิเล็กตรอนก็เป็ นไปอยา่ งคลื่น ดงั น้นั

m

อะตอมจึงประกอบดว้ ยอนุภาคประจุบวก ท่ีลอ้ มรอบดว้ ยคลื่นอิเล็กตรอน ชโรดิงเจอร์ไดต้ ้งั สมการคล่ืนไวด้ งั น้ี

41

 d2  d2  d2   82m * (E  V)  0
dx 2 dy2 dz2 h2

เม่ือ x, y, z เป็นพกิ ดั ของอิเลก็ ตรอนซ่ึงมีนิวเคลียสอยทู่ ี่ 0 ,0,0
m เป็นมวลของอิเลก็ ตรอน
E เป็นพลงั งานท้งั หมดของอิเล็กตรอน
V เป็นพลงั งานศกั ยข์ องอิเลก็ ตรอน
ψ (Psi อ่านวา่ ไซ ) เป็นฟังกช์ นั คล่ืน (wave function) คือ ฟังกช์ นั ทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวขอ้ งกบั ความ

เป็ นคลื่นและการเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอน

สมการคลื่นของชโรดิงเจอร์ บอกใหท้ ราบวา่ บริเวณใดท่ีเป็ นท่ีวา่ งรอบนิวเคลียสที่มีความน่าจะเป็ น หรือมี
โอกาสสูงท่ีจะพบอิเล็กตรอน ตามสมบตั ิความเป็ นคล่ืนของอิเล็กตรอนจะกาหนดที่อยู่แน่นอนของอิเล็กตรอน
ไม่ได้ เพราะอิเล็กตรอนตวั หน่ึงจะอยไู่ ดท้ วั่ ไปท้งั อะตอม บางขณะอยใู่ กลน้ ิวเคลียส บางขณะก็อยหู่ ่างออกไปจาก
นิวเคลียส และไม่ไดเ้ คลื่อนท่ีในระนาบเดียว แต่เคลื่อนที่ไปไดท้ ุกทิศทาง จึงเป็ นการยากที่จะบอกเส้นทางเดินท่ี
แน่นอนของอิเลก็ ตรอน แตก่ พ็ อจะบอกไดว้ า่ ณ เวลาขณะหน่ึง ๆ อิเล็กตรอนน่าจะอยใู่ นบริเวณใด บริเวณที่มีความ
หนาแน่นอิเลก็ ตรอนสูง แสดงวา่ มีโอกาสสูงท่ีจะพบอิเล็กตรอนในบริเวณน้นั และใชค้ าวา่ ออร์บิทลั (orbital) หรือ
ออร์บิทลั อะตอม (atomic orbital) แทนบริเวณดงั กล่าว ออร์บิทลั หมายถึง ท่ีวา่ งที่อยรู่ อบ ๆ นิวเคลียสท่ีมีโอกาสพบ
อิเลก็ ตรอนซ่ึงบอกไดจ้ ากกาลงั สองของฟังกช์ นั คลื่น (ψ 2) ท่ีสัมพนั ธ์กบั ออร์บิทลั น้นั ๆ

9. การใช้สมการชโรดงิ เจอร์กับไฮโดรเจนอะตอม

ในการแก้สมการชโรดิงเจอร์สาหรับไฮโดรเจนอะตอม จะทาให้ได้ขอ้ มูล 2 ส่วนที่เป็ นประโยชน์ คือ
พลงั งานที่เป็ นไปไดข้ องอิเล็กตรอนและฟังกช์ นั คล่ืน ψ ที่สัมพนั ธ์กนั ซ่ึงค่าเหล่าน้ีถูกระบุดว้ ยเลขควอนตมั ชุด
หน่ึง เมื่อเราทราบค่าและพลงั งานก็จะคานวณ ψ 2 และสร้างแบบจาลองของไฮโดรเจนอะตอมได้

แนวคิดที่โยงความสัมพนั ธ์ระหวา่ ง | ψ 2| กบั โอกาสพบอิเล็กตรอนน้นั เทียบจากทฤษฎีคลื่น ซ่ึงตามทฤษฎี
คล่ืนกล่าววา่ ความเขม้ ของแสงเป็ นสัดส่วนกบั แอมพลิจูดของคล่ืนยกกาลงั สอง ตาแหน่งท่ีน่าจะพบโฟตอนมาก
ท่ีสุดคือ ตาแหน่งท่ีมีความเขม้ สูงที่สุด นน่ั คือ ตรงที่ค่า | ψ 2| มีค่าสูงที่สุด ดว้ ยหลกั การทานองเดียวกนั น้ีจึงบอก
ไดว้ า่ | ψ 2| เป็นคา่ ท่ีบอกถึงโอกาสท่ีน่าจะพบอิเล็กตรอน ณ บริเวณต่าง ๆ รอบนิวเคลียส แมก้ ลศาสตร์ควอนตมั จะ
บอกว่าไม่สามารถระบุตาแหน่งของอิเล็กตรอนในอะตอมได้แน่ชัด แต่ก็พอจะบอกได้ว่า ณ เวลาขณะหน่ึง
อิเลก็ ตรอนน่าจะอยใู่ นบริเวณใด

จากการศึกษาโครงสร้างอะตอมของไฮโดรเจน พบว่า เมื่ออะตอมไฮโดรเจนอยู่ในสภาวะพ้ืน (ground
state) อิเล็กตรอนตวั เดียวในอะตอมจะอยู่ในระดบั พลงั งานต่าสุด (n = 1) เมื่ออะตอมอยู่ในสภาวะกระตุน้
(excited state) อิเล็กตรอนตวั เดียวน้ีจะข้ึนไปอยใู่ นระดบั พลงั งานสูงข้ึน คือ n = 2 หรือ n = 3 ก็ได้ เม่ือ

42

คานวณหาค่าฟังกช์ นั คล่ืนท่ีทุกระดบั พลงั งานก็จะทราบความน่าจะเป็ นของอิเล็กตรอนวา่ ส่วนใหญ่จะอยบู่ ริเวณใด
ในที่วา่ งรอบนิวเคลียส

10. เส้นสเปกตรัมและระดับพลงั งานของไฮโดรเจนอะตอม
เม่ืออิเล็กตรอนดูดคลื่นพลงั งานเขา้ ไปจะเปล่ียนระดบั พลงั งานจากสภาวะพ้ืน n = 1 ไปยงั สภาวะกระตุน้ ซ่ึง
อาจข้ึนไปอยทู่ ่ีระดบั พลงั งาน n = 2 หรือ n = 3 หรือระดบั อ่ืน ๆ ที่สูงข้ึน ข้ึนอยกู่ บั ปริมาณพลงั งานที่ดูดคลื่นเขา้
ไป และเมื่ออิเลก็ ตรอนตกกลบั ลงมายงั ระดบั พลงั งานที่ต่าลง (ไม่จาเป็ นที่จะตอ้ งตกลงมาสู่ระดบั n = 1 โดยตรง
เสมอไป อาจตกจากระดบั พลงั งาน n = 5 ไปยงั n = 4 , 3 หรือ 2 ก็ได)้ จะสังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมที่เปล่งแสง
ออกมาหลายเส้น สาหรับไฮโดรเจนอะตอม ชุดของเส้นสเปกตรัมมีหลายชุด มีชื่อเรียกแตกต่างกนั ดงั น้ี
1. อนุกรมไลแมน (Lyman series) เส้นสเปกตรัมมีพลงั งานอยู่ในช่วงอลั ตราไวโอเลต เกิดจากการที่
อิเลก็ ตรอนตกลงจากระดบั พลงั งาน n = 2 , 3 , 4 … มายงั n =1
2. อนุกรมบาลเมอร์ (Balmer series) เส้นสเปกตรัมมีพลงั งานอยู่ในช่วงท่ีตามองเห็น เกิดจากการที่
อิเล็กตรอนตกลงจากระดบั พลงั งาน n = 3 , 4 , 5 …มายงั n = 2
3. อนุกรมพาสเชน (Paschen series) เส้นสเปกตรัมมีพลงั งานอยู่ในช่วงอินฟราเรด เกิดจากการท่ี
อิเล็กตรอนตกลงจากระดบั พลงั งาน n = 4 , 5 , 6 … มายงั n = 3
4. อนุกรมแบรกเกต (Bracket series) เกิดจากอิเล็กตรอนตกลงจากระดบั พลงั งาน n = 5 , 6 , 7 … มายงั
n= 4
5. อนุกรมฟุนด์ (Pfund series) เกิดจากอิเล็กตรอนตกลงจากระดบั พลงั งาน n = 6 , 7 , 8.. มายงั n = 5

ตน้ กาเนิดเส้นสเปกตรัมของอะตอมเกิดจากการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนจากสภาวะที่มีพลงั งานจาเพาะค่า
หน่ึงไปยงั พลงั งานจาเพาะอีกค่าหน่ึง ถ้าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากระดับพลงั งานสูงไปยงั ระดบั ต่ากว่าจะปล่อย
พลงั งานโฟตอนออกมาจึงเกิดเป็ นเส้นสเปกตรัมแบบเปล่งแสง (emission spectrum) ถา้ อิเล็กตรอนถูกกระตุน้ จาก
ระดบั พลงั งานต่าไปยงั ระดบั พลงั งานสูง จะมีการดูดคล่ืนพลงั งานโฟตอนจะเห็นเส้นสเปกตรัมแบบดูดกลืนแสง
(absorption spectrum)

11. เลขควอนตัม
เลขควอนตมั ท่ีปรากฏในการแกส้ มการชโรดิงเจอร์มี 3 ชนิดคือ
1. เลขควอนตมั หลกั (Principal quantum number) หรือ n มีค่าไดต้ ้งั แต่ 1 , 2 , … ∞ เป็ นค่าที่บ่งถึงพลงั งาน
ของไฮโดรเจนอะตอม และไอออนท่ีมีเพยี งอิเล็กตรอนเดียวเท่าน้นั ( H-like atom ) นอกจากน้ีค่า n ยงิ่ สูงก็แสดงวา่
อิเล็กตรอนยงิ่ อยหู่ ่างจากนิวเคลียส และมีพลงั งานสูงข้ึน

2. เลขควอนตมั โมเมนต์ตมั เชิงมุม (Angular momentum quantum number) หรือ  เลขควอนตมั น้ีบ่งถึง
โมเมนตมั เชิงมุมของอิเลก็ ตรอน จากกฎเกณฑ์ทางคณิตศาสตร์ปรากฏวา่ เม่ือกาหนดค่า n ค่าหน่ึงแลว้  จะมีค่า

เป็ นเลขจานวนเตม็ ต้งั แต่ 0 , 1 , … n – 1 เท่าน้นั มีท้งั หมด n เช่น ถา้ อิเล็กตรอนในสถานะหน่ึงมีค่า n = 3
อิเล็กตรอน ดงั น้นั อาจมีค่า เป็ น 0 , 1 , หรือ 2 ได้ แต่จะมีค่าเท่ากบั 3 หรือมากกวา่ ไม่ได้ เลขควอนตมั โมเมนตมั

43

เชิงมุมน้ีสมั พนั ธ์กบั ลกั ษณะของออร์บิทลั ดว้ ย ค่า  สูงแสดงวา่ อิเล็กตรอนเคล่ือนท่ีดว้ ยโมเมนตมั เชิงมุมสูง และ

มีพลงั งานสูงข้ึนดว้ ย สาหรับค่าตา่ ง ๆ นิยมใชส้ ัญลกั ษณ์แทนดงั น้ี

 = 0 เรียกวา่ s
 = 1 เรียกวา่ p
 = 2 เรียกวา่ d
 = 3 เรียกวา่ f
 = 4 เรียกวา่ g (ยงั ไมพ่ บธาตุที่มีอิเล็กตรอนในออร์บิทลั น้ี)

3. เลขควอนตมั แม่เหล็ก (Magnetic quantum number) หรือ m

เราอาจเปรี ยบเทียบอิเล็กตรอนท่ีมีโมเมนตัมเชิงมุมได้กับกระแสไฟฟ้ าท่ีไหลในขดลวด เพราะ

กระแสไฟฟ้ าก็คือกระแสอิเล็กตรอนนนั่ เอง ตามกฎของแม่เหล็กไฟฟ้ า กระแสเช่นน้ีอาจทาให้เกิดสนามแม่เหล็ก
เหน่ียวนาข้ึนได้ ดงั น้นั อิเลก็ ตรอนแมจ้ ะอยใู่ นอะตอม ก็ยงั แสดงสมบตั ิของความเป็ นแม่เหล็กดว้ ย โดยท่ีพลงั งานที่
เกี่ยวขอ้ งมีค่าเป็ นชุด ๆ ในชุดหน่ึงมีระดบั พลงั งานเท่ากนั แต่จะแตกต่างกนั ถา้ อยภู่ ายใตส้ นามแม่เหล็กภายนอก

ท้งั น้ีข้ึนอยกู่ บั เลขควอนตมั m
ค่า m ข้ึนอยกู่ บั ค่า  กล่าวคือ สาหรับค่า  หน่ึง ๆ m มีค่าระหวา่ ง  และ –  คือต้งั แต่  ,

 -1 , … 0 , … -  รวม 2  + 1 ค่า เช่น อิเล็กตรอนท่ีมีค่า  = 2 อาจมีค่า m เป็ น 2 , 1 , 0 , -1 , หรือ -2 เป็ น

ตน้

2.1.4 ระดับพลงั งานหลกั และระดับพลงั งานย่อย

1. การจัดอิเล็กตรอนในระดบั พลังงานหลกั

อิเล็กตรอนในอะตอมที่อยู่ ณ ระดบั พลงั งาน ( energy levels หรือ shell ) จะมีพลงั งานจานวนหน่ึง สาหรับ

อิเลก็ ตรอนท่ีอยใู่ กลน้ ิวเคลียสมากที่สุดจะมีพลงั งานนอ้ ยกวา่ พวกที่อยไู่ กลออกไป ยิ่งอยไู่ กลมากยิ่งมีพลงั งานมาก
ข้ึน ระดบั พลงั งานหลกั ใหเ้ ป็น n ซ่ึง n เป็นจานวนเตม็ คือ 1 , 2 , 3 … หรือตวั อกั ษรเรียงกนั ดงั น้ี K, L, M, N, O, P, Q

n = 7 shell ; Q
n = 6 shell ; P
n = 5 shell ; O
n = 4 shell ; N
n = 3 shell ; M
n = 2 shell ; L
n = 1 shell ; K

แสดงการจดั ระดบั พลงั งานหลกั ของอิเลก็ ตรอนในอะตอม

44

จากการจดั ระดบั พลงั งาน n = 1 เป็ นระดบั พลงั งานต่าสุด หมายความวา่ จะตอ้ งใชพ้ ลงั งานมากที่สุดท่ีจะดึง
เอาอิเล็กตรอนน้นั ออกจากอะตอมได้ จานวนอิเล็กตรอนที่จะมีไดใ้ นแต่ละระดบั พลงั งานหลกั คือ ไม่เกิน 2n2 และ
จานวนอิเล็กตรอนในระดบั นอกสุดจะตอ้ งไม่เกิน 8 เช่น ระดบั พลงั งานที่ใกลน้ ิวเคลียสมากที่สุด n = 1 Shell K
ปริมาณอิเลก็ ตรอนท่ีควรมีอยู่ = 2 ( 1 )2 = 2

ระดบั พลงั งานท่ีหน่ึง ( n = 1 ) ปริมาณอิเลก็ ตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2(1)2 = 2
ระดบั พลงั งานท่ีสอง ( n = 2 ) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดท่ีควรมีได้ = 2 (2)2 = 8
ระดบั พลงั งานท่ีสาม ( n = 3 ) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดท่ีควรมีได้ = 2 (3)2 = 18
ระดบั พลงั งานที่สี่ ( n = 4 ) ปริมาณอิเลก็ ตรอนสูงสุดท่ีควรมีได้ = 2 (4)2 = 32
ระดบั พลงั งานท่ีหา้ ( n = 5 ) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดท่ีควรมีได้ = 2 (5)2 = 50
ระดบั พลงั งานที่หก ( n = 6 ) ปริมาณอิเล็กตรอนสูงสุดท่ีควรมีได้ = 2 (6)2 = 72
ระดบั พลงั งานท่ีเจด็ ( n = 7 ) ปริมาณอิเลก็ ตรอนสูงสุดที่ควรมีได้ = 2 (7)2 = 98

การจดั เรียงอิเล็กตรอนในระดบั พลงั งานหลกั ของธาตุต่าง ๆ เช่น

K LM

12 Mg 12 p 2e 8e 2e
24 12 n

K LM N

19 K 19 p 2e 8e 8e 1e
39 20 n

2. การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลงั งานย่อย
จากการศึกษาสเปกตรัมของธาตุต่าง ๆ พบวา่ ในระดบั พลงั งานหลกั (n) ยงั ประกอบดว้ ยระดบั พลงั งานยอ่ ย
หรือ ซบั เชลล์ (sublevels หรือ subshells) คือ s,p,d และ f ในแตล่ ะระดบั พลงั งานยอ่ ย มีอิเล็กตรอนไดไ้ ม่เท่ากนั และ
มีพลงั งานไมเ่ ท่ากนั คือ ระดบั พลงั งานยอ่ ย s มีพลงั งานต่ากวา่ p ต่ากวา่ d ต่ากวา่ f ตามลาดบั ในระดบั พลงั งานยอ่ ย
ยงั ประกอบดว้ ยออร์บิทลั (orbital) ซ่ึงในแต่ละออร์บิทลั มีอิเลก็ ตรอนไดไ้ มเ่ กิน 2 อิเลก็ ตรอน ดงั น้ี

ระดบั พลงั งานยอ่ ย s มีอิเลก็ ตรอนไดไ้ ม่เกิน 2 อิเล็กตรอน มี 1 ออร์บิทลั

ระดบั พลงั งานยอ่ ย p มีอิเล็กตรอนไดไ้ มเ่ กิน 6 อิเล็กตรอน มี 3 ออร์บิทลั

45

ระดบั พลงั งานยอ่ ย d มีอิเลก็ ตรอนไดไ้ มเ่ กิน 10 อิเล็กตรอน มี 5 ออร์บิทลั
ระดบั พลงั งานยอ่ ย f มีอิเลก็ ตรอนไดไ้ มเ่ กิน 14 อิเล็กตรอน มี 7 ออร์บิทลั

ภายในระดบั พลงั งานหลกั อนั เดียวกนั จะประกอบดว้ ยพลงั งานยอ่ ยเรียงลาดบั จากพลงั งานต่าไปสูง คือ จาก
s ไป p,d และ f เช่น 3p สูงกวา่ 3s ซ่ึงเมื่อนามาเรียงลาดบั กนั แลว้ พบวา่ มีเฉพาะ 2 ระดบั พลงั งานแรกคือ n = 1 และ
n = 2 เท่าน้นั ท่ีมีพลงั งานเรียงลาดบั กนั แต่พอข้ึนระดบั พลงั งาน n = 3 เร่ิมมีการซ้อนเกยกนั ของระดบั พลงั งานยอ่ ย
ดงั ภาพท่ี 18

ภาพท่ี 18 แสดงระดบั พลงั งานในอะตอม

46

ภาพที่ 19 แสดงลาดบั การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทลั
เรียงไดเ้ ป็ น 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
จากการศึกษาพบวา่ กรณีของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนน้นั ระดบั พลงั งานของ 3d จะใกลก้ บั 4s มาก และ
พบวา่ ถา้ บรรจุอิเล็กตรอนใน 4s ก่อน 3d พลงั งานรวมของอะตอมจะต่า และอะตอมจะเสถียรกวา่ ดงั น้นั ในการจดั
อิเล็กตรอนน้นั เลขควอนตมั ท้งั 4 ช่วยให้เราระบุไดว้ ่า อิเล็กตรอนแต่ละตวั อยู่ในออร์บิทลั ใด ในอะตอมโดยนิยม
เขียนสัญลกั ษณ์ แทนการจดั เรียงอิเลก็ ตรอน ดงั น้ี

แสดงจานวนอิเล็กตรอนในออร์บิทลั
1S1
แสดงระดบั พลงั งานหลกั ในช้นั n ใด ๆ
แสดงเลขควอนตมั หลกั ( 1s1 ) อ่านวา่ หน่ึงเอสหน่ึง
ในการจดั อิเล็กตรอนอาจเขียนเป็นแผนภาพออร์บิทลั ซ่ึงแสดงสปิ นของอิเล็กตรอนดว้ ย ดงั ตวั อยา่ ง C มี
z = 6 มีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p2 และ N มี z = 7 มีโครงแบบอิเลก็ ตรอนเป็น 1s2 2s2 2p3 แสดงการ
บรรจุอิเลก็ ตรอนลงในออร์บิทลั ที่เสถียรได้ ดงั น้ี

47

↑↓ ↑ ↑↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↑ ↑

1s2 2s1 2p3 1s2 2s2 2p3

2.2 ตารางธาตุ (ระบบพรี ิออดกิ )

2.2.1 ววิ ฒั นาการการสร้างตารางธาตุ
ในศตวรรษท่ี 18 นกั วทิ ยาศาสตร์ไดค้ น้ พบธาตุ ประมาณ 60 ธาตุ แต่ขอ้ มูลและความรู้ต่าง ๆ เก่ียวกบั ธาตุที่

รู้จกั ในสมยั น้นั มีน้อย นกั วิทยาศาสตร์พยายามหาขอ้ มูลและไดร้ วบรวมธาตุต่าง ๆ เหล่าน้นั ใหเ้ ป็ นหมวดหมู่ เพื่อ
ง่ายต่อการใชง้ าน จนในปี ค.ศ. 1829 โยฮนั น์ โดเบอไรเนอร์ (Johann Dobereiner) คน้ พบวา่ ธาตุบางธาตุมีสมบตั ิ
คลา้ ยคลึงกนั สามารถจดั อยรู่ วมกนั ได้ เขาจึงจดั ธาตุไดเ้ ป็น 3 หมู่ หมูล่ ะ 3 ธาตุ ซ่ึงเรียกวา่ ไทรแอด (triade) เช่น Li
, Na , K ซ่ึงธาตุท้งั 3 ตวั น้ี มีมวลอะตอมเรียงกนั โดย Na มีมวลอะตอมใกลเ้ คียงกนั กบั ค่าเฉล่ียของมวลอะตอมของ
Li และ K ในปี ค.ศ. 1863 จอห์น นิวแลนด์ (John Newlands) ไดจ้ ดั ธาตุเป็ นหมู่ ๆ ซ่ึงเลียนแบบโนต้ ดนตรี โดยเขา
จดั ธาตุเป็นหมู่ละ 8 ธาตุ โดยเรียงตามมวลอะตอมท่ีเพ่มิ ข้ึน และพบวา่ ธาตุตวั ท่ี 8 จะมีสมบตั ิคลา้ ยคลึงกบั ธาตุตวั ท่ี 1
และธาตุตวั ที่ 15 กม็ ีสมบตั ิคลา้ ยคลึงกบั ธาตุตวั ที่ 8 เรียกการจดั แบบน้ีวา่ ออกเทฟ (octave)

ต่อมาในปี ค.ศ. 1869 ดมิทรี เมนเดลีฟ (Dmitri Mendeleev) ชาวรัสเซียไดเ้ สนอการจดั ตารางธาตุ ซ่ึงถือเป็ น
ตน้ แบบของตารางธาตุที่ใชอ้ ยใู่ นปัจจุบนั และในปลายปี ค.ศ. 1869 โลเทอร์ เมเยอร์ (Lother Meyer) ชาวเยอรมนั
ไดต้ ีพิมพต์ ารางธาตุของเขา ส่วนตารางธาตุของเมนเดลิฟ ฉบบั ปรับปรุงใหม่ปรากฏในปี ค.ศ. 1871 ซ่ึงเมนเดลีฟ
จดั ลาดบั ธาตุในตารางธาตุตามมวลอะตอมที่เพ่ิมข้ึน โดยจดั ธาตุท่ีมีสมบตั ิคลา้ ยคลึงกนั ให้อยแู่ ถวเดียวกนั เรียงจาก
บนลงล่าง เรียกวา่ หมู่ (group) และเวน้ วา่ งไวส้ าหรับธาตุที่ยงั ไม่พบในขณะน้นั โดยคาดการณ์ล่วงหนา้ ไวว้ า่ ธาตุที่
ยงั ไม่คน้ พบ ควรมีมวลอะตอมเทา่ ใด มีสมบตั ิทางเคมีและทางกายภาพอยา่ งไร ในปี ค.ศ. 1913 เฮนรี โมสลีย์
(Henry Mosley) ไดพ้ ฒั นาแนวความคิดเกี่ยวกบั เลขอะตอมในการจดั ตารางธาตุ จากการศึกษาของโมสลีย์ พบว่า
ถา้ นาเอาธาตุตา่ ง ๆ มาเรียงตามลาดบั เลขอะตอมท่ีเพ่ิมข้ึน จะพบธาตุท่ีมีสมบตั ิคลา้ ยคลึงกนั เป็นช่วง ๆ หรือแบบ
พรี ิออดิก การท่ีสมบตั ิของธาตุต่าง ๆ ตรงกนั เป็นช่วงระยะอยา่ งมีระเบียบน้ีเรียกวา่ กฎพีริออดิก (periodic law) หรือ
สมบตั ิของธาตุเป็น พริ ิออดิก ฟังกช์ นั ของเลขอะตอม

2.2.2 ตารางธาตุปัจจุบัน
ตารางธาตุท่ีนิยมในปัจจุบนั ปรับปรุงจากตารางของเมนเดลิฟ เป็ นตารางท่ีจดั เรียงธาตุตามเลขอะตอมที่
เพ่ิมข้ึน แบ่งธาตุออกเป็ น 7 แถวนอน เรียกวา่ คาบ (period) หรือ อนุกรม (series) และ 18 แถวต้งั เรียกว่าหมู่
(group)

คาบที่ 1 มี 2 ธาตุ คือ H และ He มีเลขควอนตมั n = 1
คาบที่ 2 มี 8 ธาตุ คือ Li ถึง Ne มีเลขควอนตมั n = 2
คาบท่ี 3 มี 8 ธาตุ คือ Na ถึง Ar มีเลขควอนตมั n = 3