SLIDE-53-TEACHER-THERMO

อุณหพลศาสตร

Thermodynamics

สาขาเคมี

คณะศลิ ปศาสตรและวิทยาศาสตร

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน

updated Apr 18, 2007

เนือ้ หา

1. งาน ความรอ น พลังงานภายใน
2. กฎขอทห่ี นงึ่
3. เอนทาลป สมการเทอรโ มเคมี
4. ความจุความรอน
5. เอนโทรป
6. กฎขอทีส่ อง
7. กฎขอที่สาม
8. พลงั งานอิสระของกบิ ส

2

เทอมทส่ี ําคัญ

„ ระบบ และ ส่ิงแวดลอม „ เอนทาลปมาตรฐาน
„ ฟง กชนั สภาวะ „ เอนทาลปของการกอเกดิ
„ ฟงกช นั วิถี „ กระบวนการที่เกดิ ขึน้ เองได
„ สมดุล
„ ระบบผันกลับได
„ เอนทาลป
„ เอนโทรป

3

อณุ หพลศาสตร (Thermodynamics)

„ การเปลีย่ นแปลงพลังงานของระบบและสิง่ แวดลอ มใน
รูปของความรอ นและงาน และบอกทิศทางการ
เกิดปฏกิ ิรยิ าเคมภี ายใตสภาวะหนง่ึ

4

ระบบและสิ่งแวดลอม

ระบบ (system) ส่งิ ท่เี ราสนใจศกึ ษา
สง่ิ แวดลอม (environment) สว นอื่นๆท่ีมผี ลตอสว นท่เี ราสนใจ
จักรวาล (universe) ระบบและสิ่งแวดลอม

ระบบแบบตา งๆ Closed Isolated

„ ระบบเปด (Open system)
„ ระบบปด (Closed system)
„ ระบบโดดเดย่ี ว (Isolated system) Open
„ ระบบมฉี นวนความรอ น (adiabatic system)

5

การจําแนกชนดิ ของระบบ

ระบบ ระบบประกอบดวย ขอบเขต ชนิดของระบบ

นาํ้ แขง็ →น้ํา นาํ้ , นํ้าแข็ง บีกเกอร ระบบปด(ไมส นใจการระเหย)
ระบบเปด
น้ํา → ไอนา้ํ นา้ํ , ไอนํา้ บีกเกอร ระบบปด
ระบบเปด
นํ้า, ไอนาํ้ ภาชนะปด ระบบปด
ระบบ adiabatic
Baking Soda + Na2CO3 , CH3COOH บีกเกอร ระบบ isolated
Vinegar ภาชนะปด
Na2CO3 , CH3COOH แคลอริมิเตอร*

+ แคลอริมิเตอร *

+ บอมบแคลอริมเิ ตอร * บอมบแคลอริมิเตอร*

6

การอธบิ ายระบบ

„ สภาวะของระบบ (State of a system) คอื สมบตั ิมหัพภาค
(macroscopic property) ของระบบใชอ ธบิ ายลักษณะของระบบ เชน
ความดนั อุณหภูมิ ฯลฯ

„ การระบสุ ภาวะของระบบตอ งใช ชุดของฟง กชันสภาวะ
„ ถา สมบตั ติ ัวหนงึ่ ตัวใดเปลี่ยนแปลง แสดงวามกี ารเปล่ียนแปลงสภาวะของระบบ

„ สภาวะสมดุล (Equilibrium) สภาวะทส่ี มบัตมิ หภาคของระบบมคี าคงท่ี
ทุกสวนประกอบของระบบและไมเ ปลยี่ นแปลงขึน้ กบั เวลา

„ สมดลุ สถติ ย (Static equilibrium)
„ สมดลุ พลวตั ร (Dynamic equilibrium)

7

ฟงกช นั สภาวะ

„ ฟง กชันสภาวะ (State function) : ปริมาณตาง ๆ ท่ีอธิบายสภาวะของ
ระบบ เชน ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ จํานวนสถานะ

„ ลกั ษณะเฉพาะของฟงกช ันสภาวะ คือ

„ การเปลี่ยนแปลงของฟงกชนั สภาวะข้ึนกับ สภาวะเรมิ่ ตน และสภาวะ
สุดทา ยเทา นนั้

„ หากระบบมีการเปลี่ยนแปลงและยอนกลับมาสูสภาวะเดมิ การเปลย่ี นแปลง
ของฟง กชนั สภาวะ มคี า เปน ศนู ย

„ ฟงกชันสภาวะตา งๆของระบบไมเปน อิสระตอ กนั โดยส้ินเชงิ เชน

y แกสอุดมคติ มีฟง กชนั สภาวะคอื P V T และ n ซ่ึงสมั พันธกนั ตามกฎของแกส

8

ฟง กช ันสภาวะ และ ฟง กช นั วิถี

„ ฟง กช ันสภาวะ สมบตั ิท่ีขึ้นกับสภาวะของระบบขณะใดขณะหนง่ึ เทา น้ัน

„ ฟง กชันวถิ ี ปริมาณท่ีเก่ยี วของกบั การเปล่ยี นแปลงของระบบ มีคาขนึ้ กบั
สภาวะเรมิ่ ตน สภาวะสุดทาย และเสนทางทใี่ ช

State B ΔhAB „ ความสงู เปน ฟง กชันสภาวะ hA, hB, hC
Path+b „ การเปลี่ยนแปลงฟงกชันสภาวะไมใ ช
−ΔhBA
State C ฟง กชนั สภาวะ
Path a ΔhAB = hB- hA ΔhBA = hA- hB
„ ระยะทางเปน ฟง กชนั วิถี A →B
State A Sa ≠ Sb

9

กระบวนการผันกลบั ได (Reversible Process)

„ กระบวนการผันกลับได คือการเปลีย่ นแปลงของระบบที่สามารถ

ยอนกลับไดเ มอื่ มกี ารเปล่ียนแปลงเงื่อนไขเพียงเล็กนอ ย
„ ระบบเสมอื นวาอยใู นสมดุลยอย ๆ ตลอดเวลา
„ เกดิ ไดเม่อื การเปล่ียนแปลงเกิดขึ้นชา มาก ๆ

การเปลี่ยนแปลง
สว นใหญเ ปนแบบ
ผันกลับไมไ ด

10

อณุ หพลศาสตรเ ก่ียวขอ งกบั หลักสําคัญ 2 ขอ คอื

1. พลังงานไมส ูญหายไปและเกิดขน้ึ เองไมไ ด แตเปลย่ี นรปู ได

ABC

กระบวนการที่มโี อกาสเปนไปไดค อื กระบวนการที่เปน ไปตามกฎ
อนรุ ักษพ ลงั งาน

2. ระบบพยายามเขา สูสภาวะสมดลุ เสมอ

AB

กระบวนการท่จี ะเกิดขน้ึ ไดจรงิ คอื กระบวนการทนี่ าํ ระบบเขาสสู มดุล

11

กฎขอ ท่หี นึ่งของอุณหพลศาสตร
(Conservation of Energy)

“ กระบวนการใด ๆ พลังงานอาจเปล่ยี นรูป ได แตจ ะไมส ูญหายไป
หรอื เกดิ ข้นึ ใหม”

ΔU = q + w

U คอื พลงั งานภายใน
ΔU คอื การเปลีย่ นแปลงพลงั งานภายใน
q คอื ความรอ น
w คือ งาน

12

พลงั งาน งาน ความรอน

พลังงาน คอื ความสามารถในการทํางาน (work) หรือถายเทความ
รอ น (heat)

Heat Work

13

พลงั งานภายใน (Internal energy; U หรอื E)

พลังงานภายใน(U) คือพลงั งานของระบบ เปนฟงกช นั สภาวะ

„ พลังงานจลนจากการเคล่ือนที่ การหมนุ การส่ันของโมเลกุล
„ พลังงานจลนจากการเคล่ือนท่ขี อง e, p, n
„ พลงั งานศักยจ ากแรงกระทาํ ระหวางโมเลกุล
„ พลังงานศกั ยจากแรงกระทาํ ระหวางอนุภาค
„ Etc.

เราไมสามารถคํานวณหา U ของระบบไดแ ต ΔU ระหวางสอง
สภาวะสามารถหาได

ΔU = Uf - Ui

ไมใช State function State function

14

งาน (work; w)

„ งานคือการถา ยเทพลังงานในรปู ท่ีกอใหเกดิ การเคลอ่ื นที่ของวัตถุ
„ ทางอุณหพลศาสตร : สนใจเฉพาะงานที่เกดิ จากการเปลี่ยนแปลง
ปรมิ าตรของระบบเน่อื งจากความดันภายนอก
„ งานเน่ืองจากการขยายตวั ของระบบ (Expansion work)

∫x wsys = − Fextdx

Fext Fext Adx
∫A =− A

ระบบ y fext คอื แรงภายนอก ∫= − PextdV
y Pext คือความดันภายนอก
= −PextΔV ถา ความดนั ภายนอกคงที่

y ΔV คือปริมาตรของระบบท่เี ปลยี่ นแปลงไป

15

งานจากการเปลยี่ นแปลงปรมิ าตรของระบบเนือ่ งจากความดันภายนอก
1. สิ่งแวดลอ มทํางานใหร ะบบ(งานอดั ตัว; ΔV<0) ทาํ ใหระบบมีปริมาตร

ลดลง งานจะมคี าเปน บวก

P = Pi Pext V ↓ P ↑ P = Pf Pext

Pi < Pext Pf = Pext (สมดุล)

2. ระบบทํางานใหส ิ่งแวดลอม (งานขยายตวั ; ΔV>0)ทาํ ใหร ะบบมี

ปรมิ าตรเพิ่มขึ้น งานจะมีคา เปน ลบ

P = Pi Pext V↑ P↓ P = Pi Pext

Pi < Pext Pf = Pext (สมดลุ ) 16

งานเน่อื งจากกระบวนการทต่ี า งกัน

พจิ ารณางานเนอ่ื งจากการเปลีย่ นแปลงปรมิ าตรของกระบอกสบู ที่
เง่ือนไขตางๆ

y ขยายตัว (Pext < Psys) Psys ↑ Pext (หดตัว)
y ขยายตัวเร็วๆ (Pext << Psys)
y หดตวั (Pext > Psys) Pext
y หดตัวเร็วๆ (Pext >> Psys)
↓ Pext (ขยายตัว)

w ไมเปน state function เพราะงานข้นึ กบั ความดันภายนอก (Pext
ไมใ ชสมบตั ขิ องระบบ)!

17

การคํานวณหางาน

„ ถาความดนั ภายนอกคงที่ wsys ∫= − PextdV

= −PextΔV

„ ถา ความดนั ภายนอกเปน ศูนย (Free Expansion) ∫wsys = − 0dV
(ขยายตวั ในสุญญากาศ)
=0

„ ถา ความดันภายนอกมีขนาดใกลเคียงกับความดันภายใน (Pext ≈ P)
ระบบจะหดหรอื ขยายตวั อยางชา ๆ

∫ ∫wsys = − PextdV ≈ − PdV

= −∫ nRT dV = −nRT ∫ dV สมมติวาเปน Ideal gas
V V
18
= −nRT lnV Vf = −nRT ln Vf
Vi Vi

การขยายตัวแบบผันกลบั ได

„ งานเนื่องจากการขยายตวั แบบผนั กลับไดจะมีคามากที่สดุ

„ ความดนั ภายนอกใกลเ คียงกับความดนั ภายใน
(แตนอ ยกวา จึงเกิดการขยายตัวได) ตลอด
กระบวนการขยายตวั

„ มีการขยายตวั อยา งชามากๆ

Pext จะตองมคี า ∫w = − PextdV
ใกลเ คียงกับ
Psys ตลอด ∫wexp,max = − Pexp,maxdV
กระบวนการ
Pexp,max ≈ Psys

Pext ≈ Psys = nRT
V

19

การพิสูจนว างานไมเปนฟง กช ันสภาวะ

pressure A→x→B pressure A→y→B
P1 A P1 A
x

P2 B P2 y B

volume volume
V1 V2 V1 V2

wx = wA→x + wx→B wy = wA→ y + wy→B

∫( )= −P1 V2 −V1− V2 PdV −∫= V1 PdV − P2 (V2 − V 1)
V1
V2

= −P1ΔV = −P2ΔV

wx ≠ wy 20

ตัวอยาง จงคาํ นวณหางานเมอ่ื นา้ํ แขง็ 100 g ละลายหมดทอ่ี ณุ หภูมิ 0 °C และ
ความดนั 1 atm ความหนาแนน ของนํา้ แขง็ และนาํ้ ที่ 0 °C เทา กบั 0.91 และ 1.0
g/cm3 ตามลาํ ดับ
w = - Pext ΔV

น้าํ แขง็ 100 g → นา้ํ 100 g ΔV = Vwater - Vice

Vice = 100 g / 0.91 g/cm3 = 109.9 cm3
Vwater = 100 g / 1.00 g/cm3 = 100 cm3

w = -1 atm ( 100.0 cm3 -109.9 cm3)
= 0.0099 L⋅atm

1 L⋅atm = 101.3 J
w = (0.0099 L⋅atm) (101.3 J/L⋅atm)

= 0.100 J

21

ความรอ น (Heat; q)

„ ความรอ น คือ พลังงานทถ่ี ายเทระหวา งระบบกบั สงิ่ แวดลอ ม
เน่ืองจากมีอณุ หภมู ติ า งกัน

„ สมดุลทางความรอนจะเกิดเมอ่ื ท้งั ระบบและสง่ิ แวดลอมมีอุณหภูมิ
เทา กนั (สมดุลพลวัตร)

„ q ไมเปน ฟงกช ันสภาวะ

„ เคร่อื งหมายของความรอน

„ ระบบดูดความรอนจะมี q เปนบวก (รับพลงั งาน)
„ คายความรอน q เปนลบ (คายพลังงาน)

22

การหาคาการเปลย่ี นแปลงพลงั งานภายใน (ΔU)

„ การคํานวณหาคาการเปลีย่ นแปลงพลังภายในไมสามารถหาโดยตรง
จากคา U ได แตห าไดจากกฎขอ ท่ี 1 และเงือ่ นไขอน่ื ๆ
„ กฎขอ ที่ 1
„ เงอ่ื นไขอื่น ๆ

y ปรมิ าตรคงที่
y ความดนั คงที่
y อณุ หภมู คิ งท่ี
y ไมม กี ารถา ยเทความรอ น

23

ประเภทของกระบวนการ

„ กระบวนการ Isochoric (V คงท)่ี เชน บอมบคาลอรมิ เิ ตอร

ΔV = 0 → w=0 → ΔU = qv

„ กระบวนการ adiabatic (q = 0) เชน ภาชนะที่มีฉนวนหมุ
q = 0 → ΔU = w → ΔU =PΔV

„ กระบวนการ Isothermal (T คงท่ี) เชน ในอา งควบคมุ อณุ หภูมิ
สําหรับแกส ΔU = 0 → q = -w → q =PΔV

water Tw Tsys = Tw

Rxn Tw จะคงที่ (เปลี่ยนแปลงนอยมาก)

24

ตวั อยาง นา้ํ 1 โมล 100 °C กลายเปนไอน้ําที่อณุ หภูมิเดยี วกันที่ 1 atm
ความรอนทท่ี ําใหน ํ้า 1 mol เปนไอท่ี 100 °C เทากับ 40.7 kJ จงหา
ΔU (พิจารณาวาไอน้าํ เปนแกสสมบูรณแ บบ)

ΔU = q + w = q - PΔV

Vน้ํา = 0.018 L Vไอน้าํ = nRT/p = 30.6 L (กฏของแกส )
W = -PΔV = -1 atm × (30.6 L - 0.018 L)

= -30.6 L⋅atm = -30.6 × 101.3 × 10-3 kJ
= -3.1 kJ
ΔU = q - PΔV
= 40.7kJ +(-3.1 kJ)
= 37.6 kJ

25

แบบฝก หดั

1. แกสอดุ มคตชิ นิดหน่ึง 1 mol ขยายตวั จากปรมิ าตร 0.01 m3 เปน 0.10
m3 ที่ 25 °C จงหาปรมิ าณงานที่เกิดข้นึ เม่ือ

„ ความดนั ภายนอกคงที่ P = 0.1 atm
„ ปรมิ าตรจาก 0.01 m3 เปน 0.05 m3 ท่ี P = 0.05 atm แลว ขยายตัวตอ เปน 0.1 m3 ที่

ความดนั 0.01 atm

2. ระบบมปี ริมาตร10.0 L ดูดความรอน 1000 J จงคํานวณ ΔU เม่ือ

„ ปรมิ าตรคงที่
„ ถา ปริมาตรเพิ่มขึ้นเปน 15.0 L P = 1 atm

3. แกสชนิดหน่งึ 1 โมลมีปรมิ าตร 1 L บรรจุในกระบอกสูบท่ีมีฉนวนหมุ ถา
แกส ขยายตวั เปน 5 L จงหา w, q, ΔUsys และ ΔUsurr เมื่อ

„ ใหค วามดันภายนอกคงท่เี ทา กับ 1 atm
„ ใหแ กสขยายตัวชา มากๆ

26

เอนทาลป (Enthalpy; H)

เอนทาลป คือผลรวมของพลงั งานภายในและผลคูณของความดนั
กบั ปรมิ าตรและเปน state function

H = U + PV

การเปลยี่ นแปลงเอนทาลป คือปริมาณความรอนท่รี ะบบ
ดดู กลนื หรือคายภายใตค วามดันคงท่ี

ΔH = ΔU + Δ(PV)

ΔH = [q - PΔV] + [VΔP + PΔV]

= q + VΔP

ΔH = qp (เมอ่ื ความดันคงท่ี) + ดดู ความรอน
– คายความรอน

27

สําหรับระบบทม่ี ี gas อาจพจิ ารณาวาปริมาตรของระบบที่
เปล่ียนแปลงไปขนึ้ กับปริมาตรของแกส เทาน้ัน และสามารถใช
กฎของแกส อุดมคติในการประมาณได

จากสมการ ΔH = ΔU + ΔPV

PV = nRT

Δ(PV) = Δ(nRT )

Δ(PV) = (Δn) RT เมือ่ T คงท่ี

ΔH = ΔU + (Δn) RT

เม่ือ Δn = Σng(P) - Σng(R)

จํานวนโมลของ จํานวนโมลของ 28
แกสในผลติ ภัณฑ แกสในสารตั้งตน

สาํ หรับระบบที่ประกอบดวยของแขง็ หรือของเหลวในบางกรณีเรา
อาจใชการประมาณ
Δ(PV) ≅ 0 x ΔH ≅ ΔU

การเปล่ียนสถานะ เชน การหลอมเหลว การกลายเปน ไอ จะเกดิ ที่
ความดนั คงทีด่ ังน้ัน ΔH = qp

„ ΔHfus (fusion หลอมเหลว)
„ ΔHvap (vaporization กลายเปน ไอ)

29

ตวั อยาง เผา C2H5OH ในบอมบคาลอริมิเตอรใ หพลงั งาน 1364.34 kJ ท่ี
298 K จงหาคา ΔH ของปฏกิ ิริยา

C2H5OH (l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O (l)

ΔU = qv = 1364.34 kJ
ΔH = ΔU + Δ(PV)

พจิ ารณาวา เปนแกส อุดมคติ PV=nRT → Δ(PV) = (Δn) RT

Δ(PV) = ( 2- 3 mol) (8.314 J.K-1) (298 K)
= 2477.57 J = -2.48 kJ

ΔH = 1364.34 kJ – 2.48 kJ
= 1361.86 kJ

30

ตัวอยา ง ปฏกิ ริ ยิ า H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) คายความรอน 285 kJ

ที่ 25 °C 1 atm จงหา ΔU
ΔH = ΔU + Δ(PV)

คิดเปนแกส สมบูรณแบบ Δ(PV) = ( Δn) RT
Δn = nproduct - nreactant (พจิ ารณาเฉพาะแกส)
Δn = 0 –(1+1/2) = -3/2
Δ(PV) = (-3/2mol)(8.314 J.K-1) (298 K)
= - 3716.4 J = - 3.72 kJ
ΔH = ΔU + ( Δn) RT
ΔU = ΔH - ( Δn) RT
ΔU = -285 kJ – (- 3.72 kJ)
= 281.28 kJ

31

ความรอ นและอุณหภูมิ

การถายเทความรอนเกยี่ วขอ งกบั อณุ หภูมิท่ีเปลย่ี นแปลงไป

ความจคุ วามรอน (Heat capacity; C) : ปริมาณความรอนท่ตี องใชใ น
การทําใหสารปรมิ าณหนง่ึ มอี ุณหภูมสิ ูงขน้ึ 1 ºC (มีหนวย J/ ºC)

C = Dq ≈ q
dT ΔT
ความรอนจําเพาะ (Specific heat; s) หรอื ความรอนจําเพาะโมลาร

(Molar Heat Capacity; Cm) : ปรมิ าณความรอ นที่ตองใชในการทาํ ให
สาร 1 กรัม หรือ 1 โมล มีอุณหภูมสิ งู ขึน้ 1 ºC (มีหนวย J/g. ºC หรอื

J/mol. ºC)

32

Water Capacity & Water Transfer

ปรมิ าณน้าํ ≡ ความรอ น
ความสงู ของระดับนํา้ ≡ อณุ หภูมิ

ความกวา งของถงั ≡ ความจคุ วามรอ น

Δh equilibrium
hB
hA

• การถายเทน้าํ จะเกดิ เมอื่ นํา้ มรี ะดบั ตา งกัน
• การถายเทความรอ นจะเกดิ ขึ้นเมอ่ื อณุ หภมู ติ างกนั

33

ความจุความรอ น

C = Dq ≈ q
dT ΔT

„ เมอื่ ความดันคงท*ี่ „ เมอ่ื ปริมาตรคงที่

Cp = DqP = dH CV = DqV = dU
dT dT dT dT

dH = CPdT dU = CV dT

ΔH = qP = CPΔT ΔU = qV = CV ΔT

ถา ΔT เปน บวก พลังงานภายใน (เม่ือ V คงท)ี่ หรือเอนทาลป
(เมอ่ื P คงท่ี) จะเพม่ิ ขนึ้ เปน กระบวนการดดู ความรอน

34

การแปลงคา ความจคุ วามรอน

„ พจิ ารณาหนวยของความจุความรอน
ความจุความรอน (C) = J⋅ ºC-1
= J⋅mol-1⋅ ºC-1
ความจคุ วามรอ นโมลาร (Cm) = J⋅g-1⋅ ºC-1
ความรอนจาํ เพาะ (S)

นา้ํ หนักโมเลกลุ (MW) = g⋅mol-1

C = S → J⋅o C−1
m g

Cm = S → J ⋅ mol−1⋅o C−1 = J⋅o C−1
MW g ⋅ mol−1 g

Cm = S × MW → J⋅o C−1 × g ⋅ mol−1 = J⋅o C−1mol−1
g
35

Calorimeter

„ แคลอรมิ ิเตอร คอื อปุ กรณท ใี่ ชเพื่อวัด

ปรมิ าณความรอ นทม่ี กี ารถายเทระหวา ง
สสารหรอื ปฏิกิรยิ ากับส่ิงแวดลอ ม

calorimeter bomb calorimeter
(P คงที่) (V คงที่)

36

ตวั อยา ง จงคาํ นวณหาความรอ นท่คี ายออกมาเมอื่ ทําใหแทงเหลก็
869 กรมั เย็นลงจาก 94 °C ลดลงเหลอื อุณหภูมิ 5 °C
ความจคุ วามรอนของเหล็ก 0.444 J/g °C
ΔH = qp = Cp ΔT
Cp ของเหลก็ = 869 g × 0.444 J/g ºC
= 385.8 J/ºC
qp = Cp ΔT
= ( 385.8 J/ºC) × (5 ºC - 94 ºC)
= - 34339 J
= - 34.3 kJ

37

แบบฝก หดั จงคํานวณหาความรอนท่ีตองใชเพ่ือใหโ ลหะอลูมิเนียม
40 g มีอุณหภมู ิเพม่ิ ขึ้นจาก 20.0 °C เปน 30.0 °C เมอ่ื ความ
ดันคงท่ี ความจคุ วามรอนโมลาร = 24 J⋅mol-1⋅ °C-1 (Al = 27 )

ความจคุ วามรอ น (Cp) = จาํ นวนโมล × ความจุความรอ นโมลาร

38

แบบฝก หดั ผสม HCl 0.2 M 50 ml และ NaOH 0.2 M 50 ml ท่ี
อณุ หภมู ิ 30 °C เขา ดว ยกนั ในแคลอริมเิ ตอร พบวา อุณหภูมขิ อง
สารละลายเปลย่ี นแปลงเปน 42 °C จงคาํ นวณความรอนของ
ปสาฏริกลริ ะยิ ลาาเมยื่อ=กํา1ห.0น0ดgให⋅m slส-า1รลแะลลาะย = 1.00 J⋅g-1⋅ °C-1 และ d
Ccal = 5 J⋅ °C-1

qsys = ΔH rxn + qsoln + qcal

( )ΔH rxn = − qsoln + qcal
( )= − msoln ⋅ ssoln ⋅ ΔT + Ccal ⋅ ΔT

39

เทอรโ มเคมี (Thermochemistry)

เทอรโมเคมี คอื การศึกษาการเปลี่ยนแปลงพลังงานใน
ปฏกิ ริ ิยาเคมใี นรปู ของความรอ น

ΔH ของปฏกิ ริ ิยาเคมี: ปรมิ าณความรอ นที่ถกู ดดู หรอื คาย
ออกมาเมอื่ เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

ΔH° 298 = ΔH° = qp ← เกิดขึ้นทีส่ ภาวะมาตรฐาน

สภาวะมาตรฐาน (°, Standard State) ความดนั 1 bar อณุ หภูมิ
ทก่ี ําหนด (โดยทวั่ ไป 25 °C)

40

„ กระบวนการคายความรอ นจะเกิดไดดขี ้ึนถา ลดความรอน
„ กระบวนการดูดความรอ นจะเกิดไดด ขี ้ึนถา ใหค วามรอน

41

สมการเทอรโมเคมี

C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH°298 = -393 kJ

ΔH เปน + ปฏิกิรยิ าดดู ความรอน
ΔH เปน - ปฏกิ ริ ยิ าคายความรอน

ΔH เปน State function
ΔH = Hproducts - Hreactants
„ C 1 โมล และ O2 1โมล ทาํ ปฏิกิรยิ าเกิดเปน CO2 1 โมล คาย
ความรอ น 393 kJ ท่ี 1 atm 298.15 K

42

กฎของเฮสส (Hess' Law)

“การเปลีย่ นแปลงเอนทาลปของปฏกิ ิริยารวม เทากับผลรวมของ
การเปล่ียนแปลงเอนทาลป ในปฏิกริ ยิ ายอ ยแตละขน้ั ตอน”

H2O (g) CH4(g) + 2O2(g)

ΔH1 = +44 kJ ?ΔH2 = −802 kJ

ΔH1 = −890 kJ

H2O (l) ΔH2 = +50 kJ

ΔH2 = +6 kJ ?CO2(g) + 2H2O(g)
H2O (s)
ΔH3 = −88 kJ
Physical change
CO2(g) + 2H2O(l)

Chemical change

43

การใชก ฎของเฮสสหาคา ΔH
1. สมการเคมีของทุกปฏิกิริยาตอ งดลุ
2. ตอ งบอกสถานะทางกายภาพของสารทุกชนดิ ตัวที่มีอยใู น

ปฏกิ ิรยิ า
3. การเปลี่ยนทศิ ทางของปฏกิ ิรยิ า เครือ่ งหมายของ ΔH จะตอ ง

เปลยี่ นเปนเคร่อื งหมายตรงขา ม
4. ถาคณู สมการของปฏิกริ ยิ าดวยจํานวนใด ตอ งคณู คา ΔH ดว ย

จํานวนน้ัน

44

ขั้นตอนการหาคา ΔH โดยใชก ฎของเฮสสอยา งงาย*

„ พจิ ารณาปฏิกริ ยิ าเคมที ่ีสนใจ

1. ตรวจดวู าสารทุกตวั ในปฏกิ ิริยาเคมที ส่ี นใจจะตอ งปรากฎอยา งนอ ยหนงึ่ ครง้ั
ในชุดปฏิกริ ิยาเคมีทใี่ หม า

2. พิจารณาสารแตล ะตัวของปฏกิ ิรยิ าเคมที ส่ี นใจ (สารตง้ั ตน หรอื สาร
ผลิตภัณฑ และจาํ นวนโมลทต่ี อ งการ)
• เลอื กสมการเคมีทม่ี ีสารที่สนใจ จากชุดสมการทใ่ี หม า
• ปรับจาํ นวนโมลใหเทา กับท่ีตองการโดยคูณ สปส.
• ยา ยขางสมการเพ่ือใหส ารท่ีสนใจอยูขางเดียวกนั กับในปฏกิ ิรยิ าทสี่ นใจ
• คูณคา ΔH ดวย สปส. และคูณ -1 ถา มกี ารยายขางสมการ

3. รวมสมการเคมที ่ไี ดจ ากขอ 2. เขาดว ยกนั (ดุลสมการดวย)และรวม ΔH
4. สมการสทุ ธทิ ีไ่ ดจ ากขอ 3. จะตอ งเหมอื นกบั ปฏิกริ ยิ าเคมที ่ีเราสนใจ

*ในหลายๆ กรณีทม่ี ีความซบั ซอนจะตองอาศัยการสงั เกตในการแกปญหา

45

ตวั อยาง จงหา Δ H ํ ของปฏกิ ริ ิยา

C(s) + ½ O2(g) → CO(g)
จากปฏกิ ริ ยิ ายอ ยดงั ตอไปน้ี

1. C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH°1 = -393 kJ
2. CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g) ΔH°2 = -283 kJ

C(s) + O2(g) → CO2(g) c ΔH°1 = -393 kJ

−d CO2(g) → CO(g) + ½ O2(g) e ΔH°3 = 283 kJ

c+e C(s) + ½ O2(g) → CO(g)
ΔH° = ΔH°1 − ΔH°2 = ΔH°1 + ΔH°3

= −393 + 283 kJ

46

แบบฝกหดั

1. จากปฏิกิริยายอยตอไปนี้

c H2(g) + O2(g) → H2O(l) ΔH1 = -285.8 kJ
d H2(g) + O2(g) → H2O(g) ΔH2 = -241.8 kJ
จงหา ΔH ของ H2O(g)
° → H2O(l) –
+c -d
ΔH = ΔH1 ΔH2

c H2(g) + O2(g) → H2O(l) ΔH ํ1 = –285.8 kJ
−d H2O(g) → H2(g) + O2(g) −ΔH ํ2 = +241.8 kJ
H2(g) + O2(g)+ H2O(g) → H2O(l) + H2(g) + O2(g)
ΔH = –285.8 +241.8 kJ

47

2. จงหา ΔH ของการเกดิ แกส มเี ทน

C(s) + 2H2(g) → CH4(g)
กําหนด

c C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH1 = -393 kJ
d H2(g) + O2(g) → H2O(l) ΔH2 = -285 kJ

e CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH3 = -890 kJ

+c+ (2xd)-e

–ΔH = ΔH1 + 2ΔH2 ΔH3

48

แบบฝกหดั

„ จงหาคาการเปล่ยี นแปลงเอนทาลปโ ดยใชขอมูลที่ใหมา

C2H6(g) → C2H4(g) + H2(g) ΔH =?

c 2C2H6(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(l) ΔH = -3119.71 kJ
ΔH = -1411.15 kJ
d C2H4(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(l) ΔH = -571.68 kJ

e 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

49

แบบฝกหดั

„ จงหาคาการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปโดยใชขอมูลท่ีใหมา

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ΔH =?

c Ca(s) + C(graphite) + 3/2 O2(g) → CaCO3(s) ΔH = 1206.9 kJ
d Ca(s) + ½ O2(g) → CaO(s) ΔH = -635.1 kJ
e C(graphite) + O2(g) → CO2(g) ΔH = -393.5 kJ

50