การคำนวณปริมาณสารจากสมการเคมี 

                การเกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ  เราเขียนแสดงได้ด้วยสมการเคมี  สิ่งที่แสดงอยู่ในสมการเคมีจะประกอบด้วยสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้น ๆ  รวมทั้งภาวะต่าง ๆ
ของการเกิดปฏิกิริยาด้วย  สมการเคมีจะช่วยให้เราคิดคำนวณค่าต่าง ๆ  ของการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น  เช่น  มวลหรือน้ำหนักของสารเคมีที่ถูกใช้ไป  หรือที่เกิดขึ้นใหม่ 
รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงของพลังงานและอื่น ๆ  การคำนวณหาปริมาณสารจากสมการเคมีเป็นเรื่องใหญ่และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาวิชาเคมีในขั้นตอนต่อ ๆ ไป 
แต่ก่อนอื่นควรทำความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับสิ่งต่อไปนี้ให้ดีเสียก่อน

ระบบกับสิ่งแวดล้อม (system and surrounding) 

                ระบบ  หมายถึง  สิ่งที่เกิดการเปลี่ยนแปลง  โดยอาจเป็นการเปลี่ยนสถานะ  การละลายหรือการเกิดปฏิกิริยาเคมีก็ได้

                สิ่งแวดล้อม  หมายถึง  สิ่งที่อยู่รอบ ๆ ของสิ่งที่เกิดการเปลี่ยนแปลงนั้น  ซึ่งก็คือทุกสิ่งทุกอย่างที่สัมผัสอยู่กับระบบ

                จากรูปเป็นการเผาไหม้ของก๊าซหุงต้ม (LPG =Liquefied Petroleum Gas)  เป็นปฏิกิริยาระหว่างก๊าซหุงต้มซึ่งส่วนใหญ่คือโพรเพน (C₃H₈) กับก๊าซออกซิเจน (O₂)

-                    ระบบ  คือ  ก๊าซหุงต้มกับก๊าซออกซิเจนที่กำลังเผาไหม้หรือทำปฏิกิริยาเคมีกัน

-                    สิ่งแวดล้อม  คือ  ทุกสิ่งทุกอย่างที่อยู่รอบ ๆ การเผาไหม้นี้  เช่น  เตาแก๊ส  อากาศ  ...

กล่าวได้ว่าเมื่อมีการเกิดปฏิกิริยาเคมีใด ๆ  ระบบก็คือสารเคมีที่กำลังเกิดปฏิกิริยากันนั้น  บรรดาเครื่องมือและอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง  อากาศ  น้ำ  และอื่น ๆ ที่อยู่โดยรอบก็คือสิ่งแวดล้อม  

(คลิ้ก ชมแอนิเมชันแสดง system & surrounding)

ชนิดของระบบ 

                เมื่อพิจารณาว่าระบบกับสิ่งแวดล้อมมีความเกี่ยวข้องกันอย่างไรในทางมวลสารและพลังงาน  จะจำแนกระบบออกเป็น  3  ประเภท  ดังนี้

1.  ระบบเปิด (open system) คือระบบที่สามารถถ่ายเทได้ทั้งมวลและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม  เช่น  น้ำร้อนใส่ขวดแล้วเปิดฝาไว้  มีผลให้น้ำในขวดระเหยออกไปได้  ขณะเดียวกันไอน้ำ
จากภายนอกก็สามารถเข้ามาในขวดได้  ส่วนความร้อนนั้นถ่ายเทเข้า-ออกได้อยู่ตลอดเวลา 


                                                                                           (คลิ้ก  ชมวีดีทัศน์แสดงระบบเปิด)

2.  ระบบปิด  (closed system)  คือระบบที่ไม่ถ่ายเทมวลกับสิ่งแวดล้อม  แต่ถ่ายเทพลังงานกันได้  เช่น  น้ำร้อนที่ใสขวดแล้วปิดฝาไว้    ทำให้น้ำในขวดไม่สามารถระเหยออกไปได้
ขณะเดียวกันน้ำจากภายนอกก็เข้าไปในขวดไม่ได้เช่นกัน  แต่ความร้อนสามารถถ่ายเทเข้า-ออกได้ (ระบบปิดไม่จำเป็นต้องมีฝาปิดเสมอไปก็ได้) 

                                                                                            (คลิ้ก  ชมวีดีทัศน์แสดงระบบปิด)

3.  ระบบอิสสระหรือระบบแยกตัว (isolated system) คือระบบที่จัดทำขึ้นเป็นพิเศษ  ป้องกันไม่ให้ถ่ายเททั้งมวลและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม  เช่น  น้ำร้อนที่บรรจุเอาไว้ในกระติกน้ำร้อน 
  กระติกน้ำร้อนอย่างดีนั้นทำด้วยแก้ว 2 ชั้น  ระหว่างชั้นเป็นศูนยากาศป้องกันการพาความร้อน  ฉาบด้วยเงินหรือปรอทป้องกันการแผ่รังสีความร้อน  ( แคลอริมิเตอร์เป็นเครื่องมือทดลอง
ทางวิทยาศาสตร์ที่มีสมบัติเป็นระบบอิสสระ  )

                                                                                             (คลิ้ก ชมวีดีทัศน์แสดงระบบอิสระ)

จากรูป  a  เป็นระบบเปิด  b  เป็นระบบปิด  และ  c  และระบบอิสระ

(เนื้อหาเพิ่มเติม)

กฎเบื้องต้นของปริมาณสารสัมพันธ์ (Rules of stoichiometry) 

1.  กฎทรงมวล (law of conservation of mass)

พ.ศ. 2317  อองตวน โลรอง ลาวัวซิเยร์ (Antoin-Laurent Lavoisier) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ทดลองเผาสารเมอร์คิวรี (II) ออกไซด์ (HgO) ในหลอดปิด
พบว่าสลายตัวได้ปรอทและออกซิเจน ดังสมการ 2HgO (s) → Hg (l) + O₂ (g) ผลการทดลองพบว่ามวลของสารทั้งหมดก่อนเกิดปฏิกิริยาเท่ากับมวลของสารทั้งหมดหลังเกิดปฏิกิริยา 
และเขาทดลองทำหลายๆ ครั้งก็ได้ผลเช่นเดิม จึงสรุปเป็นกฎเรียกว่า กฎทรงมวล กล่าวว่า “ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ มวลของสารทั้งหมดก่อนเกิดปฏิกิริยาเท่ากับมวล
ของสารทั้งหมดหลังเกิดปฏิกิริยา” เช่นเมื่อให้แก๊สไนโตรเจน (H₂) 28 กรัมทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจน (O₂)  32  กรัม จะเกิด  NO  60  กรัม 

                             N₂(g)  +  O₂(g)   →   2NO(g)                                 

                              2 กรัม  + 16 กรัม  →   18 กรัม                     


                                                                                คลิ้ก ชมแอนิเมชันแสดงปฏิกิริยา N₂(g)  +  O₂(g)   →   2NO(g) 


                                                                                                   (คลิ้ก ชมแอนิเมชั่นแสดงกฎทรงมวล)


                                                                                                    (คลิ้ก ชมวีดีทัศน์แสดงกฎทรงมวล)

ตัวอย่าง  นำโซเดียมซัลเฟต (Na₂SO₄) 142 กรัม มาทำปฏิกิริยากับแบเรียมคลอไรด์ (BaCl₂) 208 กรัม เกิดโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 117 กรัม ถ้าการทดลองนี้เป็นไปตามกฎทรงมวล
ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกิดแบเรียมซัลเฟต (BaSO₄) กี่กรัม  

วิธีทำ   

                                  มวลสารก่อนปฏิกิริยา  =  มวลสารหลังปฏิกิริยา

โซเดียมซัลเฟต (Na₂SO₄) + แบเรียมคลอไรด์ (BaCl₂)  =  โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) + แบเรียมซัลเฟต (BaSO₄)

                                                    142 กรัม + 208 กรัม  =  117 กรัม + แบเรียมซัลเฟต (BaSO₄)

                                                                      350 กรัม  =   117 กรัม + แบเรียมซัลเฟต (BaSO₄)

                                              แบเรียมซัลเฟต (BaSO₄)  =    350 กรัม - 117 กรัม

                                                                                      =  233  กรัม   ตอบ

                 2. กฎสัดส่วนคงที่ (Law of constant Proportions , law of definite proprotion)

                                พ.ศ. 2345 โจเซฟ เพราสต์ (Joseph Prouste) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ทำการทดลองและศึกษาปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวกับการรวมตัวของธาตุเป็นสารประกอบ
พบว่าอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบหนึ่ง ๆ  จะมีค่าคงที่   ต่อมาได้ตั้งเป็นกฎเรียกว่า กฎสัดส่วนคงที่ กล่าวว่า “เมื่อธาตุตั้งแต่สองชนิดขี้นไปรวมตัวกัน
เกิดเป็นสารประกอบ อัตราส่วนโดยมวลธาตุที่เป็นองค์ประกอบนั้นย่อมมีค่าคงที่เสมอไม่ว่าสารประกอบนั้นจะเตรียมขึ้นโดยวิธีใดหรือจะเตรียมกี่ครั้งก็ตาม”  
เช่น  เมื่อธาตุไฮโดรเจนรวมตัวกับธาตุออกซิเจนเป็นน้ำ   อัตราส่วนโดยมวลของธาตุไฮโดรเจนต่อธาตุออกซิเจนเท่ากับ 1:8 เสมอ ไม่ว่าจะเตรียมน้ำโดยวิธีใดๆ หรือกี่ครั้งก็ตาม  ดังตัวอย่าง

ตัวอย่าง  เมื่อเผากำมะถัน (S) กับโลหะทองแดง (Cu) จะทำปฏิกิริยากันได้ คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ (CuS) ดังสมการ Cu (s) + S (s) → CuS (s)  จงใช้ข้อมูลจากที่กำหนด
ให้คำนวณหาข้อมูลส่วนที่เว้นไว้ โดยให้ถือว่าปฏิกิริยาเป็นไปตามกฎทรงมวลและกฎสัดส่วนคงที่

                                                                                 (คลิ้ก  เพื่อชมวีดีทัศน์เรื่องกฎสัดส่วนคงที่)

3.  กฎของเกย์ – ลุสแซก  (Gay-Lussac's Law of Combining Gas Volumes))X

ในปี พ.ศ. 2531 โซเซฟ-ลุย-เก-ลูแซก ได้ทดลองวัดปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาพอดีกันและปริมาตรของก๊าซที่ได้จากปฏิกิริยา ณ อุณหภูมิและความดันเดียวกัน แล้วสรุปเป็นกฎการรวม
ปริมาตรของก๊าซ  กล่าวว่า ' อัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาพอดีกันและปริมาตรของก๊าซที่ได้จากปฏิกิริยา  จะมีค่าเป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อย ๆ'   เช่น  H₂(g) + Cl₂(g)  →  2HCl(g)

อัตราส่วนโดยปริมาตรระหว่าง   H₂(g) : Cl₂(g)  :  2HCl(g)  = 1 : 1 : 2

                                                     3H₂(g) + N₂(g)  →  2NH₃(g)

อัตราส่วนโดยปริมาตรระหว่าง   3H₂(g) : N₂(g)  :  2NH₃(g)   =  3: 1 : 2

4. กฎอาโวกาโดร (Avogadro ‘s law)

ในปี พ.ศ. 2354 อาเมเดโอ อาโวกาโดร ได้ศึกษากฎของเกย์-ลูสแซกและอธิบายว่าการที่อัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยากันและที่ได้จากปฏิกิริยาเป็นเลขจำนวนเต็มน้อยๆ   
เป็นเพราะปริมาตรของก๊าซมีความสัมพันธ์กับจำนวนอนุภาคของก๊าซที่รวมตัวกันเป็นสารประกอบ อาโวกาโดรเสนอสมสุติฐานว่า 'ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน ก๊าซทุกชนิดที่มีปริมาตรเท่ากัน
จะมีจำนวนโมอนุภาคเท่ากัน'    ต่อมาทราบว่าอนุภาคของก๊าซอยู่ในรูปโมเลกุล  จึงเสนอเป็นกฎของอาโวกาโดร  กล่าวว่า “ ก๊าซที่มีปริมาตรเท่ากัน  ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน
มีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน”  ต่อมาทราบว่า  สารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากันมีจำนวนโมลเท่ากัน  จึงอาจกล่าวว่า “ก๊าซที่มีปริมาตรเท่ากัน  ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน  มีจำนวนโมลเท่ากัน”  เช่น
2H₂(g) + O₂(g)  →  2H₂O(g)

หมายเหตุ

1. ผลรวมปริมาตรของก๊าซระหว่างก่อนกับหลังปฏิกิริยาจะเท่ากันหรือไม่ก็ได้
2. ใช้ตัวเลขแสดงจำนวนโมลของก๊าซจากปฏิกิริยาที่ดุลแล้ว  แสดงอัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาและที่ได้จากปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันได้ทันที
    เช่น   H₂(g) +Cl₂(g) →  2HCl(g)

        อัตราส่วนโดยปริมาตรระหว่าง  H₂(g) : Cl₂(g)  :  2HCl (g)   =  1: 1 : 2

(ชมวีดีทัศน์กฎของอาโวกาโดร)

Size : 12.70 KBs Upload : 2013-08-05 21:56:14

ติชม กำลังแสดงหน้า 1/0 << 1 >>

ต้องการให้คะแนนบทความนี้่ ? 0 คะแนนโหวด สร้างโดย : K-Me สถานะ : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์