Born haberแผนภาพการละลายเม อละลายแล ว อ ณหภ ม ต ำลง

175 บทที่ 3 | พันธะเคมี เคมี เล่ม 1 พิจารณาแผนภาพการละลายน้ำ�ของสารประกอบไอออนิกต่อไปนี้ 1. พลังงานแลตทิซและพลังงานไฮเดรชันคือค่าใดในแผนภาพ พลังงาน E 1 เป็นพลังงานแลตทิซ และพลังงาน E 2 เป็นพลังงานไฮเดรชัน 2. การละลายน้ำ�ในแผนภาพใดเป็นกระบวนการดูดพลังงานและแผนภาพใดเป็น กระบวนการคายพลังงาน เพราะเหตุใด แผนภาพ (ข) เป็นกระบวนการดูดพลังงาน เนื่องจากพลังงานแลตทิซมากกว่าพลังงาน ไฮเดรชัน และแผนภาพ (ก) เป็นกระบวนการคายพลังงาน เนื่องจากพลังงานแลตทิซ น้อยกว่าพลังงานไฮเดรชัน และสารละลายของสารประกอบไอออนิกในน้ำ�ส่วนใหญ่มีสมบัติเป็นเบสหรือกลาง โดยสารละลาย ของสารประกอบออกไซด์มีสมบัติเป็นเบส และสารละลายของสารประกอบคลอไรด์มีสมบัติเป็นกลาง 4. ครูอธิบายเกี่ยวกับการละลายน้ำ�ของสารประกอบไอออนิกในรูป 3.7 ซึ่งเกี่ยวข้องกับ กระบวนการที่ไอออนบวกและไอออนลบแยกออกจากโครงผลึกเป็นกระบวนการดูดพลังงานที่มีค่า เท่ากับพลังงานแลตทิซและกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำ�ล้อมรอบไอออนแต่ละชนิดเป็น กระบวนการคายพลังงานที่เรียกว่าพลังงานไฮเดรชัน 5. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมว่า ถ้าค่าพลังงานแลตทิซน้อยกว่าค่าพลังงานไฮเดรชัน การละลาย จะเป็นกระบวนการคายพลังงาน ซึ่งจะทำ�ให้อุณหภูมิของสารละลายสูงขึ้น และสารจะละลายได้ดีที่ อุณหภูมิต่ำ� ในทางกลับกันถ้าค่าพลังงานแลตทิซมากกว่าค่าพลังงานไฮเดรชัน การละลายจะเป็น กระบวนการดูดพลังงาน ซึ่งจะทำ�ให้อุณหภูมิของสารละลายลดลง และสารจะละลายได้ดีที่อุณหภูมิสูง ในกรณีที่ค่าพลังงานแลตทิซมากกว่าค่าพลังงานไฮเดรชันมาก ๆ สารอาจละลายได้น้อยมากหรือ ไม่ละลาย 6. ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามชวนคิด A + ( g ) + B - ( g ) C + ( g ) + D - ( g ) A + ( aq ) + B - (a q ) C + (a q ) + D - (a q ) AB( s ) CD( s ) E 1 E 1 E 2 E 2 (ก) (ข) ชวนคิด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

Made with FlippingBook

RkJQdWJsaXNoZXIy NzMxODQ4

แสดงว่าในการเกิด NaCl(s) เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน คือ เมื่อเกิด NaCl 1 mol จะคายพลังงานเท่ากับ 411 kJ การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ขั้นที่ 1 Na(s) kJ  Na(g) Hsub หรือ H1 = 107 kJ ขั้นที่ 2 Na(g) kJ  Na+(g) + e- IE1 หรือ H2 = 496 kJ ขั้นที่ Cl2(g) kJ  Cl(g) D หรือ H3 = 122 kJ ขั้นที่ 4 Cl(g) e-  Cl-(g) + 349kJ EA หรือ H4 = -349 kJ ขั้นที่ 5 Na+(g) + Cl-(g)  NaCl(s) + 787kJ U หรือ H5 = -787 kJ ขั้นที่ จะได้ สมการรวม Na(s) Cl2(g)  NaCl(s) Hf = 107kJ + 496kJ + 122kJ (-349)kJ + (-787kJ) = -411kJ

13 ถ้านำขั้นตอนต่าง ๆ มาเขียนแสดงเป็นแผนผังตามลำดับ จะเรียกว่า Born Haber Cycle ซึ่งเป็นแผนผังแสดงขั้นตอนของการการเกิดปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงพลังงานในแต่ละขั้น ดังนี้

14 จงหาสมการรวม และคำนวณหาค่าพลังงานการเกิด MgCl2(s) 1 mol กำหนดให้ พลังงานโครงร่างผลึก (Lattice energy: U) = -2,526 kJ/mol พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 ของ Mg = +738 kJ/mol พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 2 ของ Mg = +1,451 kJ/mol พลังงานสลายพันธะของ Cl2 (Dissociation energy: D) = +244 kJ/mol พลังงานสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของ Cl = -349 kJ/mol พลังงานการระเหิด (heat of sublimation : Hsub) = +150 kJ/mol

15 สมการรวม Mg(s) + Cl2(g)  MgCl2(s) ขั้นที่ 1 Mg(s)  Mg(g) Hsub = +150 kJ/mol ขั้นที่ 2 Mg(g)  Mg+(g) + e- IE1= +738 kJ/mol MgCl2 Mg+(g)  Mg2+(g) + e- IE2= +1,451 kJ/mol ขั้นที่ 3 Cl2(g)  2Cl(g) D = +244 kJ/mol Mg2+ 2Cl- ขั้นที่ 4 Cl(g) + e-  Cl-(g) EA = -349 kJ/mol 2Cl(g) + 2e-  2Cl-(g) EA = -698 kJ/mol ขั้นที่ 5 Mg2+(g) + 2Cl-  MgCl2 U = -2,526 kJ/mol สมการรวม Mg(s) + Cl2(g)  MgCl2(s) Hf = (+150kJ/mol) + (+738 kJ/mol) + (+1,451 kJ/mol) + (+244 kJ/mol + (-698kJ/mol) + (-2,526 kJ/mol) \= kJ/mol

16 สมบัติของสารประกอบไอออนิก 1. สารประกอบไอออนิกทุกชนิดมีสถานะเป็นของแข็ง หรือผลึกที่อุณหภูมิห้อง และเปราะ เมื่อทุบผลึกของสารไอออนิกจะเกิดการเลื่อนไถลของไอออนไปตามระนาบผลึก เป็นผลให้ไอออนชนิดเดียวกันเลื่อนไปอยู่ตรงกัน จึงเกิดแรงผลักระหว่างไอออน ทำให้ผลึกแตกออก โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกมีลักษณะเป็นผลึกทรงเป็นรูปลูกบาศก์ ประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบเรียงสลับกันเป็นสามมิติแบบต่างๆ ไม่สามารถแยกเป็น โมเลกุลเดี่ยวๆ ได้

17 สมบัติของสารประกอบไอออนิก 2. สารประกอบไอออนิกไม่นำไฟฟ้าเมื่อเป็นของแข็ง แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำจะนำไฟฟ้าได้ดี เมื่อทุบผลึกของสารไอออนิกจะเกิดการเลื่อนไถลของไอออนไปตามระนาบผลึก เป็นผลให้ไอออนชนิดเดียวกันเลื่อนไปอยู่ตรงกัน จึงเกิดแรงผลักระหว่างไอออน ทำให้ผลึกแตกออก

18 สมบัติของสารประกอบไอออนิก 3. สารประกอบไอออนิกมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงมาก ความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวต้องใช้พลังงานสูง

19 สมบัติของสารประกอบไอออนิก 4. สารประกอบไอออนิกบางชนิดละลายน้ำได้ดี และบางชนิดไม่ละลายน้ำ เกลือแกง (NaCl) บางชนิดไม่ละลายน้ำ เช่น หินปูน (CaCO3) สารประกอบไอออนิกละลายน้ำได้ เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับไอออนมีค่ามากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ

20 การละลายของสารประกอบไอออนิก s เมื่อนำสารประกอบไอออนิกไปละลายน้ำ น้ำ (มีขั้ว) หันด้านขั้วบวกเข้าหาไอออนลบและหันด้านขั้วลบเข้าหาไอออนบวกที่อยู่บริเวณผิวของผลึกไอออนิก ถ้าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับไอออนที่ผิวผลึกไอออนิกมาก กว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกและไอออนลบภายในผลึกไอออนิก ผลึกไอออนิกนั้นก็จะละลายน้ำได้ เกิดแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับไอออนของผลึกไอออนิกขึ้น

22 พลังงานกับการละลายของสารประกอบไอออนิก s เมื่อให้สารประกอบไอออนิกละลายน้ำ จะเกิดการเปลี่ยนแปลง 2 ขั้นตอน ดังนี้ ขั้นที่ 1 ไอออนบวกและไอออนลบหลุดออกจากโครงผลึก โดยไอออนที่หลุดออกมาจะอยู่ในสภาวะแก๊ส และมีการใช้พลังงานปริมาณหนึ่ง พลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ เรียกว่า พลังงานแลตทิช หรือพลังงานโครงร่างผลึก (Lattice Energy ) เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน เพราะต้องใช้พลังงานเพื่อสลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไออออนลบ ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ กลายเป็นไอออนที่ถูกไฮเดรต เนื่องจากขั้นนี้เกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวก และไอออนลบกับโมเลกุลของน้ำ ขั้นนี้จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน เช่น เมื่อ โซเดียมคลอไรด์ ละลายน้ำ จะเกิดการเปลื่ยนแปลง 2 ขั้นดังนี้ เกลือ(s) + พลังงานแลตทิช ไอออนบวก(g) + ไอออนลบ(g) ขั้นที่ 2 ไอออนที่หลุดออกมา ถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ และมีการคายพลังงานออกมาปริมาณหนึ่ง เรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy) เกลือ(s)  ไอออนบวก(aq) + ไอออนลบ(aq) Hsoln = (+พลังงานแลตทิช) + (-พลังงานไฮเดรชัน) ไอออนบวก(g) + ไอออนลบ(g)  ไอออนบวก(aq) + ไอออนลบ(aq)

23 พลังงานกับการละลายของสารประกอบไอออนิก s ขั้นที่ 1 NaCl(s) + พลังงานแลตทิช  Na+(g) + Cl-(g) : ดูดพลังงาน Hlatt หรือ H1 ขั้นที่ 2 Na+(g) + Cl-(g)  Na+(aq) + Cl-(aq) : คายพลังงาน Hhyd หรือH2 สมการรวม NaCl(s) + พลังงานแลตทิช  Na+(aq) + Cl-(aq) : Hsoln หรือ H3 เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน เพราะต้องใช้พลังงานเพื่อสลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไออออนลบ ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ กลายเป็นไอออนที่ถูกไฮเดรต เนื่องจากขั้นนี้เกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวก และไอออนลบกับโมเลกุลของน้ำ ขั้นนี้จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน เช่น เมื่อ โซเดียมคลอไรด์ ละลายน้ำ จะเกิดการเปลื่ยนแปลง 2 ขั้นดังนี้ โดย : H3 = H1 + H2 ถ้า H3 เป็นค่าบวกแสดงว่าดูดความร้อน ถ้า H3 เป็นค่าลบแสดงว่าคายความร้อน

24 พลังงานกับการละลายของสารประกอบไอออนิก s เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน เพราะต้องใช้พลังงานเพื่อสลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไออออนลบ ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ กลายเป็นไอออนที่ถูกไฮเดรต เนื่องจากขั้นนี้เกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวก และไอออนลบกับโมเลกุลของน้ำ ขั้นนี้จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน เช่น เมื่อ โซเดียมคลอไรด์ ละลายน้ำ จะเกิดการเปลื่ยนแปลง 2 ขั้นดังนี้

25 เราสามารถคิดคำนวณได้ว่าการละลายของสารไอออนิกชนิดต่าง ๆ เมื่อละลายแล้วจะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลงเท่าไร ถ้าเราทราบข้อมูลต่อไปนี้ ทราบพลังงานการละลาย (Hsol) ของสารนั้น ๆ ทราบมวลของตัวละลาย(ตัวถูกละลาย) ทราบมวลของตัวทำละลายและความร้อนจำเพาะ (c หรือ s) กำหนดให้ Q : ปริมาณความร้อน (J หรือ calories โดย 1 cal = 4.2 J) m : น้ำหนักของตัวทำละลาย (g) c หรือ s : ความจุความร้อนของตัวทำละลาย (ถ้าตัวทำละลายคือน้ำ c หรือ s = 1 แคลอรี/กรัม หรือ J/g C) t : อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง (C) Q = mct หรือ = mst

26 NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq) ; Hsol = + 18 kJ/mol ตัวอย่าง ถ้าทำให้โซเดียมคลอไรด์จำนวน 1 โมล ละลายในน้ำ 1 ลิตร อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ถ้าความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 1 cal/g หรือ 4.2 J/g และพลังงานของการละลายเป็นดังสมการ NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq) ; Hsol = + 18 kJ/mol วิธีทำ Q (ปริมาณความร้อน) = 18 kJ \= 18 x 1,000 J \= 18,000 J หรือ = 4, แคลอรี m (น้ำหนักของน้ำ) = 1,000 กรัม c หรือ s (ความจุความร้อนของน้ำ) = 1 แคลอรี/กรัม หรือ 4.2 จูล/กรัม สมการ Q = mct หรือ mst t = 4.28 C ที่พลังงานการละลายที่กำหนดให้คือ Hsol= +18 kJ/mol เป็นการละลายแบบดูดความร้อน ฉะนั้น t ที่คำนวณได้จึงเป็นอุณหภูมิที่ลดลง การละลายดังกล่าวจึงมีผลให้อุณหภูมิลดลง C

27 พลังงานกับการละลายของสารประกอบไอออนิก s เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน เพราะต้องใช้พลังงานเพื่อสลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไออออนลบ ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ กลายเป็นไอออนที่ถูกไฮเดรต เนื่องจากขั้นนี้เกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวก และไอออนลบกับโมเลกุลของน้ำ ขั้นนี้จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน เช่น เมื่อ โซเดียมคลอไรด์ ละลายน้ำ จะเกิดการเปลื่ยนแปลง 2 ขั้นดังนี้ เกณฑ์การละลาย

28 กฎของการละลายสาร ALWAYS SOLUBLE ประเภทที่ละลายได้เสมอ คือ ประเภทที่มีไอออนเหล่านี้เป็นองค์ประกอบ alkali metal ions (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) NH4+ NO3- CH3COO- ClO3-, ClO4- ยกเว้น CH3COOAg ไม่ละลายน้ำ

29 กฎของการละลายสาร USUALLY SOLUBLE ประเภทที่ละลายได้เป็นส่วนใหญ่แต่มีข้อยกเว้นบ้าง สารที่มี Cl-, Br-, I- เป็นองค์ประกอบ ยกเว้นถ้ารวมตัวกับ Ag+, Pb2+, Hg22+ จะไม่ละลาย PbCl2 ละลายน้ำได้เล็กน้อย สารที่มี SO42- เป็นองค์ประกอบ ยกเว้นถ้ารวมตัวกับ Ca2+, Ba2+, Sr2+, Pb2+ จะไม่ละลายหรือละลายเล็กน้อย แต่ MgSO4 ละลายน้ำได้ สารที่มี F- เป็นองค์ประกอบ ยกเว้นถ้ารวมตัวกับ Ca2+, Ba2+, Sr2+, Pb2+, Mg2+ จะไม่ละลายหรือละลายเล็กน้อย

30 กฎของการละลายสาร USUALLY INSOLUBLE ประเภทที่ไม่ละลาย สารประกอบออกไซด์ (O2-) และไฮดรอกไซด์ (OH-) เป็นองค์ประกอบ ยกเว้นถ้ารวมตัวกับ Ca2+, Ba2+, Sr2+ จะละลายได้เล็กน้อย

31 กฎของการละลายสาร NEVER SOLUBLE ประเภทที่ไม่ละลายเลย สารที่มี CO32-, PO43-, S2-, SO32-, CrO42-, C2O42- เป็นองค์ประกอบ ยกเว้นถ้ารวมตัวกับโลหะอัลคาไล และ NH4+ ละลายได้ C2O42- oxalate ดูหนังสือ

32 สารต่อไปนี้ละลายน้ำได้หรือไม่? Na2S ZnCO3 Cr(OH)3 (NH4)2CO3 PbCl2 Na+ ละลายน้ำได้ดี ไม่ละลายน้ำ Zn2+ รวมตัวกับ CO32- ไม่ละลายน้ำ ไม่ละลายน้ำ Cr3+ รวมตัวกับ OH- ไม่ละลายน้ำ ละลายน้ำ NH4+ ละลายน้ำได้ดี ละลายน้ำเล็กน้อย ละลายน้ำได้เล็กน้อย

33 ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก สารละลาย BaCl2 สารละลาย Na2SO4 BaCl2(aq) + Na2SO4(aq)  2NaCl(aq) + BaSO4(s)

35 ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก สารละลาย BaCl2 สารละลาย Na2SO4 BaCl2  Ba2+(aq) + 2Cl-(aq) Na2SO4  2Na+(aq) + SO42-(aq)

36 ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก สมการไอออนิก BaCl2(aq) + Na2SO4(aq)  2NaCl(aq) + BaSO4(s) Ba2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+(aq) + SO42-(aq)  2Na+(aq) + 2Cl-(aq) + BaSO4(s)

37 ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก สมการไอออนิก คือ สมการที่แสดงไอออนบวกและไอออนลบของสารประกอบในสารละลายทั้งหมด สมการไอออนิก

38 หลักทั่วไปในการเขียนสมการไอออนิก 1. ให้เขียนเฉพาะส่วนไอออนหรือโมเลกุลของสารทำปฏิกิริยากันเท่านั้น เขียนเฉพาะ BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) Ba2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+(aq) + SO42-(aq)

39 หลักทั่วไปในการเขียนสมการไอออนิก 2. ถ้าเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ, ไม่แตกตัวเป็นไอออน, เป็นออกไซด์, เป็นก๊าซ ให้เขียนสูตรโมเลกุลของสารนั้นในสมการได้