สรุปเนื้อหา ปริมาณสารสัมพันธ์ เคมี ม.ปลาย

สรุปเนื้อหา ปริมาณสารสัมพันธ์

การศึกษาเรื่องปริมาณสารสัมพันธ์ (Stoichiometry) จะช่วยให้สามารถคาดคะเนหรือคำนวณปริมาณของสารที่ต้องใช้เป็นสารตั้งต้น (reactant) เพื่อให้ได้ปริมาณสารผลิตภัณฑ์ (product) ตามต้องการ หรือใช้บอกว่าสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยาหมดหรือมีเหลือ และปฏิกิริยาจะได้ผลผลิตอย่างมากที่สุดเท่าใด ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องรู้เรื่องต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นมวลอะตอม มวลโมเลกุล โมล สูตรเคมี สมการเคมี และการคำนวณจากสมการเคมี ดังนี้

มวลอะตอม คือ มวลหรือน้ำหนักเปรียบเทียบ (relative mass หรือ relative weigh)โดยเปรียบเทียบกับมวลของอะตอมมาตรฐาน กล่าวคือ เป็นการบอกให้ทราบว่า 1 อะตอมของธาตุนั้นหนักเป็นกี่เท่าของธาตุมาตรฐานนั่นเอง ซึ่งหน่วยของมวลเปรียบเทียบ คือ หน่วยมวลอะตอม (amu) หรือดาลตัน (D) โดยที่

1 amu = 1.66 x 10^-24

ปริมาณสารสัมพันธ์

โมเลกุลของธาตุเกิดจากอะตอมชนิดเดียวกันมาอยู่รวมกัน ส่วนโมเลกุลของสารประกอบเกิดจากอะตอมต่างชนิดกันมารวมกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็กมาก การหามวลโมเลกุลจึงใช้วิธีการเปรียบเทียบกับธาตุมาตรฐานเช่นเดียวกับมวลอะตอม ดังนั้น มวลโมเลกุล จึงเป็นมวลเปรียบเทียบว่าสารนั้น 1 โมเลกุล มีมวลเป็นกี่เท่าของ 1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม เช่น ก๊าซไนโตรเจนมีมวลโมเลกุล 28 หมายความว่า ก๊าซไนโตรเจน 1 โมเลกุลมีมวลเป็น 28 เท่าของ 1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม

มวลโมเลกุลของสาร สามารถหาได้จากผลบวกของมวลอะตอมของธาตทั้งหมดในโมเลกุลนั้น เช่น

โมล (Mole)

ในชีวิตประจำวัน การบอกปริมาณของสิ่งของต่างๆ อาจบอกได้หลายหน่วย ขึ้นอยู่กับความสะดวก และความเหมาะสมสำหรับสิ่งของนั้นๆ เช่น ดินสอ จำนวน 12 แท่ง หรือ 1 โหล ข้าวสาร 20 ลิตร หรือ 1 ถัง

นักฟุตบอล 1 ทีม เช่นเดียวกับในวิชาเคมีจะมีการบอกปริมาณของสารเคมี อาจบอกด้วยหน่วยมวล เช่น กรัม (g) กิโลกรัม (Kg) หรืออาจบอกด้วยหน่วยปริมาตร เช่น ลิตร (l) ลูกบาศก์เดซิเมตร (dm3) ลูกบาศก์ เมตร (m3)ลูกบาศก์เซนติเมตร (cm3) เนื่องจากสารเคมีประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเล็กและมีจำนวนมาก นักเคมีจึงกำหนดหน่วยที่ใช้บอกปริมาณอนุภาคของสารด้วยหน่วยที่เรียกว่า โมล (mole) ซึ่งเป็นคำ ที่มาจากภาษาละติน แปลว่า จำนวนมาก

โมล(mole) คือ หน่วยที่ใช้บอกปริมาณอนุภาคของสาร ในระบบ SI นิยมเขียนย่อเป็น mol ตัด e ออก และไม่ต้องมีจุด อนุภาคของสารอาจหมายถึง อะตอม โมเลกุล ไอออน หรืออื่นๆ โดยนักเคมีกำหนดว่า สาร ใด ๆ 1 โมล หมายถึง ปริมาณสารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากับ 6.02

โมล (mole , mol . n)

คือหน่วยที่ใช้ในการบอกปริมาณสารที่อาโวกาโดร (พ.ศ.2319-2399) เป็นผู้กำหนดขึ้น กำหนดว่า สารใด ๆ จำนวน 1 โมล จะประกอบด้วยอนุภาคของสารนั้น ๆ จำนวน 6.02 x 10²³ อนุภาค จึงเรียกตัวเลขดังกล่าวนี้ว่าเลขอาโวกาโดร (Avogadro’s number) สารใด ๆ จำนวน 1 โมลจะมีหน้ำหนักเป็นกรัมเท่ากับมวลโมเลกุล หรือมวลอะตอม หรือมวลสูตรของสารเหล่านั้น เช่น คาร์บอน-12 (¹²C) ซึ่งมีมวลอะตอมเท่ากับ 12 ถ้ามีอะตอมของคาร์บอนชนิดนี้จำนวน 6.02 x 10²³ อะตอม จะมีน้ำหนัก 12 กรัม หรือเรียกว่ากรัม โมเลกุล หรือ กรัม/โมล (The amount of a substance that contains as many atoms, molecules, ions, or other elementary units as the number of atoms in 12 gram of carbon -12. The number is 6.0225 × 10²³, or Avogadro’s number. Also called gram molecule. The mass in grams of this amount of a substance, numerically equal to the molecular weight of the substance. Also called gram-molecular weight.)

ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมลกับปริมาณต่าง ๆ ของสาร

จำนวนโมลของสารเป็นปริมาณต้นแบบของสาร ที่มีความสัมพันธ์กับปริมาณสารในรูปอื่น ๆ อีกมากมาย ได้แก่

1. จำนวนโมลกับจำนวนอนุภาคของสาร คำว่าอนุภาคเป็นคำกลาง ๆ ที่อาจจะหมายถึง อะตอม โมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน หรืออื่น ๆ ตามที่อาโวกาโดรกำหนดว่าสารใด ๆ จำนวน 1 โมล มีจำนวนอนุภาค 6.02 x 10²³ อนุภาค จึงหมายความว่าสารทุกชนิดเมื่อมีจำนวนโมลเท่ากันก็จะมีจำนวนอนุภาคเท่ากันเสมอ (สารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากันมีจำนวนโมลเท่ากัน) ดังตัวอย่าง

สาร	จำนวนโมล	จำนวนอนุภาค
Na	1	6.02×10²³ อะตอม
K	1	6.02×10²³ อะตอม
O₂	1	จำนานโมเลกุล = 6.02×10²³ โมเลกุล จำนวนอะตอม = 2 x 6.02 x10²³ อะตอม = 1.204 x 10²⁴ อะตอม
O₃	1	จำนานโมเลกุล = 6.02×10²³ โมเลกุล จำนวนอะตอม =3 x 6.02 x10²³ อะตอม = 1.806 x 10²⁴ อะตอม
N₂	1	จำนานโมเลกุล = 6.02×10²³ โมเลกุล จำนวนอะตอม = 2 x 6.02 x10²³ อะตอม = 1.204 x 10²⁴ อะตอม
0	1	6.02×10²³ ไอออน
K⁺	1	6.02×10²³ ไอออน
Na	0.5	3.01×10²³ อะตอม
K	0.5	3.01×10²³ อะตอม
O₂	0.5	จำนานโมเลกุล = 3.01×10²³ โมเลกุล จำนวนอะตอม = 2 x 3.01 x 10²³ อะตอม = 6.02 x 10²³ อะตอม
N₂	0.5	จำนานโมเลกุล = 3.01×10²³ โมเลกุล จำนวนอะตอม = 2 x 3.01 x 10²³ อะตอม = 6.02 x 10²³ อะตอม
Na⁺	0.5	3.01×10²³ ไอออน

กำหนดให้ ; n = จำนวนโมล
N = จำนวนอนุภาค

สมการ จำนวนโมล = จำนวนอนุภาค/เลขอาโวกาโดร
หรือ n = N/6.02 x 10²³

ตัวอย่างที่ 1

_{สารตัวอย่าง}	_{จำนวนโมล}	จำนวนอนุภาค
_{สารตัวอย่าง}	_{จำนวนโมล}	จำนวนโมเลกุล	จำนวนอะตอม
Fe	1	–	6.02×10²³
H₂	1	6.02×10²³	2x(6.02×10²³)
O₃	1	6.02×10²³	3x(6.02×10²³)
P₄	1	6.02×10²³	4x(6.02×10²³)
S₈	1	6.02×10²³	8x(6.02×10²³)

ตัวอย่างที่ 2

_{สารตัวอย่าง}	_{จำนวนโมล}	_{จำนวนโมเลกุล}	จำนวนอะตอม
_{สารตัวอย่าง}	_{จำนวนโมล}	_{จำนวนโมเลกุล}	C	H	O
CH₂O	1	6.02×10²³	6.02×10²³	2(6.02×10²³)	6.02×10²³
C₃H₈O₃	1	6.02×10²³	3x(6.02×10²³)	8(6.02×10²³)	3(6.02×10²³)
C₂H₄O₂	1	6.02×10²³	2x(6.02×10²³)	4(6.02×10²³)	2(6.02×10²³)
C₂H₆O	1	6.02×10²³	2x(6.02×10²³)	6(6.02×10²³)	6.02×10²³
C₂H₆O₂	1	6.02×10²³	2x(6.02×10²³)	6(6.02×10²³)	2(6.02×10²³)

แบบฝึกหัด

1. คำว่า โมล หมายถึงอะไร

2. เลขอาโวกาโดรา(Avogadro’s number) คืออะไร เกี่ยวข้องกับจำนวนโมลอย่างไร

3. น้ำตาลกลูโคส (C₆H₁₂O₆) จำนวนหนึ่ง มี C เป็นองค์ประกอบอยู่ 4.0 x 10²²อะตอมจงพิจารณาว่า

3.1 มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบอยู่กี่อะตอม

3.2 น้ำตาลกลูโคสจำนวนนี้มีกี่โมเลกุล

3.3 น้ำตาลกลูโคสจำนวนนี้คิดเป็นกี่โมล

3.4 น้ำตาลกลูโคสจำนวนนี้หนักกี่กรัม

4. estradiol เป็นฮอร์โมนเพศหญิง มีสูตรโมเลกุลเป็น C₁₈H₂₄O เมื่อนำฮอร์โมนดังกล่าวมาจำนวนหนึ่งพบว่ามี H เป็นองค์ประกอบอยู่ 3.0 x 10²⁰ อะตอม จงพิจารณาว่า

4.1 ฮอร์โมนจำนวนนี้มี C เป็นองค์ประกอบอยู่กี่อะตอม

4.2 ฮอร์โมนจำนวนนี้มีกี่โมเลกุล

4.3 ฮอร์โมนจำนวนนี้คิดเป็นกี่โมล

4.4 ฮอร์โมนจำนวนนี้หนักกี่กรัม

5. How many moles are present in 2.45 x 10²³ molecules of CH₄?
(มี CH₄ จำนวน 2.45 x 10²³ โมเลกุล คิดเป็นกี่โมล)

6. How many atoms are in 36 g of bromine? (โบรมี, Br₂ 36 g ประกอบด้วยอะตอมของ Br กี่อะตอม)

7. How many moles of O atoms do you have when you have 1.20 x 10²⁵ N₂O₅ molecules?
(ถ้ามี N₂O₄ จำนวน 1.20 x 10²⁵ โมเลกุล จะมีอะตอมของ O อยู่กี่โมล)

8. How many copper atoms are in 5.33 mol of CuCl₂? (ถ้ามี CuCl₂ 5.33 mol จะมีอะตอมของ Cu อยู่กี่อะตอม)

9. How many moles of Cl atoms are in 5.33 mol of CuCl₂?
(ถ้ามี CuCl₂ 5.33 mol จะมีอะตอมของ Cl กี่อะตอม)

10. How many O atoms are in 3.15 mol of SnO₂? (ถ้ามี SnO₂ 3.15 โมล จะมีอะตอมของ O อยู่กี่อะตอม)

*******************

2. จำนวนโมลกับมวลของสาร

ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมลกับปริมาณของสารอีกรูปแบบหนึ่งคือ จำนวนโมลกับมวลของสาร ความสัมพันธ์ดังกล่าวนี้กล่าวได้ว่า ‘ สารใด ๆ จำนวน 1 โมล
จะมีน้ำหนักเป็นกรัมเท่ากับมวลอะตอม หรือมวลโมเลกุล หรือมวลสูตรของสารนั้น ๆ’ ดังตัวอย่าง

สารที่กำหนด

มวลอะตอมหรือมวลโมเลกุล

หรือมวลสูตร

จำนวนโมล

น้ำหนัก (กรัม)

มวลอะตอม = 23

23 กรัม

หรือ 23 กรัม/โมล

หรือ 23 g/mol

Cl₂

มวลโมเลกุล = 71

71 กรัม

หรือ 71 กรัม/โมล

หรือ 71 g/mol

NaCl

มวลสูตร = 58.5

58.5 กรัม

หรือ 58.5 กรัม/โมล

หรือ 58.5 g/mol

ตัวอย่าง  ²³Na จำนวน 1 โมล หนักกี่กรัม
วิธีทำ (ไม่ใช้สูตร)
²³Na จำนวน 1 อะตอม มีมวล                           =    23 x (1.66 x 10^-24) กรัม
²³Na จำนวน 6.02 x 10²³ อะตอม มีมวล           =   23 x (1.66 x 10^-24) x (6.02 x 10²³)
= 22.98   กรัม
=  23    กรัม
หรือ 23 กรัม/โมล หรือ 23 g/mol