313 101 Chemistry I

1. 313 101 Chemistry I อุณหเคมี (Thermochemistry) ผศ. ดร. อัจฉรา ศิริมังคะลา ห้อง 4511-1

2. เอกสารอ้างอิง Physical Chemistry Basic Physical Chemistry - Atkins - Alberty - Laidler & Meiser

3. Thermodynamics Chemical Thermodynamics - Walls Physical Chemistry

4. อุณหเคมี (Thermochemistry) : 9 ชั่วโมง แนวคิดพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ (The Basic Concepts of Thermodynamics) ระบบกับสิ่งแวดล้อม (System and Surroundings) สมบัติของระบบ (Properties of System)

5. อุณหเคมี (Chemical Thermodynamics) งานและความร้อน (Work and Heat) สถานะมาตรฐาน (Standard State) กฎของเฮสส์ (Hess’s Law)

6. อุณหเคมี (Chemical Thermodynamics) การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีกับพลังงานพันธะ (Enthalpy Change and Bond Energy) เอนทาลปีของการเกิด Enthalpy of Formation เอนทาลปีของการเปลี่ยนแปลงสถานะ Enthalpy of Phase Transition

7. อุณหเคมี (Chemical Thermodynamics) เอนทาลปีของสารละลาย Enthalpy of Solution กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ The First Law of Thermodynamics

8. ระบบกับสิ่งแวดล้อม ระบบ สิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ในขอบเขตที่เราศึกษา สิ่ง ล้อม แวด

9. ระบบ แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ระบบเปิด (opened system) ระบบที่มีการแลกเปลี่ยนมวลสารและพลังงาน ระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม ระบบปิด (Closed system) ระบบโดดเดี่ยว (Isolated system)

10. สารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCl, aq) 1 M มีเนื้อกรดอยู่ 1 mol ในสารละลาย 1000 cm3 สารละลาย 1000 cm3 (น้ำ 1000 cm3 ) = 55.5 mol ระบบ = กรด 1 mol สิ่งแวดล้อม = น้ำ 55.5 mol, ภาชนะ, อากาศนอก-ในภาชนะ ฯลฯ

11. อุณหภูมิ ปริมาตร ความดัน ภาวะของระบบ ถ้าสารละลาย มีอุณหภูมิ 298 K ที่ความดันบรรยากาศ ปริมาตร 1 ลิตร สมบัติต่าง ๆ ของสาร ได้แก่ เรียกว่า

12. Intensive Variable : ตัวแปรหรือสมบัติที่ไม่ขึ้น กับขนาดของระบบ เช่น ความดัน ความหนาแน่น, ดัชนีหักเห Extensive Variable : ตัวแปรหรือสมบัติที่ขี้น กับขนาด(มวล)ของระบบ เช่น มวล ปริมาตร , พลังงาน, ความดันของแก๊สในภาชนะปิด

13. 1.0 ลิตร ถ้าภาชนะใบหนึ่งบรรจุน้ำได้ 1000 cm3 Extensive Variable 1000/1000 = 1 g cm-3 1000/55.56 = 18 g mol -1 น้ำ 1000 cm3 หนัก 1000 g. = 55.56 mol Intensive Variable

14. ก็ถือว่า ระบบเกิดการเปลี่ยนแปลง ถ้าสมบัติข้อใดข้อหนึ่ง เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลง มวล ปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ พลังงาน และชนิดของสารในระบบ

15. อุณหพลศาสตร์ เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา เกี่ยวกับพลังงาน กำลังงาน การเปลี่ยนแปลง พลังงาน เมื่อสสารเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งทางกายภาพและทางเคมี ข้อมูลทาง อุณหพลศาสตร์ จะใช้ในการทำนายว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เองหรือไม่ แต่จะไม่ สามารถบอกอัตราเร็วของปฏิกิริยาได้

16. ระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะระบบที่เกิดการเปลี่ยนแปลงภายใต้ภาวะ กระบวนการ แบบ ไอโซเทอร์มาล (Isothermal process) - อุณหภูมิคงที่ - ปริมาตรคงที่ ไอโซคอริก (Isochoric process) - ความดันคงที่ ไอโซบาริก (Isobaric process) - ไม่มีการถ่ายเทความร้อน ระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม อะไดอะบาติก (Adiabatic process)

17. ความร้อน (Heat): q ถ้า Tระบบ > T สิ่งแวดล้อม q ระบบ สิ่งแวดล้อม ถ้า Tระบบ < T สิ่งแวดล้อม q ระบบ สิ่งแวดล้อม

18. มวลรวม คงที่ ปริมาตรคงที่ ระบบปิด Hydrocarbon + O2 (g) CO2 (g) + H2O (g)

19. สมการสถานะ (Equation of State) PV = nRT เมื่อ P คือ ความดันของระบบ ในหน่วย บรรยากาศ (atm) หรือ มม.ปรอท (mmHg) หรือนิวตันต่อตารางเมตร(N m-2) V คือ ปริมาตรของระบบ ในหน่วย ลิตร (Lit) หรือ ลูกบาศก์เดซิเมตร (dm3) หรือ ลูกบาศก์เมตร (m3) T คือ อุณหภูมิของระบบ ในหน่วย เคลวิน n คือ จำนวนโมลของระบบ ในหน่วย โมล (mol) R คือ ค่าคงที่ของแก๊ส

20. R = Gas constant R= 8.314 J K-1 mol-1 0.0821 lit-atm K-1 mol-1 1.987 cal K-1 mol-1 k= Boltzmann’s constant = R/NA NA = Avogadro constant = 6.022 x 1023 mol-1

21. Van der Waals equation (V-nb) = nRT (P + an2) V2

22. ฟังก์ชันสถานะ หรือ ตัวแปรสถานะ คือ ปริมาณต่าง ๆ ที่บ่งบอกสถานะ (State function, State variable) 1. ไม่ขึ้นกับวิถีการเปลี่ยนแปลงของระบบ แต่จะขึ้นกับสถานะ ตั้งต้น (initial State) และสถานะสุดท้าย (final State) เท่านั้น dx = xf - xi x2 - x1 2.

23. ตัวอย่างของฟังก์ชันสถานะตัวอย่างของฟังก์ชันสถานะ พลังงานภายใน เอนทาลปี เอนโทรปี พลังงานอิสระ ปริมาตร อุณหภูมิ ความดัน จำนวนโมล

24. งานและความร้อน Work : W Physics : งาน = แรงxระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง

25. h2 W = f l f W = mgh = mgh2- mgh1 h1 งาน =การเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์

26. a l1 l2 W = (ma) l = ma (l2-l1) l2-l1 = (v1+v2) t ; ความเร็วเฉลี่ย 2 a = v2-v1 t

27. w = m (v2-v1)(v1+v2) t = 1 m (v22-v12) 2 2 t = 1 mv22-1 mv12 2 2 งาน = การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์

28. งานในทางกลศาสตร์ คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

29. งานในทางเทอร์โมไดนามิกส์งานในทางเทอร์โมไดนามิกส์ คือ “การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของระบบ ภายใต้อิทธิพลของความดันภายนอก” (External pressure)

30. นิยามทางเคมี : งานที่สิ่งแวดล้อมกระทำต่อระบบ (ระบบเล็กลง,หดตัว) มีค่าเป็นบวก (positive value) งานการขยายตัวของแก๊สมีค่าเป็นลบ

31. เมื่อ l2 > l1 สมการที่ใช้คือ w = - fext (l2-l1) w = -fext (Al2-Al1) A l2 fext l1 A A w = - Pext(V2-V1)

32. PV-work : w = -Pext DV งานการเปลี่ยนแปลงปริมาตรภายใต้แรงดันภายนอก หน่วยของงาน: J หรือ N m หรือ kg m2 s-2 หรือ dm3 - atm

33. State Function Path Function

34. งานเป็น State Function ??

35. V1, P1 V1, P1 P1 P2 V2, P2 V2, P2 V1 V2 V1 V2

36. V1, P1 P1 W = - PextDV = - (P1(V2-V1) + 0) P2 V2, P2 V1 V2

37. V1 V2 V1, P1 P1 W = - PextDV = - (0 + P2(V2-V1)) P2 V2, P2 V1 V2

38. V2 W = - P dV V1 Equilibrium Path และ Reversible Process  P 1 2 Dwrev = - P dV V1V2 V

39. V2 W = - P dV V1 แทนค่า P = nRT V

40. Isothermal reversible expansion of ideal gas compression อุณหภูมิคงที่ (DT = 0) =

41. w = - nRT ln (V2/V1) = nRT ln (V1/V2) w = nRT ln (P2/P1)

42. ความร้อน (Heat) สมดุลทางความร้อน (thermal equilibrium) ความร้อน คือ พลังงานที่ถ่ายเทข้ามขอบเขต ของระบบกับสิ่งแวดล้อมที่มี อุณหภูมต่างไปจากระบบ

43. T1 > T2 q heat flow ที่สมดุล : 1 2 heat flow Tf = Tf 1 2 โดยที่ T1 > Tf > T2

44. คศ. 1850 : Clausius “กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์” “ The total energy of a system and its surroundings must remain constant , although it may be changed from one form to another “

45. ในระบบปิด การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน จะขึ้นอยู่กับความร้อนที่ถ่ายเท ระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม และงานที่เกิดขึ้นเท่านั้น dU = Dq + Dw first law:

46. dU = Dq + Dw first law: DU = q + w first law:

47. พลังงานภายใน (internal or intrinsic energy) (U) คือ ผลรวมของพลังงานจลน์ อันเนื่องมาจากการ เคลื่อนที่, การสั่น, การหมุนของโมเลกุล การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน และรวมถึงพลังงานศักย์อันเนื่องมาจากแรงกระทำ ระหว่างโมเลกุลและอนุภาคต่าง ๆ ในโมเลกุล

48. DU = dU = U2-U1 U เป็นฟังก์ชันสถานะ

49. สำหรับ Monoatomic Ideal Gas เช่น He, Ne, Kr, Ar, ... Thermal motion : U = 3 RT = 3 PV 2 2 (เมื่อ n = 1)

50. 0 dU = w = - pdv dU = w= - PdV สำหรับระบบปิดที่ประกอบด้วยแก๊สสมบูรณ์แบบ 1. Adiabatic process อะไดอะบาติก q = 0 (isolated system) dU = q + w