Posts Tagged ‘เคมีพื้นฐาน’

โปรตีนเป็นสารอินทรีย์ซึ่งพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีโครงสร้างซับซ้อนและมีมวลโมเลกุลมากโปรตีนมีหน่วยย่อยคือกรดอะมิโนเรียงต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์

ข้อมูลทั่วไป

  • กรดอะมิโน (amino acid) ประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจนและไนโตรเจนนอกจากนี้บางชนิดอาจประกอบด้วยอะตอมของธาตุอื่นๆ อีก เช่น ฟอสฟอรัส เหล็กและกำมะถัน เป็นตัน กรดอะมิโนแต่ละชนิดสามารถต่อกันได้ด้วยพันธะโคเวเลนท์ที่มีชื่อเฉพาะว่า พันธะเพปไทด์ (peptide bond) โครงสร้างซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนที่ต่อกันเป็นสายนี้เรียกว่า เพปไทด์ พันธะเพปไทด์ คือ พันธะโคเวเลนท์ที่เกิดขึ้นระหว่าง C อะตอมในหมู่คาร์บอกซิล ของกรดอะมิโนโมเลกุลหนึ่งยึด  ของกรดอะมิโนโมเลกุลหนึ่งยึด กับ N อะตอม ในหมู่อะมิโน (-NH2) ของกรดอะมิโนอีกโมเลกุลหนึ่ง
  • คำว่า “โปรตีน” มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกที่แปลว่า”สิ่งสำคัญอันดับแรก” โปรตีนเป็นองค์ประกอบสำคัญของร่างกาย 1 ใน 5ส่วนของน้ำหนักตัวผู้ใหญ่คือโปรตีน และส่วนของโปรตีนในร่างกายจะพบในกล้ามเนื้อ 1/5 ส่วนพบในกระดูกและกระดูกอ่อน และ 1/10 ส่วนพบในผิวหนัง ส่วนที่เหลือพบในเนื้อเยื่อต่างๆ ของเหลวในร่างกาย เช่น เลือด ต่อมต่างๆ เซลล์ภูมิคุ้มกันและเนื้อเยื่อประสาท แม้กระทั่งเส้นผมเล็ก เอ็นไซม์ และฮอร์โมน ล้วนแต่มีโปรตีนเป็นองค์ประกอบทั้งสิ้น โปรตีนและกรดอะมิโน หากเปรียบโปรตีนคือสายโซ่ กรดอะมิโนก็คือห่วงโซ่ ซึ่งแต่ละห่วงที่มาประกอบเป็นโซ่สายยาวคือโปรตีนนั่นเอง กรดอะมิโนจะมี หลากหลายชนิดแตกต่างกัน โปรตีน 1 โมเลกุลประกอบด้วยกรดอะมิโนที่แตกต่างกันได้ตั้งแต่ 100 หรือ 1,000 กรดอะมิโน โปรตีนมีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอของร่างกาย แต่ยังพบว่ามีประชากรเป็นจำนวนมากที่มีภาวะขาดโปรตีน ซึ่งโดยมากมักจะพบ
    การขาดกรดอะมิโนเมไธโอนีน ทริพโตเฟน และไลซีน

ประโยชน์ต่อร่างกาย

  • สร้างเนื้อเยื่อต่างๆและซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ ในอวัยวะต่างๆ
  • เป็นส่วนประกอบของน้ำย่อย และฮอร์โมน
  • เป็นส่วนประกอบของสารเคมีที่สามารถต้านทานโรค
  • ให้พลังงาน คือ โปรตีน 1 กรัม ให้พลังงานประมาณ 4 แคลอรี
  • ร่างกายสามารถใช้โปรตีนแทนคาร์โบไฮเดรตได้

แหล่งที่พบ

  • โปรตีนที่ได้จากสัตว์ เป็นโปรตีนที่มีคุณภาพสูง พบมากในเนื้อสัตว์ทุกชนิด เช่น หมู วัว เป็ด ไก่ ปลา กุ้ง หอย นม ไข่ เป็นต้น

จำแนกประเภทของโปรตีนตามหน้าที่

  • เอนไซม์ (enzyme) มีหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น เอนไซม์ ในกระบวนการหายใจ การสังเคราะห์โปรตีน ถ้าเอนไซม์ทำหน้าที่ย่อยอาหารจะเรียกว่า น้ำย่อย เช่น อะไมเลส เพปซินไลเปส
  • โปรตีนขนส่ง (transport protein ) ได้แก่ โปรตีนที่ทำหน้าที่ในการขนส่งสารต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น เฮโมโกลบิน (hemoglobin)ขนส่งออกซิเจนในเลือดไมโอโกลบิน (myoglobin) ช่วยลำเลียงออกซิเจนในเซลล์กล้ามเนื้อลาย อัลบูมิน(albumin ) ช่วยขนส่งไขมัน
  • โปรตีนโครงสร้าง (structural protein ) เป็นองค์ประกอบของโครงสร้าง ของร่างกาย เช่น เคราทิน (keratin ) ในเส้นผมและขนสัตว์ คอลลาเจน (collagen ) ของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน และกระดูกโปรตีน พวกนี้จะมีกรดอะมิโน ซีสเทอีน ซึ่งมีกำมะถันเป็นองค์ประกอบอยู่มากทำให้คงตัวมาก
  • โปรตีนสะสม (storage protein) เป็นโปรตีนที่สะสมเป็นคลังอาหาร เช่น อัลบูมินในไข่ (albumin)
  • โปรตีนฮอร์โมน (protein hormone) เป็นโปรตีนที่ควบคุมการทำงานของร่างกายให้เป็นปกติ เช่น อินซูลิน (insulin) ฮอร์โมนโกรท (growth hormone) ฮอร์โมนกระตุ้นต่อมไทรอยด์ (thyroid stimulating hormone )
  • โปรตีนป้องกัน (protective protein) เป็นโปรตีนที่ป้องกันไม่ให้ร่างกายได้รับอันตรายหรือเกิดการเจ็บป่วย เช่น แอนดีบอดี (antibody )ช่วยกำกับสิ่งแปลกปลอมที่เข้าสู่ร่างกาย โปรตีนโพรทรอมบิน (prothrombin) และไพบริโนเจน (fibrinogen) ช่วยในการแข็งตัวของเลือดเมื่อเกิดบาดแผล
  • โปรตีนเคลื่อนไหว (contractile protein) เป็นโปรตีนที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวหรือเคลื่อนที่ เช่น โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบของไมโครทูบูล (microtubule ) ซีเลีย (cilia) แฟลเจลลา (flagella )โปรตีนในเซลล์กล้ามเนื้อ ได้แก่ แอกทิน (actin ) และไมโอซิน (myosin)
  • พิษ (toxin) เป็นโปรตีนที่เป็นสารพิษต่าง ๆ เช่น พิษงู พิษจากเชื้อแบคทีเรียบางชนิด

                    ลิพิด (Lipid) คือ สารประกอบอินทรีย์ที่ได้จากเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ เป็นสารที่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เป็นโมเลกุลโควาเลนต์ไม่มีขั้ว เช่น เบนซีน (ตัวทำละลาย) และเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ ตัวอย่างเช่น ไขมัน น้ำมัน แว็กซ์ (wax) สเตอรอยด์ เป็นต้น

 

หน้าที่ของลิพิด

           เป็นโครงสร้างที่สำคัญของเนื้อเยื่อ 
           เป็นแหล่งให้และสะสมพลังงาน 
           เป็นที่ป้องกันอวัยวะภายในต่างๆ
           เป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ ผิวหนังและระบบประสาทของสัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง

                กรดไขมัน (Fatty acid) เป็นกรดที่เกิดในธรรมชาติจากการไฮโดรลิซิสไตรกลีเซอไรด์ (เป็นปฏิกิริยาย้อนกลับของปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชัน) กรดไขมันที่พบโดยทั่วไปจะมีจํานวนของคาร์บอนเป็็นเลขคู่ ที่พบมาก คือ 16 หรือ 18 อะตอม และจะ ต่อกันเป็นสายยาวไม่ค่อยพบแตกกิ่งก้านสาขา และขดเป็นวงปิด กรดไขมัน แบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

          1. กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acids) หมู่แอลคิลจะมีแต่พันธะเดี่ยว เช่น กรดไมริสติก กรดปาล์มิติก กรดสเตียริก เป็นต้น

          2. กรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acids) หมู่แอลคิลจะมีแต่พันธะคู่อยู่ด้วย เช่น กรดปาล์มิโตเลอิก กรดโอเลอิก กรดลิโนเลอิก กรดลิโนเลนิก เป็นต้น

ภาพแสดงความแตกต่างของโครงสร้างระหว่าง กรดไขมันอิ่มตัวกับกรดไขมันไม่อิ่มตัว

 

สมบัติของกรดไขมัน

           กรดไขมันส่วนมากมีจำนวน C อะตอมระหว่าง C12 - C18 ชนิดที่มีจำนวน C อะตอมน้อยกว่า 12 ได้แก่ กรดบิวทาโนอิก C3H7COOH ที่พบในเนย 
           กรดไขมันไม่ละลายน้ำ 
           กรดไขมันจะมีจุดเดือด และจุดหลอมเหลวสูงขึ้นตามจำนวนคาร์บอนอะตอมที่เพิ่มขึ้น
           กรดไขมันอิ่มตัวมีจุดเดือดสูงกว่ากรดไขมันไม่อิ่มตัว ที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกัน

               ไขมันและน้ำมัน (Fat and oil) คือ สารอินทรีย์ประเภทลิพิดชนิดหนึ่ง มีหมู่ฟังก์ชันเหมือนเอสเทอร์ จึงจัดเป็นสารประเภทเอสเทอร์ชนิดหนึ่งที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ พบทั้งในพืชและสัตว์ เป็นสารให้พลังงาน คือ ไขมันหรือน้ำมัน 1 กรัม ให้พลังงานประมาณ 9 แคลอรี ซึ่งมีสูตรทั่วไปดังนี้ คือ

          ไขมันและน้ำมัน จะคงตัวอยู่ในรูปสารประกอบประเภทเอสเทอร์ชนิดหนึ่งที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ี เรียกว่าไตรกลีเซอไรด์ (Triglyceride) ดังภาพ

 

การเตรียม

          เกิดจากกรดอินทรียที่เรียกว่ากรดไขมันรวมกับแอลกอฮอล์ที่มี -OH 3 หมู่ ที่เรียกว่า กลีีเซอรอล จะไ้ด้สารที่เรียกว่า กลีเซอไรด์ (Glyceride) หรือกลีเซอริลเอสเทอร์ (Glyceryl Ester) ดังสมการ

กรดไขมัน + กลีเซอรอล ————-> ไขมันและน้ำมัน + นํ้า

 

          ไขมันเป็นของแข็งที่มักพบในสัตว์ประกอบด้วยกรดไขมันอิ่มตัว มากกว่ากรดไขมันไม่อิ่มตัว เช่น ไขวัว ไขควาย ส่วนน้ำมันเป็นของเหลวที่มักพบในพืชประกอบด้วยกรด ไขมันไม่อิ่มตัวมากกว่ากรดไขมันอิ่มตัว เช่น น้ำมันมะกอก ซึ่งไขมันมีจุดเดือดสูงกว่าน้ำมัน ไม่ละลายน้ำ แต่ละลายได้ดีในตัวทำละลายไม่มีน้ำ เช่น เบนซีน และไขมันและน้ำมันเสียจะเกิดกลิ่นเหม็นหืน ซึ่งเกิดจาก พันธะคู่ในกรดไขมัน ไขมัน หรือน้ำมันที่ไม่อิ่มตัวจะถูก ออกซิไดซ์ได้ด้วยออกซิเจน ในอากาศ หรืออาจเกิด การไฮโดรลิซิสกับน้ำ โดยมีจุลินทรีย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทําให้ได้กรดไขมันโมเลกุลเล็กที่ระเหยง่ายมีกลิ่น เหม็นหืน ดังสมการ

การป้องกัน : เติมสารกันเหม็นหืน (Antioxidiant) เช่น วิตามิน E วิตามิน C สาร BHT

          ฟอสโฟลิพิด (Phospholipid) เป็นลิพิดที่ประกอบขึ้นจากกลีเซอรอล 1 โมเลกุล สร้างพันธะเอสเทอร์กับกรดไขมัน 2 โมเลกุล และหมู่ฟอสเฟตอีกหนึ่งโมเลกุล มีสูตรดังภาพ ฟอสโฟลิพิดเป็นลิพิดเชิงประกอบที่พบมากและเป็นองค์ประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ต่างๆ

                  ปฏิกิริยาสะปอนนิฟิเคชัน (Sponification) เป็นปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสไขมันและน้ำมันด้วยเบส เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากไขมันและน้ำมันกับด่าง เกิดเกลือของกรดไขมัน (RCOO- Na+) ซึ่งก็คือ สบู่ กับกลีเซอรอล ดังนี้ คือ

 

การตรวจหาปริมาณกรดไขมันไม่อิ่มตัวในไขมันและน้ำมัน

          ไขมันและน้ำมันที่ประกอบด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัว (C = C) ทำปฏิกิริยากับสารละลาย Br2 หรือ I2 ได้เกิดปฏิกิริยาการเติมตรงบริเวณ C กับ C ที่จับกันด้วยพันธะคู่ของกรดไขมันไม่อิ่มตัวในไขมันและน้ำมันนั้นถ้าไขมันและน้ำมันชนิดใดสามารถฟอกจางสีของสารละลาย I2 มาก แสดงว่าไขมันและน้ำมันนั้น ประกอบด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัวปริมาณมาก

สบู่ (Soap) คือ เกลือของกรดไขมัน สูตรทั่วไปคือ

 

          สบู่ละลายน้ำแตกตัวให้ไอออนบวก และไอออนลบส่วนที่เป็นไอออนลบจะเป็นตัวที่ใช้ชำระล้าง สิ่งต่าง ๆ ทั้งหลายได้ สามารถละลายในตัวทำละลายมีขั้วและไม่มีขั้วได้ เพราะไอออนลบของสบู่ประกอบ ด้วยส่วนประกอบ 2 ส่วนย่อย คือ ส่วนหัว และส่วนหาง ดังภาพ

          สบู่ที่ดีควรมีจำนวน C อะตอมในหมู่ R พอเหมาะ เป็นสบู่ที่ละลายน้ำได้ดี แต่ถ้ามีจำนวน C อะตอมมากเกินไปจะละลายน้ำได้ไม่ดี

          สบู่สามารถใช้ทดสอบความกระด้างของน้ำได้
น้ำกระด้าง (Hardness water) : เป็นน้ำที่ประกอบด้วย Fe2+, Mg2+ และ Ca2+ ของ HCO3-, Cl- และ SO42+

          เราไม่นิยมใช้สบู่ซักผ้าเพราะในน้ำกระด้างจะีมีี แคลเซียม (Ca2+) และ แมกนีเซียม (Mg2+) อยู่ เมื่อทําปฏิกิริยากับสบู่จะเกิดเป็นเกลือแคลเซียม (ไคลสบู่) ย้อนกลับมาติดเสื้อผ้าเราได้

          เนื่องจากสบู่จะเกิดตะกอนไอออนในน้ำกระด้างทำให้เกิดการสิ้นเปลืองในการใช้สบู่ จึงได้มี การสังเคราะห์สารอื่นใช้ชำระล้างซักฟอกได้เช่นเดียวกับสบู่ สารสังเคราะห์นั้นก็คือ ผงซักฟอก ซึ่งไม่ตกตะกอนในน้ำกระด้าง

การละลายน้ำและการชำระล้างของสบู่

          เมื่อสบู่ละลายน้ำจะแตกเป็นไอออน ไอออนบวกของโลหะจะถูกน้ำล้อมรอบ เกิดแรงดึงดูดระหว่างไอออนกับน้ำ เรียกว่าไฮเดรชัน ส่วนไอออนลบของสบู่ประกอบด้วยส่วนที่เป็นคาร์บอกซิเลต (-COO-) เป็นส่วนที่มีขั้ว จะยึดกับน้ำโดยมีโมเลกุลน้ำล้อมรอบ และส่วนที่ไม่มีขั้วเป็นกลุ่มไฮโดรคาร์บอนจะหันเข้าหากัน แล้วจับกันเป็นกลุ่มก้อน เรียกว่า ไมเซลล์ (Micell) ดังภาพ

………………………………………………………………………………………………………………………

          ผงซักฟอก (detergents) คือ เกลือของกรดซัลโฟนิก มีสมบัติชำระล้างสิ่งสกปรกทั้งหลายได้เช่นเดียวกับสบู่

          เป็นสารซักล้างที่ผลิตขึ้นมาใช้แทนสบู่ ซึ่งเป็นเกลือโซเดียมซัลโฟเนตของไฮโดรคาร์บอน ผงซักฟอกมีข้อดีเหนือสบู่ คือ สามารถทำงานได้ดี แม้ในน้ำกระด้างที่มีไอออน Ca2+ Fe2+ Fe3+ และ Mg2+ ถ้าหมู่แอลคิลเป็น เส้นตรง (LBS : Linear Alkylbenzene Sulfonate) จะถูกย่อยด้วยจุลินทรีย์ได้ดี เกิดมลพิษน้อย แต่ถ้าหมู่แอลคิลเป็น โซ่กิ่ง จุลินทรีย์จะย่อยได้ยาก

 

          สูตรทั่วไปของผงซักฟอก เป็นดังนี้

ส่วนประกอบของผงซักฟอก

          1. บิลเดอร์ฟอสเฟต หรือโซเดียมไตรพอลิฟอสเฟต (STPP) ปนอยู่ประมาณ 30 – 50% มีประโยชน์และหน้าที่ดังนี้ 
               - ทำให้น้ำมีสภาพเป็นเบส เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการชำระล้างสิ่งสกปรกทั้งหลายได้ดี 
               - ฟอสเฟตจะรวมตัวกับไอออนของโลหะในน้ำกระด้างเป็นสารเชิงซ้อน ทำให้ไอออนของโลหะในน้ำกระด้างไม่สามารถขัดขวางการกำจัดสิ่งสกปรกของผงซักฟอกได้

Sodium tripolyphosphate – STPP

           2. สารลดแรงตึงผิว เป็นสารที่ใช้ชำระล้างสิ่งสกปรกทั้งหลายได้ ได้แก่ เกลือโซเดียมแอลคิลซัลโฟเนต หรือโซเดียมแอลคิลเบนซิลซัลโฟเนต ผสมอยู่ประมาณ 30%

ผลเสียที่เกิดจากการใช้ผงซักฟอกทำให้เกิดมลภาวะของน้ำ

          ผลเสียที่เกิดจากการใช้ผงซักฟอก ทำให้เกิดมลภาวะของน้ำ ดังนี้ 
          1. สารพวกฟอสเฟตเป็นปุ๋ยจากผงซักฟอกเมื่อปล่อยลงสู่แหล่งน้ำ จะทำให้พืชน้ำเจริญเติบโต รวดเร็ว ทำให้ขวางทางคมนาคมทางน้ำ ทำลายทัศนียภาพ ทำให้ O2 ละลายน้ำไม่ได้ สิ่งมีชีวิต ขาด O2 ตายได้ และพืชน้ำเกิดมากอาจจะตาย เน่า ทำให้น้ำเสีย
          2. ผงซักฟอกชนิด C ใน R แตกกิ่งก้านสาขาจุลินทรีย์ในน้ำสลายไม่ได้ทำให้ตกค้างในน้ำเมื่อเข้าสู่ร่างกายของคนจะทำให้เกิดโรคภัยไข้เจ็บได้

คาร์โบไฮเดรต  (Carbohydrate)


คาร์โบไฮเดรตเป็นสารชีวโมเลกุลซึ่งประกอบด้วยธาตุหลัก 3 ชนิด  ธาตุคาร์บอน (C)  ไฮโดรเจน (H)  และออกซิเจน (O)  มีบทบาทเป็นสารที่เป็นแหล่งพลังงานสำคัญในการประกอบกิจกรรมต่าง ๆ ของชีวิต  และมีบทบาทในองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ในสิ่งมีชีวิต  ผลังเซลล์ในพืช  เปลือกและกระดองของสัตว์บางชนิด  เช่น  หอยทาก  ปู  กุ้ง  เป็นต้น

          สารชีวโมเลกุลในกลุ่มคาร์โบไฮเดรตจะมีลักษณะเป็นสารประกอบอินทรีย์  (Organic compound)  ซึ่งมีธาตุหลัก ๆ อยู่ 3 ชนิด  คือธาตุคาร์บอน (C)  ไฮโดรเจน (H)  และออกซิเจน (O)  ในธรรมชาติเราสามารถพบสารจำพวกคาร์โบไฮเดรตได้หลายชนิด  ซึ่งแต่ละชนิดก็มีจำนวนธาตุที่เป็นองค์ประกอบแตกต่างกัน
          โดยปกติสารที่เป็นคาร์โบไฮเดรตจะมีอัตราส่วนจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนต่อออกซิเจนเป็น 2 : 1  ดังนั้นสารคาร์โบไฮเดรตส่วนใหญ่จึงมีสูตรโมเลกุลเป็น (CH2O)n  หรือ  Cn(H2O)m  เมื่อ n และ m เป็นเลขจำนวนเต็มลงตัว  ตัวอย่างเช่น  C5H10O5,  C6H12O6,  C12H22O6 , C18H32O16  เป็นต้น  อาจมีสารคาร์โบไฮเดรตบางชนิดเท่านั้นที่มีอัตรส่วนจำนวนธาตุหรือสูตรโมเลกุลไม่เป็นตามที่กล่าวมา  ตัวอย่างเช่น  น้ำตามแรมโนส (Rhamnose)  ซึ่งมีสูตรโมเลกุลเป็น C6H12O เป็นต้น
          คาร์โบไฮเดรตสามารถพบได้ทั่วไปตามส่วนต่าง ๆ ของพืช  หรือผลิตภัณฑ์จากพืชซึ่งประกอบด้วยแป้งและน้ำตาล  เช่น  หัวเผือก  หัวมัน  น้ำตาลทราบ  น้ำตาลปี๊บ  น้ำผึ้ง  ผัก  ผลไม้ที่มีรสหวาน  และข้าว  เป็นต้น
          โดยคาร์โบไฮเดรตสามารถจำแนกตามจำนวนโมเลกุลของน้ำตาลที่เชื่อมโยงกันได้เป็น 3 กลุ่ม  คือ  มอนอแซ็กคาไรด์  ไดแซ็กคาไรด์  และโพลิแซ็กคาไรด์
                    1)  มอนอแซ็กคาไรด์  (Monosaccharide)  หรือน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว  มีลักษณะเป็นโมเลกุลซึ่งประกอบด้วยธาตุคาร์บอน 3-8  อะตอม  สามารถละลายน้ำได้ดีและมีรสหวาน  เป็นน้ำตาลที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุดไม่สามารถถูกย่อยให้เล็กลงกว่านี้ได้  ร่างกายสามารถดูดซึมนำไปใช้ได้ทันที น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวสามารถแบ่งได้เป็นหลายชนิด  ซึ่งแต่ละชนิดอาจมีสุตรโมเลกุลเหมือนกัน  แต่มีสูตรโครงสร้างที่แตกต่างกันได้  เช่น  ไรโบส  ไลโซส  ไซโลส  และอะราบิโนส  ซึ่งต่างก็มีสูตรโมเลกุลเป็น C5H10O5  เหมือนกัน  แต่มีสูตรโครงสร้างที่แตกต่างกัน
                    กาแลกโทส (galactose)  ฟรักโทส (fructose)  และกลูโคส (glucose)  เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่พบได้มากในกระแสเลือด  มีสูตรโมเลกุลเป็น C6H12O6  เป็นน้ำตาลกลุ่มที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตมาก
                    น้ำตาลแลกโทส  เป็นน้ำตาลที่มีความหวานน้อย  ไม่พบในธรรมชาติ  แต่ได้จากการย่อยสลายน้ำตาลแลกโทสในน้ำนม  เป็นสารองค์ประกอบของระบบสมองและเนื้อเยื่อประสาท
                    น้ำตาลฟรักโทส  เป็นน้ำตาลที่มีความหวานมากที่สุด  พบมากในน้ำผึ้ง  ผัก  และผลไม้ที่มีรสหวานต่าง ๆ โดยมักพบอยู่ร่วมกับซูโครสและกลูโคส  เป็นน้ำตาลที่มีบทบาทที่สำคัญในกระบวนการเผาผลาญอาหารของสิ่งมีชีวิต
                    น้ำตาลกลูโคส  เป็นน้ำตาลที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ  เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยพืชสีเขียว  จากนั้นจึงถูกเปลี่ยนเป็นน้ำตาลรูปอื่น ๆ หรือคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อเก็บสะสมไว้ในส่วนต่าง ๆ ของพืชต่อไป  พบได้ในผลไม้ที่มีรสหวาน  น้ำผึ้ง  และในกระแสเลือด  น้ำตาลกลูโคสมีบทบาทสำคัญ  คือ  ช่วยให้กล้ามเนื้อมีการยืดหดตัว  ควบคุมการเต้นของหัวใจ  ช่วยให้การทำงานของระบบต่าง ๆ มีประสิทธิภาพมากขึ้น  และยังเป็นแหล่งพลังงานของร่างกายด้วย  โดยร่างกายจะสามารถเผาผลาญกลูโคสได้โดยอาศัยกลูโคสและแก๊สออกซิเจนเป็นสารตั้งต้น ได้ผลิตภัณฑ์คือพลังงานแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์  และน้ำ   ดังสมการ
                                   C6H12O6 + 6O2                 ————->                    พลังงาน  +  6CO2 + 6H2O
                    เราสามารถทดสอบหาน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวได้  โดยใช้สารละลายเบเนดิกต์ซึ่งมีสีฟ้า  เมื่อสารละลายเบเนดิกต์ทำปฏิกิริยากับน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจะเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ซึ่งมีลักษณะเป็นตะกอบสีแดงอิฐของคอปเปอร์ (I)  ออกไซด์ (Cu2O)  โดยความเข้มของสีแดงอิฐที่สังเกตได้จะมีความสัมพันธ์กับปริมาณของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่อยู่ในสารที่นำมาทดสอบ
                 2)  ไดแซ็กคาไรต์  (Disaccharide)  หรือน้ำตาลโมเลกุลคู่  ไดแซ็กคาไรด์หรือน้ำตาลโมเลกุลคู่  เป็นน้ำตาลที่เกิดจากน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวสองโมเลกุลมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี  สามารถละลายน้ำได้  แต่เมื่อสิ่งมีชีวิตรับประทานเข้าไป  ร่างกายจะไม่สามารถเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวก่อน  โดยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวได้ 2 โมเลกุล  น้ำตาลโมเลกุลคู่ที่สำคัญมีดังนี้
                    น้ำตาลซูโครส (sucrose)  หรือน้ำตาลทราย  หรือน้ำตาลอ้อยพบได้มากในอ้อย  ตาล  มะพร้าว  ผลไม้ที่มีรสหวานทุกชนิด  เมื่อถูกย่อยสลายจะได้น้ำตาลกลูโคสและน้ำตาลฟลุกโทส  อย่างละ 1 โมเลกุล
                    น้ำตาลมอลโทส  (moltose)  พบได้มากในข้าวมอลต์  เมล็ดข้าวที่กำลังงอก  น้ำนมข้าว  และข้าวโพด  เมื่อถูกย่อยสลายจะได้น้ำตาลกลูโคส 2 โมเลกุล
                    น้ำตาลแลกโทส (lactose)  เป็นน้ำตาลซึ่งมีรสหวานน้อย  ย่อยสลายได้ยากกว่าน้ำตาลโมเลกุลคู่อื่น ๆ  พบมากในน้ำนม  เมื่อย่อยสลายจะได้น้ำตาลกาแลกโทส  และน้ำตาลกลูโคส  อย่างละ 1 โมเลกุล
                    น้ำตาลซูโครสเป็นน้ำตาลที่นิยมใช้ในการผลิตไวน์  โดยเมื่อนำน้ำผลไม้และน้ำตาลซูโครสมาหมักด้วยยีสต์  จะทำให้เกิดการย่อยสลายกลายเป็นน้ำตาลกลูโคสและน้ำตาลฟรัสโทสก่อน  จากนั้นจึงจะเข้าสู่กระบวนการหมักต่อไป  จนกระทั่งเปลี่ยนไปเป็นเอทิลแอลกอฮอล์  และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
                    3)  พอลิแซ็กคาไรด์ (Polysaccharide)  เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่มาก  ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจำนวนหลายโมเลกุลมาเชื่อมต่อกัน  พอลิแซ็กคาไรด์เป็นกลุ่มคาร์โบไฮเดรตที่ไม่มีรสหวาน  ละลายน้ำได้ยากหรือไม่ละลายเลย  แบ่งออกเป็น 3 ชนิด  ได้แก่  แป้ง  เซลลูโลส  และไกลโคเจน
                    3.1)  แป้ง  (Starch)  เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่เกิดจากกลูโคสหลายพันโมเลกุลเชื่อมต่อกัน  ละลายน้ำได้เล็กน้อย  มีสูตรโมเลกุลเป็น  (C6H10O5)n  มีโครงสร้างทั้งที่เป็นแบบสายตรงยาว  และเป็นแบบกิ่งก้านสาขา  แป้งเป็นรูปแบบของคาร์โบไฮเดรตที่พืชใช้ในการเก็บสะสมอาหาร  โดยพืชจะมีการเปลี่ยนน้ำตาลกลูโคสที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงให้มาอยู่ในรูปของแป้งแล้วเก็บไว้ตามส่วนต่าง ๆ โดยเฉพาะในเมล็ด  และหัวในดิน
                    แป้งเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่  ร่างกายจึงไม่สามารถดูดซึมได้ทันที  ต้องมีการย่อยสลายให้กลายเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวก่อนจึงจะสามารถดูดซึมได้  โดยในร่างกายของเราจะสามารถย่อยสลายแป้งให้กลายเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวได้โดยอาศัยเอนไซม์อะไมเลส
                    3.2)  ไกลโคเจน (Glycogen)  เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่กว่าแป้งมาก  ประกอบด้วยโมเลกุลของกลูโคสหลายแสนหรืออาจถึงล้านโมเลกุลขึ้นไปมาเชื่อมต่อกันในลักษณะเป็นสายยาวมีกิ่งก้านสาขา  ไกลโครเจนเป็นรูปแบบการเก็บสะสมอาหารที่พบในมนุษย์และสัตว์เท่านั้น  โดยร่างกายจะเปลี่ยนกลูโคสที่มีอยู่มากในกระแสเลือดให้เป็นไกลโคเจนเก็บไว้ในบริเวณกล้ามเนื้อและตับ  และจะสามารถเปลี่ยนให้กลับมาเป็นกลูโคสได้ในภาวะที่ปริมาณน้ำตาลในเลือดลดต่ำลงหรือภาวะที่ร่างกายขาดสารอาหาร
                    3.3)  เซลลูโลส  (Cellulose)  เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่เกิดจากการรวมตัวกันของกลูโคสหลายหมื่นโมเลกุล  การที่กลูโคสจำนวนมากมาต่อกันเป็นสายยาวจึงทำให้เซลลูโลสมีลักษณะเป็นเส้นใยยาวที่ไม่ละลายน้ำ  เซลลูโลสมีบทบาทหน้าที่แตกต่างไปจากแป้งและไกลโคเจน  คือ  ไม่ได้เป็นรูปแบบการเก็บสะสมอาหารของสิ่งมีชีวิต  แต่เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของผนังเซลล์ของพืช  ช่วยทำหน้าที่เพิ่มความแข็งแรงให้แก่ผนังเซลล์ของพืช
                    เซลลูโลสเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มาก  ร่างกายของมนุษย์เราไม่สามารถย่อยสลายได้  แต่สามารถถูกย่อยสลายได้ในกระเพาะของสัตว์ที่กินพืชเป็นอาหาร  เนื่องจากในกระเพาะของสัตว์ที่กินพืชจะมีแบคทีเรียที่สามารถย่อยสลายเซลลูโลสให้เป็นกลูโคสได้
                    แม้ว่าร่างกายมนุษย์จะย่อยสลายเซลลูโลสไม่ได้  แต่เราก็ควรจะบริโภคเซลลูโลสอยู่เสมอ  เนื่องจากการที่เซลลูโลสมีลักษณะเป็นเส้นใย  ซึ่งช่วยกระตุ้นลำไส้ทำให้ขับถ่ายได้สะดวก  ช่วยลดสารพิษที่ตกค้างอยู่ในลำไส้  จึงช่วยลดการเกิดโรคริดสีดวงทวารและโรคมะเร็งในลำไส้ได้  โดยเซลลูโลสจะมีอยู่มากในอาหารประเภทพืช  ผัก  และผลไม้  เราจึงควรรับประทานอาหารเหล่านี้อยู่เสมอ

                  ผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์ที่นำมาใช้ประโยชน์มีหลายประเภท ซึ่งมีทั้งพอลิเมอร์ธรรมชาติ และพอลิเมอร์สังเคราะห์  โดยแยกเป็นประเภทต่าง ๆ ดังนี้

4.3.1 พลาสติก

                 พอลิเมอร์ที่นำมาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อใช้งานในรูปแบบต่าง ๆ เช่น ถ้วย จาน ชาม เก้าอี้ รองเท้าด้ามปากกาถุงใส่ของ ภาชนะ เรียกรวมว่า ผลิตภัณฑ์พลาสติก

การจำแนกประเภทพลาสติก สามารถจำแนกตามกรรมวิธีผลิตและการใช้งานเป็นดังรูป

การจำแนกพลาสติกตามกรรมวิธีการผลิต

 

เมื่อใช้การเปลี่ยนแปลงของพลาสติกเมื่อได้รับความร้อนเป็นเกณฑ์ จำแนกพลาสติกได้ 2 ประเภท ดังนี้

1) เทอร์มอพลาสติก (Thermoplastic)

เป็นพลาสติกที่อ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว ถ้าให้ความร้อนอีกก็จะอ่อนตัว และสามารถทำให้กลับเป็นรูปร่างเดิมหรือเปลี่ยนรูปร่างได้ โดยสมบัติของพลาสติกไม่เปลี่ยนแปลง จึงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ พอลิเมอร์แบบนี้มีโครงสร้างแบบเส้นหรือโซ่กิ่ง มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่พอลิเมอร์น้อยมาก เช่น พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอสไตรีน

2) พลาสติกเทอร์มอเซ็ต (Thermosetting plastic)

เป็นพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วยการผ่านความร้อนหรือแรงดันแล้วจะม่สามารถนำกลับมาขึ้นรูปใหม่ได้อีก เพราะพอลิเมอร์ประเภทนี้มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่โมเลกุลแบบร่างแห เมื่อแข็งตัวแล้วจะมีความแข็งมาก ทนต่อความร้อนและความดันได้ดีกว่าเทอร์มอพลาสติก ถ้าทำให้มีอุณหภูมิสูงมากจะแตกและไหม้เป็นเถ้า เช่น พอลิฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ พอลิเมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ และพอลิยูรีเทน

ผลิตภัณฑ์พลาสติกในชุมชน

                พลาสติกที่ได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและฟุ่มเฟือย หลังจากการใช้พลาสติกยังก่อให้ เกิดปัญหากับสิ่งแวดล้อม ขยะจากพลาสติกย่อยสลายได้ยาก จึงต้องใช้วิธีกำจัดแตกต่างกันไป

ขวด PET

สมาคมอุตสาหกรรมพลาสติก ประเทศสหรัฐอเมริกา (SPE หรือ The Society of The Plastics Industry) ได้กกำหนดสัญลักษณ์เพื่อบ่งชี้ประเภทของพลาสติกรีไซเคิล ดังนั้นในการผลิตสินค้าที่ทำด้วยพลาสติกต้องมีสัญลักษณ์ดังรูป

สัญลักษณ์เพื่อบ่งชี้ประเภทของพลาสติกรีไซเคิล

  พอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (polyethylene terephthalate)
 hdpe.gif พอลิเอทิลีน ความหนาแน่นสูง (high–density polyethylene)
  พอลิไวนิลคลอไรด์ (polyvinyl chloride)
 lowdensityimage.png พอลิเอทิลีน ความหนาแน่นต่ำ (low–density polyethylene)
 plastic%20PP.jpg พอลิโพรพิลีน (polypropylene)
 PS Symbol.JPG พอลิสไตรีน (polystyrene)
 other.gif อื่น ๆ

             การรีไซเคิลเป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากขยะหรือของเสียได้เป็นอย่างดี สิงสำคัญคือทุกคนต้องร่วมมือในการคัดแยกขยะแต่ละประเภทออกจากกัน เพื่อสะดวกต่อการนำไปรีไซเคิล

ความหนาแน่นของพลาสติกบางชนิด

ชนิดของพลาสติก

ความหนาแน่น (g/cm3)

พอลิโพรพิลีน

0.90 – 0.91

พอลิเอทิลีน ความหนาแน่นต่ำ (LDPE)

0.92 – 0.94

พอลิเอทิลีน ความหนาแน่นสูง (HDPE)

0.95 – 0.97

พอลิสไตรีน (PS)

1.05 – 1.07

พอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC)

1.16 – 1.35

พอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (PETE)

1.38 – 1.39

 

การจำแนกชนิดของพลาสติกรีไซเคิลโดยใช้ความหนาแน่นเป็นเกณฑ์

             การจำแนกชนิดของพลาสติกรีไซเคิลโดยใช้ความหนาแน่นเป็นเกณฑ์ ทำได้โดยหย่อนพลาสติกลงในสารใดแล้วพลาสติกชิ้นนั้นจมลง แสดงว่าพลาสติกชิ้นนั้นมีความหนาแน่นมากกว่าสารที่ใช้ทดสอบ ถ้าพลาสติกชิ้นนั้นลอยขึ้น แสดงว่าพลาสติกชิ้นนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่าสารที่ใช้ทดสอบ ดังนั้นในการทดสอบความหนาแน่นของพลาสติกตัวอย่าง จึงต้องทดสอบกับสารที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นตามลำดับ จนกระทั่งพบว่าพลาสติกชิ้นนั้นลอยขึ้น ความหนาแน่นของพลาสติกตัวอย่างจึงมีค่าอยู่ระหว่างความหนาแน่นของสองสารสุดท้าย  ดังตัวอย่าง

ชนิดของพลาสติก

ความหนาแน่น (g/ cm3) .

การทดสอบขวดนมเปรี้ยว

เอทานอล

0.79

จม

เอทานอล : น้ำ (10 : 8 โดยปริมาตร)

0.91

จม

เอทานอล : น้ำ (1 : 1 โดยปริมาตร)

0.2

จม

น้ำ

1.00

จม

สารละลาย NaCl เข้มข้นร้อยละ 10

1.06

ลอย

สารละลาย NaCl อิ่มตัว

1.18

             จากตัวอย่างการทดสอบชิ้นพลาสติกจากขวดนมเปรี้ยว พบว่าความหนาแน่นของขวดนมเปรี้ยวมีค่าอยู่ระหว่างความหนาแน่นของน้ำ และสารละลาย NaCl เข้มข้นร้อยละ 10 คืออยู่ระหว่าง 1.00 – 1.06 เมื่อนำค่าที่ได้เปรียบเทียบกับค่าในตาราง แสดงว่าขวดนมเปรียวเป็นพลาสติกประเภทพอลิสไตรีน

4.3.2 เส้นใย

           เส้นใย เป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างโมเลกุลเหมาะสมต่อการรีดและการปั่นเป็นเส้นด้าย ซึ่งมีทั้งในธรรมชาติและที่สังเคราะห์ขึ้นมา

4.3.3 ยาง

           ยางพาราเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติที่มนุษย์นำมาใช้ประโยชน์เป็นเวลาหลายร้อยปีแล้ว น้ำยางสดจากต้นยางมีลักษณะข้นสีขาวคล้ายน้ำนม มีสารหลายชนิดผสมอยู่ด้วยกัน เมื่อทิ้งไว้จะบูดเน่าได้ ถ้าต้องการเก็บน้ำยางดิบไว้เป็นเวลานานจะต้องเติมแอมโมเนียลงไปเพื่อเป็นสารกันบูดและป้องกันการจับตัวของน้ำยาง การแยกเนื้อยางจากน้ำยางทำได้โดยเติมกรดบางชนิด เช่น กรดแอซีติก (CH3COOH) หรือกรดฟอร์มิก (HCOOH) เจือจาง เพื่อทำให้เนื้อยางรวมตัวเป็นก้อนตกตะกอนแยกออกมา โดยทั่วไปน้ำยางสดมีเนื้อยางอยู่ประมาณร้อยละ 25-45 ทั้งนี้ ขึ้นกับพันธุ์ยาง  อายุของต้นยาง  และฤดูกาลกรีดยาง เนื้อยางที่ได้เรียกว่า ยางดิบ

 

สวนยางพารา

น้ำยางาราดิบที่กรีดจากต้น

         โครงสร้างทางเคมีของเนื้อยางประกอบด้วยมอนอเมอร์ไอโซพรีน (isoprene) ที่เชื่อมต่อกันอยู่ในช่วง 1500 ถึง 15000 หน่วย มีสูตรดังนี้

 

ยางพารา  (ซิสพอลิไอโซพรีน)

 

สูตรเคมีของไอโซพรีนคือ C5H8 มีสูตรโครงสร้างดังนี้

 

ไอโซพรีน

          นอกจากยางพาราแล้วยังมีพืชบางชนิดที่ให้น้ำยางได้เช่น ต้นยางกัตตา ต้นยางพาราทาและต้นยางชิคเคิล ซึ่งเคยใช้ทำส่วนผสมในหมากฝรั่ง ยางจากพืชทั้ง 3 ชนิดนี้เป็นนพอลิไอโซพรีนเช่นเดียวกับยางพารา แต่มีโครงสร้างต่างกันดังนี้

 

ยางกัตตา

           ก.พอลิเมอร์แบบเส้น (Chain length polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะต่อกันเป็นสายยาว โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุ่นเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ ตัวอย่าง PVC พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน  ดังภาพ

  

              ข.พอลิเมอร์แบบกิ่ง (Branched polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ยึดกันแตกกิ่งก้านสาขา มีทั้งโซ่สั้นและโซ่ยาว กิ่งที่แตกจาก พอลิเมอร์ของโซ่หลัก ทำให้ไม่สามารถจัดเรียงโซ่พอลิเมอร์ให้ชิดกันได้มาก จึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำยืดหยุ่นได้  ความเหนียวต่ำ โครงสร้างเปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่าง พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ ดังภาพ

 

             ค.พอลิเมอร์แบบร่างแห (Croos -linking polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ต่อเชื่อมกันเป็นร่างแห พอลิเมอร์ชนิดนี้มีความแข็งแกร่ง และเปราะหักง่าย ตัวอย่างเบกาไลต์ เมลามีนใช้ทำถ้วยชาม ดังภาพ

 

*หมายเหตุ : พอลิเมอร์บางชนิดเป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากสารอนินทรีย์ เช่น ฟอสฟาซีน ซิลิโคน

                พอลิเมอร์เกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันของมอนอเมอร์
พอลิเมอร์ไรเซชัน (Polymerization) คือ กระบวนการเกิดสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ (พอลิเมอร์) จากสารที่มีโมเลกุลเล็ก (มอนอเมอร์)

 ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชัน

                1. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบเติม (Addition polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ของสารอินทรีย์ชนิดเดียวกันที่มี C กับ C จับกันด้วยพันธะคู่มารวมตัวกันเกิดสารพอลิเมอร์เพียงชนิดเดียวเท่านั้น ดังภาพ

 

 

               2.    ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบควบแน่น (Condensation polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันมากกว่า 1 หมุ่ ทำปฏิกิริยากันเป็นพอลิเมอร์และสารโมเลกุลเล็ก เช่น น้ำ ก๊าซแอมโมเนีย ก๊าซ-ไฮโดรเจนคลอไรด์ เมทานอล เกิดขึ้นด้วย ดังภาพ

             พอลิเมอร์  (Polymer)  เป็นสารที่สามารถพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีลักษณะเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่  ซึ่งเกิดจากโมเลกุลพื้นฐานที่เรียกว่า  มอนอเมอร์ (Monomer)  จำนวนมากมาสร้างพันธะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนต์  โดยพอลิเมอร์บางชนิดอาจเกิดจากมอนอเมอร์ที่เป็นชนิดเดียวกันทั้งหมดมาเชื่อมต่อกัน  เช่น  แป้ง  และพอลิเอทิลีน  เป็นต้น  แต่ในบางชนิดก็อาจเกิดขึ้นจากมอนอเมอร์ที่แตกต่างกันมาเชื่อมต่อกันก็ได้  ตัวอย่างเช่น  พอลิเอสเทอร์  และโปรตีน  เป็นต้น
              ในปัจจุบันพอลิเมอร์ได้เข้ามามีบทบาทต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์และกระบวนการอุตสาหกรรมต่าง ๆ อย่างมาก  โดยตัวอย่างของพอลิเมอร์ที่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง  และมีการใช้ประโยชน์กันมาก  ได้แก่  พลาสติก  เส้นใยสังเคราะห์  และยางพารา  เป็นต้น
  
ประเภทของพอลิเมอร์                   

              พอลิเมอร์เป็นสารที่มีอยู่มากมายหลายชนิด  ซึ่งในแต่ละชนิดก็จะมีสมบัติและการกำเนิดที่แตกต่างกัน  ดังนั้นการจัดจำแนกประเภทพอลิเมอร์จึงสามารถทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับว่าใช้ลักษณะใดเป็นเกณฑ์ในการพิจารณา  เราสามารถจำแนกประพอลิเมอร์ได้  โดยอาศัยลักษณะต่าง ๆ ดังต่อไปนี้
          1.  พิจารณาตามแหล่งกำเนิด
                    เป็นวิธีการพิจารณาโดยดูจากวิธีการกำเนิดของพอลิเมอร์ชนิดนั้น  ซึ่งจะสามารถจำแนกพอลิเมอร์ได้เป็น 2 ประเภท  คือ  พอลิเมอร์ธรรมชาติ  และพอลิเมอร์สังเคราะห์
                    1)  พอลิเมอร์ธรรมชาติ  (Natural Polymers)  เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ  สามารถพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด  โดยพอลิเมอร์ธรรมชาติเหล่านี้เป็นสิ่งที่สิ่งมีชีวิตผลิตขึ้นโดยอาศัยกระบวนการทางเคมีต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์  และมีการเก็บสะสมไว้ใช้ประโยชน์ตามส่วนต่าง ๆ ดังนั้นพอลิเมอร์ธรรมชาติจึงมีความแตกต่างกันไปตามชนิดของสิ่งมีชีวิตและตำแหน่งที่พบในสิ่งมีชีวิต  ตัวอย่างพอลิเมอร์ธรรมชาติ  ได้แก่  เส้นใยพืช  เซลลูโลส  และไคติน  เป็นต้น
                    2)  พอลิเมอร์สังเคราะห์  (Synthetic  Polymers)  เกิดจากการสังเคราะห์ขึ้นโดยมนุษย์  ด้วยวิธีการนำสารมอนอเมอร์จำนวนมากมาทำปฏิกิริยาเคมีภายใต้สภาวะที่เหมาะสม  ทำให้มอนอเมอร์เหล่านั้นเกิดพันธะโคเวเลนต์ต่อกันกลายเป็นโมเลกุลพอลิเมอร์  โดยสารมอนอเมอร์ที่มักใช้เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการสังเคราะห์พอลิเมอร์  คือ  สารไฮโดรคาร์บอนที่เป็นผลพลอยได้จากการกลั่นน้ำมันดิบและการแยกแก๊สธรรมชาติ  เช่น  เอททีลีน  สไตรีน  โพรพิลีน  ไวนิลคลอไรด์  เป็นต้น

          2.  พิจารณาตามมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบ
                    เป็นวิธีการพิจารณาโดยดูจากลักษณะมอนอเมอร์ที่เข้ามาสร้างพันธะร่วมกัน  โดยจะสามารถจำแนกได้เป็น 2 ประเภท  คือ
                    1)  โฮโมพอลิเมอร์  (Homopolymer)  คือ  พอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ชนิดเดียวกันทั้งหมด  เช่น  แป้ง  พอลิเมอร์  และพีวีซี  เป็นต้น
                    2)  โคพอลิเมอร์  (Copolymer)  คือ  พอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์มากกว่า 1 ชนิดขึ้นไป  เช่น  โปรตีน  ซึ่งเกิดจากกรดอะมิโนที่มีลักษณะต่าง ๆ มาเชื่อมต่อกันและพอลิเอสเทอร์  เป็นต้น
CNG กับ NGV ต่างกันอย่างไร

                        CNG ย่อมาจาก Compressed Natural Gas คือ ก๊าซธรรมชาติที่มี ”มีเทน(CH4)” เป็นส่วนประกอบหลักและถูกอัดจนมีความดันสูง ซึ่ง ถูกอัดที่แรงดัน 200 bar หรือ 3,000 psi และถูกกักเก็บไว้ในถังบรรจุก๊าซธรรมชาติอัดที่ถูกผลิตขึ้นมาเป็นพิเศษให้ สามารถรองรับแรงดันได้ โดยมีสภาพเป็นก๊าซหรือไอที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ โดยมีค่าความถ่วงจำเพาะต่ำกว่าอากาศ จึงเบากว่าอากาศ เมื่อเกิดการรั่วไหลจะฟุ้งกระจายไปตามบรรยากาศอย่างรวดเร็ว จึงไม่มีการสะสมลุกไหม้บนพื้นราบ

                     NGV ย่อมาจาก Natural Gas for Vehicle คือ เอาแปลก่อนสักหน่อยเผื่อบางคนไม่รู้ (Vehicle แปลว่า ยานพาหนะ นะครับ) Natural Gas ก็ ก๊าซธรรมชาตินั่นแหล่ะ แปลรวมๆ แบบธรรมดาๆ ก็ “ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานพาหนะ”

                    ก๊าซแอลพีจี (LPG = Liquid Petroleum Gas) เป็นก๊าซหุงต้มซึ่งเป็นของผสมระหว่างก๊าซ โพรเพนและบิวเทน ที่ถูกอัดลงในถังเหล็กภายใต้ความดันสูง ทำให้ก๊าซนี้เปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว

                   น้ำมันเบนซิน เป็นของผสมระหว่างเฮปเทนและไอโซออกเทน ใช้กับเครื่องยนต์ก๊าซโซลีน

                   การบอกคุณภาพของน้ำมันเบนซิน บอกเป็นเลขออกเทน(Octane number) โดยกำหนดให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของไอโซออกเทนบริสุทธิ์ มีเลขออกเทนเป็น 100 และ ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของนอร์มอลเฮปเทนบริสุทธิ์มีเลขออกเทนเป็น 0

                   น้ำมันดีเซล เป็นของผสมระหว่างซีเทน และแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน

                  การบอกคุณภาพของน้ำมันดีเซล บอกเป็นเลขซีเทนโดยกำหนดให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของซีเทนบริสุทธิ์มีเลขซีเทนเป็น 100 และประสิทธิภาพการเผาไหม้ของแอลฟาเมทิลแนฟทาลีนบริสุทธิ์ มีเลขซีเทนเป็น 0

ความหมายและความสำคัญของแก๊สโซฮอล์

          แก๊สโซฮอล์เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากการผสมระหว่างเอทานอล หรือ ที่เรียกว่า เอทิลแอลกอฮอล์ (ETHYL ALCOHOL) ซึ่งเป็น แอลกอฮอล์ ที่ได้จากการแปรรูปจากพืชจำพวกแป้งและน้ำตาล เช่น อ้อย ข้าว ข้าวโพด มันสำปะหลัง ฯลฯ และเป็นแอลกอฮอล์ บริสุทธิ์ 99.5 % โดยปริมาตร ผสมกับน้ำมันเบนซินไร้สารตะกั่วออกเทน 91 (ชนิดที่มีคุณสมบัติบางตัวต่างจากเบนซิน 91 ที่จำหน่ายอยู่ในปัจจุบัน) ในอัตราส่วนเบนซิน 9 ส่วน เอทานอล 1 ส่วน จึงได้เป็นน้ำมันแก๊สโซฮอล์ ออกเทน 95

       ส่วนที่เรียกแก๊สโซฮอล์นั้น ทับศัพท์มาจากภาษาอังกฤษจากคำว่า GASOLINE และ ETHANOL รวมกันเป็น GASOHOL สำหรับการผสมแอลกอฮอล์ในน้ำมันเบนซินในข้างต้น เป็นในลักษณะของสารเติมแต่งปรับปรุงค่า Oxygenates และออกเทน (Octane) ของน้ำมันเบนซิน ซึ่งสามารถใช้ทดแทนสารเติมแต่งชนิดอื่นที่นิยมใช้ในปัจจุบัน คือ MethyL-Tertiary-ButyL-Ether (MTBE) ซึ่งต้องนำเข้าจากต่างประเทศมูลค่าหลายพันล้านต่อปี

ข้อดีของการใช้น้ำมันแก๊สโซฮอล์

ผลดีต่อเครื่องยนต์

ผลดีต่อประเทศ 

1. ช่วยประหยัดเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับน้ำมันเบนซินออกเทน 95  1. ช่วยลดการนำเข้าน้ำมันเชื้อเพลิงจากต่างประเทศลดการขาดดุลทางการค้า
2. ไม่มีผลกระทบต่อสมรรถนะการใช้งานและอัตราการเร่งดีกว่าหรือไม่แตกต่าง จากน้ำมันเบนซิน 95 2. ใช้ประโยชน์จากพืชผลทางการเกษตรสูงสุดและยกระดับราคาพืชผลทางการเกษตร
3. ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการดำเนินการปรับแต่งเครื่องยนต์ 3. เครื่องยนต์มีการเผาไหม้ที่ดีขึ้นทำให้ช่วยลดมลพิษไอเสียทางอากาศและแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม
4. สามารถเติมผสมกับน้ำมันที่เหลืออยู่ในถังได้เลย โดยไม่ต้องรอให้น้ำมันในถังหมด 4. โดยสามารถลดปริมาณไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอนมอนนอกไซด์ลง 20-25% ทำให้ลดค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับสุขภาพของประชาชนในประเทศ

-

5. ทำให้เกิดการลงทุนที่หลากหลายทั้งด้านการเกษตรและอุตสาหกรรม

เพื่อชาติ

เพื่อคุณ

1. เป็นพลังงานทดแทน ผลิตจากพืชเกษตรในประเทศ ใช้แทนสารเพิ่มออกเทนที่นำเข้าจากต่างประเทศ ประหยัดเงินตราต่างประเทศมากกว่า 3,000 ล้านบาทต่อปี 1. ได้ใช้น้ำมันเบนซินออกเทน 95 ในราคาที่ประหยัดลง 50 สตางค์ต่อลิตร
2. ประหยัดการใช้น้ำมันที่มีอยู่อย่างจำกัด โดยการนำเอทานอลมาผสมกับน้ำมันเบนซิน จะช่วยลดการใช้น้ำมันของประเทศลงได้ประมาณ 10% หรือเดือนละ 25 ล้านลิตร 2. ช่วยให้เครื่องยนต์เผาไหม้สะอาด สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
3. เกษตรกรไทยมีรายได้สูงขึ้น มีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นจากการผลิตเอทานอลที่ได้จากพืชเกษตร 3. ได้มีส่วนช่วยเหลือเกษตรกร เพื่อนร่วมชาติให้ขายผลผลิตได้ในราราที่สูงขึ้น
4. ลดมลพิษทางอากาศ โดยลดไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอนมอนออกไซด์ ลงได้ 20-25% ช่วยลดคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นปัจจัยหลัก ที่ก่อให้เกิดสภาวะเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ (GREEN HOUSE EFFECT) รวมทั้งลดควันดำ ลดสารอะโรเมติกส์และลดสารเบนซิน 4. ได้ช่วยลดมลพิษทางอากาศ ซึ่งส่งผลถึงชีวิตตนเอง ลูกหลาน และเพื่อนร่วมชาติ
5. ช่วยกระจายการลงทุน การจ้างงานสู่ชนบท  

                  น้ำมันดับเป็นของผสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด ทั้งแอลเคน ไซโคลแอลเคน น้ำ และสารประกอบอื่น ๆ การกลั่นน้ำมันดิบจึงใช้การกลั่นลำดับสวน ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้

กระบวนการกลั่นน้ำมัน

         1. ก่อนการกลั่นต้องแยกน้ำและสารประกอบต่าง ๆ ออกจากน้ำมันดิบก่อน จนเหลือแต่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่

2. ส่งผ่านสารประกอบไฮโดรคาร์บอนผ่านท่อเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิ  320 – 385OC  น้ำมันดิบที่ผ่านเตาเผาจะมีอุณหภูมิสูง จนบางส่วนเปลี่ยนสถานะเป็นไอปนไปกับของเหลว

3. ส่งสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทั้งที่เป็นของเหลวและไอผ่านเข้าไปในหอกลั่น ซึ่งหอกลั่นเป็นหอสูงที่ภายในประกอบด้วยชั้นเรียงกันหลายสิบชั้น แต่ละชั้นจะมีอุณหภูมิแตกต่างกัน ชั้นบนมีอุณหภูมิต่ำ ชั้นล่างมีอุณหภูมิสูง ดังนั้นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลต่ำและจุดเดือดต่ำจะระเหยขึ้นไปและควบแน่นเป็นของเหลวบริเวณชั้นที่อยู่ส่วนบนของหอกลั่น ส่วนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงและจุดเดือดสูงกว่าจะควบแน่นเป็นของเหลวอยู่ในชั้นต่ำลงมาตามช่วงอุณหภูมิของจุดเดือด สารประกอบไฮโดรคาร์บอนบางชนิดที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกันจะควบแน่นปนกันออกมาชั้นเดียวกัน การเลือกช่วงอุณหภูมิในการเก็บผลิตภัณฑ์จึงขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการใช้ผลิตภัณฑ์ที่ได้

สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงมาก เช่น น้ำมันเตา น้ำมันหล่อลื่น และยางมะตอย ซึ่งมีจุดเดือดสูงจึงยังคงเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิของการกลั่น และจะถูกแยกอยู่ในชั้นตอนล่างของหอกลั่น

ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นปิโตรเลียม สมบัติ และการใช้ประโยชน์ 

ผลิตภัณฑ์ที่ได้

จุดเดือด (OC)

สถานะ

จำนวน C

การใช้ประโยชน์

แก๊สปิโตรเลียม

< 30

แก๊ส

1 – 4

ทำสารเคมี วัสดุสังเคราะห์ เชื้อเพลิงแก๊สหุงต้ม

แนฟทาเบา

30 – 110

ของเหลว

5 – 7

น้ำมันเบนซิน ตัวทำละลาย

แนฟทาหนัก

65 – 170

ของเหลว

6 – 12

น้ำมันเบนซิน แนฟทาหนัก

น้ำมันก๊าด

170 – 250

ของเหลว

10 – 14

น้ำมันก๊าด เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ไอพ่น และตะเกียง

น้ำมันดีเซล

250 – 340

ของเหลว

14– 19

เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล

น้ำมันหล่อลื่น

> 350

ของเหลว

19 – 35

น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันเครื่อง

ไข

> 500

ของแข็ง

> 35

ใช้ทำเทียนไข เครื่องสำอาง ยาขัดมัน ผลิตผงซักฟอก

น้ำมันเตา

> 500

ของเหลวหนืด

> 35

เชื้อเพลิงเครื่องจักร

ยางมะตอย

> 500

ของเหลวหนืด

> 35

ยางมะตอย เป็นของแข็งที่อ่อนตัวและเหนียวหนืดเมื่อถูกความร้อน ใช้เป็นวัสดุกันซึม

                   แก๊สธรรมชาติและแก๊สธรรมชาติเหลว ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดต่าง ๆ เช่น มีเทน (CH4) อีเทน (C2H6) โพรเพน (C3H8) บิวเทน (C4H10) เพนเทน (C5H12) กับสารที่ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอน ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ไอปรอท และไอน้ำ ดังตาราง

สารประกอบ

สูตรโมเลกุล

ร้อยละโดยปริมาตร

มีเทน

CH4

50 – 80

อีเทน

C2H6

5 – 10

โพรเพน

C3H8

2 – 7

บิวเทน

C4H10

1 – 3

เพนเทน

C5H12

น้อยกว่า 1

คาร์บอนไดออกไซด์

CO2

10 – 25

ไนโตรเจน

N2

1-4

อื่น ๆ (เฮกเซน ไอน้ำ ฮีเลียม ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และปรอท

H2S

น้อยกว่า 0.5

            แก๊สธรรมชาติและแก๊สธรรมชาติเหลวที่ขุดเจาะขึ้นมาได้ ก่อนจะนำไปใช้ต้องผ่านกระบวนการแยกแก๊สก่อน เพื่อแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ปะปนกันอยู่ตามธรรมชาติออกเป็นแก๊สชนิดต่าง ๆ โดยผ่านกระบวนการดังนี้

           1. หน่วยกำจัดสารปรอท เพื่อป้องกันการผุกร่อนของท่อจากการรวมตัวกับปรอท

           2. หน่วยกำจัดแก๊ส H2S และ CO2 เนื่องจาก H2S มีพิษและกัดกร่อน ส่วน CO2 ทำให้เกิดการอุดตันของท่อ เพราะว่าที่ระบบแยกแก๊สมีอุณหภูมิต่ำมาก การกำจัด CO2 ทำโดยใช้สารละลาย K2CO3ผสมตัวเร่งปฏิกิริยา CO2 ที่ได้นำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมทำน้ำแข็งแห้ง น้ำยาดับเพลิง และฝนเทียม

          3. หน่วยกำจัดความชื้น เนื่องจากความชื้นหรือไอน้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งทำให้ท่ออุดตัน ทำโดยการกรองผ่านสารที่มีรูพรุนสูง และสามารถดูดซับน้ำออกจากแก๊สได้ เช่น ซิลิกาเจล

          4. แก๊สธรรมชาติที่ผ่านขั้นตอนแยกสารประกอบที่ไม่ใช่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนออกไปแล้ว จะถูกส่งไปลดอุณหภูมิและทำให้ขยายตัวอย่างรวดเร็ว แก๊สจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวและส่งต่อไปยังหอกลั่นเพื่อแยกแก๊สมีเทนออกจากแก๊สธรรมชาติ ผ่านของเหลวที่เหลือซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนผสมไปยังหอกลั่น เพื่อแยกแก๊สอีเทน แก๊สโพรเพน แก๊สปิโตรเลียมเหลว (C3+C4)  และแก๊สโซลีนธรรมชาติหรือแก๊สธรรมชาติหลว (liquefied natural gas)  (C 5 อะตอมขึ้นไป)

ท่อส่งแก๊สธรรมชาติ

            เป็นท่อที่ทำด้วยเหล็กกล้า (steel) ขนาดและความหนาของท่อขึ้นอยู่กับแรงดันที่ใช้ในการส่งแก๊ส และสภาพพื้นที่ในการวางท่อบนพื้นที่ภูเขา/ไม่มีชุมชน  และในพื้นที่ชุมชน/พื้นที่ทำกิน ฝังท่อลึก 1–1.5 เมตร บริเวณพื้นที่ลอดใต้ถนนฝังท่อลึก 3 เมตร ท่อส่งแก๊สจะถูกเคลือบผิวภายนอกเพื่อป้องกันการผุกร่อน สำหรับท่อในทะเลต้องเคลือบ 2 ชั้น คือการเคลือบเพื่อป้องกันการผุกร่อน และการพอกด้วยคอนกรีตเพื่อเพิ่มน้ำหนักให้ท่อจมลงยังพื้นท้องทะเล

ท่อส่งแก๊ส

ซิลิกาเจล

              ซิลิกาเจล มีสูตรโมเลกุล mSiO2.n H2O ไม่ละลายน้ำและตัวทำละลาย ไม่มีกลิ่น ไม่เกิดปฏิกิริยากับสารอื่น ผลิตได้หลายวิธีคือทำให้มีซิลิกาเจลหลายชนิดซึ่งมีขนาดของรูพรุนในโครงสร้างที่แตกต่างกัน เป็นสารที่ใช้ดูดความชื้นได้ดีมาก

แก๊สธรรมชาติและแก๊สปิโตรเลียมเหลว

              แก๊สธรรมชาติและแก๊สปิโตรเลียมเหลว (Liquefied petroleum gas : LPG) เป็นแก๊สที่ไม่มีกลิ่น จึงมีการเติมสารเมอร์แคปแทน (Mercaptan) ซึ่งมีกลิ่นเหม็นเพื่อช่วยเตือนให้ทราบเมื่อมีแก๊สรั่ว เมอร์แคปแทน เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีหมู่ –SH เกาะอยู่กับอะตอมคาร์บอน สารประกอบเมอร์แคปแทนที่เติมลงในแก๊สธรรมชาติอาจเป็นเมทิลเมอร์แคปแทน (CH3–SH)หรือเอทิลเมอร์แคปแทน (C2H5–SH)

              ประเทศไทยมีโรงแยกแก๊สธรรมชาติ ที่ตำบลมาบตาพุด จังหวัดระยอง และที่อำเภอขนอม จังหวัดนครศรีธรรมราช แก๊สที่แยกได้เป็นแก๊สหุงต้ม (โพรเพน + บิวเทน) ส่วนมีเทนจะส่งไปตามท่อไปยังโรงไฟฟ้า และโรงงานต่าง ๆ เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง และใช้ในการผลิตปุ๋ยเคมี ส่วนอีเทนและโพรเพนใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมผลิตพลาสติกและเส้นใย

กำเนิดปิโตรเลียม article

                  ปิโตรเลียม เป็นสารไฮโดรคาร์บอน (CH) ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยมีธาตุองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) ซึ่งอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่นปนอยู่ด้วย เช่น กำมะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน ฯลฯ ทั้งนี้ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง 3 สถานะ คือของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ โดยจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียม รวมถึงความร้อน และความดันของสภาพแวดล้อมในการเกิดและการกักเก็บปิโตรเลียม

                ปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะได้เป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ น้ำมันดิบ (Oil) และ ก๊าซธรรมชาติ ( Natural Gases)

                น้ำมันดิบ จะประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนชนิดระเหยง่ายเป็นหลัก นอกจากนั้นจะเป็นสารจำพวกกำมะถัน ไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่นปนอยู่ 
                ก๊าซธรรมชาติ เป็นปิโตรเลียมที่อยู่ในรูปของ ก๊าซ ณ อุณหภูมิ และความดันที่ผิวโลก ซึ่งประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก โดยอาจมีสัดส่วนสูงถึงร้อยละ 95 ส่วนที่เหลือจะเป็นสารจำพวกไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ บางครั้งอาจจะพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ปนอยู่ด้วย โดยจะหมายรวมถึง ก๊าซธรรมชาติเหลว ซึ่งเมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บใต้ผิวโลกซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงจะมีสภาพเป็นก๊าซ และจะกลายสภาพเป็นของเหลวเมื่อขึ้นมาสู่พื้นผิว เนื่องจากประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มเดียวกันกับก๊าซธรรมชาติ แต่มีจำนวนคาร์บอนอะตอมในโครงสร้างโมเลกุลสูงกว่าก๊าซธรรมชาติ จึงเรียกว่า ก๊าซธรรมชาติเหลว

กำเนิดปิโตรเลียม

              ปัจจุบันนักธรณีวิทยามีความเชื่อว่า ปิโตรเลียมมีต้นกำเนิดมาจากการตายทับถมกันของซากพืชซากสัตว์ภายใต้พื้นโลกเป็นเวลาล้านๆ ปี จนกลายเป็นชั้นหิน และด้วยอุณหภูมิ และความดันที่สูง ซึ่งเป็นผลมาจากการเคลื่อนตัวของชั้นหินและอุณหภูมิใต้พิภพ อีกทั้งยังต้องมีปริมาณของออกซิเจน (O) ต่ำเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสลายตัวของอินทรียสารจากซากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ จากนั้นสารอินทรีย์ซึ่งมีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนมาก ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างช้าๆ จนในท้ายที่สุดจะแปรสภาพเป็นก๊าซธรรมชาติและน้ำมันดิบสะสมและซึมผ่านในชั้นหินที่มีรูพรุน เช่น ชั้นหินทรายและชั้นหินปูน ซึ่งโดยปกติจะปริมาณการสะสมตัวประมาณ 5.25% ของปริมาตรหิน ทั้งนี้ไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินข้างเคียงได้

ลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินที่เหมาะสมในการกักเก็บปิโตรเลียม คือ

               โครงสร้างรูปโค้งประทุนคว่ำ เกิดจากการคดโค้งของชั้นหิน ทำให้มีรูปร่างโค้งคล้ายกระทะคว่ำหรือหลังเต่าน้ำมันและก๊าซธรรมชาติจะเคลื่อนเข้าไปรวมตัวกันอยู่ในส่วนโค้งก้นกระทะด้านบน โดยมีชั้นหินเนื้อแน่นปิดทับอยู่ 
               โครงสร้างรูปประดับชั้น สามารถเกิดขึ้นได้หลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของชั้นหิน โดยที่ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมจะถูกปิดล้อมเป็นกะเปาะอยู่ระหว่างชั้นหินเนื้อแน่น 
              โครงสร้างรูปโดม เกิดจากการดันตัวของโดมเกลือ ผ่านชั้นหินกักเก็บน้ำมัน และจะเกิดการสะสมของปิโตรเลียมอยู่ด้านข้างของชั้นโดมเกลือนั้น 
               โครงสร้างรูปรอยเลื่อน เกิดการเลื่อนตัวชั้นหิน ทำให้เกิดรอยแตก (Fault) ขึ้น และทำให้ชั้นหินที่มีเนื้อแน่นเลื่อนมาปิดทับชั้นหินที่มีรูพรุนที่มีปิโตรเลียมอยู่ ปิโตรเลียมจึงสามารถกักเก็บอยู่ในชั้นหินนั้นได้

 

การค้นพบปิโตรเลียม

              นักโบราณคดีเชื่อว่าประมาณ 2,500 ปีก่อนคริสตกาล ชนเผ่าบาบิโลเนียน (Babylonian) เป็นชนเผ่าแรกที่มีการใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงแทนไม้ และเมื่อประมาณ 1,000 ปีก่อนคริสตกาล ชาวจีนเป็นชาติแรกที่มีการทำเหมืองถ่านหินและขุดเจาะบ่อก๊าซธรรมชาติลึกเป็นระยะร้อยเมตรได้

             ซามูเอล เอ็ม เกียร์ (Samuel M. Kier) เป็นบุคคลแรกที่ถือได้ว่าขุดพบน้ำมัน โดยในปี พ.ศ. 2391 เขาได้ขุดพบน้ำมันโดยบังเอิญจากบ่อที่เขาขุดขึ้นบนฝั่งแม่น้ำอัลเลเกนี (Allegheny) ในมลรัฐเพ็นน์ซิลวาเนีย (Pennsylvania) และตั้งชื่อน้ำมันดังกล่าวว่า น้ำมันซีนีกา (Seneca oil) ซึ่งเป็นชื่อพื้นเมืองอเมริกัน ต่อมาเมื่อเกิดภาวะขาดแคลนน้ำมันปลาวาฬ ซึ่งขณะนั้นนิยมใช้เป็นเชื้อเพลิงให้แสงสว่าง และใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่นสำหรับเครื่องยนต์ต่างๆ กันอย่างแพร่หลาย จึงเป็นแรงผลักดันให้มีการแสวงหาปิโตรเลียมมาใช้ทดแทน และนำไปสู่การจัดตั้งบริษัทเจาะหาน้ำมันชื่อ บริษัทซีนีกาออยส์ จำกัด (Seneca Oil Company) ขึ้นมา

            ในช่วงปี พ.ศ. 2402 เป็นช่วงของ ยุคตื่นน้ำมัน ซึ่งเริ่มจากการที่ เอ็ดวิน แอล เดรก (Edwin L. Drake) ถูกส่งไปเจาะสำรวจหาน้ำมันที่เมืองทิทัสวิลล์ (Titusville) ในมลรัฐเพ็นน์ซิลวาเนีย (Pennsylvania) และเขาได้ขุดพบน้ำมันที่ระดับความลึก 69.5 ฟุต โดยมีน้ำมันไหลออกมาด้วยอัตรา 10 บาเรลต่อวัน จึงถือเป็นการเริ่มต้นธุรกิจน้ำมันในเชิงพาณิชย์ของโลกนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

            สำหรับประเทศไทยนั้นมีหลักฐานปรากฏนับเป็นเวลามากกว่าร้อยปีมาแล้วว่า เจ้าหลวงเชียงใหม่ได้รับรายงานว่ามีการไหลซึมออกมาของปิโตรเลียมที่ฝาง และชาวบ้านในบริเวณนั้นได้ใช้น้ำมันดิบนี้เป็นยาทาแก้โรคผิวหนัง เจ้าหลวงเชียงใหม่จึงได้รับสั่งให้มีการขุดบ่อตื้นขึ้น เพื่อกักเก็บน้ำมันดิบที่ไหลซึมออกมานี้ไว้ และเป็นที่เรียกขานกันในเวลาต่อมาว่า “บ่อหลวง” ต่อมาในปี พ.ศ. 2464 พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระกำแพงเพ็ชรอัครโยธิน เมื่อครั้งทรงดำรงตำแหน่งผู้บัญชาการรถไฟ ได้ทรงริเริ่มนำเข้าเครื่องเจาะมาเพื่อทำการเจาะสำรวจหาน้ำมันดิบ ในบริเวณที่มีผู้พบน้ำมันดิบไหลขึ้นมาบนผิวดินที่บ่อหลวง และยังทรงว่าจ้างนักธรณีวิทยาชาวอเมริกันเข้ามาสำรวจหาน้ำมันดิบ และถ่านหินในประเทศไทยอีกด้วย

 ดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่ : http://www.dmf.go.th/dmfweb/index.php?option=com_content&view=article&id=181&Itemid=6&lang=th

           ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในตัวเราและรอบๆ ตัวเรา มีทั้งปฏิกิริยาง่ายๆ ไปจนถึงปฏิกิริยาที่ซับซ้อน   ในบทนี้นักเรียนจะได้ศึกษาปฏิกิริยาบางชนิดที่เกิดขึ้นและใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน   ซึ่งบางปฏิกิริยามีผลต่อสิ่งแวดล้อม
           ปฏิกิริยาที่เผาไหม้ของเชื้อเพลิงต่างๆ เช่น แก๊สหุงต้มน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้ในยานพาหนะและในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ   นอกจากจะให้พลังงานจำนวนมากนำไปใช้ประโยชน์ในกิจกรรมต่างๆ ยังก่อให้เกิดผลเสียตามมา   เพราะเชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่ ถ่านหินและน้ำมันดิบที่เกิดอยู่ใต้พื้นโลก   มักมีประโยชน์ต้องนำมากกลั่นหรือเผาที่อุณหภูมิสูง   ขณะกลั่นกำมะถันจะทำปฏิกิริยารวมตัวกับออกซิเจน   ให้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์  SO2 ซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวกับแก๊สออกซิเจนต่อไปนี้   ให้แก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ SO3 เกิดขึ้นดังสมการ

 S + O2  ——-> SO2

2SO2 + O2  ——-> 2SO3

           เมื่อแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ถูกความชื้นในอากาศจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกับละอองน้ำ   เกิดเป็นกรดกำมะถัน H2SO4  ดังสมการ   ถ้ากรดที่เกิดขึ้นมีปริมาณมาก   เมื่อฝนตกก็จะชะลงมากับฝนเรียกว่า ฝนกรด

SO3  + H2O ——-> H2SO4

-   ประเทศไทยเคยมีฝนกรดเกิดขึ้นที่ใด   และมีสาเหตุมาจากอะไร
-   ฝนกรดมี pH เท่าไร   และก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร   ให้นักเรียนวัด pH ของน้ำฝน น้ำปะปา หรือน้ำคลอง   และเปรียบเทียบกับ pH ของฝนกรด

           ในเมืองอุตสาหกรรมและเมืองใหญ่ๆ ที่มีการใช้เชื้อเพลิงในปริมาณมาก   จะมีแก๊สไนโตรเจนมอนอไซด์ (NO) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) โอโซน (O3) และ SO2[เกิดขึ้นตามมาด้วย แก๊ส  NO2 ส่วนใหญ่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ ดังสมการ

2NO + O2  -------> 2NO2

           แก๊ส NO2 ในอากาศ   เมื่อถูกแสงอาทิตย์จะสลายตัวเป็นแก๊ส  NO และอะตอมอิสระของออกซิเจน  ซึ่งสามารถรวมัตัวกับแก๊ส O2 ต่อไปเป็น O3 ดังสมการ

O2  + O -------> O3 

          
           ในวันที่มีความกดอากาศสูง   แก๊ส  SO3 , NO2 และ  O3 ตลอดจนฝั่นละอองและสารไฮโดรคาร์บอนที่เป็นละอองเล็กๆ   ลอยปะปนกันอยู่ในระดับต่ำ   เกิดเป็นหมอกควันที่เรียกว่า สม็อก (smog) ถ้าปริมาณมากทำให้เกิดทัศนวิสัยต่ำบดบังการมองเห็นซึ่งเป็นอนตรายมาก   โดยเฉพาะกับกิจกรรมที่เกี่ยวกับการบินหรือการเดินทาง นอกจากนั้นแก๊ส  NO2 และ  O3 ยังก่อให้เกิดการระคายเคืองกับดวงตาและทางเดินหายใจ   หากได้รับปริมาณมากจะก่อให้เกิดอันตรายได้เช่นกัน

 smog มากจากคำว่า smoke + fog

หมอกควันที่เกิดขึ้นเป็นประจำในกรุงเทพฯ

           ในวันที่อากาศปลอดโปร่ง แก๊ส SO3 และ  NO2 ลอยขึ้นสูงไปตามกระแสลม   เมื่อได้รับความชื้นในอากาศจากเมฆและฝน SO3 รวมตัวเกิดเป็นกรดกำมะถัน  (H2SO4) ส่วน  NO2 รวมตัวกับละอองน้ำเป็นกรดไนตริก (HNO3) เมื่อตกลงมาบนพื้นดินจะเป็นฝนกรดเหมือนกัน
           ปฏิกิริยาอีกชนิดหนึ่งที่พบเห็นทั่วๆ ไปคือ ปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็ก โดยทั่วไป ตึก สะพาน และสิ่งก่อสร้างต่างๆ มีเหล็กเป็นองค์ประกอบของโครงสร้าง   เมื่อเหล็กถูกอากาศและความชื้นจะค่อยๆสึกกร่อน กลายเป็นสนิมเหล็ก Fe2O3 .H2O ดังสมการ

\displaystyle4Fe+3O_2\xrightarrow{{H_2 O}}2Fe_2O_3 .H_2O

-   เปรียบเทียบสมบัติของเหล็กและสนิมเหล็ก
บอกวิธีเก็บรักษาหรือป้องกันของต่อไปนี้ไม่ให้เกิดสนิม : ตะปู ลูกกรงเหล็ก สะพาน มีที่ทำจากเหล็ก
-   นอกจากเหล็กมีโลหะใดอีกที่เกิดสนิม และสนิมของโลหะเหล่านั้นคืออะไร
           ปฏิกิริยาการสลายตัวของโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต \displaystyle (NaHCO_3) ด้วยความร้อนให้แก๊ส \displaystyle CO_2 , Na_2CO_3 และ \displaystyle H_2O มีประโยชน์ในการทำขนมหลายชนิดเช่น เค้ก ขนมถ้วยฟู และขนมสาลี เมื่อผสม \displaystyle NaHCO_3 (เรียกกันทั่วไปว่า ผงฟู) ลงในส่วนผสมของขนมแล้วนำไปอบหรือนึ่ง ผงฟูจะสลายตัวให้แก๊ส \displaystyle CO_2  ซึ่งพยายามแทรกตัวออกมา  ทำให้เกิดเป็นโพรงอากาศอยู่ทั่วไปในขนม ขนมจึงมีลักษณะพองหรือฟูขึ้น

\displaystyle NaHCO_3เป็นส่วนผสมในเค้ก

           นอกจากนี้ยังใช้ประโยชน์ในดับไฟป่า   โดยโปรยผง \displaystyle NaHCO_3 จากเครื่องบินลงบิเวณเหนือไฟป่า แก๊ส \displaystyle CO_2 ที่เกิดขึ้นเป็นแก๊สที่หนักกว่าอากาศ   จึงปกคลุมไม่ให้เชื้อเพลิงได้รับแก๊สออกซิเจน   ทำให้บรรเทาหรือหยุดการเผาไหม้ลงได้ระดับหนึ่ง



การโปรยผง \displaystyle NaHCO_3 ในระดับไฟป่า

           ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ \displaystyle (H_2O_2) เป็นสารใช้ฟอกสีผสมและฆ่าเชื้อโรค   โดยปกติจะสลายตัวได้เองอย่างช้าๆ   ให้น้ำและ \displaystyle O_2 เกิดขึ้น   ดังสมการ   แสงสว่างและความร้อนจะช่วยเร่งให้เกิดการสลายตัวเร็วขึ้น   ดังนั้นจึงต้องเก็บไว้ในที่มืด   หรือในภาชนะสีนำตาลเข้ม และในที่เย็น

\displaystyle2H_2O_2\to2H_2 O+O_2

           ปฏิกิริยาในแบตเตอรี่ชนิดต่างๆ เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า   ซึ่งนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น แบตเตอรี่ที่มช้ในรถยนต์ประเภทต่างๆ   เป็นปฏิกิริยาระหว่างแผ่นตะกั่ว (Pb) ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้ว (-) และตะกั่วไดออกไซด์ \displaystyle (PbO_2) ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก (+) กับกรดซัลฟิวริก \displaystyle (H_2SO_4) เข้มข้นประมาณ 30-38% โดยน้ำหนักเขียนสมการเคมีของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

\displaystyle Pb+PbO_2+2H_2SO_4\to2PbSO_4+2H_2O


แบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ใช้ในรถยนต์

           แบตเตอรี่อีกชนิดหนึ่ง   เรียกว่าแบตเตอรี่ปรอท   เป็นแบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กมาก เบา จึงนิยมใช้ในเครื่องมือเครื่องใช้อิเล็กทรอนิกส์ เช่น นาฬิกาข้อมือ   เครื่องวัดแสงในกล้องถ่ายรูป   เครื่องช่วยฟัง   เครื่องคิดเลขติดกระเป๋า เป็นต้น   ปฏิกิริยาในแบตเตอรี่ มีสังกะสี (Zn) เป็นขั้วลบ (-) และปรอทออกไซด์ (Hgo) เป็นขั้วบวก (+) ในสารผสมระหว่างโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) กับสังกะสีไฮดรอกไซด์ http://www.vcharkarn.com/latexrender/pictures1/c0e/0a9/b87/f83/c76/931/c76/c76/931/c76/faf/d9e/ad6/6cd/1c6/297/ffd/e28/e28ba5c88de9c72e65c5a7e4b426c2bf.png&#8221; align=”absmiddle” />

อุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้แบตเตอรี่แบบปรอท

           นอกจากนี้   ยังมีแบตเตอรี่ชนิดอื่นๆ อีก เช่น แบตเตอรี่อัลคาไลน์ แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียม หรือเรียกสั้นๆ ว่า NICAD และแบตเตอรี่ที่ใส่ในตัวคนไข้ที่หัวใจเต้นไม่ปกติ   ซึ่งต่างผลิตกระแสไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมีของโลหะและเบสที่แตกต่างกันไป
           ปฏิกิริยาการสลายตัวของหินปูน \displaystyle CaCO_3 ด้วยความร้อน ให้แก๊ส \displaystyle CO_2   และปูนขาว (CaCO) นำมาใช้ในอุตสาหกรรม
           ปฏิกิริยาระหว่างหินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนตกับกรดกำมะถันหรือกรดดินประสิว   ซึ่งมีอยู่ในฝนกรด เกิดเป็นแคลเมียมซัลเฟต \displaystyle (CaSO_4)  หรือแคดเซียมไนเตรด \displaystyle [Ca(NO_3)_2] และแก๊ส \displaystyle CO_2 ดังสมการ   ปฏิกิริยานี้เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ รูปปั้น รูปแกะสลัก ตึกรามบ้านช่อง และสิ่งก่อสร้างที่ทำด้วยหินปูนหรือหินอ่อนเกิดการสึกกร่อนเสียหาย

 

  ดูเพิ่มเติมที่  http://www.bwc.ac.th/e-learning/nok/unit1_4.swf

               1.   ความเข้มข้นของสารตั้งต้น   กรณีที่สารตั้งต้นเป็นสารละลาย ถ้าสารตั้งต้นมีความเข้มข้นมากจะเกิดเร็ว เนื่องจากตัวถูกละลายมีโอกาสชนกันมากขึ้นบ่อยขึ้น   ในทางตรงกันข้ามถ้าเราเพิ่มปริมาตรของสารละลายโดยความเข้มข้นเท่าเดิม อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเท่าเดิม

 

              2.   พื้นที่ผิวสัมผัส กรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะเป็นของแข็ง สารที่มีพื้นที่ผิวสัมผัสมากจะทำปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เนื่องจากสัมผัสกันมากขึ้น  ใช้พิจารณากรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะของแข็ง ดังภาพ

ความแตกต่างของ พื้นที่ผิว

 

              3. ความดัน กรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะเป็นก๊าซ ถ้าความดันมากปริมาตรก็ลดลง และปฏิกิริยาก็จะเกิดได้เร็ว เนื่องจากอนุภาคของสารมีโอกาสชนกันมากขึ้นบ่อยขึ้นในพื้นที่ที่จำกัดนั่นเอง ดังภาพ

กล่องข้อความ:    

          4. อุณหภูมิ การที่อุณหภูมิของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลของสารในระบบจะมีพลังงานจลน์สูงขึ้นและมีการชนกันของโมเลกุลมากขึ้น

ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำ ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง

 

            5. ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) หมายถึงสารเคมีที่ช่วยทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้นเนื่องจากตัวเร่งจะช่วยในการลดพลังงานกระตุ้นโดยช่วยปรับกลไกในการเกิดปฏิกิริยาให้เหมาะสมกว่าเดิม โดยจะเข้าไปช่วยตั้งแต่เริ่มปฏิกิริยาแต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาจะกลับมาเป็นสารเดิม

            6.   ธรรมชาติของสาร   เนื่องจากสารมีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งแตกต่างกัน โดยปกติสารประกอบไอออนิกจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าสารประกอบโควาเลนต์ ดังนั้นสารประกอบไอออนิกจะเกิดปฏิกิริยาเร็วกว่าสารประกอบโควาเลนต์

                   อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี หมายถึง ปริมาณสารตั้งต้นที่หายไปต่อหนึ่งหน่วยเวลา หรือปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นต่อหนึ่งหน่วยเวลา

เมื่อพิจารณาจากปฏิกิริยาต่อไปนี้

A + 2B ————-> C ………..(1)

                 ในขณะที่ปฏิกิริยาดำเนินไป สาร A และสาร B เป็นสารตั้งต้นถูกใช้ไปดังนั้นความเข้มข้นของสาร A และ B จะลดลง ส่วนความเข้มข้นของสาร C ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้น จากปฏิกิริยา (1) จะพบว่าอัตราการลดลงของสาร A เป็นครึ่งหนึ่งของการลดลงของสาร B

ดังนั้นเมื่อเขียนความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาในรูปของสารต่างๆ จะต้องคิดต่อ 1 โมลของสารนั้น ซึ่งสามารถเขียนได้ดังนี้

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี  =    ปริมาณของสารตั้งต้นที่ลดลง/ เวลา
                                           =    ปริมาณของสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น / เวลา

                 อัตราเร็วเฉลี่ย  หมายถึง อัตราเร็วโดยเฉลี่ย  ตั้งแต่เริ่มต้น จนปฏิกิริยาเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง  เช่น  อัตราเร็วเฉลี่ยในช่วง 10 วินาที ( หาได้จากการทดลอง)

                อัตราเร็ว ณ เวลาหนึ่ง   หมายถึง   อัตราเร็วของปฏิกิริยาที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง  เช่น  อัตราเร็ว ณ 10 วินาที ( หาจากค่าความชันของกราฟระหว่างปริมาณสารกับเวลา)

พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยา

                      พลังงานเคมี (Chemical energy)  เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงอยู่ในโครงสร้างของสาร เช่น อยู่ในรูปของน้ำมันเชื้อเพลิง ไขมัน  ซึ่งเมื่อเกิดการเผาไหม้จะปล่อยพลังงานเคมีออกมาและนำมาใช้ประโยชน์ได้พลังงานเคมีเป็นพลังงานที่มีส่วนเกี่ยวข้องและสำคัญกับสิ่งมีชีวิตมาก

                       ในการเกิดปฏิกิริยาของสารแต่ละปฏิกิริยานั้น ต้องมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี 2 ขั้นตอน ดังนี้

ขั้นที่ 1 เป็นขั้นที่ดูดพลังงานเข้าไปเพื่อสลายพันธะในสารตั้งต้น

ขั้นที่ 2 เป็นขั้นที่คายพลังงานออกมาเมื่อมีการสร้างพันธะในผลิตภัณฑ์

 1.ปฏิกิริยาดูดความร้อน ( Endothermic reaction)

                     เป็นปฏิกิริยาที่ดูดพลังงานเข้าไปสลายพันธะมากกว่าที่คายออกมาเพื่อสร้าง พันธะ โดยในปฏิกิริยาดูดความร้อนนี้สารตั้งต้นจะมีพลังงานต่ำกว่าผลิตภัณฑ์ จึงทำให้สิ่งแวดล้อมเย็นลง  อุณหภูมิลดลง เมื่อเอามือสัมผัสภาชนะจะรู้สึกเย็นดังภาพ

2.ปฏิกิริยาคายความร้อน ( Exothermic reaction)
                    เป็นปฏิกิริยาที่ดูดพลังงานเข้าไปสลายพันธะน้อยกว่าที่คายออกมาเพื่อสร้าง พันธะ โดยในปฏิกิริยาคายความร้อนนี้สารตั้งต้นจะมีพลังงานสูงกว่าผลิตภัณฑ์จึงให้พลังงานความร้อนออกมาสู่สิ่งแวดล้อมทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อเอามือสัมผัสภาชนะจะรู้สึกร้อน ดังภา
 
 

                          ปฏิกิริยาเคมี   คือ  กระบวนการที่เกิดจากการที่สารเคมีเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วส่งผลให้เกิดสาร ใหม่ขึ้นมาซึ่งมีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม การเกิดปฏิกิริยาเคมีจำเป็นต้องมีสารเคมีตั้งต้น 2 ตัวขึ้นไป (เรียกสารเคมีตั้งต้นเหล่านี้ว่า “สารตั้งต้น” หรือ reactant)ทำปฏิกิริยาต่อกัน และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางเคมี ซึ่งก่อตัวขึ้นมาเป็นสารใหม่ที่เรียกว่า “ผลิตภัณฑ์” (product) ซึ่งสารผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติทางเคมีที่เปลี่ยนไปจากเดิม 

.
 
                  หลังจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีอะตอมทั้งหมดของสารตั้งต้นไม่มีการสูญหายไปไหนแต่เกิดการแลกเปลี่ยนจากสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่ง  ซึ่งจะเห็นได้จากผลรวมของอะตอมของสารตั้งต้นจะเท่ากับผลรวมของอะตอมของผลิตภัณฑ์  เช่น
aq (aqueous)  หมายถึง  สารนั้นละลายอยู่ในน้ำ
s (solid)              หมายถึง     สารนั้นอยู่ในสถานะของแข็ง
l (liquid)            หมายถึง     สารนั้นอยู่ในสถานะของเหลว
g (gas)                  หมายถึง     สารนั้นอยู่ในสถานะแก๊ส
 ข้อสังเกตการเกิดปฏิกิริยา
สารใหม่ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมี สังเกตได้ดังนี้
      1. สี เช่น สารเดิมไม่มีสีเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี จะมีสีใหม่เกิดขึ้น (สารใหม่)
     2. กลิ่น เช่น เกิดกลิ่นฉุน กลิ่นเหม็น กลิ่นหอม
     3. ตะกอน เช่น สารละลายเลด (II) ไนเตรต และโพแทสเซียมไอโอไดด์ เป็นของเหลวใส ไม่มีสี  เมื่อผสมกันแล้วเกิดตะกอนสีเหลือง
     4. ฟองแก๊ส เช่น กรดไฮโดรคลอริก ผสมกับหินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนตเกิดฟองแก๊สขึ้น
     5. เกิดการระเบิด หรือเกิดประกายไฟ เช่น ใส่โลหะโซเดียมลงในน้ำจะเกิดประกายไฟขึ้น
    6. มีอุณหภูมิเปลี่ยน ซึ่งสารโดยทั่วไปเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเกิดการเปลี่ยนแปลง พลังงาน ความร้อนควบคู่ไปด้วยเสมอ 

                     พันธะเคมี (Chemical Bond)   หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม 2 อะตอม หรือไอออนเข้าไว้ด้วยกันเป็นโมเลกุลหรือเป็นกลุ่มของอะตอม  ทั้งนี้ แรงยึดเหนี่ยวจะขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอม (Valence Electron) เท่านั้น  มีการถ่ายโอนหรือการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันทำให้เกิดพันธะเคมีที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนให้เกิดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะขึ้นมา ทำให้โมเลกุลที่เกิดขึ้นมีความเสถียรขึ้น

                      โดยทั่วไปอะตอมของธาตุเมื่ออยู่ลำพังจะพยายามจัดตัวเอง อาจมีการรวมกับอะตอมของ ธาตุชนิดเดียวกัน หรือรวมกับอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน เพื่อให้มีอิเล็กตรอนวงนอกสุดให้เหมือน กับแก๊สเฉื่อย  ซึ่งมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในลักษณะที่มีความเสถียร กล่าวคือ  จำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมเท่ากับ 8 (ยกเว้น He ที่มีจำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ2ที่มีความเสถียรแล้ว) ซึ่งอะตอมอาจทำได้ดังนี้ 

                   1.  ให้อิเล็กตรอนแก่อะตอมอื่น 
                  2.  รับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น 
                  3.  ใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมอื่น 

พันธะไอออนิก (ionic bonds)

             พันธะไอออนิก คือ พันธะที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนบวก(cation) และไอออนลบ(anion) อันเนื่องมาจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอน จากโลหะให้แก่อโลหะ  โดยทั่วไปแล้วพันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะและอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากว่าโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชัน(ionization energy)ต่ำ แต่อโลหะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน(electron affinity)สูง ดังนั้นโลหะจึงมีแนวโน้มที่จะให้อิเล็กตรอน และอโลหะมีแนวโน้มที่จะรับอิเล็กตรอน

เมื่อโลหะเสียอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนบวก

อโลหะเมื่อรับอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนลบ

                 ประจุบวกและลบที่เกิดขึ้นก่อให้เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าซึ่งกันและกันเกิดเป็นพันธะไอออนิก

                ตัวอย่างของสารประกอบไอออนิก     เช่น  LiF              AICI 3            CaF 2              NaI            MgO

สมบัติของสารประกอบไอออนิก 

  1. ส่วนใหญ่มักเป็นสารประกอบระหว่างโลหะกับอโลหะ 
  2. มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง 
  3. ในสภาวะปกติจะไม่สามารถนำไฟฟ้าได้เพราะเป็นของแข็ง 
  4. เมื่อนำไปละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออน และสามารถนำไฟฟ้าได้
พันธะโคเวเลนต์ 

                 พันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond) เป็นพันธะที่พบมากที่สุดในโมเลกุลของสารประกอบทั่วไป เกิดจากการสร้างแรงยึดเหนี่ยวกันระหว่างอะตอม 2 อะตอม  โดยอะตอมทั้งสองมีความต้องการที่จะดึงอิเล็กตรอนไว้กับตัวเพื่อให้มีจำนวนอิเกตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตัว เหมือนแก๊สเฉื่อย หรืออาจกล่าวได้ว่าเป็นการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันของแต่ละอะตอมในโมเลกุล ซึ่งพันธะโคเวเลนต์นี้มักเกิดระหว่างอโลหะด้วยกันเอง ซึ่ง
แต่ละอะตอมก็ต้องการรับอิเล็กตรอนด้วยกันทั้งคู่  งเช่น  พันธะโคเวเลนต์ของคลอรีน (CI2)

         จากรูปด้านบนเราจะเห็นว่าคลอรีนตัวแรกมีการใช้อิเล็กตรอนกันกับคลอรีนตัวที่สองอยู่ เพียง 1 คู่ เท่านั้นโดยที่แต่ละอิเล็กตรอนจะมาจากคลอรีนแต่ละตัวจึงทำให้เกิดพันธะโคเวเลนต์เพียงหนึ่งพันธะขึ้นมาอิเล็กตรอนคู่ที่อะตอมทั้งสองใช้ร่วมกันเรียกว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ

ชนิดของพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดขึ้น พบได้ 3 รูปแบบดังนี้

  • การเกิดพันธะระหว่างอะตอม 2 อะตอม ทำให้มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่เรียกพันธะที่เกิดขึ้นว่า พันธะเดียว (Single Bond) เช่น พันธะในไฮโดรเจน H – H และพันธะในไฮโดรเจนคลอไรด์ H – CI
  • การเกิดพันธะระหว่างอะตอม 2 อะตอม ทำให้มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่  เรียกพันธะที่เกิดขึ้นว่าพันธะคู่ (Double Bond) เช่น พันธะในออกซิเจน O = O
  • การเกิดพันธะระหว่างอะตอม 2 อะตอม ทำให้มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่  เรียกพันธะที่เกิดขึ้นว่า พันธะสาม (Triple Bond) เช่น พันธะในไนโตรเจน N  N 

                                                               
                                                 พันธะเดี่ยว                             พันธะคู่                            พันธะสาม         

สมบัติของสารประกอบโคเวเลนต์

•  ส่วนใหญ่มักเป็นสารประกอบระหว่างอโลหะกับอโลหะ

•  มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ

•  ส่วนใหญ่ไม่ละลายในน้ำ แต่ถ้าละลายได้ก็จะไม่นำไฟฟ้า

พันธะโลหะ

                         พันธะโลหะ ( Metallic Bond ) เกิดจากการรวมตัวของอะตอมของโลหะหลาย ๆ อะตอมเข้าด้วยกัน เนื่องจากโลหะมีสถานะเป็นของแข็งจึงทำให้มีอนุภาคอยู่รวมกันอย่างหนาแน่นอิเล็กตรอนวงนอกสุดของโลหะจึงหลุดออกจากอะตอมหนึ่ง ๆ เป็นอิสระได้ง่าย อิเล็กตรอนอิสระนี้จะเคลื่อนที่ไปได้ในทุก ๆ อะตอมของโลหะนั้น แรงดึงดูดระหว่างอะตอมของพันธะโลหะจะแตกต่างจากพันธะไอออนิกโดยที่พันธะโลหะเป็นแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนอิสระกับโปรตอนในนิวเคลียสของทุก ๆ อะตอมที่อิเล็กตรอนวิ่งวนไป 

สมบัติของพันธะโลหะ

•  นำความร้อนได้ดี

•  นำไฟฟ้าได้

•  รีดเป็นแผ่นได้ง่าย

•  ดึงเป็นเส้นยาว ๆ ได้โดยไม่ขาดง่าย

•  จุดหลอมเหลวสูง

•  มีความเป็นมันวาว

•  เชื่อมต่อกันได้

สรุป

•  พันธะเคมี หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม 2 อะตอม หรือไอออนเข้าไว้ด้วยกัน เป็นโมเลกุลหรือเป็นกลุ่มของอะตอม

•  พันธะไอออนิกเป็นพันธะเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม มีการให้และรับอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอม เกิดเป็นสารประกอบไอออนิก

•  พันธะโคเวเลนต์ เป็นพันธะเคมีที่มีการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันของแต่ละอะตอมในโมเลกุล เป็นพันธะที่พบมากที่สุดในโมเลกุลของสารประกอบทั่วไป

•พันธะโลหะเป็นพันธะเคมีที่เกิดขึ้นกับโลหะที่มีสถานะเป็นของแข็งโดยอิเล็กตรอนวงนอกสุดของโลหะจะหลุดออกจากอะตอมหนึ่งๆ และเป็นอิสระได้ง่าย มีการเคลื่อนที่ไปทุกๆอะตอมของโลหะนั้น จึงทำให้โลหะนำความร้อนได้ดี นำไฟฟ้าได้ รีดเป็นแผ่นได้ง่าย และดึงเป็นเส้นยาว ๆ ได้

                 ตารางธาตุ (Periodic table of elements) คือ ตารางที่นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมธาตุต่างๆ ไว้เป็นหมวดหมู่ตามลักษณะ และคุณสมบัติที่เหมือนกัน เพื่อเป็นประโยชน์ในการศึกษาในแต่ละส่วนของตารางธาตุ โดยคาบ ( Period ) เป็นการจัดแถวของธาตุแนวราบ                          ส่วนหมู่ ( Group ) เป็นการจัดแถวของธาตุในแนวดิ่ง ซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้


ภาพตารางธาตุปัจจุบัน

  1. ธาตุหมู่หลัก มีทั้งหมด 8 หมู่ 7 คาบ โดยธาตุที่อยู่ด้านซ้ายของเส้นขั้นบันได จะเป็นโลหะ (Metal) ส่วนทางด้านขวาเป็นอโลหะ (Non metal) ส่วนธาตุที่อยู่ติดกับเส้นขั้นบันไดนั้น จะเป็นกึ่งโลหะ (Metalloid)
  2. ธาตุทรานซิชัน มีทั้งหมด 8 หมู่ แต่หมู่ 8 มีทั้งหมด 3 หมู่ย่อย จึงมีธาตุต่างๆ รวม 10 หมู่ และมีทั้งหมด 4 คาบ
  3. ธาตุอินเนอร์ทรานซิชัน มี 2คาบโดยมีชื่อเฉพาะเรียกคาบแรกว่าคาบแลนทาไนด์ (Lanthanide series) และเรียกคาบที่สองว่า คาบแอกทิไนด์ (Actinide series) เพราะเป็นคาบที่อยู่ต่อมาจาก 57La (Lanthanum) และ 89Ac (Actinium) ตามลำดับ คาบละ 14 ตัวรวมเป็น 28 ตัว

 

การจัดเรียงธาตุลงในตารางธาตุ

               เมื่อทราบการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุต่างๆ แล้ว จะเห็นว่าสามารถจัดกลุ่มธาตุได้ง่ายขึ้น โดยธาตุที่มีระดับพลังงานเท่ากัน ก็จะถูกจัดอยู่ในคาบเดียวกัน ส่วนธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดเท่ากัน ก็จะถูกจัดอยู่ในหมู่เดียวกัน ดังภาพ

ภาพการจัดเรียงธาตุลงในตารางธาตุ

 ประเภทของธาตุในตารางธาตุ

                      ธาตุโลหะ (metal) โลหะทรานซิชันเป็นต้นฉบับของโลหะ ธาตุโลหะเป็นธาตุที่มีสถานะเป็นของแข็ง ( ยกเว้นปรอท ที่เป็นของเหลว) มีผิวที่มันวาว  นำความร้อน และไฟฟ้าได้ดี  มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ( ช่วงอุณหภูมิระหว่างจุดหลอมเหลวกับจุดเดือดจะต่างกันมาก)   ได้แก่  โซเดียม (Na)    เหล็ก (Fe) แคลเซียม (Ca) ปรอท (Hg) อะลูมิเนียม (Al) แมกนีเซียม (Mg)   สังกะสี (Zn) ดีบุก (Sn)  เป็นต้น

                     ธาตุอโลหะ ( Non metal ) มีได้ทั้งสามสถานะ  สมบัติส่วนใหญ่จะตรงข้ามกับอโลหะ  เช่น ผิวไม่มันวาว ไม่นำไฟฟ้า ไม่นำความร้อน จุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ  เป็นต้น   ได้แก่  คาร์บอน( C ) ฟอสฟอรัส (P) กำมะถัน (S) โบรมีน (Br)   ออกซิเจน (O 2)   คลอรีน (Cl 2) ฟลูออรีน (F 2) เป็นต้น

                     ธาตุกึ่งโลหะ (metalloid)  เป็นธาตุกึ่งตัวนำ  คือ  มันจะสามารถนำไฟฟ้าได้เฉพาะในภาวะหนึ่งเท่านั้น  ธาตุกึ่งโลหะเหล่านี้จะอยู่บริเวณเส้นขั้นบันได ได้แก่  โบรอน (B) ซิลิคอน ( Si) เป็นต้น

                     ธาตุกัมมันตรังสี เป็นธาตุที่มีส่วนประกอบของ นิวตรอน กับโปรตอน ไม่เหมาะสม (>1.5) ธาตุที่ 83ขึ้นไปเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีทุกไอโซโทปมีครึ่งชีวิต

 

สมบัติของธาตุในแต่ละหมู่
ธาตุหมู่ I A หรือโลหะอัลคาไล (alkaline metal)

- โลหะอัลคาไล ได้แก่ ลิเทียม โซเดียม โพแทสเซียม รูบิเดียม ซีเซียม และแฟรนเซียม
- เป็นโลหะอ่อน  ใช้มีดตัดได้
- เป็นหมู่โลหะมีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ จึงต้องเก็บไว้ในน้ำมัน
-ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลละลายน้ำได้สารละลายเบสแก่
- เมื่อเป็นไอออน  จะมีประจุบวก
- มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ  มีความหนาแน่นต่ำเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ
- มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 1

ธาตุหมู่ II A หรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ (alkaline earth)

- โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ได้แก่ เบริลเลียม แมกนีเซียม แคลเซียม สตรอนเชียม แบเรียม เรเดียม
- มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามาก แต่น้อยกว่าโลหะอัลคาไล
- ทำปฏิกิริยากับน้ำได้สารละลายเบส สารประกอบโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธพบมากในธรรมชาติ
- โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธมีความว่องไวแต่ยังน้อยกว่าโลหะอัลคาไล
- โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 2

ธาตุหมู่ III 

- ธาตุหมู่ III ได้แก่ B   Al    Ga    In   Tl
- มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 3

ธาตุหมู่ IV 

- ธาตุหมู่ IV ได้แก่ C Si Ge Sn Pb
- มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 4

ธาตุหมู่ V 

- ธาตุหมู่ V ได้แก่ N P As Sb Bi
- มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 5

ธาตุหมู่ VI 

- ธาตุหมู่ VI ได้แก่ O   S   Se    Te    Po
- มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน = 6

ธาตุหมู่ VII หรือหมู่แฮโลเจน (Halogen group)

- หมู่ธาตุแฮโลเจน ได้แก่ ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน ไอโอดีน และแอสทาทีน
- เป็นหมู่อโลหะที่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด (F ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากที่สุด)
- เป็นธาตุที่มีพิษทุกธาตุและมีกลิ่นแรง
- โมเลกุลของธาตุแฮโลเจนประกอบด้วย 2 อะตอม (Cl 2 Br 2 I 2)
- แฮโลเจนไอออนมีประจุบลบหนึ่ง (F – C – Br – I – At -)

ธาตุหมู่ VIII หรือก๊าซเฉื่อย หรือก๊าซมีตระกูล (Inert gas )

- ก๊าซมีตระกูล ได้แก่ ฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน ซีนอน และเรดอน
- มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเต็ม 8 อิเล็กตรอน จึงทำให้เป็นก๊าซที่ไม่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา
- ก๊าซมีตระกูลอยู่เป็นอะตอมเดี่ยว แต่ยกเว้น Kr กับ Xe ที่สามารถสร้างพันธะได้

                 จากการศึกษาแบบจำลองอะตอมโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่เรียกว่าสมการคลื่น คำนวณหาค่าพลังงานอิเล็กตรอน  ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียส  โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ และอยู่ในระดับพลังงานต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านั้นอยู่กันอย่างไร ในแต่ละระดับพลังงานจะมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดเท่าใด ให้นักเรียนพิจารณาข้อมูลจากตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุ   ดังตาราง 

ตาราง แสดงการจัดอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุ

                   เมื่อพิจารณาข้อมูลในตาราง  จะพบว่าจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 1 มีได้มากที่สุด 2  อิเล็กตรอน    ระดับพลังงานที่ 2  มีได้มากที่สุด 2  อิเล็กตรอน    สำหรับระดับพลังงานที่ 3  นั้น จากการสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมทำให้ทราบว่ามีได้มากที่สุด 18 อิเล็กตรอน  นั่นคือ

แต่ละระดับพลังงานมีอิเล็กตรอนสูงสุด = 2n2 

กำหนดให้  n = ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ดังตาราง

ตารางแสดงการบรรจุอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก

ระดับพลังงานที่ (n)

1

2

3

4

5

6

จำนวนอิเล็กตรอนที่มีได้มากที่สุด (2n2)

2

8

18

32

32

32

                จากตารางจะเห็นว่า สูตร 2n2   ใช้ได้ไม่เกินระดับพลังงานที่ n = 4

หลักเกณฑ์ในการจัดอิเล็กตรอนเข้าสู่ระดับพลังงานหลักของอะตอม

  1. ต้องทราบว่าอะตอมของธาตุนั้นมีอิเล็กตรอนกี่อิเล็กตรอน โดยหาจากเลขอะตอม(Z)
  2. ต้องจัดอิเล็กตรอนเข้าไปในระดับพลังงานที่ n = 1 ให้เต็มก่อน เมื่อเต็มแล้วจึงจัดเข้าสู่ระดับพลังงาน n = 2 n = 3 ไปตามลำดับ โดยจำนวนอิเล็กตรอนที่มีได้มากที่สุดในแต่ละระดับพลังงานเท่ากับ 2n2 แต่ระดับพลังงานไม่เกิน n = 4
  3. จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดมีได้ไม่เกิน 8 อิเล็กตรอน และเรียกอิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นนอกสุดนี้ว่า  ”เวเลนซ์อิเล็กตรอน”
  4. จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดจากวงนอกสุดเข้ามา 1 ระดับพลังงานของอะตอมมีได้ไม่เกิน 18 อิเล็กตรอน

ตาราง   ความสัมพันธ์ระหว่างระดับพลังงานหลักกับระดับพลังงานย่อย

ระดับพลังงานหลัก  จำนวนอิเล็กตรอนที่มีได้สูงสุด ระดับพลังงานย่อยที่มีได้
n = 1
2
1s2
n = 2
8
2s2   2p6
n = 3
18
3s2   3p6    3d10
n = 4
32
4s2   4p6    4d10    4f14
n = 5
50
5s2   5p6    5d10    5f14

จากตารางได้ข้อสังเกตว่า

1.       ระดับพลังงานหลัก n = 1 มีเฉพาะระดับพลังงานย่อย s

           ระดับพลังงานหลัก n = 2 มีเฉพาะระดับพลังงานย่อย s, p

           ระดับพลังงานหลัก n = 3 มีเฉพาะระดับพลังงานย่อย s, p, d

           ระดับพลังงานหลัก n = 4 มีเฉพาะระดับพลังงานย่อย s, p, d, f

2.       ในระดับพลังงานย่อยจะมีตัวเลขข้างหน้าบอกระดับพลังงานหลัก ส่วนตัวเลขยกกำลังมุมขวาบนบอกจำนวนอิเล็กตรอนที่บรรจุได้สูงสุด เช่น

                                  4p6 หมายความว่าระดับพลังงานหลัก n = 4 ในระดับพลังงานย่อย p-orbital มี 6 อิเล็กตรอน

                                 4d5 หมายความว่าระดับพลังงานหลัก n = 4 ในระดับพลังงานย่อย d-orbital มี 5 อิเล็กตรอน

สัญลักษณ์นิวเคลียร์ เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป

  

  • เลขอะตอม (Atomic number)   หมายถึง  ตัวเลขที่แสดงถึงผลรวมจำนวนโปรตอนในอะตอมของธาตุ  ซึ่งมีค่าเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน  บางครั้งใช้สัญลักษณ์  Z
  • เลขมวล  (Mass  number)  หมายถึงตัวเลขที่แสดงถึงผลรวมของจำนวนโปรตอนกับนิวตรอน บางครั้งใช้สัญลักษณ์  A

A  =  Z  +  n  (จำนวนนิวตรอน)

          เช่น       บอกได้ว่า  ธาตุ  P  มีเลขอะตอม  15  ( โปรตอน  =  15,  อิเล็กตรอน  =  15 )

                                                             มีเลขมวล  31  (นิวตรอน  =  16)      

                                                            เนื่องจากจำนวนนิวตรอน  =  เลขมวล  -  เลขอะตอม

                                                                                                             =  31  -  15     =  16

                           ดังนั้นจะได้ว่า                 ===>     P  =  15 , e  =  15 , n  =  16 

                                                                      ===>     P =  19 , e  =  19  ,  n  =  20

                                                                      ===>     P =  92 , e  =  92  ,  n  =  143

  • ไอโซโทป ( Isotope ) หมายถึง  อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน มีเลขอะตอมเท่ากัน   แต่มีเลขมวลต่างกัน เช่น   
  • ไอโซบาร์ (  Isobar )   หมายถึง  อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีเลขมวลเท่ากัน   แต่มีเลขอะตอมไม่เท่ากัน เช่น  
  • ไอโซโทน   ( Isotone )  หมายถึง   อะตอมของธาตุต่างชนิดกันแต่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน เช่น  
  • ไอโซอิเล็กทรอนิก (Isoelectronic) หมายถึง ธาตุหรือไออนของธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน เช่น S2- กับ Ar มีอิเล็กตรอนเท่ากับ 18