วิชาเคมีของ ม.5 เทอม 1 จะเรียนเรื่อง แก๊ส อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี และสมดุลเคมี โดยเอาความรู้ ม.4 มาต่อยอดในเคมี ม.5 เทอม 1 ครูจะเล่าภาพรวมคร่าวๆ ของแต่ละเรื่องให้น้องอ่านจบได้ใน 4-5 นาที
แก๊ส
บทนี้จะแบ่งเป็น 3 หัวข้อหลัก กฎของแก๊ส การผสมแก๊ส ทฤษฏีจลน์ของแก๊ส
- กฎของแก๊ส อธิบายผ่านสมการ PV = nRT (Perfect gas law equation คล้ายในวิชาฟิสิกส์ แต่จะใช้หน่วยของตัวแปรต่างกัน) เริ่มจากนำสมการนี้มาจัดรูปเป็นแบบต่างๆ เช่น P(Fw) = DRT หรือ P = CRT เพื่อเอาไปใช้งานได้ 2 วิธี วิธีแรกคือนำ 3 ตัวแปรที่รู้มาแทนค่าหาอีก 1 ตัวแปรที่ไม่รู้ (P, V, n, T ถ้ารู้ 3 ตัวแปร จะหาอีกค่า 1 ตัวแปรได้) ส่วนวิธีที่สองคือจัดรูปสมการมาใช้เปรียบเทียบ 2 สภาวะ เช่น P₁V₁ = P₂V₂ ซึ่งการใช้งานทั้ง 2 วิธีนี้อธิบายได้ผ่านกราฟความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรแต่ละคู่ จะมีกราฟอยู่สิบกว่าแบบ ยกตัวอย่างเช่น กราฟที่มีแกนตั้งเป็น P แกนนอนเป็น n ที่อุณหภูมิ T₁ < T₂ เส้นกราฟจะมีลักษณะยังไง
- การผสมแก๊ส เมื่อเริ่มชินกับการคำนวณด้วยสมการกฎของแก๊สรูปแบบต่างๆแล้ว จะเริ่มนำมาใช้แก้โจทย์ที่มีการนำภาชนะบรรจุแก๊สชนิดเดียวกันมาเชื่อมต่อกัน ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ เช่น ความดันเปลี่ยนแปลงได้ในภาชนะขนาดคงที่ หรือเพิ่มอุณหภูมิแก๊สในภาชนะปิดที่มีความดันคงที่ ฯลฯ จากนั้นจึงเริ่มนำแก๊สคนละชนิดมาผสมกัน มีทั้งแบบเกิดปฏิกริยากันได้ (จำนวนโมล n ในระบบจะเปลี่ยนค่า) และแบบไม่เกิดปฏิกิริยากัน น้องจะได้ฝึกโจทย์ทุกรูปแบบที่ต้องเจอในข้อสอบ
- ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส ที่อธิบายถึงแก๊สในอุดมคติ (หรือแก๊สสมบูรณ์, ideal gas) ซึ่งมีพฤติกรรมบางอย่างต่างจากแก๊สจริงๆ (real gas) เราจะมาเจาะกันทีละประเด็นจนครบทุกจุดที่ข้อสอบออกได้ และปิดท้ายด้วยกฎการแพร่ของแก๊ส
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี บทนี้จะแบ่งเป็น 3 ส่วนคือ การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราฯ และกฎอัตราฯ
- การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี โดยทั่วไปหากเราจะหาอัตราของสิ่งใด ก็นำสิ่งนั้นมาหารด้วยเวลา ในเรื่องนี้สิ่งที่เอามาเป็นตัวตั้งเพื่อจะหารด้วยเวลานั้นคือปริมาณผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยาเคมี ซึ่งจะหน่วยได้หลากหลาย เช่น (โมล/เวลา) (มวล/เวลา) (ความเข้มข้น/เวลา) ตามความเหมาะสมว่าเราสามารถวัดค่าเป็นหน่วยใดได้สะดวก การคำนวณอัตราก็มี 2 แบบคือ อัตราฯแบบเป็นช่วงเวลา (เช่น อัตราฯในช่วง 0-10 นาที) กับอัตราฯที่จุดเวลา (เช่น อัตราฯ ณ นาทีที่ 5) และเมื่อได้อัตราฯของสารใดสารหนึ่งมาแล้ว ก็จะสามารถเทียบค่าไปหาอัตราฯของสารอื่นๆ ในสมการเคมีนั้นได้ด้วยตามสัดส่วนเลขดุลสมการ
- ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราฯ ได้แก่ ความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิที่เกิดปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยา พื้นที่ผิวสัมผัวระหว่างสารตั้งต้น ซึ่งอธิบายผ่านทฤษฎีการชน (Collision Theory คล้ายกับที่เรียนในชีววิทยาเรื่องเอนไซม์) ว่าโมเลกุลสารต้องมีการชนกัน ชนกันแรงพอ (เพื่อให้พันธะเดิมขาดออก) ในทิศทางที่เหมาะสม (เพื่อให้สร้างพันธะใหม่ได้) โดยมีจุดประสงค์เพื่อใช้ในการเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้น หรือหน่วงปฏิกิริยาให้ช้าลง
- กฎอัตราฯ (Rate laws) เรื่องนี้จะตามมาหลังจากมีตารางข้อมูลการทดลองที่ได้จากการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ยกตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา A + B –> C หากต้องการเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็ว ควรเพิ่มความเข้มข้นของสาร A หรือ B เมื่อวิเคราะห์ตารางผลการทดลองจนได้กฎอัตราฯ แล้วก็จะทราบได้ทันทีจากอันดับของสารตั้งต้น และอันดับของปฏิกิริยา (order of reaction) และปิดท้ายด้วยค่าคงที่อัตราฯ (ค่า k) ที่อยู่ในสมการกฎอัตราฯ ค่านี้จะไปโผล่ให้เราเห็นอีกครั้งในบทต่อไปคือ สมดุลเคมี
สมดุลเคมี
สมดุลเคมี บทนี้จะพูดถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดไปข้างหน้าก็ได้ เกิดย้อนกลับก็ได้ แม้ที่ผ่านมาเราจะชินกับสมการเคมีที่เกิดไปข้างหน้าจากซ้ายไปขวา แต่บทนี้เราต้องดู 2 ทิศทาง โดยเนื้อหาแบ่งเป็น 3 ส่วนหลักๆ เช่นกันคือ ภาวะสมดุล ค่าคงที่สมดุล และการรบกวนสมดุล
- ภาวะสมดุล กล่าวถึงสภาวะที่ปฏิกิริยาไปข้างหน้า และปฏิกิริยาย้อนกลับ เกิดขึ้นด้วยอัตราฯ ที่เท่ากัน (อัตราฯในบทที่แล้ว) ทำให้สารทุกชนิดในสมการมีปริมาณคงที่ แต่ไม่ได้หยุดนิ่ง เพราะเกิดการเปลี่ยนตลอดเวลาไป-กลับเท่าๆกัน จึงเรียกว่า สมดุลพลวัตร (Dynamic Equilibrium) การจะเกิดภาวะนี้ได้นั้นปฏิกิริยานั้นต้องเกิดในระบบปิด (closed system คือไม่มีการแลกเปลี่ยนมวลสารระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม) ซึ่งสามารถตรวจสอบสารในระบบเจอทุกชนิด ถึงตรงนี้เราก็ต้องรู้วิธีการตรวจสอบสารบางชนิดที่เจอบ่อยๆ ในสมการสมดุล
- ค่าคงที่สมดุล (Equilibrium constant หรือค่า K คำนวณได้จากความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์/ความเข้มข้นของสารตั้งต้น ตามเงื่อนไขที่กำหนด) เขียนขึ้นโดยอ้างอิงจากสมการเคมีที่เขียนขึ้นมา เมื่อมีการกลับข้างสมการ ค่า K ก็จะกลับเศษเป็นส่วน จากนั้นก็ฝึกเทคนิคการคำนวณค่า K ที่ใช้ทักษะคณิตศาสตร์ การประมาณค่า เพื่อให้ได้คำตอบเร็ว (มีสอนเฉพาะที่นี่) รูปแบบโจทย์มีทั้งแบบให้ปริมาณสารต่างๆในสมการสมดุลมาแล้วให้เราคำนวณหาค่า K และอีกแบบคือ โจทย์กำหนดค่า K มาให้เราหาปริมาณสารบางตัวในระบบ (คิดย้อนกลับ)
- การรบกวนสมดุล นั้นทำได้หลายวิธี ได้แก่ การเพิ่ม-ลดสารบางตัวในระบบ การเพิ่ม-ลดอุณหภูมิระบบ และบางปฏิกิริยาใช้การเพิ่ม-ลดความดันของระบบได้ด้วย แล้วเราจะรบกวนสมดุลไปเพื่ออะไร? สมมติว่ามีระบบหนึ่งที่ปฏิกิริยาอยู่ในภาวะสมดุลอยู่แล้ว หากเราต้องการเพิ่มปริมาณสารใดสารหนึ่งให้มีมากๆ ก็ต้องใช้การรบกวนสมดุล เพื่อให้สมดุลเกิดการปรับตัวไปในทิศทางที่เราจะได้สารที่ต้องการนั้นมากขึ้น ซึ่งอธิบายผ่านหลักการของหลักการของเลอชาเตอลิเย (Le Chatelier’s Principle) เมื่อเข้าใจหลักการนี้แล้ว ก็ปิดท้ายด้วยการคำนวณปริมาณสารต่างๆในสมการว่าจะมีค่าเพิ่มขึ้นหรือน้อยลงไปเท่าใด เมื่อสมดุลเดิมถูกรบกวนแล้วปรับตัวจนเข้าสู่ภาวะสมดุลใหม่
ทั้งหมดนี้คือสิ่งที่เรียนกันใน เคมี ม.5 เทอม 1 น้องสามารถเข้าใจทั้ง 3 เรื่องนี้ (แก๊ส อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี และสมดุลเคมี พร้อมได้ฝึกโจทย์มากกว่า 500 คำถาม) ในคอร์สเรียนเคมี STEP UP เคมี ม.5 เทอม 1 (ความยาวคลิป 15 ช.ม.) ได้ครบทั้งเนื้อหาและโจทย์ โดยใช้เวลาเรียนประมาณ 24-30 ช.ม. เท่านั้น ก็จบทั้งเทอมนี้แล้ว กดสมัครคอร์สเคมี ม.5 เทอม 1 กันเลย