ชุดที่ 7 อะตอม ตารางธาตุ พันธะเคมี และสมบัติของสาร

ชุดนี้ครอบคลุมสาระที่ 2 วิทยาศาสตร์กายภาพ มาตรฐาน ว 2.1 สมบัติของสสาร องค์ประกอบของสสาร ความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของสสารกับโครงสร้างและแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค ได้แก่ การจำแนกสาร สถานะของสารและกฎของแก๊ส การแยกสาร โครงสร้างอะตอม ตารางธาตุ พันธะเคมี และแรงระหว่างโมเลกุล

ซีรีส์ติวสอบครูผู้ช่วย เอกวิทยาศาสตร์ทั่วไป 2569 • exammvp.com

สรุปเนื้อหาสำคัญ

1. การจำแนกสารและการเปลี่ยนแปลงของสาร

• สารบริสุทธิ์ = ธาตุ (อะตอมชนิดเดียว เช่น O₂, C, Fe) หรือสารประกอบ (ธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดรวมกันด้วยพันธะเคมีในอัตราส่วนคงที่ เช่น H₂O, NaCl)
• สารบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดคงที่ ของผสมหลอมเหลว/เดือดเป็นช่วงอุณหภูมิ และสิ่งเจือปนมักทำให้จุดหลอมเหลวต่ำลง
• ของผสม แบ่งตามขนาดอนุภาค: สารละลาย (< 1 nm) ผ่านกระดาษกรองและกระดาษเซลโลเฟน ไม่กระเจิงแสง / คอลลอยด์ (ประมาณ 1–1,000 nm) ผ่านกระดาษกรองแต่ไม่ผ่านเซลโลเฟน เกิดปรากฏการณ์ทินดอลล์ ไม่ตกตะกอน เช่น น้ำนม วุ้น หมอก / สารแขวนลอย (> 1,000 nm) ไม่ผ่านกระดาษกรอง ตกตะกอนเมื่อตั้งทิ้งไว้ เช่น น้ำโคลน น้ำแป้งดิบ
• การเปลี่ยนแปลงทางเคมี ได้สารใหม่ (เกิดสนิม การเผาไหม้ อาหารบูด) ส่วนการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพไม่เกิดสารใหม่ (หลอมเหลว ระเหิด ละลาย บด)

2. สถานะของสาร ทฤษฎีจลน์ และกฎของแก๊ส

• ที่อุณหภูมิเดียวกัน แก๊สทุกชนิดมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน แก๊สที่มวลโมเลกุลน้อยจึงเคลื่อนที่และแพร่ได้เร็วกว่า
• กราฟการให้ความร้อน: ช่วงอุณหภูมิคงที่ = เปลี่ยนสถานะ พลังงานใช้เอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค (พลังงานจลน์เฉลี่ยไม่เพิ่ม) ช่วงความชันบวก = อุณหภูมิเพิ่ม
• การระเหยทำให้เย็นเพราะโมเลกุลพลังงานสูงหลุดออกไป ส่วนการเดือดเกิดเมื่อความดันไอของของเหลวเท่ากับความดันภายนอก ที่สูงความดันต่ำ จุดเดือดจึงต่ำลง
• กฎของบอยล์ P₁V₁ = P₂V₂ (T คงที่) / กฎของชาร์ลส์ V₁/T₁ = V₂/T₂ (P คงที่) / กฎของเกย์-ลูสแซก P₁/T₁ = P₂/T₂ (V คงที่) / กฎรวม P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
• แก๊สอุดมคติ PV = nRT โดย R = 8.31 J mol⁻¹ K⁻¹ ต้องใช้ P (Pa), V (m³), T (K); 1 dm³ = 10⁻³ m³
• ⚠️ ทุกกฎของแก๊สต้องใช้อุณหภูมิเคลวิน (K = °C + 273) กราฟ V–T(°C) ต่อออกไปตัดแกนที่ประมาณ −273 °C = ศูนย์สัมบูรณ์

3. การแยกสาร

• กรอง: ของแข็งไม่ละลายออกจากของเหลว / ระเหยแห้ง: ได้ตัวละลายที่ไม่ระเหย / ตกผลึก: อาศัยสภาพละลายได้ที่ลดลงมากเมื่ออุณหภูมิลด เย็นช้าได้ผลึกใหญ่และบริสุทธิ์
• กลั่นอย่างง่าย: ของเหลวที่จุดเดือดต่างกันมาก / กลั่นลำดับส่วน: จุดเดือดใกล้กัน ใช้คอลัมน์ลำดับส่วน
• ระเหิด: แยกสารที่ระเหิดได้ (ไอโอดีน แนฟทาลีน การบูร) ออกจากสารที่ระเหิดไม่ได้
• สกัดด้วยตัวทำละลายและกรวยแยก: “สารคล้ายกันละลายกันได้” ของเหลวที่ไม่ผสมกันแยกชั้น ชั้นที่หนาแน่นน้อยอยู่บน
• โครมาโทกราฟี: Rf = ระยะทางที่สารเคลื่อนที่ ÷ ระยะทางที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ (วัดจากเส้นเริ่มต้นทั้งคู่) ค่าอยู่ระหว่าง 0–1 เปรียบเทียบได้เมื่อใช้ตัวทำละลายและตัวดูดซับเดียวกัน

4. แบบจำลองอะตอมและโครงสร้างอะตอม

• ดอลตัน (ทรงกลมตัน) → ทอมสัน (ทรงกลมบวกมีอิเล็กตรอนกระจาย) → รัทเทอร์ฟอร์ด (มีนิวเคลียส) → โบร์ (ระดับพลังงาน) → กลุ่มหมอก (โอกาสพบอิเล็กตรอน)
• จำนวนเส้นสเปกตรัมสูงสุดเมื่ออิเล็กตรอนตกจากระดับ n สู่สถานะพื้น = n(n − 1)/2
• สัญลักษณ์นิวเคลียร์ ᴬ_Z X: โปรตอน = Z, นิวตรอน = A − Z, อิเล็กตรอนของไอออน = Z − ประจุ
• ไอโซโทป = Z เท่ากัน / ไอโซบาร์ = A เท่ากัน / ไอโซโทน = จำนวนนิวตรอนเท่ากัน
• มวลอะตอมเฉลี่ย = Σ(มวลไอโซโทป × สัดส่วนในธรรมชาติ) ค่าเฉลี่ยจะใกล้ไอโซโทปที่มีมาก
• การจัดเรียงอิเล็กตรอน: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p … ไอออนบวกของโลหะแทรนซิชันเสียอิเล็กตรอนจาก 4s ก่อน 3d

5. ตารางธาตุและแนวโน้มสมบัติ

• จำนวนชั้นพลังงาน = คาบ, เวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุกลุ่มหลัก = หมู่ (หมู่ 13–18 ใช้หลักหน่วยของเลขหมู่)
• ปัจจุบันมีธาตุที่ IUPAC รับรอง 118 ธาตุ ครบคาบที่ 7
• ขนาดอะตอม: เพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง ลดลงจากซ้ายไปขวา / IE และ EN: ตรงข้ามกับขนาดอะตอม ธาตุที่ EN สูงสุดคือ F
• IE ลำดับถัดไปกระโดดสูงมาก แสดงว่าเริ่มดึงอิเล็กตรอนชั้นใน → จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน
• ข้อยกเว้นที่พบบ่อย: IE₁ ของ N > O และ Be > B, Mg > Al
• ไอออนบวกเล็กกว่าอะตอมเดิม ไอออนลบใหญ่กว่าอะตอมเดิม
• หมู่ 1 ว่องไวขึ้นตามหมู่ / หมู่ 17 ความว่องไวลดลงจาก F₂ ถึง I₂ / หมู่ 18 เฉื่อย / ธาตุแทรนซิชัน: แข็ง จุดหลอมเหลวสูง มีเลขออกซิเดชันหลายค่า เป็นตัวเร่ง
• กึ่งโลหะ (B, Si, Ge, As) มันวาวแต่เปราะ เป็นสารกึ่งตัวนำ นำไฟฟ้าดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

6. พันธะเคมี รูปร่างโมเลกุล และแรงระหว่างโมเลกุล

• พันธะไอออนิก (โลหะ + อโลหะ): จุดหลอมเหลวสูง เปราะ นำไฟฟ้าเมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำ สูตรได้จากการทำให้ประจุรวมเป็นศูนย์
• พันธะโคเวเลนต์ (อโลหะ + อโลหะ): โครงสร้างลิวอิสให้ทุกอะตอมครบแปด (ยกเว้น H ครบสอง)
• พันธะโลหะ: ไอออนบวกในทะเลอิเล็กตรอน → นำไฟฟ้า ตีแผ่และดึงเป็นเส้นได้
• โครงผลึกร่างตาข่าย (เพชร แกรไฟต์ SiO₂) จุดหลอมเหลวสูงมาก แกรไฟต์นำไฟฟ้าได้เพราะมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อิสระในชั้น
• VSEPR: 2 กลุ่มอิเล็กตรอน = เส้นตรง, 3 = สามเหลี่ยมแบนราบ (มีคู่โดดเดี่ยว 1 คู่ = มุมงอ), 4 = ทรงสี่หน้า (คู่โดดเดี่ยว 1 คู่ = พีระมิดฐานสามเหลี่ยม, 2 คู่ = มุมงอ)
• โมเลกุลไม่มีขั้วแม้มีพันธะมีขั้ว ถ้ารูปร่างสมมาตรจนสภาพขั้วหักล้างกัน เช่น CO₂, CCl₄, BF₃
• ความแรง (เมื่อโมเลกุลขนาดใกล้เคียงกัน): พันธะไฮโดรเจน (H ต่อกับ N, O, F) > แรงระหว่างขั้ว > แรงลอนดอน (เพิ่มตามขนาดโมเลกุล) ใช้เปรียบเทียบจุดเดือด ถ้าขนาดต่างกันมาก แรงลอนดอนอาจมีผลมากกว่า
• ⚠️ การเดือดหรือหลอมเหลวของสารโมเลกุลไม่ได้ทำลายพันธะโคเวเลนต์ในโมเลกุล

7. การเรียกชื่อสารประกอบและไอออนที่พบบ่อย

• สารประกอบไอออนิก: ชื่อโลหะ + ชื่ออโลหะลงท้าย -ไอด์ ไม่ใช้คำบอกจำนวน (MgCl₂ แมกนีเซียมคลอไรด์) โลหะที่มีหลายประจุใช้เลขโรมัน (FeCl₃ ไอร์ออน(III) คลอไรด์)
• สารโคเวเลนต์ระหว่างอโลหะใช้คำบอกจำนวน มอนอ ได ไตร เตตระ เพนตะ (N₂O₄ ไดไนโตรเจนเตตระออกไซด์, CCl₄ คาร์บอนเตตระคลอไรด์)
• ไอออนกลุ่มอะตอม: NH₄⁺ แอมโมเนียม, OH⁻ ไฮดรอกไซด์, NO₃⁻ ไนเตรต, SO₄²⁻ ซัลเฟต, SO₃²⁻ ซัลไฟต์
• เมื่อใช้ไอออนกลุ่มอะตอมมากกว่า 1 ไอออนให้ใส่วงเล็บ เช่น (NH₄)₂SO₄, Ca₃(PO₄)₂