มวล พลังงานกับการเกิดปฎิกิริยาเคมี มวลกับการเกิดปฎิกิริยาเคมี

            ระบบ (system) หมายถึง สิ่งที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษา การกำหนดองค์ประกอบของระบบ ขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของการศึกษา ซึ่งต้องกำหนดหรือระบุให้ชัดเจน

            สิ่งแวดล้อม (environment) หมายถึง สิ่งต่างๆ ที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษา ตัวอย่างการกำหนดองค์ประกอบของระบบ เช่น การศึกษาการละลายของน้ำตาลทรายในน้ำ โดยสารละลายน้ำตาลทรายจะเป็นระบบ ส่วนบีกเกอร์ ภาชนะ และแท่งแก้วจัดเป็นสิ่งแวดล้อม

            ภาวะของระบบ หมายถึง สมบัติต่าง ๆ ของสาร และปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของระบบ เช่น ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิ ปริมาณของสาร เมื่อระบบเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วจะมีการถ่ายเทพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม ดังนี้

            ก. ระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อน คือ ระบบที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้ว ระบบ           จะถ่ายเทความร้อนให้แก่สิ่งแวดล้อม ทำให้สิ่งแวดล้อมร้อนขึ้น

            ข. ระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อน คือ ระบบที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้ว ระบบ            จะดูดความร้อนจะสิ่งแวดล้อมทำให้สิ่งแวดล้อมนั้นเย็นลง

   ประเภทของระบบ

                การเปลี่ยนแปลงพลังงานระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม จะใช้การถ่ายเทมวลของสารเป็นเกณฑ์ในการแบ่งประเภทของระบบ ดังนี้

            - ระบบเปิด (open system) หมายถึง ระบบที่มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนทั้งพลังงานและมวลให้กับสิ่งแวดล้อม หรือมวลของระบบไม่คงที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น การต้มน้ำในภาชนะเปิดบนเตาไฟ ระบบคือ ภาชนะเปิดที่มีน้ำบรรจุอยู่เตาไฟและอากาศที่ล้อมรอบทั้งหมดคือสิ่งแวดล้อม ระบบที่มีการรับความร้อนจากเตาไฟและคายความร้อนให้กับสิ่งแวดล้อม(มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงาน) เมื่อชั่งน้ำหนักของภาชนะกับน้ำก่อนการต้มและหลังการต้มจะไม่เท่ากัน (มวลของระบบไม่คงที่)

            - ระบบปิด (close system) หมายถึง ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทมวลให้กับสิ่งแวดล้อมแต่มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงานกับสิ่งแวดล้อม หรือมวลของระบบคงที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น การต้มน้ำในภาชนะปิดบนเตาไฟ ระบบคือภาชนะที่มีน้ำบรรจุอยู่ภายใน ส่วนเตาไฟและอากาศที่ล้อมรอบทั้งหมดเป็นสิ่งแวดล้อม ระบบจะรับความร้อนจากเตาไฟแล้วกลายเป็นไอคายพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม(มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงาน)เมื่อชั่งน้ำหนักของภาชนะที่บรรจุน้ำก่อนการต้มและหลังการต้มในภาชนะปิดจะเท่ากัน(มวลของระบบคงที่)

            -  ระบบโดดเดี่ยว  (Isolate  system)  หมายถึง  ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทมวลและพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม เช่นน้ำร้อนในกระติกน้ำร้อน

     ระบบเปิด                    ระบบปิด                    ระบบโดดเดี่ยว

หมายเหตุ

1. ทั้งระบบเปิดและปิดจะมีพลังงานถ่ายเทระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม

2. ระบบเปิดและปิดไม่เกี่ยวกับการปิดหรือเปิดภาชนะแต่ขึ้นกับมวลสาร

   การเปลี่ยนแปลงของสาร

            การเปลี่ยนแปลงของสาร หมายถึง ผลต่างระหว่างสมบัติของสารหลังการเปลี่ยนแปลงกับสมบัติของสารก่อนการเปลี่ยนแปลง แบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ๆ ได้ 3 ประเภท คือ

            1. การเปลี่ยนสถานะ (s, l, g)

            2. การละลาย (Solute + Solvent  → Solution)

            3. การเกิดปฏิกิริยาเคมี (สารตั้งต้น  สารใหม่)

            การเปลี่ยนแปลงใดๆ ก็ตามจะมีพลังงานเกี่ยวข้องควบคู่ไปด้วยเสมอ ซึ่งอาจจะดูดหรือคายพลังงานก็ได้ ต้องกำหนดขอบเขตของสิ่งที่เรากำลังศึกษาทดลองอยู่

พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยา

            พลังงานเคมี (Chemical energy)  เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงอยู่ในโครงสร้างของสาร เช่น อยู่ในรูปของน้ำมันเชื้อเพลิง ไขมัน  ซึ่งเมื่อเกิดการเผาไหม้จะปล่อยพลังงานเคมีออกมาและนำมาใช้ประโยชน์ได้พลังงานเคมีเป็นพลังงานที่มีส่วนเกี่ยวข้องและสำคัญกับสิ่งมีชีวิตมากในการเกิดปฏิกิริยาของสารแต่ละปฏิกิริยานั้น 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 ดังภาพ

                                   คลิป การเปลี่ยนแปลงสมบัติ - สื่อการเรียนการสอน วิทยาศาสตร์ ม.2

แหล่งอ้างอิง

ที่มา : นางสาวละไม ยอดโพธิ์.(2016).สารและการเปลี่ยนแปลง.ค้นหาเมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 2559,จาก  https://sites.google.com/site/lamaiyodpho/bth-thi-1-sar-laea-kar-peliyn-plng/2-rabb-laea-sing-waedlxm-kab-kar-peliynpaelng-khxng-sar

ที่มา : นายสราวุธ สุธีรวงศ์.(2016).ธาตุและสารประกอบ. ค้นหาเมื่อวันที่ 14 ธันวาคม  2559,จาก http://www.krusarawut.net/wp/?p=17088

ที่มา : ครูโอ๋ สื่อการเรียนการสอน.(9 กรกฏาคม 2558).การเปลี่ยนแปลงสมบัติ - สื่อการเรียนการสอน วิทยาศาสตร์ ม.2. [Video file].จาก  https://www.youtube.com/watch?v=QD1SDvf8ktg&t=786s