k-me-krooree: 2009

วันเสาร์ที่ 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2552

เฉลยทดสอบย่อยครั้งที่ 1-ข้อ5

5. นักวิทยาศาสตร์สมัยหนึ่งมองภาพอะตอมว่าอิเล็กตรอนมีวงโคจรรอบนิวเคลียสและมีระดับพลังงานลดหลั่นกัน อิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นในสุดเรียกว่าชั้น K ส่วนชั้นนอกถัดๆออกมาเรียกว่าชั้น L, M, N, ... เมื่อให้พลังงานแก่ไฮโดรเจนอะตอม ปรากฏว่า ไฮโดรเจนคายพลังงานแสงออกมา เห็นเป็นสเปกตรัมชุดหนึ่ง (ดูตาราง) ซึ่งสรุปภายหลังว่าตรงกับการที่อิเล็กตรอนเปลี่ยนจากระดับพลังงานสูงๆ มาอยู่ที่ชั้น L

เส้นสเปกตรัม	พลังงาน (J)
สีม่วง	4.84 x 10^-19
สีน้ำเงิน	4.57 x 10^-19
สีน้ำทะเล	4.08 x 10^-19
สีแดง	3.02 x 10^-19

5.1 ถ้าอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนเปลี่ยนจากชั้น O มายังชั้น N จะคายพลังงานกี่จูล

ตอบ คายพลังงาน = 4.9´10^-20 J

แนวคิดที่ 1 เส้นสีแดง เกิดจากอิเล็กตรอนเปลี่ยนจากชั้น M มายัง ชั้น L ( n =3 ไป n=2)

เส้นสีน้ำทะเล เกิดจากอิเล็กตรอนเปลี่ยนจากชั้น N มายัง ชั้น L ( n =4 ไป n=2)

เส้นสีน้ำเงิน เกิดจากอิเล็กตรอนเปลี่ยนจากชั้น O มายัง ชั้น L ( n =5 ไป n=2)

ดังนั้น ถ้าอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนเปลี่ยนจากชั้น O มายังชั้น N

จะคายพลังงาน = (4.57 x 10^-19 - 4.08x10^-19) J

แนวคิดที่ 2 ใช้สมการของ Rydberge (ในกรณีที่โจทย์ไม่กำหนด พลังงานของเส้นสเปกตรัมให้)

1/l = R [ (1/n_f²) -(1/n_i²)]

= 1.1x10⁵cm^-1 [ (1/4²) - (1/5²)]

= 2475 cm^-1

= 2.5 ´ 10³ cm^-1

l = 1/2.5 x 10³ cm

= 0.0004 cm

= 0.0004x10^-2 m x 10⁹x10^-9 = 4000 nm

. E = h c/l

= 6.626 x10^-34 Js x 3.0x10⁸ m s^-1

4000 x10^-9 m

= 0.0049695 x10^-17J = 5.0 x10^-20 J

5.2 จงเขียนเลขควอนตัมทั้งหมดของอิเล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจน

ตอบ n = 0 l = 0 m_l = 0 m_s = +1/2 หรือ -1/2

แนวคิด เลขควันตัม มีทั้งหมด 4 ตัวคื อ n , l , m_l และ m_s ต้องตอบให้ครบ

ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว (ข้อนี้ง่าย-ถ้าธาตุอื่น ต้องบอกทีละอิเล็กตรอน )

5.3 จงบอกความแตกต่างของออบิทัลของอิเล็กตรอนตัวที่ 2 และ ตัวที่ 3 ของ ลิเทียม

ตอบ ออบิทัลของอิเล็กตรอนตัวที่ 2 คือ 1s มีรูปร่างเป็นทรงกลม

ส่วนออบิทัลของอิเล็กตรอนตัวที่ 3 คือ 2s มีรูปร่างเป็นทรงกลม เหมือนกัน

แต่ พลังงานไม่เท่ากัน คือ 2s มีพลังงานมากกว่า 1s

5.4 จงเขียนเลขควันตัมทั้งหมด ของเวเลนซ์อิเล็กตรอนของสังกะสี

ตอบ n = 5 l = 0 m_l = 0 m_s = +1/2 และ

n = 5 l = 0 m_l = 0 m_s = -1/2

แนวคิด การจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Zn เป็น Zn [Ar] 3d¹⁰ 2s²

Zn มีเวเลนซ์อิเล็กอิเล็กตรอน 2

(การตอบ ต้องตอบให้ครบทุกอิเล็กตรอน)

เฉลยทดสอบย่อยครั้งที่ 1-ข้อ4

4. ไม่มีตำแหน่งใดในตารางธาตุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับไฮโดรเจน ธาตุนี้คล้ายกับโลหะแอลคาไลที่มี 1 เวเลนซ์อิเล็กตรอนใน s-ออร์บิทัล และเกิดเป็น H⁺ ไอออนซึ่งคล้ายกับ Na⁺ ไอออน ในอีกแง่หนึ่งไฮโดรเจนสามารถเกิดไฮไดรด์ไอออน (H^-) ซึ่งไวต่อปฏิกิริยาเกินกว่าจะอยู่ในน้ำได้ แต่คงตัวอยู่ได้ในสารประกอบไอออนิกบางชนิด จากสมบัตินี้ไฮโดรเจนจะคล้ายกับธาตุไฮโดรเจนซึ่งเกิดเป็นไอออนลบแฮไลด์ (F^-, Cl^-, Br^- และ I^-) โดยทั่วไปเรามักแสดงตำแหน่งของไฮโดรเจนไว้ที่หมู่ 1A ในตารางธาตุ แต่เราไม่ถือว่าไฮโดรเจนเป็นสมาชิกของหมู่นี้ สารประกอบที่สำคัญที่สุดของไฮโดรเจน คือ น้ำ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเผาไฮโดรเจนในอากาศ

4.1 เพราะเหตุใด นักเคมีจึงมักเรียก H⁺ ไอออนว่า “โปรตอน”

ตอบ เพราะ H⁺ ประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนเพียงอย่างเดียวเท่านั้น

เนื่องจาก H ประกอบด้วย 1 โปรตอน และ 1 อิเลกตรอน ไม่มีนิวตรอน

เมื่อเสียอิเล็กตรอนไป เป็น H⁺ จึงเหลือแต่โปรตอนเพียงอย่างเดียว

4.2 จงเรียงลำดับรัศมีของไอออนแฮไลด์จากมากไปน้อย พร้อมอธิบายเหตุผล

ตอบ รัศมีอะตอมของเฮไลด์ จากมากไปน้อย ดังนี้ I^- > Br^- > Cl^- > F^-

เนื่องจากจำนวนระดับพลังงานไม่เท่ากัน มีระดับพลังงานมากกว่า รัศมีไอออนจะมากกว่า

4.3 จงเปรียบเทียบขนาดของ H^- และ He พร้อมอธิบายเหตุผล

ตอบ ขนาดของ H^- จะใหญ่กว่า He

เนื่องจาก H^- และ He มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนกันคือ

H^- 2s² และ He 2s² แต่จำนวนโปรตอนไม่เท่ากัน H มี 1 โปรตอน He มี 2 โปรตอน

ดังนั้น He จึงมีขนาดเล็กกว่า H^-

เฉลยทดสอบย่อยครั้งที่ 1-ข้อ3

3. โบราณเวียงกาหลงมีแหล่งผลิตเครื่องปั้นเคลือบที่เป็นเอกลักษณ์ เรียกว่า “เครื่องถ้วยเวียงกาหลง” เครื่องปั้นบางชนิดมีการเขียนลวดลายด้วยสีต่างๆ

สารสีหลายชนิดเป็นสารประกอบของโลหะ เช่น แอนติโมนีออกไซด์ (Sb₂O₃) ให้สีเหลืองส้ม แบเรียมโครเมต (BaCrO₃) ให้สีเหลืองซีดไปจนถึงสีเขียวสดใส นอกจากนี้ ยังพบว่ามีการนำแร่ต่างๆมาเป็นสีเขียนด้วย เช่น แร่คาลโคไซต์ (Cu₂S) มีสีเทาแบบตะกั่ว แร่โครไมต์ (FeCr₂O₄) ให้สีดำ เป็นต้น

3.1 จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบเต็มและระบุเลขออกซิเดชันของโลหะแทรนซิชันที่พบในสารสีและแร่ชนิดต่างๆที่ใช้ในการเขียนเครื่องถ้วย มา

ตอบ ธาตุแทรนซิชันที่พบในโจทย์คือ Cr และ Cu

Cr มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น Cr 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

ใน BaCrO₃ Cr มีเลขออกซิเดชัน +4 ในFeCr₂O₄ Cr มีเลขออกซิเดชัน +3

Cu มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น Cu 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰

ใน Cu₂S Cu มีเลขออกซิเดชัน +1

3.2 เครื่องถ้วยที่เคลือบด้วยแบเรียมโครเมตมีสีเขียว มีความยาวคลื่น 512 nm จงคำนวณพลังงาน และความถี่ของแสงสีนี้

ตอบ E = hc/l

= 6.626 x10^-34 Js x 3.0x10⁸ m s^-1

512 x10^{-9 m}

= 0.0388242188x10^-17 J

= 3.8 ´10^-20 kJ

n = c/l

= 3.0x10⁸ m s^-1

^{512 x10^{-9 m}}

= 0.005859375 x 10¹⁷ s^-1

= 5.8 x10¹⁴ s^-1

เฉลยทดสอบย่อยครั้งที่ 1-ข้อ2

2. น้ำดื่มแคแสดของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย ผลิตจากน้ำบาดาลที่ขุดเจาะโดยกรมทรัพยากรธรณี จังหวัดเชียงรายเมื่อหลายปีก่อน ซึ่งมีความลึก 80 เมตรใต้ผิวดิน ระบบการทำให้น้ำสะอาดของโรงผลิตน้ำดื่มแคแสดใช้กระบวนการทางเคมีร่วมด้วย เนื่องจากในน้ำบาดาลมักจะมีเหล็กละลายอยู่ในรูปเฟอร์รัสไอออน (Ferrous ion; Fe²⁺) จึงต้องกำจัดโดยให้ Fe²⁺ ทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศเพื่อเปลี่ยนเป็น Fe₂O₃ ซึ่งไม่ละลายน้ำและสามารถกรองออกได้

จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบย่อและแบบเต็มของ Fe²⁺ และ Fe³⁺ และไอออนชนิดใดมีรัศมีไอออนใหญ่กว่า จงอธิบาย

ตอบ การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบเต็ม Fe ²⁺ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴

Fe³⁺ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d³

การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบย่อ Fe ²⁺ [Ar] 3d⁴4s²

Fe ³⁺ [Ar] 3d³4s²

Fe²⁺ มีรัศมีอะตอมใหญ่กว่า ไอออนทั้ง 2 ชนิดมีโปรตอนเท่ากันแต่ Fe²⁺ มี จำนวน e มากกว่า

แนวคิด

¨ ไอออนบวก เกิดจากอะตอม เสียอิเล็กตรอน (จำนวน e ที่จ่ายออกไป = จำนวนประจุ(บวก) )

ดังนั้น ₂₆Fe เมื่อเป็นไอออนบวก Fe²⁺ มี 24 e และ Fe ³⁺ มี 23 e

หมายเหตุ Fe³⁺ มีการจัดเรียงอิเล็กตรอน Fe³⁺ [Ar] 3d³4s² ซึ่งเป็นแบบบรรจุครึ่ง

จึงเสถียรกว่า Fe²⁺ ซึ่งมีการจัดเรียงอิเล็กตรอน Fe ²⁺ [Ar] 3d⁴4s²

เฉลยทดสอบย่อยครั้งที่ 1-ข้อ1

ชื่อนักเรียน ............เฉลย............................................. ชั้น ม. 4/1 เลขที่ ..........

แบบทดสอบวิชา เคมี -1 (โครงสร้างอะตอมและตารางธาตุ)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. ในปี ค.ศ. 1869 นักเคมีชาวรัสเซีย ดมิทรี เมนเดเลเอฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev) และนักเคมีชาวเยอรมัน โลธาร์ ไมเออร์ (Julius Lothar Meyer) ได้เสนอรูปแบบการจัดเรียงธาตุที่สามารถทำนายสมบัติของธาตุที่ยังไม่ค้นพบได้อย่างแม่นยำ ตารางธาตุนี้ได้พัฒนามาเป็นตารางธาตุที่ใช้อย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ซึ่งสามารถใช้อธิบายและทำนายสมบัติต่างๆของธาตุได้ดีในระดับหนึ่ง

กำหนดสัญลักษณ์สมมุติของธาตุ 5 ธาตุ ดังนี้

₁₃A ₂₅B_{31C 37}D₅₅E

1.1 ธาตุใดอยู่ในหมู่เดียวกับธาตุ C _________A__________

1.2 ธาตุใดอยู่ใน d-block ______________B________________

1.3 ธาตุใดมีขนาดอะตอมใหญ่ที่สุด ______________E_______________

1.4 ธาตุใดมีความเป็นอโลหะมากที่สุด _____________C_______________

1.5 ธาตุ A, B, C ธาตุใดมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี (EN) ต่ำที่สุด _______E_____________

1.6 ธาตุในกลุ่ม A, D, E ธาตุใดมีค่าพลังงานไอออไนเซชัน ลำดับที่ 1 (IE₁) ต่ำสุด __E_____

แนวคิดหลัก

· ตารางธาตุ เป็นเครื่องมือสำคัญในการบอกแนวโน้มสมบัติต่างๆ ของธาตุ

· การจัดเรียงอิเล็กตรอน จะสัมพันธ์กับตำแหนงของธาตุในตารางธาตุ

₁₃A 2,8,3 : A [Ne] 3s² 4p¹