บันทึกการบรรยาย: การเข้าใจอะตอมและเคมี

แนวคิดพื้นฐาน

• อะตอม: ส่วนประกอบพื้นฐานของทุกสิ่ง, รวมถึงมนุษย์
  • ประกอบด้วยแกนกลาง (โปรตอน + นิวตรอน) และอิเล็กตรอน
  • ธาตุต่าง ๆ ถูกกำหนดโดยจำนวนโปรตอน
• องค์ประกอบของน้ำ: ประกอบด้วยไฮโดรเจนและออกซิเจน

โครงสร้างของอะตอม

• เปลือกอิเล็กตรอน: อะตอมมีหลายเปลือกของอิเล็กตรอน
  • อิเล็กตรอนวาเลนซ์: อิเล็กตรอนในเปลือกนอกสุด ซึ่งมีความสำคัญต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี
• ตารางธาตุ: แสดงรายการของทุกธาตุ
  • ธาตุในกลุ่มเดียวกันมีจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์เท่ากัน
  • ฮีเลียม: ยกเว้นที่มีแค่อิเล็กตรอน 2 ตัว ทำตัวเหมือนก๊าซมีตระกูล
  • โลหะทรานซิชัน: ไม่มีรูปแบบง่าย ๆ ที่สามารถอธิบายได้

ธาตุและปฏิกิริยาเคมี

• โลหะอัลคาไล: กลุ่มแรก (ไม่รวมไฮโดรเจน) มีลักษณะร่วมกัน
  • มีอิเล็กตรอนวาเลนซ์หนึ่งตัว, มันวาว, อ่อน
• คาบ: แถวที่บ่งบอกจำนวนเปลือกอิเล็กตรอน
• ไอโซโทป: ความแปรปรวนของอะตอมที่มีนิวตรอนต่างกัน มักไม่เสถียรและมีการแผ่กัมมันตภาพรังสี
• ไอออน: อะตอมที่มีโปรตอนและอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน ทำให้เกิดประจุ
  • แอนไอออน: เป็นลบ มีอิเล็กตรอนมากกว่า
  • แคทไอออน: เป็นบวก มีอิเล็กตรอนน้อยกว่า
• ข้อมูลในตารางธาตุ: มีชื่อธาตุ สัญลักษณ์ จำนวนโปรตอน และมวลอะตอม
  • แบ่งออกเป็นโลหะ, อโลหะ, และกึ่งโลหะ

โมเลกุลและสารประกอบ

• โมเลกุล: อะตอมสองตัวหรือมากกว่าที่เชื่อมโยงกัน
• สารประกอบ: โมเลกุลที่มีธาตุสองชนิดหรือมากกว่าที่แตกต่างกัน
  • สารประกอบมักมีคุณสมบัติแตกต่างจากธาตุที่ประกอบกัน
• สูตรเคมี:
  • สูตรโมเลกุล: นับจำนวนอะตอมแต่ไม่แสดงโครงสร้าง
  • ไอโซเมอร์: มีสูตรเหมือนกัน แต่โครงสร้างต่างกัน
  • โครงสร้างเลวิส-ดอท: แสดงอิเล็กตรอนวาเลนซ์และพันธะ

การสร้างพันธะเคมี

• การสร้างพันธะอิเล็กตรอน: อะตอมทำพันธะเพื่อให้สู่สภาวะพลังงานต่ำลง โดยปกติจะมีเปลือกนอกเต็ม
  • พันธะโควาเลนต์: แชร์อิเล็กตรอนเพื่อให้เปลือกนอกเต็ม
  • พันธะไอออนิก: โอนถ่ายอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมที่มีความต่างของอิเล็กโตรเนกาติวิตี้สูง
  • พันธะโลหะ: อิเล็กตรอนเคลื่อนไหวอย่างอิสระในหมู่แกนกลาง
• ชนิดของพันธะ: จัดอันดับโดยความแข็งแรง (ไอออนิก, โควาเลนต์, โลหะ, ไฮโดรเจน, ฟาน เดอร์ วาลส์)
  • พันธะโควาเลนต์โพลา: การแชร์ที่ไม่เท่ากันทำให้เกิดไดโพลไฟฟ้า
  • แรงประสานกลางโมเลกุล (IMFs): รวมถึงพันธะไฮโดรเจนและแรงฟาน เดอร์ วาลส์

สถานะของสาร

• สถานะหลัก: ของแข็ง, ของเหลว, ก๊าซ, และพลาสมา
  • อุณหภูมิ: ค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์ของอนุภาค
  • เอนโทรปี: มาตรวัดความไม่เป็นระเบียบ
  • พลาสมา: ก๊าซเกิดการแตกตัวเป็นไอออนที่อุณหภูมิสูง เช่น ดวงดาว, ไฟนีออน

ปฏิกิริยาเคมี

• ประเภทของปฏิกิริยา: การสังเคราะห์, การสลายตัว, การแทนที่เดี่ยว/คู่
  • สโตอิชิโอเมตรี: อัตราส่วนจากการอนุรักษ์มวล, สมดุลสมการ
  • ปฏิกิริยา: ต้องการพลังงานกระตุ้น, อาจมีสารเร่งปฏิกิริยา
• เอนทัลปีและอุณหพลศาสตร์:
  • เอกโซเทอร์มิก: ปล่อยความร้อน, ตั้งธรรมชาติถ้าพลังงานต่ำลงที่สิ้นสุด
  • เอนโดเทอร์มิก: ดูดซับความร้อน, ต้องการพลังงานต่อเนื่อง
  • พลังงานฟรีของกิ๊บส์: พิจารณาเอนทัลปีและเอนโทรปีเพื่อการเกิดปฏิกิริยา

เคมีกรด-เบส

• กรดและเบส: กรดให้โปรตอน, เบสรับโปรตอน
  • สเกล pH: วัดความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน
  • การทำให้เป็นกลาง: กรด + เบส เกิดน้ำและเกลือ
  • ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน: เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน, เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน

กลศาสตร์ควอนตัมและการกำหนดตำแหน่งอิเล็กตรอน

• เลขควอนตัม: N, l, ml, ms อธิบายคุณสมบัติของอิเล็กตรอน
  • หลักการกีดกันของเพาลี: ไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวที่มีเลขควอนตัมเหมือนกัน
• การกำหนดตำแหน่งอิเล็กตรอน: ใช้หลักการ Aufbau ในการกำหนดอิเล็กตรอนของอะตอม
  • อิเล็กตรอนวาเลนซ์: สำคัญต่อพฤติกรรมทางเคมี, โดยเฉพาะในโลหะทรานซิชัน

บทสรุป

การบรรยายนี้ครอบคลุมแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับอะตอม, ธาตุ, ปฏิกิริยาเคมี, และกลศาสตร์ควอนตัมที่ใช้ในเคมี, จึงเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นในสาขานี้