1 · Principles of chemistry

Everything in this course is written in one language: particles, formulae and equations. Section 1 teaches it — how particles arrange themselves in solids, liquids and gases; how atoms are built and lined up in the Periodic Table; how to turn a sentence about a reaction into a balanced equation and a mass calculation; and how the three kinds of bonding give every substance its properties.

Edexcel International GCSE Chemistry 4CH1, Section 1 (ข้อความ 1.1–1.60C) เป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุดและเป็นรากฐานสำหรับอีกสามส่วน ข้อความที่มี C ต่อท้ายคือส่วนขยายสำหรับวิชาแยก (Chemistry-Only)

ของแข็ง: อนุภาคสั่นรอบตำแหน่งคงที่ในรูปแบบเป็นระเบียบ ของเหลว: อนุภาคสัมผัสกันแต่เคลื่อนผ่านกันแบบสุ่ม แก๊ส: อนุภาคห่างกัน, เร็ว, แบบสุ่ม การเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะ: การหลอมละลาย / การแข็งตัว, การเดือด / การควบแน่น, การระเหย (เฉพาะพื้นผิว,ต่ำกว่าจุดเดือด), การระเหยกาย (Sublimation) (ของแข็ง → แก๊สโดยตรง) พลังงานถูกดูดซับเพื่อแยกอนุภาคออกจากกันและปลดปล่อยเมื่อพวกมันเชื่อมต่อกันอีกครั้ง

A solvent dissolves the solute to make a solution; a saturated solution holds all the solute it can at that temperature. (C) Solubility is the mass dissolved per 100 g of solvent at a stated temperature, read from a solubility curve — points on the line are saturated; below it, unsaturated.

การเจือจางสารละลายที่มีสีและการแพร่ของแก๊ส (บโรมีนกระจายในอากาศ) แสดงให้เห็นว่าอนุภาคเคลื่อนที่จากที่ที่มีมากไปยังที่ที่มีน้อย

สารประกอบมีอะตอมชนิดเดียว; สารผสมมีอะตอมต่างชนิดกันที่รวมกันทางเคมี; สารผสมไม่ถูกยึดติดกันทางเคมี สารบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลว/จุดเดือดชัดเจน; สารผสมหลอมเหลวและเดือดในช่วง — การทดสอบความบริสุทธิ์

เทคนิคการแยก, จับคู่ตามงาน: การกรอง (ของแข็งที่ไม่ละลายจากของเหลว); การตกผลึก (ระเหยสารละลายเพื่อเหลือผลึก); การกลั่นธรรมดา (ของเหลวจากของแข็งที่ละลาย — ระเหยแล้วควบแน่น); การกลั่นแบบแบ่งส่วน (ของเหลวที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกัน ใช้แท่งแยกส่วน); โครมาโตกราฟกระดาษ (สารละลายที่ละลายในตัวทำละลายต่างกัน)

Rf = ระยะที่จุดเคลื่อนที่ ÷ ระยะที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ สารเดียวกันจะมีค่า Rf เดิมเสมอในตัวทำละลายเดียวกัน — การเทียบกับค่าที่ทราบจะระบุองค์ประกอบของสารผสมได้

เลขอะตอม = จำนวนโปรตอน; เลขมวล = โปรตอน + นิวตรอน ไอโซโทป มีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่จำนวนนิวตรอนต่างกัน มวลอะตอมสัมพัทธ์ ($A_r$) คือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามไอโซโทปต่างๆ

ตัวอย่างทำโจทย์. คลอรีน: 75 % Cl-35, 25 % Cl-37 → $A_r = (75 \times 35 + 25 \times 37)/100 = 35.5$.

The Periodic Table lists elements by atomic number into groups (columns, same outer electrons) and periods (rows). The first 20 electronic configurations follow 2,8,8,2 shells (e.g. sodium 2.8.1). Metals sit left/centre: their oxides are basic and they conduct; non-metal oxides are acidic. Group members behave alike because they have the same number of outer electrons; Group 0 noble gases have full outer shells and do not readily react.

ทำให้สมการสมดุลด้วย สัญลักษณ์สถานะ: (s), (l), (g), (aq). $M_r$ รวมน้ำหนัก $A_r$ ค่า. โมล เป็นปริมาณสาร: $n = m/M_r$ (มวลในหน่วยกรัม).

Worked check (reacting masses). What mass of magnesium oxide forms from 6.0 g of magnesium? $2\mathrm{Mg} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{MgO}$: $n(\mathrm{Mg}) = 6.0/24 = 0.25$ mol → $n(\mathrm{MgO}) = 0.25$ mol → mass $= 0.25 \times 40 = 10$ g.

เปอร์เซ็นต์ผลผลิต $=$ จริง ÷ ทฤษฎี × 100 %. สูตรเชิงประจักษ์ คืออัตราส่วนจำนวนเต็มอย่างง่าย (หารแต่ละมวลด้วย $A_r$ ของมัน แล้วปรับให้เป็นจำนวนเต็ม); สูตรโมเลกุล คือจำนวนจริง ($M_r$ ÷ มวลเชิงประจักษ์ ได้ตัวคูณ).

ตัวอย่างทำโจทย์. ไฮโดรคาร์บอนมี 85.7 % C, 14.3 % H: C 85.7/12 = 7.14, H 14.3/1 = 14.3 → อัตรา 1:2 → เชอร์พิริก CH₂. ด้วย $M_r = 56$: 56/14 = 4 → โมเลกุล C₄H₈.

(C) Solutions: $n = c \times V$ with $c$ in mol/dm³ and $V$ in dm³ (cm³ ÷ 1000). Gases: molar volume 24 dm³ at rtp, so $n = V/24$. (C-practical) A metal oxide's formula comes from combustion (weigh magnesium, burn, weigh the oxide) or reduction (weigh copper(II) oxide, reduce with hydrogen, weigh the copper).

พันธไอออนิก: โลหะเสียอิเล็กตรอนให้อโลหะ ไอออนที่มีประจุจะดึงดูดกันด้วยแรงไฟฟ้าสถิตใน โครงข่ายขนาดใหญ่ — แผนภาพจุดและกากบาทแสดงการถ่ายโอน (กลุ่ม 1–3 กับ 5–7). จุดหลอมเหลวสูง (แรงดึงดูดแข็งแรง); นำไฟฟ้าได้เฉพาะเมื่อ หลอมเหลวหรือละลายน้ำ (ไอออนเคลื่อนที่ได้ฟรี). จำประจุ: กลุ่ม 1/2/3 → 1+/2+/3+; กลุ่ม 5/6/7 → 3−/2−/1−; Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Zn²⁺; OH⁻, NH₄⁺, CO₃²⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻. สูตรสมดุลประจุ: แคลเซียมไนเตรต Ca(NO₃)₂, แอมโมเนียมซัลเฟต (NH₄)₂SO₄.

Covalent bonding: shared pairs of electrons (dot-and-cross for H₂, O₂, N₂, halogens, HCl, H₂O, NH₃, CO₂ and small organics). Simple molecular substances have weak intermolecular forces — low melting points, rising with $M_r$; they do not conduct (no ions, no free electrons). Giant covalent: diamond (each C bonded to 4 — very hard, non-conductor), graphite (3 bonds + one free electron per C, layers with weak forces — soft, conducts, slippery), C₆₀ fullerene (simple molecular cage).

(C) โลหะ: โครงข่ายของไอออนบวกในทะเลอิเล็กตรอนอิสระ — แรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต; อิเล็กตรอนอิสระนำไฟฟ้า และชั้นเลื่อนกันได้ (ขึ้นรูปง่าย).

อิเล็กโทรไลซิส ใช้กระแสไฟฟ้าแยก สารประกอบไอออนิกหลอมเหลวหรือละลายน้ำ: แคโทด (ลบ) ดึงดูด แคทไอออน; แอนโอด (บวก) ดึงดูด แอนไอออน. PbBr₂ หลอมเหลวให้ Pb ที่แคโทด (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb) และ Br₂ ที่แอนโอด (2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻). ในสารละลายน้ำ ไฮโดรเจนเกิดขึ้นที่แคโทถหากโลหะมีความไวต่อปฏิกิริยามากกว่าไฮโดรเจน; ที่แอนโอด ฮาลไอดีให้ฮาลเจน มิฉะนั้นออกซิเจน (4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻). การสูญเสียอิเล็กตรอนคือ ออกซิเดชัน, การได้รับคือ รีดักชัน.

1. อธิบายการจัดเรียงและการเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลว
2. นิยามสารละลายอิ่มตัว และระบุหน่วยของความละลาย
3. เทคนิคใดแยกของเหลวที่ผสมกันได้ดีที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกัน?
4. ไอโซโทปหนึ่งมี 17 โปรตอนและ 20 นิวตรอน ระบุเลขมวลและจำนวนของอนุภาคแต่ละชนิด
5. คำนวณ $A_r$ ของธาตุที่มี 80 % ของมวลเป็น 20 และ 20 % ของมวลเป็น 22
6. สมการเคมีพร้อมสถานะสาร: แมกนีเซียม + ออกซิเจน → แมกนีเซียมออกไซด์
7. 8.4 ก ของออกไซด์ของแคลเซียมเกิดจาก 6.0 ก ของแคลเซียม แสดงสูตรเชิงประจักษ์ของออกไซด์นั้น
8. เขียนสูตรของแอมโมเนียมคาร์บอเนต
9. อธิบายว่าทำไมกราไฟต์จึงนำไฟฟ้าได้แต่เพชรไม่ได้นะ
10. (C) เกิดอะไรขึ้นที่ขั้วแต่ละขั้วในการอิเล็กโทรไลซิสของโพแทสเซียมคลอไรด์หลอมเหลว?

คำตอบ: 1อนุภาคสัมผัสกันแต่ไม่เป็นระเบียบ เคลื่อนที่สุ่มผ่านกัน; 2สารละลายที่มีมวลสูงสุดของสารละลายที่ละลายได้ ณ อุณหภูมินั้น; g ต่อ 100 g ของตัวทำละลาย; 3การกลั่นแบบแบ่งส่วน; 4เลขมวล 37; 17โปรตอน, 20นิวตรอน, 17อิเล็กตรอน; 5 $(80 \times 20 + 20 \times 22)/100 = 20.4$; 6 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s); 7 Ca 6.0/40 = 0.15 mol; มวลของ O 8.4 − 6.0 = 2.4 g → 2.4/16 = 0.15 mol; อัตราส่วน 1:1 → สูตรเชิงประจักษ์ CaO; 8 (NH₄)₂CO₃; 9 กราไฟต์ใช้สามพันธะต่อคาร์บอน ทิ้งให้อิเล็กตรอนดีโลคาไลซ์หนึ่งตัวต่อคาร์บอนเคลื่อนที่ได้ระหว่างชั้น —-configurations diamond ใช้สี่พันธะทั้งหมดในพันธะคงที่; 10 (C) โพแทสเซียมที่แคโทด (K⁺ + e⁻ → K) และคลอรีนที่แอโนด (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻)