บทเรียนคอมพิวเตอร์ช่วยสอน

1. บทเรียนคอมพิวเตอร์ช่วยสอนบทเรียนคอมพิวเตอร์ช่วยสอน เรื่อง มวลอะตอม ครู นารีรัตน์ พิริยะพันธุ์สกุล โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย

2. จุดประสงค์การเรียนรู้จุดประสงค์การเรียนรู้ อธิบาย และคำนวณหา มวลของธาตุ 1 อะตอม มวลอะตอม และมวลอะตอมเฉลี่ยได้ 1. อธิบายความหมายของ มวลของธาตุ 1 อะตอม และ มวลอะตอมได้ 2. คำนวณหามวลอะตอมของธาตุได้ เมื่อทราบมวลของธาตุ 1 อะตอม 3. คำนวณมวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุได้ เมื่อทราบจำนวนและปริมาณของแต่ละไอโซโทปในธรรมชาติ 4. คำนวณหามวลของธาตุ 1 อะตอมได้ เมื่อทราบมวลอะตอมของธาตุ 5. บอกความสัมพันธ์ระหว่างมวล(กรัม) มวลอะตอม และจำนวนอะตอม ของธาตุได้ 2

3. อะตอม เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุที่ยังคงแสดงสมบัติของธาตุนั้นได้ และมีขนาดเล็กมากๆ มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น ☻การเกิดปฏิกิริยาเคมี เป็นการเปลี่ยนแปลงในระดับอะตอม ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วเราไม่สามารถที่จะนับจำนวนอะตอมของธาตุ ได้ เพราะ อะตอมมีขนาดเล็ก แม้จะนำมาเพียงเล็กน้อยก็มีจำนวนมากมายมหาศาล เราจึงทำการนับจำนวนอนุภาคของสารโดยอ้อม นั่นคือ วัดปริมาณโดย ชั่งหามวล หรือ วัดปริมาตร แทน เช่นเดียวกับ การจำหน่ายข้าวสาร ที่เราชั่งหามวลเป็น กิโลกรัม หรือ วัดปริมาตร เป็นลิตร หรือถัง แทนการนับเมล็ดข้าวสาร 3

4. ☻มวลของธาตุ 1 อะตอม เป็นมวลที่แท้จริง ดังนั้น การกล่าวถึงมวลของธาตุ 1 อะตอม จะต้องมีหน่วยกำกับด้วยเสมอ เช่น H 1 อะตอม = 1.66  1024 g หรือ U 1 อะตอม = 3.91  1022g ในทางปฏิบัติ เราไม่สามารถนำธาตุ 1 อะตอม ไปชั่งหามวลได้ เช่นเดียวกับที่เราไม่สามารถใช้เครื่องชั่งทั่วไป ชั่งหามวลของข้าวสาร 1 เมล็ด ข้าวสาร 1 เมล็ดประกอบด้วยอะตอมของธาตุ จำนวนมากมาย ดังนั้น การนำเอาอะตอมของธาตุไปชั่งหามวลจึงทำได้ยากกว่ามาก 4

5. ☻All atoms of element are identical in their physical and chemical properties. ☻ Atom of one element differ in physical and chemical properties from atoms of other element ☻The mass of an atom of the most common isotope of hydrogen ( the lightest of all atoms ) is 1.6610-24 g and the mass of uranium( a very heavy atom ) is 3.1910-22 g. These numbers are incovenient to use because they are so very small. Not only they are hard to imagine but they are impossible to weigh in laboratory 5

6. นักวิทยาศาสตร์ จึงหามวลของธาตุ โดยการนำมวลของธาตุ 1 อะตอมไปเปรียบเทียบกับมวลมาตรฐานที่กำหนด เรียก มวลเปรียบเทียบที่ได้นี้ว่า มวลอะตอม มวลมาตรฐานที่ใช้เปรียบเทียบในยุคแรกๆ ได้แก่ » มวลของ H 1 อะตอม มวลอะตอม = มวลของธาตุ 1 อะตอม มวลของ H 1 อะตอม 1 » มวลของ O 1 อะตอม 16 มวลอะตอม = มวลของธาตุ 1 อะตอม 1 มวลของ O 1 อะตอม 16 6

7. 1 มวลของ 12C 1อะตอม ค่ามาตรฐานที่ใช้เปรียบเทียบในปัจจุบันนี้ คือ 12 มวลของสาร 1 อะตอม มวลอะตอม = 1 มวลของ 12C 1อะตอม 12 มวลอะตอม เป็นมวลเปรียบเทียบ จึงไม่ต้องมีหน่วยกำกับ 7

8. ►นักเรียนทราบหรือไม่ว่า►นักเรียนทราบหรือไม่ว่า 1 มวลของ 12C 1อะตอมมีค่าเท่าไร 12 ข้อมูลเพิ่มเติม: คาร์บอน-12 1 อะตอม มีมวล 19.921024g มวลของ 12C 1 อะตอม = 19.921024 g 1 1 มวลของ 12C 1 อะตอม = X19.921024 g 12 12 = 1.66 1024 g 1 มวลของ 12C 1อะตอม = 1.66 1024 g 12 8

9. ตัวอย่างที่ 1 แมกนีเซียม 1 อะตอมมีมวล 4.0  1023g จงหามวลอะตอมของ แมกนีเซียม มวลของสาร 1 อะตอม มวลของ Mg 1 อะตอม มวลอะตอม = Mg 1 มวลของ 12C 1อะตอม 12 4.0  1023 g มวลอะตอม Mg = 1.661024 g 24.09 = ตอบ มวลอะตอม Mg เท่ากับ 24 9

10. กำมะถัน 1 อะตอมมีมวล 5.3  1023g จงหามวลอะตอมของ กำมะถัน ลองทำดู มวลของ S 1 อะตอม มวลของสาร 1 อะตอม มวลอะตอม = S 1 มวลของ 12C 1อะตอม 12 5.3  1023 g มวลอะตอม S = 1.661024 g 31.9 = ตอบ มวลอะตอมกำมะถัน เท่ากับ 32 10

11. ในการศึกษาวิชาเคมี  ไม่นิยมให้หาค่ามวลอะตอมของธาตุ แต่จะใช้ค่ามวลอะตอม ในการแก้โจทย์ปัญหา อื่นๆ ค่า มวลอะตอม ของธาตุ ในวิชาเคมี โจทย์กำหนดให้ ดูจากตารางธาตุ 11

12. นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า เลขมวล และ มวลอะตอม เหมือน หรือ ต่างกันอย่างไร เลขมวล (mass number); A »เป็นผลรวมระหว่าง จำนวน โปรตอนกับจำนวนนิวตรอน ในนิวเคลียสของธาตุ »ใช้ในการเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ มวลอะตอม(atomic mass) »เป็นมวลเปรียบเทียบ ระหว่าง มวลของธาตุ 1 อะตอม กับ 1 มวลของ 12C 1อะตอม 12 » ใช้ในการคำนวณหาปริมาณของสาร 12

13. ☻ถ้านักเรียนสังเกตสักนิด จะพบว่า มวลอะตอมของธาตุ ที่ปรากฏในตารางธาตุ เป็นเลขทศนิยม ☺ ในธรรมชาติ ธาตุแต่ละชนิดมีหลายไอโซโทป แต่ละไอโซโทป มีมวลอะตอมแตกต่างกัน และมีปริมาณในธรรมชาติต่างกันด้วย ค่าที่ปรากฏในตารางธาตุ เป็น ค่ามวลอะตอมเฉลี่ยของไอโซโทปต่างๆ นั่นเอง ☻นักเรียนทราบหรือไม่ว่า » เราจะคำนวณหามวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุ ได้อย่างไร »นักวิทยาศาสตร์หาค่ามวลอะตอมและปริมาณของแต่ละไอโซโทปได้อย่างไร 13

14. นักวิทยาศาสตร์หาค่ามวลอะตอม และปริมาณของแต่ละไอโซโทปของธาตุ โดยใช้เครื่องมือที่ชื่อว่า แมสสเปกโตรโฟโตมิเตอร์(mass spectrometer : an instrument used to determine atomic mass of individual isotope)   Schematic of Electrom Impact Mass Spectromete 14 Referrence: http://acpcommunity.acp.edu/Facultystaff/hass/oc1/exp/nabh4/nabh4des.html

15. หลักการทำงานของแมสสเปกโตรโฟโตมิเตอร์หลักการทำงานของแมสสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ เมื่อยิงอิเล็กตรอนพลังงานสูงไปยังสารตัวอย่าง จะทำให้สารตัวอย่างแตกตัวเป็นไออนบวก ซึ่งเมื่อผ่านแผ่นเร่งอนุภาค ที่เป็นสนามไฟฟ้า จะทำให้มีความเร็วเพิ่มขึ้น เมื่อผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็ก ไอออนบวกจะเบนจากแนวเส้นตรง ไอออนที่มี ประจุต่อมวล ( e/m ) ต่ำ จะเดินทางโค้งเป็นวงกว้างกว่าไอออนที่มี e/m สูง นั่นคือ ไอออนทีมีประจุเท่ากัน ไอออนที่มีมวลหนักจะโค้งเป็นวงกว้างกว่าไอออนที่เบา เมื่อไอออนทั้งหมดตกกระทบอุปกรณ์ตรวจสอบ ซึ่งจะบันทึกเป็นความเข้มหรือกระแส ของไอออน ปริมาณความเข้มหรือกระแส จะเป็นปฏิภาคโดยตรงกับจำนวนไอออนที่ตกกระทบอุปกรณ์ตรวจสอบเราจึงบอกปริมาณไอโซโทปของ สารตัวอย่างได้ 15 Reffernce :http://www.teachmetuition.co.uk/Chemistry/Atomic_Structure/atomic1.htm

16. How to Interpret the Results! • 1. The number of peaks tells you how many isotopes there are - in this case 2. • 2. The atomic mass of each is read from the x-axis - in this one isotope has mass • of 10 and the other a mass of 11. • The height of each peak tells you its percentage abundance - this means that • out of 100 atoms of Boron there will be 81.7 atoms of Boron10 • and 18.7 atoms of Boron11. • To work out the average isotopic mass of Boron: • (10 × 81.3/100) + (11 × 18.7/100) = 10.8 16 Reffernce :http://www.teachmetuition.co.uk/Chemistry/Atomic_Structure/atomic1.htm

17. (19.992 90.51) + (20.994  0.27) + (21.9919.22) มวลอะตอมเฉลี่ย ของ Ne = 100 =20.18 ∑( มวลอะตอมของไอโซโทป ปริมาณ(%)ไอโซโทปในธรรมชาติ) มวลอะตอมเฉลี่ย = 100 17

18. ข้อมูล ในธรรมชาติมีแมกนีเซียม 3 ไอโซโทปคือ Mg -24 มีมวลอะตอม 23.99 มีปริมาณร้อยละ 78.70 Mg -25 มีมวลอะตอม 24.99 มีปริมาณร้อยละ 10.13 Mg -26 มีมวลอะตอม 25.98 มีปริมาณร้อยละ 11.17 คำถาม มวลอะตอมเฉลี่ยของแมกนีเซียม มีค่าเท่าไร (23.99 78.70) + (24.99  10.13) + (25.9811.17) มวลอะตอมเฉลี่ย ของ Mg = 100 =24.31 ตอบ มวลอะตอมเฉลี่ยของแมกนีเซียม = 24.31 18

19. STOP & THINK จงหามวลอะตอมของธาตุต่อไปนี้ 1. คลอรีน มี 2 ไอโซโทปดังนี้ 35Cl มีมวลอะตอม 34.969 และ37Cl มีมวลอะตอม 36.996 35Cl มีในธรรมชาติ ร้อยละ 75.77 2. คาร์บอน-12 มีมวลอะตอม 12.00 มีในธรรมชาติ 98.89% ส่วน คาร์บอน-13 มีมวลอะตอม 13.00 มีในธรรมชาติ 1.11% 3. ธาตุ X มี 3 ไอโซโทป มวลอะตอม 28.7 , 29.2 และ 30.1 พบในธรรมชาติร้อยละ 81 , 4 และ 15 ตามลำดับ has an atomic mass 4. Boron has two naturally occurring istope; of 10.0129 and has an atomic mass of 11.00931. Naturally occurring boron has an atomic mass of 10.811. Calculate of each isotope in naturally occurring boron 19

20. ตัวอย่างที่ 2 มวลอะตอมของ He= 4 จงหามวลของ He 1 อะตอม มวลของ He 1 อะตอม มวลอะตอม He = มวลของ He 1 อะตอม = มวลอะตอม He 1.661024 g = 4  ตอบ มวลของ He 1 อะตอม เท่ากับ 41.661024g 20

21. ตัวอย่างที่ 3 มวลอะตอมของ Na= 23 จงหามวลของ Na 1 อะตอม มวลของ Na 1 อะตอม มวลอะตอม Na = มวลของ Na 1 อะตอม = มวลอะตอม Na = 23  1.661024 g ตอบ มวลของ Na 1 อะตอม เท่ากับ 231.661024g 21

22. ☻จากตัวอย่างที่ 2 และตัวอย่างที่ 3 มวลอะตอมของ He =4 มวลของ He 1 อะตอม = 41.661024g มวลอะตอมของ Na = 23 มวลของ Na 1 อะตอม = 231.661024g ☻นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า มวลของธาตุ 1 อะตอมและมวลอะตอมของธาตุ มีความสัมพันธ์กันอย่างไร มวลของธาตุ 1 อะตอม= มวลอะตอม 1.661024 g มวลของธาตุ 1 อะตอม= มวลอะตอม 1/12 มวลของ 12C 1อะตอม 22

23. อัตราส่วนระหว่างปริมาณที่มีค่าเท่ากัน แต่มีหน่วยต่างกัน มีค่าเท่ากับ 1 1 L = 1000cm3 1000 cm3 1 L เช่น = 1 = 1 1000 cm3 1 L ในทางคณิตศาสตร์ เมื่อคูณปริมาณใดๆ ด้วย 1 ไม่มีผลทำให้ปริมาณนั้นเปลี่ยนแปลง เช่น H2O 250 cm3 = 250 cm3 H2O  1 L 1000 cm3 1 L ว่า แฟคเตอร์เปลี่ยนหน่วย(conversion factor) เรียก 1000 cm3 conversion factor ;a factor used to convent a quanlity from one unit to another. 23

24. แฟคเตอร์เปลี่ยนหน่วย เป็นแฟคเตอร์ที่ใช้เปลี่ยนหน่วยของปริมาณจากหน่วยหนึ่งไปเป็นอีกหน่วยหนึ่ง คือ อัตราส่วนระหว่างปริมาณที่มีค่าเท่ากัน แต่มีหน่วยต่างกัน ซึ่งนักเรียนจะต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมเป็นกรณีๆ ไป เช่น ความยาว 1 m = 100 cm 100 cm แฟคเตอร์เปลี่ยนหน่วย คือ 1 m ความยาว(m) ความยาว(cm) 1 m แฟคเตอร์เปลี่ยนหน่วย คือ 100 cm ความยาว(cm) ความยาว(m) 24

25. ตัวอย่างที่ 4 มวลอะตอมของ N = 14 N 105อะตอมมีมวลเท่าไร มวลอะตอม N = 14 N 1 อะตอม = 14 1.661024g 14 1.661024g N Conversion factor : 1 atom N จำนวนอะตอม มวล(g) 14 1.661024g N N 105 atoms  = 105 atom N 1 atom N = 14 1.661019 g N ตอบN 105อะตอม มีมวล 2.31018g 25

26. STOP & THINK จงหามวล(g) ของธาตุ ในข้อต่อไปนี้ 1. ฟลูออรีน 1 อะตอม 2. อะลูมิเนียม 1 อะตอม 3. คลอรีน 2 อะตอม 4. กำมะถัน 10 อะตอม 5. ออกซิเจน 1020 อะตอม 6. แคลเซียม 6.02x1023 อะตอม ( มวลอะตอม F =19 Al = 27 Cl = 35.5S = 32 O = 16 Ca = 40 ) 26

27. เฉลย จงหามวล(g) ของธาตุ ในข้อต่อไปนี้ 1. ฟลูออรีน 1 อะตอม = 19  1.661024 g 2. อะลูมิเนียม 1 อะตอม = 27  1.661024 g = 2 35.5 1.661024 g 3. คลอรีน 2 อะตอม = 71  1.661024 g 4. กำมะถัน 10 อะตอม = 10 32 1.661024 g =32 1.661023 g 5. ออกซิเจน 1020 อะตอม = 102016 1.661024 g =16 1.66104 g 6. แคลเซียม 6.02x1023 อะตอม = 6.02102340 1.661024 g = 40 27

28. นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดหน่วย วัดมวลอะตอม (Atomic mass unit) หรือ a.m.u. โดยกำหนด 1 a.m.u. = 1.66 1024g ดังนั้น มวลอะตอมของ He =4 He 1 อะตอม มีมวล41.661024g หรือ He 1 อะตอม มีมวล4a.m.u. และ มวลอะตอมของ Ne=20 Ne 1 อะตอม มีมวล20 1.661024g หรือ Ne 1 อะตอม มีมวล20 a.m.u. 28

29. STOP & THINK จงหามวล(a.m.u.) ของธาตุ ในข้อต่อไปนี้ 1. ฟลูออรีน 1 อะตอม 2. อะลูมิเนียม 1 อะตอม 3. คลอรีน 2 อะตอม 4. กำมะถัน 10 อะตอม 5. ออกซิเจน 1020 อะตอม 6. แคลเซียม 6.02x1023 อะตอม ( มวลอะตอม F =19 Al = 27 Cl = 35.5S = 32 O = 16 Ca = 40 ) 29

30. เฉลย STOP & THINK จงหามวล(a.m.u.) ของธาตุ ในข้อต่อไปนี้ 1. ฟลูออรีน 1 อะตอม = 19 a.m.u. 2. อะลูมิเนียม 1 อะตอม = 27 a.m.u. 3. คลอรีน 2 อะตอม = 2 35.5a.m.u. = 71 a.m.u. 4. กำมะถัน 10 อะตอม = 10 32a.m.u. =320 a.m.u. 5. ออกซิเจน 1020 อะตอม = 102016a.m.u. =161020 a.m.u. 6. แคลเซียม 6.02x1023 อะตอม = 6.02102340 a.m.u. = 240.8 a.m.u. 30

31. ตัวอย่างที่ 5 มวลอะตอมของ He= 4 He 4 กรัมมีกี่อะตอม มวลอะตอม He = 4 He 1 อะตอม = 4 1.661024g 1 atom He Conversion factor : 4 1.661024g He มวล(g) จำนวนอะตอม 1 atom N He 4 g  = 4 g He 4 1.661024g He = 6.021023 atom He ตอบHe 4 กรัม มี 6.021023 อะตอม 31

32. ตัวอย่างที่ 6 มวลอะตอมของ Na = 23 Na 23 กรัมมีกี่อะตอม มวลอะตอม Na = 23 Na 1 อะตอม = 23 1.661024g 1 atom Na Conversion factor : 23 1.661024g Na มวล(g) จำนวนอะตอม 1 atom N Na 23 g  = 23 g Na 23  1.661024g Na = 6.021023 atom Na ตอบNa 23 กรัม มี 6.021023 อะตอม 32

33. ☻จากตัวอย่างที่ 5 และตัวอย่างที่ 6 มวลอะตอมของ He = 4 He4 g มี 6.02  1023อะตอม มวลอะตอมของ Na = 23 Na23g มี 6.02 1023 อะตอม ☻นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า มวล(g)มวลอะตอม และ จำนวนอะตอมของธาตุ มีความสัมพันธ์กันอย่างไร เมื่อธาตุ มี มวล(g) เท่ากับ มวลอะตอม แล้ว จะมี จำนวนอะตอม เท่ากับ6.021023เสมอ 33

34. ☻ข้อคิด และควรจำ conversion factor มวลอะตอมของ Cl = 35.5 35.5g Cl = 1 6.021023อะตอม Cl คลอรีน35.5g มี6.021023อะตอม คลอรีน6.021023อะตอม มี35.5g 6.021023อะตอม Cl = 1 35.5g Cl มวลอะตอมของ Ca = 40 40 g Ca = 1 6.021023อะตอม Ca แคลเซียม 40g มี6.021023อะตอม แคลเซียม 6.021023อะตอม มี40g 6.021023อะตอม Ca = 1 40 g Ca 34

35. ตัวอย่างที่ 7 (a) มวลอะตอมของ O = 16 O 32 กรัมมีกี่อะตอม มวลอะตอม O = 16 O 1 อะตอม = 16 1.661024g 1 atom O Conversion factor : 16 1.661024g O มวล(g) จำนวนอะตอม 1 atom O O 32 g  = 32 g O 16  1.661024g O = 2  6.021023 atoms O ตอบO 32 กรัม มี 1.21024 อะตอม 35

36. ตัวอย่างที่ 7 (b) มวลอะตอมของ O = 16 O 32 กรัมมีกี่อะตอม มวลอะตอม O = 16 O 16 g = 6.02 1023 อะตอม 6.02 1023atom O Conversion factor : 16 g O มวล(g) จำนวนอะตอม 6.02 1023atom O O 32 g  = 32 g O 16 g O = 2  6.021023 atoms O ตอบO 32 กรัม มี 1.21024 อะตอม 36

37. ตัวอย่างที่ 8 ธาตุ X 1 อะตอม มีมวลเป็น 3 เท่าของเบริลเลียม จงหามวลอะตอมของธาตุ X มวลอะตอมของ Be = 9 Be 1 อะตอม มีมวล 91.661024g X 1 อะตอม มีมวล 3 เท่า ของ Be 1 อะตอม ดังนั้น X 1 อะตอม มีมวล 391.661024g แต่ธาตุ 1 อะตอม มีมวล (มวลอะตอม)1.661024g นั่นคือ ธาตุ X มีมวลอะตอม = 39 = 27 ตอบ มวลอะตอมของ X เท่ากับ 27 37

38. STOP & THINK กำหนดมวลอะตอมของธาตุ ดังนี้ C = 12 Ne = 20 Mg = 24 Al = 27 S = 32 Ca = 40 Au = 197 1. จงหามวลของธาตุต่อไปนี้ 1.1 คาร์บอน 1 อะตอม 1.2 อะลูมิเนียม 6.021023 อะตอม 1.3 กำมะถัน 3.011022 อะตอม 1.4 แคลเซียม 1.2041025 อะตอม 38

39. STOP & THINK 2. จงหาจำนวนอะตอมของธาตุต่อไปนี้ 2.1 แมกนีเซียม 12 g 2.2 นีออน 20 g 2.3 คาร์บอน 0.6 kg 2.4 ทอง 1 บาท 39

40. STOP & THINK 3. จงหามวลอะตอมของธาตุสมมุติต่อไปนี้ 3.1 ธาตุ Q 1 อะตอม มีมวล 28  1.66 1024g จงหามวลอะตอมของ ธาตุ Q 3.2 ธาตุ A 10 kg มีจำนวนอะตอมเป็น 2 เท่าของกำมะถันที่มีมวลเท่ากัน จงหามวลอะตอมของ ธาตุ A 3.3 ธาตุ X 4 อะตอม มีมวลเป็น 7 เท่าของ Y 2 อะตอม ธาตุ Y มีมวลอะตอมเป็น 0.10 เท่าของ แคลเซียม จงหามวลอะตอมของ ธาตุ X 40