ปริมาณสารสัมพันธ์

Homepage ย้อนกลับ
ปริมาณสารสัมพันธ์

มวลอะตอม

ปริมาณสารสัมพันธ์ (stoichiometry) มาจากภาษากรีก 2 คำ คือ stoicheion แปลว่า ธาตุ และ metron แปลว่า การวัด

ปริมาณสารสัมพันธ์ เป็นคำศัพท์ที่ใช้ระบุความสัมพันธ์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารและปฏิกิริยา หรือ สมการเคมีที่เกี่ยวข้อง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเพราะใช้คาดคะเนหรือคำนวณปริมาณขอองสารที่ต้องใช้เป็นสารตั้งต้น (reactant) เพื่อให้ได้ปริมาณสารผลิตภัณฑ์ (product) ตามต้องการ หรือใช้บอกว่าสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยาหมดหรือมีเหลือและปฏิกิริยาจะได้ผลผลิตอย่างมากที่สุดเท่าใด ดังนั้น ปริมาณสารสัมพันธ์จึงหมายถึง การวัดปริมาณของสารต่าง ๆ โดยเฉพาะปริมาณของสารที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีทั้งของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ตลอดจนปริมาณของพลังงานของสารที่เปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาเคมี

การวัดธาตุในที่นี้ เริ่มจากการหามวลของธาตุ ซึ่งเราทราบแล้วว่าธาตุมีอนุภาคมูลฐาน 3 อนุภาค คือ โปรตรอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน โดยธาตุทั้ง 3 มีมวล ดังนี้

โปรตรอน (p) มีมวลประมาณ 1.6726 X 10-24 g

นิวตรอน (n) มีมวลประมาณ 1.6749 X 10-24 g

อิเล็กตรอน (e) มีมวลประมาณ 9.1096 X 10-28 g

จะเห็นว่า อิเล็กตรอน มีมวลน้อยที่สุด ในการคำนวณจึงไม่นำไปคิดมวลของธาตุ มวลของธาตุจึงคิดเพียง โปรตรอน และ นิวตรอน ซึ่งอนุภาคทั้งสองอยู่ในนิวเคลียส

ในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ต้องอาศัยข้อมูลจากตารางธาตุ เพื่อจะได้ทราบว่าธาตุที่มารวมกันเป็นสารประกอบนั้นมีมวลเท่าใด เราทราบได้จาก เลขมวล หรือ มวลอะตอม ของธาตุ แต่มวลอะตอม ไม่ใช่มวลที่แท้จริง เราต้องนำ มวลของอนุภาคไปคูณด้วยจำนวนอนุภาคที่มีผลต่อน้ำหนัก ซึ่งก็คือ เลขมวล X 1.66 X 10-24 g

มวลอะตอม (อังกฤษ: Atomic mass) คือมวลของอะตอมหรือไอโซโทปอย่างหนึ่งของธาตุใด ๆ มีหน่วยเป็น หน่วยมวลอะตอมหรือเอเอ็มยู (Atomic Mass Unit - AMU) โดย 1 เอเอ็มยู มีค่า 1.66 x 10-24 กรัม โดยน้ำหนักนี้เทียบมาจาก ไฮโดรเจนอะตอม 1 อะตอม หรือ 1/12 ของคาร์บอน-12 1 อะตอม หรือ 1/16 ของออกซิเจนอะตอม 1 อะตอม

นักวิทยาศาสตร์หลายคน เช่น ดอลลัน เก - ลูซัก ลาวัวซิเอและอาโวกาโดร ให้ความสนใจศึกษามวลอะตอมของธาตุ โดยสังเกตการณ์รวมตัวของธาตุเมื่อเกิดเป็นสารประกอบ พบว่าธาตุเหล่านั้นจะรวมตัวด้วยอัตราส่วนจำนวนอะตอม หรืออัตราส่วนโดยมวลคงที่ สำหรับดอลตัน นั้นเชื่อว่าอะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีมวลไม่เท่ากัน จึงได้พยายามหามวลอะตอมของแต่ละธาตุ แต่เนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมาก (ปัจจุบันพบว่ามีรัศมีอะตอมยาวประมาณ $\displaysyle 10^{-10}$ เมตรเท่านั้น) อะตอมที่เบาที่สุดคืออะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีมวลประมาณ $\displaysyle 1.66x10^{-24}$ กรัม และอะตอมที่หนักที่สุดมีมวลประมาณ 250 เท่าของมวลนี้ ทำให้ไม่สามารถชั่งมวลของอะตอมโดยตรงได้ ดอลตันจะหามวลอะตอมของธาตุโดยใช้วิธีการเปรียบเทียบว่า อะตอมของธาตุที่ต้องการศึกษามีมวลเป็นกี่เท่าของอะตอมของธาตุที่กำหนดให้เป็นมาตรฐาน
ดอลตันเสนอให้ใช้ธาตุไฮโดรเจนซึ่งมีมวลน้อยที่สุดเป็นธาตุมาตรฐานในการเปรียบเทียบหามวลอะตอมของธาตุโดยกำหนดให้ธาตุไฮโดรเจน 1 อะตอมมีมวล 1 หน่วย ตัวเลขที่ได้จากการเปรียบเทียบมวลของธาตุ1อะตอม กับมวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม เรียกว่า มวลอะตอมของธาตุ ซึ่งเขียนได้โดยความสัมพันธ์ดังนี้

ต่อมามีผู้เสนอให้ใช้ธาตุออกซิเจนเป็นมาตรฐานแทนธาตุไฮโดรเจนเพราะว่าธาตุออกซิเจนอยู่เป็นอิสระในบรรยากาศและทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆได้ง่าย แต่ธาตุออกซิเจน 1 อะตอม มีมวลเป็น 16 เท่าของไฮโดรเจน 1 อะตอมจึงเขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ดังนี้

เนื่องจากธาตุออกซิเจนมีหลายไอโซโทป คือ $\displaysyle ^{16} O$ $\displaysyle ^{17} O$ และ $\displaysyle ^{18} O$ และนักเคมีกับนักฟิสิกส์กำหนดมวลอะตอมของออกซิเจนไม่เหมือนกัน โดยนักเคมีใช้มวลอะตอมเฉลี่ยของออกซิเจนทั้ง 3 ไอโซโทป แต่นักฟิสิกส์ใช้มวลอะตอมของ $\displaysyle ^{16} O$ เท่านั้น ตั้งแต่ พ.ศ.2504 เป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์จึงตกลงใช้สูตร $\displaysyle ^{12} C$ ซึ่งเป็นไอโซโทปหนึ่งของคาร์บอนเป็นมาตรฐานในการเปรียบเทียบมวล โดยกำหนดให้ $\displaysyle ^{12} C$ จำนวน 1 อะตอม มีมวล 12 หน่วยมวลอะตอม ดังนั้น 1 หน่วยมวลอะตอมจึงมีค่าเท่ากับ $\displaysyle \frac{1}{{12}}$ มวลของ $\displaysyle ^{12} C$ จำนวน 1 อะตอม หรือเท่ากับ $\displaysyle 1.66x10^{-24}$ กรัม มวลอะตอมของธาตุเขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ดังนี้

จากตัวอย่างทั้งสองคงช่วยให้นักเรียนเข้าใจได้ว่ามวลอะตอมของธาตุจะไม่มีหน่วยกำกับ เพราะเป็นค่าเปรียบเทียบระหว่างมวล 1อะตอมของธาตุนั้น กับมวลของ $\displaysyle ^{12} C$ แต่มวลของธาตุ 1 อะตอมเป็นมวลที่แท้จริงของธาตุนั้นจึงมีหน่วยกำกับไว้ด้วย ธาตุในธรรมชาติส่วนใหญ่มีหลายไอโซโทป เช่น คาร์บอนมี 3 ไอโซโทป คือ $\displaysyle ^{12} C$ $\displaysyle ^{13} C$ และ $\displaysyle ^{14} C$ แต่ละไอโซโทปมีมวลอะตอมและปริมาณที่พบในธรรมชาติแตกต่างกันคือ $\displaysyle ^{12} C$ มีมวลอะตอม 12.0000 มีปริมาณร้อยละ 98.892 $\displaysyle ^{13} C$ มีมวลอะตอม 13.00335 มีปริมาณร้อยละ 1.108ส่วน $\displaysyle ^{14} C$ เป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีมีปริมาณน้อยมาก การคำนวณมวลอะตอมของคาร์บอนจึงคิดจากมวลอะตอมและปริมาณของไอโซโทปเฉพาะที่พบอยู่ในธรรมชาติ ดังนี้

มวลอะตอมของคาร์บอน = $\displaysyle \frac{{98.892 \times 12.0000}}{{100}} + \frac{{1.108 \times 13.00335}}{{100}}$
= 11.8670+0.1441
= 12.0111

มวลอะตอมของคาร์บอนที่คำนวณได้เป็นค่ามวลอะตอมเฉลี่ยของคาร์บอน จึงจะสอดคล้องกับค่ามวลอะตอมของธาตุที่ปรากฏในตารางธาตุ ดังนั้น ค่ามวลอะตอมของธาตุใดๆ เป็นตารางธาตุจึงมีค่ามวลอะตอมเฉลี่ยซึ่งขึ้นอยู่กับค่ามวลอะตอมและปริมาณของไอโซโทปที่พบอยู่ในธรรมชาติ ปัจจุบันนี้การหามวลอะตอมและปริมาณของแต่ละไอโซโทปของธาตุจะใช้เครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ส่วนประกอบหลักของออุปกรณ์และการทำงานในเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์รูปแบบหนึ่งแสดงดังรูป 4.1 ก

วิธีการและการทำงานของเครื่องเป็นดังนี้คือ ทำให้อะตอมของสารตัวอย่างในสถานะแก๊สแตกตัวเป็นไอออนบวกโดยใช้ลำอิเล็กตรอนพลังงานสูงยิงไปที่สารตัวอย่าง ไอออนบวกที่แตกตัวออกมานี้มีทั้งประจุ (e) และมวล (m) เมื่อผ่านแผ่นเร่งอนุภาคที่เป็นสนามไฟฟ้า จะทำให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นและผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็ก ไอออนบวกจะถูกเบนจากแนวเส้นตรงเป็นเส้นโค้ง รัศมีของเส้นโค้งขึ้นอยู่กับค่า e/m ของไอออนโดยไอออนที่มีค่า e/m ต่ำจะเดินทางโค้งเป็นวงกว้างกว่าไอออนที่มี e/m สูง สำหรับไอออนที่มีประจุเท่ากันแต่มีมวลแตกต่างกัน วิธีการนี้ก็สามารถแยกได้โดยไอออนหนักจะโค้งเป็นวงมากกว่าไอออนเบา เมื่อไอออนทั้งหมดมาตกกระทบกับอุปกรณ์ตรวจสอบ ซึ่งอาจใช้แผ่นฟิล์มหรือเครื่องบันทึกอิเล็กทรอนิกส์และบันทึกเป็นความเข้มหรือกระแส ปริมาณความเข้มหรือกระแสจะเป็นปฏิภาคตรงกับจำนวนไอออนที่ตกกระทบกับอุปกรณ์ตรวจสอบ โดยวิธีการเช่นนี้จึงสามารถบอกปริมาณไอโซโทปที่มีอยู่ในธาตุที่นำมาตรวจสอบได้ ตัวอย่างแมสสเปกตรัมของนีออนซึ่งเป็นข้อมูลที่ได้จากการวัดโดยเครื่องแมสสแปกโทรมิเตอร์แสดงดังรูป 4.1 ค.

รูป 4.1 ตัวอย่างแมสสเปกโทรมิเตอร์และแมสสเปกตรัมของนีออน

ตัวอย่างค่ามวลอะตอม ปริมาณร้อยละของแต่ละไอโซโทปที่มีอยู่ในธรรมชาติและค่ามวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุบางธาตุแสดงในตาราง 4.1

ตาราง 4.1 มวลอะตอม ปริมาณร้อยละของไอโซโทปและมวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุบางธาตุ

ไอโซโทป	มวลอะตอมของไอโซโทป	ปริมาณร้อยละที่พบในธรรมชาติ	มวลอะตอมเฉลี่ย
$\displaysyle {}^{14}N$ $\displaysyle {}^{15}N$	14.003 15.000	99.630 0.370	14.007
$\displaysyle<br /> {}^{16}O$ $\displaysyle<br /> {}^{17}O$ $\displaysyle<br /> {}^{18}O$	15.995 16.999 17.999	99.760 0.040 0.200	15.999
$\displaysyle ^{20} Ne$ $\displaysyle ^{21} Ne$ $\displaysyle ^{22} Ne$	19.992 20.994 21.991	90.510 0.270 9.220	20.179
$\displaysyle ^{35} Cl$ $\displaysyle ^{37} Cl$	34.969 36.966	75.770 24.230	35.453

RETURN TO CONTENTS

มวลโมเลกุล

โมเลกุล หมายถึง อนุภาคเล็กที่สุดของสาร ซึ่งสามารถอยู่เป็นอิสระและแสดงสมบัติเฉพาะตัวของสารนั้น ๆ ได้ อาจเป็นได้ทั้งโมเลกุลของธาตุหรือสารประกอบก็ได้ เช่น

จากรูปพบว่าโมเลกุลของธาตุเกิดจากอะตอมชนิดเดียวกันมาอยู่รวมกัน เช่น ก๊าซไฮโดรเจน 1 โมเลกุลประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอม ส่วนก๊าซคลอรีน 1 โมเลกุลประกอบด้วยธาตุคลอรีน 2 อะตอม ส่วนโมเลกุลของสารประกอบเกิดจากอะตอมต่างชนิดกันมารวมกัน เช่น แอมโมเนีย 1 โมเลกุลประกอบด้วยธาตุไนโตรเจน 1 อะตอม และธาตุไฮโดรเจน 3 อะตอม ส่วนน้ำ 1 โมเลกุลประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอม และธาตุออกซิเจน 1 อะตอม

เนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็กมาก การชั่งเพื่อหามวลจึงทำได้ยาก ดังนั้นการหามวลโมเลกุลจึงใช้วิธีการเปรียบเทียบกับธาตุมาตรฐานเช่นเดียวกับมวลอะตอม

มวลโมเลกุลคือ มวลเปรียบเทียบว่าสารนั้น 1 โมเลกุล มีมวลเป็นกี่เท่าของ 1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม เช่น ก๊าซไนโตรเจนมีมวลโมเลกุล 28 หมายความว่า ก๊าซไนโตรเจน 1 โมเลกุลมีมวลเป็น 28 เท่าของ 1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม ดังรูป

มวลโมเลกุลเป็นมวลเปรียบเทียบว่า สารนั้น 1 โมเลกุลมีมวลเป็นกี่เท่าของ 1/12 มวลของ C – 12 1 อะตอม เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

มวลโมเลกุล หมายถึง “ตัวเลขที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้น 1 โมเลกุล มีมวลเป็นกี่เท่าของธาตุไฮโดรเจน 1 อะตอม หรือมีมวลเป็นกี่เท่าของ ของมวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม

มวลของสาร 1 โมเลกุล = มวลโมเลกุลของสาร x 1.66 x 10-24 กรัม

มวลโมเลกุลของสารกับมวลของสาร 1 โมเลกุลแตกต่างกันอย่างไร

ตัวอย่าง 3 สารประกอบ Q5 โมเลกุล มีมวล $\displaysyle3.50x10^{-22}$ g

สารประกอบ Q มีมวลโมเลกุลเท่าใด

มวลของสารประกอบ Q 1 โมเลกุล = $\displaysyle\frac{{3.50 \times 10^{-22} g}}{5}$

$\displaysyle = 7.00\times 10^{- 23}g$

$\displaysyle = \frac{{7.00 \times 10^{-23}\rlap{--}g}}{{1.66 \times 10^{24}\rlap{--}g}}$

= 42.17

สารประกอบ Q มีมวลโมเลกุล 42.17

ในกรณีที่ทราบสูตรโมเลกุลของสารประกอบ คือ ทราบว่าหนึ่งโมเลกุลของสารนั้นประกอบด้วยธาตุใดบ้างธาตุละกี่อะตอม สามารถคำนวณมวลโมเลกุล* ได้ดังตัวอย่าง

ตัวอย่าง 4 น้ำตาลทรายมีสูตรโมเลกุล $\displaysyle C_{12} H_{22} O_{11}$

น้ำตาลทรายมีมวลโมเลกุลเท่าใด

มวลโมเลกุลของ $\displaysyle C_{12} H_{22} O_{11}$ คำนวณได้ดังนี้

= (12 x มวลอะตอมของ C) + (22 x มวลอะตอมของ H) + (11 x มวลอะตอม O)

= (12 x 12.011) + (22 x 1.0079) + (11 x 15.99)

= 342 .295

ตัวอย่าง 5 จงหามวลโมเลกุลของ $\displaysyle CaCl_2$

มวลโมเลกุล(มวลสูตร) ของ $\displaysyle CaCl_2$ คำนวณได้ดังนี้

= (1 x มวลอะตอมของ Ca) + (2 x มวลอะตอมของ Cl)

= (1 x 40.078) + (2 x 35.453)

= 110.984

RETURN TO CONTENTS

มวลไอออน

มวลของธาตุส่วนใหญ่อยู่ที่นิวเคลียส (จำนวนโปรตรอน + จำนวนนิวตรอน) เมื่ออะตอมรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามาจะกลายเป็นไอออนลบ (anion) หรืออะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนไปจะกลายเป็นไอออนบวก (cation) จะเห็นว่า เมื่อธาตุกลายเป็นไอออนบวกหรือไอออนลบ มวลที่นิวเคลียสไม่เปลี่ยน ดังนั้น มวลของไอออนจะมีค่าเท่ากับมวลอะตอมนั้นเอง

มวลของไอออนใด ๆ 1 ไอออน = มวลอะตอม X 1.66 X 10-24 g

สูตรไอออน เช่น NH4+ , NO3- , SO42-

มวลสูตรไอออนใด ๆ 1 ไอออน = มวลสูตรไอออน X 1.66 X 10-24 g

เช่น มวลของ K+ 1 ไอออน = 39 X 1.66 X 10-24 g (K = 39)

มวลของ Mg2+ 1 ไอออน = 24 X 1.66 X 10-24 g (Mg = 24)

มวลของ NO3- 1 ไอออน = [14+3(16)] X 1.66 X 10-24 g

= 62 X 1.66 X 10-24 g (N=14 , O=16)

สรุป มวลไอออนหรือมวลสูตรไอออน เป็นค่าเปรียบเทียบจึงไม่มีหน่วย เป็นค่าตัวเลขที่บอกให้ทราบว่ามวลไอออนหรือมวลสูตร 1 ไอออน มีมวลเป็นกี่เท่าของ 1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม

มวลไอออนหรือมวลสูตรไอออน

= มวลไอออนหรือมวลสูตรไอออน 1 ไอออน (g) /1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม (g)

RETURN TO CONTENTS

โมล

ปริมาณสาร 1 โมล คือ ปริมาณสารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากับจำนวนอะตอมของคาร์บอน - 12 มวล 0.012 กิโลกรัม หรือ 12 กรัม คาร์บอน -12 หมายความว่า คาร์บอน-12 1 อะตอมมีมวล 12 amu หรือ 12 ×1.66×10-24 กรัม คาร์บอน – 12 มวล 12×1.66×10-24 กรัม คือ คาร์บอน -12 1 อะตอม คาร์บอน -12 มวล 12 กรัมคือ คาร์บอน-12 = 12 กรัม คือ -12 = 12 กรัม × 1 = 6.02×1023อะตอม /12×1.66×10-24 กรัม

คาร์บอน -12 จำนวน 6.02×1023 อะตอม หรือ 1 โมลมีมวล 12.00 กรัม เท่ากับมวลอะตอมของคาร์บอน -12 มีหน่วยเป็นกรัม

ทำนองเดียวกัน ออกซิเจนมีมวลอะตอม 16.00 หมายความว่า ออกซิเจน 1 อะตอม มีมวล 16.00amu หรือ 16×1.66×10-24 กรัม ออกซิเจน 1 โมลหรือ 6.02×1023 อะตอมจะมีมวล = 16×1.66×10-24 กรัม ×6.02×1023 อะตอม /1 อะตอม

ออกซิเจน 1 โมลอะตอม มีมวล = 16 กรัม

ทำนองเดียวกัน แคลเซียมมีมวลอะตอม 10.00 หมายความว่า

แคลเซียม 1 อะตอม มีมวล 40.00 amu หรือ 10×1.66×10-24 กรัม

แคลซียม 1 โมลหรือ 6.02×1023 อะตอมจะมีมวล 40×1.66×10-24 กรัม ×6.02×1023 อะตอม

สำหรับสารบางชนิดไม่ได้อยู่ในลักษณะเป็นโมเลกุล แต่เป็นไอออนเกาะกันอยู่เป็นโครงผลึก เช่น โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ประกอบด้วยโซเดียมไอออน (Na+) กับคลอไรด์ไอออน(Cl-) ดังนั้นโซเดียมคลอไรด์ 1 โมล ประกอบด้วยโซดียมไอออน 6.02×1023 ไอออนและคลอไรด์ไอออน 6.02×1023 ไอออนหรืออาจกล่าวได้ว่า โซเดียมคลอไรด์ 1 โมลประกอบด้วยโซเดียมไอออน 1 โมลไอออนและคลอไรด์ไอออน 1 โมลไอออน เนื่องจากเราถือว่ามวลของไอออนธาตุใดๆมีค่าเท่ากับมวลอะตอมของธาตุนั้น โซเดียมคลอไรด์ 1 โมล มีมวล = 23+35.5 = 58.5 กรัมซึ่งมีค่าเท่ากับมวลของสูตรของโซเดียมคลอไรด์ คือ 58.5 มีหน่วยเป็นกรัม จึงกล่าวได้ว่า สารที่ไม่ได้อยู่ในลักษณะที่เป็นโมเลกุล ที่มีองค์ประกอบเป็นไอออน ปริมาณสาร 1 โมลจะมีมวลเป็นกรัมเท่ากับมวลสูตร หรือมวลไอออน ของสารนั้น

ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมลกับมวลของสารได้ดังนี้

จำนวนโมล = มวลของสารเป็นกรัม /มวลอะตอม หรือมวลโมเลกุล หรือมวลไอออนของสารนั้น

ไนโตรเจน(N)มวล 2.8กรัม มีจำนวนโมลเท่าไร (N = 14)

วิธีทำ มวลอะตอมของไนโตรเจน = 14 กรัม/โมล

จำนวนโมล = มวลของไนโตรเจนเป็นกรัม/มวลอะตอมของไนโตรเจน

= 2.8 กรัม / 14 กรัม/โมล

= 0.2 โมลอะตอม

ตอบ จำนวนโมลไนโตรเจนเท่ากับ 0.2 โมลอะตอม

โมล คือ หน่วยของปริมาณสารหน่วยหนึ่งที่มีความหมายเช่นเดียวกับกรัมโมเลกุล กรัมอะตอมหรือกรัมไอออน มีวิธีหาได้ 4 แบบ ดังต่อไปนี้

1) จำนวนอนุภาคต่อโมลของสาร

สสารทุกชนิด 1 โมลมีจำนวน 6.023 x 1023 อนุภาค (6.023 x 1023 คือเลขอาโวกาโดร)

อนุภาค คือ อะตอมโมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน เป็นต้น

- ธาตุ เช่น Na 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 1023 โมเลกุล หรือ 6.023 x 1023 อะตอม

Na+ 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 1023 ไอออน

Cl2 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 1023 โมเลกุล หรือ 2 x 6.023 x 1023 อะตอม ( 1 โมเลกุลมี 2 อะตอม),

Cl- 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 1023 ไอออน

- สารประกอบ เช่น SO3 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 1023 โมเลกุล หรือ 4 x 6.023 x 1023 อะตอม

(SO3 1 โมเลกุลประกอบด้วย H 2 อะตอม S 1 อะตอม และ O 4 อะตอม รวมเป็น 7 อะตอม)

2) จำนวนโมลกับมวลของสาร

มวลโมเลกุลหรือมวลอะตอม = มวล(กรัม)

ดังนั้น มวลหรือน้ำหนักของสาร 1 โมล คือมวลโมเลกุลหรือมวลอะตอม ตัวอย่างเช่น O2 1 โมล หนัก 32 กรัม

จงหามวลโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน เมื่อกำหนดให้มวลอะตอมของ O = 16

โมล = 16 X 2

= 32

ดังนั้น มวลโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน = 32

จะเห็นว่ามวลโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนมีค่าเท่ากับน้ำหนักของก๊าซออกซิเจน

3) ปริมาตรต่อโมลของก๊าซ

ก๊าซทุกชนิด 1 โมล มี 22.4 ลูกบาศก์เซนติเมตรที่ STP คือที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (ที่ 0 องศาเซลเซียส 1 บรรยากาศ หรือ 273 เคลวิน 760 มิลลิเมตรของปรอท)

ตัวอย่างเช่นไอน้ำ 1 โมล มีปริมาตร 22.4 ลูกบาศก์เดซิเมตร ที่ STP

4) ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมล อนุภาค มวล และปริมาตร

สาร 1 โมลจะมีมวลเป็นกรัมเท่ากับมวลอะตอมและมีจำนวนอนุภาคเท่ากับ 6.023 x 1023 อนุภาค และถ้าสารนั้นเป็นก๊าซที่ STP จะมีปริมาตรเท่ากับ 22.4 ลูกบาศก์เดซิเมตร

ตัวอย่างเช่น ไอน้ำ 18 กรัมมีปริมาตร 22.4 ลูกบาศก์เซนติเมตร ที่ STP มีจำนวนอนุภาคเท่ากับ 6.023 x 1023 อนุภาค

RETURN TO CONTENTS

ความเข้มข้นของสารละลาย

สารละลาย เป็นสารเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบของสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกันในอัตราส่วนที่ไม่คงที่ ประกอบด้วย ตัวทำละลายและตัวละลาย มีทั้ง 3 สถานะ ดังนี้

1. สารละลายสถานะแก๊ส เช่น อากาศ

2. สารละลายสถานะของเหลว เช่น น้ำเกลือ น้ำเชื่อม ทิงเจอร์ไอโอดีน เป็นต้น

3. สารละลายสถานะของแข็ง เช่น นาก ทองเหลือง ทองสัมฤทธิ์ ฟิวส์ เป็นต้น

เกณฑ์ในการพิจารณาว่าสารใดเป็นตัวทำละลายหรือตัวละลาย

1. ตัวทำละลายและตัวละลายมีสถานะต่างกัน

เกณฑ์ ตัวทำละลาย คือ สารที่มีสถานะเดียวกันกับสารละลาย

ตัวละลาย คือ สารที่มีสถานะต่างจากสารละลาย

ตัวอย่าง
สารละลายน้ำตาลทราย ประกอบด้วย น้ำ + น้ำตาลทราย

มีสถานะ ดังนี้ ( ของเหลว ) ( ของเหลว ) ( ของแข็ง )

ดังนั้น ตัวทำละลาย คือ น้ำ

ตัวละลาย คือ น้ำตาลทราย

2. ตัวทำละลายและตัวละลายมีสถานะเดียวกัน

เกณฑ์ ตัวทำละลาย คือ สารที่มีปริมาณมาก

ตัวละลาย คือ สารที่มีปริมาณน้อย

ตัวอย่าง
ฟิวส์ ประกอบด้วย บิสมัท 50% + ตะกั่ว 25% + ดีบุก 25%

มีปริมาณ ดังนี้ ( มาก ) ( น้อย ) ( น้อย )

ดังนั้น ตัวทำละลาย คือ บิสมัท

ตัวละลาย คือ ตะกั่ว ดีบุก

ความเข้มข้นของสารละลาย เป็นค่าที่บอกให้ทราบถึงปริมาณตัวละลายที่มีในสารละลาย ว่ามีจำนวนมากน้อยเพียงใด

สารละลายเข้มข้น คือ สารละลายที่มีปริมาณตัวละลายมาก
สารละลายเจือจาง คือ สารละลายที่มีปริมาณตัวละลายน้อย
สารละลายอิ่มตัว คือ สารละลายที่ไม่สามารถละลายตัวละลายได้อีกต่อไป ณ อุณหภูมิขณะนั้น ซึ่งถ้าใส่ตัวละลายเพิ่มลงไปอีก จะเหลือตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะ

การบอกความเข้มข้นของสารละลายแสดงด้วยหน่วยร้อยละ ดังนี้

1. ร้อยละโดยมวล

เป็นการบอกมวลของตัวละลายเป็นกรัมในสารละลาย 100 กรัม เช่น สารละลายน้ำตาลเข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวล หมายความว่า มีน้ำตาล 10 กรัม ละลายอยู่ในสารละลายน้ำตาล 100 กรัม หรือสารละลายน้ำตาลประกอบด้วยน้ำตาล 10 กรัม ละลายอยู่ในน้ำ 90 กรัม (100-10 = 90)
[ การใช้หน่วยของมวลเป็น กรัม เขียนสัญลักษณ์ คือ g ]

2. ร้อยละโดยปริมาตร

เป็นการบอกปริมาตรของตัวละลายเป็นลูกบาศก์เซนติเมตรในสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร เช่น สารละลายเอทานอลในน้ำเข้มข้นร้อยละ 15 โดยปริมาตร หมายความว่า สารละลายเอทานอลในน้ำ 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีเอทานอลละลายอยู่ 15 ลูกบาศก์เซนติเมตร ดังนั้นจึงมีน้ำซึ่งเป็นตัวทำละลาย 85 ลูกบาศก์เซนติเมตร (100-15 = 85)
[ การใช้หน่วยของปริมาตรเป็น ลูกบาศก์เซนติเมตร เขียนสัญลักษณ์ คือ cm3 ]

3. ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร

เป็นการบอกมวลตัวละลายเป็นกรัมในสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร เช่น สารละลายยูเรียเข้มข้นร้อยละ 25 โดยมวลต่อปริมาตร หมายความว่า สารละลายยูเรีย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มียูเรียละลายอยู่ 25 กรัม
[ การใช้หน่วยของมวลเป็น กรัม เขียนสัญลักษณ์ คือ g และ การใช้หน่วยของปริมาตรเป็น ลูกบาศก์เซนติเมตร เขียนสัญลักษณ์ คือ cm3 ]

1. ร้อยละความเข้มข้น

1.1 ร้อยละโดยมวล (percent mass by mass)

เป็นอัตราส่วนร้อยละของมวลของตัวถูกละลายต่อมวลของสารละลาย มีสูตรดังนี้

เช่น x % โดยมวล คือสารละลาย 100 กรัม มีตัวถูกละลาย x กรัม

1.2 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร (percent mass by volume)

เป็นอัตราส่วนร้อยละของมวลของตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย มีสูตรดังนี้

เช่น x % โดยมวล/ปริมาตร คือสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีตัวถูกละลาย x กรัม

1.3 ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร (percent volume by volume)

เป็นอัตราส่วนร้อยละของปริมาตรของตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย มีสูตรดังนี้

เช่น x % โดยปริมาตร คือสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีตัวถูกละลาย x ลูกบาศก์เซนติเมตร

ตัวอย่าง เมื่อนำโพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) 0.892 g ละลายในน้ำ 54.6 g จงคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ในหน่วยร้อยละโดยมวล

วิธีทำ

เพราะฉะนั้น เมื่อละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ 0.892 g ในน้ำ 54.6 g สารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ จะมีความเข้มข้น 1.61 % โดยมวล

2. โมลาริตี (molarity : M)

โมลาริตี หรือ โมลาร์ เป็นหน่วยความเข้มข้น ที่เป็นอัตราส่วนของจำนวนโมลของตัวถูกละลายที่อยู่ในสารละลาย ปริมาตร 1 ลิตร (L) จะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ M สามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้

โมลาร์ มีหน่วยเป็น mol / L

ปริมาตรของสารละลาย โดยทั่วไปจะบอกเป็นหน่วยมิลลิลิตร (mL) ดังนั้น ความสัมพันธ์หน่วยของปริมาตร ระหว่าง มิลลิลิตร กับ ลิตร
เป็นดังนี้

1 L มีค่าเท่ากับ 1000 mL

ตัวอย่าง จงคำนวณหาโมลาร์ของกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จำนวน 24.4 g ที่ละลายในน้ำ 250 mL

วิธีทำ

จำนวนโมลของกรดซัลฟิวริก

ในน้ำปริมาตร 250 mL มีกรดซัลฟิวริกอยู่ 0.249 mol

ดังนั้น ในน้ำปริมาตร 1000 mL จะมีกรดซัลฟิวริกอยู่ =

เมื่อนำกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จำนวน 24.4 g ที่ละลายน้ำ 250 mL
จะมีความเข้มข้น เท่ากับ 0.996 mol/L หรือ 0.996 M

3. โมแลลิตี (molality : m)

โมแลลิตี หรือ โมแลล เป็นหน่วยความเข้มข้น ที่เป็นอัตราส่วนของจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อมวลของตัวทำละลายใน 1 กิโลกรัม (kg) จะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ m สามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้

ตัวอย่าง จงคำนวณหาโมแลลของกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จำนวน 12.52 g ที่ละลายในน้ำ 220 กรัม

วิธีทำ

จำนวนโมลของกรดซัลฟิวริก เท่ากับ

ดังนั้น สามารถคำนวณหาโมแลลของกรดซัลฟิวริกได้ ดังนี้

= 0.582 m

เพราะฉนั้น เมื่อนำกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จำนวน 12.52 g ที่ละลายน้ำ 220 กรัม
จะมีความเข้มข้น เท่ากับ 0.582 m

4. เศษส่วนโมล (mole fraction : X)

เป็นอัตราส่วนของจำนวนโมลขององค์ประกอบแต่ละชนิดที่อยู่ในสารละลาย จะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ X เพราะฉะนั้น ถ้าจะคำนวณหาเศษส่วนโมลของสาร A ในสารละลาย สามารถเขียนได้ดังนี้

ตัวอย่าง ที่อุณภูมิ 25 oC เมื่อนำเอทานอล (CH3CH2OH) 10.0 g ละลายในน้ำ 200 mL จงคำนวณหาเศษส่วนโมลของเอทานอลในสารละลาย

วิธีทำ ความหนาแน่นของน้ำที่อุณภูมิ 25 oC เท่ากับ 1 g/mL

เพราะฉะนั้น เมื่อละลายเอทานอล จำนวน 10.0 g ละลายในน้ำ 200 mL สารละลายจะมีเศษส่วนโมลของเอทานอล
เท่ากับ 0.0191

RETURN TO CONTENTS

สมบัติคอลลิเกตีฟ (colligative properties)

ที่สภาวะหนึ่ง ๆ ตัวทำละลายบริสุทธิ์ (pure solvent) จะมีความดันไอ จุดเดือด และจุดเยือกแข็งที่แน่นอน แต่เมื่อมีตัวถูกละลาย ที่ไม่สามารถระเหย ผสมอยู่เป็นเนื้อเดียวกัน (homogeneous solution) ในสารละลาย สิ่งที่เกิดขึ้น คือ จะทำให้สารละลายมีสมบัติบางประการเปลี่ยนแปลงไป เช่น จุดเดือด (boiling point) จุดเยือกแข็ง (freezing point) ความดันไอ (vapor pressure) และความดันออสโมติก (osmotic pressure) นอกจากนั้น ยังพบว่า สำหรับสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำๆ การลดต่ำลงของความดันไอ การลดต่ำลงของจุดเยือกแข็ง และการเพิ่มสูงขึ้นของจุดเดือดของสารละลาย รวมทั้งความดันออสโมติกของสารละลาย จะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย หรือกล่าวง่ายๆ คือ จะขึ้นอยู่กับปริมาณหรือจำนวนอนุภาคของตัวถูกละลายที่มีอยู่ในสารละลายเท่านั้น จะไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวถูกละลายแต่อย่างใด ทั้งนี้หมายถึงสารละลายที่มีตัวทำละลายชนิดเดียวกัน เราเรียกสมบัติทั้งหมดรวมกันว่า สมบัติคอลลิเกตีฟ (colligative properties)

1 การลดต่ำลงของความดันไอ

จากข้อความที่กล่าวข้างต้น สมบัติของตัวทำละลายบริสุทธิ์ ณ ที่สภาวะหนึ่งๆ จะมีความดันไอที่แน่นอน แต่เมื่อมีตัวถูกละลายที่ไม่ระเหยผสมอยู่ในสารละลาย จะทำให้ความดันไอของสารละลายลดต่ำลงกว่าความดันไอของตัวทำละลายบริสุทธิ์ เนื่องจากจำนวนโมเลกุลของตัวทำละลายที่บริเวณผิวหน้า ของสารละลายลดน้อยกว่าเดิมจากที่เคยเป็นตัวทำละลายบริสุทธิ์ เพราะมีโมเลกุลของตัวถูกละลายปนอยู่ เมื่อจำนวนโมเลกุลของตัวทำละลายที่บริเวณผิวหน้าลดลง การที่โมเลกุลหนึ่งๆ ของตัวทำละลายจะสามารถเกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงจากของเหลวกลายเป็นไอได้ จะต้องเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างตัวทำละลายอื่นๆ และแรงดึงดูดระหว่างตัวถูกละลายที่ล้อมรอบอยู่ สิ่งที่เกิดขึ้น ก็คือ โมเลกุลของตัวทำละลายระเหยได้น้อยลง ส่งผลให้ความดันไอของสารละลาย มีค่าน้อยกว่าความดันไอของตัวทำละลาย (solvent) บริสุทธิ์

ถ้ามีตัวถูกละลายเพียงชนิดเดียวละลายอยู่ในตัวทำละลาย
เมื่อ P1 คือ ความดันไอของตัวทำละละลายเหนือสารละลาย
P01 คือ ความดันไอของตัวทำละลายบริสุทธิ์
X1 คือ เศษส่วนโมลของตัวทำละลาย
X2 คือ เศษส่วนโมลของตัวถูกละลาย

จะได้ P1 = X1 P01

แต่ X1 + X2 = 1

P1 = (1- X2 )P01

= P01 - X2 P01

P01 - P1 = X2 P01

เพราะฉะนั้น

ความดันไอที่ลดต่ำลง = X2 P01

ความดันไอที่ลดต่ำลง = P01 - P1

ตัวอย่าง เมื่อเติมน้ำตาลกลูโคส (C12H12O11) จำนวน 68 กรัม ในน้ำ 1 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ 280C ถ้าความดันไอของน้ำที่ 280C มีค่าเท่ากับ 28.35 torr จงคำนวณหา
1. ความดันไอที่ต่ำลง
2. ความดันไอของสารละลาย

( กำหนดให้ C = 12.0, H = 1.0, O = 16.0 )

วิธีทำ

1. ความดันไอที่ต่ำลง
น้ำหนักโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคส = (12.0 x 12 + 1.0 x 12 + 16.0 x 11) = 180 g/ mol
น้ำหนักโมเลกุลของน้ำ = 18 g/mol

จำนวนโมลของน้ำตาล = 68/180 = 0.38
จำนวนโมลของน้ำ = 1000/18 = 55.56

ความดันไอที่ลดต่ำลง = X2 P01

= 0.38 / (0.38+55.56) x 28.35 torr

= 0.19 torr
ดังนั้น ความดันไอที่ต่ำลง เท่ากับ 0.19 torr

2. ความดันไอเหนือสารละลาย

ความดันไอที่ลดต่ำลง = P01 - P 1

0.19 torr = 28.35 torr - P1

P1 = 28.35 torr - 0.19 torr

ดังนั้น ความดันไอเหนือสารละลาย เท่ากับ 28.16 torr

2 การเพิ่มสูงขึ้นของจุดเดือด และการลดต่ำลงของจุดเยือกแข็ง

จากที่กล่าวมา สมบัติของตัวทำละลายบริสุทธิ์ ณ ที่สภาวะหนึ่งๆ จะมีสมบัติที่แน่นอน รวมทั้งจุดเดือดและจุดเยือกแข็ง แต่เมื่อมีตัวถูกละลายที่ไม่ระเหยผสมอยู่ในสารละลาย โดยเฉพาะที่ความเข้มข้นต่ำๆ จะทำให้เกิดการลดต่ำลงของจุดเยือกแข็ง และการเพิ่มสูงขึ้นของจุดเดือดของสารละลาย

กำหนดให้
Tf คือ จุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์ Tob คือ จุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์

Tof คือ จุดเยือกแข็งของสารละลาย Tb คือ จุดเดือดของสารละลาย

ในการศึกษาสมบัติคอลลิเกตีฟ นิยมใช้ความเข้มข้นในหน่วย โมแลล (molal, m) ซึ่งจะเป็นการบอกจำนวนโมลของตัวถูกละลายในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม (kg) เขียนเป็นสมการได้ดังนี้

= Kf m

คือ จุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์ - จุดเยือกแข็งของสารละลาย = Tof - Tf

และการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของตัวถูกละลายในหน่วยโมแลล ซึ่งสามรถเขียนได้ดังนี้

= Kb m

คือ จุดเดือดของสารละลาย - จุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์ = Tb - Tob

เมื่อ m คือ โมแลล ของสารละลาย

Kb ค่าคงที่การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด ซึ่งจะบอกจุดเดือดของสารละลายที่เพิ่มขึ้น เมื่อตัวถูกละลาย 1 โมล ละลายในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม

Kf ค่าคงที่การลดลงของจุดเยือกแข็ง ซึ่งจะบอกจุดเยือกแข็งของสารละลายที่ลดลง เมื่อตัวถูกละลาย 1 โมล ละลายในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม

และ

ขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคของตัวถูกละลายที่อยู่ในสารละลายและชนิดของตัวทำละลายเท่านั้น โดยไม่ขึ้นกับชนิดของตัวถูกละลาย นั่นคือ ปริมาณของตัวถูกละลายจะมีผลทำให้จุดเดือดของสารละลายสูงขึ้น และจุดเยือกแข็งก็จะลดลง ซึ่งขึ้นอยู่กับว่าจะมีปริมาณของตัวถูกละลายมากหรือน้อย หรือกล่าวง่าย ๆ คือ จุดเดือดและจุดเยือกแข็ง จะแปรผันตรงกับโมแแลลของสารละลาย ถ้ามีปริมาณตัวถูกละลายอยู่น้อย จุดเดือดของสารละลายก็จะเพิ่มสูงขึ้นเล็กน้อย และจุดเยือกแข็งก็ลดต่ำลงเล็กน้อย ในทางกลับกัน ถ้ามีปริมาณตัวถูกละลายอยู่มาก จุดเดือดของสารละลายก็ยิ่งสูง และจุดเยือกแข็งก็ยิ่งต่ำลงมาก

ค่า Kb และKf เป็นค่าคงที่เฉพาะสำหรับตัวทำละลายแต่ละชนิด ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไป ตามชนิดของตัวทำละลาย ที่ความดัน 1 บรรยากาศ เราสามารถแสดงค่าต่างๆ ของตัวทำละลายที่สำคัญ ได้ดังตารางต่อไปนี้

ชนิดตัวทำละลาย	จุดเดือด oC	Kb oC/ mol	จุดเยือกแข็งoC	Kf oC/ mol
น้ำ (H2O)	100.0	0.51	0.0	1.86
เบนซีน (C6H6)	80.1	2.53	5.5	5.12
กรดแอซิติก (CH3COOH)	118.2	2.93	17.0	3.90
เอทิลแอลกอฮอล์ (CH3CH2OH)	78.4	1.19	-115.0	1.99
แนฟทาลีน (C10H8)	218.0	6.34	80.2	6.92

ตัวอย่างที่1 จงคำนวณหาจุดเดือดของสารละลาย เมื่อมีกลูโคส 18.0 กรัม ละลายอยู่ในน้ำ 800 กรัม (กำหนดให้น้ำหนักโมเลกุลของกลูโคส เท่ากับ 180.0 g mol -1 )

วิธีทำ

จุดเดือดของน้ำ ที่ความดัน 1 บรรยากาศ มีค่าเท่ากับ 100 oC

= Kb m

ดังนั้น จุดเดือดของสารละลาย เท่ากับ 100.06oC

ตัวอย่างที่ 2 ในประเทศที่มีอากาศหนาวเย็น ได้มีการใช้ Ethylene glycol : CH2(OH)CH2(OH) ซึ่งเป็นสาร antifreeze ในเครื่องยนต์ของรถยนต์ ชายคนหนึ่งใช้ Ethylene glycol 651 g ละลายอยู่ในน้ำ 2505 g เพื่อใช้ในรถยนต์ ให้จุดเยือกแข็งของสารละลายจะเป็นเท่าใด

วิธีทำ

จากสมการ

	= Kf m
	= (1.86oC/m)(4.19 m)
	= 7.79 oC

เนื่องจากน้ำมีจุดเยือกแข็งเท่ากับ 0.0 oC ดังนั้นชายคนนี้ใช้ ethylene glycol 651 g ละลายอยู่ในน้ำ 2505 g จะมีจุดเยือกแข็งเท่ากับ -7.79 oC

เก็บตกความรู้

1. ประโยชน์สำคัญประการหนึ่งของการศึกษาการลดของจุดเยือกแข็งของสารละลาย คือ การหาน้ำหนักโมเลกุลของตัวถูกละลาย ในตัวทำละลายที่เหมาะสม การทดลองเพื่อหามวลโมเลกุลของตัวถูกละลาย จะมีความถูกต้องเฉพาะสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำๆ แต่ถ้าตัวถูกละลายมีน้ำหนักโมเลกุลสูงๆ (molecular weight ;MW ตั้งแต่ 1,000 - 100,000 g/mol) จะมีความคลาดเคลื่อนค่อนข้างสูง ซึ่งเกิดจากสาเหตุหลายๆ อย่าง เช่น

1.1 สารที่ต้องการหามวลโมเลกุลไม่สามารถละลายได้ในตัวทำละลาย หรือ ละลายได้ไม่สมบูรณ์
1.2 ตัวทำละลายที่ใช้มีอัตราการระเหย ที่ค่อนข้างสูงเกินไป
1.3 น้ำหนักบางส่วนของสารตัวอย่างเกิดการสูญหายระหว่างการวิเคราะห์ ซึ่งจะทำให้ความเข้มข้นในหน่วยโมแลลที่คำนวณได้ มีความผิดพลาดไปจากความเข้มข้นจริงที่ชั่งได้

ทั้งหมดที่กล่าวมา สามารถทำให้การทดลองผิดพลาดได้ ปัจจุบัน การหาน้ำหนักโมเลกุลของสาร ที่ให้ผลที่ถูกต้อง และแม่นยำ และมีความเชื่อถือมาก มักนิยมวิเคราะห์มวลโมเลกุลของสารตัวอย่างโดยใช้เครื่องมีอที่เรียกว่า "mass spectroscopy"

จากภาพข้างต้น นักเรียนทราบหรือไม่ว่า ในถังไอศรีมต่างๆ จำเป็นที่จะต้องมีกระบวนการถนอมไอศรีมให้เย็นและไม่ละลาย ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีกระบวนการที่สามารถให้อุณหภูมิของถังมีอุณหภูมิต่ำๆ เช่น ใช้น้ำแข็ง ซึ่งอุณหภูมิที่ได้จากการใช้น้ำแข็งอย่างเดียวนั้น เราจะได้อุณหภูมิของถังแช่ไอศรีมประมาณ 4-5 องศาเซลเซียสเท่านั้น ซึ่งไม่เพียงพอที่จะรักษาไอศรีมให้คงสภาพอยู่ได้นาน แต่ถ้าเราเติมตัวถูกละลายที่ไม่แตกตัวลงไปในถัง จะทำให้ถังไอศกรีมมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทำให้เราเก็บไอศรีมได้นานขึ้น และไม่ละลายง่ายด้วย

2. ในเครื่องจักรของรถยนต์ การระบายความร้อนของรถยนต์ ปกติเรามักจะใช้น้ำ แต่ในกรณีที่อุณหภูมิของอากาศต่ำมากๆ สิ่งที่เกิดขึ้น ก็คือ น้ำกลายสภาพจากของเหลวเป็นของแข็ง จึงได้มีการคิดค้น ปรากฏว่า ถ้านำ ethylene glycol ผสมกับน้ำ จะทำให้สารละลายมีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำบริสุทธิ์ ข้อดีก็คือไม่ทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งง่ายไป ทำให้น้ำเดือดช้ามากขึ้น ซึ่งช่วยให้เราไม่ต้องเติมน้ำเนื่องจากการระเหยของน้ำบ่อยเกินไป

ตาราง อัตราส่วนของ ethylene glycol ต่อน้ำ โดยปริมาตร กับอุณหภูมิของจุดเยือกแข็ง

อัตราส่วนของ ethylene glycol (% by volume)	0	10	20	30	40	50	60
อุณหภูมิของจุดเยือกแข็ง (OC)	0	-3	-8	-16	-25	-37	-55

3 ความดันออสโมติก (osmotic pressure)

เมื่อวางสารละลายที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งถูกกั้นด้วย เยื่อเลือกผ่านบาง (semipermeable membrane) ในภาชนะที่มีตัวทำละลายเป็นน้ำบริสุทธิ์ คุณสมบัติของเยื่อเลือกผ่านบาง คือ จะยอมให้เฉพาะอนุภาคของตัวทำละลายผ่านไปได้เท่านั้น โดยไม่ยอมให้โมเลกุล หรือ ไอออนที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดของรูพรุนผ่านไปได้ จะเห็นได้ว่าภายในเยื่อบางซึ่งมีความเข้มข้นของสารละลายสูงกว่าภายนอก ตัวทำละลายซึ่งเป็นน้ำบริสุทธิ์จะไหลผ่านเยื่อบางเข้าไปข้างใน ทำให้สารละลายเจือจางลง ผลที่ได้คือจะทำให้สารละลายมีความเข้มข้นต่ำลง และระดับของเหลวในหลอดสูงขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ออสโมซิส (osmosis)

เมื่อระดับของของเหลวในหลอดคงที่ ระบบจะปรับตัวเข้าสู่ภาวะสมดุลใหม่อีกครั้ง ความดันที่ทำให้ออสโมซิสหยุดพอดี เรียกว่า ความดันออสโมติก (osmotic pressure) ซึ่งมีค่าเท่ากับผลต่างของระดับความสูงของของเหลวที่จุด A กับ B

นอกจากนั้น ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตก็มีกระบวนการออสโมซิสเกิดขึ้นเดียวกัน สารละลายรอบเซลล์ ก็มีผลต่อรูปร่างของเซลล์ และขนาดของเซลล์ด้วยเหมือนกัน พิจารณากระบวนการออสโมซิสในเซลล์พืช และเซลล์สัตว์

อ้างอิง

https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7170-1-stoichiometry

งาน Infographic

ค้นหาบล็อกนี้

ปริมาณสารสัมพันธ์

ความคิดเห็น

แสดงความคิดเห็น