ปริมาณสารสัมพันธ์

ปรมิ าณสารสมั พนั ธ์ (stoichiometry)

สารบัญ 1. มวลอะตอม 2. มวลโมเลกลุ 3. มวลไอออน 4. โมล 5. ความเขม้ ข้นของสารละลาย

ปริมาณสารสัมพันธ์ (stoichiometry) มาจากภาษากรีก 2 คา คือ stoicheion แปลว่า ธาตุ และ metron แปลว่า การวัดปริมาณสารสัมพันธ์เป็น คาศัพท์ท่ีใช้ระบุความสัมพันธ์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารและปฏิกิริยา หรือ สมการเคมีท่ีเก่ียวข้อง ซ่ึงมีความสาคัญอย่างย่ิงเพราะใช้คาดคะเน หรือ คานวณปริมาณขอองสารที่ต้องใช้เป็นสารต้ังต้น (reactant) เพ่ือให้ได้ปริมาณสาร ผลติ ภณั ฑ์ (product)ตามตอ้ งการ หรอื ใช้บอกว่าสารตั้งต้นจะทาปฏิกิริยาหมด หรือ มเี หลือและปฏิกิริยาจะได้ผลผลิตอยา่ งมากท่สี ุดเท่าใด ดังน้ัน ปริมาณสารสัมพันธ์ จึงหมายถึง การวัดปริมาณของสารต่าง ๆ โดยเฉพาะ ปริมาณของสารท่ีเกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีท้ังของสารตั้งต้นและสาร ผลติ ภัณฑ์ตลอดจนปริมาณของพลงั งานของสารท่เี ปล่ยี นแปลงในปฏกิ ิริยาเคมี

1. มวลอะตอม การวดั ธาตุในท่ีน้ี เร่ิมจากการหามวลของธาตุ ซงึ่ เราทราบแล้วว่าธาตุมอี นุภาคมลู ฐาน 3 อนุภาค คอื โปรตรอน อเิ ล็กตรอน และนวิ ตรอน โดยธาตทุ ัง้ 3 มีมวล ดงั น้ี โปรตรอน (p) มีมวลประมาณ 1.6726 X 10-24 g นิวตรอน (n) มมี วลประมาณ 1.6749 X 10-24 g อิเลก็ ตรอน (e) มีมวลประมาณ 9.1096 X 10-28 g จะเห็นวา่ อิเล็กตรอน มีมวลน้อยท่สี ุด ในการคานวณจึงไม่นาไปคิดมวลของธาตุ มวลของธาตจุ งึ คิดเพยี ง โปรตรอน และ นวิ ตรอน ซง่ึ อนภุ าคทั้งสองอยใู่ นนิวเคลยี ส

ดอลตันจะหามวลอะตอมของธาตุโดย ใชว้ ธิ ีการเปรยี บเทยี บวา่ อะตอมของธาตุท่ี ต้องการศึกษามีมวลเปน็ กเี่ ทา่ ของอะตอมของธาตุที่ กาหนดใหเ้ ปน็ มาตรฐาน ดอลตันเสนอให้ใชธ้ าตุไฮโดรเจนซึ่งมีมวลน้อยที่สุดเปน็ ธาตุมาตรฐานในการเปรียบเทยี บหามวลอะตอมของธาตโุ ดย กาหนดให้ธาตุไฮโดรเจน 1 อะตอมมมี วล 1 หน่วย ตัวเลขทไ่ี ดจ้ ากการเปรียบเทียบมวล ของธาตุ1อะตอม กบั มวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม เรยี กว่า มวลอะตอมของธาตุ ซ่งึ เขยี นไดโ้ ดยความสมั พันธด์ ังน้ี

น่ืองจากธาตตอุ ่ออมกาซมเิ จีผนู้เมสหีนลอาใยหไใ้ อชโ้ธซาโตทอุ ปอกคซอื เิ 1จ6นOเป1็น7มOาตแรลฐะาน18แOทนแธลาะตนุไฮกั โเดคมรเีกจบั นนกั ฟิ สกิ ส์กาหนด มวลเอพะรตาอะวม่าขธอาตงอุ อกกซซิเิเจจนนไมอยเ่ หเู่ มปือน็ นอกสิ นั ระโใดนยบนรกั รเคยมากีใชา้ศมวแลลอะะทตาปอมฏเิกฉิรลิยีย่ าขกอบั งธอาอตกุอซื่นิเจๆนไดท้งั้ า่ 3ยไอโซโทป แตน่แกัตฟธ่ ิ สาตกิ ุอสอ์ใชก้มซวิเจลน 1 ออะะตตออมมมขอีมงว1ล61O6 เเทท่า่านขนัอ้ งตไงัฮ้ แโตด่รพเจ.ศน.2510อ4ะเตปอ็นมต้นมา นกั วิทยาศาสตร์จงึ ตจกงึลเงขใยีช้สนตูเปรน็ 12คCวาซมงึ่ เสปัม็นพไอันโธซ์ไโดทด้ปังหน้ีง่ึ ของคาร์บอนเป็นมาตรฐานในการเปรียบเทียบมวล โดย กาหนดให้ 12 C จานวน 1 อะตอม มีมวล 12 หนว่ ยมวลอะตอม ดงั นนั้ 1 หน่วยมวลอะตอมจึงมีคา่ เทา่ กบั 1/12 มวลของ จานวน 1 อะตอม หรือเท่ากบั 12 O กรัม มวลอะตอมของธาตเุ ขียนเป็น ความสมั พนั ธ์ได้ดงั นี ้ เนอื่ งจากธาตุออกซเิ จนมหี ลายไอโซโทป คอื 16 O 17 O และ 18 O และนักเคมีกบั นักฟิสกิ สก์ าหนดมวลอะตอมของออกซเิ จนไมเ่ หมอื นกนั โดยนักเคมใี ช้มวลอะตอมเฉลี่ยของออกซิเจนท้งั 3 ไอโซโทป แตน่ ักฟิสกิ สใ์ ชม้ วลอะตอมของ16 O เท่านัน้

ต้ังแต่ พ.ศ.2504 เป็นต้นมา นักวทิ ยาศาสตร์จึงตกลงใชส้ ูตร 12C ซ่ึงเป็น ไอโซโทปหน่ึงของคาร์บอนเป็นมาตรฐานในการเปรียบเทยี บมวล โดยกาหนดให้ 12 C จานวน 1 อะตอม มมี วล 12 หน่วยมวลอะตอม ดงั นั้น 1 หนว่ ยมวลอะตอม จึงมีคา่ เทา่ กบั 1/12 มวลของ จานวน 1 อะตอม หรือเทา่ กบั 12 O กรมั มวลอะตอมของธาตเุ ขยี นเป็นความสมั พนั ธไ์ ด้ดงั น้ี

2. มวลโมเลกลุ โมเลกลุ หมายถึง อนุภาค เลก็ ทสี่ ดุ ของสาร ซงึ่ สามารถอยู่ เป็นอสิ ระและแสดงสมบัตเิ ฉพาะตวั ของสารนนั้ ๆ ได้ เชน่ โมเลกลุ ของธาตุ เกดิ จาก อะตอมชนดิ เดยี วกนั มาอย่รู วมกนั โมเลกุลของสารประกอบ เกิดจากอะตอมตา่ งชนิดกนั มา รวมกนั

มวลโมเลกุล คอื มวลเปรียบเทยี บว่าสารน้ัน 1 โมเลกลุ มีมวลเป็นก่ีเทา่ ของ 1/12 มวลของคาร์บอน – 12 1 อะตอม มวลโมเลกลุ เปน็ มวลเปรยี บเทยี บวา่ สารนน้ั 1 โมเลกลุ มมี วลเปน็ กเ่ี ทา่ ของ 1/12 มวลของ C – 12 1 อะตอม เขยี นความสัมพันธ์ไดด้ งั นี้

3. มวลไอออน มวลของธาตุส่วนใหญ่อยูท่ ี่นิวเคลียส (จานวนโปรตรอน + จานวนนวิ ตรอน) เม่ืออะตอม รับอิเล็กตรอนเพิ่มเขา้ มาจะกลายเป็นไอออนลบ (anion) หรอื อะตอมสูญเสยี อิเลก็ ตรอนไป จะกลายเป็นไอออนบวก (cation) จะเหน็ ว่า เม่ือธาตกุ ลายเป็นไอออนบวกหรอื ไอออนลบ มวลทน่ี ิวเคลยี สไมเ่ ปล่ียน ดังนนั้ มวลของไอออนจะมีค่าเท่ากับมวลอะตอมนั้นเอง มวลของไอออนใด ๆ 1 ไอออน = มวลอะตอม X 1.66 X 10-24 g สูตรไอออน เชน่ NH4+ , NO3- , SO42- มวลสตู รไอออนใด ๆ 1 ไอออน = มวลสูตรไอออน X 1.66 X 10-24 g สรปุ มวลไอออนหรือมวลสูตรไอออน เปน็ ค่าเปรยี บเทียบจึงไมม่ ีหนว่ ย เปน็ คา่ ตวั เลขท่ีบอกให้ทราบว่ามวลไอออนหรือมวลสูตร 1 ไอออน มมี วลเป็นกี่เทา่ ของ 1/12 มวล ของคาร์บอน – 12 1 อะตอม

4. โมล ปรมิ าณสาร 1 โมล คอื ปริมาณสารทม่ี จี านวนอนุภาคเท่ากบั จานวนอะตอมของ คาร์บอน - 12 มวล 0.012 กโิ ลกรมั หรือ 12 กรัม คารบ์ อน -12 หมายความวา่ คาร์บอน-12 1 อะตอม มีมวล 12 amu หรือ 12 ×1.66×10-24 กรัม คารบ์ อน – 12 มวล 12×1.66×10-24 กรมั คอื คาร์บอน -12 1 อะตอม คารบ์ อน -12 มวล 12 กรัม คอื คารบ์ อน-12 = 12 กรมั = 12 กรัม × 1 = 6.02×1023 อะตอม หรือ 12×1.66×10-24 กรมั

โมล คอื หนว่ ยของปรมิ าณสารหนว่ ยหนง่ึ ที่มีความหมายเช่นเดยี วกบั กรัมโมเลกุล กรัมอะตอมหรือกรัมไอออน มวี ิธีหาได้ 4 แบบ ดังต่อไปนี้ 1) จานวนอนภุ าคตอ่ โมลของสาร สสารทกุ ชนิด 1 โมลมจี านวน 6.023 x 1023 อนุภาค (6.023 x 1023 คือเลขอาโวกาโดร) อนุภาค คอื อะตอมโมเลกุล ไอออน อเิ ลก็ ตรอน เปน็ ตน้ - ธาตุ เช่น Na 1 โมล มีจานวน 6.023 x 1023 โมเลกุล หรือ 6.023 x 1023 อะตอม Na+ 1 โมล มีจานวน 6.023 x 1023 ไอออน Cl2 1 โมล มีจานวน 6.023 x 1023 โมเลกุล หรือ 2 x 6.023 x 1023 อะตอม ( 1 โมเลกุลมี 2 อะตอม), Cl- 1 โมล มจี านวน 6.023 x 1023 ไอออน - สารประกอบ เชน่ SO3 1 โมล มีจานวน 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) จานวนโมลกบั มวลของสาร มวลโมเลกลุ หรอื มวลอะตอม = มวล(กรัม) ดงั นน้ั มวลหรือนา้ หนักของสาร 1 โมล คือมวลโมเลกลุ หรือมวลอะตอม ตัวอยา่ งเชน่ O2 1 โมล หนัก 32 กรมั 3) ปริมาตรตอ่ โมลของกา๊ ซ กา๊ ซทุกชนดิ 1 โมล มี 22.4 ลกู บาศก์เซนตเิ มตรที่ STP คอื ทีอ่ ุณหภูมแิ ละความดนั มาตรฐาน (ท่ี 0 องศาเซลเซยี ส 1 บรรยากาศ หรือ 273 เคลวนิ 760 มิลลเิ มตรของปรอท) ตัวอยา่ งเช่นไอนา้ 1 โมล มปี ริมาตร 22.4 ลกู บาศก์เดซิเมตร ที่ STP 4) ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งจานวนโมล อนุภาค มวล และปรมิ าตร สาร 1 โมลจะมีมวลเปน็ กรัมเท่ากบั มวลอะตอมและมีจานวนอนภุ าคเทา่ กับ 6.023 x 1023 อนภุ าค และถ้าสารนน้ั เป็นก๊าซที่ STP จะมปี รมิ าตรเท่ากบั 22.4 ลกู บาศก์เดซิเมตร ตัวอย่างเชน่ ไอน้า 18 กรมั มีปรมิ าตร 22.4 ลูกบาศก์เซนตเิ มตร ท่ี STP มีจานวนอนุภาคเทา่ กับ 6.023 x 1023 อนุภาค

5. ความเขม้ ข้นของสารละลาย สารละลาย เป็นสารเน้อื เดยี วท่มี อี งค์ประกอบ ของสารต้งั แต่ 2 ชนิดขนึ้ ไปมารวมกนั ในอัตราสว่ นท่ี ไมค่ งที่ ประกอบด้วย ตวั ทาละลายและตวั ละลาย มที ั้ง 3 สถานะ ดังนี้ 1. สารละลายสถานะแก๊ส เชน่ อากาศ 2. สารละลายสถานะของเหลว เช่น นา้ เกลือ นา้ เชือ่ ม ทิงเจอรไ์ อโอดีน เป็นตน้ 3. สารละลายสถานะของแขง็ เชน่ นาก ทองเหลือง ทองสัมฤทธ์ิ ฟวิ ส์ เปน็ ต้น