สารละลาย ppt

ข้อมูลทไ่ี ด้ -%ความเขม้ ขน้ -น้าหนกั โมเลกลุ -ความหนาแน่น/ความ ถ่วงจาเพาะ 51

จงอธิบายวธิ ีการเตรียมสารละลาย 1M HCl ปริมาตร 500 mL จากกรดเขม้ ขน้ ซ่ึงมีฉลากขา้ งขวด และขอ้ มูลดงั น้ี HCl pro analysi M=36.46g/mol Salzsaure rauchend 37% 1L=1.19kg Hydrochloric acid fuming 37% นา้ หนักโมเลกลุ %w/w ความหนาแน่น 52

วธิ ีการเตรียม จากขอ้ มูลที่ไดจ้ ากฉลากขา้ งขวดสาร ทราบ ความเขม้ ขน้ ,น้าหนกั โมเลกลุ , ความหนาแน่น การคานวณความเขม้ ขน้ ของกรดจากขา้ งขวดในหน่วย molarity โดยเปลี่ยนจาก %w/w เป็น M สารละลาย 37 %w/w หมายความวา่ สารละลาย 100 g ประกอบดว้ ย HCl 37 g เปลยี่ น g เป็ น ml จากความหนาแน่น เปลยี่ น g เป็ น mol จาก %w/w = 100g / 1.19 g/mL = 84 mL = 37g / 36.5 g/mol = 1.02 mol 53

สารละลาย 84 mL ประกอบดว้ ย HCl 1.02 mol ถา้ สารละลาย 1000 mL ”-------------------” = 1.02 x 1000 =12.1 mol 84 ดงั น้นั กรด HCl เขม้ ขน้ 12.1 M การคานวณการเจือจางกรดเข้มข้น จาก M1V1 = M2V2 12.1x V1 = 1 x 500 V1 = 41 mL ดงั น้ันต้องนากรดเข้มข้น 41 mL มาเจือจางจนได้ปริมาตร 500 mL 54

วธิ ีการเจือจางกรดทีเ่ ข้มข้น! การผสมกรดเขม้ ขน้ กบั น้าจะเกิดความร้อนสูงมาก ดงั น้นั จึงตอ้ งเติม กรดเขม้ ขน้ อยา่ งชา้ ๆ ลงในน้า และคนเบาๆ ผสมใหเ้ ขา้ กนั ต้งั ทิ้งไว้ ใหเ้ ยน็ เทใส่ขวดปิ ดฉลาก ** หา้ มเติมน้าลงในกรดเขม้ ขน้ เดด็ ขาด!อาจกระเดน็ แลว้ เป็นอนั ตราย การทาการทดลองบางคร้ังจาเป็นตอ้ งใชส้ ารละลายท่ีทราบความเขม้ ขน้ ท่ี แน่นอน “สารละลายมาตรฐาน” ทาโดยการไทเทรต หรือ ทาปฏิกิริยากบั สารละลายมาตรฐานอีกชนิดหน่ึง “สารละลายมาตรฐานปฐมภูม”ิ คานวณหาความเขม้ ขน้ ที่แน่นอนของสารละลายท่ีเตรียมได้ 55

สมบตั ิบางประการของสารละลาย เมื่อตวั ถูกละลายผสมลงไปในตวั ทาละลายบริสุทธ์ิ จะทาใหต้ วั ทาละลายมี สมบตั ิ เปล่ียนแปลงไปจากเดิม เช่น ความดนั ไอ จุดเดือด และจุดหลอมเหลว ซ่ึงการ เปล่ียนแปลงดงั กล่าวจะมากหรือนอ้ ย ข้ึนอยกู่ บั ความเขม้ ขน้ ของสารละลาย สมบตั ิดงั กล่าว เรียกวา่ “สมบัติคอลลเิ กทฟี (Colligative)” 56

ความดันทเ่ี กิดจากโมเลกุลของของเหลวทรี่ ะเหยเป็ นไออยู่ ในทว่ี ่างเหนือของเหลวภายในภาชนะปิ ด การทข่ี องเหลวกลายเป็ นไอแล้วควบแน่นกลับมาเป็ นของเหลว ใหม่ในอัตราทเี่ ทา่ กันเรียกว่า “ของเหลวอยใู่ นสมดลุ พลวัต (dynamic equilibrium)” ของเหลวระเหยเป็ นไอ อัตราการระเหยเท่ากบั อัตราการควบแน่น

ของเหลว การระเหย ความดนั ไอ แรงยดึ เหน่ียวระหวา่ ง ความรอ้ นแฝงของการ โมเลกลุ กลายเป็นไอ จดุ เดอื ดต่า เรว็ สงู นอ้ ย นอ้ ย จดุ เดือดสงู ชา้ ต่า มาก มาก จดุ เดือด คือ อณุ หภมู ทิ ่ีความดนั ไอเทา่ กบั ความดนั บรรยากาศ จดุ เดือดปกติ คือ อณุ หภมู ทิ ่ีความดนั ไอ เทา่ กบั ความดนั 1 บรรยากาศ

ผลของความดนั ท่ีมีตอ่ การเดือดของนา้ นา้ เดือดท่ีอณุ หภมู ิ 100 OC นา้ เดอื ดไดท้ ่ีอณุ หภมู ิหอ้ ง ความดนั บรรยากาศ = 1 บรรยากาศ ความดนั บรรยากาศ (สญู ญากาศ)

สมบตั คิ อลลิเกทฟี (Colligative Properties) สมบตั คิ อเมล่ือลเิสกาทรีฟบเรปิส็นุทสมธบ์ิใดตั ๆทิ าถงูกกนายาไภปาพเปข็ นองสารละลายท่ีขนึ้ กบั ตวั ทาละลาย เมื่อกลายเป็ นสารละลาย 1) ชนจิดุดขอเดงือตดวั ทจาะลสะูงลขานึ้ย และจุดเยือกแขง็ จะ 2) จกตาาา่ นรลแวงตนกกอวตน่าวัภจุ ขุดาอคเงยขตืออวั กงถตแกู วัขลถง็ะกู ขลลาอะยงลตาวัยทท่ีมาลอี ะยลใู่ นายสานร้ันละลาย (molality) 3) มคี า่ เดียวกนั สาหรบั สาร nonelectrolytes (sugar, ethanol) มีคา่ เดยี วกนั สาหรบั สาร 1:1 electrolytes (NaCl, KNO3)

สมบตั คิ อลลเิ กทีฟ (Colligative properties) สมบัติคอลลิเกทีฟของสารละลาย เป็ นสมบัติทางกายภาพของ สารละลายทีข่ ึน้ กบั จานวนอนุภาคของตัวถูกละลายที่มีอยู่ในสารละลาย แต่ ไม่ ข้ึนกบั ชนิดของตัวถูกละลายน้ัน สมบัติคอลลเิ กทีฟของสารละลาย มี 4 ข้อ ได้แก่ 1. การลดต่าลงของความดนั ไอ (Vapor pressure lowering) ความดันไอของสารละลายต่ากว่าความดันไอของตัวทาละลายบริสุทธ์ิ ท่ีอุณหภูมิเดียวกนั เพราะท่ีผิวหน้าของสารละลายมีจานวนโมเลกุลของตัวทา ละลายน้อยลงจากเดิมที่เคยเป็ นตัวทาละลายบริสุทธ์ิ เนื่องจากมีโมเลกลุ ของตัว ถู ก ล ะ ล า ย ป ะ ป น อ ยู่ บ้ า ง จึ ง ท า ใ ห้ ก ล า ย เ ป็ น ไ อ ไ ด้ น้ อ ย ล ง จากกฏของราอลู ท์ หาความดนั ไอของสารละลายท่ลี ดตา่ ลงได้ดงั นี้

2. การสูงขนึ้ ของจุดเดือด (Boiling point elevation) การท่ีความดนั ไอของสารละลายลดตา่ ลง มีผลทาให้จุดเดือดสารละลาย สูงกว่าจุดเดือดของตัวทาละลายบริสุทธ์ิและจุดเยือกแข็งของสารละลายต่ากว่า จุดเยือกแข็งของตัวทาละลายบริสุทธ์ิ จุดเดือดของสารละลายสูงขนึ้ = T 0 - Tb b เม่ือ Tb = จุดเดือดของนา้ บริสุทธ์ิ T0b = จุดเดือดของสารละลาย Tb เป็ นค่าทขี่ นึ้ กบั จานวนอนุภาคของตวั ทาละลายในสารละลายและชนิดของ ตัวทาละลาย แต่ไม่ขนึ้ กบั ชนิดของตัวถูกละลาย Tb = Kb . m เมื่อ m = โมแลลลติ ขี องสารละลาย Kb = จุดเดือดของสารละลายทเี่ พม่ิ ขนึ้ เมื่อ ตัวถูกละลาย 1 โมลละลายในตัวทาละลาย 1 kg

3. การลดตา่ ลงของจุดเยือกแขง็ (Freezing point depression) Tf = Kf . m เมื่อ Tf = จุดเยือกแข็งของตัวทาละลายบริสุทธ์ิ – จุดเยือกแข็งของสารละลาย = Tf - T0f Kf = จุดเยือกแขง็ ของสารละลายทลี่ ดตา่ ลง เม่ือ ตวั ถูกละลาย 1 โมลละลายในตวั ทาละลาย 1 kg

รูปแสดงแผนผงั วฏั ภาคของนา้ บริสุทธ์ิเปรียบเทยี บกบั สารละลาย

ค่า Kb และ Kf ของตัวทาละลายบางชนิด ตัวทาละลาย จุดเดือด, ๐C Kb ๐C/mol จุดเยือกแขง็ , ๐C Kf ๐C/mol นา้ 100.0 0.51 0.0 1.86 เบนซีน 80.1 2.53 5.5 5.12 กรดอะซิกตกิ 118.2 2.93 17.0 3.90 เอทลิ แอลกอฮอล์ 78.4 1.19 -115.0 1.99 แนพทาลนี 218.0 6.34 80.2 6.92

ตัวอย่าง จงหาจุดเดือดของสารละลาย ซึ่งประกอบด้วยสารหนัก 24 g ละลายในนา้ 600 g สารน้ันมนี า้ หนักโมเลกลุ = 58 และ นา้ บริสุทธ์ิ เดือดทอ่ี ณุ หภูมิ 99.72 oC Tb = Kbm T0b - 99.72 = 0.51 x 24 x1000 = 0.35 600 x 58 T0b = 0.35 + 99.72 = 100.07 oC

ตัวอย่าง เมื่อนาตวั ถูกละลายหนัก 4.5 g ละลายในนา้ 125 g ได้ สารละลายซ่ึงมจี ุดเยือกแขง็ -0.372 oC จงคานวณหานา้ หนัก โมเลกลุ ของตวั ถูกละลาย Tf = Kf . m M.W. = นา้ หนักโมเลกลุ ของตวั ถูกละลาย 0 – (- 0.372) = 1.86 x 4.5 x 1000 125 x M.W. = 180

4. ความดนั ออสโมตกิ (Osmotic pressure) สารละลายและตวั ทาละลายบริสุทธ์ิถูกก้นั ให้แยกจากกนั ด้วยเยื่อบางชนดิ ซ่ึงยอมให้เฉพาะตวั ทาละลายเท่าน้ันไหลผ่าน ได้ (semipermeable membrane ) ตวั ทาละลายจะไหล ผ่านเยื่อ เข้าไปในสารละลายทาให้สารละลายเจือจาง ปรากฏการณ์เช่นนี้ เรียกว่า ออสโมซิส (osmosis) เกดิ ขนึ้ ระหว่าง สารละลายสอง ชนิดซ่ึงมคี วามเข้มข้นต่างกนั ได้เช่นกนั

ความเข้มข้นมาก ความเข้มข้นน้อย รูปการวดั ความดนั ออสโมตกิ

จากรูป สารละลาย A และตัวทาละลายบริสุทธ์ิ B ถูกก้นั ด้วย semipermeable membrane ออสโมซิส เกดิ ขนึ้ โดยโมเลกลุ ของตวั ทา ละลายจาก B ไหลผ่านเยื่อเข้าไปในสารละลาย A (ในขณะเดยี วกนั โมเลกลุ ของตวั ทาละลายจากสารละลาย A กส็ ามารถไหลเข้าไปใน B ได้แต่ด้วย อตั ราทช่ี ้ากว่า ) จะสังเกตเห็นระดบั ของของเหลวในหลอดเลก็ เหนือ สารละลาย A สูงขึน้ ส่วนทางด้าน B ลดลง เม่ือระดับของเหลวในหลอด เลก็ ท้งั สองคงทแ่ี สดงว่าระบบเข้าสู่สภาวะสมดุล อย่างไรกด็ เี ราสามารถทา ให้ออสโมซิสหยุดลงได้โดยใช้ความดนั กดทางด้านสารละลาย ความดนั ที่ ทาให้ออสโมซิสหยุดพอดนี ีเ้ รียกว่า ความดนั ออสโมตกิ ซึ่งเป็ น ปฏภิ าคโดยตรงกบั ความเข้มข้นของสารละลายและจากการทดลองของ Van't Hoff ได้สรุปว่า

Osmotic Pressure และจากการทดลองของ Van't Hoff ไดส้ รุปว่า  = CRT เมอ่ื  = ความดันออสโมตกิ (atm) C = ความเข้มข้นของสารละลาย (Molarity) = n/V R = ค่าคงทข่ี องแก๊ส (0.082 Latm/molK) T = อุณหภูมสิ ัมบรู ณ์ (K) ดงั นั้นจงึ เขยี นไดเ้ ป็ น V = nRT

ตัวอย่าง สารละลายซ่ึงมีฮีโมโกลบนิ หนัก 80 g ในสารละลาย 1 ลติ ร มคี วามดนั ไอ ออสโมตกิ 0.026 atm ทอ่ี ณุ หภูมิ 4 ํC จงคานวณนา้ หนักโมเลกลุ ของ ฮีโมโกลบนิ V = nRT (0.026 atm) (1 dm3) = n (0.0821 dm3 atm/K mol) (277 K) = n 0.00114 mol ดังน้ัน M.W. = 80 0.00114 = 70175

Normal & Reverse Osmosis >30 atm pressure Osmotic membrane Seawater in Pure water out

Osmosis and Living Cell เซลลใ์ นสภาวะต่างๆ Isotonic Solution = equal concentration Hypertonic Solution = more concentration Hypotonic Solution = less concentration

Colligative Properties of Non-Electrolyte Solution For vapor pressure lowering P = XsoluteP0solvent For boiling point elevation Tb = Kbm For freezing point depression Tf = Kfm For osmotic pressure  = CRT

จุดเดือดและจุดเยอื กแขง็ ของสารละลาย electrolyte สารละลายอิเลก็ โทรไลต์ ประกอบดว้ ยตวั ทาละลายท่ีแตกตวั เป็นไอออนได้ ดงั น้นั เมื่อนามาหาจุดเดือดและจุดเยอื กแขง็ จะตอ้ งคานึงถึงจานวนโมลของ ไอออนต่อหน่ึงโมลของสารอิเลก็ โทรไลต์ KCl K+ + Cl- จานวนไอออนทสี่ าร electrolyte แตกตวั ออกมา = 2 CaCl2 Ca2+ + 2Cl- จานวนไอออนทส่ี าร electrolyte แตกตวั ออกมา i=3 76

Al(NO3)3 Al3+ + 3NO3- i=4 MgCl2 + KOH MgCl2 Mg2+ + 2Cl- KOH K+ + OH- i=5 77

Colligative Properties of Electrolyte Solution สมบตั คิ อลลเิ กทีฟ คือสมบตั ทิ ่ีขนึ้ กบั จานวนของตวั ละลายเทา่ นนั้ ไมข่ นึ้ กบั ชนิดของตวั ละลาย เม่ือพจิ ารณาสารละลาย NaCl 0.1 m Na+ 0.1 m Cl- 0.1 m ดงั นนั้ ในสารละลายจะประกอบดว้ ยไอออน 0.2 m

Colligative Properties of Electrolyte Solution van’t Hoft factor (i ) จะบอกถงึ จานวนของไอออนท่ีอยใู่ นสารละลาย จานวนไอออนท่ีแตกตวั ในสารละลาย i= จานวนอนภุ าคตวั ละลายก่อนแตกตวั Substance i Nonelectrolyte 1.0 Sucrose 1.0 NaCl 2.0 CaCl2 3.0 FeCl3 4.0

Colligative Properties of Electrolyte Solution ในทางปฏิบตั ิ van’t Hoft factor (i ) มีคา่ ไมม่ ากเทา่ ท่ีคาดไว้ ในกรณีสารละลายท่ีเจือจางมากๆ คา่ i จะใกลเ้ คียงกบั คา่ ทางทฤษฎี และจะตา่ งกนั มากขนึ้ เม่ือความเขม้ ขน้ เพ่มิ ขนึ้ For vapor pressure lowering P = i(XsoluteP0solvent) For boiling point elevation Tb = i(Kbm) For freezing point depression Tf = i(Kfm)  = i(CRT) For osmotic pressure

ตวั อยา่ ง จงคานวณหาจุดเดือดของสารละลาย KNO3 ท่ีมีความ เขม้ ขน้ 0.012 โมแลล จากสมการ KNO3 K+ + NO3- Tb = i . Kb . m = 2 x(0.51)(0.012) = 0.0122 ดงั น้นั จุดเดือดของ KNO3 = 100 + 0.0122 = 100.012 oC

ตวั อยา่ ง จงคานวณหาจุดเยอื กแขง็ ของสารละลาย MgCl2 ท่ีมีความ เขม้ ขน้ 0.25 โมแลล จากสมการ MgCl2 Mg2+ + 2Cl- Tf = i . Kf . m = 3 x (1.86) (0.25) = 1.395 ดงั น้นั จุดเยอื กแขง็ ของสารละลาย MgCl2 = 0 – 1.395 = - 1.395 oC

ตวั อยา่ ง KCl จานวน 10 g ละลายในน้า 100 g พบวา่ มีจุดเยอื กแขง็ - 4.5 oC จงคานวณหาจานวนไอออนที่สารอิเลก็ โทรไลต์ แตกตวั ออกมา Tf = i . Kf . m 0-(-4.5) = i x(1.86) (10 ) (1000) 74.5 100 i = 1.8

ตวั อยา่ ง จงอธิบายวา่ ทาไมสารละลาย NaCl 0.1 molal ในน้าจึงมีจุด เยอื กแขง็ ไม่เท่ากบั -0.186 จากสมการ NaCl Na+ + Cl- Tf = i . Kf . m i=2 = 2 x 1.86 x 0.1 = 0.372 ดงั น้นั จุดเยอื กแขง็ ของ NaCl = -0.372 oC

โจทยป์ ระลองความคิด 1. สารป้องกนั การแขง็ ตวั ของน้าในหมอ้ น้ารถยนตป์ ระกอบดว้ ย เอทิลีนไกลคอล (C2H6O2) จงคานวณจุดเดือดและจุดเยอื กแขง็ ของสารละลายในน้าท่ีมีสารเอทิลีนไกลคอลอยู่ 25 %โดยมวล กาหนดใหน้ ้ามีคา่ Kb = 0.51 oC/m, Kf = 1.86 oC/m 2. สารประกอบชนิดหน่ึง 27.6 g ละลายในเอทานอล 100 g ไดส้ าร ละลายท่ีมีจุดเดือด 82.16 oC จงคานวณหามวลโมเลกลุ (Kb ของเอทานอล 1.22 oC/m ,จุดเดือดของเอทานอล = 78.50 oC)

3. ตอ้ งใชก้ ลูโคส(C6H12O6) ก่ีกรัมละลายในน้า 150 g จึงจะทา ใหส้ ารละลายมีจุดเยอื กแขง็ ลดต่าลง 0.75 oC (Kf ของน้า = 1.86 oC/m , H=1, C=12, O=16)

การศึกษาสมบตั ิเก่ียวกบั จุดเดือดของสารละลายกบั สารบริสุทธ์ิ สาร ความเข้มข้น จุดเดือด ( oC) (mol/kg) 78.5 เอทานอล - 80.94 83.38 สารละลายกลีเซอรอลในเอทานอล 2 80.94 83.38 สารละลายกลีเซอรอลในเอทานอล 4 66.62 สารละลายกรดโอเลอิกในเอทานอล 2 สารละลายกรดโอเลอิกในเอทานอล 4 สารละลายกรดโอเลอิกในเมทานอล 2 b.p.ของสารละลายจะสูงกวา่ ตวั ทาละลายบริสุทธ์ิเสมอ

- ถา้ สารละลายเขม้ ขน้ เท่ากนั ไม่วา่ จะใชต้ วั ทาละลายใด กต็ ามจุดเดือดของสารละลายจะเท่ากนั - สารละลายที่มีตวั ทาละลายชนิดเดียวกนั ถา้ ความเขม้ ขน้ เป็น mol/kg ต่างกนั สารละลายท่ีมีความเขม้ ขน้ มากกวา่ จะมีจุดเดือดที่สูงกวา่

การศึกษาสมบตั ิเก่ียวกบั จุดหลอมเหลวของสารละลายกบั สารบริสุทธ์ิ สาร อุณหภูมทิ ห่ี ลอมเหลว ช่วง จุด จุด อณุ หภูมทิ ่ี หลอมเหลว หลอมเหลว ( oC) หลอมเหลว ลดลง Tf ( oC) เร่ิมหลอมเหลว หลอมเหลวหมด แนฟทาลีน 80 81 81-80 = 1 80+81= 80.5 - บริสุทธ์ิ 74.5 2 สารละลาย 79.5 79.5-74.5=5 74.5+79.5 80.5-77=3.5 กรดเบนโซ 2 อิกในแนฟทา =77 ลีน 89

- สารบริสุทธ์ิจะมีช่วงอุณหภูมิของการหลอมเหลวแคบกวา่ สารละลาย ท่ีมีสารบริสุทธ์ิชนิดน้นั เป็นตวั ทาละลาย - สารบริสุทธ์ิจะมีจุดหลอมเหลวสูงกวา่ สารละลายที่มีสารบริสุทธ์ิชนิด น้นั เป็นตวั ทาละลาย - สารละลายที่มีความเขม้ ขน้ เท่ากนั ไม่วา่ จะใชต้ วั ทาละลายใดกต็ าม จุดหลอมเหลวจะเท่ากนั -สารละลายที่มีตวั ทาละลายชนิดเดียวกนั ถา้ ความเขม้ ขน้ เป็น mol/kg ต่างกนั สารละลายท่ีมีความเขม้ ขน้ มากกวา่ จะมีจุดหลอมเหลวต่ากวา่