สารละลาย

หน่วยที่ 4 สารละลาย

สาระการเรียนรู้ องคป์ ระกอบของสารละลาย 1 การละลายของสารในตวั ทาละลาย 2 ความเขม้ ขน้ ของสารละลาย 3 พลงั งานกบั การละลายของสาร 4 สารละลายกรด-เบส 5

สารละลาย สารเน้ือเดียวที่ประกอบดว้ ยธาตุหรือสารประกอบต้งั แต่ 2 ชนิดข้ึนไป มารวมตวั กนั โดยมีสารหน่ึงเป็นตวั ทาละลาย ส่วนอีกสารหน่ึงเป็นตวั ละลาย การกาหนดวา่ สารใดเป็นตวั ทาละลาย และ สารใดเป็นตวั ละลาย ใหพ้ จิ ารณาจากปริมาณ และ สถานะขององคป์ ระกอบ • ถา้ สารอยใู่ นสถานะเดียวกนั จะกาหนดใหส้ ารที่มี ปริมาณมากกวา่ เป็นตวั ทาละลาย ส่วนสารทมี่ ี ปริมาณนอ้ ยกวา่ เป็นตวั ละลาย • ถา้ สารอยใู่ นสถานะต่างกนั หากสารผสมกนั แลว้ สารใหม่ท่ีไดอ้ ยใู่ นสถานะเหมือนกบั สารชนิดใด ใหถ้ ือวา่ สารน้นั เป็นตวั ทาละลาย ส่วนอกี สารหน่ึง เป็นตวั ละลาย

องคป์ ระกอบของสารละลาย 1 สารละลายมอี งคป์ ระกอบ 2 สว่ นคอื 1. ตวั ทาละลาย (Solvent) คอื สารทส่ี ามารถทาใหอ้ กี 2. ตวั ละลาย (Solute) คอื สารทถ่ี ูกละลายแลว้ ทา สารละลายแผก่ ระจายไปในตวั เองได้ โดยไมท่ าปฏกิ ริ ยิ า ใหแ้ ผก่ ระจายไปในอกี สารหน่งึ ทเ่ี ป็นตวั ทาละลาย เคมตี ่อกนั เป็นสารทม่ี สี ถานะเดยี วกบั สารละลายเสมอ โดยไมท่ าปฏกิ ริ ยิ าเคมตี อ่ กนั ซง่ึ อาจเป็นสารทม่ี ี และมกั มปี รมิ าณมากทส่ี ดุ สถานะเดยี วกบั สารละลายหรอื ต่างสถานะกนั และ มกั มปี รมิ าณน้อยกวา่ ตวั ทาละลาย

องคป์ ระกอบของสารละลาย 1 หลกั การพิจารณาสารท่ีเป็นตวั ทาละลายและตวั ละลาย 1. สารละลายทเ่ี กดิ จากการนาสารสถานะเดยี วกนั มาผสมกนั สารทม่ี ปี รมิ าณมากทส่ี ุดจะเป็นตวั ทา ละลาย สว่ นสารทเ่ี หลอื ทงั้ หมดจะเป็นตวั ละลาย 2. สารละลายทเ่ี กดิ จากการนาสารทม่ี สี ถานะแตกตา่ งกนั มาผสมกนั สารทม่ี สี ถานะเดยี วกบั สารละลายจะเป็นตวั ทาละลาย สว่ นสารทม่ี สี ถานะไมเ่ หมอื นกบั สารละลายจะเป็นตวั ละลาย



ปัจจัยที่มผี ลต่อการละลาย อุณหภูมิ • ถา้ ตวั ละลายเป็นของแขง็ ส่วนตวั ทาละลายเป็นของเหลว เม่ืออณุ หภูมิสูงข้ึน จะละลายได้ มากข้ึน • ถา้ ตวั ละลายเป็นแก๊ส ส่วน ตวั ทาละลายเป็นของเหลว เมื่ออณุ หภมู ิสูงข้ึน จะละลาย ไดน้ อ้ ยลง

ชนิดของตัวทาละลาย ตวั ทาละลายแต่ละชนิดสามารถละลายสารต่างๆ ไดต้ า่ งกนั ขนาดของตัวละลาย ตวั ละลายที่มีขนาดใหญ่ จะละลายไดช้ า้ กวา่ ตวั ละลายท่ีมีขนาดเลก็ ความดัน กรณีที่ตวั ละลายเป็นแกส๊ หากความดนั สูงข้ึน จะละลายไดด้ ีข้ึน การคน การเขย่า หรือการป่ันเหวย่ี ง อนุภาคของตวั ละลาย และตวั ทาละลายเคลื่อนท่ี เร็วข้ึน มีโอกาสชนกนั มากข้ึน การละลายจึงเกิดเร็ว

การละลายของสารในตวั ทาละลาย 2 การเตรียมสารละลาย การนาตวั ทาละลายและตวั ละลายมาผสมกนั อาจทาใหเ้ กดิ สารละลายประเภทต่างๆ ไดด้ งั น้ี 1. สารละลายเข้มข้น (Concentrated Solution) เป็นสารละลายทม่ี ปี รมิ าณของตวั ละลายอย่มู ากในสารละลาย 2. สารละลายเจือจาง (Dilute Solution) เป็นสารละลายทม่ี ปี รมิ าณของตวั ละลายอย่นู อ้ ยในสารละลาย 3. สารละลายอ่ิมตวั (Saturated Solution) เป็นสารละลายทม่ี ปี รมิ าณตวั ละลายมากทส่ี ุดทจ่ี ะสามารถละลายไดใ้ นตวั ทาละลาย และไมส่ ามารถละลายได้ อกี ณ อุณหภมู ขิ ณะนนั้ 4. สารละลายไม่อ่ิมตวั (Unsaturated Solution) เป็นสารละลายทต่ี วั ละลายสามารถละลายในตวั ทาละลายไดอ้ กี

ความเขม้ ขน้ ของสารละลาย --------- 3 รอ้ ยละ 2. รอ้ ยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร (% V/V) 1. ร้อยละโดยมวลต่อมวล (% W/W) หรอื รอ้ ยละโดยปรมิ าตร เป็นหน่วยทบ่ี อกปรมิ าตรของตวั ละลายท่มี อี ยใู่ น สารละลาย 100 หน่วยปรมิ าตรเดยี วกนั โดยหน่วยทใ่ี ชบ้ อกปรมิ าตร คอื หรอื รอ้ ยละโดยมวล เป็นหน่วยทบ่ี อกมวลของตวั ละลายทม่ี อี ยใู่ นสารละลาย 100 ลูกบาศก-์ เซนตเิ มตร (cm3) และ ลูกบาศกเ์ ดซเิ มตร (dm3) หน่วยมวลเดยี วกนั โดยหน่วยทใ่ี ชบ้ อกมวล คอื กรมั (g) และ กโิ ลกรมั (kg)

ความเขม้ ข้นของสารละลาย 3 ร้อยละ 3. ร้อยละโดยมวลต่อมปริมาตร (% W/V) เป็นหน่วยทบ่ี อกปรมิ าณมวลของตวั ละลายในสารละลาย 100 หน่วยปรมิ าตร

ความเขม้ ข้นของสารละลาย --------- 3 โมลาริตี (Molarity) โมแลลิตี (Molality) เป็นการระบุจานวนโมลของตวั ละลายทอ่ี ย่ใู นสารละลายทม่ี ี เป็นการระบคุ วามเขม้ ขน้ เป็นจานวนโมลของตวั ละลายในตวั ทา ปรมิ าตร 1 ลติ ร(L) หรอื 1,000 มลิ ลลิ ติ ร(mL) หน่วยความเขม้ ขน้ ละลายทม่ี มี วล 1 กโิ ลกรมั หรอื 1,000 กรมั มหี น่วยความเขม้ ขน้ ของระบบน้จี งึ เป็น mol/L หรอื โมลาร์ (molar, M) เป็น โมแลล (molal, m) ปริมาณตวั ละลายในสารละลาย 1 ล้านส่วน ปริมาณตวั ละลายในสารละลายพนั ล้านส่วน (parts per (parts per million, ppm) billion, ppb) เป็นหน่วยบอกปรมิ าณของตวั ละลายในสารละลายลา้ นสว่ น เช่น น้า เป็นหน่วยบอกปรมิ าณของตวั ละลายในสารละลาย 1,000 ลา้ นส่วน กระดา้ ง คอื น้าทม่ี ปี รมิ าณแคลเซยี มคารบ์ อเนตมากเกนิ 120 ppm

การเตรียมสารละลาย ร้อยละโดยนา้ หนัก เป็นหน่วยความเขม้ ขน้ ท่ีบอกถึงน้าหนกั ตวั ละลายต่อน้าหนกั ของสารละลาย ร้อยละโดยนา้ หนัก = นา้ หนักของตวั ละลาย  100 นา้ หนักของสารละลาย ตวั อย่าง จงหาความเขม้ ขน้ ของสารละลายน้าตาลกลูโคส ซ่ึงประกอบดว้ ยน้าตาล 8.0 กรัม ละลายในน้า 200 กรัม ร้อยละโดยน้าหนกั = น้าหนกั ของตวั ละลาย  100 น้าหนกั ของสารละลาย = 2800กรกัมรัม  100 = 4% ดงั น้นั สารละลายน้าตาลกลูโคสมีความเขม้ ขน้ 4%

ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร เป็นหน่วยความเขม้ ขน้ ที่บอกถึงปริมาตรของตวั ละลายต่อปริมาตรของสารละลาย ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร = ปริมาตรของตวั ละลาย  100 ปริมาตรของสารละลาย ตวั อย่าง สารละลายเอทิลแอลกอฮอล์ 50 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร ละลายอยใู่ นน้า 200 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร จงหาความเขม้ ขน้ ของสารละลาย ปริมาตรของสารละลาย = 200 + 50 = 250 cm3 ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร = ปริมาตรของตวั ละลาย  100 ปริมาตรของสารละลาย = 50 cm3  100 250 cm3 = 20% ดงั น้นั สารละลายเอทิลแอลกอฮอลม์ ีความเขม้ ขน้ 20%

ร้อยละโดยน้าหนักต่อปริมาตร เป็นหน่วยความเขม้ ขน้ ที่บอกถึงน้าหนกั ของตวั ละลายต่อปริมาตรของสารละลาย ร้อยละโดยนา้ หนักต่อปริมาตร = นา้ หนักของตวั ละลาย  100 ปริมาตรของสารละลาย ตัวอย่าง สารละลายเกลือแกง 20 กรัม ในน้า 500 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร จงหาความเขม้ ขน้ ของสารละลาย ร้อยละโดยน้าหนกั ต่อปริมาตร = น้าหนกั ของตวั ละลาย  100 ปริมาตรของสารละลาย = 20 กรัม 500 cm3  100 = 4 กรัมต่อลูกบาศกเ์ ซนติเมตร ดงั น้นั สารละลายเกลือแกงมีความเขม้ ขน้ 4 กรัมต่อลูกบาศกเ์ ซนติเมตร

พลงั งานกบั การละลายของสาร 4 เมอ่ื สารเกดิ การละลายจะมกี ารเปลย่ี นแปลงพลงั งานของระบบเสมอ • ระบบ (System) หมายถงึ สง่ิ ทอ่ี ย่ภู ายในขอบเขตทต่ี อ้ งการศกึ ษา การกาหนดองคป์ ระกอบของระบบขน้ึ อย่กู บั จดุ มุ่งหมายของ การศกึ ษา ซง่ึ ตอ้ งกาหนดหรอื ระบใุ หช้ ดั เจน • ส่ิงแวดลอ้ ม (Environment) หมายถงึ สง่ิ ต่างๆ ทอ่ี ยนู่ อกขอบเขตทต่ี อ้ งการศกึ ษา

พลงั งานกบั การละลายของสาร 4 การละลายของสารจะเกดิ การเปลย่ี นแปลงพลงั งานของระบบ 2 ประเภท คอื การละลายประเภทคายความรอ้ น การละลายประเภทดดู ความรอ้ น ถา้ พลงั งานทใ่ี ชแ้ ยกอนุภาคของของแขง็ ออกจากกนั มี ถา้ พลงั งานทใ่ี ชใ้ นการแยกอนุภาคของตวั ละลายทเ่ี ป็น ปรมิ าณน้อยกวา่ พลงั งานทเ่ี กดิ จากการยดึ เหน่ยี วระหวา่ ง ของแขง็ มปี รมิ าณมากกวา่ พลงั งานทเ่ี กดิ จากการยดึ อนุภาคของของแขง็ กบั น้า การละลายของสารน้จี ะปลอ่ ย เหน่ยี วระหวา่ งอนุภาคของของแขง็ กบั น้า การละลาย พลงั งานออกมาสสู่ ง่ิ แวดลอ้ ม สารละลายจะมอี ุณหภูมสิ งู ขน้ึ ของสารน้ีจะดดู พลงั งานจากสงิ่ แวดลอ้ ม สารละลายจะมี อุณหภมู ติ ่าลง



สารละลายกรด สารประกอบท่ีมีธาตุไฮโดรเจนเป็นองคป์ ระกอบ เม่ือละลายน้าแลว้ สามารถแตกตวั ใหไ้ ฮโดรเจนไอออน (H+)ได้ สมบัตขิ องสารละลายกรด • มีรสเปร้ียว • เปลี่ยนสีกระดาษลิตมสั จากสีน้าเงินเป็นสีแดง (มีค่า pH < 7) • ทาปฏิกิริยากบั โลหะ เช่น สังกะสี ทองแดง แมกนีเซยี ม อะลูมิเนียม เป็นตน้ จะไดฟ้ องแกส๊ • กดั กร่อนโลหะ หินปูน และเน้ือเยอ่ื ของร่างกายสิ่งมีชีวติ • ทาปฏิกิริยากบั หินปูน ไดแ้ ก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ • นาไฟฟ้าไดด้ ี • ทาปฏิกิริยากบั เบส ไดเ้ กลือและน้า

ประเภทของสารละลายกรด กรดอนิ ทรีย์ • กรดท่ีไดจ้ ากสิ่งมีชีวติ เช่น พืช สัตว์ จุลินทรีย์ หรือจากการสังเคราะห์ • เม่ือทดสอบกบั สารละลายเจนเชียนไวโอเลตจะไม่เกิดการเปล่ียนแปลง • กรดแอซีติก (acetic acid) หรือกรดน้าส้ม ได้ จากการหมกั แป้งหรือน้าตาลโดยใชจ้ ุลินทรีย์ ซ่ึงนิยมใชใ้ นการผลิตน้าส้มสายชู • กรดซิตริก (citric acid) หรือกรดมะนาว พบใน ผลไมท้ ่ีมีรสเปร้ียว เช่น ส้ม มะนาว เป็นตน้

กรดอนินทรีย์ • กรดที่ไดจ้ ากแร่ธาตุ จึงอาจเรียกวา่ กรดแร่ (mineral acid) • เม่ือทดสอบกบั สารละลายเจนเชียนไวโอเลต จะเปล่ียนสีของสารละลาย เจนเชียนไวโอเลตจากสีม่วงเป็ นสีเขียว • กรดกามะถนั หรือกรดซลั ฟิ วริก (sulphuric acid) • กรดเกลือ หรือกรดไฮโดรคลอริก (hydrochloric acid) • กรดดินประสิว หรือกรดไนตริก (nitric acid)

สารละลายกรดในชีวิตประจาวนั • กรดน้าส้มและกรดที่ไดจ้ ากพืช เช่น มะนาว มะขาม เป็นตน้ ใชป้ รุงแต่งอาหาร • กรดไฮโดรคลอริก กรดซลั ฟิ วริก เป็นส่วนประกอบในน้ายาทาความสะอาด

สารละลายเบส สารประกอบที่ทาปฏิกิริยากบั กรดแลว้ ไดเ้ กลือกบั น้า เม่ือละลายน้าแลว้ สามารถ แตกตวั ใหไ้ ฮดรอกไซดไ์ อออน (OH-)ได้ สมบัตขิ องสารละลายเบส • มีรสฝาดหรือเฝื่อน • เปล่ียนสีกระดาษลิตมสั จากสีแดงเป็นสีน้าเงิน (มีคา่ pH > 7) • ทาปฏิกิริยากบั น้ามนั พชื หรือน้ามนั หมู ไดส้ ารละลายมีฟอง คลา้ ยสบู่ • ทาปฏิกิริยากบั แอมโมเนียมไนเตรต ไดแ้ ก๊สที่มกี ล่ินฉุนของ แอมโมเนีย • กดั กร่อนโลหะอะลมู ิเนียมและสังกะสี แลว้ เกิดฟองแก๊สข้ึน • ทาปฏิกิริยากบั กรด ไดเ้ กลือและน้า

สารละลายเบสในชีวิตประจาวัน • โซดาซกั ผา้ (โซเดียมคาร์บอเนต) ใชใ้ นอุตสาหกรรมเคมี และผงซกั ฟอก • โซดาไฟ (โซเดียมไฮดรอกไซด)์ ใชใ้ นอตุ สาหกรรมสบู่ ผงซกั ฟอก และการฟอกหนงั • ด่างคลี (โพแทสเซียมไฮดรอกไซด)์ ใชใ้ นอตุ สาหกรรมสบู่ และสารทาความสะอาด • ผงฟู (โซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต) ใชใ้ นอุตสาหกรรมอาหาร และขนมบางชนิด

การตรวจสอบสารละลายกรด-เบส เปลี่ยนเป็น สีแดง สารละลายลติ มัส ทาจากส่ิงมีชีวติ พวกไลเคน มีสีม่วงเขม้ เม่ือหยดลงในสารละลายกรด เม่ือหยดลงในสารละลายเบส เปล่ียนเป็น สีนา้ เงิน

นอกจากสารละลายลิตมสั แลว้ ยงั มีกระดาษลิตมสั ซ่ึงมี 2 สี คือ สีแดง และสีน้าเงิน กระดาษลิตมสั สีแดง เปลี่ยนเป็นสีนา้ เงนิ จุ่มในสารละลายกรด กระดาษลิตมสั สีน้าเงิน เปลี่ยนเป็ นสีแดง จุ่มในสารละลายเบส

ยูนิเวอร์ซัลอนิ ดิเคเตอร์ เน่ืองจากสารละลายลิตมัสและกระดาษ ลิตมสั สามารถบอกไดเ้ พียงว่าสารละลายน้นั ๆ มีฤทธ์ิเป็ นกรด กลาง หรือเบส ซ่ึงหากตอ้ งการ ทราบค่า pH ของสารละลาย ควรใชย้ นู ิเวอร์ซัล อินดิเคเตอร์ ซ่ึงจะบอกคา่ pH ของสารละลายได้ อยา่ งคร่าวๆ

เคร่ืองวัดค่า pH บอกค่าไดล้ ะเอียดกว่าการตรวจสอบ ดว้ ยอินดิเคเตอร์ต่างๆ โดยจะแสดงค่าเป็ น ตวั เลขที่หนา้ ปัด และสามารถแสดงค่า pH ที่เปลี่ยนแปลงไปอยา่ งต่อเน่ืองได้ การทาให้เป็ นกลาง หากต้องการรู้ค่าของกรด ทาได้โดย การหยดเบสลงไปทีละหยด จนสารละลาย เป็ นกลาง โดยดูได้จากการเปลี่ยนสีของ อินดิเคเตอร์ ปฏิกิริยาระหว่างกรดกบั เบส จะไดส้ ารละลายเกลือกบั น้า เรียกปฏิกิริยา น้ีวา่ ปฏิกริ ิยาสะเทิน (neutralization)