สารละลาย (solution)
หวั ขอ้ 6. สารละลายสมบูรณ์แบบและ สารละลายไม่สมบูรณ์แบบ 1. สารละลายคอื อะไร 2. ชนิดของสารละลาย 7. ความดนั ไอ กฎของราอูลท์ 3. ความเข้มข้นของ กฎของเฮนรี สารละลาย 8. สมบัตคิ อลลเิ กทฟี 4. สภาพการละลายได้ 5. ปัจจยั ทม่ี ผี ลต่อการ 9. สารละลายนอนอเิ ลก็ โตรไลต์ ละลาย
สารละลาย เป็นของผสมเน้ือเดียว (homogeneous mixture) เกิด จาก สารต้งั แต่ 2 ชนิดข้ึนไปมารวมเป็นเน้ือเดียวกนั - สารที่มีปริมาณมากกวา่ เรียกวา่ ตวั ทาํ ละลาย (Solvent) - สารท่ีมีปริมาณนอ้ ยกวา่ เรียกวา่ ตวั ถกู ละลาย (Solute) เช่น น้าํ ตาล 5 g + น้าํ 100 cm3 ไดส้ ารละลาย คือ น้าํ เช่ือม
การเรียกชนิดสารละลาย ตามจาํ นวนองคป์ ระกอบ 1. สารละลายทวภิ าค (Binary Solution) : สารละลายท่ีมี 2 องคป์ ระกอบ เช่น น้าํ เชื่อม 2. สารละลายไตรภาค (Ternary Solution) : สารละลายท่ีมี 3 องคป์ ระกอบ เช่น น้าํ หวานโซดา (น้าํ + น้าํ ตาล + โซดา)
สารละลายท่ีมีน้าํ เป็นตวั ทาํ ละลาย เรียกวา่ Aqueous Solution , aq - สารละลายน้นั เป็นของผสมเน้ือเดียว - สมบตั ิของสารละลายเหมือนองคป์ ระกอบ น้าํ ตาล + น้าํ → น้าํ เชื่อม ⇓⇓ หวาน หวาน มวลของสารละลาย = มวลขององคป์ ระกอบรวมกนั
ชนิดของสารละลาย ประเภทสารละลาย ตวั ทาํ ละลาย ตวั ถูกละลาย ตวั อย่าง 1. สารละลายแก๊ส แก๊ส แก๊ส อากาศ แก๊สผสมต่างๆ แก๊ส ของเหลว แก๊ส ของแข็ง นํา้ ในอากาศ ไอโอดนี ในอากาศ 2. สารละลายของเหลว ของเหลว แก๊ส นํา้ โซดา ของเหลว ของเหลว แอลกอฮอล์ในนํา้ ของเหลว ของแขง็ นํา้ เกลือ นํา้ เช่ือม 3. สารละลายของแข็ง ของแขง็ แก๊ส H2 ใน Pd ของแขง็ ของเหลว ปรอทในทอง ของแขง็ ของแขง็ ทองเหลือง นาก
ความเข้มข้นของสารละลาย 1. ร้อยละของตัวถูกละลาย มี 3 แบบ ก. ร้อยละโดยมวล / มวลของตวั ถูกละลายทลี่ ะลายอยู่ในสาร ละลาย 100 หน่วยมวลเดยี วกนั เช่น NaOH เขม้ ขน้ 5% โดยมวล ในสารละลาย 100 กรัม มี NaOH ละลายอยู่ 5 กรัม การเตรียม ชงั่ NaOH 5 กรัม ละลายน้าํ 95.0 กรัม
ข. ร้อยละโดยปริมาตร : ปริมาตรของตวั ถูกละลายทล่ี ะลาย ในสารละลาย 100 หน่วย ปริมาตรเดยี วกนั เช่น สารละลายเอทานอลเขม้ ขน้ 30% โดยปริมาตร ในสารละลาย 100 cm3 มีเอทานอลละลาย อยู่ 30 cm3 การเตรียม ตวงเอทานอล 30 cm3 เติมน้าํ จนไดส้ ารละลาย 100 cm3
ค. ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร : มวลของตัวถูกละลายใน สารละลาย 100 หน่วยปริมาตร เช่น สารละลาย NaCl เขม้ ขน้ 15 % โดยมวลต่อปริมาตร = NaCl 15 กรัม ในสารละลาย 100 cm3 การเตรียม ชงั่ NaCl 15 กรัม เติมน้าํ จนไดส้ ารละลาย 100 cm3
อปุ กรณ์เตรียมสารละลาย
การหาความเข้มข้นเป็ นร้อยละ 1. ร้อยละโดยมวล = มวลของตวั ถกู ละลาย X 100 มวลของสารละลาย 2. ร้อยละโดยปริมาตร = ปริมาตรของตวั ถูกละลาย X 100 ปริมาตรของสารละลาย 3. ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร = มวลของตวั ถกู ละลาย X 100 ปริมาตรของสารละลาย
ตวั อย่าง สารละลายนํา้ ตาลซูโครส ประกอบด้วยซูโครส 28.6 กรัม ในนํา้ 101.4 กรัม จงหาความเข้มข้นเป็ น ร้อยละโดยมวลของสารละลายนี้ % ( w / w) = 28.6 X 100 101.4+28.6
ตวั อย่าง จะต้องใช้ CaCl2 กก่ี รัม ละลายนํา้ 80 กรัมเพอื่ ให้ ได้สารละลายเข้มข้น 5 % โดยมวล % ( w/w ) มวลของตวั ถกู ละลาย x 100 = มวลของสารละลาย 5= X x 100 X = มวลของตัวถูกละลาย 5≈ 80 + X x 100 X 80
2. โมลาริตี้ (Molarity , M) : จํานวนโมลของตวั ถูกละลายทล่ี ะลายอยู่ในสารละลาย 1 dm3 ( = 1 ลติ ร = 1000 cm3 ) โมลาริตี้ = จาํ นวนโมลตวั ถกู ละลาย ปริมาตรสารละลายหน่วยลิตร หน่วยทใี่ ช้ : mol / dm3 , mol / L หรือ โมลาร์ (M)
เช่น สารละลาย Ca(OH)2 เข้มข้น 0.05 mol / dm3 หมายถึง Ca(OH)2 0.05 โมล ในสารละลาย 1 dm3 จาํ นวนโมล = นํา้ หนัก (กรัม) มวลโมเลกุล (กรัม/โมล)
ตวั อย่าง จงคาํ นวณความเข้มข้นเป็ นโมลาริตี้ ของ สารละลาย KCl ซึ่งประกอบด้วย KCl จาํ นวน 12.4 กรัม ละลายอยู่ในสารละลาย 900 cm3 ( K = 39.1 , Cl = 35.5 ) สารละลาย 900 cm3 มี KCl อยู่ 12.4 โมล 1000 cm3 มี KCl อยู่ โมล 74.6 7142..64 x 1900000 ∴ สารละลาย KCl เข้มข้น ________ โมลาร์
3. โมแลลติ ี้ (Molality) : จํานวนโมล ของตัวถูกละลายทมี่ ีอย่ใู นตัวทาํ ละลาย 1000 กรัม (1 kg) หน่วยทใี่ ช้ ⇒ โมแลล (m) เช่น สารละลาย NaCl ในน้าํ เขม้ ขน้ 0.050 โมแลล หมายถึง NaCl 0.050 โมล ในน้าํ 1000 กรัม (1 kg)
ตวั อย่าง จงหาความเข้มข้นเป็ นโมแลลติ ขี้ องสาร ละลาย NaCl ซ่ึงประกอบด้วย NaCl 5.00 กรัม ในนํา้ 200 กรัม (นํา้ หนักอะตอม : Na = 23.0 , Cl = 35.5) นํา้ 200 กรัม มี NaCl จาํ นวน = 5.00 โมล นํา้ 1000 กรัม มี NaCl จาํ นวน = 58.5 โมล 558.0.50 x 1200000 ∴ สารละลาย เข้มข้น ________ โมแลล
4. เศษส่วนโมล (Mole fraction , x) : จํานวนโมลของตวั ถูกละลาย / ตวั ทาํ ละลายต่อจํานวนโมล ท้งั หมดในสารละลาย ให้ n1 = จาํ นวนโมลตวั ทาํ ละลาย n2 = จาํ นวนโมลตวั ถูกละลาย x =1 n1 n1 + n2 x2 = n2 1 เสมอ และ x1 + x =n1 + n2 2
ตวั อย่าง สารละลายชนิดหนึ่งประกอบด้วยนํา้ 36.0 กรัม และกลเี ซอรีน [C3H5(OH)3] 46.0 กรัม จงหา เศษส่วนโมลของนํา้ และกลเี ซอรีน (H =1.0, C= 12.0) จาํ นวนโมลของนํา้ (n1) 36.0 = 2.0 โมล โมล 18.0 จาํ นวนโมลของกลเี ซอรีน (n2) 46.0 = 0.5 92.0 เศษส่วนโมลของนํา้ (x1) 2.0 = 0.8 2.0 + 0.5 เศษส่วนโมลของกลเี ซอรีน (x2) 0.5 = 0.2 2.0 + 0.5
• มวลของตวั ทําละลาย (solvent) → โมล solvent • มวลของสารละลาย (solution) = มวลตวั ถกู ละลาย + มวลตวั ทําละลาย • มวลของตวั ถกู ละลาย (solute) → โมล solute • จํานวนโมลรวมของสารละลาย = โมล solute + โมล solvent • ปริมาตรของสารละลาย (ความหนาแนน่ & มวลของสารละลาย)
การละลายได้ (Solubility) สารละลายเกดิ ขนึ้ ได้อย่างไร? สารละลาย → ตวั ถูกละลาย + ตวั ทําละลาย โดยอนุภาคของ ตวั ถูกละลายเข้าไปแทนทอ่ี นุภาคของตวั ทาํ ละลาย
www.chem.sc.edu/goode/ C112Web/CH12NF/sld020.htm Step 1 ,2 endothermic Step 3 exothermic
สารละลายอมิ่ ตวั (Saturated Solution) คือสารละลายที่มีปริมาณตวั ถูกละลายละลายอยมู่ ากท่ีสุดเท่าท่ี จะเป็นไปไดท้ ี่อุณหภูมิน้นั ๆ • จะไม่มีการละลายเพม่ิ อีกแมจ้ ะใส่ตวั ถูกละลายเพิ่ม • อาจสงั เกตไดจ้ ากการที่มีตวั ถกู ละลายตกตะกอน ปริมาณของตวั ถกู ละลายที่ละลายไดใ้ นตวั ทาํ ละลายใน สารละลายอิ่มตวั ณ.อุณหภูมิหน่ึง เรียกวา่ การละลายได้
สภาพการละลายได้ (solubility) จาํ นวนกรัมของตวั ถูกละลายในตวั ทาํ ละลาย 100 กรัม : สําหรับสารละลายนํา้ ปริมาณสารท่ีละลายได้ < 0.1 g /น้าํ 100 g ไม่ละลาย ปริมาณสารที่ละลายได้ 0.1 - 1 g /น้าํ 100 g ละลายได้ เลก็ น้อย ปริมาณสารท่ีละลายได้ > 1 g /น้าํ 100 g ละลาย
อทิ ธิพลทม่ี ีต่อการละลายได้ 1. ชนิดของสารละลาย : อนุภาคของตวั ถูกละลาย แทนที่ ตวั ทาํ ละลายได้ขนึ้ กบั ก. แรงดงึ ดูดระหว่าง ตวั ถูกละลาย - ตวั ถูกละลาย ข. แรงดงึ ดูดระหว่าง ตวั ทาํ ละลาย - ตวั ทาํ ละลาย ค. แรงดงึ ดูดระหว่าง ตวั ถูกละลาย - ตวั ทาํ ละลาย ∴ ถ้าแรงท้งั 3 ชนิดเหมือน/ใกล้เคยี งกนั ละลายได้ ∴ ถ้าแรงท้งั 3 ชนิดไม่เหมือน/ไม่ใกล้เคยี งกนั ละลายไม่ได้
ตวั ถูกละลาย ตวั ทาํ ละลาย การละลาย ไม่มีข้วั ไม่มีข้วั ได้ มขี ้วั มีข้วั ได้ ไม่มีข้วั มขี ้วั ไม่ได้ มีข้วั ไม่มีข้วั ไม่ได้ H2O + CCl4 → ไม่ละลาย แรงแบบมีข้วั จะมีค่ามากกวา่ H2O + NH3 → ละ?ลายได้ แรงแบบไม่มีข้วั
สารประกอบไอออนิก - ส่วนใหญ่ละลายนํา้ ได้ เช่น NaCl , KCl - บางชนิดไม่ละลายนํา้ เช่น AgCl (AgCl 0.0018 g / นํา้ 1 ลติ ร ที่ 25 oC)
NaCl ละลายนํา้ ได้เพราะอะไร? แรงดึงดูดระหวา่ ง ข้วั ของน้าํ กบั ไอออนบวก และไอออนลบ > แรงดึงดูดของไอออนบวก และไอออนลบในโครงผลึก ไอออนบวก ดึงดูดปลายข้วั - ของน้าํ Hydrated ion ,, ลบ ดึงดูดปลายข้วั + ,, ไอออนที่ถกู ลอ้ มรอบดว้ ยโมเลกลุ ของน้าํ
การละลายของ NaCl ในนํา้ Cl-
2. อุณหภูมิ : เมื่ออุณหภมู ิเปล่ียน สารจะละลายนอ้ ยลงหรือมากข้ึน ข้ึนกบั วา่ สารละลาย ดูด (∆ H = +) หรือคายความร้อน (∆ H = -) ก. ดูดความร้อน สาร + ความร้อน ⇔ สารละลาย ∴เพิ่ม T สารละลายมากข้ึน ข. คายความร้อน สาร ⇔ สารละลาย + ความร้อน ∴เพิม่ T สารละลายนอ้ ยลง
ผลของอุณหภูมติ ่อการละลาย
ตวั อย่าง ความร้อนของสารละลาย LiCl มีค่า = -37.42 kJ/mol (ก). การละลายของ LiCl คาย หรือ ดูดความร้อน (ข). ถา้ เพิ่ม T , LiCl ละลายมากข้ึน หรือ นอ้ ยลง
3. ความดนั solute (g) + solvent (l) ⇔ solution (l) ถา้ ความดนั แก๊สเพิม่ ⇒ แก๊สจะละลายไดม้ ากข้ึน
ความร้อนของสารละลาย , ∆ Hsoln ตวั ถูกละลายจะละลายในตวั ทาํ ละลายได้ 1. แรงดึงดูดระหวา่ งตวั ถูกละลาย - ตวั ถูกละลาย ,, ตวั ทาํ ละลาย - ตวั ทาํ ละลาย ⇒ ถูกทาํ ลาย : ใชพ้ ลงั งาน (+) 2. ตวั ถูกละลาย + ตวั ทาํ ละลาย เกิดการสร้างพนั ธะ ⇒ การสร้างพนั ธะ : คายพลงั งาน (-)
∴พลงั งานที่ใชท้ าํ ลายแรงยดึ เหนี่ยว + พลงั งานท่ีคาย เม่ือสร้างพนั ธะ = ∆ Hsoln ∆ Hsoln = + → ดูดความร้อน ∆ Hsoln = - → คายความร้อน ถา้ พลงั งานท้งั 2 เท่ากนั ∆ Hsoln = 0 สารละลายนั้นเป็ นสารละลายสมบูรณ์ แบบ
∆ HH(สIssาdoollรnneลaะl ลsoาlยu≠=สtiม00oบn→ูร→aณn์แdinบdonบenoa-แnliลds-ioeะdlaไuelมatsi่สloosมnlouบltuiูรotณino์แnบ) บ ∆ สารละลายสมบูรณ์แบบ จะมี solute และ solvent - โครงสร้างคล้ายกนั - ขนาดใกล้เคยี งกนั เช่น SiCl4 + CCl4 ∆ Hsoln = 0
ความดนั ไอของสารองค์ประกอบในสารละลาย ราอูลท์ (Raoult) ไดศ้ ึกษาพฤติกรรมความดนั ไอของสารใน สารละลายสมบูรณ์แบบ สรุปวา่ ความดนั ไอของสารองคป์ ระกอบในสารละลาย ที่ T คงท่ี : ความดนั ไอของส่วนประกอบชนิดหน่ึงในสารละลาย = ผลคูณของเศษส่วนโมลกบั ความดนั ไอของของเหลว บริสุทธ์ิ ”
PAº PA A PAº > PA PA = XA × PAº
P1 = x1P10 P2 = x2P20 P1 , P2 = ความดนั ไอของส่วนประกอบ 1 , 2 ในสารละลาย P10, P20 = ความดนั ไอของส่วนประกอบ 1 , 2 ในสถานะ ของเหลวบริสุทธ์ิ x1 , x2 = เศษส่วนโมลของส่วนประกอบ 1 , 2
ความดนั ไอของสารละลาย 1. สารละลายทม่ี ตี วั ถูกละลายไม่ระเหย และไม่แตกตวั ถ้าให้ : 1 = ตวั ทาํ ละลาย 2 = ตวั ถูกละลาย Pสารละลาย = x1P10 Pสารละลาย = ความดนั ไอของสารละลาย x1 = เศษส่วนโมลของตวั ทาํ ละลาย P10 = ความดนั ไอของตวั ทาํ ละลายบริสุทธ์ิ
2. สารละลายทมี่ ตี วั ถูกละลายและตวั ทาํ ละลายระเหยได้ ท้งั คู่ Pสารละลาย = P1 + P2 = Pรวม Pรวม = x1P10 + x2P20 P1 + P2 - เส้นกราฟความดนั ไอจะเป็ นเส้นตรงของ
P2º P1 + P2 P1º ความดนั P1 P2 0 0.5 1 เศษส่วนโมลของสาร 1
ตวั อย่าง จงคาํ นวณหา Pสารละลาย ท่ี 30oC ของสารละลาย สมบูรณ์แบบ ซ่ึงประกอบด้วย ethyl alcohol และ propyl alcohol ซ่ึง ethyl alcohol มเี ศษส่วนโมล = 0.75 = x1 P10 กาํ หนดให้ : ethyl alcohol บริสุทธ์ิมีความดนั ไอ = 79.1 torr P20 และ propyl alcohol = 27.6 torr Pสารละลาย = x1P10 + (x12P–2x01)P20
กรณสี ารละลายไม่สมบูรณ์แบบ - ไม่เป็นไปตามราอลู ท์ - ในสารละลายหน่ึงๆ การหาความดนั ไอของ องคป์ ระกอบ : ถา้ เป็นของตวั ทาํ ละลาย ใชต้ ามกฎราอลู ท์ P1 = x1P10 : ถา้ เป็นของตวั ถกู ละลาย ใชต้ ามกฎของเฮนรี “คใวนามสเาขรม้ลขะนล้ าขยอเจงืตอวจั ถางกู คลวะาลมายด”นั ไอของตวั ถกู ละลาย ∝ P2 = k2x2
P2 = ความดนั ไอตวั ถูกละลาย x2 = เศษส่วนโมลของตวั ถูกละลาย k2 = ค่าคงท่ีของเฮนรี ความดนั ไอของสารละลายไม่สมบูรณ์แบบ Pสารละลาย = x1P10 + k2x2
เส้นกราฟความดนั ไอเป็ นเส้นโค้งขนึ้ หรือลงกไ็ ด้ ความดนั P1 + P2 P1 P2 เศษส่ วนโมลของสาร
ความดนั P1 + P2 P1 P2 เศษส่ วนโมลของสาร
สมบัตคิ อลลเิ กทฟี : สมบตั ิทางกายภาพของสารละลายข้ึนกบั 1. จาํ นวนอนุภาคตวั ถูกละลายในสารละลาย 2. ชนิดของตวั ทาํ ละลาย แต่ไม่ขึน้ กบั ชนิดของตวั ถกู ละลาย (ตวั ถกู ละลายต้องไม่ระเหยและไม่แตกตวั )
Search
