บทเรียนที่ 2 ร้อยละความเข้มข้น

2.1 ร้อยละความเข้มข้น

2.1.1 ร้อยละโดยมวล (percent mass by mass)

เป็นอัตราส่วนร้อยละของมวลของตัวถูกละลายต่อมวลของสารละลาย มีสูตรดังนี้

เช่น x% โดยมวล คือสารละลาย 100 กรัม มีตัวถูกละลายxกรัม

2.1.2 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร (percent mass by volume)

เป็นอัตราส่วนร้อยละของมวลของตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย มีสูตรดังนี้

เช่น x% โดยมวล/ปริมาตร คือสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีตัวถูกละลายxกรัม

2.1.3 ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร (percent volume by volume)

เป็นอัตราส่วนร้อยละของปริมาตรของตัวถูกละลายต่อปริมาตรของสารละลาย มีสูตรดังนี้

เช่น x% โดยปริมาตร คือสารละลาย 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีตัวถูกละลายxลูกบาศก์เซนติเมตร

ตัวอย่างเมื่อนำโพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) 0.892 g ละลายในน้ำ 54.6 g จงคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ในหน่วยร้อยละโดยมวล

วิธีทำ

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

บทเรียนที่ 3 เศษส่วนโมล

2.2 เศษส่วนโมล (mole fraction : X)

เป็นอัตราส่วนของจำนวนโมลขององค์ประกอบแต่ละชนิดที่อยู่ในสารละลาย จะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ X เพราะฉะนั้น ถ้าจะคำนวณหาเศษส่วนโมลของสาร A ในสารละลาย สามารถเขียนได้ดังนี้

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

วิธีทำความหนาแน่นของน้ำที่อุณภูมิ 25oC เท่ากับ 1 g/mL

เพราะฉะนั้น เมื่อละลายเอทานอล จำนวน 10.0 g ละลายในน้ำ 200 mL สารละลายจะมีเศษส่วนโมลของเอทานอล

บทเรียนที่ 4 โมลาริตี้

2.3 โมลาริตี (molarity : M)

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

โมลาร์ มีหน่วยเป็นmol / L

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

1 L มีค่าเท่ากับ 1000 mL

ตัวอย่างจงคำนวณหาโมลาร์ของกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จำนวน 24.4 g ที่ละลายในน้ำ 250 mL

วิธีทำ

จำนวนโมลของกรดซัลฟิวริก

ในน้ำปริมาตร 250 mL มีกรดซัลฟิวริกอยู่ 0.249 mol

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

บทเรียนที่ 5 โมแลลลิตี้

2.4 โมแลลิตี (molality : m)

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

ตัวอย่างจงคำนวณหาโมแลลของกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จำนวน 12.52 g ที่ละลายในน้ำ 220 กรัม

วิธีทำ

จำนวนโมลของกรดซัลฟิวริก เท่ากับ

ดังนั้น สามารถคำนวณหาโมแลลของกรดซัลฟิวริกได้ ดังนี้

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

บทเรียนที่ 6 กระบวนการเกิดสารละลาย

3. กระบวนการเกิดสารละลาย

ในกระบวนการเกิดสารละลายได้นั้น อนุภาคของตัวถูกละลายจะต้องสามารถกระจายตัวเข้าไปแทรกตัวอยู่ระหว่างอนุภาคของตัวทำละลายได้อย่างทั่วถึง

การที่อนุภาคของตัวถูกละลายจะเข้าไปแทรกตัวอยู่ระหว่างอนุภาคของตัวทำละลายได้หรือไม่ จะขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของตัวทำละลายกับตัวทำละลาย แรงดึงดูดโมเลกุลระหว่างตัวทำละลายกับตัวถูกละลาย และแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลตัวถูกละลายกับตัวถูกละลาย

ปกติแล้ว การที่ตัวถูกละลายจะละลายในตัวทำละลายหนึ่ง ๆ ได้นั้น สารทั้งสองชนิดจะต้องมีสมบัติเหมือนกัน ตามกฎ like dissolves like ก็คือ ตัวถูกละลายที่มีขั้วจะละลายในตัวทำละลายที่มีขั้ว เพราะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีขั้วเป็นแรงไดโพล-ไดโพล (dipole-dipole) แต่จะไม่ละลายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว เช่น เอทานอล (CH3CH2OH) ละลายในน้ำ (H2O) แต่ไม่ละลายในเฮกเซน (C6H14) ในทางตรงข้าม ตัวถูกละลายที่ไม่มีขั้วจะละลายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว เพราะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลไม่มีขั้วเป็นแรงแวนเดอร์วาลล์ (Van der Waals force) เหมือนกัน แต่จะไม่ละลายในตัวทำละลายที่มีขั้ว เช่น คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl4) ละลายในเบนซีน (C6H6) ไม่ละลายในน้ำ แต่ถ้าในกรณีที่สารหนึ่งมีขั้วน้อยกว่าอีกสารตัวหนึ่ง ความสามารถในการละลายก็ลดลง หรืออาจจะกล่าวอีกนัยคือละลายได้เพียงบางส่วนเท่านั้น

จากที่กล่าวมาจะเป็นการละลายของของเหลวในของเหลวด้วยกัน ในกรณีที่เป็นการละลายของของแข็งในของเหลว ก็สามารถอธิบายโดยใช้แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลเช่นเดียวกัน ถ้าตัวถูกละลายเป็นสารประกอบไอออนิก ซึ่งมีแรงดึงดูดระหว่างไอออนสูงมาก ก็จะละลายในตัวทำละลายที่มีขั้วแรงได้ดีกว่าตัวทำละลายที่มีขั้วน้อยกว่า เพราะฉะนั้น สารประกอบไอออนิกจึงละลายได้ดีในตัวทำละลายที่มีขั้วแรงมากๆ เช่น เกลือ (โซเดียมคลอไรด์ : NaCl) ละลายได้ดีในน้ำ มากกว่าในตัวทำละลายที่เป็นสารประกอบพวกไฮโดรคาร์บอน (hydrocarbon compounds)

จากรูปข้างต้น เมื่อโมเลกุลของ NaCl อยู่ในน้ำ การที่ NaCl สามารถละลายในน้ำได้ แสดงว่า แรงดึงดูดระหว่างขั้วของน้ำกับไอออนบวก (Na+) และไอออนลบ (Cl-) จะต้องสูงกว่าแรงดึงดูดระหว่างไอออนในโครงผลึกของ NaCl จึงจะทำให้ไอออนบวก (Na+) และไอออนลบ (Cl-) หลุดออกมาจากโครงผลึก จากนั้นโมเลกุลของน้ำก็จะเข้าไปล้อมรอบไอออนทั้งสองชนิด พบว่า ไออนของ Na+1ไอออน จะถูกห้อมล้อมด้วยโมเลกุลของน้ำ 4 โมเลกุล หรือบางครั้งโมเลกุลของน้ำอาจจะล้อมรอบไอออน Na+ถึง 6โมเลกุล และเมื่อพิจารณา Cl-1ไอออน พบว่า จะถูกห้อมล้อมด้วยโมเลกุลของน้ำเพียง 4 โมเลกุล และเรียกไอออนที่ถูกห้อมล้อมด้วยโมเลกุลของน้ำว่า "hydrated ion"

บทเรียนที่ 7 สภาพการละลายได้

4. การละลายได้ (solubility)

ในสารละลายของเหลว ที่อุณหภูมิหนึ่งๆ ปริมาณของตัวถูกละลายที่สามารถละลายในตัวทำละลายได้ จะมีปริมาณจำกัด โดยเรียกสารละลายที่ตัวถูกละลายไม่สามารถละลายเพิ่มได้อีกว่าสารละลายอิ่มตัว (saturated solution)โดยปริมาณของตัวถูกละลายที่ละลายได้ในสารละลายอิ่มตัว ณ ที่อุณหภูมิหนึ่ง ๆ เรียกว่าการละลายได้ ( solubility)เช่น เกลือแกง (NaCl) ละลายในน้ำ 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร ที่อุณหภูมิ 100oC สามารถละลายได้ 39.1 กรัม แต่ถ้าใส่เกลือไปมากกว่านี้ ส่วนที่เหลือก็จะไม่ละลาย

ในสารละลายที่อิ่มตัว ตัวถูกละลายจะมีอัตราการละลายจะเท่ากับอัตราการกลับคืนมาเป็นของแข็ง เพราะฉะนั้นความเข้มข้นของสารละลายของสารละลายที่อิ่มตัวจะคงที่ ตัวถูกละลายที่ไม่สามารถละลายจะไม่ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายเปลี่ยนแปลงแต่อย่างใด ถ้าตัวทำละลายเป็นน้ำ โดยทั่วไปนิยมบอกหน่วยหรือปริมาณของการละลายได้ของตัวถูกละลายเป็นกรัม (g) ในตัวทำละลายน้ำ 100 กรัม

นอกจากนั้น การละลายได้ของตัวถูกละลายจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ธรรมชาติของตัวทำละลายและตัวถูกละลาย อุณหภูมิ และความดัน เป็นต้น

4.1 อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อการละลายได้

ถ้าการละลายของสารเป็นการดูดความร้อนดังปฏิกิริยา

ตัวถูกละลาย (s) + ตัวทำละลาย (l) + ความร้อน

สารละลาย (l)

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยทั่วไป การละลายได้ของสารจะเพิ่มขึ้น

จากกราฟ จะเห็นได้ว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แนวโน้มของการละลายของสารในน้ำ 100 กรัม จะเพิ่มสูงขึ้น เราสามารถบอกความสามารถในการละลายได้จากความชันของกราฟ โดย สารที่มีความชันมาก เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ แนวโน้มการดูดความร้อนสูง ดังนั้น การละลายจะสูง เช่น KNO3, NaClO3, Cs2SO4เป็นต้น ในทางกลับกัน สารที่มีความชันน้อย เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ แนวโน้มการดูดความร้อนจะน้อย ดังนั้น การละลายจะน้อย เช่น K2CrO4, KClO3เป็นต้น

ในทางตรงกันข้าม ถ้าการละลายของตัวถูกละลายในตัวทำละลายเป็นการคายความร้อนการให้ความร้อนแก่ระบบ จะยิ่งทำให้ตัวถูกละลายละลายได้น้อยลง

4.2 อิทธิพลของความดันที่มีต่อการละลายได้

การเพิ่มความดันมีผลอย่างมากต่อการละลายของแก๊สในของเหลว มากกว่าการละลายของของแข็งในของเหลว

ตัวถูกละลาย (g) + ตัวทำละลาย (l) + ความดัน

สารละลาย (l)

เมื่อเพิ่มความดันต่อแก๊ส พบว่า แก๊สสามารถละลายในของเหลวได้มากขึ้น จำนวนโมเลกุลของแก๊สที่อยู่เหนือของเหลวจะลดลง และความเข้มข้นของแก๊สในสารละลายจะเพิ่มขี้น