สื่อการเรยีนการสอนวชิา เคม ีว 30222

เรื่อง ของเหลว

เพื่อให้เขา้ใจความหมายคำาวา่ ของเหลว ในทางวทิยาศาสตร์

เพื่อให้ทราบถึงสมบติัของของเหลวเพื่อให้ทราบถึงรายละเอียดเก่ียวกับของเหลว

สามารถอธบิายได้วา่ ของเหลว คืออะไร ?

วตัถปุระสงค์การจดัทำาสื่อการเรยีนการสอน

ชื่อ นาย ภัคพล เมฆสวุรรณ ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 7ชื่อ น.ส. ปภัสรา มาชยัภมู ิ ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 23ชื่อ น.ส. จนัทิมา ทองยวน ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 28ชื่อ น.ส. อังคณา กันธยิะ ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 27ชื่อ น.ส. อัจฉรา ตันศิร ิ ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 37ชื่อ น.ส. กมลา หอมสมบติั ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 40ชื่อ น.ส. ยวษิฐา ไชยศิลป ์ ชัน้ ม. 5/5 เลขท่ี 42

จดัทำาโดย

สมบติัของของเหลวของเหลวมสีมบติัทั่วไปดังนี้1.  มแีรงยดึเหนี่ยวระหวา่งอนุภาคน้อยกวา่ของแขง็2.  มกีารจดัเรยีงอนุภาคไมเ่ป็นระเบยีบ และมท่ีีวา่งระหวา่งอนุภาคเล็ก

น้อย ทำาให้อนุภาคของของเหลวมอิีสระในการเคลื่อนท่ีได้มากกวา่ของแขง็ แต่ไมแ่ยกจากกัน ของเหลวจงึไหลได้

3.  รูปรา่งของของเหลวจะเปลี่ยนไปตามภาชนะท่ีบรรจุ และมปีรมิาตรคงท่ีท่ีอุณหภมูแิละความดันคงท่ี

4. ของเหลวสามารถแพรไ่ด้  ถ้านำาของเหลว 2 ชนิดมาผสมกัน เชน่ หยดนำ้าหมกึลงในแก้วนำ้า ในตอนแรกจะสงัเกตเห็นวา่เฉพาะนำ้ารอบ ๆ หยดนำ้าหมกึจะกลายเป็นสขีองหมกึ เมื่อเวลาผ่านไประยะเลาหนึ่งนำ้าท่ีมสีขีองนำ้าหมกึจะมขีอบเขตกวา้งขึน้ และในท่ีสดุนำ้าทั่วท้ังภาชนะจะมสีเีดียวกับสนีำ้าหมกึ ท่ีเป็นเชน่น้ีเพราะโมเลกลุของนำ้าหมกึแพรก่ระจายปะปนไปกับโมเลกลุของนำ้า นัน่คือ ของเหลวสารมารถแพรไ่ด้

 

สมบติัของของเหลว

ของเหลวประกอบด้วยอนุภาคจำานวนมาก และอนุภาคเหล่านัน้มแีรงยดึเหน่ียวซึง่กันและกัน โมเลกลุของของเหลวท่ีอยูต่รงกลางจะถกูล้อมรอบด้วยโมเลกลุขา้งเคียงและดึงดดูกันทกุทิศทาง แต่โมเลกลุท่ีผิวหน้าจะดึงดดูกับโมเลกลุขา้งเคียงท่ีอยูด้่านขา้งและด้านล่างเท่านัน้ ผลรวมของแรงจงึมทิีศทางลงสูด้่านล่างเท่านัน้ แรงท่ีดึงผิวของของเหลวเขา้มาภายในเพื่อทำาให้พื้นท่ีของของเหลวเหลือน้อยท่ีสดุเรยีกวา่ แรงดึงผิว (Tension forces)

ความตึงผิว (Surface tension)

แรงดึงผิว (Tension forces) หมายถึง แรงท่ีดึงผิวของของเหลวเขา้มาภายในเพื่อทำาให้พื้นท่ีของของเหลวเหลือน้อยท่ีสดุ

ความตึงผิว หมายถึง งานท่ีต้องใชใ้นการขยายพื้นท่ีผิวของของเหลว 1 หน่วย

1.  แรงดึงผิวของของเหลวจะทำาให้ของเหลวปรมิาณน้อย ๆ มรูีปรา่งค่อนขา้งเป็นทรงกลม เพราะวา่ในปรมิาตรท่ีกำาหนดให้รูปทรงกลมมพีื้นท่ีผิวน้อยท่ีสดุ และทำาผิวของของเหลวถกูดึงจนตึง เปรยีบเสมอืนแผ่นยางยดืบาง ๆ ปกคลมุของเหลวไว ้ดังนัน้จงึเห็นแมลงบางชนิดสามารถเดินบนผิวนำ้าได้ หรอืหยดนำ้าบนใบไมท่ี้มผีิวหน้าเป็นมนัหรอืวสัดผิุวเรยีบเป็นมนัจะรกัษารูปทรงในลักษณะค่อนขา้งกลม เพราะวา่นำ้ามแีรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุท่ีแขง็แรง และมแีรงดึงผิวมาก

ขอ้สรุปเก่ียวกับแรงดึงผิว

2. แรงโน้มถ่วงของโลกจะมผีลทำาให้หยดนำ้าแบนลงหรอืกระจายออก สำาหรบัของเหลวท่ีมแีรงยดึเหน่ียวระหวา่งอนุภาคภายในท่ีแขง็แรง ของเหลวนัน้จะมแีรงดึงผิวมาก และรกัษารูปทรงท่ีมลัีกษณะค่อนขา้งกลมได้มากกวา่ของเหลวท่ีมแีรงดึงผิวน้อย ของเหลวต่างชนิดกันจะมแีรงดึงผิวต่างกันเมื่ออยูบ่นวสัดชุนิดเดียวกัน จงึรกัษารูปทรงได้แตกต่างกัน

3. ถ้ามกีารเพิม่พื้นท่ีผิวของของเหลว โมเลกลุท่ีอยูด้่านในของของเหลวจะต้องเคล่ือนท่ีออกมายงัพื้นผิวของของเหลว โมเลกลุเหล่านี้ต้องใชพ้ลังงานเพื่อเอาชนะแรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุท่ีอยูร่อบขา้ง งานท่ีต้องใชใ้นการขยายพื้นท่ีผิวของของเหลว 1 หน่วย เรยีกวา่ ความตึงผิว

ความตึงผิวของของเหลว จะมค่ีามากหรอืน้อย ขึน้อยูกั่บแรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุในของเหลว ถ้าของเหลวใดมแีรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุสงู ความตึงผิวจะมค่ีาสงูด้วย ความตึงผิวของของเหลวบางชนิดดังขอ้มูลในตาราง

ของเหลว สตูร ความตึงผิว (N/m)

ปรอท Hg 0.4855

นำ้า H3O 0.0720

เบนซนี C6H6 0.0282

เอทานอล C H3CH2OH 0.0220

เฮกเซน C6H14 0.0179

ไดเอทิลอีเทอร์ CH3CH2OCH2CH3

0.0167

ตารางแสดงความตึงผิวของของเหลวบางชนิดที่อุณหภมู ิ25OC

แ

แมลงจงิโจน้ำ้า (water strider) สามารถวิง่บนผิวนำ้าได้

  ปัจจยัท่ีมผีลต่อความตึงผิว 1. แรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุกับความ

ตึงผิว ของเหลวท่ีมแีรงยดึเหน่ียวระหวา่งอนุภาคแขง็แรง จะมแีรงดึงผิวมาก และทำาให้มีความตึงผิวมากด้วย ปรอทมแีรงยดึเหน่ียวระหวา่งอนุภาคเป็นพนัธะโลหะซึง่มคีวามแขง็แรงมาก ความตึงผิวของปรอทจงึมค่ีาสงู

ไดเอทิลอีเทอรม์แีรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุเป็นแรงลอนดอน ซึง่มคีวามแขง็แรงน้อย ความตึงผิวจงึมค่ีาน้อย

การทดลองเก่ียวกับความตึงผิว

นำ้า เป็นของเหลวท่ีมคีวามตึงผิวมาก เนื่องจากมแีรงยกึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุเป็นพนัธะไฮโดรเจน นำาจงึสามารถอยูใ่นลักษณะเป็นหยดอยูบ่นผิวหน้าของวตัถุบางชนิดได้ค่อนขา้งมากกวา่ของเหลวชนิดอ่ืน

หยดนำ้าบนใบควำ่าตายหงายเป็น

2. อุณหภมูกัิบความตึงผิว อุณหภมูมิผีลต่อความตึงผิวของของเหลว เมื่ออุณหภมูเิปลี่ยนไป ความตึงผิวของของเหลวจะเปลี่ยนไปด้วย เชน่ นำ้า ความตึงผิวจะลดลงเมื่ออุณหภมูขิองนำ้าเพิม่ขึน้

การเติมสารบางชนิดลงในนำ้า  เชน่  เติมนำ้าสบู ่หรอืเติมเกลือลงในนำ้าจะทำาให้ความตึงผิวเปลี่ยนแปลงด้วย

แรงเชื่อมแน่นและแรงยดึติด เมื่อของเหลวสมัผัสกับวสัดหุรอืบรรจุอยูใ่นภาชนะ

จะมโีมเลกลุของสารสองชนิดท่ีแตกต่างกันคือ โมเลกลุของของเหลวและโมเลกลุของสารท่ีเป็นวสัดุหรอืทำาภาชนะ รวมท้ังมแีรงยดึเหน่ียวท่ีเกียวขอ้งอีก 2 ประเภทดังน้ี 

หมายถึง แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งอนุภาคหรอืโมเลกลุของสารชนิดเดียวกัน เชน่ แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุของนำ้ากับนำ้า

แรงยดึติด (Adhesive forces) หมายถึง แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งอนุภาคหรอืโมเลกลุ

ต่างชนิดกัน เชน่ แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุของนำ้ากับแก้วท่ีใชท้ำาภาชนะเมื่อหยดนำ้าลงบนแผ่นไมห้รอืกระดาษแล้วสงัเกตได้วา่แผ่นไมห้รอืกระดาษนัน้เปียก

แรงเชื่อมแน่น (Cohesive forces)

อธบิายได้วา่แรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุของนำ้ามค่ีาน้อยกวา่แรงยดึเห่ียวระหวา่งโมเลกลุของนำ้ากับไมห้รอืกระดาษ ทำาให้นำ้าไมส่ามารถรวมตัวอยูล่ักษณะเป็นหยดได้ จงึแผ่กระจายออกไป ถ้าหยดนำ้าลงบนผิวท่ีเรยีบมนั เชน่ พลาสติกหรอืวสัดท่ีุเคลือบเงาบางชนิด หยดนำ้าจะมลีักษณะเป็นรูปทรงกลมเกาะท่ีผิววสัดนุัน้ เพราะวา่แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุของนำ้ามีค่ามากกวา่แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุของนำ้ากับวสัด ุนำ้าในหลอดทดลองหรอืในกระบอกตวง จะสงัเกตเห็นวา่ผิวแก้วเปียกนำ้า และบรเิวณผิวนำ้าท่ีติดกับขา้งแก้วมรีะดับสงูกวา่บรเิวณตรงกลาง หรอืถ้าจุม่หลอดคะปิลลาร ี(Capillary tube) ปลายเปิดท้ังสองขา้งลงในนำ้าท่ีบรรจุอยูใ่นบบีกึเกอร ์

จะพบวา่ระดับนำ้าในหลอดคะปิลลารสีงูกวา่ในบกีเกอร ์และบรเิวณตรงกลางของนำ้ามลีักษณะเวา้ อธบิายได้วา่เนื่องจากองค์ประกอบของแก้วสว่นใหญ่เป็น SiO2 โมเลกลุของนำ้าจงึมแีรงยดึเหนี่ยวกับออกซเิจนท่ีผนังด้านในของหลอดแก้วได้ แรงยดึติดระหวา่งโมเลกลุของแก้วกับนำ้าแขง็แรงมากกวา่แรงเชื่อมแน่นระหวา่งโมเลกลุของนำ้ากับนำ้า โมเลกลุของนำ้าจงึยดึติดกับผนังของหลอดแก้วเป็นลักษณะแผ่นฟลิ์มบาง ๆ ความตึงผิวของนำ้าซึง่มค่ีาสงูจะทำาให้ผิวนำ้าหดตัวได้ และดึงโมเลกลุอ่ืน ๆ ของนำ้าตามขึน้ไปด้วย เป็นผลให้ระดับนำ้าในหลอดคะปิลลารสีงูกวา่ระดับนำ้าในบกีเกอร์

หลอดคะปิลลาร ี(capillary tube)

 การทดลองศึกษา capillary action

ของเหลวบางชนิด มลีักษณะตรงขา้มกับนำ้า เชน่ ปรอท เนื่องจากปรอทมแีรงเชื่อมแน่นระหวา่งโมเลกลุของปรอทกับปรอทมากกวา่แรงยดึติดระหวา่งโมเลกลุของปรอทกับแก้ว ดังนัน้โมเลกลุของปรอทท่ีอยูบ่รเิวณผิวและท่ีติดอยูกั่บผนังหลอดคะปิลลาร ี(Capillary tube) จะถกูดึงเขา้สูภ่ายในหรอืให้ห่างจากผนัง จงึทำาให้ปรอทไมเ่ปียกแก้ว และระดับปรอทในหลอดคะปิลลารตีำ่ากวา่ระดับปรอทในบกีเกอรแ์ละผิวหน้ามลีักษณะโค้งนูน

การระเหย (Evaporation) หมายถึง การท่ีของเหลวเปล่ียนสถานะไปเป็นไอสารในสถานะ

ของเหลวมกีารจดัเรยีงอนุภาคไมเ่ป็นระเบยีบ และมชีอ่งวา่งอยู่ท่ัวไป โมเลกลุของของเหลวจงึเคลื่อนท่ีได้เล็กน้อย ทำาให้เกิดการชนกันเองหรอืชนกับผนังภาชนะ แล้วมกีารถ่ายโอนพลังงานให้แก่กัน ทำาให้บางโมเลกลุของของเหลวมีพลังงานจลน์เพิม่ขึน้ และบางโมเลกลุมพีลังงานจลน์ลดลง

 

ถ้าโมเลกลุท่ีมพีลังงานจลน์เพิม่ขึน้อยูบ่รเิวณผิวหน้าของของเหลว หรอืสามารถเคล่ือนท่ีมาอยูผ่ิวหน้าของของเหลวได้ และมพีลังงานสงูมากกวา่แรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุ โมเลกลุเหล่านัน้จะหลดุออกจากผิวหน้าของของเหลวกลายเป็นไอไปเรื่อย ๆ การท่ีของเหลวเปล่ียนสถานะไปเป็นไอเรยีกวา่การระเหย ขณะท่ีของเหลวเกิดการระเหยจะดึงพลังงานสว่นหนึ่งไปใชใ้นการเปล่ียนสถานะ ทำาให้อุณหภมูขิองของเหลวลดลง ของเหลวจงึดดูพลังงานจากสิง่แวดล้อมเขา้มาแทนท่ีพลังงานสว่นท่ีเสียไป

ปัจจยัท่ีมผีลต่อการระเหย 1. อุณหภมู ิเมื่ออุณหภมูสิงูการระเหยจะเกิด

ได้เรว็ขึน้ เชน่ ตากผ้าไวใ้นท่ีมแีดดจดัผ้าจะแห้งได้เรว็กวา่ผ้าท่ีตากไวใ้นรม่ เนื่องจากความรอ้นหรอือุณหภมูท่ีิเพิม่ขึน้มผีลให้พลังงานจลน์เฉล่ียของโมเลกลุของนำ้าเพิม่ขึน้ ทำาให้โมเลกลุของนำ้าท่ีมพีลังงานจลน์สงูพอท่ีจะเอาชนะแรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุมมีากขึน้ การระเหยของนำ้าจงึเกิดได้เรว็ขึน้

ปัจจยัท่ีมผีลต่อการระเหย

2. พื้นท่ีผิว การเพิม่พื้นท่ีผิวหน้าของของเหลวทำาให้เกิดการระเหยได้เรว็ขึน้ เพราะวา่เป็นการเพิม่จำานวนโมเลกลุของของเหลวท่ีมโีอกาสหลดุออกจากผิวหน้าของของเหลวได้มากขึน้ เชน่ ถ้าใส่ของเหลวลงในภาชนะปากกวา้งจะระเหยได้เรว็กวา่ในภาชนะปากแคบ

3. การถ่ายเทอากาศ การท่ีอยูใ่นท่ีท่ีมกีารถ่ายเทอากาศได้ดีหรอืมลีมพดัผ่านจะชว่ยให้เกิดการระเหยได้ดี เชน่ เหง่ือบนรา่งกาย เพราะการเคลื่อนท่ีของอากาศทำาให้โมเลกลุของไอบรเิวณเหนือของเหลวเกิดการเคลื่อนท่ี และลดจำานวนโมเลกลุของไอบรเิวณผิวหน้าของของเหลว เป็นผลให้โมเลกลุของของเหลวบรเิวณผิวหน้ากลายเป็นไอได้มากขึน้หรอืระเหยได้เรว็ขึน้ ขณะท่ีเหง่ือระเหยจะดึงความรอ้นจากผิวหนังจงึทำาให้รูส้กึเยน็

วฏัจกัรของนำ้าต้องใชก้ระบวนการระเหย

เมื่อบรรจุของเหลวในภาชนะเปิดและตั้งท้ิงไวร้ะยะเวลาหน่ึง ของเหลวจะระเหยกลาย เป็นไอไปได้เรื่อย ๆ แต่ถ้าบรรจุของเหลวในภาชนะปิด ณ อุณหภมูเิดียวกัน โมเลกลุของของเหลวท่ีระเหยกลายเป็นไอจะยงัคงอยูใ่นที่วา่งเหนือของเหลว โมเลกลุที่อยูใ่นรูปของไอจะเกิดการชนกันเองหรอืชนผนังภาชนะ การที่โมเลกลุของไอจำานวนมากชนกับผนังภาชนะตลอดเวลาทำาให้เกิดแรงกระทำาต่อภาชนะ หรอืมคีวามดันเกิดขึน้ในภาชนะ ในขณะที่ของเหลวกลายเป็นไอ ปรมิาตรของของเหลวจะลดลง แต่ปรมิาตรของไอจะเพิม่ขึน้เรื่อย ๆ ทำาให้ดันของไอเหนือของเหลวเพิม่ขึน้เรื่อย ๆ

ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว

ในขณะเดียวกันไอบางสว่นก็จะเปลี่ยนสถานะกลับเป็นของเหลวได้อีก ในตอนเริม่ต้นอัตราการเปลี่ยนจากไอเป็นของเหลวจะชา้ แต่จะมีอัตราเพิม่ขึน้เรื่อย ๆ เมื่อจำานวนโมเลกลุของไอเพิม่ขึน้มากขึน้ การเปลี่ยนสถานะกลับไปมาระหวา่งของเหลวกับไอเกิดขึน้อยา่งต่อเน่ือง จนกระทั่งอัตราการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอเท่ากับอัตราการเปลี่ยนจากไอเป็นของเหลว ซึง่เป็นผลทำาให้จำานวนโมเลกลุท่ีกลายเป็นไอเท่ากับจำานวนโมเลกลุท่ีควบแน่นเป็นของเหลว ซึง่ขณะน้ีปรมิาตรและความดันไอของของเหลวจะคงท่ี ความดันของไอเหนือของเหลวขณะท่ีมีอัตราการระเหยเท่ากับอัตราการควบแน่นนี้เรยีกวา่ ความดันไอของของเหลว (Vapour pressure)

กราฟแสดงความสมัพนัธร์ะหวา่งความดันไอกับจุดเดือด

1. อุณหภมูิ ความดันไอของของเหลว ขึน้อยูกั่บอุณหภมู ิเมื่อ

ของเหลวมอุีณหภมูสิงูขึน้ ความดันไอของของเหลวจะสงูขึน้ด้วย และการทำาให้ของเหลวมคีวามดันไอเท่ากันจะใช้อุณหภมูไิมเ่ท่ากัน

จุดเดือดของของเหลว คือ อุณหภมูท่ีิของเหลวมคีวามดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ ดังนัน้ จุดเดือดของอีเทอร ์แอซโีตน แอลกอฮอล์ และนำ้าคือ 34.6OC , 56.5 OC , 78.4 OC  และ 100 OC โดยนักวทิยาศาสตรไ์ด้กำาหนดให้จุดเดือดของของเหลววดัท่ีความดัน 1 บรรยากาศ และเรยีกวา่ จุดเดือดปกติ และจุดเดือดของของเหลวท่ี“ ”ความดันค่าอ่ืน ๆ จะมค่ีาแตกต่างกัน

ปัจจยัท่ีมผีลต่อความดันไอของของเหลว

ความสมัพนัธร์ะหวา่งความดันไอกับอุณหภมูิ

ความดันไอของของเหลวมคีวามสมัพนัธกั์บจุดเดือด นอกจากนี้ ณ อุณหภมูต่ิางกัน ความดันไอของของเหลวชนิดหนึ่งจะมค่ีาแตกต่างกัน นัน่คือท่ีอุณหภมูสิงูความดันไอของของเหลวจะมค่ีาสงูกวา่ท่ีอุณหภมูติำ่า เน่ืองจากโมเลกลุมพีลังงานจลน์เพิม่ขึน้ โมเลกลุจงึมีโอกาสเป็นไอได้มากขึน้

เน่ืองจากแรงยดึเหน่ียวระหวา่งโมเลกลุในของเหลวมหีลายชนิด และมคีวามแขง็แรงแตกต่างกัน เชน่ แรงลอนดอน แรงดึงดดูระหวา่งขัว้ พนัธะไฮโดรเจน ของเหลวท่ีมแีรงยดึเหน่ียวระหวา่งอนุภาคแขง็แรงน้อยจะกลายเป็นไอได้ง่าย มคีวามดันไอสงู และมจุีดเดือดตำ่า เชน่ อีเทอร ์แอซโีตน สว่นของเหลวท่ีมแีรงยดึเหน่ียวระหวา่งอนุภาคแขง็แรงมากจะกลายเป็นไอได้ยาก มคีวามดันไอตำ่า และจุดเดือดสงู เชน่ นำ้า

  2. แรงยดึเหนี่ยวระหวา่งโมเลกลุของของเหลว

การท่ีอยูใ่นท่ีท่ีมกีารถ่ายเทอากาศได้ดีหรอืมีลมพดัผ่านจะชว่ยให้เกิดการระเหยได้ดี เชน่ เหง่ือบนรา่งกาย เพราะการเคล่ือนท่ีของอากาศทำาให้โมเลกลุของไอบรเิวณเหนือของเหลวเกิดการเคลื่อนท่ี และลดจำานวนโมเลกลุของไอบรเิวณผิวหน้าของของเหลว เป็นผลให้โมเลกลุของของเหลวบรเิวณผิวหน้ากลายเป็นไอได้มากขึน้หรอืระเหยได้เรว็ขึน้ ขณะท่ีเหง่ือระเหยจะดึงความรอ้นจากผิวหนังจงึทำาให้รูส้กึเยน็

3. การถ่ายเทอากาศ

www.google.com www.promma.ac.th

บรรณานุกรม