แผนการสอนประจาหนวยท 2 วชาเคมสาหรบวศวกร

หนวยท 2 สมบตของแกส ของแขง ของเหลว และสารละลาย 9 คาบ (450 นาท)

2.1 สมบตของแกส

2.1.1 การวดปรมาตร อณหภม ความดน

2.1.2 กฎของแกส

2.1.3 ทฤษฎจลนของแกส

2.1.4 พฤตกรรมของแกสจรง

2.2 สมบตของของแขง

2.2.1 ลกษณะทวไปของของแขง

2.2.2 ระบบของผลก

2.2.3 โครงสรางผลก

2.2.4 พลงงานแลตทซ

2.3 สมบตของของเหลว

2.3.1 สมบตทวไปของของเหลว

2.3.2 พลงงานของการเปลยนวฎภาค

2.3.3 แผนผงวฎภาค

2.4 สารละลาย

2.4.1 ชนดของสารละลาย

2.4.2 ความเขมแขงของสารละลาย

2.4.3 กระบวนการผลตสารละลาย

2.4.4 สมบตคอลลเกทฟ

2.4.5 คอลลอยด

38

แนวคด ใหรจกสสารทง 3 สถานะ คอ แกส ของเหลว ของแขง เพอใชในการอธบายคณลกษณะตาง ๆ

และอธบายปรากฏการณทเกดขนเมอมการเปลยนแปลงสถานะของสาร รวมทงอธบายถงลกษณะ

ของสารละลาย องคประกอบ และคณสมบตตาง ๆ ของสารละลาย

วตถประสงค เมอศกษาหนวยท 2 จบแลว นกศกษาสามารถ

1.1 เขาใจเกยวกบสมบตของแกส

2.1.1 อธบายเรองการวดปรมาตร อณหภม ความดนได

2.1.2 อธบายกฎของแกสได

2.1.3 อธบายทฤษฎจลนของแกสได

2.1.4 อธบายพฤตกรรมของแกสจรงได

2.2 เขาใจเกยวกบสมบตของของแขง

2.2.1 บอกลกษณะทวไปของของแขงได

2.2.2 อธบายระบบของผลกได

2.2.3 อธบายโครงสรางผลกได

2.2.4 อธบายพลงงานแลตทซได

2.3 เขาใจเกยวกบสมบตของของเหลว

2.3.1 บอกสมบตทวไปของของเหลวได

2.3.2 อธบายเกยวกบพลงงานของการเปลยนวฎภาคได

2.3.3 อธบายแผนผงวฎภาคได

2.4 เขาใจเรองสารละลาย

2.4.1 บอกชนดของสารละลายได

2.4.2 คานวณความเขมขนของสารละลายได

2.4.3 อธบายกระบวนการเกดสารละลายได

2.4.4 อธบายเกยวกบสมบตคอลลเกทฟได

2.4.5 อธบายเรองคอลลอยดได

39

กจกรรมการเรยน

1. ทาแบบประเมนกอนเรยน

2. ศกษาเอกสารการสอน ตอนท 2.1 – 2.4.5

3. ปฏบตกจกรรมตามทไดรบมอบหมายทายเอกสารการสอน ตอนท 2.4.5

สอการสอน

1. เอกสารการสอน , แผนใส, CD-ROM

2. แบบฝกหด

3. การสอนเสรม

การประเมนผล

1. ประเมนผลจากแบบประเมนกอนเรยนและหลงเรยน

2. ประเมนผลกจกรรมจากการทาแบบฝกหด

3. การสอบประจาภาคการศกษา

เมออานแผนการสอนแลว ขอใหทาแบบประเมนกอนเรยนหนวยท 2 ในแบบฝกหด

แลวจงศกษาเอกสารตอไปน

40

แบบประเมนกอนเรยน หนวยท 2

สมบตของแกส ของแขง ของเหลวและสารละลาย

1. สารหรอสสาร ประกอบดวยสถานะของแขง ของเหลว และแกส จงเปรยบเทยบสมบตของทงสาร

สามสถานะ ดงตารางขางลาง

สถานะ ปรมาตร หรอ

รปรางตวอยาง

ความหนาแนน การวด

ของแขง

ของเหลว

แกส

2. แกสอดมคต และแกสจรง แตกตางกนอยาง ไร จงอธบา

ย.........................................................................................................................................

3.กฎตาง ๆ ทใชอธบายเกยวกบพฤตกรรมของแกส มอะไรบาง จงยกตวอยาง และอธบาย

.............................................................................................................................................

4.จงคานวณความดนของแกสมเทน (methane) ในภาชนะขนาด 33 ทบรรจแกสไว 1.2 mol ท 25°C l

5.ของแขงทมรปผลก (crystalline solids) และของแขงอสณฐาน (amorphous solids) แตกตางกน

อยางไร จงอธบาย

.........................................................................................................................................

6.จงอธบายความแตกตางของหนวยเซลล 3 แบบคอ แบบลกบาศกอยางงาย (simple cubic) แบบ

ลกบาศกกลางตว (body-centered cubic) และแบบลกบาศกกลางหนา (face-centered cubic)

…………….........................................................................................................................

7.จงจาแนกประเภทของแขงตอไปนวาจดเปนประเภทผลกไอออน ผลกโมเลกล ผลกโคเวเลนต หรอ

ผลกโลหะ

(ก) BaSO4

(ข) AI

(ค) NaOH

(ง) P4O10

(จ) I2

41

8.แผนผงวฏภาค หมายถงอะไร และมประโยชนอยางไรตอการศกษาทางเคม

............................................................................................................................................

9.จงยกตวอยางมา 2 ตวอยางสาหรบคอลลอยด ประเภทตาง ๆ ดงน

(ก)โซล

(ข)อมลชน

(ค)เจล

(ง)ละอองลอย

10.ปรากฏการณทนดอลล (tyndoll effect) เกยวของกบคอลลอยดอยางไร จง

อธบาย...................................................................................................................................

42

หนวยท 2 สมบตของแกส ของแขง ของเหลวและสารละลาย

(Property of Gas, Solid, Liquid and Solution)

ถาแบงสสารตามสถานะแลว สสารแบงได 3 สถานะ คอของแขง ของเหลว และแกส อนภาค

ของสสารอาจเปน อะตอม ไอออน หรอโมเลกลได ความหนาแนนของอนภาคของทง 3 สถานะ

แสดงในรปท 2.1

แกส ของเหลว ของแขงผลก

รอน

เยน

ความรอนหรอ ลดความดน

เยนหรออด

รปท 2.1 ความหนาแนนของอนภาคของของแขง ของเหลว และแกส ทมา : Brown, 2000 : 394

แกสมปรมาตรและรปรางตามภาชนะบรรจ สามารถอดใหมปรมาตรเลกลงได ของเหลวม

ปรมาตรและรปรางตามสวนของภาชนะบรรจ ไมขยายจนเตมภาชนะบรรจ สวนของแขงมรปรางและ

ปรมาตรเปนของตนเอง ไมสามารถอดใหมปรมาตรเลกลงได สสารทง 3 สถานะมสมบต ดงตอไปน

2.1 สมบตของแกส (Property of Gas) จากรปท 2.1 จะเหนไดวา แกสมอนภาคอยหางกนมากกวาของแขง ของเหลว และฟงกระจาย

เคลอนทตลอดเวลาในทกทศทางอยางไมเปนระเบยบและมแรงดงดดระหวางอนภาคนอย

เพราะฉะนน แกสจงมรปรางและปรมาตรไมแนนอน ขนอยกบรปรางภาชนะทบรรจ ความดนและ

อณหภมมผลตอสมบตของแกสมากกวาของเหลวและของแขง นอกจากนแกสตางๆ ยงสามารถผสม

กนไดทกอตราสวน แตของเหลวจะไมเปนเชนนน นกวทยาศาสตรไดแบงประเภทของแกสเปน 2

ประเภท คอ

1. แกสอดมคต (ideal gas) หรอแกสสมบรณ หมายถง แกสทอยในสภาวะใดกตาม จะม

สมบตเปนไปตามกฎตาง ๆ ของแกสอดมคต

2. แกสจรง (real gas) หมายถง แกสทไมเปนไปตามกฎของแกสอดมคต แตในบางสภาวะ

อาจมสมบตใกลเคยงกบแกสอดมคตได เมออยภายใตสภาวะทอณหภมสงมาก ๆ และความดนตา

มาก ๆ

43

2.1.1 ปรมาตร อณหภม ความดน อนภาคของแกสมการเคลอนทฟงกระจายและเคลอนทตลอดเวลา จงพบวา ปรมาตรของแกส

จะขนกบภาชนะทบรรจ หรออาจกลาวไดวา ปรมาตรของแกส หมายถง ปรมาตรของภาชนะทบรรจ

แกสนน ๆ หนวยวดปรมาตรของแกสทใชกนทวไป คอ ลตร (l) ลกบาศกเดซเมตร (dm3) มลลลตร (ml)

ลกบาศกเซนตเมตร (cm3) และลกบาศกเมตร (m3)

อณหภมเปนคาทใชบอกปรมาณความรอนวามากนอยเพยงใด เครองมอทใชวดอณหภม คอ

เทอรโมมเตอร (thermometer) หนวยทใชวดอณหภมมหลายหนวย เชน องศาเซลเซยส (oC) องศา

ฟาเรนไฮต (oF) เคลวน (K) องศาแรงกนและองศาโรเมอร (oR) ในการศกษาสมบตของแกสหรอการ

คานวณเกยวกบแกส จะใชมาตราสวนของอณหภมเปนเคลวน หรอทเรยกวา อณหภมสมบรณ

(absolute temperature) การเปลยนหนวยมาตราสวนเซลเซยสหรอฟาเรนไฮต ใหเปนมาตราสวน

เคลวน สามารถหาไดดงน

K = 273.15 + °C

หรอ K = 273 + °C (คาโดยประมาณ)

หรอ K = 273 + 5

9(F – 32) (คาโดยประมาณ)

ในการศกษาสมบตของแกส จะตองระบคาความดนเสมอ เนองจากความดนเปนสมบตอยาง

หนงของแกสทสามารถบอกทศทางการเคลอนทได จากการทดลองวดคาความดนโดยใชอปกรณใน

การวดความดนบรรยากาศทเรยกวา บารอมเตอร (barometer) ซงประกอบดวยหลอดแกวยาว

80-100 เซนตเมตร ปลายขางหนงบรรจปรอทใหเตมแลวควาลงในอางปรอท โดยไมใหปากหลอดถง

กนอาง (ดงรปท 2.2) ซงจะเกดทวางเหนอลาปรอทในหลอดแกว เรยกวา สญญากาศเทอรเชลเลยน

(torricellion vacuum)

สญญากาศ

ปรอท

หลอดแกว

ปรอท

แทนนาหนก ของอากาศ

รปท 2.2 บารอมเตอร ทมา : Brady, 2004 : 454

44

เมอระดบปรอทในหลอดแกวคงทแสดงวา ความดน (P) ของอากาศทกดบนผวปรอทในอาง

เทากบความดนลาปรอททอยในหลอดทดลองกดลงมา ซงความดนลาปรอทคอแรงกดจากนาหนกของ

ปรอททอยในหลอดทดลองทกระทาตอพนทหนาตดของหลอดทดลอง และเมอกลาวถงนาหนกของ

วตถใด ๆ จะหมายถงแรงดงดดของโลกทกระทาตอมวลของวตถนน ดงนน แรงกดทเกดจากลาปรอท

ในหลอดแกว สามารถคานวณไดดงน

แรงกดของปรอท (F) = มวลของปรอท (m) x ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก (g)

แต m = Vρ

ดงนน แรงกดของปรอท (F) = Vρg

= [(πr2h) ρ]g

เมอ V = ปรมาตรของปรอทในหลอดแกว

ρ = ความหนาแนนของปรอท

r = รศมของหลอดแกว

h = ความสงของปรอทในหลอดแกว

จากสตร P = FA

ดงนน P = π ρ⎡ ⎤

⎢⎣

2( r h)⎥⎦

gA

P = π ρ

π

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

2

2

( r h) g

r

P = hρg (2.1)

เนองจาก ρ และ g เปนคาคงตว ดงนน P α h จงอาจระบความดนดวยความสง

ของลาปรอท (ในหนวย mmHg) ความดน 1 บรรยากาศ (atmosphere, atm) คอความดนทดนปรอท

ไดสงเทากบ 760 มลลเมตร หรอเทากบ 76 เซนตเมตร และเมอความหนาแนนของปรอท เทากบ

13.496 g/cm3 ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก เทากบ 980.7 cm/s2 คานวณความดนไดดงน

45

P = hρg

P = (76 cm) (13.496 g/cm3)(980.7 cm/s2)

P = 1.013×106 g/cm⋅s2

P = 1.013×105 kg/m⋅s2

นนคอ 1 atm = 1.013×105 kg/m⋅s2

หรอ = 1.013×106 dyne/cm2

= 1.013×105 N/m2

= 760 mmHg

หนวยของความดนแกสทนยมใชคอ บรรยากาศ (atm), มลลเมตรปรอท (mmHg) ,ทอร (torr)

(ซงทอร มาจากชอ Torricelli นกวทยาศาสตรทศกษาเรองน โดย 1 ทอร = 1 mmHg) , นวตนตอ

ตารางเมตร (N/m2), ปาสคาล (Pa, มาจากชอนกวทยาศาสตร โดย 1 Pa = 1 N/m2), บาร(bar, 1บาร

= 105 N/m2), dyne/cm2, และ lb/in2

ในกรณการวดความดนแกสจะใชเครองมอทเรยกวา แมนอมเตอร (manometer) สวนประกอบ

เปนหลอดแกวรปตวยทมปรอทบรรจอยภายใน ดงแสดงในรปท 2.3 แมนอมเตอรม 2 ชนดดวยกนคอ

ชนดปลายปด (ก) และชนดปลายเปด (ข)

สญญากาศ

(ก) ชนดปลายปด (ข) ชนดปลายเปด

รปท 2.3 แมนอมเตอร ทมา : Chang, 2000 : 158

46

อณหภมและความดนมาตรฐาน (Standard Temperature and Pressure, STP) หมายถง

อณหภมท 273.15 เคลวน และความดน 1 บรรยากาศ ซงคอความดนบรรยากาศเฉลย โดยทแกสใดๆ

กตาม จานวน 1 โมล ทอยในสภาวะอณหภม และความดนมาตรฐาน จะมปรมาตร 22.4 ลตรเทากน

2.1.2 กฎของแกส (Gas law) กฎของแกส เปนกฎทอธบายเกยวกบพฤตกรรมของแกส ซงไดแก กฎของบอยล (Boyle’s

Law) กฎของชารลส (Charles’ Law ) กฎเกยลสแซก (Gay-Lussac’s Law) สมมตฐานของ อโวกา

โดร(Avogadro’s Hypothesis) สมการแกสอดมคต และความดนยอยของดอลตน โดยมรายละเอยด

ดงน

กฎของบอยล (Boyle’s law) โรเบรต บอยล (Robert Boyle) ไดกลาวไววา เมอใหมวลและอณหภมของแกสคงท ความดน

แกสจะแปรผกผนกบปรมาตร ดงสมการ

P ∝ 1 / V (เมอ n และ T คงท)

P V = k (คาคงตว)

P1V1 = P2V2 (2.2)

แกสทเปนไปตามกฎของบอยลโดยแทจรง ไมวาทอณหภมและความดนใดกตามคอแกสอดมคต

สวนแกสจรงหรอแกสโดยทว ๆ ไป จะเปนไปตามกฎของบอยลอยางใกลเคยงพอสมควร เมอความดน

ตามาก และอณหภมสง

ตวอยางท 2.1 แกสออกซเจนจานวนหนงมปรมาตร 5.00 ลตร ภายใตความดน 740 mmHg จงหา

ปรมาตรของแกสจานวนน ทความดนมาตรฐาน อณหภมคงท วธทา

ความดนมาตรฐานคอ 760 mmHg

จากกฎของบอยล P1V1 = P2V2

เมอ P1 = 740 mmHg

V1 = 5.00 ลตร

P2 = 760 mmHg

V2 = ?

47

แทนคา 740mmHg x 5.00 ลตร = 760mmHg x V2

V2 = 740mm x 5.00

760mmHg

ลตร

V2 = 4.87 ลตร #

กฎของชารลส (Charles’ law) ในป ค.ศ.1787 ชารลส (Jacques Charles) ไดเสนอความสมพนธระหวางปรมาตรของแกส

กบอณหภม โดยการศกษาผลของอณหภมตอปรมาตรของแกส พบวา ทความดนคงท ในทกๆ 1 องศา

เซลเซยสของอณหภมทเปลยนแปลง จะทาใหปรมาตรแกสเปลยนแปลงเทากบ 1/273 ของปรมาตร

ของแกสท 0oC ซงภายหลงไดนามาสรปเปนกฎทเรยกวา กฎของชารลส ทกลาววา เมอความดนและ

ปรมาณของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะแปรผนโดยตรงกบอณหภม ดงสมการความสมพนธขางลางน

ซงความสมพนธนคอ แกสจะขยายตวเมอไดรบความรอนหรออณหภมเพมขน และจะหดตวเมอเยนลง

หรออณหภมลดลง ดงแสดงรปท 2.4

V ∝ T (เมอ p และ n คงท)

V = k T ( k = คาคงตว)

1

1

V

T = 2

2

V

T (2.3)

อณหภมสง

หลอดแคพลแลร

ปรอท

แกส

อณหภมตา

รปท 2.4 การเปลยนแปลงปรมาตรของแกสตามอณหภม (เมอ P และ n คงท) ทมา : Chang, 2000 : 163

48

ตวอยางท 2.2 ปรมาตรของบอลลนทบรรจดวยแกสไฮโดรเจน เปน 1.00 ลตร ท 25oC จงคานวณ

ปรมาตรของบอลลนเมอเยนลงส -78 oC ในอางทบรรจนาแขงแหงและอะซโตน วธทา

จากกฎของชารลล 2

1

V

V =

2

1

T

T

เมอ V1 = 1.00 ลตร

T1 = 273 + 25 oC = 298 K

T2 = 273 + (-78 oC) = 195 K

V2 = ?

แทนคา 2V

ลตร 00.1 =

K195

K298

V2 = K298

K195xลตร00.1

V2 = 0.654 ลตร #

กฎเกยลสแซก (Gay-Lussac’s law)

ในป ค.ศ.1778-1850 เกยลสแซก (Joseph Louis Gay-Lussac) ไดศกษาการเปลยนแปลง

ปรมาตร เมอนาแกส 2 ชนดขนไป มาทาปฏกรยากนแลวไดผลผลตเปนแกส ทความดนและอณหภมคงท

พบวา อตราสวนระหวางปรมาตรของตวทาปฏกรยาและผลตภณฑ จะเปนอตราสวนเปนเลขจานวน

เตมคานอย ๆ เสมอ ตวอยางเชน ปรมาตรของไฮโดรเจน จานวน 199.89 สวน จะรวมตวพอดกบ

ปรมาตรของออกซเจน จานวน 100 สวน เสมอ ซงอตราสวนปรมาตรของ ไฮโดรเจนทรวมตวกบ

ออกซเจนจะเปนอตราสวน 2 : 1 ดงสมการ

ไฮโดรเจน + ออกซเจน นา

2 ปรมาตร 1 ปรมาตร

และในการสลายตวของแอมโมเนย พบวา อตราสวนปรมาตรของไฮโดรเจนกบแอมโมเนยท

เกดขนจะเปนอตราสวน 1 : 3 ดงสมการ

แอมโมเนย ไฮโดรเจน + ไนโตรเจน

1 ปรมาตร 3 ปรมาตร

49

เกยลสแซก ประกาศผลทดลองนวาเปนกฎการรวมของปรมาตร (law of combining volumes)

ซงกลาวโดยรวมวา อตราสวนของปรมาตรของแกสทเขารวมตวกนหรอทถกผลตออกมาจากปฏกรยาเคม

จะเทากบอตราสวนของตวเลขจานวนเตมอยางงายเสมอ เมอความดนและปรมาณของแกสคงท

ปรมาตรของแกสจะแปรผนโดยตรงกบอณหภม จะเหนวาผลการศกษาของเกยลสแซกสอดคลองกบ

กฎของชารลส แตใหผลการทดลองทละเอยดขน กฎความสมพนธระหวางปรมาตรของแกสและ

อณหภม เมอความดนและปรมาณของแกสคงท อาจเรยกวา กฎของชารลสและเกยลสแซก

สมมตฐานของอโวกาโดร (Avogadro’s Hypothesis)) ค.ศ.1811 อโวกาโดร (Avogadro) ไดศกษาพฤตกรรมของแกสโดยหาจานวนโมเลกลของแกส

ทปรมาตรหนงพบวา แกสทปรมาตรเทากน ภายใตอณหภมและความดนเดยวกน จะมจานวนโมเลกล

เทากน ซงเรยกวา สมมตฐานของอโวกาโดร ดงผลการทดลองทแสดงไวในตารางท 2.1

ตารางท 2.1 ผลการทดลองของอโวกาโดร ทแสดงจานวนโมเลกลทเทากนของแกส ชนดตางๆ จานวน 50 มลลลตร

แกส มวล (g) มวลโมเลกล จานวนโมเลกล

H2

N2

O2

CO2

C4H10

CCl2F2

0.005

0.055

0.061

0.088

0.111

0.228

2.02

28.01

32.00

44.01

58.12

120.91

1 x 1021

1.2 x 1021

1.1 x 1021

1.2 x 1021

1.15 x 1021

1.14 x 1021

อโวกาโดรไดชงนาหนกเพอหามวลของแกสตางชนดกน มปรมาตร 50 มลลลตรเทากน ได

นาหนกดงแสดงในตารางท 2.1 และเมอคานวณจานวนโมเลกลของแกสพบวามจานวนโมเลกลท

เทากน จงสรปเปนกฎของอโวกาโดรวา “เมอความดนและอณหภมคงทปรมาตรของแกสจะเปน

ปฏภาคโดยตรงกบจานวนโมเลกลหรอจานวนโมลของแกส” ดงสมการ

V ∝ n (เมอ P และ T คงท)

n

V = (k = คาคงตว) (2.4)

50

ตามกฎของอโวกาโดร เมอความดนและอณหภมคงท แกสทมปรมาตรเทากน จะมจานวนโมล

เทากนนน ทสภาวะมาตรฐาน (STP) 1 โมลของแกสใด ๆ จะมปรมาตรเทากนหมด คอ เทากบ 22.414

ลตร และเรยกปรมาตรของสาร 1 โมล วาปรมาตรโมลาร ของสารนน

กฎของแกส กฎของแกส (gas law) เปนสมการรวมกฎของบอยล และกฎของชารลส–เกยลสแซก เขา

ดวยกน เปนสมการรวมกฎของแกส (combined gas law equation) ดงน

ตามกฎของบอยล PV = คาคงตว (T และ n คงท)

ตามกฎของชารลส T

V = คาคงตว (P และ n คงท)

จะไดกฎรวมของแกส คอ

T

PV = k (คาคงตว) (2.5)

1 1 2 2

1 2

P V P V =

T T (2.6)

กฎรวมของแกสนใชไดเมอปรมาณหรอจานวนโมเลกลของแกสคงทไมเปลยนแปลง ซงมประโยชน

มากในการหาความดน ปรมาตรและอณหภมของแกสเมอเปลยนจากสภาวะหนงไปอกสภาวะหนง

จากสมการท 2.6 จะเหนไดวา หากปรมาตรและปรมาณสารคงท ความดนของแกสจะแปรผน

โดยตรงกบอณหภมสมบรณดวย ดงสมการ

P ∝ T (เมอ V และ n คงท)

P = k T (k = คาคงตว)

P

T = k

1

1

P

T = 2

2

P

T (2.7)

จากสมการท (2.4) ตามกฎของอโวกาโดร V ∝ n (เมอ P และ T คงท) จะเหนไดวาหาก

n ไมใชคาทคงตว สมการท (2.5) จะถกเขยนใหมเปน

51

T

PV ∝ n

T

PV = n x (คาคงตว)

ให R เปนคาคงตวของสมการน เรยกวา คาคงตวของแกส (gas constant) เมอเขยนใหมจะได

สมการสถานะของแกสอดมคต (equation of state for an ideal gas) หรอเรยกวากฎของแกสอดมคต

(Ideal gas law) ดงน

PV = nRT (2.8)

ตวอยางท 2.3 หลอดไฟฟามไสหลอดทาดวยโลหะทงสเตน ซงจะรอนทอณหภมประมาณ 2500oC

เมอกระแสไฟฟาไหลผาน ภายในหลอดไฟฟาทบรรจไวดวยแกสอารกอน ซงเปนแกสเฉอยสาหรบ

ปองกนไสหลอดจากการถกออกซไดสโดยออกซเจนในอากาศ ถามแกสอารกอน จานวน 12.0 ลตร ความ

ดน 57.8 บรรยากาศ อณหภม 25 oC ตองการบรรจในหลอดไฟฟาขนาด 158 มลลลตร และตองการ

ใหมความดน 3.00 ทอร ท 20 oC แกสจานวนทมนสามารถบรรจหลอดไฟฟาไดกหลอด วธทา เปลยนสภาวะของแกสอารกอนทใชบรรจในหลอดไฟฟา ใหมสภาวะเดยวกบสภาวะภายใน

หลอดไฟฟา โดยใช สตร

1 1 2 2

1 2

P V P V =

T T

เมอ P1 = 57.8 atm = 57.8 atm x 760 torr = 4.39 x 104 torr

V1 = 12.0l

T1 = 273 + 25 oC = 298 K

P2 = 3.00 torr

T2 = 273 + 20 oC = 293 K

V2 = ?

แทนคา

V2 = 12.0 x l

44.39 x 10 torr 293Kx

3.00 torr 298K

= 1.73 x 105l

= 1.73 x 108 ml

52

∴ แกสอารกอนทมทงหมด มปรมาตร เทากบ 1.73 x 108 ml

ในหลอดไฟฟาแตละหลอดสามารถบรรจแกสอารกอนไดหลอดละ = 158 ml

ดงนน แกสอารกอนทมทงหมดสามารถบรรจหลอดไฟฟาได

1.73 x 108 ml ของอารกอน x 1 หลอดไฟฟา

158mlของอารกอน = 1.09 x 106 หลอดไฟฟา

∴ สามารถบรรจหลอดไฟฟาได = 1.09 x 106 หลอด #

2.1.3 แกสผสมและความดนยอย ในการศกษาสมบตของแกสผสมตงแต 2 ชนดขนไป จอหน ดอลตน (John Dalton) พบวา

ความดนรวมของแกสผสมมคาเทากบผลรวมของความดนของแกสแตละชนดเมออยแยกกนในภาชนะ

เดยวกน ภายใตอณหภมเดยวกน ความดนของแกสแตละชนดทอยในแกสผสม เรยกวา ความดนยอย

(partial pressure) ของแกสนน กฎผลรวมนเรยกวา กฎความดนยอยของดอลตน (Dalton’s law of

partial pressure) เขยนเปนสมการไดดงน

Pt = P1 + P2 + P3 + (2.9)

เมอ Pt คอ ความดนรวม และ P1 , P2 , P3 คอ ความดนยอยของแกสแตละชนด

ถาแกสแตละชนดมพฤตกรรมแบบแกสอดมคต จะไดวา (เมอ T และ V คงท)

P1 = n1(RT/ V) P2 = n2(RT/ V) P3 = n3(RT/ V)

Pt = (n1+ n2 + n3 +……..) (RT/ V) (2.10)

2.1.4 กฎการแพร (diffusion law) การแพร (diffusion) เปนกระบวนการทโมเลกลแกสภายใตความดนในภาชนะใบหนงหลดผาน

รเลก ๆ ไปยงอกภาชนะหนง ใน ค.ศ. 1846 โทมส แกรแฮม (Thomas Graham) พบวาอตราการแพร

ผานของแกสตางชนดกน แกสทเบากวา (มความหนาแนนโมเลกลนอยกวา) จะแพรผานไดเรวกวา

แกสทหนกกวา (มความหนาแนนโมเลกลมากกวา) เมอเปรยบเทยบการแพรผานของแกสสองชนด

ภายใตความดนและอณหภมเดยวกน อตราการแพรผานของแกสหนง ๆ แปรผกผนกบรากทสองของ

ความหนาแนนโมเลกลของแกสนน เรยก กฎการแพรของแกรแฮม (Graham’s law of diffusion)

เขยนเปนสมการไดดงน

53

อตราการแพรของแกส A

อตราการแพรของแกส B =

Ad

dB (2.11)

อตราการแพรของแกส A

อตราการแพรของแกส B

เมอ dA และ d3 เปนความหนาแนนของโมเลกล A และ B ตามลาดบ ซงความหนาแนนของ

โมเลกล เปนสดสวนโดยตรงกบนาหนกเชงโมเลกลของแกส (M) ตามสมการ

PV = nRT

PV = g/MRT

M = (g/V)RT/P

M = dRT/P (2.12)

นนคอ M ∝ d ( R, T และ P คงท )

ในเมอ M = นาหนกเชงโมเลกลของแกส

d = ความหนาแนนของโมเลกล

ดงนน เขยนสมการในรปของนาหนกเชงโมเลกลของแกส ไดวา

อตราการแพรของแกส A

อตราการแพรของแกส B =

AdBd

= AMBM

(2.13)

อตราการแพรของแกส A

อตราการแพรของแกส B

2.1.5 ทฤษฎจลนของแกส (The Kinetic Theory of Gas) พฤตกรรมของแกสอดมคตหรอแกสสมบรณ ไดจากการรวมผลของการทดลองมาตงเปนกฎ

ตาง ๆ กฎเหลานแสดงความสมพนธระหวางตวแปรตาง ๆ ไดแก ความดน ปรมาตร อณหภมและ

จานวนโมลของแกส ดงกลาวมาแลว ตอไปจะพจารณาถงพฤตกรรมของแกสในระดบโมเลกลเพอทจะ

อธบายความหมายของกฎและตวแปรตาง ๆ ทฤษฎนเรยกวา ทฤษฎจลนของแกสทอาศยสมมตฐาน

5 ขอ ซงไดจากสมบตและธรรมชาตของแกส ดงตอไปน

1. แกสถกอดตว (compressed) ไดงายมาก เมอเทยบกบของเหลวและของแขง แสดงวา

ภายในภาชนะทบรรจอยนน สวนใหญเปนทวาง สมมตฐานขอนจงพจารณาวา แกสประกอบดวย

โมเลกลทมขนาดเลกมากจนตดปรมาตรของโมเลกลออกไดและโมเลกลของแกสอยหางกนมาก

2. จากการทโมเลกลอยหางกนมาก ทาใหถอไดวา โมเลกลของแกสไมมแรงกระทาตอกน การ

เคลอนไหวของแตละโมเลกลจงเปนไปอยางอสระ

54

3. โมเลกลทเปนอสระ ยอมเคลอนทเปนแนวเสนตรง ยกเวนเมอเขาชนกบโมเลกลของแกสอน

หรอกบผนง การชนนเกดขนบอยครงจนทาใหการเคลอนทของแกสไมเปนระเบยบ นอกจากนถอวาเปน

การชนแบบยดหยน (elastic) นนคอ พลงงานรวมของแกสทงสองโมเลกลทเขาชนกนไมเปลยนแปลง

โมเลกลหนงสญเสยพลงงานจลนไปเทาใด อกโมเลกลกจะรบพลงงานจลนเพมขนเทานน แกสเคลอนท

ตลอดเวลา (ในแกส 1 โมลท STP จะมการชน 1030 ครงตอวนาท) สมมตวา การชนไมเปนแบบยดหยน

หมายความวา พลงงานจลนรวมลดลง โมเลกลทงสองทชนกนจะสญเสยพลงงานจลนไปเปนพลงงาน

รปอน ซงถาเปนดงน โมเลกลของแกสยอมจะเคลอนทชาลงจนกระทงหยดนง แตในความจรงไมเปน

เชนนน แสดงวาการชนระหวางโมเลกลจะตองเปนแบบยดหยน

4. ความดนของแกสเปนผลจากการชนกนระหวางโมเลกลของแกสกบผนงของภาชนะ เมอ

โมเลกลของแกสชนผนงของภาชนะจะมแรงกระทาตอผนง แรงรวมเกยวของโดยตรงกบแรงกระทาแตละ

ครงและความถของการชน

5. แกสแตละโมเลกลมพลงงานจลนตางกน แตพลงงานจลนเฉลยของโมเลกลทงหมดเปน

สดสวนโดยตรงกบอณหภมสมบรณของแกส (KE ∝ T) และ พลงงานจลนเฉลยของแกสใด ๆ จะ

เทากนทอณหภมเดยวกน

เมอให m แทน มวลซงมคาไมเปลยนแปลงแมอณหภมจะเปลยนไป และในสภาวะท

ความดนตาและอณหภมสง แรงดงดดระหวางโมเลกลมนอยมากจนไมตองคานงถง การเคลอนทของ

โมเลกลเปนไปอยางอสระ ความเรวในการเคลอนทททาใหโมเลกลมพลงงานจลนเปนคาเฉลย คอเปน

ความเรวทมคาเปนรากทสองของกาลงสองเฉลย (root mean square speed, vrms หรอ 2v หรอ u)

ความเรวนหาไดจากสมการ

2V =

2 2 21 2 3V + V + V +...

N

เมอ V1 , V2 , V3 …. = ความเรวแกสโมเลกลท 1,2,3,…. ตามลาดบ

N = จานวนโมเลกลของแกสทงหมด

2V = ความเรวกาลงสองเฉลย

ดงนน พลงงานจลนเฉลย (KE) มคาตามสมการ คอ KE = 21 m 2V rms

หรอ KE = 21 m 2V rms

และ พลงงานจลนเฉลยของแกสใด ๆ จะเทากนทอณหภมเดยวกน ดงนน

55

KEA = KEB B

21 mA

2AV rms = 2

1 mB B

2BV rms

Vrms

Vrms

2A2 B

= A

Bm

m (2.14)

m หรอมวลของแกสแปรผนโดยตรงกบนาหนกเชงโมเลกลแกส (M) ดงนน

Vrms

Vrms

2A2 B

=

A

BM

M (2.15)

ซงเปนไปตามกฎการแพรของแกรแฮม คอ อตราการแพรของโมเลกลของแกสเปนสดสวน

โดยตรงกบความเรวของโมเลกล ทแปรผกผนกบนาหนกเชงโมเลกลของแกสดวย

A

B

rms

rms

(V )

(V ) = B

A

m

m = B

A

M

M (2.16)

ความเรวรากทสองกาลงสองเฉลย รากทสอง (vrms) หรอ u เปน ความเรวทไมเหมอนกบ

อตราเรวเฉลย (v) แตความแตกตางระหวางสองความเรวนนอยมาก ในรปท 2.5 แสดงการแจกแจง

ความเรวของโมเลกลแกสตามการทดลองของ แมกซเวลล และโบลทซมนน (J. C. Maxwell และ

L. Boltzmann) ในป ค.ศ. 1860 ซงจากรปจะเหนไดวาความเรวรากทสองกาลงสองเฉลย แปรตาม

อณหภม เมออณหภมสงขนความของเรวของแกสจะเพมขน

56

(m/s)

เศษสว

นของโม

เลกล

ความเรว

10

m/s

ความเรวโมเลกล

รปท 2.5 การแจกแจงความเรวของโมเลกลแกส ทมา : Brown, 2000 : 374

2.1.6 พฤตกรรมของแกสจรง (Behavior of real gas)

จากสมการของแกสอดมคต PV = n RT จะไดวา แกสอดมคตจานวน 1 โมล นนจะม

ปรมาณ PV/RT เทากบ 1 เสมอในทก ๆ ความดน สวนแกสจรงชนดตาง ๆ จานวน 1 โมลเทากน เมอ

มความดนสงขน จะมคา PV/RT ไมเทากบ 1 แตกตางกนไปแลวแตชนดของแกส แกสจรงจะมคา

PV/RT เทากบ 1 หรอใกลเคยง 1 ในกรณทมความดนตามาก ๆ และอณหภมสง พฤตกรรมทเบยงเบน

ไปจากแกสอดมคตนเกดจากแรงดงดดระหวางโมเลกลทเรยกวา แรงแวนเดอรวาลส และแกสม

ปรมาตร โดยปรมาตรของโมเลกลเมอรวมกนแลวมคามากจนไมสามารถตดปรมาตรของโมเลกลออก

จากสตรทใชคานวณได แวนเดอรวาลส (J.D. Van der Waals) ไดเสนอสมการทใชคานวณสถานะ

ของแกสจรง เรยก สมการแวนเดอรวาลส Van der Waals equation) ดงน

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+ 2v

a2np (V – nb) = n R T (2.17)

P, V และ T เปน ความดน ปรมาตร และอณหภมของแกสตามทวดไดจรงในขณะปฏบต

n เปนจานวนโมลของแกส

a และ b เปนคาคงตว ทชวยแกเกยวกบแรงดงดดระหวางโมเลกลและปรมาตรของโมเลกล

แกส ซงเปนคาคงตวเฉพาะสาหรบแกสแตละชนด

57

2.2 สมบตของของแขง

ลกษณะทวไปของของแขง

ของแขง หมายถง อะตอม ไอออนหรอโมเลกลทประกอบกนขนเปนของแขง มการจดเรยง

อะตอม ไอออน หรอโมเลกลอยในตาแหนงทแนนอนและใกลชดกนมาก จงมแรงดงดดระหวางอนภาค

สง ทาใหของแขงมความแขง มรปรางทแนนอน ไมขนกบภาชนะทบรรจ เมอความดนเปลยน ปรมาตร

จะเปลยนไปนอยมาก

อนภาคของของแขงไมมการเคลอนท แตมการสนได จงทาใหของแขงมพลงงานจลนนอยมาก

เมอเทยบกบแกส ของแขงเมอไดรบความรอนจะมการขยายตวเนองจากการสนของอนภาค แตอตรา

การขยายตวนอยมากเมอเทยบกบแกส ของแขงบางชนดเปนตวนาความรอน นาไฟฟา บางชนดเปน

สารกงตวนา และบางชนดเปนฉนวน ของแขงสามารถแบงได 2 ประเภทดงน

1. ของแขงรปผลก (crystalline solids) หมายถง ของแขงทประกอบดวยอนภาค ซงอาจเปน

อะตอม ไอออนหรอโมเลกลทจดเรยงตวกนอยางเปนระเบยบ และมรปรางผลกเปนทรงเรขาคณต

จงทาใหของแขงประเภทนมสมบตทเดนชด เชน มผวหนาเรยบ มมมทแนนอน จดหลอมเหลวอย

ในชวงแคบ นอกจากนการนาไฟฟาและดชนหกเหของผลกไมเทากนทกทศทาง เนองจากการจดเรยง

อนภาคในผลก เรยกวา Anisotropy substances ตวอยางของแขงประเภททมรปผลก เชน เกลอแกง

(ดงแสดงในรปท 2.6) นาตาล และกามะถน เปนตน

2. ของแขงอสณฐาน (amorphous solids) หมายถง ของแขงทประกอบขนดวยอนภาคท

จดเรยงตวกนอยางไมเปนระเบยบ จงไมมรปทรงเรขาคณต มมมทไมแนนอน จดหลอมเหลวอยใน

ชวงกวาง ทาใหจดหลอมเหลวไมเดนชด และมลกษณะดชนหกเหของผลกทไมขนกบทศทางเรยกวา

Isotropy substance เชน แกว ยาง พลาสตก เปนตน

Na Cl

รปท 2.6 การจดเรยงอนภาคในผลกของเกลอแกง (โซเดยมคลอไรด) ทมา : Brady and Senese, 2004 : 353

58

2.2.1 ระบบของผลก (Crystal System) 2.2.1.1 แลตทชผลกและหนวยเซลล (Crystal Lattice and Unit Cell)

แลตทชผลกเกดจากอะตอมหรอไอออนทมาเรยงตอกนอยางเปนระเบยบทางเรขาคณต มมม

ทแนนอน ทาใหมรปรางของผลกทแตกตางกน ในการศกษาเรองผลก จะตองมการสรางแบบจาลอง

โครงผลกใหอยใน 3 มต โครงสรางผลกในสามมต เรยก แลตทชผลก (Crystal Lattice) หรอ สเปซแลต

ทช (Space Lattice) โดยการใชจดแทนอนภาค ซงอาจหมายถงอะตอม ไอออน หรอโมเลกลภายใน

ผลก จดศนยกลางของอนภาคทอยในแบบจาลองโครงผลก เรยกวา จดแลตทช (lattice point) โดยท

แตละจดแลตทช จะมสงแวดลอมในทกทศทางเหมอนกน และสวนทเลกทสดของแลตทชทแสดงให

เหนลกษณะการจดเรยงอนภาคภายในผลกวามรปทรงเรขาคณตของโครงผลกเรยกวาหนวยเซลล (unit

cell) แลตทชผลกจงเกดจากการนาหนวยเซลลมาตอกน โดยถอวาจดทอยตรงหนามมหรอขอบของ

หนวยเซลลหนงเปนสวนของหนวยเซลลอกหนวยเซลลหนงทอยตดกนดวยขนาด และรปรางของหนวย

เซลลกาหนดดวย แลตทซพารามเตอร (lattice parameter) โดยแลตทซพารามเตอร จะบอกทงความ

ยาวของดานและมมระหวางดานของหนวยเซลล ความยาวดานกาหนดตามความยาวของเวกเตอร

ตามแนวแกนทงสามกาหนดดวยตวอกษร a , b และ c สวนมมระหวางเวกเตอรของความยาวดาน

กาหนดดวยตวอกษร α , β และ โดยทมม α เปนมมระหวาง a กบ c มม β เปนมมระหวาง

a กบ b และมม γ เปนมมระหวาง b กบ c ความยาวดานกาหนดในหนวยนาโนเมตร (nm) หรอ

องสตรอม (Å)

γ

a b

c β

γ

α

รปท 2. 7 สเปซแลตทซ และแลตทซพารามเตอร

อะตอมสามารถจดเรยงลงในสเปซแลตทซ ไดถง 14 แบบ เรยก แลตทซบราเวส (bravias

lattice) ซงรวมอยในระบบผลก 7 ระบบ โดยจะมจดแลตทซ อยทมม (corner) ทหนา (face) และท

กงกลาง (center) ของหนวยเซลล ดงแสดงในตารางท 2.2 และรปท 2.8

59

Simple cubic Body-centered cubic Face-centered cubic

Simple Body-centered Simple Body-centered

Tetragonal tetragonal orthorhombic orthorhombic

Base-centered Face-centered Rhombohedral Hexagonal

orthorhombic orthorhombic

Simple Base-centered Triclinic

monoclinic monoclinic

รปท 2.8 หนวยเซลล 14 ชนด ทมา : Bodner and Pardue, 1995 : 478

ตารางท 2.2 ลกษณะของระบบผลก 7 ระบบ

ระบบ ความยาวดานและมม แลตทซ บราเวส ลกบาศก (Cubic) a = b = c; α = β = γ = 90° ธรรมดา (Simple)

กลางตว (Body-centered)

กลางหนา (Face-centered)

ออรโทรอมบก (Orthorhombic) a ≠ b ≠ c; α = β = γ = 90° ธรรมดา (Simple)

กลางตว (Body-centered)

กลางหนา (Face-centered)

กลางปลาย (Base-centered)

เททระโกนล (Tetragonal) a = b ≠ c; α = β = γ = 90° ธรรมดา (Simple)

กลางตว (Body-centered)

มอนอคลนก (Monoclinic) a ≠ b ≠ c; α = γ = 90° ≠ β ธรรมดา (Simple)

กลางปลาย (Base-centered)

รอมโบฮดรล (Rhombohedral) a = b = c; α = β = γ ≠ 90° ธรรมดา (Simple)

ไทรคลนก (Triclinic) a ≠ b ≠ c; α ≠ β ≠ γ ≠ 90° ธรรมดา (Simple)

เฮกซะโกนล (Hexaganal) a = b ≠ c; α = β = 90°, γ = 120° ธรรมดา (Simple)

ทมา : ดดแปลงจาก Bodner and Pardue, 1995 : 478

60

ในทนจะแสดงตวอยางหนวยเซลล เฉพาะโครงสรางผลกระบบลกบาศก (cubic) ซงม 3 แบบ

ดงน คอ

1. แบบลกบาศกอยางงาย (simple cubic) มอนภาคเฉพาะตรงมมของหนวยเซลล รวม 8 มม

โดยแตละมมของหนวยเซลลมลกบาศก 8 ลกมาจดตดกน ดงนนหนวยเซลลแตละหนวยจะไดเนอทรง

กลมไปเพยง 1/8 ของทรงกลม จานวนเนออนภาคทงหมดใน 1 หนวยเซลลจงเทากบ 1/8 x 8 = 1 ทรง

กลม ดงแสดงในรปท 2.9 (ก)

2. แบบลกบาศกกลางตว (body-centered cubic) มอนภาคอยทมมของหนวยเซลลและม

อกหนงอนภาคอยทตรงกลางของหนวยเซลล โดยแตละมมของหนวยเซลลมลกบาศก 8 ลกมาจด

ตดกนเชนกน ดงนน จานวนเนออนภาคทงหมดใน 8 มมของหนวยเซลลเทากบ 1/8 x 8 = 1 ทรงกลม

รวมอก 1 อนภาคอยทตรงกลางของหนวยเซลล ทาใหจานวนเนออนภาคทงหมดใน 1 หนวยเซลลจง

เทากบ 1 + 1 = 2 ทรงกลม ดงแสดงในรปท 2.9 (ข)

3. แบบลกบาศกกลางหนา (face-centered cubic) มอนภาคอยทมมของหนวยเซลล และม

อนภาคอยตรงกลางทกดานของหนวยเซลล แตละมมของหนวยเซลลมลกบาศก 8 ลกมาจดตดกน

เชนกน ดงนน จานวนเนออนภาคทงหมดใน 8 มมของหนวยเซลลเทากบ 1/8 x 8 = 1 ทรงกลมทตรง

กลางหนาของหนวยเซลลในแตละหนา รวม 6 หนา มจานวนเนออนภาค เทากบ 1/2 x 6 = 3 ทรง

กลม ทาใหจานวนเนออนภาคทงหมดใน 1 หนวยเซลลจงเทากบ 1 + 3 = 4 ทรงกลม ดงแสดงในรปท

2.9 (ค)

211 อะตอม ท ตรงกลาง อะตอมท

6 ผวหนา 8/1

อะตอม ท 8 มม

8/1

อะตอม ท 8 มม

8/1อะตอม ท 8 มม

8/1

(ก) ลกบาศกอยางงาย (ข) ลกบาศกกลางตว (ค) ลกบาศกกลางหนา

รปท 2.9 ผลกระบบลกบาศก ทมา : Brown, 2000 : 417

การคานวณความหนาแนนอะตอมในหนวยเซลล แสดงดงสมการท 2.18 และตวอยางการ

คานวณในตวอยางท 2. 4

61

ความหนาแนนของอะตอมในหนวยเซลล = มวลของอะตอมทงหมดในหนวยเซลล

ปรมาตรของหนวยเซลล (2.18)

ตวอยางท 2.4 โลหะแมงกานส (Mn) มระบบผลกแบบลกบาศกกลางตว (bcc) ความยาวดานของ

หนวยเซลล เทากบ 2.46 x 10-8 เซนตเมตร จงคานวณหาความหนาแนนของอะตอมแมงกานสในหนง

หนวยเซลล วธทา

แมงกานส มระบบผลกแบบ BCC ในหนงหนวยเซลล มอะตอมอย = 2 อะตอม

มวลของอะตอม Mnใน 1 หนวยเซลล = Mn mol 1

gm 9.54 x

2

1 mol Mn

6.02 x 10 อะตอม x

หนวยเซลล 1

อะตอม 2

มวลของอะตอม Mnใน 1 หนวยเซลล = 18.2 x 10-24 gm/หนวยเซลล

ปรมาตรของ 1 หนวยเซลล = (2.46 x10-8 cm) 3

= 15 x 10-24 cm 3

ความหนาแนนอะตอมในหนวยเซลล = หนวยเซลลปรมาตรของ

หนวยเซลลมทงหมดในมวลของอะตอ

= หนวยเซลล/cm10x15

หนวยเซลล/gm10x2.18324

24

−

−

= 12 gm/cm3 #

การจดตวชดของทรงกลม โครงสรางของของแขงผลกจะเปนแบบใดนนขนกบอนภาคทอยใกลกน วาสามารถจดตวใหม

แรงดงดดระหวางอะตอมใหไดมากทสดไดอยางไร สมมตวาอนภาคมรปทรงเปนทรงกลม การจดตว

ของทรงกลมทมขนาดเทากน จะมประสทธภาพมากทสดเมอมการจดตวกนอยางชดทสด (closest

packing) และการจดตวกนอยางชดโดยเหลอชองวางนอยทสดจะเปนดงรปท 2.10 (ก) ทรงกลมแต

ละลกมทรงกลมอนอก 6 ลกลอมรอบ โดยอยในชนเดยวกน ชนทสองของทรงกลมสามารถวางซอนบน

รองของชนทรงกลมแรกได แตการวางทรงกลมชนทสามสามารถซอนไดสองแบบ ทาใหไดโครงสราง

ตางกน ดงแสดงรปท 2.10 (ข) ซงทรงกลมชนทสามวางในแนวเดยวกบชนแรก เปนแบบ ABAB เรยก

การจดตวชดกนแบบเฮกซะโกนล (hexagonal closest packing) สวนในรปท 2.10 (ค) ทรงกลมชน

ทสามวางในตาแหนงทไมไดอยในแนวเดยวกบชนแรก เปนแบบ ABCA เรยกการจดตวชดกนแบบ

ลกบาศก (cubic closest packing) หนวยเซลลของโครงสรางนเปนแบบ ลกบาศกกลางหนา

(face -centered cubic)

62

(ก) การจดอยางชดในชนแรก (ข) การจดแบบ ABAB (ค) การจดแบบ ABCA

รปท 2.10 การจดตวกนอยางชดทสดของทรงกลม ทมา: Brown ,LeMay and Brusten, 2000 : 419

ประเภทผลก

การจาแนกประเภทของผลกของแขงโดยอาศยแรงยดเหนยวระหวางอนภาค สามารถแบงได

4 ประเภท ดงน

1. ผลกไอออน (Ionic crystal) อนภาคทอยทจดแลตทช เปนอนภาคของไอออนบวกกบ

ไอออนลบเรยงสลบกนทงกอนผลกทเปน 3 มต ทาใหผลกประเภทนมแรงยดเหนยวระหวางประจ

แขงแรงมาก ซงเรยกแรงยดเหนยวระหวางไอออนบวกกบไอออนลบนวา แรงคลอมบ (coulomb force)

ผลกชนดนมความดนตา จดหลอมเหลวและจดเดอดสง มความแขงแตเปราะ ผลกไอออนจะไมนา

ไฟฟาเมออยในสถานะของแขง แตจะนาไฟฟาไดดเมออยในสถานะสารละลายหรอหลอมเหลว เชน

ผลกของ NaCl, LiF, KCl, AgCl, CsCl, ZnS และ CaF2 เปนตน ในรปท 2.11 แสดงหนวยเซลลโครง

ผลกไอออนของ CsCl, ZnS และ CaF2

(ก) (ข) (ค)

รปท 2.11 หนวยเซลลโครงผลกของ (ก) CsCl , (ข) ZnS และ (ค) CaF2

ทมา: Brown ,LeMay and Brusten, 2000 : 423

63

2. ผลกโมเลกล (molecular crystal) อนภาคทจดแลตทชอาจเปนอะตอมหรอโมเลกล

ดงนน แรงยดเหนยวระหวางอนภาคเปนแรงแวนเดอรวาลส (van der waal’s force) หรอแรงไดโพล-

ไดโพล (dipole-dipole interaction) หรอแรงไฮโดรเจน (hydrogen force) ซงขนอยกบวาผลกนนจะ

เปนโมเลกลชนดมขวหรอโมเลกลชนดไมมขว ผลกชนดนจงมจดหลอมเหลวตา ระเหยงาย ความดนไอ

สง ผลกคอนขางออน ไมนาไฟฟา เชน ผลกกามะถน แนฟทาลน ไอโอดน นาตาลทราย เปนตน

3. ผลกโคเวเลนต (covalent crystal) เปนผลกทอนภาคทจดแลตทชเปนอะตอมยด

เหนยวกนดวยการใชอเลกตรอนวงนอกสดรวมกนเกดแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล ผลกนจงมจด

หลอมเหลวและจดเดอดสง ความดนไอตา เชน แรควอตซ ซลกอนคารไบด โบรอนไนไตรด และผลก

ของคารบอนทรจกกนด คอ เพชร และแกรไฟต ดงแสดงรปในท 2.12

(ก) (ข)

รปท 2.12 (ก) โครงสรางของเพชร และ (ข) แกรไฟต ทมา: Brown ,LeMay and Brusten, 2000 : 422

4. ผลกโลหะ (metallic crystal) เปนผลกทอนภาคทจดแลตทชเปนไอออนบวกของ

โลหะและปกคลมดวยอเลกตรอนทเคลอนทได ซงกคออเลกตรอนวงนอกสดของแตละอะตอมในผลก

โลหะนน ซงลกษณะทอเลกตรอนทปกคลมดวยไอออนบวกของโลหะนมลกษณะทเรยกวา กลมหมอก

อเลกตรอน (electron cloud) หรอทะเลอเลกตรอน (sea of electron) และเรยกแรงยดเหนยวระหวาง

ไอออนบวกกบอเลกตรอนของโลหะวา พนธะโลหะ (metallic bond) ซงไดผลกทมความแขงแรง จด

หลอมเหลวคอนขางสง นาไฟฟา นาความรอนไดด เชน โซเดยม (Na) แมกนเซยม (Mg) เหลก (Fe)

สงกะส (Zn) และทองแดง (Cu) เปนตน

64

2.2.2 การศกษาโครงสรางผลกของของแขง การศกษาโครงสรางของผลกในปจจบนน ไดมาจากการศกษาเกยวกบการเลยวเบนของรงส

เอกซ (x-ray diffraction) ซงเปนกระบวนการทอนภาคในผลกเกดการกระเจง (scatter) เมอรงสเอกซตกก

ระทบ ขอมลการกระเจงนถกนามาศกษาหาการจดเรยงตวของอนภาคในผลก โดยมหลกการคอ

รงสเอกซเปนแสงทมความยาวคลนในชวง 50 - 200 pm ใกลเคยงกบระยะหางระหวางระนาบผลก

เปนรงสซงมพลงงานสง เมอผานผลกจะกระทบกบอนภาคเกดการเลยวเบนแบบตาง ๆ ขนกบโครงสรางของ

อะตอมหรอไอออนเมอไปตกบนฟลม และปรากฏภาพแสดงการเลยวเบนเรยกวารปแบบการเลยว

เบน (diffraction pattern) การศกษานเรมในป 1931 แบรกก (Bragg) ไดใชความยาวคลนท

เหมาะสมเพยงคาเดยวของรงสเอกซ (monochromatic x-ray) ไปกระทบผลกเดยวทวางบนแทนท

สามารถทาใหผลกหมนและเอยงทามมตาง ๆ ไดตามตองการ ตรวจวดความเขมของรงสทตกกระทบ

และสะทอนออกจากผลก เรยกเครองมอนวา Bragg X-ray Diffractometer การจดอปกรณทใชในการ

หารปแบบการเลยวเบนของรงสเอกซของผลก แสดงดงรปท 2.13 (ก) เมอฉายรงสเอกซไปยงผลก

อะตอมในผลกจะดดกลนรงสเอกซไปบางสวนแลวปลอยรงสออกมาใหม รปแบบการเลยวเบนของ

รงสเอกซ ดงแสดงในรปท 2.13 (ข)

ฟลม

ร ลารงสเอกซ

ระนาบสะทอน

รงสทไมไดเลยวเบน

จดปรากฏบนฟลม

ลารงสเลยวเบน

เพลาหมน

(ก) การจดวางตวอยางและฟลม (ข) รปแบบการเลยวเบนบนฟลม

รปท 2.13 การจดอปกรณทใชในการหารปแบบการเลยวเบนของรงสเอกซของผลก ทมา : Reed – Hill and Abbaschian, 1991 : 40

2.3 สมบตของของเหลว 2.3.1 สมบตทวไปของของเหลว ของเหลว ประกอบดวยโมเลกลทมการเคลอนทอยางไมคอยเปนระเบยบอยตลอดเวลา ของเหลว

มแรงดงดดระหวางโมเลกลมากกวาแกส แตนอยกวาของแขง โมเลกลจงชดกนทาใหของเหลวม

ปรมาตรทแนนอน โมเลกลของของเหลว ไมอยชดกนมากเหมอนของแขง จงมแรงดงดดไมมากพอทจะ

ทาใหโมเลกลเหลานนอยในตาแหนงทคงทได ของเหลวจงไหลได มรปรางขนกบภาชนะทบรรจ

65

ของเหลวนนและถานาของเหลวสองชนดมาผสมกน ปรมาตรรวมของสารผสมจะเทากบผลบวกของ

ปรมาตรของเหลวสองชนดกอนการผสม เมอของเหลวไมทาปฏกรยากน แตถาของเหลวทงสองชนด

สามารถเกดปฏกรยาได ปรมาตรของของผสมอาจไมเทากบผลบวกของปรมาตรกอนผสม ของผสม

อาจเปนสารเนอเดยวหรอสารเนอผสมกได โดยของเหลวทมความหนาแนนนอยกวาจะอยดานบน

นอกจากสมบตทวไปของของเหลวทกลาวแลว ยงมสมบตอนๆ อก ซงจะไดอธบายดงตอไปน

1. การแพร (diffusion) ถานาของเหลวสองชนดผสมกน โมเลกลของของเหลวชนดหนงจะ

แพรเขาไปปะปนกบโมเลกลของของเหลวอกชนดหนงได (ของเหลวมอตราการแพรชากวาแกส) เชน

หยดนาหมกสแดง 2-3 หยด ลงในนา จากนนทวทงภาชนะจะกลายเปนสแดงเทากน

2. ความหนด (viscosity) แรงดงดดระหวางโมเลกลของเหลวเปนสาเหตของการตานทานการไหล

ของของเหลวทเรยกวา ความหนด ของเหลวมแรงดงดดระหวางโมเลกลมากจะตานทานการไหลมาก

ของเหลวนนจงมความหนดมาก ของเหลวทมนาหนกเชงโมเลกลสงจะมความหนดมากกวาของเหลวท

มนาหนกเชงโมเลกลตา และถาอณหภมสงขน มผลทาใหแรงดงดดระหวางโมเลกลลดลง ความหนด

จะลดลงดวย

3. ความตงผว (surface tension) คอ งานทใชในการขยายพนทผวของของเหลว 1 หนวย

เนองจากโมเลกลของของเหลวสามารถเคลอนทไปมาได แตถามของเหลวบรรจอยในภาชนะ โมเลกล

ของของเหลวทอยตาแหนงดานในจะรบแรงดงดดมากทสดจากโมเลกลทอยลอมรอบ (แรงดงดดจาก

ทกทศทางเทา ๆ กน) ตรงกนขามกบโมเลกลทอยทผวของของเหลว จะไดรบแรงดงดดจากโมเลกลท

อยขางและอยใตเทานน ซงทาใหโมเลกลทอยบนผวมเสถยรภาพนอยกวาโมเลกลทอยตาแหนงดานใน

ดงนน เพอใหไดเสถยรภาพมากทสด ของเหลวจงพยายามลดพนทผวใหเหลอนอยทสด ถาโมเลกล

ของของเหลวถกดงดดมากโดยโมเลกลทอยขางและอยใตของเหลวนนยอมมความตงผวสงถาเพม

อณหภม ความตงผวจะลดลงเนองจากพลงงานจลนสงขน แรงดงดดระหวางโมเลกลจงลดลง

4. การระเหย (evaporation) เปนปรากฏการณซงโมเลกลหลดออกมาจากผวของของเหลว

กลายเปนไอ เมอโมเลกลนนมพลงงานสงพอทจะเอาชนะแรงดงดดของโมเลกลอนๆ ทอยใกลเคยง

โมเลกลของของเหลวเคลอนทและชนกนอยตลอดเวลามการถายทอดพลงงานจากการชนกน ทาให

บางโมเลกลเคลอนทดวยความเรวสง บางโมเลกลเคลอนทดวยความเรวตามพลงงานตา การระเหย

ขนกบอณหภมและพลงงานจลนของของเหลว เมอมการระเหยเกดขนจะทาใหพลงงานจลนเฉลยของ

โมเลกลสวนทเหลอลดลงเนองจากโมเลกลทมพลงงานสงระเหยออกไป อณหภมของของเหลวทเหลอ

จงลดลง เชน หลงการระเหยของเหงอ เราจะรสกเยน เพราะนาระเหยออกจากตวเราโดยดงความรอน

จากรางกายไปชวยในการระเหย อตราการระเหยจะเรวหรอชานอกจากจะขนอยกบอณหภมแลวยง

ขนอยกบพนผวหนาของของเหลว แรงดงดดระหวางโมเลกลของของเหลว ความดนบรรยากาศเบอง

บนของของเหลว และลมพด

66

5. ความดนไอ (vapor pressure) ถาของเหลวอยในภาชนะเปด ของเหลวจะระเหยไปใน

อากาศจนในทสดไมมของเหลวเหลออยเลย แตถาอยในภาชนะปด โมเลกลทระเหยเปนไอจะอยใน

ทวางเหนอของเหลวภายในภาชนะปด โมเลกลทอยสภาพไอ ทาใหเกดความดนทเรยกวา “ความดนไอ”

นอกจากนความดนไอยงขนอยกบแรงดงดดระหวางโมเลกล คอ ถาแรงดงดดระหวางโมเลกลนอย

ความดนไอจะสง ถาแรงดงดดระหวางโมเลกลมาก ความดนไอจะตา

2.3.2 พลงงานของการเปลยนวฏภาค

ตามททราบแลววา สสารมสถานะของแขง ของเหลว และแกส ซงสามารถเปลยนไปมา

ระหวางสถานะไดเมออยในสภาวะทเหมาะสม ของเหลวทมอณหภมใกลเคยงกนกบจดเดอดจะระเหย

ไดหมดถาบรรจอยในภาชนะเปด สวนในภาชนะปดอนภาคของของเหลวทกลายเปนไอเหนอของเหลว

จะมความดนเหมอนแกสทวไป การกลายเปนไอหรอการระเหย (vaporization or evaporation)

เกดขนไดเนองจากโมเลกลมพลงงานจลนมากพอทจะเอาชนะแรงดงดดระหวางโมเลกลได โดยเฉพาะ

โมเลกลทอยใกลผวหนาของของเหลว เนองจากไมมโมเลกลอนขวางอย ในขณะทของเหลวกลายเปน

ไอจะดดพลงงานจากสงแวดลอม พลงงานความรอนทเสยไปทาใหอณหภมของสงแวดลอมลดลง

ในขณะทของเหลวระเหยขนไปเรอย ๆ จนถงจดหนงจะคงทแลวควบแนนกลนตวกลบเปนของเหลว เมอ

เวลาผานไป การควบแนนจะเกดเพมขน จนกระทงอตราการกลายเปนไอเทากบอตราการกลนตวเปน

ของเหลว จะมสภาวะสมดลระหวางของเหลวและไอ เรยกสภาวะนวา สมดลไดนามก (dynamic

equilibrium) จานวนอนภาคทของเหลวกลายเปนไอจะเทากบจานวนอนภาคทไอควบแนนเปนของเหลว

เมออณหภมคงท ความดนไอของเหลวขณะสมดล เปนความดนไอสงสด เรยกความดนไอขณะนนวา

ความดนไอสมดล (equilibrium vapor pressure) หรอเรยกวา ความดนไอ

จดเดอดและจดเยอกแขงของของเหลว โดยทวไปความดนไอของของเหลวสงขนถาอณหภมสงขน และทอณหภมหนงทความดนไอ

เทากบความดนบรรยากาศ ของเหลวทงหมดจะกลายเปนไอ เรยกวาเดอด อณหภมขณะนนเรยกวา

จดเดอด (boiling point) และถาความดนบรรยากาศภายนอกมคาเทากบความดนมาตรฐาน คอ 1

บรรยากาศ หรอ 760 mmHg จดเดอดนนเรยกวา จดเดอดปกตของของเหลวนน (normal boiling

point) ในขณะเดอดฟองไอภายในของเหลวจะปดขนสผวหนา และระหวางปดฟองมขนาดใหญขน

ทกทจนในทสดฟองไอหลดออกจากผวหนาของเหลว การเดอดจงตางจากการระเหยตรงทการระเหย

เกดขนเฉพาะผวหนาของของเหลว สวนการเดอดมฟองไอเกดขนทวของเหลว สารทมจดเดอดตาจะ

กลายเปนไอไดงายทอณหภมไมสง ซงแสดงวาสารนนมแรงดงดดระหวางโมเลกลหรออนภาคนอย

67

ของเหลวทมอณหภมสงถงจดเดอดอาจไมเกดการเดอดได ถาใหความรอนตอไปของเหลวจะ

มอณหภมสงกวาจดเดอด คอ ทาใหของเหลวเกดความรอนยวดยง (super heated) ซงทาใหเกดฟอง

ไออยางรนแรง เพราะวาความดนไอในฟองสงกวาความดนไอของบรรยากาศมาก ฟองจะขยาย

ตวอยางรวดเรว การเกดฟองอยางรนแรงเชนนเรยกวา bumping ของเหลวทมแรงดงดดระหวาง

อนภาคนอยจะมจดเดอดตา โดยทวไป ของเหลวทเปนโมเลกลมขว มกมจดเดอดสงกวาของเหลวทไม

มขว จดเดอดของของเหลวนอกจากขนอยกบแรงดงดดระหวางอนภาคแลว ยงขนอยกบความดนของ

บรรยากาศ การทของเหลวระเหยไดตองใชพลงงานความรอนทาลายแรงดงดดระหวางอนภาคในของเหลว

เพอใหเปนโมเลกลระเหยเปนไอออกไป ปรมาณความรอนทของเหลว 1 โมล นาไปเปลยนสถานะเปนไอ

1 โมล ณ อณหภมคงท เรยกวา ความรอนของการกลายเปนไอตอโมล (molar heat of vaporization,

ΔHv) ขณะทไอสาร 1 โมล ควบแนนเปนของเหลวตองคายความรอนในจานวนเดยวกน เรยกวา

ความรอนของการควบแนนตอโมล (molar heat of condensation) และทอณหภมหนง ๆ คา ΔHv

ของของเหลวหนง ๆ มคาคงตว ความรอนของการกลายเปนไอสมพนธกบความดนไอของของเหลว

และอณหภม ดงสมการ

log P = Δ

−Hv

2.30RT+ C (2.19)

เมอ ΔHv = ความรอนของการกลายเปนไอตอโมล (kcal/mol หรอ kJ/mol)

R = คาคงตวของแกส (1.987 cal / K⋅mol หรอ 8.314 J / K⋅mol)

C = คาคงตวของของเหลวแตละชนด

ในกรณตองการหาความดนไอของของเหลวทเปลยนไป เมออณหภมเปลยนไป คอ ความดนไอ

P1 ทอณหภม T1 เปลยนไปเปน ความดนไอ P2 ทอณหภม T2 จะไดวา

log 2

1

P

P =

Δ−

Hv

2.303R

−⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

1 2

1 2

T T

T T (2.20)

•

สมการนเรยกวา สมการคลอเซยส-คลาเปยรอง (Clausius-Claperon Equation) ซงใชในการ

คานวณหาความรอนของการกลายเปนไอ เมอทราบความดนและอณหภม จะคานวณจดเดอดและ

ความดนไอ ทความดนตาง ๆ ดงตวอยาง

68

ตวอยางท 2.5 ความดนไอของนาทอณหภม 25°C เทากบ 23.8 mmHg และ ทอณหภม 30°C

เทากบ 31.8 mmHg จงคานวณหาความรอนของการกลายเปนไอตอโมลของนาในชวงอณหภม 25

ถง 30°C วธทา

ตามสมการคลอเซยส-คลาเปยรอง

log 1

2

P

P =

ΔHv

2.303R

−⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

1 2

1 2

T T

T T

•

เมอ T1 = 273 + 25 = 298 K

T2 = 273 + 30 = 303 K

P1 = 23.8 mmHg

P2 = 31.8 mmHg

R = 8.314 J/K⋅mol

แทนคา log = 31.8

23.8 =

−Δ

x

Hv

2.303 8.314

−⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦x

298 303

298 303

ΔHv = 44.425 kJ / mol #

2.3.3 แผนผงวฏภาค (Phase diagram) แผนผงทแสดงความสมพนธระหวางสถานะทงสามของสาร ทอณหภมและความดนตาง ๆ

เรยกวา แผนผงวฏภาค (phase diagram) แผนผงวฏภาคเปนกราฟทสรปสภาวะสมดลระหวาง

วฏภาคทงสามชนดของสสาร มประโยชนใชในการทานายการเปลยนสถานะของสารทอณหภมและ

ความดนคาหนง ๆ ใชทานายวฏภาคทเสถยรของสารเมอกาหนดอณหภมและความดนมาให เชน

แผนผงวฏภาคของ H2O และ CO2 ดงแสดงในรปท 2.14

(ก) (ข)

รปท 2.14 แผนผงวฏภาคของ (ก) H2O และ (ข) CO2

ทมา: Brady, 1990 : 400 ,403

อณหภม

ของแขง-แกส ของเหลว-แกส

ของแขง

ของแขง- แกส

ของเหลว

ความดน

(tor

r)

อณหภม

จดรวมสาม แกส

A A

(ก) อณหภม

ความดน

(atm

) atm

อณหภม (ข)

69

จากรปท 2.14 (ก) แผนผงวฏภาคของ H2O พบเสนสมดลของสองวฏภาค 3 เสน คอ เสนสมดล

ของแขง-ของเหลว เสนสมดลของแขง-แกส และเสนสมดลของเหลว-แกส ทอณหภม 0°C และ 100°C

ความดน 1 บรรยากาศ เปนจดเยอกแขงและจดเดอดของนาตามลาดบ เสนสมดลทงสามพบกนทจด A

ซงเรยกวา จดรวมสาม (triple point ) ซงเปนจดทมคาอณหภมและความดนทสารอาจอยในวฏภาคทง

สามไดพรอมกนในสภาวะสมดล คอท อณหภม 0.0098 °C และความดน 458 ทอร

2.4 สารละลาย (Solution) สารละลาย จดเปนสารผสมของสวนประกอบมากกวาหนงชนดทมเนอเดยวกนโดยตลอด

หรออาจกลาววา สารละลายเปนสารผสมเอกพนธ (homogeneous substance) และมวฏภาคเดยว

สารละลายอาจมสถานะเปนของแขง ของเหลว หรอแกสอยางใดอยางหนง โดยปกต สวนประกอบทม

ปรมาณนอยกวา เรยกวา ตวถกละลาย (solute)และสวนประกอบทมปรมาณมากกวา เรยกวา ตวทา

ละลาย (solvent) อนภาคสวนประกอบในสารละลายมขนาดเลกมาก ตองสองดวยกลองจลทรรศน

สมบตของสารละลายจะเหมอนกนทกสวน เชน ความหนาแนน ดชนหกเหของแสง

2.4.1 ประเภทของสารละลาย การแบงชนดของสารละลายโดยยดสถานะเปนเกณฑ สามารถแบงไดเปน 3 ชนด ไดแก

1. สารละลายแกส เปนสารละลายทมตวทาละลายเปนแกส สวนตวถกละลายนนอยใน

สถานะใดกได ตวอยางของสารละลายแกส เชน อากาศ ไอนาในอากาศ เกลดไอโอดนในอากาศ

2. สารละลายของแขง เปนสารละลายทมตวทาละลายเปนของแขง สวนตวถกละลายนนอย

ในสถานะใดกได ในกรณทตวถกละลายและตวทาละลายเปนโลหะจะเรยกวา โลหะเจอ (Alloy) เชน

ทองเหลอง (Cu ใน Zn) นาก (Cu ใน Au) เปนตน

3. สารละลายของเหลว เปนสารละลายทมตวทาละลายเปนของเหลว สวนตวถกละลายอย

ในสถานะใดกได สารละลายประเภทนพบบอยมากในชวตประจาวน เชน นาเกลอ นาเชอม นาอดลม

หรอสารเคมทว ๆ ไป ทอยในรปสารละลาย

การแบงชนดของสารละลายโดยใชความสามารถในการละลายเปนเกณฑ สารละลายสามารถ

แบงไดเปน 3 ชนดเชนกน คอ

1. สารละลายไมอมตว (unsaturated solution) หมายถง สารละลายทสามารถละลายตว

ถกละลายไดอก ณ อณหภมหนง ๆ ทกาหนด

2. สารละลายอมตว (saturated solution) หมายถง สารละลายทไมสามารถละลายตวถก

ละลายไดอก ณ อณหภมนน ๆ ดงนน ถาเตมตวถกละลายลงไปอกจะเกดปรากฏการณทสารละลาย

แยกเปน 2 วฏภาค ทจดอมตวของสารละลายจะเกดภาวะสมดลระหวางตวถกละลายและสารละลาย

70

ถาหาปรมาณของตวถกละลายในสารละลาย ณ อณหภมนน คาทไดเรยกวาเปนความสามารถในการ

ละลายหรอการละลายได (solubility) ของสารนน (Ksp)

3. สารละลายอมตวเกนขนาด หรอสารละลายอมตวยวดยง (supersaturated solution)

เกดขนเมอสารละลายนนสามารถละลายตวถกละลายไดเกนจดอมตว เชน นาสารละลายทอมตวแลว

ไปเพมอณหภมเมอเตมตวถกละลายลงไปอก กสามารถละลายตอไปไดอก สารละลายอมตวเกน

ขนาดนไมเสถยร เมออณหภมลดลง ตวถกละลายทเกนจดอมตวนนจะตกผลกแยกตวออกมา

2.4.2 ความเขมขนของสารละลาย

ในการศกษาเกยวกบปฏกรยาเคม สงทจาเปนตองทราบเกยวกบสารละลายคอ ความ

เขมขนของสารละลาย (concentration of solution) ซงเปนคาทระบความสมพนธของตวถกละลาย

และตวทาละลายในดานปรมาณ หนวยความเขมขนทใชมหลายหนวย ในการเลอกใชหนวยความ

เขมขนของสารละลาย มกพจารณาทวตถประสงคของงานททาเปนสาคญ อยางไรกตาม ความเขมขน

แตละหนวยอาจคานวณเทยบเปนหนวยอน ๆ ได หนวยความเขมขนของสารละลายม ดงน

1. รอยละ (percent) การบอกความเขมขนเปนรอยละหรอเปอรเซนต นยมใชในงาน

ทวไป แตไมคอยนยมใชในทางเคม ซงความเขมขนเปนรอยละ ม 3 หนวย คอ %นาหนก/นาหนก ซง

หมายถง นาหนกของตวถกละลายตอ 100 หนวยนาหนกของสารละลาย %นาหนก/ปรมาตร

หมายถง นาหนกของตวถกละลายตอ 100 หนวยปรมาตรของสารละลาย และ % ปรมาตร/ปรมาตร

หมายถง ปรมาตรของตวถกละลายตอ 100 หนวยปรมาตรของสารละลาย

2. เศษสวนโดยมวล (mass fraction) และเศษสวนโมล (mole fraction)

เศษสวนโดยมวล หมายถง อตราสวนมวลของตวถกละลายหนงตอมวลรวมของทงตว

ถกละลายและตวทาละลาย

ตวอยางท 2.6 จงคานวณความเขมขนในหนวย เศษสวนโดยมวลของนาเกลอทใชใน

วงการแพทย (sterile saline solution) ซงประกอบดวย โซเดยมคลอไรด (NaCl) จานวน 4.6 กรม

ในนาปรมาณ 500 กรม

วธทา จากนยามของเศษสวนโดยมวล

(g) นาหนกนา + (g) NaCl นาหนก

(g) NaCl นาหนก=มวลเศษสวนโดย

0091.0=O2500gH+46gNaCl

g46= #

71

เศษสวนโมล หมายถง จานวนโมลของตวถกละลายในจานวนโมลรวมขององคประกอบ

ทงหมดในสารละลาย เชน สารละลายชนดหนงทม A เปนตวถกละลายในสารละลาย โดยกาหนด

สญลกษณ XA เปนเศษสวนโมลขององคประกอบ A ในสารละลาย ดงนน เศษสวนโมลของ A จง

หมายถง จานวนโมลของ A ในจานวนโมลรวมของทกองคประกอบทมในสารละลาย อาจเขยนแสดง

ไดดงสมการ

XA = จานวนโมลของA

จานวนโมลของทกองคประกอบในสารละลาย

ตวอยางท 2.7 จงคานวณความเขมขนในหนวย เศษสวนโดยโมลของนาเกลอทใชในวงการแพทย

(sterile saline solution) ซงประกอบดวย โซเดยมคลอไรด (NaCl) จานวน 4.6 กรม ในนาปรมาณ

500 กรม (Na =23 ,Cl = 35.5 , H=1, O=16) วธทา

XA = จานวนโมลของA

จานวนโมลของทกองคประกอบในสารละลาย

n (NaCl) = 4.6 g / 58.5 g /mol = 0.79 mole

n (H2O) = 500 g / 18 g /mol = 2.78 mole

XA = 0.79

0.79 +2.78 = 0.22 #

3. พพเอม (part per million, ppm) พพบ (part per billion, ppb) และ พพท (part per

trillion, ppt)

หนวยความเขมขน พพเอม (สวนในลานสวนของสารละลาย) พพบ (สวนในพนลานสวน

ของสารละลาย) และ พพท (สวนในลานลานสวนของสารละลาย) ทงสามหนวยนเปนหนวยความ

เขมขนของสารละลายทเจอจางมาก สารละลายทเขมขน 1 ppm หมายถงสารละลาย 1 ลานกรม ม

ตวถกละลายอย 1 กรม หรอเทยบเทา สารละลาย 1 kg มตวถกละลายอย 1 g เนองจากนามความ

หนาแนน 1 mg/l ดงนนสารละลายเจอจาง 1 kg จงมปรมาตรใกลเคยงกบ 1 ลตรมาก จงทาใหคา

1 ppm มคาใกลเคยงหรอเทากบ 1 mg/l ได

4. โมลารต (molarity, M)

โมลารต หรอโมลตอลตร หรอโมลาร หมายถง ความเขมขนทระบจานวนโมลของตวถก

ละลายในสารละลายปรมาตร 1 ลตร

72

โมลารต (M) = หนวยลตรสารละลายในปรมาตรของ

ายงตวถกทาลจานวนโมลขอ

หนวยโมลารต เปนหนวยทนยมใชมากในการบอกความเขมขนทางเคม

5. โมแลลต (molality, m)

โมแลลต หมายถง จานวนโมลของตวถกละลายทละลายในตวทาละลายหนก 1,000

กรม หรอ 1 กโลกรม

โมแลลต (m) = ม วยกโลกรำละลายในหนมวลของตวท

ายงตวถกทาลจานวนโมลขอ

หนวย โมแลลต คอนขางตางจากหนวยอน ๆ คอเปนการเทยบตวถกละลายตอปรมาณ

ตวทาละลาย แทนการเทยบกบปรมาณสารละลาย

6. นอรแมลต (normality, N)

นอรแมลต หรอนอรแมล หมายถง จานวนกรมสมมลยของตวถกละลายทละลายใน

สารละลายปรมาตร 1 ลตร

หนวยนอรแมลต เคยเปนหนวยทนยมใชระบความเขมขนของสารละลายในวชาเคม

เนองจากสารททาปฏกรยากนมความสมพนธเทยบกนตามจานวนกรมสมมลย แตในปจจบนนยมใช

หนวยโมลารตมากกวา

ตวอยางท 2.8 สารละลายกรดไฮโดรคลอรก (HCl) เขมขน 35 %นาหนก/นาหนก จงคานวณความ

เขมขนในหนวย (ก) เศษสวนโมล (ข) โมแลลต (ค) หากตองการคานวณความเขมขนในหนวย โม

ลารต ตองทราบคาใดเพมเตมบาง ( H=1, Cl = 35.5, O = 16) วธทา

(ก) เศษสวนโมล

สารละลาย HCl เขมขน 35 %นาหนก/นาหนก แสดงวา ม HCl 35 g และมนา 65 g

จากสตร XA = จานวนโมลของA

จานวนโมลของทกองคประกอบในสารละลาย

สารละลาย HCl เขมขน = 35 % นาหนก / นาหนก

จานวนโมลของ HCl = (35gHCI)(1mol HCI)

(36.5gHCI)

= 0.99 mol HCl

73

จานวนโมลของ H2O = 2

2

(65g H O)(1mol H O)

(18g H O)

2

= 3.6 mol H2O

แทนคาในสตร X HCl = 6.3+99.0

99.0 = 0.22 #

(ข) โมแลลต

จากสตร โมแลลต (m) = ม วยกโลกรำละลายในหนมวลของตวท

ะลายงตวถกทาลจานวนโมลขอ

= 2

0.99mol HCI

H O 0.064kg

= 5 #

(ค) โมลารต

การคานวณโมลารตตองรปรมาตรของสารละลาย จงตองทราบคาดงกลาวเพมเตม

การเจอจางสารละลาย การเจอจางสารละลาย หมายถง การทาสารละลายทมความเขมขนมากใหมความเขมขน

ลดลง โดยการเตมตวทาละลายลงไป ในการเจอจางสารละลายจงตองอาศยหลกการทวาเนอของสาร

หรอจานวนตวถกละลายคงเดม สตรทใชในการคานวณ คอ

C1V1 = C2V2 (2.21)

เมอ C1 = ความเขมขนของสารละลายชนดท 1

V1 = ปรมาตรของสารละลายชนดท 1

C2 = ความเขมขนของสารละลายชนดท 2

V2 = ปรมาตรของสารละลายชนดท 2

กระบวนการเกดสารละลาย การละลายเกดขนเนองจากอนภาคของตวถกละลายสามารถกระจายเขาไปอยระหวาง

อนภาคของตวทาละลายไดอยางทวถง ซงขนอยกบแรงดงดดระหวางโมเลกลของตวถกละลายกบ

โมเลกลของตวทาละลาย หลกการละลายอยบนพนฐานทวา “like dissolved like” นนคอ ตวถก

ละลายไมมขว ละลายไดในตวทาละลายทไมมขว ตวถกละลายทมขวสามารถละลายไดในตวทา

ละลายทมขว ตวถกละลายสามารถแทรกระหวางตวทาละลายได เนองจากแรงดงดดระหวางโมเลกล

74

ของตวทาละลายกบตวถกละลาย มคาใกลเคยงกบแรงดงดดระหวางตวถกละลายดวยกน และ

ใกลเคยงกบแรงดงดดระหวางตวทาละลายดวยกนเอง แรงดงดดระหวางโมเลกลของสารประกอบ

โคเวเลนตไมมขวเปนแรงแวนเดอรวาลส สวนแรงดงดดระหวางโมเลกลของสารประกอบโคเวเลนตม

ขวเปนแรงไดโพล-ไดโพล โดยแรงแวนเดอวาลสมความแรงนอยกวาแรงไดโพล-ไดโพลมาก

นอกจากนนแรงยดเหนยวแบบพนธะไฮโดรเจนระหวางตวทาละลายกบตวถกละลายทาใหการละลาย

เกดไดดขน เชน นาละลายอยางสมบรณกบเมทานอล (CH3OH) เอทานอล (C2H5OH) และ

โพรพานอล(C3H7OH) แตเมอโซคารบอนเพมขน หรอโมเลกลความไมมขวเพมขน จะทาใหการละลาย

เกดไดนอยลง ดงแสดงในตารางท 2.3

ตารางท 2.3 การละลายของแอลกอฮอลชนดตางๆ ในนา

แอลกอฮอล สภาพการละลายในนา

(mol/100g H2O ท 20°C)

∞ CH3OH

∞ C2H5OH

∞ C3H7OH

C4H9OH 0.11

C5H11OH 0.030

C6H13OH 0.0058

C7H15OH 0.0008

หมายเหต : สญลกษณ ∞ (infinity) แสดงวาละลายไดทกสดสวน

ในกรณทตวถกละลายเปนสารประกอบไอออน เชน โซเดยมคลอไรด จะละลายในตวทา

ละลายทมขวมาก ๆ เชน นา เทานน โดยโมเลกลของตวทาละลายจะหนขวบวกเขาหาไอออนลบของ

ตวถกละลาย และหนขวลบเขาหาไอออนบวกของตวถกละลาย ดงรปท 2.15

รปท 2.15 กระบวนการละลายของสารประกอบไอออนในนา

75

สารแตละชนดมความสามารถในการละลายไดไมเหมอนกน การหาความสามารถในการ

ละลายได วดจากปรมาณของสารทละลายไดในตวทาละลายทมปรมาณเทากน สาหรบสารประกอบ

ไอออนนนตวทาละลายเปนนา โดยกาหนดใหนา 100 กรม ณ อณหภมทกาหนดให ดงแสดงใน

ตารางท 2.4

ตวถกละลายจะละลายในตวทาละลายทไมเหมอนกน เชน เกลอแกงละลายไดดในนา แตไม

ละลายในนามน หรอ นากบนามนไมสามารถละลายซงกนและกนได การทสารหนงสามารถละลายได

ในตวทาละลายนน หมายถงวา อนภาคของสารนนตองกระจายไปทวระหวางโมเลกลของตวทา

ละลาย ถาตวถกละลายกระจายในตวทาละลายไดดแสดงวา สารนนละลายงาย

ตารางท 2.4 การละลายไดของเกลอชนดตางๆ ในนา 100 กรม ณ อณหภมตางๆ

อณหภม (°C) KNO3 (g) NaCl (g) CaCrO4 (g)

0 13.3 35.7 13.0

10 21.1 35.8 12.1

20 31.2 36.0 10.4

30 44.5 36.3 9.4

40 64.0 36.6 8.5

50 86.0 37.0 7.3

60 111.0 37.3 6.1

70 139.0 37.9 5.3

80 171.0 38.4 4.4

90 208.0 39.1 3.8

100 249.0 39.8 3.2

สมบตคอลลเกทฟ (Colligative properties)

การทตวถกละลายทไมระเหย ละลายในตวทาละลายทระเหยไดนน พบวา ความดนไอของ

สารละลายชนดนจะตากวาความดนไอของตวทาละลายบรสทธ ทงน เปนเพราะท ผวหนาของ

สารละลายจะมโมเลกลของตวถกละลายกระจายอยทวไป จานวนโมเลกลของตวทาละลายทผวหนาท

จะกลายเปนไอไดจงมนอยลง ความดนไอของสารละลายจงตาลง การลดตาของความดนไอจะเปน

ปฏภาคกบความเขมขนของสารละลายนน ซงสามารถนามาคานวณหามวลโมเลกลของตวถกละลาย

ได การวดคาความดนไอนนแทนทจะหาความดนไอโดยตรง อาจวดจากสมบตบางชนดของสารละลาย

76

ทเปลยนไปตามความดนไอทเปลยน ไดแก จดเยอกแขง จดเดอด และความดนออสโมตก การวดคา

ความดนไอจากสมบตเหลานจะทาใหไดคาความดนไอของสารละลายทแนนอน สมบตสารละลายท

ขนอยกบความเขมขนของตวถกละลายในสารละลายน เรยกวา สมบตคอลลเกทฟ

สมบตคอลลเกทฟของสารละลาย เปนสมบตทางกายภาพของสารละลายทเกดขนโดยตรงท

ขนกบความเขมขนของตวถกละลาย แตไมขนอยกบชนดตวถกละลาย ตวอยางของสมบตคอลลเกทฟ

ไดแก ความดนไอทลดลง (vapor pressure lowering) จดเดอดทเพมขน (boiling point elevation)

จดเยอกแขงทลดตา (freezing point depression) และความดนออสโมตก (osmotic pressure) ดง

รายละเอยดตอไปน

1. ความดนไอทลดลงของสารละลาย

ในกรณทตวถกละลายไมแตกตวและไมระเหยอยในสารละลาย พบวา ความดนไอของตวทา

ละลายทอยเหนอสารละลายจะตากวาตวทาละลายบรสทธ เชน สารละลายของนาตาลหรอยเรยในนา

จะระเหยไดชากวานาบรสทธ แสดงถง ความดนไอของนาทลดลง เพราะมตวถกละลายอยดวย แสดง

ในแผนภาพวฏภาคของนาและสารละลายทมนาเปนตวทาละลายในรปท 2.16 ซงจะเหนวาทอณหภม

เดยวกนนาบรสทธจะมความดนไอตากวาสารละลาย

1atm

ความดนไอ

ของ

แขง

ตวทาละลาย

ของแขงบรสทธ

จดรวมสามของ

สารละลาย

จดเยอกแขง

ของสารละลาย จดเยอกแขงของ

ตวทาละลาย

อณหภม

จดรวมสามของ

ตวทาละลาย

ตวทาละลาย

ของเหลวบรสทธ

สารละลาย

จดเดอดของ

สารละลาย

จดเดอดของ

ตวทาละลาย

แกส

ของเหลว

รปท 2.16 แผนภาพวฏภาคของตวทาละลายบรสทธและสารละลาย ทมา: Brown ,LeMay and Brusten, 2000 : 489

ความดนไอทลดลงมความสมพนธกบมวลโมเลกลขององคประกอบในสารละลาย การศกษา

ความสมพนธนโดย ราอลท (Raoult) ไดตงกฎของราอลท (Raoult’s law) ทมใจความวา “ทอณหภม

คงท ความดนไอขององคประกอบในสารละลายจะแปรผนโดยตรงกบเศษสวนโมลขององคประกอบ

นนในสารละลาย” ซงจะไดวา ความดนไอ (P1) ของตวทาละลายทอยเหนอสารละลายมคาเทากบ

77

ความดนไอ (P1o) ของตวทาละลายบรสทธทอณหภมเดยวกนคณดวยเศษสวนโมล (X1) ของตวทาละลายใน

สารละลายดงสมการ

P1 = X1 P1o (2.22)

ในสารละลายทมตวถกละลายเพยงชนดเดยวจะไดวา 21 X1X −= เมอ X2 คอเศษสวนโมล

ของตวถกละลาย ดงนน สามารถเขยนสมการใหมไดเปน

P1 = (1 – X2 ) P1o

P1o - P1 = X2 P1

o

ΔP = X2 P1o (2.23)

โดย X2 = n2 / n1+ n2

เมอ P1o คอ ความดนไอของตวทาละลายบรสทธ

P1 คอ ความดนไอของตวทาละลายในสารละลาย

ΔP คอ ความดนไอทลดตาลง (P1o - P1 )

X1 คอ เศษสวนโมลของตวทาละลายในสารละลาย

X2 คอ เศษสวนโมลของตวถกละลายในสารละลาย

n1, n2 คอ จานวนโมลขององคประกอบในสารละลาย

หากนาของเหลวสองชนดทระเหยไดมาผสมกน ความดนไอขององคประกอบทงสองใน

สารละลายจะเปนไปตามกฎของราอลท ในทกชวงความเขมขน ดงนนจะไดวา

P1 = X1 P1o

P2 = X2 P2o

ความดนไอของสารละลายจะเทากบผลบวกของความดนยอยขององคประกอบทงสอง คอ

P = P1 + P2 = X1 P1o + X2 P2

o (2.24)

กฎของราอลทจะใชไดดสาหรบสารละลายอดมคต คอสารละลายทมแรงดงดดระหวาง

โมเลกลชนดเดยวกนภายในสารละลาย มคาเทาเดมคอเทากบเมออยในสถานะสารบรสทธ ซงความ

ดนไอของสารละลายอดมคตจะเทากบผลรวมของความดนไอของสารแตละชนดทอยในสารละลาย

ดงแสดงในรปท 2.17

78

ความดนไอของสาร B

ความดนไอ

ความ

ด นไอย อย A

ความด นไอของสารละลายความด นไอย อย B

ความดนไอของสาร A

รปท 2.17 ความดนไอของสารละลายอดมคต ทมา: Brady, 1990 : 435

สารละลายอดมคต เชน สารละลายทไดจากเบนซนและโทลอน ซงเปนของเหลวอนทรยทม

โครงสรางคลายกน ในสารละลายทมความเขมขนเทากนจะไดวา X1 = X2 = 21

ท 0oC เชน จาก

คาความดนไอของเบนซนเทากบ 76 mm Hg และคาความดนไอของโทลอน เทากบ 24 mm Hg

ความดนรวมของสารละลาย( Ptotal) หาไดดงน

Ptotal = Hg)mm(242

1+Hg)mm(76

2

1

= 50 mmHg

จากการทดลอง พบวา ความดนรวมของสารละลาย (Ptotal) ≈ 51 mmHg ซงคาทไดนจะตาง

จากคาทไดจาการคานวณเพยง 2% เทานน

สารละลายอน ๆ ทเปนสารละลายอดมคต เชน สารละลายเบนซนกบคารบอนเตตระคลอไรด

สวนสารละลายทไมเปนไปตามกฎของราอลท เรยกวา สารละลายจรง (non-ideal solution) ถาความ

ดนไอจากการทดลองมากกวาทคาดคะเนกจะแสดงการเบยงเบนจากกฎของราอลทไปทางบวก และ

ถาความดนไอนอยกวาทคานวณจากกฎของราอลท กจะแสดงการเบยงเบนไปทางลบ ดงแสดงในรปท

2.18 ความดนไอของสารละลายจรงจะมคาเขาใกลความดนไอของสารละลายอดมคต เมอความ

เขมขนของสารละลายจรงยงเจอจาง สมการของราอลทมประโยชนในการหานาหนกเชงโมเลกลของสาร

ในสารละลาย ดงตวอยางท 2.9

79

ความดนไอของ สารละลาย

ความดนไอของ สารละลาย

(ก) เบยงเบนทางบวก (ข) เบยงเบนทางลบ

รปท 2.18 ความดนไอทเบยงเบนจากกฎของราอลทของสารละลายจรง ทมา : Brady , 1990 : 435

ตวอยางท 2.9 สาร A 54.2 กรม ละลายในนา 1000 กรม สารละลายนมความดนไอ 17.447 mmHg

ท 20°C ทอณหภมเดยวกนนนามความดนไอ 17.54 mmHg จงหานาหนกเชงโมเลกลของสาร A วธทา

จากสตร ΔP = XA P1o

เมอ ΔP = 17.54 – 17.447 = 0.093 mmHg

P1o = 17.54 mmHg

แทนคา XA = 0.093 mmHg/ 17.54 mmHg

= 5.302x10-3

จากสตร XA = nA / n นา + nA

แทนคา 5.302x10-3 = A

A

MW/2.54+18/1000

MW/2.54

MWA = 642.3 #

2. จดเดอดของสารละลายทเพมขน

จดเดอดของของเหลว คอ อณหภมทความดนไอเหนอของเหลวเทากบความดนไอของบรรยากาศ

สาหรบสารละลายทตวถกละลายไมระเหย ความดนไอจะลดลง ถาตองการใหสารละลายมความดน

ไอเทากบความดนไอของบรรยากาศจะตองใชพลงงานความรอนเพมขน จดเดอดของสารละลายจงสง

กวาจดเดอดของตวทาละลายบรสทธ จดเดอดทเพมขน (ΔTb) จะแปรผนตามความดนไอทลดลงของ

สารละลายเจอจาง เขยนแสดงเปนสมการคณตศาสตรได คอ

80

กาหนดให ΔTb = Tbo - Tb

เมอ Tbo คอ จดเดอดของตวทาละลายบรสทธ

Tb คอ จดเดอดของสารละลาย

คา ΔTb จะเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนของสารละลายทเปนโมแลล หาไดโดยใชสตร

ΔTb = Kb m (2.25)

หรอ ΔTb = b

g solute × 1000 K

MW solute× g solvent

เมอ m คอ โมแลลลตของสารละลาย

Kb คอ จดเดอดของสารละลายทเพมขนเมอตวถกละลาย 1 โมล

ละลายในตวทาละลาย 1 kg

(คา Kb เปนคาคงตวเฉพาะของแตละตวทาละลาย)

3. จดเยอกแขงของสารละลายทลดตา

เมอสารละลายแขงตวผลกของตวทาละลายทบรสทธจะแยกตวออกมากอน เพราะสวนใหญ

แลวตวถกละลายจะไมคอยละลายในตวทาละลายทเปนของแขง ในแผนภาพวฏภาครปท 2.16 ทจด

เยอกแขงของสารละลายเปนอณหภมทตวทาละลายบรสทธแยกออกมาโดยอยสมดลกบสารละลาย

อณหภมทจดรวมสามของสารละลายตากวาของเหลวบรสทธ ทาใหจดเยอกแขงของสารละลายตา

กวาจดเยอกแขงของสารบรสทธดวย

ΔTf = Tf - Tfo

เมอ Tfo คอ จดเยอกแขงของตวทาละลายบรสทธ

Tf คอ จดเยอกแขงของสารละลาย

คา ΔTf จะเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนของสารละลายทเปนโมแลล ดงน

ΔTf = Kf m (2.26)

เมอ ΔTf คอ จดเยอกแขงของสารละลายทลดตา = Tf - Tfo

m คอ โมแลลตของสารละลาย

Kf คอ จดเยอกแขงของสารละลายทเพมขนเมอตวถกละลาย1 โมล

ละลายในตวทาละลาย 1 kg

(คา Kf เปนคาคงตวเฉพาะของแตละตวทาละลาย)

81

4. ความดนออสโมตก

ถานาสารละลายสองชนดทมความเขมขนตางกน ใสในภาชนะเดยวกนโดยมเยอกงซมได

(semi-permeable membrane) กน ปรากฏวา โมเลกลของตวทาละลายทไมใชไอออนสามารถซม

ผานเยอจากสารละลายทเจอจางกวาไปสสารละลายทเขมขนได จนกระทงสารละลายทงสองมความ

เขมขนเทากน จงจะหยดซมผาน เชนเดยวกน ถานาสารละลายใสลงในตวทาละลายเชน นา โดยมเยอ

กงซมไดกน ดงรปท 2.19 จะไดวา สารละลายนนเจอจางลง เรยกการเคลอนทของตวทาละลาย

ลกษณะนวา เกดออสโมซส (osmosis) หากใชความดนทางดานสารละลายตานการไหลของตวทา

ละลายเขาสสารละลาย ความดนจานวนนนเรยกวา ความดนออสโมตก (osmotic pressure, P)

ทสมดลจะไมเกดการไหลเขาของตวทาละลายอก หากไมใชแรงกดจากภายนอกการเกดออสโมซสจะ

หยดเมอแรงกดจากความสงของสารละลายทางดานสารทเขมขนกวามเพยงพอทจะตานการเคลอนท

ของตวทาละลายจากรปท 2.19 (ข) ความดนออสโมตกมขนาดเทากบแรงกดของของเหลวทอยสง

เหนอระดบของเหลวในภาชนะ คานวณไดจากสตร

PV = nRT

หรอ P = (n/V)RT = mRT

เมอ m คอ โมแลลลตของสารละลาย

ตวทาละลายบรสทธ สารละลาย

Semi permeable

membrane

ใหความดน P

หยดการเคลอนท

ของตวทาละลาย

(ก) (ข)

รปท 2.19 ความดนออสโมตก ทมา : Brown ,LeMay and Brusten ,2000 : 493

82

สารละลายจรง สารละลายจรง หมายถง สารละลายทไมเปนไปตามกฎของราอลท มการเปลยนแปลง

พลงงานความรอนในกระบวนการละลาย แบงไดเปน 2 ชนด คอ

1. สารละลายชนดคายความรอน ในสารละลายทมการคายความรอนเกดเนองจากแรงดงดด

ระหวางโมเลกลทตางกนของตวทาละลายและตวถกละลายทมมากกวาแรงดงดดระหวางโมเลกลท

เหมอนกนของตวทาละลายหรอตวถกละลายดวยกนเอง เกดความดนไอของสารละลายตากวา

ความดนไอตามกฎของราอลท หรอการเบยงเบนไปทางลบ

2. สารละลายชนดดดความรอน ในสารละลายทมการดดความรอนเนองจากแรงดงดดระหวาง

โมเลกลทตางกนของตวทาละลายและตวถกละลายมนอยกวาแรงดงดดระหวางโมเลกลทเหมอนกน

ของตวทาละลายหรอตวถกละลายดวยกนเอง ทาใหเกดความดนไอของสารละลายสงกวาความดนไอ

ตามกฎของราอลท หรอการเบยงเบนไปทางบวก

2.2.1 คอลลอยด (Colloids) คอลลอยด เกดจากการฟงกระจายของอนภาค ซงอาจจะอยในสถานะแกส ของเหลว หรอ

ของแขงในตวกลางทเปนของเหลวหรอแกส ขนาดของอนภาคทฟงกระจายจะใหญกวาตวถกละลาย

คอ มขนาดประมาณ 10-4 – 10-7 เซนตเมตร คอลลอยดไมจดเปนสารเนอเดยวหรอของผสมอยาง

แทจรง ทงนเพราะลกษณะขององคประกอบของคอลลอยดบางชนดสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา

อยางชดเจน แตบางชนดมองไมเหนไดดวยตาเปลา ในการพจารณาตองใชเครองมออน ๆ ชวย เชน

กลองจลทรรศน จงจะมองเหนอนภาคคอลลอยดได ประเภทของคอลลอยด ดงทไดกลาวมาแลววาอนภาคของคอลลอยดอาจเปนไดทงของแขง ของเหลว และแกส ทม

การกระจายตวอยในตวกลางทอาจเปนของแขง ของเหลว หรอแกสกได ดงนน คอลลอยดจงสามารถ

แบงไดเปน 4 ประเภทตามสถานะของตวกลางและอนภาค ไดดงน

1. โซล (sols) เปนคอลลอยดทเกดจากอนภาคของแขงฟงกระจายในตวกลางทเปนของเหลว

ซงเมอตงทงไวนาน ๆ อนภาคและตวกลางจะแยกออกจากกน ตวอยางคอลลอยดประเภทนไดแก

แมกนเซยมไฮดรอกไซด (Mg(OH)2) ในนา (milk of magnesia) เปนตน

2. อมลชน (emulsion) เปนคอลลอยดทเกดจากอนภาคทเปนของเหลวฟงกระจายใน

ตวกลางทเปนของเหลว เชน นมสด ครมนวดผม เปนตน

3. เจล (gel) เปนคอลลอยดทเกดจากอนภาคทเปนของแขงฟงกระจายในตวกลางทเปน

ของเหลว โดยอนภาคทฟงกระจายนน จะสานกนเปนตาขายอยางตอเนองกบตวกลาง เชน วน เจลล

หรอ เจลลาตน เปนตน

83

4. ละอองลอย (aerosol) เปนคอลลอยดทเกดจากอนภาคทเปนของแขงหรอของเหลวฟงกระจาย

อยในตวกลางทเปนแกส เชน หมอก ควน เปนตน

สมบตของคอลลอยด เนองจากคอลลอยดมขนาดของอนภาคทอยระหวางสารแขวนลอยและสารละลาย ดงนน

คอลลอยด จงมสมบต ดงน

1. อนภาคคอลลอยดทฟงกระจายทวไปในตวกลางทมทศทางการเคลอนทไมแนนอน เมอ

อนภาคของคอลลอยดเคลอนทมากระทบกนกจะกระจดกระจายไปทวตวกลาง จงมผลทาใหคอลลอยด

ไมตกตะกอน ลกษณะการเคลอนทแบบนเรยกวา การเคลอนทแบบบราวเนยน (Brownian movement)

2. ถาสองแสงเขาไปยงคอลลอยดจะสามารถมองเหนลาแสงในคอลลอยดได ลกษณะเชนน เรยกวา ปรากฏการณทนดอลล (tyndoll effect) ทงนเพราะอนภาคคอลลอยดมขนาดใหญพอท

ลาแสงสามารถตกกระทบแลวเกดการกระเจงของแสงได สาหรบสารละลายขนาดของตวถกละลายจะ

เลกมาก จนแสงสามารถรอดผานไปได

3. อนภาคคอลลอยดบางชนดมประจไฟฟาชนดหนงทผวของอนภาค เมอนาไปละลายในตว

ทาละลายในตวกลางทมอนภาคไฟฟาตรงกนขามจงเกดแรงดงดดตอกน มผลทาใหอนภาคฟงกระจาย

อยในตวกลางได

84

คาถามทบทวนหนวยท 2 คาถามทบทวน 2.1

1. จงอธบายความหมายของแกสอดมคตและแกสจรง 2. เครองมอทใชวดความดนบรรยากาศมชอวาอะไร 3. จงอธบาย กฎของบอยล เมออณหภมคงท

4. กฎการแพรของแกรแฮม มใจความอยางไร

5. พฤตกรรมของแกสจรง มสตรคานวณอยางไร

คาถามทบทวน 2.2 1. ของแขงอสณฐานเปนแบบใด

2. ระบบผลกมกระบบ อะไรบาง

3. หนวยเซลลแบบลกบาศกกลางหนา มจานวนเนออนภาคเทาใด

4. การจดตวกนอยางชดทสดของทรงกลม จดไดกแบบ

5. ผลกไอออน มสมบตอยางไร อธบาย

คาถามทบทวน 2.3

1. ของเหลว มสมบตอยางไร

2. แผนผงวฎภาค มประโยชนอยางไร

3. การระเหย และ การเดอด ตางกนอยางไร

คาถามทบทวน 2.4

1. การแบงสารละลายโดยความสามารถของการละลายมกแบบ

2. หนวยความเขมขนพพเอม และ โมลารต มคาอยางไร

3. การเกดสารละลาย มกระบวนการอยางไร

4. สมบตคอลลเกทฟ มอะไรบาง

5. อมลชน เปนคอลลอยดแบบใด

85

แบบฝกหดหนวยท 2

1. จงอธบายแกสจรงและแกสอดมคต 2. แกสชนดหนงมปรมาตร 250 cm3 เมอความดน 750 มลลเมตรของปรอท ถาเปลยนความดน

เปน 560 มลลเมตรทรงปรอท โดยทอณหภมคงท ปรมาตรของแกสนจะเปนเทาใด

3. จงใหนยามกฎของบอยล ชารลส เกยลสแซก และกฎของแกส

4. แกสออกซเจนปรมาตร 0.5 ลตรทความดน 760 มลลเมตรของปรอท อณหภม 20°C ถา

อณหภมเพมเปน 37°C ความดน 770 มลลเมตรของปรอทแกสออกซเจนจะมปรมาตรเทาใด

5. แกสไนโตรเจน 10 ลตรทอณหภม 25°C ความดน 760 มลลเมตรของปรอท จะมจานวนโมล

และจานวนโมเลกลเปนเทาไร

6. แกส A มมวลโมเลกล 36 แกส B มมวลโมเลกล 9 ในเวลา 3 วนาทแกส A เคลอนทได

ระยะทาง 24 cm แกส B เคลอนทไดระยะทางเทาใดในเวลา 2 วนาท

7. จงอธบายหนวยเซลลของ NaCl และมการจดโครงผลกเปนแบบใด

8. จงอธบายความหมายตอไปน 8.1 ผลกไอออน

8.2 หนวยเซลลแบบลกบาศกกลางตว

8.3 ทะเลอเลกตรอน

9. โลหะแบเรยม มหนวยเซลลเปนแบบลกบาศกกลางตวและมความยาวตามขอบเปน 506 pm

จงคานวณความหนาแนนแบเรยมทเปนของแขง

10. กรดไฮโดรคลอรกเขมขน 38% โดยนาหนก จงคานวณความเขมขนในหนวย(H = 1 , Cl = 35.5 ,

O = 16)

10.1 เศษสวนโมล

10.2 โมแลรต

11. จงอธบายความหมายของสมบตคอลลเกทฟตอไปน 11.1 ความดนไอทลดลงของสารละลาย

11.2 ความดนออสโมตก

12. โซเดยมซลเฟต(Na2SO4) หนก 100 กรม นามาละลายนาเปนสารละลาย 500 cm3

สารละลายทไดเขมขนกโมล/ลตร (Na = 23 , O = 16 , S = 32)

13. ถาตองการเตรยมสารละลายกรดซลฟวรก(H2SO4)เขมขน 0.2 โมล/ลตร จานวน 50 ลกบาศก

เซนตเมตร จากสารละลายกรดซลฟวรกในขวดทเขมขน 1 โมล/ลตร จะตองใชสารละลายกรด

ซลฟวรกในขวดและนากลนสาหรบเตมอยางละเทาใด

86

14. เมอนาสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด(NaOH)เขมขน 0.1 , 0.3 และ 0.5 Mol/L จานวน

300 , 250 และ 50 cm3 ตามลาดบมาผสมกนสารละลายผสมทไดเขมขนกmol/L

15. เอธลแอลกอฮอล มจดเดอด 78°C และความรอนของการกลายเปนไอ 39.7 kJ⋅mol-1 จด

เดอดของเอธลแอลกอฮอลจะมคาเทาใดทความดน 500 mmHg.

87

หนงสออเลกทรอนกส

ฟสกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสกส 1 (ความรอน)

ฟสกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวทยาฟสกส เอกสารคาสอนฟสกส 1ฟสกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสกสดวยภาษา c ฟสกสพศวง สอนฟสกสผานทางอนเตอรเนต

ทดสอบออนไลน วดโอการเรยนการสอน หนาแรกในอดต แผนใสการเรยนการสอน

เอกสารการสอน PDF กจกรรมการทดลองทางวทยาศาสตร

แบบฝกหดออนไลน สดยอดสงประดษฐ

การทดลองเสมอน

บทความพเศษ ตารางธาต)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานกรมฟสกส ลบสมองกบปญหาฟสกส

ธรรมชาตมหศจรรย สตรพนฐานฟสกส

การทดลองมหศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหดกลาง

แบบฝกหดโลหะวทยา แบบทดสอบ

ความรรอบตวทวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐ( คดปรศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คาศพทประจาสปดาห ความรรอบตว

การประดษฐแของโลก ผไดรบโนเบลสาขาฟสกส

นกวทยาศาสตรเทศ นกวทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพศวง การทางานของอปกรณทางฟสกส

การทางานของอปกรณตางๆ

การเรยนการสอนฟสกส 1 ผานทางอนเตอรเนต

1. การวด 2. เวกเตอร3. การเคลอนทแบบหนงมต 4. การเคลอนทบนระนาบ5. กฎการเคลอนทของนวตน 6. การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน7. งานและพลงงาน 8. การดลและโมเมนตม9. การหมน 10. สมดลของวตถแขงเกรง11. การเคลอนทแบบคาบ 12. ความยดหยน13. กลศาสตรของไหล 14. ปรมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอทหนงและสองของเทอรโมไดนามก 16. คณสมบตเชงโมเลกลของสสาร

17. คลน 18.การสน และคลนเสยง การเรยนการสอนฟสกส 2 ผานทางอนเตอรเนต

1. ไฟฟาสถต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตวเกบประจและการตอตวตานทาน 5. ศกยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหลก 8.การเหนยวนา9. ไฟฟากระแสสลบ 10. ทรานซสเตอร 11. สนามแมเหลกไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเหน13. ทฤษฎสมพทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นวเคลยร

การเรยนการสอนฟสกสทวไป ผานทางอนเตอรเนต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตม 4. ซมเปลฮารโมนก คลน และเสยง

5. ของไหลกบความรอน 6.ไฟฟาสถตกบกระแสไฟฟา 7. แมเหลกไฟฟา 8. คลนแมเหลกไฟฟากบแสง9. ทฤษฎสมพทธภาพ อะตอม และนวเคลยร

ฟสกสราชมงคล