สารและการจำแนก (matter and substance)

ครูเสกสรรค์ สุวรรณสุข โรงเรียนแก่นนครวิทยาลัย

www.kruseksan.com

ความหมาย สสาร (matter) คือ สิ่งที่มีมวล ต้องการที่อยู่ และสัมผัสได้

สารและสมบัติของสาร

ความหมาย สาร (substance) คือ สสารที่มีการเจาะจงลงไปว่าเป็นชนิดใด

สารและสมบัติของสาร

สมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะของสารนั้น ๆ ซึ่งจะท าให้บอกได้ว่าเป็นสารใด สมบัติของสาร ได้แก่ เนื้อสาร องค์ประกอบ สถานะ การน าไฟฟ้า ฯลฯ

สมบัติของสาร

สมบัติของสารแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่

1.สมบัติทางกายภาพ (physical properties) คือ สมบัติที่สังเกตเห็นได้หรือทดลองด้วยวิธีง่ายๆได้ เช่น สี กลิ่น รส จุดเดือด จุดหลอมเหลว สถานะ การน าไฟฟ้า ความแข็ง เป็นต้น 2.สมบัติทางเคมี (chemical properties) คือ สมบัติที่ทราบได้เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หรือ สมบัติเฉพาะตัวของสารที่เกี่ยวข้องกับ การเกิดปฏิกิริยาเคมีนั่นเอง เช่น ความเป็นกรด-เบส การลุกติดไฟ การสลายตัวให้สารใหม่ เป็นต้น

การเปลี่ยนแปลงของสาร

ถ้าเราน าสมบัติของสารมาเป็นเกณฑ์ ก็จะสามารถแบ่งการเปลี่ยนแปลงของสารได้ 2 ลักษณะ คือ

1.การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ คือ การเปลี่ยนแปลงที่ท าให้สมบัติทางกายภาพของสารเปลี่ยนไป เช่น การเปลี่ยนสถานะ การเปลี่ยนขนาด ซึ่งองค์ประกอบภายในจะยังคงเหมือนเดิม

2.การเปลี่ยนแปลงทางเคมี คือ การเปลี่ยนแปลงที่ท าให้สมบัติทางเคมีของสารเปลี่ยนไป หรือ การเปลี่ยนไปเป็นสารใหม่นั่นเอง เช่น การเกิดสนิมเหล็ก การเผาไหม้ของน้ ามัน

*สิ่งที่บ่งบอกว่ามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น ได้แก่ การเปลี่ยนสี การเกิดตะกอน การเกิดควัน มีแสงสว่าง การเปลี่ยนแปลงที่ท าให้เกิดสารใหม่

การจัดจ าแนกสาร

คือ เงื่อนไขที่ใช้ในการจัดกลุ่มสาร สารในทางเคมี จ าแนกหมวดหมู่ได้เป็นหลายประเภท ขึ้นอยู่กับว่าจะใช้หลักเกณฑ์ใดมาเป็นแนวทางในการพิจารณา เช่น ถ้าใช้สถานะเป็นเกณฑ์ ใช้การละลายน้ าเป็นเกณฑ์ ใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์ ใช้การละลายน้ าเป็นเกณฑ์ ความเป็นโลหะเป็นเกณฑ์

การจัดจ าแนกสาร

ใช้ความเป็นโลหะเป็นเกณฑ์ แบ่งสารได้ 3 กลุ่ม คือ 1. โลหะ (metal) เช่น ทองค า ทองแดง เงิน เหล็ก ปรอท

ดีบุก 2. อโลหะ (non-metal) เช่น คาร์บอน ฟอสฟอรัส ก ามะถัน

ออกซิเจน ไฮโดรเจน 3. กึ่งโลหะ (metalloid) เช่น ซิลิคอน ซีลีเนียม เจอร์เมนียม อาร์เซนิก

การจัดจ าแนกสาร

ใช้การละลายน้ าเป็นเกณฑ์ แบ่งสารได้เป็น 2 กลุ่ม คือ 1. สารที่ละลายน้ า เช่น เกลือแกง (Nacl) น้ าตาลทราย

น้ าตาลกลูโคส ด่างทับทิม เอทานอล แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สแอมโมเนีย

2. สารที่ไม่ละลายน้ า เช่น แป้ง หินปูน ไขมัน น้ ามันพืช พลาสติก เหล็ก ไม้ ก ามะถัน น้ ามันเชื้อเพลิง

วันส าคัญประเพณีไทย

ยกตัวอย่างสิ่งของหรือสารที่มีสถานะเป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ที่ใช้ในเทศกาลสงกรานต์

ในวันส าคัญของประเพณีไทย เช่น วันสงกรานต์ วันลอยกระทง วันเข้าพรรษา วันออกพรรษา คนไทยมักมีกิจกรรมหลายอย่าง ทั้งท าบุญ จุดธูป จุดเทียน บูชาพระ และถวายสังฆทาน สิ่งของเครื่องใช้ต่าง ๆ ท่ีน ามาท ากิจกรรมนี้ หาพิจารณา จากลักษณะและสมบัติของสารแล้ว สามารถจ าแนกได้หลายประเภท

การจัดจ าแนกสาร

โอ้ยนอ..สิจัดจังได๋บุ งงงงงงง งงหลายเด้อ....

การจัดจ าแนกสาร

ใช้สถานะเป็นเกณฑ์ แบ่งได้เป็น 3 กลุ่ม คือ 1.ของแข็ง (solid) เช่น ไม้ เหล็ก หิน ดิน ทราย ทองแดง ทองค า 2. ของเหลว (liquid) เช่น น้ าดื่ม น้ าประปา น้ าฝน ฯลฯ 3. แก๊ส (gas) เช่น แก๊สหุงต้ม แก๊สธรรมชาติ แก๊สออกซิเจน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สไนโตเจน ฯลฯ

การจัดเรียงอนุภาคของสารในสถานะต่าง ๆ

1. ของแข็ง (solid) ของแข็งจะมีแรงยึดเหนี่ยวอนุภาคสูง อนุภาคมีการ

จัดเรียงเป็นระเบียบ มีพลังงนจลน์น้อยมาก จึงท าให้อนุภาคไม่เคลื่อนที่ รูปร่าง สถานะปริมาตรคงที่

สารบางอย่างที่มีสมบัติระเหิด คือ เปลี่ยนสถานของแข็งเป็นไอได้

การจัดเรียงอนุภาคของสารในสถานะต่าง ๆ

2. ของเหลว (liquid) ของแข็งจะมีแรงยึดเหนี่ยวอนุภาคน้อยกว่าของแข็ง การ

จัดเรียงอนุภาคไม่เป็นระเบียบ เคลื่อนที่ไปมาระหว่างช่องได้ ท าให้รูปร่างเปลี่ยนตามภาชนะ แต่ปริมาตรคงที่

เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง โมเลกุลมากกว่าพลังงานที่ท าให้ ของเหลวเคลื่อนที่ได้ เรียกว่า

“พลังงานจลน์”

การจัดเรียงอนุภาคของสารในสถานะต่าง ๆ

3. แก๊ส (gas) ของแข็งจะมีแรงยึดเหนี่ยวอนุภาคน้อยมีพลังงานจลน์สูง

กว่าของเหลวและของแข็ง มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาทุกทิศทาง ทั้งปริมาตรและรูปร่างไม่คงที่ เปลี่ยน

ตามภาชนะที่บรรจุ

พลังงานจลน์

พลังงานจลน์ คือ พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่ก าลังเคลื่อนท่ี เช่น รถยนต์ก าลังแล่น เครื่องบินก าลังบิน พัดลมก าลังหมุน น้ าก าลังไหลหรือน้ าตกจากหน้าผา จึงกล่าวได้ว่า "วัตถุที่ก ำลังเคลื่อนที่ล้วนมีพลังงำนจลน์ทั้งสิ้น ปริมำณพลังงำนจลน์ในวัตถุจะมีมำกหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและควำมเร็วของวัตถุนั้น“

การหาค่าพลังงานจลน์

สามารถหาค่าได้จากสูตรต่อไปนี้ เมื่อ Ek = พลังงานจลน์ มีหน่วยเป็นจูล (J)

m = มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg) v = อัตราเร็วของวัตถุ มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาท ี(m/s)

ค าถามน่ารู้

ของแข็งมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลวเสมอไปหรือไม่ เพราะเหตุใด

เพราะเหตุใดน้ าแข็งจึงลอยน้ าได้

ท าไมโคมจึงลอยอยู่ในอากาศได้ในระดับสูงที่แตกต่างกัน

ท าไมเรือที่ท าจากเหล็กจึงลอยน้ าได้

อุณหภูมิของสารเปลี่ยนแปลงมีผลตอ่สารอย่างไร

ค าถามน่ารู้

ไม่เสมอไป เพราะของแข็งอาจมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลวได้ เช่น ปรอทมีสถานเป็นของเหลว มีความหนาแน่น 13.6 g/cm3 ส่วนเหล็กมีสถานะเป็นของแข็งแต่มีความหนาแน่น 7.9 g/cm3 ทั้งนี้เพราะสมบัติเฉพาะตัวของสารที่มีมวลต่อ ปริมาตรต่างกัน

ของแข็งมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลวเสมอไปหรือไม่ เพราะเหตุใด

ค าถามน่ารู้

เพราะสารที่มีความหนาแน่นต่ ากว่าจะลอยอยู่บนสารที่ มีความหน้าแน่นมากกว่า น้ าแข็งมีความหนาแน่น 0.92 g/cm3 ในขณะที่น้ า (ที่ 4 องศาเซลเซียส) มี ความหนาแน่น 1.0 g/cm3 และน้ าที่อุณหภูมิห้องม ีความหนาแน่นมากกว่าน้ าแข็ง น้ าแข็งจะลอยน้ าได้

เพราะเหตุใดน้ าแข็งจึงลอยน้ าได้

ค าถามน่ารู้

ลูกโคมลอยอยู่ในอากาศในระดับความสูงทีแ่ตกต่างกัน เพราะความหนาแน่นของอากาศในแต่ละระดับมีความ แตกต่างกัน โดยปกติระยะห่างจากผิวโลกยิ่งมากขึ้น ความหนาแน่นของอากาศจะลดลง ความหนาแน่นของ อากาศมีมาก ลูกโคมจะลอยได้สูงกว่าในระดับความสูง ที่มีอากาศน้อยกว่า

ท าไมโคมจึงลอยอยู่ในอากาศได้ในระดับสูงที่แตกต่างกัน

ค าถามน่ารู้

เรือที่ท าจากเหล็กลอยที่ผิวน้ าได้ เพราะปริมาตรของ เรือเหล็กส่วนใหญ่เป็นปริมาตรของอากาศ ส่วนเหล็ก จะเป็นส่วนของโครงสร้างรอบนอก ท าให้มวลต่อปริมาตร หรือความหนาแน่นน้อยกว่าน้ า เรือเหล็กจึงลอยที่ ผิวน้ าได้

ท าไมเรือที่ท าจากเหล็กจึงลอยน้ าได้

ค าถามน่ารู้

เมื่ออุณหภูมิของสารเปลี่ยนแปลง การจัดเรียงอนุภาคของสาร ระยะห่างระหว่างโมเลกุล แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล เปลี่ยนแปลงด้วย ท าให้ความหนาแน่นและสถานะ ของสารเปลี่ยนแปลงไปด้วย

อุณหภูมิของสารเปลี่ยนแปลงมีผลตอ่สารอย่างไร

การเปลี่ยนสถานะของสาร

การจัดเรียงอนุภาคของสารในสถานะต่าง ๆ

แผนภาพแสดงการจ าแนกของสสารโดยใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์

- การจัดหมวดหมู่สารต่อไปนี้ตามเกณฑ์ที่นักเรียน ก าหนด น้ าโคลน นมสด น้ าหวานมีสี น้ าแป้งดิบ น้ าโค้ก -สารที่ก าหนดหากใช้อนุภาคเป็นเกณฑ์ จะจัด หมวดหมู่สารได้อย่างไร

-เขียนสิ่งที่รู้แล้วเกี่ยวกับสารละลาย สารแขวนลอย และ คอลลอยด์ลงในสมุด

-เขียนสิ่งที่อยากรู้เกี่ยวกับสารละลาย สารแขวนลอย และคอลลอยด์ลงในสมุด

- พร้อมกับให้ post ผ่าน edmodo กลุ่ม 1/5

อภิปรายกับเพ่ือน

จับคู่กับเพื่อนอภิปราย และบันทึกลงในตารางหลัง ชมสื่อดิจิทัล

เปรียบเทียบสารละลาย สารแขวนลอย และคอลลอยด์ โดยใช้แผนผังเวนน์

น าเสนอข้อสรุป ให้เพื่อนในกลุ่มฟัง และอภิปรายในกลุ่ม บันทึกข้อสรุปของกลุ่ม

Post ผ่าน edmodo กลุ่ม 1/4

ใบกิจกรรม 4 การทดลอง เรื่อง สารละลาย คอลลอยด์ สารแขวนลอย (edmodo 1/4) ใบกิจกรรม 5 การทดลอง เรื่อง คอลลอยด์บางชนิดใน ชีวิตประจ าวัน (edmodo 1/4) ใบกิจกรรม 6 การทดลอง เรื่อง การเปลี่ยนสถานะของ น้ าแข็ง (edmodo 1/4)

ใบกิจกรรม

การจัดกลุ่มสารตามขนาดอนุภาคของสาร

สาร

สารแขวนลอย คอลลอยด์ สารละลาย

๑. สารแขวนลอย Suspension

ของผสมที่ประกอบด้วยอนุภาคของสารที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 10-4 cm = 1 cm

10,000 ลักษณะของสารแขวนลอย

1. ขุ่น 2. เมื่อตั้งทิ้งไว้จะตกตะกอน 3. สามารถแยกอนุภาคของสารแขวนลอยได้โดยใช้ กระดาษกรอง (filter paper)

- กระดาษกรองจะยอมให้อนุภาคที่มีเส้นผ่าน ศูนย์กลางน้อยกว่าหรือเท่ากับ 10-4 cm เท่านั้นจึง

จะผ่านไปได้

เซลโลเฟน(คล้ายกระดาษแก้ว) จะยอมให้ อนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 10-7 cm

เท่านั้นจึงจะผ่านไปได้

(cellophane)

ได้แก่ น้ าแป้งดิบ น้ าคลอง น้ าแกงส้ม ยาลดกรด ยาแก้ไอน้ าด า ยาธาตุน้ าแดง ฯลฯ

2. คอลลอยด์ (Colloid)

เป็นสารเนื้อผสมที่มีอนุภาคของสารขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ระหว่าง 10-7 ถึง 10-4 cm กระจายอยู่ในสารอีกชนิดหนึ่งซึ่งเป็นตัวกลาง มีลักษณะขุ่นขาว เช่น นมสด วุ้น เยลลี่ ฟองน้ า สบู่ น้ าสลัด น้ าแป้งสุก หมอก ควันไฟ

ตัวประสาน ( Emulsifier)

องค์ประกอบของคอลลอยด์บางชนิดจะไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกันจะแยกชั้นออกจากกัน จึงต้องมีตัวประสานให้สาร ๒ ชนิดรวมตัวกันได้ สารที่เป็นตัวประสาร เรียกว่า อิมัลซิไฟเออร์ เช่น น้ าสบู่ เป็นตัวประสานระหว่าง น้ า กับ น้ ามัน น้ า+น้ าสบู่+น้ ามัน เรียก คอลลอยด์ที่เกิดขึ้นนี้ว่า อิมัลชั่น (emulsion)

น้ าสลัด น้ ามันพืช + ไข่แดง+น้ าส้มสายช ู ไขมันในน้ าด ี ไขมัน+น้ าดี+เอนไซม์ไลเปส น้ านม ไขมัน +โปรตีนเคซีน +น้ า น้ าล้างจาน ไขมัน + น้ ายาล้างจาน+น้ า น้ าอาบน้ า ไขมัน + สบู+่น้ า

อิมัลชัน เป็นของเหลวที่ได้จากการรวมตัวของสาร 2 ชนิดที่ไม่รวมกัน แยกชั้น แต่เมื่อเติม อิมัลซิไฟเออร ์ของเหลวจะรวมกันได ้

อนุภาคในคอลลอยด์สามารถลอดผ่านรูของกระดาษกรองได้ แต่ไม่สามารถลอดผ่านรู ของกระดาษเซลโลเฟนได้

(อนุภาคเล็กกว่ารูพรุนในกระดาษกรอง แต่ใหญ่กว่ารูพรุน ในกระดาษเซลโลเฟน)

สมบัติของคอลลอยด์

1. ส่วนใหญ่มีลักษณะขุ่น 2. เมื่อแสงเดินทางผ่านคอลลอยด์ จะมองเห็นเป็นล าแสง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ปรากฏการณ์ทินดอลล์ (Tyndall effect) 3. ไม่สามารถกรองอนุภาคคอลลอยด์ออกจากตัวกลางได้ เมื่อใช้กระดาษกรอง ต้องใช้กระดาษเซลโลเฟน 4. ไม่ตกตะกอน

ปรากฏการณ์ทินดอลล์

คอลลอยด์

สารละลาย

ความยาวคลื่นของแสงขาวหรือแสงจากไฟฉายที่ใช้ มีความยาวคลื่นประมาณ 308-720 nm (นาโนเมตร)

(3.08 - 7.20 x 10-7 m) เมื่อฉายแสงผ่านไปในของเหลว ที่มีสารขนาดอนุภาคใหญ่พอปนอยู่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง ใกล้เคียงกับความยาวคลื่นแสง) แสงจะตกกระทบอนุภาค สารและเกิดการสะท้อนได้ และเมื่อสะท้อนทุก ๆทิศทาง

เรียกว่า เกิดการกระเจิง (scattering)

แสงสีแดง ความยาวคลื่น 6.3 – 6.8 x10 -7 m

ความยาวคลื่น คือระยะทางระหว่างยอดคลื่นหนึ่งถึงอีกยอดคลื่นหนึ่ง มีหน่วยเป็น lambda (λ)

เป็นของผสมเนื้อเดียวที่ประกอบด้วยสารบริสุทธิ์ตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปละลายรวมเป็น เนื้อเดียวกัน มีสัดส่วนของ

องค์ประกอบเหมือนกันตลอดทั้งสารละลายนั้น

3. สารละลาย (Solution)

องค์ประกอบของสารละลาย

ตัวท าละลาย (Solvent) + ตัวถูกละลาย (Solute)

( ตัวละลาย)

โดยมีเกณฑ์ในการก าหนด ดังนี้

1. สารละลายมีสถานะเหมือนสารใด ให้สารนั้นเป็นตัวท าละลาย เช่น สารละลายโซเดียมคลอไรด์

น้ า + โซเดียมคลอไรด์ (เกลือแกง) สารละลายมีสถานะเป็นของเหลวเหมือนน้ า ดังนั้น

น้ า ตัวท าละลาย โซเดียมคลอไรด์ ตัวถูกละลาย

2.ถ้าสารที่มารวมกันเป็นสารละลาย มีสถานะเดียวกัน สารที่มีปริมาณมาก ตัวท าละลาย

สารที่มีปริมาณน้อย ตัวถูกละลาย (ตัวละลาย) เช่น แอลกอฮอล์ที่ใช้ฆ่าเชื้อโรค ประกอบด้วย

เอทานอล 70 % และน้ า 30 %

เอทานอล เป็นตัวท าละลาย น้ าเป็นตัวละลาย

ฟิวส์ไฟฟ้า ประกอบด้วย บิสมัส ประมาณ 50 % ตะกั่วประมาณ 25 % ดีบุก 25%

บิสมัสเป็นตัวท าละลาย ตะกั่วและดีบุกเป็นตัวละลาย

แก๊สหุงต้ม ประกอบด้วยแก๊สโพรเพน ประมาณ 70 %

แก๊สบิวเทนประมาณ 30 %

แก๊สโพรเพนเป็นตัวท าละลาย แก๊สบิวเทนเป็นตัวละลาย

นาก ประกอบด้วย ทองแดงประมาณ 60 % ทองค าประมาณ 35 % และ เงินประมาณ 5%

ทองแดง...................................... ทองค าและเงิน.............................

สมบัติของสาร/ชนิดของสาร

สารละลาย คอลลอยด ์ สารแขวนลอย

เนื้อสาร เป็นสารเนื้อเดียวกัน

เป็นสารเนื้อผสมที่กลมกลืน

กัน

เป็นสารเนื้อผสมที่ไม่

กลมกลืนกัน

เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาค (cm)

น้อยกว่า 10-7

อยู่ระหว่าง 10-7 - 10-4

มากกว่า 10-4

การผ่านกระดาษกรอง

ผ่านได้ ผ่านได้ ไม่ผ่าน

สมบัติของสาร/ชนิดของสาร

สารละลาย คอลลอยด์ สารแขวนลอย

การผ่านกระดาษเซลโลเฟน

ผ่านได้ ผ่านไม่ได ้ ไม่ผ่าน

การตกตะกอน ไม่ตกตะกอน ไม่ตกตะกอน ตกตะกอน

การกระเจิงแสง ไม่กระเจิงแสง (ทะลุผ่านได้

เลย) กระเจิงแสง

ไม่กระเจิงแสง (ทึบแสง)

สารเนื้อเดียว (Homogeneous substance)

คือ สารที่มีองค์ประกอบภายในเหมือนกัน มองเห็นเป็นเนื้อเดียวกัน และมีอัตราส่วนของผสมเท่ากันทุกส่วน แบ่งออกได้เป็น สารบริสุทธิ์ สารละลาย ตัวอย่างเช่น น้ า น้ าเกลือ สารหนู เป็นต้น

สารเนื้อเดียว (Homogeneous substance)

สารเนื้อเดียวมีได้ทั้ง 3 สถานะ ดังนี้ 1. สารเนื้อเดียวสถานะของแข็ง เช่น เหล็ก ทองค า ทองแดง

สังกะสี อะลูมิเนียม นาก ฟิวส์ น้ าตาลทราย 2. สารเนื้อเดียวสถานะของเหลว เช่น น้ ากลั่น น้ าเกลือ

น้ าส้มสายชู น้ าอัดลม น้ ามันพืช เอทานอล น้ านมสด 3. สารเนื้อเดียวสถานะแก๊ส เช่น อากาศ แก๊สหุงต้ม แก๊ส

ออกซิเจน แก๊สไฮโดรเจน แก๊สธรรมชาติ

สารเนื้อผสม (Heterogenous substance) หรือของผสมเนื้อผสม คือ ของผสมที่มองเห็นไม่เป็นเนื้อเดียวกันหรือไม่บริสุทธิ์ ทุกๆส่วนมีสมบัติที่ไม่เหมือนกัน โดยแต่ละส่วนนั้นยังมีสมบัติของสารเดิมเหลืออยู่ ตัวอย่างเช่น พริกผสมเกลือ ดิน คอนกรีต เป็นต้น

สารเนื้อผสม (Heterogenous substance) หรือของผสมเนื้อผสม สารเนื้อผสมมีได้ทั้ง 3 สถานะ ได้แก่

1. สารเนื้อผสมสถานะของแข็ง เช่น หินแกรนิต หินอ่อน ดิน ทราย คอนกรีต

2. สารเนื้อผสมสถานะของเหลว ได้แก่ น้ าคลอง น้ าโคลน น้ าส้มคั้น น้ ามะนาว 3. สารเนื้อผสมสถานะแก๊ส เช่น ฝุ่นละอองในอากาศ เขม่าหรือควัน

ของผสม (Mixture)

คือ สารที่ประกอบด้วยสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปมารวมกันโดยไม่มีอัตราส่วนของส่วนประกอบไม่แน่นอน และไม่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น ได้แก่ สารเนื้อผสม สารแขวนลอย สารละลาย และคอลลอยด์

สารแขวนลอย (Suspension)

คือ ของผสมที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 10-4 เซนติเมตร กระจายอยู่ในสารอีกชนิดหนึ่ง ตัวอย่าง เช่น น้ าคลอง น้ าแป้งดิบ น้ าโคลน น้ าจิ้มไก่

คอลลอยด์ (colloid)

คอลลอยด์ เป็นของผสมที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มี ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-7เชนติเมตร ถึง 10-4 เซนติเมตร โดยกระจายอยู่ในสารอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลาง ตัวอย่างเช่น น้ านม น้ าสลัด น้ าแป้งสุก หมอก ควันไฟ เป็นต้น

สมบัติส าคัญของคอลลอยด์

1. สามารถ กระเจิงแสงได้ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ปรากฎการณ์ทินดอลล์ 2. คอลลอยด์ ไม่ตกตะกอน 3. เส้นผ่านศูนย์กลางยาว 10-7 เซนติเมตร ถึง 10-4 เซนติเมตร 4.เมื่อส่องดูด้วยเครื่องมือ ที่เรียกว่า อัลตราไมโครสโคป(Ultramicroscope) จะพบว่าอนุภาคมีการเคลื่อนที่ แบบบราวเนียน (Brownion Movement) คือ เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ไม่มีทิศทางแน่นอน

ชนิดของคอลลอยด์ สามารถจัดแบ่งตามสถานะ ของอนุภาค ที่กระจายอยู่ในตัวกลาง และสถานะของตัวกลาง ได้ดังนี้

ชนิดของคอลลอยด์

ชนิดของคอลลอยด ์

สถานะการเกิดของคอลลอยด ์ ตัวอย่าง

1.ซอล (sol) เกิดจากอนุภาคของแข็งกระจายอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว

แป้งในน้้า โปรตีนในน้้า

2.เจล (Gel) เหมือนข้อ 1 แต่อนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าในซอล และมีพันธะเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุล

วุ้น เยลลี แยม ยาสีฟันบางชนิด

3.อีมัลชัน (Emulsion)

เกิดจากอนุภาคของของเหลวกระจายอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว

น้้านม น้้ากะทิ น้้าสลัด

4.แอโรซอล (Aerosol)

เกิดจากอนุภาคของของแข็งหรือของเหลวกระจายอยู่ในตัวกลางที่เป็นก๊าซ

ควัน เมฆ หมอก สเปรย์

5.โฟมของเหลว (Liquid foam)

เกิดจากอนุภาคของก๊าซแขวนลอยอยู่ในของเหลว ฟองสบู่ ครีมโกนหนวด

6.โฟมของแข็ง (Solid foam) เกิดจากอนุภาคของก๊าซแขวนลอยอยู่ในของแข็ง

เม็ดโฟม ฟองน้้า

น่ารู้ ! คอลลอยด์ที่เราพบมากในชีวิตประจ าวัน คือ คอลลอยด์ชนิด อีมัลชัน โดยอีมัลชันบางชนิดจะอยู่ตัวเมื่อเติมสารอื่นลงไป สารดังกล่าวเรียกว่า "อีมัลซิฟายเออร์ (Emulsifier)" ซึ่งจะท าหน้าที่เป็นตัวประสาน

น่ารู้ ! น้ าสลัด เกิดจากน้ ามันพืชผสมน้ าส้มสายชู โดยมีไข่แดงเป็นอีมัลซิฟายเออร์ น้ านม เกิดจากไขมันสัตว์กระจายอยู่ในน้ า โดยมีเคซีน เป็นอีมัลซิฟายเออร์ น้ า+น้ ามัน จะเข้ากันได้เมื่อมีสบู่คอยท าหน้าที่เป็น อีมัลซิฟายเออร์

น่ารู้ ! นมสด ที่บรรจุถุงหรือกระป๋องที่ปิดฉลากว่า “โฮโมจีไนซ์” เป็นนมสดผ่าน กระบวนการโฮโมนีไนเซชัน (Homogenization) โดยการท าให้ไขมันในน้ านมสดแตกออกเป็นอนุภาคเล็ก ๆ

สารบริสุทธิ์ (pure substance)

สารบริสุทธิ์ คือ สารที่ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว อาจเป็น ของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ ก็ได้ เช่น เหล็ก ทองแดง น้ า น้ าตาล ซึ่งยังแบ่งย่อยได้เป็นธาตุและสารประกอบ -โลหะทองแดง (Cu) - เพชรและแกรไฟต์ (C) - น้ ากลั่น (H2O) - น้ าตาลกลูโคส (C6H12O6) - แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)

สมบัติของสารบริสุทธิ์

1. จุดเดือด จุดหลอมเหลว คงที่

2. สารบริสุทธิ์จะมีจุดเยือกแข็งคงที่

3.ช่วงการหลอมเหลวแคบ

ช่วงการหลอมเหลว คือ อุณหภูมิตั้งแต่เริ่มหลอมเหลวจนถึงหลอมเหลวหมด

สารละลาย (solution)

สารละลาย คือ สารเนื้อเดียวที่ไม่บริสุทธิ์ สารเนื้อเดียวที่เกิดจากสารบริสุทธิ์ ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปผสมกัน สารละลายจึงไม่เป็นสารบริสุทธิ์แต่เกิดจากการรวมตัวของสารบริสุทธิ์ โดยที่รวมกันแล้วยังต้องเป็นสารเนื้อเดียว สารละลายจะมี 3 สถานะคือ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ ตัวอย่างสารละลายได้แก่ น้ าเกลือ อากาศ ก๊าซหุงต้ม ฟิวส์ ฯ

องค์ประกอบของสารละลาย

สารละลายจะมี 2 องค์ประกอบ คือ ตัวท าละลาย (solvent) และตัวละลาย (solute) โดยเราจะมีหลักในการพิจารณาว่าสารใดเป็นตัวถูกละลายหรือตัวท าละลายดังนี้

1. ดูสถานะ

ถ้าสาร 2 ชนิดที่มีสถานะต่างกันมาละลายซึ่งกันและกัน ให้ถือว่าสารที่มีสถานะเดียวกับสารละลายเป็นตัวท าละลาย สารอื่นที่เหลือเป็นตัวถูกละลาย

2. ดูปริมาณ

ถ้าสถานะของสารเหมือนกันให้เราพิจารณาที่ปริมาณแทน โดยให้ถือว่าสารที่มีปริมาณมากเป็นตัวท าละลาย และสารที่มีปริมาณน้อยเป็นตัวถูกละลาย

สมบัติของสารละลาย

1.อนุภาคมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 7-10 เซนติเมตร 2.จุดเดือดจะไม่คงที่

โดยที่สารละลายจะมีจุดเดือดสูงกว่าสารบริสุทธิ์ แต่มีจุดหลอมเหลวต่ ากว่าสารบริสุทธิ์ (สมบัติคอลลิเกทีฟ)

ธาตุ (element)

ธาตุ หมายถึง สารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิดเดียว ได้แก่ ธาตุทุกตัวในตารางธาตุ

ธาตุสามารถอยู่ได้ 2 ลักษณะ คือ

1. อยู่ในรูปของอะตอม เช่น เงิน(Ag) ทอง(Au) สังกะสี(zn) 2. อยู่ในรูปโมเลกุล เช่น ฟลูออรีน (F2) คอลรีน(Cl2)

ก ามะถัน (S8)

He และ Ne เป็นอะตอมของแก๊สที่อยู่ได้ตามล าพัง เรียกว่า โมเลกุลอะตอมเดี่ยว

โมเลกุล

โมเลกุล คือ หน่วยย่อยที่สุดของสารนั้นและยังคงแสดงสมบัติของสารนั้นได้โดย ธาตุที่อยู่ในรูปโมเลกุลเรียกว่า โมเลกุลของธาตุ แต่ถ้าเป็นสารประกอบจะต้อง อยู่ในรูปโมเลกุลอยู่แล้วเรียกว่า โมเลกุลของสารประกอบ

โมเลกุลจะต้องมี 2 อะตอมขึ้นไปเสมอ ยกเว้นธาตุ หมู่ 8 ได้แก่ He Ne Ar Kr Xe Rn ที่ 1 โมเลกุลมี 1 อะตอม เรียกว่า โมเลกุลอะตอมเดี่ยว(monoatomic molecule)

Note

1. โมเลกุลอะตอมเดี่ยวเรียกว่า monoatomic molecule 2. โมเลกุลอะตอมคู่ คือ 1 โมเลกุลมี 2 อะตอม

เรียกว่า diatomic molecule 3. โมเลกุลที่มีมากกว่า 2 อะตอม

เรียกว่า polyatomic molecule

ข้อควรรู้ :

ถ้าภายในโมเลกุลมีธาตุชนิดเดียวกันหมด เรียกว่า homonuclear molecule ถ้าภายในอะตอมมีธาตุต่างชนิดกันอยู่ด้วย เรียกว่า heteronuclear molecule

ข้อควรรู้ :

สัญลักษณ์และการเรียกชื่อธาตุ

จอห์น ดอลตัน(John Dalton) พ.ศ. 2348 นักเคมีชาวอังกฤษ เป็นคนแรกที่เสนอให้ใช้สัญลักษณ์ธาตุ “อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารซึ่งไม่สามารถแบ่งย่อยให้เล็กลงได้อีก เรียกว่า อะตอม” ตามแผนภาพด้านล่าง

โจนส์ จาคอบ เบอร์ซีเลีย นักเคมีชาวสวีเดน เสนอให้ใช้อักษรเป็นสัญลักษณ์ธาตุ และใช้มาถึงปัจจุบัน

ต่อมา

การเรียกชื่อธาตุมีหลักเกณฑ์ดังนี้

1. ใช้อักษรตัวหน้าของชื่อภาษาอังกฤษ และเป็นตัวพิมพ์ใหญ่เช่น Carbon ใช้สัญลักษณ์ C 2. ถ้าตัวหน้าซ้ าให้ใช้ตัวถัดไปตัวใดก็ได้แล้วแต่ความเหมาะสมเป็นตัวพิมพ์เล็ก เช่น Carbon ใช้สัญลักษณ์ C Calcium ใช้สัญลักษณ์ Ca 3. ธาตุใดที่มีชื่อมาจากภาษาละตินเดิมอยู่แล้วก็ให้ใช้ต่อไป โดยมีทั้งสิ้น 11 ธาตุ ได้แก่ Fe Au Ag Cu Hg Sn Na K Pb W Sb

ประเภทของธาตุ

ธาตุมีได้ 3 ประเภทคือ โลหะ อโลหะ กึ่งโลหะ

อนุภาคของสาร

อนุภาคของสารที่ส าคัญ 3 ชนิด คือ 1. อะตอน (atom) เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่อยู่ตาม

ล าพังได้ยาก ดังนั้น อะตอมมักจะอยู่รวมกลุ่ม เรียกว่า โมเลกุล เช่น อะตอนของคาร์บอน

2. โมเลกุล (molecule) หมายถึง อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่สามารถอยู่ในธรรมชาติได้อย่างอิสระ เกิดจากอะตอนตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไป เขียนแทนเรียกว่า สูตรเคมี

อนุภาคของสาร

อนุภาคของสารที่ส าคัญ 3 ชนิด คือ 3. ไอออน (ion) หมายถึง อะตอมหรือกลุ่มอะตอมที่มีประจุ

ไฟฟ้า มี 2 ชนิด คือ ไอออนบวกและไอออนลบ เช่น H+

Na+ Cl-

ประเภทของธาตุ

สารประกอบ (compound)

สารประกอบ หมายถึง สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวท่ีเกิดจากธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเป็นองค์ประกอบ โดยมีสัดส่วนที่แน่นอนสามารถสลายเป็นสารอื่นได้ด้วยวิธีทางเคมี เช่น การเผา

ตัวอย่างสารประกอบ ได้แก่ น้ า(H2O) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO2) เกลือแกง(NaCl)

เปรียบเทียบสารละลาย คอลลอยด์ สารแขวนลอย

สมบัติของสาร/ชนิดของสาร

สารละลาย คอลลอยด์ สารแขวนลอย

เนื้อสาร เป็นสารเนื้อเดียวกัน เป็นสารเนื้อผสมที่กลมกลืน

กัน เป็นสารเนื้อผสมที่ไม่กลมกลืนกัน

เส้นผ่านศูนย์กลางชองอนุภาค น้อยกว่า 10-7 ซ.ม.

อยู่ระหว่าง 10-7 - 10-4 ซม.

มากกว่า 10-4 ซม.

การผ่านกระดาษกรอง ผ่านได้ ผ่านได้ ไม่ผ่าน

การผ่านกระดาษเซลโลเฟน ผ่านได้ ผ่านไม่ได้ ไม่ผ่าน

การตกตะกอน ไม่ตกตะกอน ไม่ตกตะกอน ตกตะกอน

การกระเจิงแสง ไม่กระเจิงแสง (ทะลุผ่านได้เลย)

กระเจิงแสง ไม่กระเจิงแสง (ทึบแสง)

- กระดาษกรองจะยอมให้อนุภาคที่มีเส้นผ่าน ศูนย์กลางน้อยกว่าหรือเท่ากับ 10-4 ซม. เท่านั้น จึงจะผ่านไปได้ - กระดาษเซลโลเฟน (คล้ายกระดาษแก้ว) จะยอมให้อนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า10-7 ซม. เท่านั้นจึงจะผ่านไปได้

สังเกต

เปรียบเทียบสมบัติของสารบริสุทธิ์ กับสารไม่บริสุทธิ์

สมบัติ สารบริสุทธิ์ สารไม่บริสุทธิ์

จุดเดือด จุดหลอมเหลว

คงที่ ไม่คงที่

ช่วงการหลอมเหลว แคบ กว้าง

การแยกสาร แยกยากต้องใช้วิธีทางเคมี แยกง่ายใช้วิธีทางกายภาพ

สมบัติของสารใหม ่เม่ือเทียบกับสารเดิม

แตกต่างจากองค์ประกอบ เดิมทุกประการ

คล้ายองค์ประกอบเดิม

การน าไประเหยแห้ง ไม่มีของแข็งเหลือเลย อาจมีหรือไม่มีของแข็ง

เหลือก็ได้

สรุป

1. การดูว่าเป็นสารเนื้อเดียวหรือเนื้อผสมให้ใช้พิจารณาด้วยตาเลย แต่ถ้าดูไม่ออกค่อยใช้วิธีอื่น เช่นกระดาษกรอง 2. สารบริสุทธิ์กับสารละลายใช้การหาจุดเดือดเป็นหลักในการตัดสิน 3. ระเหยแล้วเหลือของแข็งอยู่ สรุปได้ทันทีว่าไม่บริสุทธิ์ แต่ถ้าไม่เหลืออะไรเลยต้องตอบว่าสรุปไม่ได้ 4. ทดสอบคอลลอยด์ใช้การกระเจิงแสงเป็นหลัก 5. ธาตุกับสารประกอบ ทดสอบโดยน าไปเผาถ้าได้สารใหม่ออกมาก็สรุปเลยว่าเป็นสารประกอบ แต่ถ้าได้สารเดิม ต้องตอบว่า สรุปไม่ได้เช่นกัน

การแยกสาร

การแยกสารเป็นวิธีการท าสารให้บริสุทธิ์หรือเป็นวิธีแยกสารออกจากกัน ในการแยกสารให้บริสุทธิ์มีหลายวิธีขึ้นอยู่กับ สมบัติของสารที่ผสมกันอยู่ และองค์ประกอบอื่น เช่น เครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ วิธีการแยกสารให้ บริสุทธิ์ทั่วไปมีดังนี้

การแยกสาร

- ใช้สมบัติจุดเดือดในการแยก = การกลั่น - ใช้สมบัติการละลายในการแยก = การใช้กรวยแยก , การกรอง , การสกัด , โครมาโตกราฟี , การตกผลึก

ใช้สมบัติจุดเดือดในการแยก การกลั่น

การกลั่นเป็นวิธีที่ใช้แยกของเหลวที่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน โดยอาศัยความแตกต่างของจุดเดือด การกลั่นจึงเป็นกระบวนการที่ท าให้ของเหลวได้รับความร้อนจนกลายเป็นไอ แล้วท าให้ควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวอีก ในขณะที่กลั่น ของเหลวที่มีจุดเดือดต่ า จะกลายเป็นไอแยกออกมาก่อน ของเหลวที่มีจุดเดือดสูงขึ้น จะกลั่นแยกออกมาทีหลัง ซึ่งการกลั่นแบ่งเป็น 2 วิธี ดังนี้

1 การกลั่นธรรมดา

เป็นการแยกตัวถูกละลายออกจากตัวท าละลาย โดยตัวถูกละลายและตัวท าละลายมีจุดเดือดต่างกันมาก (ประมาณ 80 องศาเซลเซียส ขึ้นไป ) สารที่มีจุดเดือดต่ า จะระเหยได้เร็วกว่าสารที่มีจุดเดือดสูง เช่น น้ าเกลือ ประกอบด้วยน้ ามีจุดเดือด 100 องศาเซลเซียส และเกลือแกงมีจุดเดือด 1413 องศาเซลเซียส พบว่ามีจุดเดือดต่างกันมาก เราจึงสามารถใช้การกลั่นธรรมดาแยกออกจากกันได้ โดยน้ าซึ่งมีจุดเดือดต่ ากว่าจะออกมาก่อน

2 การกลั่นล าดับส่วน

เป็นการแยกตัวถูกละลายและตัวท าละลายที่มีจุดเดือดต่างกันเล็กน้อย (น้อยกว่า 80 องศาเซลเซียส ) โดยจะมีคอลัมน์บรรจุแก้ว หรือที่รู้จักกันว่า"หอกลั่น" เพิ่มขึ้นมา ซึ่งหอกลั่นนี้จะท าหน้าที่ให้สารระเหยออกมาได้ช้าลง โดยหอกลั่นยิ่งสูงเท่าไร สารที่ออกมาก็จะมีความบริสุทธิ์เพิ่มตามเท่านั้น แต่ก็จะท าให้เราต้องเสียเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นด้วย

ข้อสังเกต

1. เมื่อสารระเหยออกมาแล้วเราก็จะมีตัวควบแน่นหรือ condenser ท าหน้าที่ให้สารนั้นควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีกครั้ง ซึ่งจะใช้น้ าเย็นหล่อโดยน้ าจะเข้าทางด้านล่างและไหลออกทางด้านบนดังรูป เพราะถ้าให้น้ าเข้าข้างบน น้ าก็จะไหลออกหมดโดยยังไม่ทันท าให้สารควบแน่นได้เลย

ข้อสังเกต

2. ถ้าเราไม่มีเครื่องมือในการล าดับส่วนแต่ต้องการแยกสารที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกัน เราสามารถท าได้โดยใช้การกลั่นธรรมดาหลายๆครั้งแทน

3. การกลั่นล าดับส่วนของน้ ามันดิบจะต่างจากการกลั่นล าดับส่วนธรรมดา คือ กลั่นล าดับส่วนธรรมดา สารจะออกมาทีละชนิดโดยสารที่มีจุดเดือดต่ ากว่าจะออกมาก่อน แต่การกลั่นน้ ามันดิบ สารทุกชนิดจะควบแน่นออกมาพร้อมกันแต่อยู่คนละชั้นของหอกลั่น โดยชั้นบนจุดเดือดจะต่ า ชั้นล่างจุดเดือดจะสูง ดังรูป

4. การกลั่นล าดับส่วนบางครั้งไม่ได้แยกสารให้บริสุทธิ์ แต่แยกสารที่มีจุดเดือดใกล้กันไว้ด้วยกันเพื่อการน าไปใช้ประโยชน์ เช่น การกลั่นล าดับส่วนของน้ ามันดิบ

5. การเลือกวิธีกลั่นว่าจะกลั่นธรรมดาหรือกลั่นล าดับส่วนปกติจะดูที่จุดเดือดเป็นหลัก ดังนั้นเราจึงประยุกต์ใช้ได้โดย ให้เราคิดภาพว่าถ้าเราน าของเหลวนั้นไปเผาแล้วมีสารเหลืออยู่ให้ใช้วิธีกลั่นแบบธรรมดา เพราะของแข็งกับของเหลวย่อมมีจุดเดือดต่างกันมาก แต่ถ้าคิดว่าเผาแล้วไม่เหลือสารใดอยู่เลยระเหยไปหมดก็ให้ใช้การกลั่นล าดับส่วนแทน

ตัวอย่าง : - น้ า + แอลกอฮอล์ ใช้กลัน่ล าดับส่วน - น้ า + เกลือ ใช้ กลั่นธรรมดา - น้ าหอม ใช้ กลั่นล าดับส่วน - น้ ามันปิโตรเลียม ใช้ กลั่นล าดับส่วน - น้ าโคลน ใช้ กลั่นธรรมดา - น้ าทะเลใช้กลั่นธรรมดา

การใช้กรวยแยก

การใช้กรวยแยก จะเหมาะกับสารที่เป็นของเหลวและแยกคนละชั้น หรือมีขั้วต่างกัน เช่น น้ ากับน้ ามัน จะแยกชั้นกันอยู่ เพราะน้ ามีขั้วแต่น้ ามันไม่มีขั้ว

ใช้สมบัติการละลายเป็นการแยก

การกรอง

การกรอง เป็นวิธีที่ใช้ส าหรับแยกของแข็ง ออกจากของเหลวโดยที่ของแข็งไม่ละลายอยู่ในของเหลว หรือแยกของแข็งที่ละลายน้ าและ ไม่ละลายน้ าซึ่งปนอยู่ด้วยกัน

- Ca3(PO4)2 + H2O เนื่องจาก Ca3(PO4)2 ไม่ละลายน้้า - MgSO4 + AgCl เนื่องจาก Al(NO3)3 ละลายน้้าแต่ AgCl ไม่ละลายน้้า - KCl + PbBr 2เนื่องจาก KClละลายน้้าแต่ PbBr 2ไม่ละลายน้้า

ตัวอย่างสารที่ใช้การกรองในการแยก

การสกัด

การสกัดแบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ การสกัดด้วยไอน้ า และ การสกัดด้วยตัวท าละลาย

การสกัด

การสกัดด้วยไอน้ า จะใช้หลักการให้ไอน้ าพาสารที่เราต้องการออกมา โดยสารนั้นควรมี จุดเดือดต่ า ระเหยง่าย และไม่ละลายน้ าโดยมากจะใช้ในการสกัดพวกน้ ามันหอมระเหยจากพืช

การสกัดด้วยไอน้ า

แบบที่ 1

แบบที่ 2

การสกัดด้วยตัวท าละลาย

การสกัดด้วยตัวท าละลายจะใช้หลักการที่ว่าสารแต่ละชนิดมีความสามารถในการละลายในตัวท าละลายต่างชนิดกันได้ไม่เท่ากัน

ตัวท าละลายนั้นต้องละลายสารที่ต้องการสกัดออกมาได้มากที่สุดและสิ่งเจือปนต้องติดมาน้อยที่สุด ถ้าจะให้ดี ควรระเหยได้ง่ายๆด้วย

หลักการเลือกตัวท าละลายที่ดีคือ

โครมาโตกราฟี

โครมาโตกราฟี คือ การแยกสารโดย อาศัยหลักการที่ว่า สารแต่ละชนิดมีความสามารถในการละลายและดูดซับได้ไม่เท่ากัน และเหมาะอย่างยิ่งในการใช้กับสารที่มีปริมาณน้อยๆ

จากรูป แสดงการแยกจุดสี ออกเป็นสาร 3 ชนิด คือ ก ข ค โดยวิธีโครมาโต กราฟีแบบกระดาษ

หลักของโครมาโตกราฟี

1. โครมาโตการฟี ท้าให้สารแยกออกจากกันได้ เพราะสารแต่ละชนิดมีความสามารถในการละลายและดูดซับได้ไม่เท่ากัน 2. โครมาโตกราฟี เหมาะกับสารที่มีปริมาณน้อย แต่ถ้ามีปริมาณมากก็สามารถท้าได้โดยใช้โครมาโตกราฟีแบบอ่ืนๆ 3. จากรูปด้านบน เรียงล้าดับความสามารถในการละลายได้ ก > ข > ค 4. ความสามารถในการดูดซับ ค > ข > ก 5. ดังนั้น สารที่ละลายดี ดูดซับจะไม่ดี และเคลื่อนที่ได้ไกล แต่สารที่ดูดซับดี จะละลายได้ไม่ดี และเคลื่อนที่ได้ไม่ไกล

6.ในการทดลองทุกครั้งต้องปิดฝา เพื่อป้องกันตัวท าละลายแห้ง ในขณะเคลื่อนที่บนตัวดูดซับ 7. ล าดับความสามารถในการละลาย การดูดซับอาจเปลี่ยนแปลงได้ ถ้าเปลี่ยนตัวท าละลายใหม่ 8. ถ้าสารเคลื่อนที่ได้ 3 จุด สรุปได้แค่ว่ามีสาร อย่างน้อย 3 ชนิด 9. ถ้าสารเคลื่อนที่ใกล้เคียงกันมาก แสดงว่ามีความสามารถในการละลายและดูดซับได้ใกล้เคียงกัน สามารถแก้ไขได้โดยการ เปลี่ยนตัวท าละลายใหม่ หรือ เพิ่มความยาวของตัวดูดซับ

10. วิธีนี้สามารถท าสารให้บริสุทธิ์ได้ โดยการตัดแบ่งสารตัวที่ต้องการละลายในตัวท าละลายที่เหมาะสมแล้วระเหยตัวท าละลายนั้นทิ้งไป แล้วน าสารนั้นมาท าโครมาโตกราฟีใหม่จนได้สารที่บริสุทธิ์

11. การค านวณค่า Rf (Rate of flow)

ระยะทางที่เคล่ือนที่ได้ = ระยะทางหลังสุด - ระยะทางเริ่มต้น

12. ค่า Rf ไม่มีหน่วย และมีค่าสูงสุดเท่ากับ 1 13. ค่า Rf เป็นค่าที่บอกการเคลื่อนที่ของสาร สารใดมีค่า Rf สูงแสดงว่าสารนั้นเคลื่อนที่ได้ไกล 14. เนื่องจากค่า Rf มีได้ไม่แน่นอนจึงต้องหาจากผลการทดลองเท่านั้น 15. ค่า Rf สามารถน าไปวิเคราะห์ชนิดของสารได้ โดยการน าค่าที่ได้ไปเปิดเทียบกับตาราง ***16. สารที่เคลื่อนที่ได้ระยะทางเท่ากันในตัวท าละลายและตัวดูดซับเดียวกัน มักจะสรุปว่าเป็นสารตัวเดียวกัน แต่บางครั้งก็ไม่แนเ่สมอไป

ประเภทของโครมาโตรกราฟีที่ควรรู้จัก

1. โครมาโตรกราฟีแบบคอลัมน์ (Column chromatography) เป็นวิธีที่ใช้ตัวดูดซับบรรจุในคอลัมน์แก้ว โดยนิยมใช้

อลูมินา (Al2O3) หรือ ซิลิกาเจล (SiO2) เป็นตัวดูดซับ

ประเภทของโครมาโตรกราฟีที่ควรรู้จัก

2. โครมาโตกราฟีแบบกระดาษ (Paper chromatography) เป็นวิธีที่ใช้กระดาษโครมาโตกราฟี หรือกระดาษกรอง เป็นตัวดูดซับ

ประเภทของโครมาโตรกราฟีที่ควรรู้จัก

3. โครมาโตกราฟีแบบธินเลเยอร์ (Thin-Layer chromatography) เป็นวิธีที่ใช้กระจกซึ่งฉาบไว้ด้วยอลูมินา (Al2O3) หรือ ผงซิลิกาเจล (SiO2) เกลี่ยให้เรียบบางเหมือนกระดาษโครมาโตกราฟี เป็นตัวดูดซับ

การตกผลึก

การตกผลึกเป็นวิธีที่ท าให้สารบริสุทธิ์ โดยอาศัยหลักการละลายได้ที่ต่างกัน โดยสารที่ต้องการแยกและไม่ต้องการแยกจะต้องละลายได้ในตัวท าละลายชนิดเดียวกัน แต่ต้องมีความสามารถในการละลายต่างกัน โดยสารที่ละลายได้น้อยกว่าจะตกผลึกออกมาก่อน

แสดงการท้าสารละลายอิ่มตัว

วิธีการตกผลึก

1. ใส่สารลงไปในตัวท้าละลายทีละน้อย จนได้สารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิสูง 2. กรองสารละลายขณะร้อนเพื่อก้าจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ละลายออกไป 3. ปล่อยให้สารละลายอิ่มตัวเย็นลงจะได้ของแข็งที่มีรูปทรงเรขาคณิตตกผลึกแยกออกมา ซึ่งเม่ือน้าไปกรองแล้วท้าให้แห้งก็จะได้ของแข็งบริสุทธิ์ตามต้องการ

หมายเหตุ : ที่ต้องใช้สารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิสูง เพราะสารส่วนมากเมื่ออุณหภูมิสูงข้ึนจะละลายได้มากขึ้น และเมื่อเราลดอุณหภูมิลง สารจะละลายได้น้อยลงท้าให้ส่วนที่ละลายไม่ได้ตกลงมาเป็นผลึกแทน

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

ความหมาย

ระบบ หมายถึง สิ่งต่างๆที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษา สิ่งแวดล้อม หมายถึง สิ่งต่างๆที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษา

ชนิดของระบบ

1. ระบบเปิด คือ ระบบที่มวล และพลังงานมีการถ่ายเทกับสิ่งแวดล้อม 2. ระบบปิด คือ ระบบที่มีเฉพาะพลังงานเท่านั้นที่ถ่ายเทกับสิ่งแวดล้อม

ชนิดของระบบ

3. ระบบอิสระหรือระบบแยกตัว คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายเททั้งมวลสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นระบบในอุดมคติไม่มีอยู่จริง แต่พออนุโลมได้เช่น น้ าในกระติกน้ าร้อนที่มีฉนวนหุ้ม

หมายเหตุ : ปัจจัยที่มีผลต่อระบบ คือ สภาวะแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความดัน เพราะในสภาวะแวดล้อมที่ต่างกัน สารบางชนิดอาจเปลี่ยนสถานะได้ เช่น น้้าที่อุณหภูมิห้อง(25๐C) ไม่มีฝาปิดก็ยังคงเป็นระบบปิด แต่ถ้าอุณหภูมิ เกิน 100๐C ซึ่งเป็นจุดเดือดของน้้า น้้าก็จะกลายเป็นก๊าซท้าให้กลายเป็นระบบเปิดไป

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบมี 2 ประเภท คือ

1. การเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อน

หมายถึง ระบบจะคายความร้อนออกมาสู่สิ่งแวดล้อม ท าให้ระบบมีอุณหภูมิลดลงแต่สิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิสูงขึ้น

2. การเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อน

หมายถึง ระบบจะดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อมไป ท าให้สิ่งแวดล้อมอุณหภูมิลดลง แต่ระบบมีอุณหภูมิสูงขึ้น

ซึ่งการเปลี่ยนแปลงทั้งดูดและคายพลังงานจะมีอยู่ 3 ลักษณะ คือ การเปลี่ยนสถานะ การเกิดสารละลาย การเกิดปฏิกริยา

การค านวณหาพลังงานที่เปลี่ยนแปลง

1. การเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่ออุณหภูมิไม่คงที่

ใช้สูตร

2. การเปล่ียนแปลงพลังงานเมื่ออุณหภูมิคงท่ี (ความร้อนแฝง)

ใช้สูตร

การละลายก็เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานเช่นกัน ดังนั้นการละลายจึงมีได้ 2 ประเภท คือ การละลายแบบดูดความร้อน และการละลายแบบคายความร้อน

ขั้นตอนการละลายน้ า

ถ้าสมมติเราน้าเกลือแกง(NaCl) ไปละลายน้้า จะมีขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง ดังนี้

1. ท าให้อนุภาคของของแข็งแยกออกจากกัน เป็นการท าลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค ขั้นตอนนี้ต้องใช้พลังงานซึ่งมีค่าเท่ากับพลังงานโครงร่างผลึก(พลังงานโครงร่างผลึก Lattice energy คือ พลังงานที่ใช้แยกอนุภาคของของแข็งออกจากกันในภาวะก๊าซ) จะได้

NaCl(s) + พลังงานโครงร่างผลึก Na+(g) + Cl-(g) = ดูดพลังงาน

ขั้นตอนนี้เป็นการดูดพลังงานเพื่อสลายพันธะเดิมของ NaCl

2. อนุภาคที่ถูกแยกออกมาจากขั้นตอนแรกจะไปจับกับอนุภาคของน้ าดังรูปด้านบน อนุภาคของน้ าจะคายพลังงานออกมาจ านวนหนึ่ง เรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy)

Na+(g) + Cl-(g) Na+(aq) + Cl-(aq) = คายพลังงาน

ขั้นตอนนี้เป็นการคายพลังงานเพื่อสร้างพันธะกับน้้า โดย aq มาจาก aqueous หมายถึง สารละลายที่มีน้้าเป็นตัวท้าละลาย

ถ้าเรารวมขั้นตอนทั้ง 2 เข้าด้วยกันจะได้ NaCl(s) + พลังงานโครงร่างผลึก

Na+(aq) + Cl-(aq) : H3 โดย : H3 = H1 - H2 ถ้า H3 เป็นค่าบวกแสดงว่าดูดความร้อน ถ้า H3 เป็นค่าลบแสดงว่าคายความร้อน ถ้า H3 เป็น แสดงว่าไม่ดูดไม่คายความร้อน

สรุป : ...เพราะฉะนั้นในการละลายครั้งหนึ่งจะมีทั้งการดูดและการคายพลังงาน โดยถ้า พลังงานโครงร่างผลึก > พลังงานไฮเดรชั่น : จะเป็นการละลายแบบดูดความร้อน พลังงานไฮเดรชัน > พลังงานโครงร่างผลึก : จะเป็นการละลายแบบคายความความร้อน แต่ถ้า! พลังงานโครงร่างผลึก >>> พลังงานไฮเดรชั่น ...คือถ้าพลังงานโครงร่างผลึกมากว่าพลังงานไฮเดรชั่นมากๆ สารนั้นจะไม่ละลายน้้า

พลังงานกับปฎิกริยาเคมี

ซึ่งมี 2 ประเภทเช่นกัน 1.ปฏิกริยาเคมีแบบดูดความร้อน

2.ปฎิกริยาเคมีแบบคายความร้อน