11/16/2009

1

วชาเคม วชาเคม 203111203111ดร.พเชษฐ อนรกษอดม

2006/2007

สารละลายสารละลาย

1. ความหมายและชนดของสารละลาย

9. สมบตคอลลเกตฟของสารละลาย non electrolyteสารละลาย

2. กระบวนการเกดสารละลาย

3. สารละลายของแขง

4. สารละลายของเหลวในของเหลว

5. สารละลายของแขงในของเหลว

6. หนวยของความเขมขน

non electrolyte การลดลงของความดนไอ การลดลงของจดเยอก

แขง การเพมขนของจดเดอด ความดนออสโมตก

10. สมบตคอลลเกตฟของสารละลาย electrolyte

7. ผลของอณหภมตอการละลาย

8. ผลของความดนตอการละลาย

y

11. . สารละลาย สารละลาย (Solutions)(Solutions)

สารละลาย คอ ของผสมเอกพนธขององคประกอบสองชนดหรอมากกวา 2 ชนด

◦ องคประกอบทมปรมาณมากกวา เรยกวา ตวทาละลาย (solvent)

◦ องคประกอบอน ๆ ทมปรมาณนอยกวาเรยกวา ตวถกละลาย (solute)

◦ สารละลายทมนาเปนตวทาละลายเรยกวา aqueous solution

ชนดของสารละลาย แบงออกเปน 3 ชนด ตามสถานะของตวทาละลาย

◦ สารละลาย แกส, ของเหลว, ของแขง

ตารางทตารางท 11. Types of solutions. Types of solutions

11/16/2009

2

22. . กระบวนการเกดสารละลายกระบวนการเกดสารละลาย

รปท 1. แสดงการเกดสารละลาย

กระบวนการเกดสารละลายกระบวนการเกดสารละลาย

Hsoln = H1 + H2 + H3

คาการเปลยนแปลงเอนทลปของการเกดสารละลาย

◦ H1 = พลงงานทใชในการแยกโมเลกลตวทาละลาย

◦ H2 = พลงงานทใชในการแยกโมเลกลตวถกละลาย

◦ H3 = พลงงานทใหออกมาเมอโมเลกลตวทาละลายและตวถกละลาย

รวมตวกนเปนสารละลาย

ถา H3 > H1 + H2 ; Hsoln = - ปฏกรยาคายความรอน

ถา H3 < H1 + H2 ; Hsoln = + ปฏกรยาดดความรอน

Ideal solutionIdeal solution

Hsoln = H1 + H2 + H3

H1 + H2 = H3

Hsoln = 0

รปท 3. An enthalpy diagram for the formation of an ideal solution. The actual solution process follows the direct path, although the net enthalpy change is the same.

รปท 4 (a) An exothermic solution process. (b) An endothermic solution process.

H3 > H1 + H2 H3 < H1 + H2

Hsoln = - ปฏกรยาคายความรอน Hsoln = + ปฏกรยาดดความรอน

11/16/2009

3

ปจจยของกระบวนการเกดสารละลายปจจยของกระบวนการเกดสารละลาย

1. พลงงานทบอกวากระบวนการเกดสารละลายเปนปฏกรยาดดความรอนหรอคายความรอน

2 แนวโนมเขาสความไมเปนระเบยบของปรากฏการณธรรมชาตทงหมด2. แนวโนมเขาสความไมเปนระเบยบของปรากฏการณธรรมชาตทงหมด

ตวทาละลาย

สารละลาย

ตวถกละลาย

(ระบบทเปนระเบยบ) (ระบบทไมเปนระเบยบ)(ระบบทเปนระเบยบ) (ระบบทไมเปนระเบยบ)

o ปจจยขอท 2 มความสาคญตอการละลายไดของสารมากกวา ถงแม Hsoln จะเปน + หรอ – กตาม, การละลายไดมากหรอนอยขนกบ Gsoln ดวย

Gsoln = Hsoln - TSsoln

สารละลายของแขงในของแขงสารละลายของแขงในของแขง

รปท 5. two types of solutions. (a) A substitutional solid solution in which particles of the solute replace particles in

the host lattice (the solvent). (b) An interstitial solid solution in which the solute particles fit in spaces between

particles of the host lattice.

ทองเหลอง (Cu/Zn) PdH2

33. . สารละลายของเหลวในของเหลวสารละลายของเหลวในของเหลว

o เกดการแยกชน

o แรงดงดดระหวางโมเลกลของ CCl4

กบ H2O เปน dipole-dipole induced

force และ dispersion

รปท 6. แสดงของผสมระหวางนากบ CCl4 ในหลอดแกว กบ CCl4 มความหนาแนน

มากกวา จะอยชนลาง

โมเลกลไมมขว (non-polar molecules) ละลายในตวทาละลายไมมขว (non-polar solvents);

CCl และ C H (เปนแรง di i L d f )

สาร 2 ชนดทมแรงดงดดระหวางโมเลกล (intermolecular forces) แบบเดยวกน ชอบทจะ

ละลายซงกนและกน

“like dissolves like”“like dissolves like”

CCl4 และ C6H6 (เปนแรง dispersion, London force)

Br2/ C6H6, S8 และ CS2, และ

โมเลกลมขว (polar molecules) ละลายในตวทาละลายมขว (polar solvents) ; H2O และ

CH3

Benzene Toluene

C2H5OH (H-bond)

สารประกอบไอออนก (ionic compounds) ละลายไดดในตวทาละลายมขว;

NaCl ใน H2O หรอ liq. NH3, H2O และ ethylene glycol

11/16/2009

4

ไอโอดน (I2) ละลายไดดในเบนซน (C6H6) หรอ นา (H2O)

คาตอบ ??????

KI ละลายไดดในคารบอนเตตระคลอไรด (CCl4) หรอ

แอมโมเนยเหลว (NH3)

คาตอบ ??????

สารละลายเอเควยส (Aqueous solution) คอ ◦ สารละลายทมนาเปนตวทาละลาย

สรป สรป “like dissolves like”“like dissolves like” hydration

การทสารละลายได: เพราะมการทาลายแรงดงดดระหวางอนภาคของตวละลายกบตวทาละลาย คอ

◦ การละลายไดของสารขนกบแรงดงดดระหวางโมเลกล (intermolecular forces) ถาแรงดงดดมความแรงใกลเคยงกน จะละลายซงกนและกน

ขอยกเวน◦ กรดอะซตก CH3COOH ละลายในนา (H-bond)

◦ CH3COOH ละลายใน CCl4 และ C6H6 ไดเพราะเกด dimmer

H3C

O

OH

acetic acid

H3C

O

O

CH3

O

OH

H

acetic acid dimer

ตารางทตารางท 22. Solubility of some alcohols in water . Solubility of some alcohols in water

Substance Formula Solubility

(moles of solute/100 g H2O)

Methanol

Ethanol

Propanol

Butanol

Pentanol

CH3OH

C2H

5OH

C3H

7OH

C4H

9OH

C H OH

0.12

0 031Pentanol

Hexanol

Heptanol

C5H

11OH

C6H

13OH

C7H

15OH

0.031

0.0059

0.0015

44. . สารละลายของแขงในของเหลวสารละลายของแขงในของเหลว4.1 สารประกอบไอออนก

พจารณาการละลายของ NaCl 1 โมลในนา NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g) U = 788 kJ

Na+(g) + Cl-(g) Na+(aq) + Cl-(aq) H = -784 kJ H ONa (g) + Cl (g) Na (aq) + Cl (aq) Hhydr 784 kJ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq) Hsoln = 4 kJ----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hsoln = U + Hhydr

U = พลงงานโครงรางผลก (Lattice energy) = +Hhydr = พลงงานโฮเดรชน (Hydration energy) = -

x H2O

x H2O

ถา U > Hhydr ; Hsoln = + ถา U < Hhydr ; Hsoln = -

แรงกระทา:

ไอออน-ไดโพล ตวทาละลายมขว (H2O, NH3(l), HF(liq)) เชน KCl/NH3.liq

11/16/2009

5

กระบวนการละลาย ของสารประกอบไอออนก กระบวนการละลาย ของสารประกอบไอออนก

(Dissolution process of Ionic compounds)(Dissolution process of Ionic compounds)

Ions of an ionic compound become hydrated when the salt dissolves in water.

The forces causing an ionic solid to dissolve in water are ion–dipole forces, the

attraction of water dipoles for cations and anions.

The attractions of water dipoles

for ions pulls the ions out of the

crystalline lattice and into

EOS

y

aqueous solution

44..2 2 สารประกอบโมเลกลารสารประกอบโมเลกลาร

แรงดงดดระหวางโมเลกลของผลกโมเลกล: แรงไดโพล-ไดโพล

H b d: H-bond

: Dispersion (I2/CCl4)

ยเรย H2N-CO-NH2 ละลายในนา

และ ethanol (C2H5OH)

I3- / H2O

รปท 7. แสดงการเปรยบเทยบการละลายของไอโอดนในนา

(ชนบน) และใน CCl4 (ชนลาง)

44..33 โลหะโลหะ

โลหะไมละลายในตวทาละลายใด ๆ ทงชนดมขวและไมมขว

แตเกดปฏกรยากบตวทาละลาย: โลหะ alkali และ alkali earth (Ca, Sr, แตเกดปฏกรยากบตวทาละลาย: โลหะ alkali และ alkali earth (Ca, Sr,

Ba) บางตวทาปฏกรยากบนาให H2(g) และโลหะ hydroxide

โลหะ alkali ทาปฏกรยากบ liq NH3 ใหสารละลายสนาเงน

Liq NH3

ม Solvated’s Na (s) ------------------------> Na+ + e-ม Solvated s Na (s) Na e

(Solvated electron)

การละลายของสารประกอบไอออนกในตวทาละลายไมมขวการละลายของสารประกอบไอออนกในตวทาละลายไมมขว

รปท 8. แสดงโครงรางสามมตของ 18-crown-6

11/16/2009

6

MnO4-

รปท 9 แสดงการพนธะระหวาง K+ กบอะตอมออกซเจนทง 6 ของ 18-crown-6

KMnO4 ไมละลายใน C6H6 เมอเตม crown ether เชน 18-crown-6 ลงไปจะเหนสมวง

แสดงวา KMnO4 ละลายได ใชประโยชนในปฏกรยา oxidation ของ KMnO4 ในตวทา

ละลายอนทรยชนดไมมขว

หนวยความเขมขนของสารละลายหนวยความเขมขนของสารละลาย ความเขมขน (concentration) ของสารละลายคอ ปรมาณของตวละลายตอ

ปรมาณตวทาละลายหรอสารละลาย

รอยละโดยนาหนก (Percent by mass, %w/w)y

%w/w = x 100นน. ของตวละลาย (g)

(นน. ตวละลาย + นน. ตวทาละลาย) (g)

เชน KCl 0.892 กรม ละลายในนา 54.6 กรม 0.892 g x 100 มวลเปอรเซนตของ KCl =

0 892 g + 54 6 g

รอยละโดยปรมาตร (Percent by volume, %v/v)

%v/v = x 100ปรมาตรของตวละลาย (ml)

ปรมาตรสารละลาย (ml)

0.892 g + 54.6 g= 1.61 %

ความเขมขนของสารละลายความเขมขนของสารละลาย

รอยละโดยนาหนก/ปรมาตร (Mass / volume percent)( p )

% w/v = x 100นน. ของตวละลาย (g)

ปรมาตรสารละลาย (ml)

11/16/2009

7

NaOH เขมขน 5% โดยมวล

◦ ในสารละลาย 100 กรม ม NaOH ละลายอย 5 กรม

ไ ◦ การเตรยม ชง NaOH 5 กรม ละลายนา 95.0 กรม (ไดสลล.100 g)

สารละลายเอทานอลเขมขน 30% โดยปรมาตร

◦ สารละลาย 100 cm3 มเอทานอลละลาย อย 30 cm3

◦ การเตรยม ตวงเอทานอล 30 cm3 เตมนาจนได สลล. 100 cm3

โ ป สารละลาย NaCl เขมขน 15 % โดยมวลตอปรมาตร

◦ สารละลาย 100 cm3 มตวถกละลาย NaCl 15 กรม

◦ การเตรยม ชง NaCl 15 กรม เตมนาจนไดสารละลาย 100 cm3

ตวอยางตวอยาง ความเขมขนรอยละความเขมขนรอยละ((11))

สารละลายนาตาลซโครส ประกอบดวยซโครส 28.6 กรม ในนา 101.4 กรม จงหา

ความเขมขนเปนรอยละโดยมวลของสารละลายน

มวลตวถกละลาย (g)

มวลสารละลาย (g)%W/W = 100%

มวลซโครส (g)

มวลสารละลาย (g)%W/W = 100%

28.6 g

101.4 g + 28.6 g= 100%

= 22 %

ตวอยางตวอยาง ความเขมขนรอยละความเขมขนรอยละ((22))

จะตองใช CaCl2 กกรม ละลายนา 80 กรมเพอใหไดสารละลายเขมขน 5 % โดย

มวล

มวล CaCl2

มวลCaCl2 + มวลนา%W/W = 100%

X

X + 80.0 g5% = 100%

5% (X + 80 0 g) = X

100%(X + 80.0 g) = X

0.05X X + 4.0 g = 0

0.95x = 4.0

X = 4.2105 g

อตราสวนระหวางจานวนโมลของตวทาละลายหรอตวถกละลายตอจานวนโมลทงหมดใน

สารละลาย (ไมมหนวย)◦ ไมตองระบวาสารใดเปนตวทาละลายหรอตวถกละลาย

เศษสวนโมล (mole fraction, X)

◦ ถาสารละลายประกอบดวยสาร A และสาร B

xA :เศษสวนโมลของ A nA : จานวนโมลของสาร A

nA

nA + nBxA =

nB

nA + nBxB =

xB :เศษสวนโมลของ B nB : จานวนโมลของสาร B

xA + xB = 1

11/16/2009

8

ตวอยางตวอยาง เศษสวนโมลเศษสวนโมล

สารละลายชนดหนงประกอบดวยนา 36.0 กรมและกลเซอรน [C3H5(OH)3] 46.0 กรม

จงหาเศษสวนโมล ของนาและกลเซอรนจงหาเศษสวนโมล ของนาและกลเซอรน

◦ # โมลของนา (n1) = = 2.0 mol

◦ # โมลของกลเซอรน (n2) = = 0.5 mol

◦ เศษสวนโมลของนา (x1) = = 0.8

36.0 g

18.0 g/mol

46.0 g

92.0 g/mol2.0 mol

(2 0+0 5) molเศษสวนโมลของนา (x1) 0.8

◦ เศษสวนโมลของกลเซอรน (x2) = = 0.2

(2.0+0.5) mol

0.5 mol

(2.0+0.5) mol

โมลารต (Molarity), mol/dm-3, mol/L, M

โมลของตวถกละลาย (mol) n

ปรมาตรของสารละลาย ( L) VM = =

ปรมาตรของสารละลาย ( L) V

1 Litre = 1000 ml =1000 cm3 = 1 dm3

Molar1 M (โมลาร) = 1 mol/dm3 = 1 mol/L

สารละลาย Ca(OH)2 เขมขน 0.05 mol/dm3 หมายถง Ca(OH)2 0.05

โมล ในสารละลาย 1 L

โมแลลลต (Molality), m

m = โมลของถกละลาย

นน. ตวทาละลาย (kg)

◦ 1 kg = 1000 g

◦ Molal 1 m (โมแลล) = 1 mol/kg

โ ใ

g(solute)

MW(solute)

kg(solvent)

สารละลาย 1 m ของโซเดยมซลเฟต (Na2SO4) ไดจากการละลาย Na2SO4 1 mol (142.0 g)

ในนา 1000 g (1kg) จนไดสารละลายเนอเดยวกน

สารละลาย Ca(OH)2(aq) เขมขน 0.05 molal หมายถง ม Ca(OH)2 0.05 โมล ในตวทา

ละลายนา 1 kg

โมลารต

11/16/2009

9

ตวอยางตวอยาง โมแลลตโมแลลต

จงหาความเขมขนเปนโมแลลตของสาร ละลาย NaCl ซงประกอบดวย NaCl 5.0

กรม ในนา 200 กรม (Na = 23.0 , Cl = 35.5)

◦ นา 200 g ม NaCl จานวน = mol

นา 1000 g ม NaCl จานวน = mol

5.00 g

58.5 g/mol

5.0 g 1000 g

58.5 g/mol 200 g

สารละลาย NaCl เขมขน 0.427 m (โมแลล)

ตวอยาง ตวอยาง 11 ((ความเขมขนในหนวยโมแลลความเขมขนในหนวยโมแลล))

จงคานวณความเขมขนในหนวยโมแลลของกรดซลฟรกทประกอบดวย H2SO4 หนก 24 2 ในนา 198 มวลโมเลกลของ H SO คอ 98 08 / l24.2 g ในนา 198 g มวลโมเลกลของ H2SO4 คอ 98.08 g/mol

m = mol solutemass solvent (kg)

= 24.4 g H2SO4 x 1000 g H2O x 1 mol H2SO4

198 g H2O 1 kg H2O 98.08 g H2SO4

= 1.26 mol H2SO4 / kg H2O1 26 = 1.26 m

ตวอยาง ตวอยาง 22 นกเคมคนหนงเตรยมสารละลายหนง โดยการเตมเอธานอลบรสทธ นกเคมคนหนงเตรยมสารละลายหนง โดยการเตมเอธานอลบรสทธ (C(C22HH55OH) OH) หนก หนก

200200..4 4 g g ลงในนา ลงในนา 143143..9 9 g g จงคานวณเศษสวนโมลขององคประกอบทงสองกาหนดใหมวลโมเลกลของจงคานวณเศษสวนโมลขององคประกอบทงสองกาหนดใหมวลโมเลกลของ

เอธานอลและนาเปน เอธานอลและนาเปน 4646..62 62 g/mol g/mol และ และ 1818..02 02 g/mol g/mol ตามลาดบตามลาดบ

คานวณจานวนโมลของ C2H5OH และ H2O ดงนจานวนโมลของ C2H5OH = 200.4 g C2H5OH x 1 mol C2H5OH2 5 2 5 2 5

46.62 g C2H5OH= 4.355 mol C2H5OH

จานวนโมลของ H2O = 143.9 g H2O x 1 mol H2O

18.02 g H2O = 7.986 mol H2O เศษสวนโมลของ C2H5OH = X = 4.355 mol = 0.3529

(4.355+7.986) molC2H5OH

เศษสวนโมลของ H2O = X = 7.986 mol = 0.6471 (4.355+7.986) mol

ผลรวมของเศษสวนโมลขององคประกอบทงหมดในสารละลายมคาเปน 1 ดงนน

X + X = 0.3529 + 0.6471 = 1.000C2H5OH

H2O

H2O

แบบฝกหดแบบฝกหด

เตรยมสารละลายโดย เตม NaCl 5.0 g ในขวดเชงปรมาตรเตมนาจนได

ปรมาตร 100 ml นาหนกรวมของสารละลายเทากบ 104.8 g จงคานวณหา

ความเขมขน

◦Molarity

◦% W/V

◦% W/W

0.086 mol0.10 L

5.0 g

100 ml 100%

5.0 g◦% W/W

◦Molality

◦Mole Fraction

5.0 g

104.8 g 100%

0.086 mol0.0998+ kg

0.086(0.086+5.54)

xNaCl =5.54

(0.086+5.54)xH2O =

11/16/2009

10

การเปรยบเทยบหนวยของความเขมขนการเปรยบเทยบหนวยของความเขมขน

หนวยความเขมขน การใชงาน ขอด

Molar M การไทเทรต/การวเคราะห วด V งายกวาMolar, M

Molal, m

มวลเปอรเซนต

การไทเทรต/การวเคราะห

โดยนาหนก

การทดลองทขนกบ T

วด V งายกวา

ชงนาหนก

Conc. ไมขนกบ T

เศษสวนโมล, X

1.0 M ท 25 oC

คานวณความดนยอยของ

gas/ความดนไอของสาระลาย

0.97 M ท 45 oC

Conc. ไมขนกบ T

V ขยายตว

ตวอยาง ตวอยาง 33 จงคานวณความเขมขนในหนวยโมลารของสารละลายกลโคส จงคานวณความเขมขนในหนวยโมลารของสารละลายกลโคส (C(C66HH1212OO66)) ทเขมขน ทเขมขน 00..396 396 mm

กาหนดใหมวลโมเลกลของกลโคสเปน กาหนดใหมวลโมเลกลของกลโคสเปน 180180..2 2 g/mol g/mol และความหนาแนนของสารละลายเปน และความหนาแนนของสารละลายเปน 11..16 16 g/cmg/cm33

ในการแกปญหาโจทยประเภทนตองทาการเปลยนมวลของสารละลายเปน

ปรมาตรโดยใชความหนาแนนของสารละลาย เนองจากสารละลายกลโคสเขมขน

0.396 m ประกอบดวยกลโคส 0.396 mol ในนา 1 kg ดงนนมวลทงหมดของสารละลาย

จะเปน

0.396 mol C6H12O6 x 180.2 g + 1000 g H2O = 1071 g

1 mol C6H12O6

ความเขมขนในหนวยโมลาร, M

= 0.396 mol C6H12O6 x 1.16 g soln x 1000 cm3 soln6 12 6

1071 g soln 1 cm3 soln 1 dm3 soln

= 0.429 mol C6H12O6

1 dm3 soln

= 0.429 M

ตวอยาง ตวอยาง 44 ถาความหนาแนนของสารละลายเมธานอล ถาความหนาแนนของสารละลายเมธานอล (CH(CH33OH) OH) เขมขน เขมขน 22..45 45 MM มคาเปน มคาเปน

00..976 976 g/cmg/cm33 จงคานวณความเขมขนในหนวยโมแลลของสารละลายนจงคานวณความเขมขนในหนวยโมแลลของสารละลายน

กาหนดให มวลโมเลกลของเมธานอลเปน 32.04 g/mol

มวลทงหมดของสารละลายเธานอลเขมขน 2 45 M ปรมาตร 1 dm3 คอมวลทงหมดของสารละลายเธานอลเขมขน 2.45 M ปรมาตร 1 dm คอ

1 dm3 soln x 1000 cm3 soln x 0.976 g soln = 976 g soln1 dm3 soln 1 cm3 soln

สารละลายนประกอบดวยเมธานอล 2.45 mol มวลของนาคานวณไดดงน976 g soln – 2.45 mol CH3OH x 32.04 g CH3OH = 898 g H2O

1 mol CH3OH

ความเขมขนในหนวยโมแลล, m = 2.45 mol CH3OH x 1000 g H2O898 g H O 1 kg H O898 g H2O 1 kg H2O

= 2.73 mol CH3OH1 kg H2O

= 2.73 m

ตวอยาง ตวอยาง 55 จงคานวณความเขมขนในหนวยโมแลลของสารละลายกรดฟอสฟอรก จงคานวณความเขมขนในหนวยโมแลลของสารละลายกรดฟอสฟอรก ((HH33POPO44) ) ทมทม

มวลเปอรเซนตเปน มวลเปอรเซนตเปน 3535..4 4 % % ถามวลโมเลกลของกรด ถามวลโมเลกลของกรด HH33POPO44 เปน เปน 9898..00 00 g/molg/mol

มวลเปอรเซนตของกรด H3PO4 = 35.4 %

มวลเปอรเซนตของนา = 100 35 4 = 64 6 % มวลเปอรเซนตของนา = 100-35.4 = 64.6 %

เราสามารถคานวณความเขมขนในหนวยโมแลลใน 2 ขนตอน ขนตอนแรกคานวณ

จานวนกรมของกรด H3PO4 ทละลายในนา 1000 g (1 kg) ขนตอนท 2 เปลยนจานวนกรมเปน

จานวนโมล เมอรวมทง 2 ขนตอนเขาดวยกนจะได

ความเขมขนในหนวยโมแลล, m = 35.4 g H3PO4 x 1000 g H2O x 1 mol H3PO4

64.6 g H2O 1 kg H2O 98.00 g H3PO4

= 5.59 mol H3PO4 / kg H2O

= 5.59 mol

11/16/2009

11

สภาพการละลายไดสภาพการละลายได (solubility) (solubility)

สภาพการละลายได คอ จานวนกรมของตวถกละลายทมากทสดทละลายไดในตวทาละลาย 100 กรม ในสภาวะสมดล

ไ ◦ สภาพการละลายไดขนกบ ชนดของตวทาละลาย ชนดของตวถกละลาย อณหภม & ความดน

◦ สาหรบสารละลายนา (aqueous)

Solubility สมบตการละลายนา

0.1 g ไมละลาย

0.1 – 1.0 g ละลายไดเลกนอย

1.0 g ละลาย

สารละลายอมตวสารละลายอมตว (Saturated Solution)(Saturated Solution) สารละลายอมตว คอ สารละลายทมปรมาณตวถกละลาย ละลายอยมากทสดเทาทจะเปนไปไดทอณหภมนนๆ

◦ สมดลระหวางตวถกละลายในสภาวะของแขงและaqueousNaCl(s) Na+(aq) + Cl–(aq)

◦ ถาตวถกละลายตกตะกอนแสดงวาสารละลายอมตวแลว

►ความเขมขนของตวถกละลาย สภาพละลายได ไ ตวถกละลายสามารถละลายเพมไดอก

►ความเขมขนของตวถกละลาย สภาพละลายได สารละลายอมตว ไมมตะกอน

►ความเขมขนของตวถกละลาย สภาพละลายได สารละลายอมตว มตะกอน

สารละลายอมตวยวดยงสารละลายอมตวยวดยง (Supersaturated Solution)(Supersaturated Solution)

สารละลายอมตวยวดยง คอ สารละลายทมความเขมขนของตวถกละลายสงกวาสภาพการละลายได◦ อยในสภาวะกงเสถยรอยในสภาวะกงเสถยร◦ เมอสารละลายอมตวยวดยงถกรบกวน ตวถกละลายจะตกตะกอนและเปลยนเปน สารละลายอมตว

การเกดผลก (crystallization) ของสารละลาย supersaturated sodium acetate เมอใสผลก sodium acetate (seeding)ในสารละลาย

สภาพละลายไดและอณหภมสภาพละลายไดและอณหภม

การเปลยนแปลงอณหภมมผล

โดยตรงตอสภาพละลายไดและ

การตกตะกอนของสารละลาย

*

*H2O 100 mL = 100 g

11/16/2009

12

สารละลาย C6H5COOH (aq) อมตว มความเขมขน 0.0237 M จงหา

สภาพการละลายไดของ C6H5COOH (aq) (ความหนาแนนของ

ตวอยางตวอยาง สารละลายอมตวสารละลายอมตว

C6H5COOH (aq) มคา 1.02 g/ml)

จากความหนาแนนของ สลล. 1.02 g/ml ดงนน 1 L จะมนาหนก

1,020.00 g

สลล. 1 L มปรมาณ C6H5COOH 2.37x10-2 M = 2.894 g

มปรมาณ H2O = 1020.00-2.894 = 1017.106 g

MW(C6H5COOH) = 122 g/mol

นา 1017.106 g ม C6H5COOH ละลายอย 2.894 g

นา 100.00 g จะมปรมาณ C6H5COOH ละลายอย = 2.894x100/1017.106

= 0.2845 g

สภาพละลายไดมคาเทากบ 0.2845 g/100 g

ปจจยทมผลตอสภาพการละลายปจจยทมผลตอสภาพการละลาย

1. ชนดของตวถกละลายและตวทาละลาย

แรงยดเหนยวระหวางอนภาคขนอยกบชนดของสาร

◦ สารมขว ดงดดกนดวย แรงแบบมขว (มคาสง)

◦ สารไมมขว ดงดดกนดวย แรงแบบไมมขว (มคาตา)

46

ถาแรงดงดดระหวางตวทาละลายและแรงดงดดระหวางตวถกละลาย

เปนชนดเดยวกน หรอ มคาใกลเคยงกน สารทงสองจะละลายกนได

แรงระหวางสารมขวดวยกน คอ dipole – dipole interaction, Hydrogen bond และ Electrostatic interaction

แรงระหวางสารไมมขวดวยกน คอ Van der Waals interaction

ตวถกละลาย ตวทาละลาย การละลาย

มขว มขว ละลายไดด

มขว ไมมขว ละลายไมได

ไมมขว มขว ละลายไมได

◦ H2O + CCl4 ?◦ H2O + NH3 ?

ไมมขว ไมมขว ละลายได

การละลายของสารประกอบไอออนกการละลายของสารประกอบไอออนก

สารประกอบไอออนกสวนใหญละลายนาได (นามขว) เนองจากแรงดงดดระหวางนาและไอออน

◦ ขวลบของนา : ไอออนบวก

◦ ขวบวกของนา : ไอออนลบ

เกลอไอออนกบางชนดละลายนาไดนอยหรอไมละลาย เนองจากแรงดงดดระหวางไอออนบวกและไอออนลบมคาสงมาก เชน AgCl Hg Cl PbCl BaSO PbSOไอออนบวกและไอออนลบมคาสงมาก เชน AgCl, Hg2Cl2 PbCl2 BaSO4 PbSO4

SrSO4

(AgCl 0.0018 g / นา 1 ลตร ท 25 oC)

11/16/2009

13

การละลายของการละลายของ NaClNaCl ในนาในนา

แรงดงดดระหวางขวของนากบไอออนบวกและแรงดงดดระหวางขวของนากบไอออนบวกและ

ไอออนลบมคามากกวาแรงดงดดระหวางไอออน

บวกและลบของ NaCl ในโครงผลก

Hydrated ion คอไอออนทถกลอมรอบดวย

โมเลกลของนา

49Hydrated Na+ ion

22. . ผลของอณหภมตอการละลายผลของอณหภมตอการละลาย

การละลาย (Solubility) ของสารคอ ปรมาณของตวถกละลายททาใหเกดสารละลายอมตวกบปรมาณเฉพาะของตวทาละลายทอณหภมทกาหนดให

การละลายของสารสวนใหญขนกบ T, T solubility

หนวยของการละลาย : mol solute

100 g solvent

g solute/100 g solvent

*ยกเวน Ce2(SO4)3 (- คายความรอน) รปท 12

*ไมขนกบเครองหมายของ Hsoln

Hsoln ของ CaCl2 = -

NH4NO3 = +

เมออณหภมเปลยน สารจะละลายมากขนหรอนอย ลงขนกบวาเปน

กระบวนการดดหรอคายความรอน

22. . ผลของอณหภมตอการละลายผลของอณหภมตอการละลาย

ปฏกรยาดดความรอน (H=+)

เพม T สารละลายมากขน

ปฏกรยาคายความรอน (H=)

เพม T สารละลายนอยลง

g so

lute

/ 100

g H

2O)

Solu

bilit

y (g

ความรอนของสารละลาย LiCl(aq) มคา = 37.42 kJ/mol และ สภาพการละลายไดของ LiCl(aq) ท 0 C เทากบ 63.7 g/100 ml ◦ การละลายของ LiCl คาย หรอ ดดความรอน

แบบฝกหดแบบฝกหด

◦ การละลายของ LiCl คาย หรอ ดดความรอน

◦ ถาเพมอณหภม LiCl จะละลายมากขน หรอ นอยลง

◦ ทอณหภม 10 C ถาสารละลายมปรมาณ LiCl 150.0 g ในนา 200 ml

• คาH เปนลบ การละลายเปนกระบวนการคายความรอน

• เมอเพมอณหภมจะทาใหสภาพการละลายลดลง ( 63.7 g/100ml)

gสารละลายนเปนสารละลายแบบใด

• ทอณหภม 10C สภาพละลายของสารละลายทสนใจมคาเทากบ 150g/200ml 75.0

g/100 ml คาทไดแสดงวาสารละลายเปนสารละลายอมตวยวดยงเนองจากปรมาณสารท

ละลายสงกวาสภาพละลายได (สภาพละลายไดท 10C < 63.7 g/100ml)*

11/16/2009

14

66..2 2 การตกตะกอนลาดบสวน การตกตะกอนลาดบสวน (Fractional Crystallization)(Fractional Crystallization)อาศยความแตกตางของการละลายไดของสารตางชนดกน

การละลายไดมากขนเมอ T เพม

การละลายไดลดลงเมอ T เพมขน

รปท 12. แสดงผลของอณหภมตอการละลายของ

สารประกอบไอออนกบางชนดในนา

การตกผลก (Fractional crystallization) คอ

การแยกสารผสมออกจากกนโดยอาศยสภาพละลายไดทตางกน

90 g KNO3 ผสมกบ 10 g NaCl.

Fractional crystallization:

• ละลายของผสมในนา 100 mL ท 60 0C

• ทาสารละลายใหเยนท 0 0C

• NaCl ทงหมดจะละลายอยในสารละลาย = 34.2g/100g

รปท 13. แสดงการละลายของ KNO3 และNaCl ท 0 oC และ 60 oC

g g

และ KNO3 ละลายได 12 g/100g

• ฉะนน KNO3 บรสทธจะตกผลกมา 90 g – 12 g = 78 g

ผลตภณฑ + สารมลทน

สารละลายeg H

2O

ขนตอนของการตกตะกอนลาดบสวนขนตอนของการตกตะกอนลาดบสวน

+ ตวทาละลายทเหมาะสม

1000 oC

ทงใหเยน ~0 oC

สารมลทน

ผลตภณฑ

ขอมลใชสาหรบตอบคาถามขอ ขอมลใชสาหรบตอบคาถามขอ 11--33

สารละลายชนดหนงไดจากการละลายสารประกอบ สารละลายชนดหนงไดจากการละลายสารประกอบ xyxy ((มวลโมเลกล มวลโมเลกล == 100100) )

จานวน จานวน 6060..0 0 กรม ในนา กรม ในนา 100100..0 0 กรม สารละลายทไดมความหนาแนน กรม สารละลายทไดมความหนาแนน 11..20 20 g / cmg / cm33

1. สารละลายนมรอยละโดยมวลของ xy = ………………37.5……………..

2. ความเขมขนของสารละลายในหนวย molality = …………6.00……………..

3. ความเขมขนของสารละลายในหนวย molarity = ………4.5………………..

4. จงคานวณความเขมขนในหนวย molality หรอ mol/kg ของสารละลาย NaOH ท

เขมขน 5.00 mol/dm3 หรอ Molar ความหนาแนนของสารละลายเทากบ 1.10

g/cm3 (มวลโมเลกลของ NaOH = 40.0 g/mol)………………5.56…………………..

5. คาการละลายของ KNO3 ท 25 oCและ 75 oC เปน 40.0 g/ 100 g H2O และ 150 3 2

g/ 100 g H2O ตามลาดบ จงคานวณมวลของ KNO3 เปนกรมทตกผลกจากสารละลาย

อมตว 100 กรม ททาใหเยนลงจากอณหภม 75 oC เปน 25 oC……………..44.0…

11/16/2009

15

66..3 3 ผลของอณหภมตอการละลายของแกสผลของอณหภมตอการละลายของแกส

รปท 14. แสดงผลของอณหภมตอการละลายของแกส O2 และ gas ตาง ๆ

สภาพการละลายของ O2 (g) ลดลงเมอ T

77. . ผลของความดนตอการละลายของแกสผลของความดนตอการละลายของแกส

•สภาพละลายไดของแกสในของเหลวจะเปนปฏภาคโดยตรงกบความดนของแกสนน

ซงเปนไปตามกฏของเฮนร (Henry’s law).

หรอกลาวไดวา “ความเขมขนของแกสทเปนตวถกละลายในตวทาละลายใด ๆ จะเปนสดสวน

โดยตรงกบความดนยอยของแกสทอยเหนอสารละลายนน”

c P

c = kP

c = ความเขมขนในหนวย mol/dm3 ของแกสในสารละลาย

P = ความดนยอยของแกสเหนอสารละลาย

k = คาคงทของ Henry, ซงขนกบอณหภมเทานน มหนวยเปน mol/dm3.atm

รปท 15. แสดงการอธบายกฎของเฮนร

รปท 16. Effect of pressure on

the solubility of a gas

(a) solution equilibrium (b)

system not at equilibrium (c)

equilibrium again.

(a) (b) (c)

Gas compressed into a smaller volume increases the number of molecules per unit volume.

The concentration of the solution increases

ตวอยาง ตวอยาง 66 การละลายของแกสไนโตรเจนบรสทธท การละลายของแกสไนโตรเจนบรสทธท 25 25 ooCC และ และ 1 1 atmatm มคาเปน มคาเปน 66..8 8 x x 1010--44 mol/dmmol/dm33

จงคานวณความเขมขนของแกสไนโตรเจน เมอความดนยอยของแกสไนโตรเจนมคาเปน จงคานวณความเขมขนของแกสไนโตรเจน เมอความดนยอยของแกสไนโตรเจนมคาเปน 00..78 78 atmatm

คานวณคาคงท Henry, k จากสมการc = kP

6 8 x 10-4 mol/dm3 = k (1 atm)6.8 x 10 mol/dm k (1 atm)k = 6.8 x 10-4 mol/dm3. atm

ดงนนความเขมขนของแกสไนโตรเจน เมอความดนยอยเทากบ 0.78 atm จะเปน

c = (6.8 x 10-4 mol/dm3 . atm)(0.78 atm)

= 5.3 x 10-4 mol/dm3

= 5 3 x 10-4 M= 5.3 x 10 M

การลดลงของการละลายของแกสไนโตรเจนเปนผลจากการลดความดนยอยจาก 1 atm เปน 0.78 atm

11/16/2009

16

แกสสวนใหญประพฤตตามกฎของ แกสสวนใหญประพฤตตามกฎของ Henry Henry ยกเวนแกสทละลายนาไดทาปฏกรยากบนา ทาใหการละลายเพมขนยกเวนแกสทละลายนาไดทาปฏกรยากบนา ทาใหการละลายเพมขน

NHNH33 + H+ H22OO NHNH44++ + OH+ OH--

Phenolphthalein is colorless in acidic solution.

Phenolphthalein is pink in basic solution.

รปท 17. แสดงนาพแอมโมเนย

ตวอยาง 7. ตวอยางท gas ละลาย

1. CO2 + H2O H2CO3

2. Hb + 4O2 Hb(O2)4

ปกตการละลายของ O2 ในนา = 3.5 x 10-4 mol/dm3 ท P = 1 atm

88. . สมบตคอลลเกตฟของสารละลายนอนอเลกโทรไลทสมบตคอลลเกตฟของสารละลายนอนอเลกโทรไลท

เปนสมบตทางกายภาพเฉพาะของสารละลายทขนกบความเขมขน

ไ ของตวถกละลาย แตไมขนกบชนดของตวถกละลาย:

◦ การลดลงของความดนไอ (Vapor pressure lowering, VPL)

◦ การเพมขนของจดเดอด (Boiling point elevation)

◦ การลดลงของจดเยอกแขง (Freezing point depression)

◦ ความดนออสโมตก (Osmotic pressure)

◦ *ความเขมขนของสารละลาย 0.2 M

รปท 18. A molecular view of Raoult’s law

88..1 1 การลดลงของความดนไอการลดลงของความดนไอ

สาหรบสารละลายทตวถกละลายไมมการแตกตวและไมระเหย พบวาความดนไอของตวทาละลายทอยเหนอสารละลายนนจะตากวาของตวทาละลายบรสทธ ซงเปนไปตามกฏของ Raoultกฏของ Raoult

“ความดนไอของสารละลาย, P1, จะเทากบผลคณของเศษสวนโมลของตวทาละลายในสภาวะของเหลว, P1

o ทอณหภมเดยวกน”

Psolution = Psovent = P1 = x1 P1o

n1 n2 เปนจน โมลของตวทาละลายและตวถกละลาย ตามลาดบ

ความดนไอของตวทาละลายบรสทธ (เปนคาคงตว, proportional constant)ความดนไอของตวทาละลายในสารละลาย, (องคประกอบท 1)

เศษสวนโมลของตวทาละลาย (องคประกอบท 1)

n1, n2 เปนจน. โมลของตวทาละลายและตวถกละลาย ตามลาดบ

n1 n1

n1 + n2 n1 + n2P1 = x1 =P1

0

11/16/2009

17

P1 = x1 P1o

ความดนไอทลดลง, P เปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนในหนวยเศษสวนโมลของตวถกละลายในสารละลายนน

P = P1o - P1

= P o – x P o (แทนคา P )

w1, w2 = นน.ขององคประกอบท 1 (ตวทาละลาย) และ องคประกอบท 2 (ตวถกละลาย) ตามลาดบ

M1,M2 = นน.โมเลกลขององคประกอบท 1 (ตวทาละลาย) และองคประกอบท 2 (ตวถกละลาย) ตามลาดบ

P1 – x1 P1 (แทนคา P1)

P = P1o (1- x1)

แตสารละลายมเพยง 2 องคประกอบ ผลบวกของเศษสวนโมล เทากบ 1

x1 + x2 = 1 : x2 = 1- x1

x2 = เศษสวนโมลของตวถกละลาย (องคประกอบท 2)

P = P1ox2 n2= P1o

P =

2

n1 + n2

P1o w2

M2

( )

+ w1 w2

M1 M2

[ ]

กฏของ กฏของ RaoultRaoult:: PP11 = x= x11 PP11oo

ถาองคประกอบทงสองของสารละลายระเหยไดถาองคประกอบทงสองของสารละลายระเหยได

PT = PA + PB PA = XA PA

o

PB = XB PBo

PA และ PB เปนความดนยอยเหนอสารละลายของ A และ B PA

o และ PBo เปนความดนไอของตวทาละลายบรสทธ

XA และ XB เปนเศษสวนโมลของตวทาละลาย A และ B ตามลาดบ

PT = XA PAo + XB Pb

o

เชน benzene, toluene = 1 mol ให XA = 1/2, XB = 1/2 PA

o = 76 mmHg PB

o = 24 mmHg PT = 1/2 (76 mmHg) + 1/2 (24 mmHg) = 50 mmHg Pexptl = 51 mmHg ~2 %

R l ti

HsolnTemperature change

h l ti i

Deviation from

R lt’ l

Example

ตารางท ตารางท 33.. สมบตของสารละลายสมบตของสารละลาย

Relative

attractive force

when solution is

formed

Raoult’s law

A-A, B-B = A-B

A-A, B-B < A-B

A A B B > A B

Zero

Negative

(exothermic)

P iti

None

Increase

D

None

(Ideal soln)

Negative

P iti

Benzene -

Chloroform

Acetone-Water

Eth l hA-A, B-B > A-B Positive

(endothermic)

Decrease Positive Ethanol-hexane

Example Example 88.. At At 25 25 ooCC, the vapor pressure of pure water is , the vapor pressure of pure water is 2323..76 76 mmHg and that of an aqueous urea mmHg and that of an aqueous urea

solution is solution is 2222..98 98 mmHg. Estimate the mmHg. Estimate the molalitymolality of the solution.of the solution.

Answer From equation (Answer From equation (1212..33) we write) we write

P = (23.76-22.98) mmHg = X2 (23.76 mmHg)( ) g 2 ( g) X2 = 0.033 n2

X2 = n1 + n2

By definition Where n1 and n2 are the numbers of moles of solvent and solute, respectively.

Since the solution is dilute, we can assume that n1 is much larger than n2, and we can , 1 g 2,write

n2

X2 = n2 / n1 (n1 >> n2) n1 + n2

n2 = n1 X2

11/16/2009

18

1000 g H2O x 1 mol H2O = 55.49 mol H2O

The number of moles of water in The number of moles of water in 1 1 kg of water iskg of water is

18.02 g H2O

And the number of moles of urea present in 1 kg of water is

n2 = n1 X2 = (55.49 mol)(0.033)

= 1 8 m= 1.8 m

Thus, the concentration of the urea solution is 1.8 m

สารละลายสมบรณแบบสารละลายสมบรณแบบ (Ideal Solution)(Ideal Solution)

ถาพลงงานทใชในการแยกตวถกละลายและแยกตวทาละลาย (Hdiss) ม ( diss)ขนาดเทากบพลงงานทคายออกมาเมอตวถกละลายและตวทาละลายดงดดกน

(Hbind)

Hsoln = Hdiss + Hbind = 0

สารละลายทไดเรยกวา สารละลายสมบรณแบบ

◦ Hsoln = 0 ideal solution

◦ Hsoln 0 non-ideal solution

สารละลายสมบรณแบบ คอสารละลายท solute และ solvent มสมบตใกลเคยงกน คอ

◦ โครงสรางคลายกน◦ ขนาดใกลเคยงกน◦ แรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแบบเดยวกน

เชน SiCl4 + CCl4 Hsoln = 0

การจดเรยงตวของสารเปลยนแปลงไป

Solvent บรสทธ Ideal Solution Non-ideal Solution

ความดนไอเหนอของเหลวความดนไอเหนอของเหลว (Vapor Pressure)(Vapor Pressure)

ความดนไอ คอ ความดนของสารในสภาวะแกสเหนอของเหลว ทสมดลระหวาง

ของเหลวและแกสทอณหภมนน ๆณ ๆ

◦ ความดนไอเกดจากสารทผวของของเหลวระเหยกลายเปนไอ เนองจากสารทผวมแรงยดเหนยวนอยกวาสารดานลาง

◦ ความดนไอขนกบชนดของสาร และอณหภม

สมดลระหวางของเหลวและไอ

11/16/2009

19

ความดนไอของสารละลายสมบรณแบบความดนไอของสารละลายสมบรณแบบ

ราอลท (Raoult) ไดศกษาพฤตกรรมความดนไอของสารในสารละลายสมบรณแบบ

สรปวา

ทอณหภมคงท ความดนไอของสารองคประกอบในสารละลาย (Pi) มคาเทากบผลคณ

ระหวางเศษสวน

โมลของสาร (Xi) กบความดนไอของสารบรสทธ (Pi°)

Pio Pi

Pi° > Pi

Pi = xi Pi°

สารบรสทธ (i) สารละลาย

ถาสารละลายประกอบดวยสาร A และ B

PA = xA PA°

PB = xB PB°

Ptotal = PA + PB

◦ Ptotal = ความดนรวม

◦ PA, PB = ความดนไอของสาร A และ B ในสารละลาย

◦ PAo, PB

o = ความดนไอของสาร A และ B บรสทธ

◦ xA, xB = เศษสวนโมลของสาร A และ B ในสารละลาย

ถาสารละลายประกอบดวยสาร A, B, C …

Ptotal = PA + PB + PC + …

ถาทงตวทาละลายถาทงตวทาละลาย((11))และตวถกละลายและตวถกละลาย((22))ระเหยไดระเหยได◦ Psoln = P1 + P2

= x1P°1 + x2P°2

เสนกราฟความดนไอ

| | | | |

Pres

sure

P1 P2

Psoln

P1°

P2°

x1 + x2 = 1

Psoln = P1 + P2

เสนกราฟความดนไอ

75

ถาตวถกละลายถาตวถกละลาย((22))ไมระเหยและไมแตกตวไมระเหยและไมแตกตว (P(P22= = 00))◦ Psoln = P1 = x1P1°

x1

| | | | |

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

ตวอยางตวอยาง ความดนไอความดนไอ จงคานวณหา Psoln ท 30°C ของสารละลายสมบรณแบบ ซงประกอบดวย

C2H5OH และ C3H8OH โดย xEtOH = 0.75 P°EtOH =79.1 torr P°PrOH = 27.6 torr

Psoln = PEtOH + PPrOH

=(0.75x79.1) + (0.25x27.6) torr

P°EtOH-80

-60Psolnes

sure

xEtOH

| | | | |0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

PPrOHPEtOH

P°PrOH

-40

-20

-0

Pre

11/16/2009

20

สารละลายไมสมบรณแบบไมเปนไปตามกฎของราอลท

กฎของเฮนรสาหรบสารละลายเจอจาง ความดนไอของตวถกละลาย แปรผนตามความ : P = k x โ k ป เขมขนของตวถกละลาย: P2 = k2x2 โดย k2 เปนคาคงท

สาหรบสารละลายไมสมบรณแบบ

◦ ตวทาละลาย ใชกฎราอลท P1 = x1P1°

◦ ตวถกละลาย ใชตามกฎของเฮนร P2 = k2X2

Psoln = P1 + P2= x1P1° + k2x2

77

ความดนไอของสารละลายไมสมบรณแบบความดนไอของสารละลายไมสมบรณแบบ

เสนกราฟความดนไอของสลลเสนกราฟความดนไอของสลล..ไมสมบรณแบบไมสมบรณแบบ

Psoln = PA + PB

เมอ xA นอย

◦ A นอย (solute): Henry’s Law

◦ B มาก (solvent): Raoult’s Law

เมอ x มาก

PBPAPre

ssur

e

Psoln

เมอ xA มาก

◦ A มาก (solvent): Raoult’s Law

◦ B นอย (solute): Henry’s LawxA

| | | | |0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

PTมากกวา P

T

ตามกฏของราอลท

PTนอยกวา P

T

ตามกฏของราอลท

สารละลายสมบรณแบบIdeal Solution

รปท 20. แสดงสารละลายไมสมบรณ (ก) เกดการเบยงเบนไปทางบวกจาก

กฏของ Raoult (ข) เกดการเบยงเบนไปทางลบจากกฏของ Raoult

รปท 19. Ideal soln

A-A ~ B-B ~ A-B

Hsoln

= 0

T unchanged

Benzene-chloroform

A-A, B-B > A-B A-A, B-B < A-B

Hsoln

= + Hsoln

= -

Endothermic rxn Exothermic rxn

T TEthanol-hexane Acetone-water

สารละลายทเบยงเบนไปทางบวกจากกฎของ Raoult จะเกดจดเดอด

อาซโอโทปตาสด (minimum boiling azeotrope) ทมความดนไอสงกวา

องคประกอบบรสทธทงสองและเดอดทอณหภมตากวาองคประกอบบรสทธองคประกอบบรสทธทงสองและเดอดทอณหภมตากวาองคประกอบบรสทธ

ทงสอง เชน azeotrope mixture ของ C2H5OH (b.p. 78.5 oC)

95 % และ H2O (b.p. 100 oC) เดอดท 78 oC)

สารละลายทเบยงเบนไปทางลบจากกฏของ Raoult จะเกดจดเดอดอา

ซโอโทปสงสด (maximum boiling azeotrope) ทความดนไอตากวาซโอโทปสงสด (maximum boiling azeotrope) ทความดนไอตากวา

องคประกอบบรสทธทงสองและเดอดทอณหภมสงกวาองคประกอบบรสทธ

ทงสอง เชน 20 % HCl กบ 80 % H2O เดอดท 109 oC

11/16/2009

21

Solutions that exhibit large deviations from Raoult’s lawSolutions that exhibit large deviations from Raoult’s law

สารละลายทเบยง เบนทางบวกสารละลายทเบยง เบนทางบวก

รปท 21. The boiling point diagram for water-ethanol mixtures (not drawn to scale)

Note: This diagram is drawn grossly distorted. Look, for example, at the temperature scale and the position of the

95.6% value on the composition scale. The shapes of the two separate areas between the curves are also exaggerated.

This is to make it easier to see what is going on in what comes next. It doesn't affect the argument in any way.

รปท 22. The boiling point diagram for a two-component system. A solution of composition X1

boils at a temperature T1 and gives a vapor with a composition X2. When this vapor is condensed

and then reheated, it boils at a temperature T2 and gives a vapor with a composition X3.

88..2 2 การกลนลาดบสวน การกลนลาดบสวน ((Fractional distillation)Fractional distillation)

เป นการแยกของผสมท ร ะ เหยไดหลายองคประกอบออกจากกน

โดยอาศยจดเดอดทตางกน

b.p. benzene = 80.1 oC

b t l 110 6 oC b.p. toluene = 110.6 oC

รปท 23. Towers such as these in this oil refinery are

fractional distillation columns used to separate the

components of crude oil into gasoline, kerosene,

diesel oil, and so on.

11/16/2009

22

ประโยชนของการกลนลาดบสวนประโยชนของการกลนลาดบสวน

ในหองปฏบตการ: เพอใชในการทาใหสารทไดจากปฏกรยาเคม

บรสทธขน

ในทางอตสาหกรรม: อตสาหกรรมนามนจะใชการกลนลาดบสวน

ในการแยกนามนดบออกเปนสวนตาง ๆ รวมทง gasoline,

kerosene, oils และ paraffin

จงใชขอมลตอไปนในการตอบคาถามขอ จงใชขอมลตอไปนในการตอบคาถามขอ 11--33

ความดนไอของสารละลายทเกดระหวางเบนซน, C6H6 156 กรม กบ

k หนก 64 0 กรมมคาเปน 18 0 kP ท 50 oC ถาความดนไอunknown หนก 64.0 กรมมคาเปน 18.0 kPa ท 50 oC ถาความดนไอ

ของ C6H6 และ unknown บรสทธท 50 oC มคาเทากบ 20.0 kPa และ

10 kPa ตามลาดบ (สมมตสารละลายเปน ideal solution)

◦ จงคานวณเศษสวนโมลของ unknown

◦ จงคานวณจานวนโมลของ unknown

◦ จงคานวณมวลโมเลกลของ unknown ในหนวย กรม/โมล

สมบตคอลลเกทฟสมบตคอลลเกทฟ

สมบตทางกายภาพของสารละลายทขนกบความเขมขนของอนภาคตวถกละลายในสารละลาย และ ชนดของตวทาละลาย (เมอตวถกตวถกละลายในสารละลาย และ ชนดของตวทาละลาย (เมอตวถกละลายไมระเหยและไมแตกตว*) แตไมขนกบชนดของตวถกละลาย

การลดตาลงของความดนไอ

การสงขนของจดเดอด

87

การลดตาลงของจดเยอกแขง

ความดนออสโมตก

*กรณทตวถกละลายแตกตวเชนในสารละลายอเลกโทรไลตจะพจารณาตางหาก

การลดตาลงของความดนไอการลดตาลงของความดนไอ

ถาสารละลายม solute ทไมระเหย ผวหนาสารละลายจะมจานวนโมเลกลของ solvent นอยลง เพราะมโมเลกล solute ปะปนอย

Raoult’s Law: Psolution = xsolventP°solvent

11/16/2009

23

การคานวณหาความดนไอทลดตาลง

◦ตวทาละลายบรสทธ P = P°solvent

◦ตวทาละลาย+ตวถกละลาย

Psolution = xsolventP°solvent

◦ความดนไอทลดตาลงP = P°solvent – xsolventP°solvent

P = (1–xsolvent) P°solvent

P = xsolute P°solvent (xsolute + xsolvent = 1)

ตวอยางตวอยาง การลดลงของความดนไอการลดลงของความดนไอ สารละลายประกอบดวยซโครส (C12H22O11) หนก 68 g ในนา 1 kg ทอณหภม

28°C ความดนไอของนาบรสทธทอณหภมนมคาเทากบ 28.35 torr จงหาความ

ไดนไอของสารละลาย

molmolggn

molmolg

gn

solvent

solute

56.55/02.18

1000

20.0/30.342

68

9964.00036.010036.056.5520.0

20.0

solvent

solventsolute

solutesolute x

nnnx

torrtorrPxP solventsolventsolution 25.2835.289964.0

การเพมขนของจดเดอดและการลดลงของจดเยอกแขงการเพมขนของจดเดอดและการลดลงของจดเยอกแขง

เมอความดนไอของสารเปลยนแปลงไปเนองจากอทธพลของตวถกละลาย จดเดอดและจดเยอกแขงกจะเปลยนไปดวย

◦ จดเดอด (boiling point) คอ สภาวะทของเหลวและแกสอยในสมดลกน

◦ จดเยอกแขง (freezing point) คอ สภาวะทของแขงและของเหลวอยในสมดลกน

อณหภมทจดเดอด (Boiling point Temperature, Tb) และ

อณหภมทจดเยอกแขง (Freezing point Temperature,

Tf) ของสารขนกบความดน

◦ ท ความดน 1 atm อณหภม

ทจดเดอดและจดเยอกแขง

ป

1 atm

รปท 24. แผนผงวฏภาคแสดงการเพมขนของจดเดอดและการลดลงของจดเยอกแขงของสารละลาย ทมตวถกละลายทไมระเหยอยดวย

เรยกวา จดเดอดปกต

(normal boiling point) และ

จดเยอกแขงปกต (normal

freezing point)Tf Tb

จากผลการทดลองสรปไดวาจากผลการทดลองสรปไดวา

จดเยอกแขงของสารละลาย จะตากวาของตวทาละลายบรสทธ

จดเดอดของสารละลาย จะสงกวาของตวทาละลายบรสทธ

ความดนไอของสารละลาย จะตากวาของตวทาละลายบรสทธ

11/16/2009

24

จดเดอดเพมขน จดเดอดเพมขน (Boiling(Boiling--point elevation)point elevation)

สาหรบสารละลายเจอจาง: Tb และ Tf เปนสดสวนโดยตรงกบความดนไอทลดลง คอเปนสดสวน

โดยตรงกบความเขมขนในหนวยโมแลล (m) ของสารละลาย

∆ Tb = Tb - Tbo

Tbo คอ จดเดอดของตวทาละลายบรสทธ

Tb คอ จดเดอดของสารละลาย

Tb > Tbo Tb

o > 0

m คอ โมแลลลตของสารละลาย

Kb คอ คาคงทการเพมขนของจดเดอด

(molal boiling-point elevation constant) (oC/m)

∆ Tb = Kb m

จดเยอกแขงลดลง จดเยอกแขงลดลง (Freezing(Freezing--point depression)point depression)

สาหรบสารละลายเจอจาง: Tb และ Tf เปนสดสวนโดยตรงกบความดนไอทลดลง คอเปนสดสวน

โดยตรงกบความเขมขนในหนวยโมแลล (m) ของสารละลาย

∆ Tf = Tfo – Tf

Tfo คอ จดเยอกแขงของตวทาละลายบรสทธ

Tf คอ จดเยอกแขงของสารละลาย

Tfo > Tf ∆ Tf > 0

m คอ โมแลลลตของสารละลาย

Kf คอ คาคงทการเพมขนของจดเยอกแขง

(molal freezing-point depression constant) (oC/m)

∆ Tf = Kf m

ตารางท ตารางท 44. . คาคงทเกยวกบการเดอดและการแขงตวของตวทาละลายบางชนดคาคงทเกยวกบการเดอดและการแขงตวของตวทาละลายบางชนด

ตวทาละลาย สตร จดเดอดปกต* Kb จดเยอกแขงปกต* KfoC oC/m oC oC/m

Water H2O 100.0 0.52 0 1.86

Benzene C6H6 80.1 2.53 5.5 5.12

Ethanol C2H5OH 78.4 1.22 -117.5 1.99

Acetic acid CH3COOH 117.9 2.93 16.6 3.90

Cyclohexane C6H12 80.7 2.79 6.6 20.0

*ทความดน 1 บรรยากาศ

11/16/2009

25

ตวอยาง ตวอยาง 99.. Ethylene glycol (EG), CHEthylene glycol (EG), CH22(OH)CH(OH)CH22(OH) (OH) เปนสาร เปนสาร antifreeze antifreeze ในรถยนตละลายนาในรถยนตละลายนา

ไดและไมระเหย มจดเดอด ไดและไมระเหย มจดเดอด 197 197 ooCC จงคานวณจดเยอกแขงของสารละลายทประกอบดวย จงคานวณจดเยอกแขงของสารละลายทประกอบดวย EG EG

651651..00 00 กรม และนา กรม และนา 25052505..00 00 กรม เราสามารถเกบสารนไวในหมอนาในฤดรอนไดหรอไม มวลกรม เราสามารถเกบสารนไวในหมอนาในฤดรอนไดหรอไม มวล

โมเลกลของ โมเลกลของ EG EG คอ คอ 6262..0101 g/molg/mol

จานวนโมลของ ethylene glycol ในนา 1000 g หรอ 1 kg เทากบ

651 g EG x 1 mol EG x 1 kg H2O = 4.19 mol EG

62.01 g EG 2.505 kg H2O

แทนคาความเขมขน 4.19 m ลงในสมการ (5) จะได

Tf = (1.86 oC/m) (4.19 m)

= 7.79 oC

สารล ลายนจ แขงตวทอณหภม 0 7 79 oC 7 79 oCสารละลายนจะแขงตวทอณหภม = 0 - 7.79 oC = -7.79 oC

จดเดอดทเพมขนสามารถคานวณโดยวธเดยวกน

Tb = (0.52 oC / m) (4.19 m)

= 2.2 oC

สารละลายนจะเดอดทอณหภม = 100 + 2.2 = 102.2 oC

ดงนนเราสามารถเกบสารนไวในหมอนาของรถยนตในหนารอนเพอปองกนการระเหยของนาได

ColligativeColligative Properties of ElectrolytesProperties of Electrolytes

Because these properties depend on the number of particles dissolved, solutions of electrolytes (which dissociate in solution) show greater changes than those of non-electrolytes. e.g. NaCl dissociates to form 2 ion particles; its y g p ;limiting van’t Hoff factor is 2.

ColligativeColligative Properties of ElectrolytesProperties of Electrolytes

However, a 1 M solution of NaCl does not show twice the change in freezing point

that a 1 M solution of methanol does.

It doesn’t act like there are really 2 particles.

สารละลายอเลกโทรไลตสารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte solution)(Electrolyte solution)

สารอเลกโทรไลต: สารทแตกตวเปนไอออนเมอละลายอยในนา สารอเลกโทรไลต: สารทแตกตวเปนไอออนเมอละลายอยในนา

ตวถกละลายอาจแบงออกไดเปน

◦ สารอเลกโทรไลตแก (แตกตวทงหมด)

◦ สารอเลกโทรไลตออน (แตกตว 100%)

◦ สารนอนอเลกโทรไลต (ไมมการแตกตว)

100

การแตกตวของตวถกละลายทเปนสารอเลกโทรไลตจะทาใหความเขมขนของอนภาคตวถกละลายเพมมากขน สงผลถงสมบตคอลลเกทฟของสารละลาย

11/16/2009

26

สมบตคอลลเกทฟของสารละลายอเลกโทรไลตสมบตคอลลเกทฟของสารละลายอเลกโทรไลต

อณหภมจดเยอกแขงทเปลยนแปลงไปขนกบความเขมขนของตวถกละลาย ?

สารละลายนอนอเลกโทรไลต สารละลายอเลกโทรไลตแก

สาร m Tf, C สาร m Tf, CGlycerin 0.100 0.187 HCl 0.100 0.352

Sucrose 0.100 0.188 KNO3

0.100 0.331

Dextrose 0.100 0.186 KCl 0.100 0.345

Sucrose 0.200 0.376 Na2SO

40.100 0.434

Dextrose 0.200 0.372 CaCl2

0.100 0.494

Dextrose 0.300 0.558 NiCl2

0.100 0.538

ตวอยางตวอยาง สมบตคอลลเกทฟของสลลสมบตคอลลเกทฟของสลล..อเลกโทรไลตอเลกโทรไลต

สลล. HCl ความเขมขน 0.6 m

◦ กอนแตกตว หลงแตกตว

HCl H+(aq) + OH(aq)0.6 m 0.6 m 0.6 m

◦ ความเขมขนอนภาคของตวถกละลายเทากบ 0.6+0.6 = 1.2 M

◦Tf = Kfm= 1.8 °C/m x 1.2 m= 2.16 °C

ความเขมขนของอนภาคตวถกละลายอเลกโตรไลทขนกบจานวนไอออนทแตกตวได

◦NaCl Na+(aq) + Cl-(aq)NaCl Na (aq) Cl (aq)Tf = Kf (2 x CNaCl)

◦Na2SO4 2Na+(aq) + SO42- (aq)

Tf = Kf (3 x CNa2SO4)

ในความเปนจรง การแตกตวของสารอเลกโตรไลทจะลดลงเมอความ ในความเปนจรง การแตกตวของสารอเลกโตรไลทจะลดลงเมอความเขมขนเพมขน ทาใหคาการเปลยนแปลงจดเดอดจดหลอมเหลวทวดไดตางจากทคานวณได

Van’tVan’t Hoff FactorHoff Factor

Van’t Hoff Factor (i) คอจานวนไอออนทแตกตวจรงของตวถกละลายอเลกโตรไลท

มคาขนกบความเขมขนมคาขนกบความเขมขน

สารจานวน

ion

i factor ทความเขมขน

0.1 m 0.01 m 0.001 m dilute

กลโคส 1 1 1 1 1

104

NaCl 2 1.87 1.94 1.97 2.00

MgSO4

2 1.21 1.53 1.82 2.00

K2SO

43 2.32 2.69 2.84 3.00

11/16/2009

27

ผลของผลของ ii Factor Factor ตอสมบตคอลลเกทฟตอสมบตคอลลเกทฟ

สมบตคอลลเกทฟจะขนกบจานวนไอออนทแตกตว(i)ไดจรงของตวถกละลายอเลกโตรไลท

◦ P = i XsoluteP solv

◦Tf = i Kf m◦Tb = i Kbm◦ = i MRT

เราสามารถหาคา i ไดจากสมบตคอลลเกทฟทวดได เชน

i =คาTf ทวดไดของสารละลายอเลกโทรไลต

คาTf ทคานวณไดของสารละลายนอนอเลกโทรไลต

ii factor factor และปรมาณการแตกตวเปนและปรมาณการแตกตวเปน ionion

คาสมประสทธการแตกตว () หาไดจาก

1iปรมาณตวถกละลายทแตกตวจรง =

i = Van’t Hoff factorn = จานวนไอออนทไดจากการแตกตวของตวถกละลาย

11

niปรมาณตวถกละลายทแตกตวจรง

ปรมาณตวถกละลายกอนการแตกตว

ไมมการแตกตว M 10ไมมการแตกตว M=10

มการแตกตว 30% (=0.3)

รวม M = 7+(2x3) = 13

i = 13/10 = 1.3 ni 1

ตวอยางตวอยาง ii--factorfactor

NaCl ม i factor 1.87 จงคานวณหา สปส. การแตกตว

◦NaCl Na+ + Cl (v=2)( )

◦% การแตกตวเทากบ

87.012

187.1 =-

-=a

%87 %10087.0%

แบบฝกหดแบบฝกหด ถาสารละลาย NaCl(aq) ความเขมขน 1 molal มจดเยอกแขง -3.4 C

จงหาคา สปส.การแตกตวของ NaCl ในสารละลายน

83.1/853.1 1

4.3

molalCmolalC

mKT

i

miKT

f

f

ff

830183.11 i 83.0121

n

การแตกตวเทากบ 83%

11/16/2009

28

Solutions of ElectrolytesSolutions of ElectrolytesThe van’t Hoff factor (i) is used to modify the equations for

colligative properties

FPD: Tf = –i Kfm BPE: ∆Tb = i Kbm OP: π = i M RT

i is dependent on solution molality

i is the number of particles formed from each molecule of solute

(called the van’t Hoff factor)

88..44 ความดนออสโมตกความดนออสโมตก

Osmosis คอกระบวนการทตวทาละลายจากททมความเขมขนนอยไปยงททมความ

เขมขนของตวถกละลายมากโดยผานเยอบาง ๆ ทยอมใหตวทาละลายเทานนทผานไป

ได เยอนเรยกวา semipermeable membranes เชน ผนงเซลลของสงมชวต

รปท 25. Osmosis.

ความดนออสโมตกของสารละลายถกกาหนดใหเปนความดนออสโมตกของสารละลายถกกาหนดใหเปน

π = (n/V)RT = MRT

M = ความเขมขนในหนวยโมลาร

R = คาคงทของแกส = 0.0821 l . atm / K . mol

T = องศาสมบรณ, K

= มหนวยเปน, atm

Isotonic solution: สารละลาย 2 ชนดทมความเขมขนเทากนจะไมเกดออสโมซส

Hypotonic solution: สารละลายทมความเขมขนนอยกวาม ตากวา

Hypertonic solution: สารละลายทมความเขมขนมากกวามคา สง

รปท 26. Osmosis. Solvent molecules รปท 27. Because the two solutions have

pass more rapidly from the more

dilute solution into the more

concentrated solution.

unequal vapor pressures, there is a

gradual net transfer of solvent from the

more dilute solution to the more

concentrated one.

11/16/2009

29

ผลอยางเดยวกนกบกระบวนการทางออสโมซสสามารถศกษาไดโดยการพจารณาสารละลาย ผลอยางเดยวกนกบกระบวนการทางออสโมซสสามารถศกษาไดโดยการพจารณาสารละลาย 2 2

ชนด ทมความเขมขนของตวถกละลายพวกนอนอเลกโทรไลทตางกนทอยภายในภาชนะปดดงรปชนด ทมความเขมขนของตวถกละลายพวกนอนอเลกโทรไลทตางกนทอยภายในภาชนะปดดงรป

ทท 2299. . ผลตางของความดนไอทาใหเกดการถายเทตวทาละลายจากสารละลายเจอจางไปยงผลตางของความดนไอทาใหเกดการถายเทตวทาละลายจากสารละลายเจอจางไปยง

สารละลายเขมขนสารละลายเขมขน

รปท 29. แสดงการถายเทตวทาละลายจากสารละลายเจอจางสสารละลายเขมขน

รปท 28. แสดงกระบวนการออสโมซส และเครองมอวดความดนออสโมตก

รปทรปท 3300.. An apparatus for the measurement of osmotic pressure. When equilibrium is reached, An apparatus for the measurement of osmotic pressure. When equilibrium is reached,

the height of the liquid in the capillary is proportional to the osmotic pressure of the solution.the height of the liquid in the capillary is proportional to the osmotic pressure of the solution.รปท 31. An apparatus for the measurement of osmotic pressure. When equilibrium is reached,

the height of the liquid in the capillary is proportional to the osmotic pressure of the solution.

11/16/2009

30

ความดนออสโมตกของสารละลายถกกาหนดใหเปนความดนออสโมตกของสารละลายถกกาหนดใหเปน

ใ โ

= MRT ------- (a)

M = ความเขมขนในหนวยโมลารR = คาคงทของแกส = 0.0821 dm3 . atm / K . molT = อณหภมองศาสมบรณ

มหนวยเปน atm เนองจากการวดความดนออสโมตกกระทาทอณหภมคงท ดงนนจงใชหนวยความเขมขนเปนโม

ลาร ซงใชสะดวกกวาหนวยโมแลล

สารละลาย 2 ชนดทมความเขมขนเทากนยอมมความดนออสโมตกเทากน ซงเรยกวาสารละลายไอโซสารละลาย 2 ชนดทมความเขมขนเทากนยอมมความดนออสโมตกเทากน ซงเรยกวาสารละลายไอโซ

โทนก (isotonic solution) ถาสารละลาย 2 ชนด มความดนออสโมตกไมเทากน สารละลายทมความเขมขนมากกวา

จะเรยกวาสารละลายไฮเปอรโทนก (hypertonic solution) และสารละลายทมความเขมขนนอยกวาจะเรยกวา

สารละลายไฮโปโทนก (hypotonic solution) รปท 32. แสดงเซลลในสารละลายไอโซโทนก (a) สารละลายไฮไปโท

นก (b) และสารละลายไฮเปอรโทนก (c) โดยเซลลจะไมเปลยนแปลงใน (a) ขยายตวใน (b) และหดตวใน (c)

ความเขมขนตวถกละลายสงความเขมขนตวถกละลายสง

ความเขมขน

ตวถกละลายตา

รปท 32. แสดงเซลล (a) ในสารละลายไอโซโทนก (b) ในสารละลายไฮไปโทนก (c) ในสารละลายไฮเปอรโทนก

(a) (b) (c)

ความเขมขน

ตวถกละลายตา

ปรากฏการณความดนออสโมซสสามารถนาไปใชประโยชนไดหลายทางปรากฏการณความดนออสโมซสสามารถนาไปใชประโยชนไดหลายทาง

เชน ในการศกษาองคประกอบของเซลลเมดเลอดแดงทมผนงเซลลเปนเยอ semipermeable นกชวเคมใชเทคนคฮโมไลซส (hemolysis) โดยนาเซลลเมดเลอดแดงใสลงในสารละลายไฮโปโทนค ซงมความเขมขนเจอจางกวาสารละลายภายในเซลล นาจงเคลอนทเขาไปในเซลล ดงแสดงในรปท 32. b เซลลจะขยายตวและแตกในทสดทาใหฮโมโกลบนและโมเลกลอน ๆ แยกออกจากผนงเซลล เพอใชในการหาปรมาณองคประกอบตาง ๆ เหลานตอไป

ตวอยางอนทใชความรเกยวกบความดนออสโมตก คอการถนอมอาหารในรปของแยมและเจลล โดยเตมนาตาลลงไปในปรมาณมากเพอชวยฆาแบคทเรยทอาจทาใหอยภายในเซลล จะเคลอนทออกจากเซลลแบคทเรยสสารละลายภายนอกทมความเขมขนมากกวาโดยกระบวนการออสโมซส กระบวนการนเรยกอกอยางหนงวา ครเนชน (crenation) ทาใหเซลลหดตวและในทสดสามารถทางานได นอกจากนความเปนกรดตามธรรมชาตของผลไม สามารถยบยงการเจรญเตบโตของแบคทเรยไดอกดวยญ

ความดนออสโมตกยงเปนสวนสาคญของกลไกการลาเลยงนาไปสสวนตาง ๆของตนไม เนองจากใบไมสญเสยนาสอากาศตลอดเวลาโดยการระเหย ความเขมขนของตวถกละลายทใบขไมมคาเพมขน นาจงถกพลกดนขนไปตามลาตนและกงกานสาขาของตนไมดวยความดนออกสโมตก อาจมคาสงถง 10-15 atm เพอใหนาไปถงยงใบไมทอยบนยอดของตนไมแดงแหงแคลฟอรเนย ซงสงถง 120 เมตร

ตวอยาง ตวอยาง 1100.. ถาความดนออสโมตกเฉลยของนาทะเลมคาประมาณ ถาความดนออสโมตกเฉลยของนาทะเลมคาประมาณ 3030..0 0 atmatm ท ท 25 25 ooCC จงคานวณจงคานวณ

ความเขมขนในหนวยโมลารของสารละลายยเรย ความเขมขนในหนวยโมลารของสารละลายยเรย (NH(NH22CONHCONH22) ) ทเปนสารละลายไอโซโทนกกบนาทเปนสารละลายไอโซโทนกกบนา

ทะเลทะเล

สารละลายยเรยเปนสารละลายไอโซโทนกกบนาทะเล จงมความดนออสโมตกเทากนคอ

3 ใ ( ) ไ 30.0 atm ใชสมการ (a) คานวณจะได

= MRT

M = = 30.0 atm

RT (0.0821 dm3 . atm / K . mol)(298 K)

= 1.23 mol/ dm3

= 1.23 M

11/16/2009

31

88..5 5 การใชสมบตคอลลเกตฟในการคานวณมวลโมเลกลการใชสมบตคอลลเกตฟในการคานวณมวลโมเลกล

ในทางทฤษฎ สามารถนาสมบตคอลลเกตฟของสารละลายมาใช

ในการหามวลโมเลกลของสารได แตในทางปฏบตจะใชเพยงการ ฏ

ลดลงของจดเยอกแขง และความดนออสโมตก ดงแสดงใน

ตวอยางตอไปน

ตวอยาง ตวอยาง 1111.. เมอนาสารประกอบทมสตรเอมไพรกลป เมอนาสารประกอบทมสตรเอมไพรกลป CC55HH44 หนก หนก 77..8585 กรมมาละลายในกรมมาละลายใน

เบนซน เบนซน 301 301 กรม พบวาจดเยอกแขงของสารละลายลดลง กรม พบวาจดเยอกแขงของสารละลายลดลง 11..05 05 ooCC ตากวาจดเยอกแขงของตากวาจดเยอกแขงของ

เบนซน บรสทธ จงคานวณมวลโมเลกลและสตรโมเลกลของสารประกอบนเบนซน บรสทธ จงคานวณมวลโมเลกลและสตรโมเลกลของสารประกอบน

จากสมการ (5) และคาคงทในตาราง 3 จะได

m = Tf = 1.05 oC = 0.205 mKf 5.12 oC/m

จานวนโมลของตวถกละลายในตวทาละลาย 301 g หร 0.301 kg เปน0.205 mol x 0.301 kg solvent = 0.0617 mol

1 kg solvent

มวลโมเลกลของตวถกละลาย = 7.85 g = 127 g/mol g g0.0617 mol

เมอมวลสตรของ C5H4 เปน 64 g/mol และมวลโมเลกลเปน 127 g/mol ดงนน สตรโมเลกลของสารประกอบนคอ C10H8 (naphthalene)

ตวอยาง ตวอยาง 1122.. สารละลายทไดจากการเตรยมโดยละลายฮโมโกลบน สารละลายทไดจากการเตรยมโดยละลายฮโมโกลบน ((HbHb) ) หนก หนก 3535..0 0 g g

ในนาจนมปรมาตรสดทายเปน ในนาจนมปรมาตรสดทายเปน 1 1 dmdm33 มความดนออสโมตกเปน มความดนออสโมตกเปน 1010..0 0 mm Hg mm Hg ท ท 25 25 ooCC

จงคานวณมวลโมเลกลของฮโมโกลบนจงคานวณมวลโมเลกลของฮโมโกลบน

ใชสมการ (6) คานวณความเขมขนของสารละลาย

= MRT MRT

M = = 10.0 mm Hg x 1 atm = 5.38x10-4 M

RT 760 mm Hg

(0.0821 dm3 . atm / K . mol)(298 K)

ในสารละลาย 1 dm3 ยอมม Hb เทากบ 5.38x10-4 mol เรานาปรมาณนไปคานวณมวลโมเลกลของ Hb ได

จานวนโมลของ Hb = มวลของ Hbจานวนโมลของ Hb = มวลของ Hb

มวลโมเลกลของ Hb

มวลโมเลกลของ Hb = มวลของ Hb

จานวนโมลของ Hb

= 35.0 g = 6.51x104 g/mol

5.38x10-4 mol

Tf = (1.86 oC/m) (5.38 x 10-4 m)

= 1 00 x 10-3 oC

เราสามารถวดความดน 10.0 mmHg ดงในตวอยาง 12 ไดอยางงาย และถกตอง ดวยเหตผลน การวดความดนออสโมตกจงเปนวธท

เหมาะกบการหามวลโมเลกลของโมเลกลทมมวลโมเลกลสง ๆ เชนโปรตนหรอพอลเมอร ตอไปนจะเปนการเปรยบเทยบการหามวล

โมเลกลของฮโมโกลบนโดยวธการลดลงของจดเยอกแขง ถาสารละลายเจอจางมากเราอาจสมมตใหความเขมขนในหนวยโมลลารมคา

เทากบหนวยโมแลล (ถาความหนาแนนของสารละลายเปน 1 g/cm3) เราได

= 1.00 x 10 C

สมบตคอลลเกตฟของสารละลายอเลกโทรไลท: NaCl, KNO3, Na2SO4, MgCl2

Tb = ί Kb m

Tf = ί Kf m

= ίMRT

ί = Van’t Hoff factor

ί = จานวนจรงของอนภาคในสารละลายหลงการแตกตว

จานวนหนวยสตรทละลายในสารละลาย

11/16/2009

32

Example Example 1313.. The osmotic pressure of The osmotic pressure of 00..010 010 M potassium iodide solution (KI) at M potassium iodide solution (KI) at 25 25 ooCC is is

00..465 465 atm. Calculate the atm. Calculate the van’tvan’t Hoff factor for KI at this concentration. Hoff factor for KI at this concentration.

AnswerAnswer From Equation we writeFrom Equation we write

ί = MRT

= 0.465 atm

(0.010 M)(0.0821 L atm/K mol)(298 K)

= 1.90

Colligative properties of electrolyte solutionsColligative properties of electrolyte solutions

(a) (b)

รปท 33.(a) Free ions and (b) ion pairs in solution. Such an ion pair bears no

net charge and therefore cannot conduct electricity in solution.

ตารางทตารางท 55. Values of the van’t Hoff factor at various concentrations. Values of the van’t Hoff factor at various concentrations

Concentration (mol/kg of H2O) ί F t ( g 2 ) ί Factor

If completely dissociated

Salt 0.1 0.01 0.001

NaCl 1.87 1.94 1.97 2.00

KCl 1.85 1.94 1.98 2.00

K2SO4 2.32 2.70 2.84 3.00

MgSO4 1.21 1.53 1.82 2.00

รปท 34. Desalination by reverse osmosis. (a) If no pressure is applied to the salt

solution, osmosis occurs in the normal direction. (b) Reverse osmosis occurs when a

pressure larger than the osmotic pressure is applied to the solution.

11/16/2009

33

ColloidsColloids

A colloid is a dispersion in an appropriate medium for particles ranging in

size from about 1 to 1000 nm. (อนภาคของ dispersed phase (ตวกระจด( p p (

กระจาย) ใน continuous phase (ตวทากระจาย)

ขนาดของอนภาค)

1 nm < 1-200 nm < 200 nm

1-1000 nm 1000 nm

Solution colloid suspension

อนภาคมขนาดเลก

เมอเทยบกบความยาวคลนแสง 400-720

อนภาคมขนาดใหญ

เมอเทยบกบความยาวคลนแสง

Tyndall effectTyndall effect

แบงเปน แบงเปน 22 ชนดชนด

1 H d hili (ชอบนา) h l bi 1. Hydrophilic (ชอบนา): enzymes hemoglobin

antibodies

2. Hydrophobic (เกลยดนา) ทาใหเสถยร โดยการดดซบ

ไอออนทมประจตรงกนขามทผว

ชนดของชนดของ colloidscolloids

Colloids can occur in any phase

◦ Wh th ti l di i h l◦ When the particles are disperse in a gas, we have an aerosol

◦ When dispersed in a liquid or solid, the state of the particles determines

what we get

◦ Gas: foam, solid foam Gas: foam, solid foam

◦ Liquid: emulsion, solid emulsion Liquid: emulsion, solid emulsion

◦ Solid: sol, solid sol

11/16/2009

34

Colloids Colloids บางชนดทควรรบางชนดทควรร

ระบบของคอลลอยดทมอนภาคของคอลลอยด (dispersion phase) เปนของแขงแขวนลอยในของเหลว เรยกวา sols เชน ผงทองคา กามะถน Fe2O3 หรอ AgCl ในนาเปนตน

Gel เชนเดยวกบ sols คอมอนภาคของ colloids เปนของแขงแขวนลอยในของเหลว แตอนภาค เปนโมเลกลใหญ เชน โปรตน แปงหรอ polymers การแขวนลอยของของแขงในของแขงกเปน gel เชนเดยวกน แตบางทเรยกวา solid sol เชนพลอยทมส โลหะผสม เชนเหลกกลา พลาสตก เปนตน

Emulsions เปนการแขวนลอยของอนภาค colloids ทเปนของเหลวในของเหลว เชน นามนในนาสมสายช นม และครม เปนตน emulsion สวนหนงจะไมคอยเสถยร จะตองมสารทสามใสลงไปเรยกวา emulsifying agent เพอทาให emulsion เสถยร จงทาหนาทเปน stabilizing agent ไปในตวดวย เชน สบ หรอผงซกฟอกเปน emulsifying agent สาหรบ นามนกบนา เปนตน

Aerosols เปนระบบคอลลอยดทมอนภาคคอลลอยด อาจเปนของแขงหรอของเหลว แขวนลอยในแกส มลกษณะเปนควนหรอหมอก ตวอยางเชน ของแขงหรอของเหลวแขวนลอยในอากาศ ป ป สเปรยชนดตาง ๆ เปนตน

Liquid foam เปนระบบคอลลอยดทมอนภาคแขวนลอยเปนแกสในของเหลว เชน ฟองสบ ครมโกนหนวด whipped cream โฟมบนเบยร

Solid foam เปนระบบคอลลอยดทมอนภาคแขวนลอยเปนแกสในของแขง เชน ฟองนา สบกอนยาง เปนตน

ตารางทตารางท 66.. Types of colloidsTypes of colloids

Continuous Phase Dispersed Phase Name Example

Gas Liquid Aerosol Fog, mist

Gas Solid Aerosol Smoke

Liquid Gas Foam Whipped cream

Liquid Liquid Emulsion Mayonnaise

(oil dispersed in water)

Liquid Solid Sol AgCl (s) dispersed in H2O

Solid Gas Foam Pumice, plastic foams

Solid Liquid Gel Jelly, opal

( i l ith li id (mineral with liquid

inclusions)

Solid Solid Solid sol Ruby glass (glass with

dispersed metal)

Hydrophilic and Hydrophobic colloids

Enzymes, antibodies

ความเสถยรภาพของคอลลอยดความเสถยรภาพของคอลลอยด

เสถยรในตวเอง เชน กาว นาแปง นาสบ

เสถยรเนองจากสารอน เสถยรเนองจากสารอน

◦ มสารอนปองกน ( emulsifying agent)

เชน นาสบ + หยดนามนในนา

◦ คอลลอยดทดดซบไอออน เชน Fe(OH)3 ดดซบ H+ ,

As2S3

ดดซบ OH- และ SH-Fe(OH)3 particle F (OH) ti l d d Fe(OH)3 particle

surrounded by Cl- ionsFe(OH)3 particle surrounded

by PO43- ions

รปท 35. Layers of ions surrounding charged colloidal particles. (A) A positively charged colloidal particle of iron

(III) hydroxide surrounded by chloride ions. (B) The same colloidal particle surrounded by phosphate ions.

Because these ions gather more closely to the colloidal particles, coagulation is more likely to occur.

11/16/2009

35

กลไกการทาความสะอาดของสบกลไกการทาความสะอาดของสบ

Micelles: โมเลกลคอลลอยดทมปลาย hydrophobic (ไมละลายนา) และปลาย hydrophilic ท

ละลายนาได Association colloids: คอลลอยดท dispersed phase ประกอบดวย micelles

สบ สบ:

CH3CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2COO-

hydrophobic end hydrophilic end

stearate ion

รปท 36. A stearate micelle in a water solution. Stearate ions associate in groups (micelles), with their

hydrocarbon ends pointing inward. The ionic ends, on the outside of the micelle, point into the water solution.

ผงซกฟอก: CH3CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2OSO3-Na+

Sodium lauryl sulfate

รปท 37. The cleansing action of soap. The hydrocarbon ends of soap ions gather

around an oil spot forming a micelle that can be washed away in the water.

รปทรปท 3838.. A A stearatestearate micelle in water solution. micelle in water solution. StearateStearate ions associate in groups (micelles), with their ions associate in groups (micelles), with their

hydrocarbon ends pointing inward. The ionic ends, on the outside of the micelle, point into the hydrocarbon ends pointing inward. The ionic ends, on the outside of the micelle, point into the

water solution.water solution.

sion

Co

Susp

ens

olloid

รปทรปท 3939.. A Suspension and a ColloidA Suspension and a Colloid

11/16/2009

36

การแยกอนภาคคอลลอยดการแยกอนภาคคอลลอยด อเลกโตรโฟรซส (Electrophoresis); แยกอนภาคคอลลอยดทมประจและมขนาดแตกตางกนออกจากกน

โดยใชหลก การผานกระแสไฟฟากระแสตรงในระบบ อนภาคประจตรงขามกบขวไฟฟาจะวงเขาหาขวไฟฟานน เชน Fe(OH)3

-H+, แยกโปรตนทม MW. ตางกน

ไดอะลซส (Dialysis); แยกไอออนและโมเลกลทมขนาดเลกออกจากระบบ colliods เชน เครองไตเทยม

Description: Two colored solutions are mixed together and placed in dialysis tubing. When the dialysis bag is put

in a large beaker of water, the dialysis membrane will allow only one of the colored solutions to dialyze into the

water in the surrounding beaker, while the other remains in the dialysis bag.

1111. . สรปสรป

สารละลายเปนของผสมเอกพนธขององคประกอบ 2 ชนดหรอมากกวา 2 ชนดหรอมากกวา 2 ชนด อาจเปนของแขง, ของเหลว, หรอแกส

ความงายของการละลายของตวถกละลายในตวทาละลาย ถกกาหนดโดยแรงโ ใ กระทาระหวางโมเลกล แรงผลกดนในกระบวนการเกดสารละลายอยท

พลงงานและความไมเปนระเบยบอนเปนผลจากการทโมเลกลของตวถกละลายและตวทาละลายผสมกนเกดเปนสารละลาย

หนวยของความเขมขนของสารละลายไดแก มวลเปอรเซนต, เศษสวนโมล, โมลาร และโมแลล การใชหนวยใดใหเลอกตามความเหมาะสม

การเพมอณหภมจะเปนการเพมการละลายของของแขงและของเหลวในตวทาละลายของเหลว แตจะลดการละลายของแกสในของเหลว

กฎของ Henry กลาวไววา การละลายของแกสในของเหลวจะเปนสดสวน กฎของ Henry กลาวไววา การละลายของแกสในของเหลวจะเปนสดสวนโดยตรงกบความดนไอของแกสทอยเหนอสารละลายนน

สรปสรป กฎของ Raoult กลาวไววา ความดนยอยของสาร A ทอยเหนอสารละลายมคาเทากบผล

คณของเศษสวนโมล (XA) ของ A กบความดนไอของตวทาละลายบรสทธ (PAo) นนคอ

PA = XAPAo สารละลายสมบรณจะเปนไปตามกฎของ Raoult ในชวงของความเขมขน

คอนขางกวาง ในทางปฏบตมสารละลายจานวนนอยมากทมพฤตกรรมสมบรณ คอนขางกวาง ในทางปฏบตมสารละลายจานวนนอยมากทมพฤตกรรมสมบรณ สาหรบสารละลายทประกอบดวยตวถกละลายและตวทาละลายทระเหยได (A และ

คอนขางกวาง ในทางปฏบตมสารละลายจานวนนอยมากทมพฤตกรรมสมบรณ

สาหรบสารละลายทประกอบดวยตวถกละลายและตวทาละลายทระเหยได (A และ B) ความดนรวม จะเทากบผลรวมของความดนยอยทงสอง

สาหรบสารละลายสมบรณ Ptotal = PA + PB = XAPAo + XBPB

o

สมบตคอลลเกตฟของสารละลายไดแก การลดลงของความดนไอ, การเพมขนของจดเดอด, การลดลงของจดเยอกแขง และความดนออสโมตก เปนสมบตของสารละลายท

ขนกบจานวนโมลของตวถกละลาย แตไมขนกบชนดของตวถกละลาย

ในสารละลายอเลกโทรไลท แรงดงดดระหวางไอออนบวกและไอออนลบทาใหเกดไอออนค ทาใหลดจานวนอนภาคทอยในสารละลาย สมบตคอลลเกตฟตาง ๆ ของสารละลาย จะมคาลดลงกวาคาทคาดคะเนไว จากทสารอเลกโทรไลทจะแตกตวไดหมด

Thank youThank you

11/16/2009

37

http://mulinet6.li.mahidol.ac.th/cd-rom/cd-rom0304t-2/index.htm