Colligative Propertiesจุ�ดประสงค์จุ�ดประสงค์

ทดลองหาจุ�ดเด�อดและจุ�ดหลอมเหลวของสารละลาย

ศึ�กษาสมบั�ติ�ค์อลล�เกท�ฟของสารละลาย

• Applications–salting icy roads–making ice cream

–antifreeze•cars (- 64°C to 136°C)

•fish & insects

การศึ�กษาจุ�ดเด�อด - จุ�ดหลอมเหลว(หร�อจุ�ดเย�อกแข!ง) ของสารละลายเปร"ยบัเท"ยบัก�บัจุ�ดเด�อด - จุ�ดหลอมเหลว(จุ�ดเย�อกแข!ง) สารบัร�ส�ทธิ์�$ท"%เป&นติ�วท(าละลายในสารละลายน�*น

น(*าเชื่�%อม --- น(*า

น(*าเชื่�%อม --- น(*า

สมบั�ติ� ค์อลล�เกท�ฟ หมายถึ�งสมบั�ติ�กายภาพของสารละลายท"%ข�*นอย01ก�บัจุ(านวนอน�ภาค์ของติ�วละลาย (solute) หร�อ ค์วามเข2มข2นของสารละลาย(solution) แติ1 ไม1ข�*นก�บัชื่น�ดของติ�วละลาย

ทฤษฎี"

สมบั�ติ�ค์อลล�เกท�ฟในระด�บัน"*เน2นเฉพาะสารละลาย

non-electrolyte

• ติ�วละลายติ2องเป&นสารระเหยยาก

•ติ�วละลายติ2องไม1แติกติ�วเป&นไอออน**

จุ�ดเด�อด ( Boiling point , B.P.) & จุ�ดเด�อดปกติ�อ�ณหภ0ม�ขณะท"%ของเหลวม"ค์วามด�นไอเท1าก�บัค์วามด�นบัรรยากาศึ ค์�อจุ�ดเด�อดของสาร ถึ2าค์วามด�น

บัรรยากาศึขณะน�*นเท1าก�บั 1 atm ( บัรรยากาศึ ) เร"ยก

อ�ณหภ0ม�ขณะเด�อดน�*นว1า จุ�ดเด�อดปกติ� ( normal

boiling point )

อ�ณหภ0ม�ท"%ของเหลวเปล"%ยนสถึานะเป&นของแข!ง

จุ�ดหลอมเหลว ( Melting point , M.P.)จุ�ดหลอมเหลว ( Melting point , M.P.) อ�ณหภ0ม�ท"%ของแข!งเปล"%ยนสถึานะเป&นของเหลว โดยจุะม"ชื่1วงอ�ณหภ0ม�

ของการหลอมเหลว

จุ�ดเย�อกแข!ง ( freezing point ,

F.P. )

0.5 cm

การเติร"ยมหลอดค์ะป9ลลาร"

ติ(าแหน1งหลอมป9ด

ติาราง 1 .1จุ�ดเด�อดของสารละลายและติ�วท(า

ละลายบัร�ส�ทธิ์�$สาร ค์วาม

เข2มข2นB.P.

( C ) Tb

( C )

Ethanol ( EtOH )

--- 78.50 ----

Glycerol ใน EtOH

1.0 m

79.72 1.22

Glycerol ในEtOH

2.0 m

80.94 2.44

ติาราง 1.2 จุ�ดเด�อดของสารละลายและติ�วท(า

ละลายบัร�ส�ทธิ์�$สาร ค์วาม

เข2มข2นB.P.

( C ) Tb

( C )

น(*า --- 10

00

----

สารละลายกล0โค์ส

1.0 m

100.51

0.51

สารละลายกล0โค์ส

2.0 m

101.02

1.02

ข2อม0ลจุากติารางข2างติ2น สามารถึสร�ปจุ�ดเด�อดของสารละลายและสารบัร�ส�ทธิ์�$

ท"%เป&นติ�วท(าละลายได2ว1าอย1างไรจุ�ดเด�อดของ

สารละลายจุะส0งกว1าจุ�ดเด�อดสารบัร�ส�ทธิ์�$ท"%เป&นติ�ว

ท(าละลาย

ติาราง 2.1 จุ�ดเด�อดของสารละลายและติ�วท(า

ละลายบัร�ส�ทธิ์�$สาร ค์วามเข2มข2น

B.P. ( C )

Tb

( C )

Ethanol ( EtOH )

--- 78.50 ----

Glycerol ใน EtOH

1.0 m

79.72 1.22

Oleicใน EtOH

1.0 m

79.72 1.22ให2พ�จุารณาชื่น�ดของติ�วละลาย และติ�วท(าละลายในสารละลายท�*ง 2 ชื่น�ด แล2วเปร"ยบัเท"ยบัจุ�ดเด�อดของสารละลายท�*ง 2 ชื่น�ด ก�บัจุ�ดเด�อดติ�วท(าละลาย

ติาราง 2.2 จุ�ดเด�อดของสารละลายและติ�วท(า

ละลายบัร�ส�ทธิ์�$สาร ค์วาม

เข2มข2นB.P.

( C ) Tb

( C )

น(*า --- 10

00

----

สารละลายกล0โค์ส

1.0 m

100.51

0.51

สารละลายซู0โค์รส

1.0 m

100.51

0.51

ข2อม0ลจุากติารางข2างติ2น สามารถึสร�ปจุ�ดเด�อดของสารละลายท"%ม"ติ�วละลายติ1างชื่น�ดก�น แติ1ม"ติ�วท(าละลายชื่น�ด

เด"ยวก�นได2ว1าอย1างไรสารละลายท"%ม"ติ�วละลายติ1างชื่น�ดก�น แติ1ม"ติ�วท(า

ละลายชื่น�ดเด"ยวก�น และม"ค์วามเข2มข2นเท1า

ก�น จุ�ดเด�อดของสารละลายจุะเท1าก�น แติ1

ส0งกว1า จุ�ดเด�อดสารบัร�ส�ทธิ์�$ท"%

เป&นติ�วท(าละลาย

ติาราง 2.3 เปร"ยบัเท"ยบัจุ�ดเด�อดของสารละลายและติ�วท(า

ละลายบัร�ส�ทธิ์�$สาร ค์วาม

เข2มข2นB.P.

( C ) Tb

( C )

Ethanol ( EtOH )

--- 78.50 ----

Glycerol/EtOH

1.0 m

79.72 1.22

Glycerol/EtOH

2.0 m

80.94 2.44

Oleic/EtOH

2.0 m

80.94 2.44

ติาราง 31.อ�ณหภ0ม�การหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$

ก�บัสารละลายสาร ค์วาม

เข2มข2นtเร�%ม

หลอม

tหลอม

หมด

Tm

แนฟทาล"น ---- 80.0C

81.0C

80.5C

ฟ;น�ลเบันซู"นในแนฟทาล"น

1.0 m

71.0C

76.5C

7

3.7

5 C

ฟ;น�ลเบันซู"นในแนฟทาล"น

2.0 m

64.0C

70.0C

6

7.0C

ชื่1วงอ�ณหภ0ม�การหลอมเหลว (เร�%มหลอมถึ�งหลอมหมด)ของสารบัร�ส�ทธิ์�$ ก�บั สารละลาย แติกติ1างก�นอย1างไร ?

ติาราง 3.2อ�ณหภ0ม�การหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$

ก�บัสารละลายสาร ค์วาม

เข2มข2นtเร�%ม

หลอม

tหลอม

หมด

Tm

แนฟทาล"น ---- 80.0C

81.0C

80.5C

กรดเบันโซูอ�ก/แนพทาล"น

1 . 0m

70.5C

76.5C

73.5C

กรดเบันโซูอ�ก/แนพทาล"น

2.0 m

63.5C

69.5C

66.5C

จุากข2อม0ล อ�ณหภ0ม�ของการหลอมเหลวของสาร ( Tm) หาได2อย1างไร ?

จุากข2อม0ล จุะสามารถึสร�ปจุ�ดหลอมเหลวของสารละลาย ก�บัจุ�ดหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$ได2ว1าอย1างไรจุ�ดหลอมเหลวของสารละลายติ(%ากว1าจุ�ดหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$ท"%เป&นติ�วท(าละลาย และสารละลายย�%งม"ค์วามเข2มข2นมากข�*น จุ�ดหลอมเหลวจุะย�%งลดติ(%าลงกว1าจุ�ดหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$

ติาราง 3.3อ�ณหภ0ม�การหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$

ก�บัสารละลายสาร ค์วาม

เข2มข2นtเร�%ม

หลอม

tหลอม

หมด

Tm

แนฟทาล"น ---- 80.0C

81.0C

80.5C

กรดเบันโซูอ�ก/แนพทาล"น

1 . 0m

70.5C

76.5C

73.5C

ฟ;น�ลเบันซู"นในแนฟทาล"น

1.0 m

71.0C

76.5C

7

3.7

5 C

ให2พ�จุารณาชื่น�ดของติ�วละลาย และติ�วท(าละลายในสารละลายท�*ง 2 ชื่น�ด แล2วเปร"ยบัเท"ยบัจุ�ดหลอมเหลวของสารละลายท�*ง 2 ชื่น�ด ก�บัติ�วท(าละลาย

จุากข2อม0ล จุะสามารถึสร�ปจุ�ดหลอมเหลวของสารละลาย ก�บัจุ�ดหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$ได2ว1าอย1างไรสารละลายท"%ม"ติ�วละลายติ1างชื่น�ดก�น แติ1ม"ติ�วท(าละลายชื่น�ดเด"ยวก�น ถึ2าม"ค์วามเข2มข2นเท1าก�น จุ�ดหลอมเหลวของสารละลายจุะเท1าก�น แติ1ติ(%ากว1าจุ�ดหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$ท"%เป&นติ�วท(าละลายหมายเหติ� จากข้�อมูล อ�ณหภูมู�จะไมู�

เท่�าก�นพอดี�

ติาราง 3.4 อ�ณหภ0ม�การหลอมเหลวของสารบัร�ส�ทธิ์�$ก�บัสารละลาย

สาร ค์วามเข2มข2น

tเร�%ม

หลอม

tหลอม

หมด

Tm

แนฟทาล"น ---- 80.0C

81.0C

80.5C

กรดเบันโซูอ�ก/แนพทาล"น

1 . 0m

70.5C

76.5C

73.5C

กรดเบันโซูอ�ก/แนพทาล"น

2.0 m

63.5C

69.5C

66.5C

ฟ;น�ลเบันซู"น/แนฟทาล"น

1.0 m

71.0C

76.5C

7

3.7

5 C

ฟ;น�ลเบันซู"น/แนฟทาล"น

2.0 m

64.0C

70.0C

6

7.0C

1. การเพ�%มข�*นของจุ�ดเด�อดของสารละลาย

Elevation of boling point

2. การลดลงของจุ�ดเย�อกแข!งของสารละลาย

Lowering of freezing point

1. การเพ�%มข�*นของจุ�ดเด�อดของสารละลาย

Elevation of boling point

จุ�ดเด�อดสารบัร�ส�ทธิ์�$

จุ�ดเด�อดสารละลาย

Tb m Tb = kbm

Tb = Tb' - Tb

Tb

Kb ค์1าค์งท"%การเพ�%มข�*น ของจุ�ดเด�อด

Tb

Tb

m1000

xMW g

K T bb

ค์วามหมายของค์1า ค์วามหมายของค์1า KKbb

ค์1า Kb เป็�นค่�าค่งท่��ข้องผลต่�างจ�ดีเดี!อดีระหว่�างสารละลายท่��เข้�มูข้�น 1.0 mol/kg ก�บต่�ว่ท่'าละลายบร�ส�ท่ธิ์�) ค์1า Kb ของ

น(*า = 0.51 C/m

สารละลายเข2มข2น 10. m จุะม"

จุ�ดเด�อดส0งกว1าน(*า 051 C (จุ�ดเด�อด 100.

51 C )

2. การลดลงของจุ�ดเย�อกแข!งของสารละลาย

Lowering of freezing pointจุ�ดหลอมเหลว

สารบัร�ส�ทธิ์�$จุ�ดหลอมเหลว

สารละลาย Tf m Tf = kf m

Tf = Tf- Tf '

Tf

Kf ค์1าค์งท"%การลดลง ของจุ�ดเย�อกแข!ง

Tf

Tf

m1000

xMW g

K T ff

ค์วามหมายของค์1า ค์วามหมายของค์1า KKff ค์1า Kf เป&นค์1าค์งท"%ผลติ1างจุ�ดเย�อกแข!ง(จุ�ดหลอมเหลว)ระหว1างสารละลายท"%เข2มข2น 1.0 mol/kg ก�บั ติ�วท(าละลายบัร�ส�ทธิ์�$ ค์1า Kf ของ

น(*า= 1.86

C/m

สารละลายเข2มข2น 10. m จุะม"

จุ�ดเย�อกแข!งติ(%ากว1าจุ�ดเย�อกแข!งของน(*า 1.86 C ( เย�อกแข!งท"% –186 C )

ต่าราง 35. แสดีง B.P. , F.P. Kb และ KfSolvent B.P.

( C )Kb( C/m

)F.P( C

)Kf . ( C/m )

Propanone

Trichloromethane

MethanolEthanolBenzeneNaphthal

ene น(*าAcetic

acidCarbonte

tra - chloride

56.2061.7064.9678.5080.10

-100.0117.9

076.54

1.713.630.831.222.53

-0.513.075.03

----

5.5080.550.00

16.60-

22.99

----

4.906.981.863.902.98

Tb = kbm

Tf = kfm

Tf = Tf- Tf '

Tb = Tb' - Tb การเพ�%มข�*นของ

จุ�ดเด�อด

การลดลงของจุ�ดเย�อกแข!ง

m1000

xMW g

K T ff

m1000

xMW g

K T bb

Tf = Kf.m

Tb = Kb.m

ติ�วอย1างการค์(านวณเก"%ยวก�บัสมบั�ติ�ค์อลล�เกท�ฟ

จุงหาจุ�ดเด�อดของสารละลายท"%ได2จุากการน(าเอท�ล"นไกลค์อล ( C2H6O2 ) 0.19 g ละลายน(*า 37.8 g

Tb = kbm

m =

g 37.8g 1000 x g/mol 62

g 0.19 = 0.08

C2H6O2 = 0.19 gน(*า = 37.8 g

Kb น(*า = 0.51C/m

Tb = (0.51 C/m) (0.08 m)

= 0.0408 C Tb =

Tb' - Tb

Tb' = 0.041 + 100 = 100.04 C

Give : Work :

สารละลายท"%ได2จุากการน(าเอท�ล"นไกลค์อล( C2H6O2 ) 0.19 g ละลายในน(*า 37.8 g จุะเย�อกแข!งท"%อ�ณหภ0ม�เท1าไร m

= g 37.8g 1000 x g/mol 62

g 0.19 = 0.08

C2H6O2 = 0.19 gน(*า = 37.8 g Tf = Kf mKf น(*า = 1.86 C/m

Tf= (1.86 C/m) (0.08 m)

= 0.1488 C Tf = Tf

- T'f

Tf ' = 0.00 – 0.1488 = - 0.15 C

Give : Work :

Freezing Point DepressionFreezing Point Depression

ท(าไม สารละลายจุ�งม"จุ�ดเย�อกแข!งติ(%ากว1าติ�วท(าละลายบัร�ส�ทธิ์�$

ท(าไม สารละลายจุ�งม"จุ�ดเด�อดส0งกว1าติ�วท(าละลายบัร�ส�ทธิ์�$

เพราะผ�วหน2าของสารละลายม"จุ(านวนโมเลก�ลของติ�วท(าละลายน2อยกว1าจุากเด�มท"%เค์ยเป&นติ�วท(าละลายบัร�ส�ทธิ์�$ เพราะเน�%องจุากม"โมเลก�ลของติ�วละลายปะปนอย01บั2าง จุ�งท(าให2กลายเป&นไอได2น2อยลง

Solven

t

Solution

Phase diagram

Phase diagram

1 atm

m.p.

b.p.

Tm Tb

ค์วามด�น

อ�ณหภ0ม�

Phase diagram(pure)b.p.สารบัร�ส�ทธิ์�$ b.p.สารละล

าย

f.p.สารบัร�ส�ทธิ์�$

f.p.สารละลาย

แผนภาพแสดงการเพ�%มข�*นของจุ�ดเด�อดและการลดลงของจุ�ดเย�อกแข!ง

แผนภูาพแสดีงการเพ��มูข้+,นข้องจ�ดีเดี!อดีและการลดีลงข้องจ�ดีหลอมูเหลว่(เย!อกแข้-ง)

TbTbTfTf

การเค์ล�%อนท"%ของติ�วท(าละลายผ1านเย�%อก�%งซู�มได2 (osmosis) ท(าให2ปร�มาติรสารละลายเพ�%มข�*นการเค์ล�%อนท"%จุะหย�ดเม�%อ ค์วามด�นด2านสารละลายติ2านการไหลเข2าของติ�วท(าละลาย เป&นค์วามด�นท"%ท(าให2 ออสโมซู�สหย�ด เร"ยกว1า ค์วามด�นออสโมติ�ก

ค์วามด�นออสโมติ�ก