1

หวขอหลก10.1 ชนดของสารละลาย10.2 ผลของอณหภมและความดนทมตอการละลาย10.3 สมบตคอลลเกตฟ10.4 คอลลอยด

วตถประสงคการเรยนร1. รจกละสามารถอธบายเกยวกบชนดของสารละลาย2. สามารถบอกปจจยทมผลตอการละลาย3. เขาใจและสามารถอธบายสมบตทางกายภาพของสารละลายและ

สมบตคอลลเกตฟ4. รจกและสามารถอธบายเกยวกบคอลลอยด

ของผสม (mixture)„ ของผสมเอกพนธ (homogeneous mixture) : uniform

throughout the mixture, cannot tell difference between the substances

- solution„ ของผสมววธพนธ (heterogeneous mixture) :

not uniform throughout the mixture, individual substances remain distinct

- suspension (particle size > 500 nm)- colloidal (particle size 2 ‟ 500 nm)

อานรายละเอยดเพมใน slide 79-87

ของผสมเนอเดยวทประกอบดวยสารตงแต 2 ชนดขนไป

สารละลาย (Solution)

สารละลาย = ตวถกละลาย + ตวท าละลาย(solution) (solute) (solvent)

4

1. ตวถกละลายและตวท าละลายมสถานะเดยวกน สารละลายทมปรมาณมากกวาเปนตวท าละลาย 2. สารทงสองมสถานะแตกตางกนสารทมสถานะเดยวกนกบสารละลายเปนตวท าละลาย สารละลายทมองคประกอบ 2 ชนด เรยกวาสารละลายทวภาค (binary solution)สารละลายทมน าเปนตวท าละลาย เรยกวาสารละลายในน า (aqueous solution)

5

สารละลายในสถานะ

ชนดของสารละลายในแตละสถานะ

ตวอยาง

สารละลายแกส „ แกสในแกส„ ของเหลวในแกส„ ของแขงในแกส

อากาศอากาศชน (น าในอากาศ) I2 (ของแขง) ในอากาศ

สารละลายของเหลว

„ แกสในของเหลว„ ของเหลวในของเหลว„ ของแขงในของเหลว

น าโซดา (CO2 ในน า)แอลกอฮอลในน าเกลอแกงในน า

สารละลายของแขง

„ แกสในของแขง„ ของเหลวในของแขง„ ของแขงในของแขง

H2 ใน Pd Hg ใน Ag โลหะผสม เชน Cu ใน Zn

610.1 ชนดของสารละลาย

กระบวนการเกดสารละลาย

การละลายไดของสารละลายจะแตกตางออกไปในตวท าละลายทแตกตางกนเชน เกลอแกง (NaCl) ละลายไดดในน า แตไมละลายในน ามน

การทสารหนงละลายในอกสารหนงไดนน อนภาคของตวถกละลายจะตองกระจายไปทวระหวางโมเลกลของตวท าละลาย

7

สารจะละลายไดดเพยงใดนนขนกบแรงดงดดหรอแรงยดเหนยวกนและกนระหวางอนภาคตวถกละลาย และโมเลกลของตวท าละลายการคาดคะเนวาสารสองสารสามารถละลายในกนและกนหรอไม สามารถพจารณาจากโครงสรางโมเลกลและสภาพขวของสารทงสอง และยดหลกวาสารทมโครงสรางคลายคลงกนและมสภาพขวใกลเคยงกนยอมมแนวโนมทจะละลายในกนและกน

8

“like dissolves like”

สาร 2 ชนดทมแรงกระท าระหวางโมเลกล (intermolecular forces) ชนดเดยวกน มแนวโนมทจะละลายในกนและกน„ non-polar molecules ละลายใน non-polar

solvents เชน CCl4 / C6H6

„ polar molecules ละลายใน polar solvents เชน C2H5OH / H2O

„ ionic compounds ละลายไดดใน polar solventsเชน NaCl / H2O หรอ NH3 (l)

9

The major types of intermolecular forces in solutions

10

เมอสารอออนก เชน NaCl ละลายน า ทงอออนบวกและอออนลบจะกระจายออก (disperse) และจะกระจายไปทวระหวางโมเลกลของน า แตละอออนไมวาจะเปนNa+ หรอ Cl จะถกลอมรอบโดยโมเลกลของน า

ภาวะซง Na+ หรอ Cl ถกลอมรอบโดยโมเลกลของน า เรยกวา ไฮเดรชน (hydration)

และกรณทอออนบวกและอออนลบ ถกลอมรอบดวยตวละลายอน (นอกเหนอไปจากน า) เรยกวา โซลเวชน(solvation)

11

ภาวะไฮเดรชน (hydration) ท าใหอออนบวก (Na+) และอออนลบ (Cl) มสมบตเปนกลางทางไฟฟา จงท าหนาทลดแรงดงดดกนและกนระหวางอออนบวกและอออนลบ เปนเหตให Na+ และ Cl อยไดอยางเสถยรในสารละลาย

การละลายของสารอออนกและการเกดไฮเดรตไอออนในน า

12

Hydration shells around an aqueous ion. 13

ปรมาณของตวถกละลายทสามารถละลายในตวท าละลายไดนนมขอบเขตจ ากดทอณหภมหนงๆ สารละลายทมตวถกละลายละลายอยมากทสดจะไมสามารถละลายไดอกทอณหภมก าหนดให เรยกวา สารละลายอมตว (saturated solution)

การละลายได

ปรมาณของตวถกละลายในตวท าละลายจ านวนหนงทก าหนดใหในสารละลายอมตวทอณหภมหนง เรยกวา การละลายได (solubility) นยมบอกเปนกรมของตวถกละลายในตวท าละลาย 100 กรม

14

15

สารบางชนดสามารถละลายไดเกนจดอมตว ณ อณหภมทก าหนดให เรยกสารละลายทไดนวา สารละลายอมตวยวดยง (supersaturated solution) สารละลายนไมเสถยร

สารละลายอมตวยวดยงนใชประโยชนในการท าสารใหบรสทธ

16

Three types of interactions in the solution process:„ solvent-solvent interaction„ solute-solute interaction„ solvent-solute interaction

Hsoln =H1 + H2 + H3

Solute

Solution

17

A B

solute A A

solvent B B

∆H1 = +

∆H2 = +

∆H3 =

Hsoln = H1 H2 H3

+ หรอ หรอ 0

18

Heat of Solution (Hsoln )

Hsoln เปนความรอนสทธของการเกดสารละลาย:

1. H1

+ H2 > H

3 หรอ H

soln > 0

การละลายแบบดดความรอน (endothermic)

เชน ละลาย KCl ในน า เมอสมผสพบวาสารละลายเยนลง

2. H1

+ H2 < H

3 หรอ H

soln < 0

การละลายแบบคายความรอน (exothermic)

เชน ละลาย LiCl ในน า เมอสมผสพบวาสารละลายรอนขน

19

ก. อณหภม มอทธพลตอความสามารถในการละลายของสาร เพราะกระบวนการเกดสารละลายอาจจะเปนกระบวนการดดหรอคายความรอนกไดซงแสดงโดยสมการตอไปน

10.2 ผลของอณหภมและความดนตอการละลาย

คายความรอนตวถกละลาย + ตวท าละลาย สารละลาย + ∆Hดดความรอน ตวถกละลาย + ตวท าละลาย + ∆H สารละลาย

20

เชน การเกดสารละลายของ Li2CO3

เปนกระบวนการคายความรอน ซงเขยนแทนดวยสมการ

เพมอณหภม

สมดลเลอนไปทางซายมอ Li2CO3 ละลายนอยลง

ลดอณหภม

สมดลเลอนไปทางขวา Li2CO3 ละลายมากขน

Li2CO3 (s) + H2O (l) 2Li+ (aq) + CO32 (aq) + ∆H

21

อณหภมและการละลายของของแขง

สภาพการละลายเพมขนเมออณหภมเพมขน

สภาพการละลายลดลงเมออณหภมเพมขน

Supersaturated Unsaturated

22

อณหภมและการละลายของแกส

โดยทวไปสภาพการละลายของแกสลดลง เมออณหภมเพมขน

การทแกส O2 ละลายไดนอยลงในน ารอนมผลโดยตรงตอสงมชวตทเรยกวา ภาวะมลพษเชงความรอน (thermal pollution)

23

ข. ความดน โดยทวไปความดนและการเปลยนแปลงของความดนมผลนอยมากในการละลายของของแขง หรอของเหลวในตวท าละลายทเปนของเหลว แตมผลมากตอความสามารถในการละลายของของแกสในของเหลว

สมการทวไปแสดงสมดลของแกสกบสารละลายของแกส คอตวถกละลาย (g) + ตวท าละลาย (l) สารละลาย (l)

เนองจากแกสมความดนมากกวาของเหลวและสารละลาย ดงนนถาเพมความดนใหกบระบบตามหลกของเลอชาเตอลเยร ระบบยอมจะพยายามปรบตวเพอลดความดนโดยเลอนสมดลไปยงขางทมความดนต ากวาสงผลท าใหสภาพการละลายของแกสเพมขน

24

ความดนและการละลายของแกสสภาพการละลายของแกสในของเหลวแปรผนโดยตรงกบความดนของแกสเหนอสารละลาย (Henry’s law)

c = k Pc คอความเขมขน (M) ของแกสทละลายP คอความดน (atm) ของแกสทเหนอสารละลายk คอคาคงทของแกสแตละชนด (mol/L atm) ขนอยกบอณหภม

low

P

low c

high P

high c

25

ความเขมขนของสารละลาย

1. รอยละของตวถกละลาย2. โมลารต (Molarity)3. โมแลลต (Molality)4. นอรมาลต (Normality)5. เศษสวนโมล (Mole Fraction)6. ppm, ppb, ppt

26

1. รอยละของตวถกละลาย

1.3 รอยละมวลตอปรมาตร (weight/volume)% w/v = น าหนกของตวถกละลายเปนกรม x 100 %

ปรมาตรสารละลายเปน cm3

1.2 รอยละโดยปรมาตร (volume/volume)% v/v = ปรมาตรตวถกละลายเปน cm3 x 100 %

ปรมาตรสารละลายเปน cm3

1.1 รอยละโดยน าหนก (weight/weight)% w/w = น าหนกของตวถกละลายเปนกรม x 100 %

น าหนกสารละลายเปนกรม

27

ตวอยาง 1 ละลายเกลอแกง 5 กรม ในน า 45 mL

= 10 %

(ความหนาแนนของน า = 1 กรม/ซม3)

= 11.1 %

ตวอยาง 2 ผสมเอทานอล 15 mL ในน า 45 mL

= 30 %

50% 100 5 w/w%

45% 100 5 w/v%

60% 100 15 v/v %

28

ตวอยาง 3ละลายเอทานอล 10.00 mL ในน า ปรบปรมาตรเปน 100.00 mL

V V/% 100mL 100.00mL 10.00

V V/% 0010 .100.00 mL

10.00 mL C2H5OH

Volumetric Flask

Ethanol – water solution

= 0.982 g / mL

29

2. โมลารต (Molarity, M หรอ mol/dm3) จ านวนโมลตวถกละลายในสารละลาย 1 dm3

M = ความเขมขน หนวย mol/dm3 หรอเรยก mol/LV = ปรมาตรสารละลาย (cm3)

M คอ mol/1000 cm3

) cm (

L/cm 1000 M 3

3

V

n

) L ( M Vn

30

3. โมแลลต (Molality, m หรอ mol/kg )จ านวนโมลของตวถกละลายในตวท าละลาย 1 กโลกรม

m = ความเขมขน (m, mol/kg)Wตวถกละลาย = น าหนกตวถกละลาย (กรม)Wตวท าละลาย = น าหนกตวท าละลาย (กรม)

MW = มวลโมเลกลตวถกละลาย

ตวท าละลาย

ยตวถกละลา

w1000

M

w

wm

ตวท าละลาย

ยตวถกละลา

wn

1000

31

m = ความเขมขน (m, mol/kg)Wตวถกละลาย = น าหนกตวถกละลาย (กรม)Wตวท าละลาย = น าหนกตวท าละลาย (กโลกรม)

MW = มวลโมเลกลตวถกละลาย

)(w

)(

kg w1

M

gw

ตวท าละลาย

ยตวถกละลาm

)( kgwn

ตวท าละลาย

ยตวถกละลา

32

ตวอยาง 4 ละลายเกลอแกง 5 กรม ในน า 45 mL จงหา ความเขมขนของสารละลายเกลอในหนวย molar และ molal(ความหนาแนนของน า = 1 กรม/ซม3)

mL 45 L /mL 1000 mol 0.085

1000

M

Vn

จ านวนโมลของเกลอแกง ( nNaCl ) = 5 / (23 + 35.5) = 0.085 โมล

= 1.89

การหาความเขมขนในหนวย molar (M)

33

การหาความเขมขนในหนวย molal (m)

nNaCl = 0.085 โมล

= 1.89

1000

msolvent

NaClw

n

34

g 45kg /g 1000 mol 0.085

ตวอยาง HCl(aq) เขมขน 36 %w/w มความเขมขนคดเปนก Molar (density ของสารละลายน = 1.18 g/mL และ MW. HCl = 36.55 g/mol)

mol 98.0g 36.55

mol 1g 36nHCl

วธท า HCl(aq) 36 %w/w soln. g 100

HCl g 36

เปลยน 36 g HCl ใหเปน mole HCl:

เปลยน 100 g soln. ใหเปน L soln.: L 0.0847 84.7/1000 soln. L

mL 7.84g 1.18

mL 1 g 100soln. mL

M 12soln. L 0.0847

HCl mol 0.98

soln. g 100

HCl g 36

35

Ex. 5 What is the molality of a 5.86 M ethanol (C2H5OH) solution whose density is 0.927 g/mL?

Assume 1 L of solution: 5.86 moles ethanol = 270 g ethanol

927 g of solution = (1000 mL x 0.927 g/mL)mass of solvent = mass of solution ‟ mass of solute

= 927 g ‟ 270 g = 657 g = 0.657 kg

= 8.92 m

(kg)solvent of masssolute of moles m (L) solution of Volume

solute of moles M

(kg)solvent of masssolute of moles m solvent kg 0.657

OHHC moles 5.86 52

4. นอรมาลต (Normality)

คอ จ านวนสมมล (equivalent, Eq) ของตวถกละลายตอปรมาตรของ

สารละลาย 1 L หนวยของนอรมาลต เรยกวา นอรมอล (Normal, N)

eq) / (g equivalent gram

(g) g Eq solute

solute

จ านวนสมมลของ solute (Eqsolute

) ค านวณไดจาก

ใหนสตลองเปรยบเทยบกบการค านวณจ านวนโมล (mole)

mol) / (gweight molecular

(g) g mole solute

L

Eq N

soln

solute

37

MW คอน าหนกกรมของสาร 1 mole

gram equivalent คอน าหนกกรมของสาร 1 equivalent

การหา MW. ของสาร รวมน าหนกอะตอมทงหมด

การหา gram equivalent ของสาร ???

MW vs. Gram Equivalent

38

นอรมาลต (normality) (N) คอจ านวนสมมล (equivalent) ของตวถกละลายในสารละลาย 1 ลตรจ านวนสมมลของสารคอน าหนกเปนกรมของสารหารดวยน าหนกกรมสมมลของสารนน ส าหรบกรด-เบส น าหนกกรมสมมลของกรด คอน าหนกโมเลกลของกรดหารดวยจ านวนไฮโดรเจนไอออนของกรดนนในท านองเดยวกน น าหนกกรมสมมลของเบส คอน าหนกโมเลกลของเบสหารดวยจ านวนไฮดรอกไซดไอออน

39

การหา gram equivalent (น าหนกกรมสมมล) ของสารตวอยาง เชน H2SO4 98 กรม (1 โมล) จะให H+ 2 โมล ดงนน นน. กรมสมมลของ H2SO4

= นน. ของ H2SO4 ทให H+ 1 โมล = 98/2 g = 49 g

สรป H2SO4 ม นน. กรมสมมล = 49 g / eq.นนคอ H2SO4 1 สมมล จะหนก 49 g (แต H2SO4 1 mol จะหนก 98 g)

ตวอยาง เชน Ca(OH)2 74 กรม (1 โมล) ให OH 2 โมล นน. กรมสมมลของ Ca(OH)2 = 74 / 2 กรม = 37 กรม1 กรมสมมลของ Ca(OH)2 = 37 กรม

40

นน.กรมสมมลของเกลอ คอ นน. กรมของเกลอทใหประจบวก (หรอประจลบ) 1 โมล เชน AlCl3 133.5 กรม (1 โมล) ให Al3+ 1 โมล = ประจบวกทงหมด 3 โมล และ Cl- 3 โมล = ประจลบทงหมด 3 โมล นน. กรมสมมลของ AlCl3 = 133.5/3 = 44.5 g / eq. ดงนน 1 eq. ของ AlCl3 หนก 44.5 กรม

สงเกตวา นน. กรมสมมล (gram equivalent) ของเกลอ

= (MW ของเกลอ) / (จ านวนประจของไอออน)

41

ตวอยาง จงหา normality (N) ของ HNO3 7.88 กรม ในสารละลาย 1 ลตร(มวลอะตอม H = 1.0, N = 14.0; O = 16.0)

วธคด ตองหาวา HNO3 7.88 กรม เทากบก eq.

MW ของ HNO3 = 1.0 + 14.0 + (16.0 3) = 63.0 กรม

HNO3 63.0 กรม ให H+ 1 โมล

นนคอ HNO3 63.0 กรม = 1 eq.

HNO3 7.88 กรม = 7.88/63.0 = 0.125 eq.

ดงนนไดสารละลาย 0.125 N HNO3 (สงเกตวาเทากบ 0.125 M ดวย)

42

ตวอยาง Na2CO3 26.5 กรม ในสารละลาย 2 ลตรมความเขมขนกนอรมอล(Na = 23.0, C = 12.0; O = 16.0)

MW. Na2CO3 = (23.02) + 12.0 + (16.0 3) = 106.0 g /mol

3) หา normality

1) หา นน. กรมสมมล ของ Na2CO3

N 0.25L 2

eq. 0.5Normality

เนองจาก Na2CO3 106.0 g ใหประจ 2 Na+ และ 1 CO32-

2) ค านวณวา Na2CO3 26.5 g เทากบก eq.

eq. 0.5g/eq. 53.0

g 26.5 Eqsolute

นน. กรมสมมลของ Na2CO3 = 106.0/2 = 53.0 g / eq.

43

เศษสวนโมลของสารองคประกอบหนงในสารละลาย คอ จ านวนโมลของสารองคประกอบนนหารดวยจ านวนโมลของสารองคประกอบทงหมดในสารละลาย เชน ถาสารละลายประกอบดวยองคประกอบ 2 ชนด

21

11 X nn

n

5. เศษสวนโมล (Mole Fraction)

เศษสวนโมลของแตละสารองคประกอบเขยนเปน

21

12 X nn

n

44

X1 และ X2 เปนเศษสวนโมลของสารองคประกอบท 1 และ 2 ในสารละลายตามล าดบ

n1 และ n2 เปนจ านวนโมลของสารองคประกอบท 1 และ 2 ในสารละลายตามล าดบ

ผลบวกของเศษสวนโมลของสารองคประกอบทงหมดเทากบ 1 เสมอนนคอ X1 + X2 + X3 + ... = 1

45

6. กรณทสารละลายมความเขมขนต ามากๆ (Very low solute concentrations)

ppm: parts per million (g/g, mg/L)

ppb: parts per billion (ng/g, g/L)

ppt: parts per trillion (pg/g, ng/L)

46

สารละลายสมบรณแบบ สารละลายสมบรณแบบ (Ideal Solution)(Ideal Solution)

Solvent และ Solute มโครงสรางและขนาดของโมเลกล

คลายกน และมแรงระหวางโมเลกลทใกลเคยงกน

เบนซน +

โทลอน

ethyl acetate acetic anhydride

เอทลอะซเตต +

อะซตก แอนไฮไดรด

SiCl4 และ CCl4

47

Solute --- Solute

Solute --- Solute

Solute --- Solute

Solvent --- Solvent

Solvent --- Solvent

Solvent --- Solvent

Solute --- Solvent

Solute --- Solvent

Solute --- Solvent

Solute --- Solvent

Solute --- SolventSolute --- Solvent

(2)

(3)

(5)

(1)

(3)

(4)

(5)

(2)

(6)

ความรอนของการเกด ความรอนของการเกด Ideal Solution = Ideal Solution = 00

Hsoln = 0

H2 + H3 = H5

+3x

+3x

-6x

48

(1) พลงงานของตวถกละลาย + ตวท าละลาย(2) พลงงานทใชท าลายแรงดงดดระหวางอนภาคตวถก

ละลาย(3) พลงงานทใชท าลายแรงดงดดระหวางอนภาคตวท า

ละลาย(4) รวมพลงงาน (2) + (3)(5) พลงงานทคายออกมาเนองจากแรงดงดดระหวาง

อนภาคตวถกละลาย ตวท าละลายเพอเกดสาร ละลาย

(6) พลงงานของสารละลาย

49

Hsoln

พลงงาน

(H)

(1)(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Hsoln < 0Hsoln > 0

ลงงาน

H

Hsoln

ลงงาน

H

การละลายแบบคายความรอน การละลายแบบดดความรอน

ความรอนของการเกดความรอนของการเกด NonNon--Ideal Solution Ideal Solution 00 50

ค.ศ. 1887 Raoult ไดศกษาความดนไอของสารละลาย สรปเปนกฎวา

“ส าหรบสารละลายทประกอบดวยตวถกละลายทไมระเหยและไมแตกตว ความดนไอของตวท าละลายเหนอสารละลายทอณหภมทก าหนดใหมคาเทากบเศษสวนโมลของตวท าละลายในสารละลายคณกบความดนไอของตวท าละลายบรสทธทอณหภมเดยวกน”

ความดนไอของสารละลายความดนไอของสารละลาย 51

Pสารละลาย = ความดนไอของสารละลาย

หรอกลาววาเปนความดนไอของตวท าละลายเหนอสารละลาย

X1 = เศษสวนโมลของตวท าละลาย

= ความดนไอของตวท าละลายบรสทธ

52o1สารละลาย PP X 1

o1P

53

o1P X1

o2P X2

X X 21 o2

o1 PP

สารละลายททกความเขมขนมพฤตกรรมเปนไปตามกฎของราอลท เรยกวา สารละลายสมบรณแบบ (ideal solution)

เชน ความดนไอของสารละลาย ethyl acetateและ acetic anhydride จากรป เสนกราฟความดนไอทไดเปนเสนตรง

54

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Pethyl acetate = XEA PEAo

รปแสดงความดนไอของสารละลาย ethyl acetate (EA) และ acetic anhydride (AA)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

55P (mmHg)

X

Raoult’s law56

สารละลายสวนใหญนน สารองคประกอบมสตรโครงสรางและขนาดตางกน จดเปนสารละลายไมสมบรณแบบ (non-ideal solution)เชน ความดนไอของสารละลาย CHCl3 และ CH3COOH ความดนไอของสารละลาย CS2 และ Acetone (+ve) ความดนไอของสารละลาย CH3OH และ CCl4 (+ve) ความดนไอของสารละลาย CH3COCH และ CHCl3 (-ve)ความดนไอของสารละลาย nn--Pentane Pentane และและ Methyl Acetate Methyl Acetate

(+ve)(+ve)

กราฟไมเปนเสนตรง พฤตกรรมเบยงเบนจากกฎของราอลท

57

รปแสดงความดนไอของสารละลาย Carbon disulfide Carbon disulfide และและ Acetone

58

0

100

200

300

400

500

600

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

พฤตกรรมเบยงเบนไปจากกฎของราอลทในทางบวก (positive deviation)

รปแสดงความดนไอของสารละลาย nn--Pentane Pentane และและ Methyl AcetateMethyl Acetate

pmethyl acetate

P (mmHg)

X

PTotal is greater thanpredicted by Raoults’s law

PTotal is less thanpredicted by Raoults’s law

Force

A-B

Force

A-A

Force

B-B< &

Force

A-B

Force

A-A

Force

B-B> &

H (soln) มคาบวก H (soln) มคาลบ

60

แมวาสารละลายไมสมบรณแบบจะมพฤตกรรมเบยงเบนไปจากกฎของราอลท แตทกๆ สารละลายทไมสมบรณแบบจะมลกษณะเฉพาะทเหมอนกนอยอยางหนงคอเมอ Xสาร 1 (สารเปนตวท าละลาย) เสนความดนไอของสารนนจะเขาใกลเสนความดนไอของราอลท: ความดนไอของตวท าละลายในสารละลายเจอจางยง จะมพฤตกรรมเปนไปตามกฎของราอลท

61

0

500

1000

1500

2000

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Henry’s Law

Raoult’s Law

xpentane

P / torr n-Pentane in Methyl Acetate 62

กฎของเฮนร กลาววา “ในสารละลายเจอจางความดนไอของตวถกละลายเปนปฎภาคตรงกบความเขมขนของตวถกละลาย”

อาจเขยนสมการจากกฎของเฮนรไดดงน

P2 k2 X2

P2 = ความดนไอของตวถกละลายทอยเหนอสารละลายX2 = เศษสวนโมลของตวถกละลายk2 = คาคงทของเฮนร

63

สรปไดวา “สารละลายไมสมบรณแบบทเจอจางยง ความดนไอของตวถกละลายจะมพฤตกรรมเปนตามกฎของเฮนร แตความดนไอของตวท าละลายจะมพฤตกรรมเปนไปตามกฎของราอลท”

P2 = k2 X2 X2 0

X1 1

64

o11 PP X1

1010..33..1 1 สมบตสมบตคอลลคอลลเกเกตฟตฟ ((ColligativeColligative properties) properties) ของสารละลายของสารละลายนอนอนอนอเลกโทรเลกโทรไลตไลต (non(non--electrolyte)electrolyte)

สมบตคอลลเกทฟของสารละลายเปนสมบตทางกายภาพของสารละลายทขนกบจ านวนอนภาคของตวถกละลายทมอยในสารละลาย แตไมขนกบชนดของตวถกละลายนน

1010..3 3 สมบตสมบตคอลลคอลลเกเกตฟตฟ ((ColligativeColligative properties)properties)65

1. การลดต าลงของความดนไอ(Vapor pressure lowering)

สมบตคอลลเกทฟของสารละลาย ม 4 สมบต 66

2. การสงขนของจดเดอด (Boiling point elevation)

4. ความดนออสโมตก (osmotic pressure)

3. การลดต าลงของจดเยอกแขง(Freezing point depression)

1. การลดลงของความดนไอ (Vapor Pressure Depression)

ความดนไอของสารละลายต ากวาความดนไอของตวท าละลาย

บรสทธทอณหภมเดยวกน

การมโมเลกลของตวถกละลายทไมระเหยแทรกอย

ท าใหโมเลกลของตวท าละลายระเหยไปไดยาก

Pure solvent Solution

67

จากกฏของราอลท หาความดนไอของสารละลายทลดต าไดดงน

จาก .............. (1)เมอ Pสารละลาย = ความดนไอของสารละลาย

X1 = เศษสวนโมลของตวท าละลาย

แต X1 + X2 = 1

68

o1สารละลาย PP X 1

ายบรสทธองตวท าละลความดนไอข o1P

ถา X2 = เศษสวนโมลของตวถกละลายดงนน X1 = 1 X2

แทนคาในสมการท (1)

69

o1

o1

o1สารละลาย

PP

PP

X-

)X- (1

2

2

o1สารละลาย

o1 PPP P X - 2

o1P X ลดต าลงองสารละลายความดนไอข หรอ 2

osolventP P X solute lowering pressureVapor

ตวอยาง 6 สารละลายน าตาลซโครส (C12H22O11) มน าตาล 68 g ละลายอยในน า 1 kg ทอณหภม 28 C จงหา ก) ความดนไอลดต าลง

ข) ความดนไอของสารละลาย

ก) จ านวนโมลของซโครส = 68 / 342 = 0.20 โมล

จ านวนโมลของน า = 1000 / 18 = 55.56 โมล

ความดนไอลดต าลง = X2 P1o

= (0.20 28.35) / (0.20 + 55.56)= 0.10 Torr

70

ข) จาก ความดนไอลดต าลง = P1o Pสารละลาย

ดงนน Pสารละลาย = 28.35 0.10

= 28.25 Torr

71

2. การสงขนของจดเดอด (Boiling point elevation)

จดเดอดของสารละลายสงขน = Tb = (Tb Tbo)

เมอ Tb = จดเดอดของสารละลายTb

o = จดเดอดของตวท าละลายบรสทธ

การทความดนไอของสารละลายลดต าลง มผลท าใหจดเดอดสารละลายสงกวาจดเดอดของตวท าละลายบรสทธและจดเยอกแขงของสารละลายต ากวาจดเยอกแขงของตวท าละลายบรสทธ

72

Tb ขนกบจ านวนอนภาคของตวท าละลายและชนดของตวท าละลาย แตไมขนกบชนดของตวถกละลาย

ΔTb = Kb m

Kb = จดเดอดของสารละลายทเพมขน เมอมตวถกละลาย1 โมลละลายในตวท าละลาย 1 กโลกรม

m = โมแลลลตของสารละลาย

73

3. การลดต าลงของจดเยอกแขง(Freezing point depression)

Tf = Kf m

Tfo = จดเยอกแขงของตวท าละลายบรสทธ

Tf = จดเยอกแขงของสารละลาย

Tf = Tfo Tf

Kf = จดเยอกแขงของสารละลายทลดต าลงเมอตวถกละลาย 1 โมลละลายในตวท าละลาย 1 กโลกรม

74

แสดงแผนผงวฎภาคของน าบรสทธเปรยบเทยบกบสารละลาย

75

คา Kb และ Kf ของตวท าละลายบางชนด

ตวท าละลาย จดเดอด๐C

Kb๐C / m

จดเยอกแขง๐C

Kf๐C / m

น า 100.0 0.51 0.0 1.86

เบนซน 80.1 2.53 5.5 5.12

กรดอะซกตก 118.2 2.93 17.0 3.90

เอทลแอลกอฮอล 78.4 1.19 -115.0 1.99แนพทาลน 218.0 6.34 80.2 6.92

76

ตวอยาง 7 จงหาจดเดอดของสารละลายซงประกอบดวยสารหนก 24 g ละลายในน า 600 g สารนนมน าหนกโมเลกล = 58 และ น าบรสทธเดอดทอณหภม 99.72 C

mKT bb Δ

g 600g/kg 1000

g/mol 58 g 24

C/ 0.51 C 9.729 mTb

C 99.72 C 0.35 bT

C100.07 bT

C 0.35 C 9.729 bT

ตวอยาง 8 เมอน าตวถกละลายหนก 4.5 g ละลายในน า 125 g ไดสารละลายซงมจดเยอกแขง -0.372 C จงค านวณหาน าหนกโมเลกลของตวถกละลาย

m KT ff Δ

g 125g/kg 1000

Mg 4.5

/C 1.86 ) C 0.372( C 0W

m

g/mol 180 Mw

Mw น าหนกโมเลกลของตวถกละลาย

125g/kg 10005.4

C0.372

C/ 1.86 M o

o w

m

78

สารละลายและตวท าละลายบรสทธถกกนใหแยกจากกนดวยเยอบางชนดซงยอมใหเฉพาะตวท าละลายเทานนไหลผานได (semipermeable membrane ) ตวท าละลายจะไหลผานเยอเขาไปในสารละลายท าใหสารละลายเจอจางปรากฏการณเชนนเรยกวา ออสโมซส (osmosis) เกดขนระหวางสารละลายสองชนดซงมความเขมขนตางกนไดเชนกน โดยจะยอมใหเฉพาะโมเลกลของตวท าละลายเคลอนทผานเยอบางๆจากสารละลายเจอจางไปยงสารละลายทเขมขน

4. ความดนออสโมตก (osmotic pressure) 79

สารละลาย A และตวท าละลายบรสทธ B ถกกนดวยsemipermeable membrane ออสโมซสเกดขนโดยโมเลกลของตวท าละลายจาก B ไหลผานเยอเขาไปในสารละลาย A (ในขณะเดยวกน โมเลกลของตวท าละลายจากสารละลาย A กสามารถไหลเขาไปใน B ไดแตดวยอตราทชากวา )

AB

= C R T

ตวท าละลายบรสทธ

สารละลาย

80

สงเกตเหนวาระดบของเหลวในหลอดเลกเหนอสารละลาย A สงขนและ ระดบของเหลวทางดาน B ลดลง

เมอระดบของเหลวในหลอดเลกทงสองคงทแสดงวาระบบเขาสสภาวะสมดลสามารถท าใหออสโมซสหยดลงไดโดยใชความดนกดทางดานสารละลาย ความดนทท าใหออสโมซสหยดพอดนเรยกวา “ความดนออสโมตก” ซงเปนปฏภาคโดยตรงกบความเขมขนของสารละลาย

81

The development of osmotic pressure

pure

solventsolution

net movement of solvent

semipermeable

membrane

solvent molecules

solute molecules

osmotic pressure

Applied pressure

needed to prevent

volume increase

= C R T

= ความดนออสโมตก (atm)C = n/ V = ความเขมขนสารละลาย (mol/L)R = คาคงทของแกส (0.08205 L atm/mol K)T = อณหภมสมบรณ (K)

ดงนน V = n R T

การทดลองของ Van't Hoff สรปวา 83

ตวอยาง 9 สารละลายซงมฮโมโกลบนหนก 80 g ในสารละลาย 1 ลตร มความดนไอออสโมตก 0.026 atm ทอณหภม 4 C จงค านวณน าหนกโมเลกลของฮโมโกลบน

g/mol 70175 mol 0.00114g 80 Mดงนน W

K) mol)(277K / atm dm 08210(

)dm (1 atm) (0.026 n 3

3

.

V = n R T

mol 0.00114

84

A cell in an:

isotonicsolution

hypotonicsolution

hypertonicsolution

85

1010..33..2 2 สมบตสมบตคอลลคอลลเกเกตฟตฟ ((ColligativeColligative properties)properties)ของของสารละลายอสารละลายอเลกโทรเลกโทรไลตไลต เนองจากสารละลายอเลกโทรไลตแตกตวเปนไอออนในสารละลาย ท าใหจ านวนอนภาคในสารละลายมมากขน

The van’t Hoff factor, i, บอกถงจ านวนอนภาค (ไอออน) ทมอยจรงในสารละลายหลงจากการแตกตว

86

0.1 m NaCl solution 0.1 m Na+ ions & 0.1 m Cl ionsสมบตคอลลเกตฟ เปนสมบตทขนอยกบจ านวนอนภาคของตวถกละลายในสารละลาย และ ไมขนอยกบชนดของอนภาคตวถกละลาย0.1 m NaCl solution 0.2 m ions in solution

NonelectrolytesNaClCaCl2

i should be123

สมบตคอลลเกตฟของสารละลายอเลกโทรไลต

number of formula units initially dissolved in solnactual number of particles in soln after dissociationvan’t Hoff factor (i) =

87

Boiling-Point Elevation Tb = i Kb mFreezing-Point Depression Tf = i Kf mOsmotic Pressure () = i C R T

สมบตคอลลเกตฟของสารละลายอเลกโทรไลต Vapor Pressure lowering P = i Xsolute Po

solvent

คอลลอยด (Colloid)

เปนของผสมทมลกษณะอยกงกลางระหวางสารละลาย(solution) กบ สารแขวนลอย (suspension)

อนภาคคอลลอยดมขนาดใหญกวาอนภาคตวถกละลายในสารละลาย แตเลกกวาอนภาคทแขวนลอยในสารแขวนลอย อนภาคของคอลลอยดมขนาดตงแต 10-200 Å อาจเปนโมเลกล หรอไอออน

89

„ ขนาดของอนภาค 1-1000 nm‟ รปรางของอนภาค: rods, discs,

spheres‟ อนภาคอาจแขวนลอยไดเปนเวลานาน

„ Increasing ionic strength can cause precipitation.

Fe2O3 colloid

Al2(SO4)3Fe2O3 precipitate

xSiO2 yH2O

90

ก) ซอลส (Sols)อนภาคคอลลอยดเปนของแขงแขวนลอยในของเหลวไดแก ทองค า ก ามะถน

ชนดของคอลลอยด

ข) อมลชน (Emulsion) อนภาคคอลลอยดเปนของเหลวแขวนลอย ในของเหลวไดแก น ามนแขวนลอยอยในน าสมสายช

ค) เจล (Gel) อนภาคคอลลอยดเปนของแขงแขวนลอยในของเหลวแตอนภาคเปนโมเลกลใหญ

91

ง) แอโรซอล (Aerosol)อนภาคคอลลอยดอาจเปนของแขงหรอของเหลวกไดแขวนลอยในแกส มลกษณะเปนควนหรอหมอกไดแก สเปรยชนดตางๆ

จ) โฟมของเหลว อนภาคแกสแขวนลอยในของเหลว เชน ฟองสบ

ฉ) โฟมของแขง อนภาคแกสแขวนลอยในของแขง เชน สบกอน

92

การเตรยมคอลลอยด ก) วธการกระจาย

น าสารทมอนภาคใหญมาท าใหแตกออกจนไดขนาดของอนภาคคอลลอยด โดย การบด การกวน การต หรอท าใหเลกลงโดยวธเคม เชน เตมโซเดยมไฮดรอกไซด เรยกวาเปปไทเซซน (peptization) หรอการใชความรอนประกอบกบการกวนจะชวยเรงกระบวนการเกดคอลลอยดใหเรวขนได

93

ข) วธการควบแนน เกดจากการทอนภาคเลกๆ เกาะกนเปนกอนจนไดขนาด

ของอนภาคคอลลอยด เชน กระบวนการเกดหมอกและเมฆ

The Cleansing Action of Soap 94

Light scattering and the Tyndall effect

Photo by C.A.Bailey, CalPoly SLO

(Inlay Lake, Myanmar)

96

1. เมอละลายแนฟทาลน (C10H8) 6.44 กรมในเบนซน 80.1 กรม จะไดสารละลายทมความเขมขนรอยละโดยมวลเทาไร

(7.44 %)

ชดท 2

2. จงหากรมของยเรย [(NH2)2CO] ในสารละลายยเรย 0.638 m ทเตรยมจากน า 203 กรม

3. น าตาลซงมสตร C12H22O11 หนก 10 กรม ละลายน า 125 กรมจะมความเขมขนกโมแลล (0.23 m)

5. จงค านวณหานอรมาลตของสารละลายตอไปน ก.) HNO3 7.88 g ในสารละลาย 1 dm3 (0.1251 N)

ข.) Na2CO3 26.5 g ในสารละลาย 1 dm3 (0.5 N)

6. ถาตองการเตรยมสารละลาย Pb(NO3)2 ความเขมขน 0.1 F ปรมาตร 1 dm3 จะตองใช Pb(NO3)2 หนกเทาใด

(33.12 g)

4. จงหาโมแลลตของสารละลายทประกอบดวยยเรย [(NH2)2CO] 7.78 กรม ในน า 203 กรม (0.638 m)

8. จงหาโมลารต (M) ของสารละลายซโครส (C12H22O11) ความเขมขน 1.74 m สารละลายนมความหนาแนน 1.12 g/mL

(1.22 M)

7. จงหาโมแลรต (m) ของสารละลายเอทานอล (C2H5OH) ความเขมขน 5.68 M สารละลายนมความหนาแนน 0.927 g/mL

(8.92 m)

9. สารละลายซงประกอบดวยน า 36 g และกลเซอรน(C3H5(OH)3) 46 g จงค านวณหาเศษสวนโมลของน าและกลเซอรน (Xน า และ Xกลเซอรน = 0.8 และ 0.2)

10. สารละลายชนดหนงเตรยมไดโดยผสมเมทานอล (CH3OH) 76.3 กรมกบโพรพานอล (C3H7OH) 94.5 กรม จงค านวณเศษสวนโมลขององคประกอบทงสอง

(Xเมธานอล = 0.603, Xโพรพานอล = 0.397)

11. สารละลายของสารประกอบอนทรยชอเมสทอล (mesitol) 0.85 กรม ในเบนซน 100.0 กรม มจดเยอกแขง 5.16 C จงหา โมแลลตของสารละลายและมวลตอโมลของเมสทอล ก าหนด Kf (เบนซน) เทากบ 5.12 C / m และจดเยอกแขงของเบนซนเทากบ 5.5 C (0.066 m และ 1.3 x 102 g / mol)

12. เอทลนไกลคอล [CH2(OH)CH2(OH)] ใชเปนสารกนเยอกแขงในหมอน ารถยนต สารนละลายในน าไดและระเหยยากพอควร (จดเดอด 197 C) จงค านวณหาจดเยอกแขงและจดเดอดของสารละลายทประกอบ ดวยเอทลนไกลคอล 651 กรม ในน า 2505 กรม

ก าหนด มวลโมเลกลของเอทลนไกลคอล 62.01 กรม/โมลKf (H2O) และ Kb(H2O) = 1.86 C/m และ 0.52 C/m

(จดเยอกแขง 7.79 C และจดเดอด 102.2 C )

13. น าทะเลมความดนออสโมตกเฉลยเทากบ 30.0 atm ท 25 C จงค านวณความเขมขนเปนโมลารของสารละลายยเรย (NH2CONH2) ทเปนไอโซทอนกกบน าทะเล (1.23 M)

14. สารละลาย MgSO4 เขมขน 0.100 m มการลดจดเยอกแขง 0.225 C จงค านวณแฟกเตอรแวนตฮอฟฟของ MgSO4 ทความเขมขนน (1.21)

15. สารละลายของโพแทสเซยมไอโอไดด (KI) เขมขน 0.010 M มความดนออสโมตก 0.465 atm ท 25 C จงค านวณแฟกเตอรแวนตฮอฟฟของ KI ทความเขมขนน (1.90)