Everyone Problems, Chemists have Solutions เนื้อหาchem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403113-CH09... · 2011. 3. 22. · 1 สารละลาย l Everyone has Problems,

1

สารละลายl

Everyone has Problems, but Chemists have Solutions

1

Solutionsสาขาวชาเคม

คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน

เนอหา

1. สารละลายคออะไร2. ชนดของสารละลาย3. ความเขมขนของ

สารละลาย

6. สารละลายสมบรณแบบและสารละลายไมสมบรณแบบ

7. ความดนไอ กฎของราอลท กฎของเฮนร

2

สารละลาย4. สภาพการละลายได5. ปจจยทมผลตอการ

ละลาย

กฎของเฮนร8. สมบตคอลลเกทฟ9. สารละลายนอนอเลกโตรไลต

สารละลาย สารละลาย (Solution) คอของผสมเนอเดยว

(homogeneous mixture) ซงเกดจากสารตงแต 2 ชนดขนไป▪ สารละลายมสมบตคลายกบสมบตของสารองคประกอบ

3

▪ มวลของสารละลายเทากบมวลขององคประกอบรวมกน

▪ ไมมการเกดปฏกรยาเคมระหวางสารแตละชนด

ตวอยาง นาตาล(20 g) + นา(100 g) = นาเชอม(120 g)หวาน หวาน

องคประกอบของสารละลาย การละลาย (dissolve) คอการทสารชนดหนง (ตวถกละลาย)แตกตวออกเปนอนภาคเลก ๆ และแทรกตวในสารอกชนดหนง (ตวทาละลาย) โดยทวไปเราอาจพจารณาวา▪ สารทมปรมาณมากกวาเปน ตวทาละลาย (solvent)▪ สารทมปรมาณนอยกวาเปน ตวถกละลาย (solute)

4

สารทมปรมาณนอยกวาเปน ตวถกละลาย (solute)▪ สารละลายทมนาเปนตวทาละลายเรยกวา aqueous

solution(aq)

K2Cr2O7(aq) K2Cr2O7(s) Dissolve

Solute Solvent

ชนดของสารละลายเรยกตามจานวนองคประกอบตวอยางเชน

1. สารละลายทวภาค (Binary Solution) คอสารละลายทม 2 องคประกอบ เชน นาเชอม

การเรยกชนดสารละลาย

5

ส รล ล ม ร น น ม2. สารละลายไตรภาค (Ternary Solution) คอสารละลายทม 3 องคประกอบ เชน นาหวานโซดา(นา + นาตาล + โซดา)

ชนดของสารละลายประเภทประเภท SolventSolvent SoluteSolute ตวอยางตวอยาง

สารละลายแกส

แกส แกส อากาศ

แกส ของเหลว ไอนาในอากาศ

แกส ของแขง ไอโอดนในอากาศ

สารละลายของเหลว

ของเหลว แกส นาโซดา

ของเหลว ของเหลว แอลกอฮอลในนา

6

สารละลายของเหลว ของเหลว ของเหลว แอลกอฮอลในนา

ของเหลว ของแขง นาเกลอ นาเชอม

สารละลายของแขง

ของแขง แกส H2 ใน Pd

ของแขง ของเหลว ปรอทในทอง

ของแขง ของแขง ทองเหลอง นาก

2

ความเขมขนของสารละลายความเขมขนของสารละลายแสดงถงอตราสวนระหวางปรมาณตวถกละลายและตวทาละลายหรอสารละลาย1.ความเขมขนรอยละ

• รอยละโดยมวล• รอยละโดยปรมาตร

7

• รอยละโดยมวลตอปรมาตร2.โมลารต (Molarity)3.โมแลลต (Molality)4.เศษสวนโมล (Mole Fraction)

อปกรณเตรยมสารละลาย ขวดเชงปรมาตร (Volumetric Flask) ใชเพอปรบปรมาตรของสารละลายรวมใหไดปรมาตรทตองการ▪ ใสตวถกละลายตามปรมาณทตองการในขวดเชงปรมาตร

(ถาเปนของแขง ใหละลายตวถกละลายกอนใสในขวด)▪ เตมตวทาละลายจนไดปรมาตรของสารละลายเทาทตองการ

8

Meniscus(ทองนา)

ขดปรบระดบ

1. ความเขมขนรอยละ รอยละโดยมวล (% by weight)

รอยละโดยปรมาตร (% by volume)

มวลตวถกละลาย (g)มวลสารละลาย (g)

%W/W = 100%

9

รอยละโดยมวลตอปรมาตร (% weight by volume)

ปรมาตรตวถกละลาย (ml)ปรมาตรสารละลาย (ml)

%V/V = 100%

มวลตวถกละลาย (g)ปรมาตรสารละลาย (ml)

%W/V = 100%

NaOH เขมขน 5% โดยมวล▪ ในสารละลาย 100 กรม ม NaOH ละลายอย 5 กรม▪ การเตรยม ชง NaOH 5 กรม ละลายนา 95.0 กรม (ไดสลล.100 g)

สารละลายเอทานอลเขมขน 30% โดยปรมาตร100 3 30 3

10

▪ สารละลาย 100 cm3 มเอทานอลละลาย อย 30 cm3

▪ การเตรยม ตวงเอทานอล 30 cm3 เตมนาจนได สลล. 100 cm3

สารละลาย NaCl เขมขน 15 % โดยมวลตอปรมาตร▪ สารละลาย 100 cm3 มตวถกละลาย NaCl 15 กรม▪ การเตรยม ชง NaCl 15 กรม เตมนาจนไดสารละลาย 100 cm3

ตวอยาง ความเขมขนรอยละ(1) สารละลายนาตาลซโครส ประกอบดวยซโครส

28.6 กรม ในนา 101.4 กรม จงหาความเขมขนเปนรอยละโดยมวลของสารละลายน

มวลตวถกละลาย (g)%W/W = 100%

11

มวลสารละลาย (g)%W/W = 100%

มวลซโครส (g)มวลสารละลาย (g)

%W/W = 100%

28.6 g101.4 g + 28.6 g

= 100%

= 22 %

ตวอยาง ความเขมขนรอยละ(2) จะตองใช CaCl2 กกรม ละลายนา 80 กรมเพอใหไดสารละลายเขมขน 5 % โดยมวล

มวล CaCl2มวลCaCl2 + มวลนา

%W/W = 100%

X

12

X

X + 80.0 g5% = 100%

5% 100%

(X + 80.0 g) = X

0.05X X + 0.40 g = 0

X = 4.21 g

3

2. โมลารต (Molarity, M) จานวนโมลของตวถกละลายในสารละลาย 1 ลตร

▪ 1 Litre = 1000 ml =1000 cm3 = 1 dm3

โมลตวถกละลาย (mol)ปรมาตรสารละลาย (litre)

M =

13

▪ Molar 1 M (โมลาร) = 1 mol/dm3 = 1 mol/L

สารละลาย Ca(OH)2 เขมขน 0.05 mol/dm3 หมายถงCa(OH)2 0.05 โมล ในสารละลาย 1 L

ตวอยาง โมลารต จงคานวณความเขมขนเปนโมลารตของสารละลาย

KCl ซงประกอบดวย KCl จานวน 12.4 g ละลายอยในสารละลาย 900 cm3 (K=39.1, Cl=35.5)▪ สารละลาย 900 cm3 ม KCl อย mol12.4 g

74 6 g/mol

14

สารละลาย 1000 cm3 ม KCl อย mol

สารละลาย KCl เขมขน 0.185 M (โมลาร)

74.6 g/mol

12.4 g 1000 ml74.6 g/mol 900 ml

3. โมแลลต (Molality, m)จานวนโมลของตวถกละลายในตวทาละลาย 1 กโลกรม

▪ 1 kg = 1000 g

โมลตวถกละลาย (mol)มวลตวทาละลาย (kg)

m =

g(solute)

MW(solute)

15

▪ Molal 1 m (โมแลล) = 1 mol/kg

สารละลาย Ca(OH)2(aq) เขมขน 0.05 molal หมายถงมCa(OH)2 0.05 โมล ในตวทาละลายนา 1 kg

MW(solute)

kg(solvent)

ตวอยาง โมแลลตจงหาความเขมขนเปนโมแลลตของสาร ละลาย NaCl ซงประกอบดวย NaCl 5.0 กรม ในนา 200 กรม (Na = 23.0 , Cl = 35.5)▪ นา 200 g ม NaCl จานวน = mol5.00 g

58 5 g/mol

16

นา 1000 g ม NaCl จานวน = mol

สารละลาย NaCl เขมขน 0.427 m (โมแลล)

58.5 g/mol5.0 g 1000 g

58.5 g/mol 200 g

4. เศษสวนโมล (Mole Fraction, x) อตราสวนระหวางจานวนโมลของตวทาละลายหรอตวถกละลายตอจานวนโมลทงหมดในสารละลาย (ไมมหนวย)▪ ไมตองระบวาสารใดเปนตวทาละลายหรอตวถกละลาย▪ ถาสารล ลายปร กอบดวยสาร A แล สาร B

17

▪ ถาสารละลายประกอบดวยสาร A และสาร B

•xA :เศษสวนโมลของ A nA : จานวนโมลของสาร A

•xB :เศษสวนโมลของ B nB : จานวนโมลของสาร B

nA

nA + nBxA =

nB

nA + nBxB =

xA + xB = 1

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

▪ # โมลของนา (n1) = = 2.0 mol36.0 g

18 0 g/mol

18

1

▪ # โมลของกลเซอรน (n2) = = 0.5 mol

▪ เศษสวนโมลของนา (x1) = = 0.8

▪ เศษสวนโมลของกลเซอรน (x2) = = 0.2

18.0 g/mol46.0 g

92.0 g/mol2.0 mol

(2.0+0.5) mol0.5 mol

(2.0+0.5) mol

4

แบบฝกหด เตรยมสารละลายโดย เตม NaCl 5.0 g ในขวดเชงปรมาตรเตมนาจนไดปรมาตร 100 ml นาหนกรวมของสารละลายเทากบ 104.8 g จงคานวณหาความเขมขน▪ Molarity 0.086 mol

0.10 L

19

▪ % W/V

▪ % W/W

▪ Molality

▪ Mole Fraction

0.10 L

5.0 g100 ml

100%

5.0 g104.8 g

100%

0.086 mol0.0998+ kg

0.086(0.086+5.54)xNaCl =

5.54(0.086+5.54)xH2O =

การเจอจางสารละลาย (Dilution) การเจอจางสารละลายคอการทาใหความเขมขนของสารละลายลดลงโดยการเพมตวทาละลาย

แบงมาเตมตวทาละลาย

การเจอจางทาใหความเขมขนลดลงแตจานวนโมลเทาเดม

20

250 ml 50 ml 250 ml

2.0 M 2.0 M ?M

M1V1 = M2V2

2 M 50 ml = M2 250 ml

2 M 50 ml250 ml

M2 = = 0.4 M

การละลายได (Solubility) สารละลายเกดขนไดอยางไร? การทอนภาคของตวถกละลายเขาไปแทนทอนภาคของตวทาละลายเกดขนไดเมอ▪ ทาลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวทาละลาย▪ ทาลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวถกละลาย

21

ทาลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวถกละลาย▪ สรางแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวทาละลายและตวถกละลาย

solvation

Solvent

Solute

Solution

ความรอนของการละลาย (Hsoln) กระบวนการละลายของตวถกละลายในตวทาละลายประกอบดวย▪ การทาลายแรงยดเหนยว Solvent-Solvent และ

Solute-Solute Hdiss มคาบวก (ดดพลงงาน)

22

▪ การเกดแรงยดเหนยว Solvent-Solute Hbind มคาลบ (คายพลงงาน)▪ ความรอนของการละลาย Hsoln = Hdiss + Hbind

• Hsoln เปนบวก ดดความรอน• Hsoln เปนลบ คายความรอน

ขนตอนการเกดสารละลาย

Solvent

Hdiss1

Hdiss1 Endothermic (+)Hdiss2 Endothermic (+)Hbind Exothermic ()

Hbind

23

Solute

NaCl(s) + H2O(l) NaCl(aq)Hsoln=Hdiss(NaCl)+Hdiss(H2O)+Hbind(NaCl)

Hdiss2 Solution

สภาพการละลายได (solubility) สภาพการละลายได คอ จานวนกรมของตวถกละลายทมากทสดทละลายไดในตวทาละลาย 100 กรม ในสภาวะสมดล▪ สภาพการละลายไดขนกบ

• ชนดของตวทาละลาย• ชนดของตวถกละลาย

24

• อณหภม & ความดน▪ สาหรบสารละลายนา (aqueous)Solubility สมบตการละลายนา

0.1 g ไมละลาย

0.1 – 1.0 g ละลายไดเลกนอย

1.0 g ละลาย

5

สารละลายอมตว (Saturated Solution) สารละลายอมตว คอ สารละลายทมปรมาณตวถกละลายละลายอยมากทสดเทาทจะเปนไปไดทอณหภมนนๆ▪ สมดลระหวางตวถกละลายในสภาวะของแขงและaqueous

NaCl(s) Na+(aq) + Cl–(aq)▪ ถาตวถกละลายตกตะกอนแสดงวาสารละลายอมตวแลว

25

►ความเขมขนของตวถกละลาย สภาพละลายได ตวถกละลายสามารถละลายเพมไดอก

►ความเขมขนของตวถกละลาย สภาพละลายได สารละลายอมตว ไมมตะกอน

►ความเขมขนของตวถกละลาย สภาพละลายได สารละลายอมตว มตะกอน

สารละลายอมตวยวดยง (Supersaturated Solution) สารละลายอมตวยวดยง คอ สารละลายทมความเขมขนของตวถกละลายสงกวาสภาพการละลายได▪ อยในสภาวะกงเสถยร▪ เมอสารละลายอมตวยวดยงถกรบกวน ตวถกละลายจะตกตะกอนและเปลยนเปน สารละลายอมตว

26

การเกดผลก (crystallization) ของสารละลายsupersaturated sodium acetate เมอใสผลก sodium acetate (seeding)ในสารละลาย

สภาพละลายไดและอณหภม การเปลยนแปลงอณหภมมผลโดยตรงตอสภาพละลายไดและการตก ตะกอนของสารละลาย

27

*H2O 100 mL = 100 g

*

ตวอยาง สารละลายอมตว สารละลาย C6H5COOH (aq) อมตว มความเขมขน 0.0237

M จงหาสภาพการละลายไดของ C6H5COOH (aq) (ความหนาแนนของ C6H5COOH (aq) มคา 1.02 g/ml)สลล. 1 L มนาหนก 1,020.00 gสลล 1 L มปรมาณ C H COOH 2 37x10-2 M = 2 894 g

MW(CH3COOH) = 122 g/mol

28

สลล. 1 L มปรมาณ C6H5COOH 2.37x10 M 2.894 gมปรมาณ H2O = 1020.00-2.894 = 1017.106 g

นา 1017.106 g ม C6H5COOH ละลายอย 2.894 gนา 100.00 gจะมปรมาณ C6H5COOH ละลายอย 2.894x100/1017.106

=0.2845 gสภาพละลายไดมคาเทากบ 0.2845 g/100 g

ปจจยทมผลตอสภาพการละลาย1. ชนดของตวถกละลายและตวทาละลาย

แรงยดเหนยวระหวางอนภาคขนอยกบชนดของสาร▪ สารมขว ดงดดกนดวย แรงแบบมขว (มคาสง)

▪ สารไมมขว ดงดดกนดวย แรงแบบไมมขว (มคาตา)

29

( )

ถาแรงดงดดระหวางตวทาละลายและแรงดงดดระหวางตวถกละลายเปนชนดเดยวกน หรอ มคาใกลเคยงกน สารทงสองจะละลายกนได

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

แรงระหวางสารไมมขวดวยกน คอ Van der Waals interaction

ตวถกละลาย ตวทาละลาย การละลายมขว มขว ละลายไดด

30

▪ H2O + CCl4 ?▪ H2O + NH3 ?

มขว มขว ละลายไดด

มขว ไมมขว ละลายไมได

ไมมขว มขว ละลายไมได

ไมมขว ไมมขว ละลายได

6

การละลายของสารประกอบไอออนก สารประกอบไอออนกสวนใหญละลายนาได (นามขว) เนองจากแรงดงดดระหวางนาและไอออน▪ ขวลบของนา : ไอออนบวก▪ ขวบวกของนา : ไอออนลบ

31

เกลอไอออนกบางชนดละลายนาไดนอยหรอไมละลายเนองจากแรงดงดดระหวางไอออนบวกและไอออนลบมคาสงมาก เชน AgCl, Hg2Cl2 PbCl2 BaSO4 PbSO4 SrSO4(AgCl 0.0018 g / นา 1 ลตร ท 25 °C)

การละลายของ NaCl ในนา แรงดงดดระหวางขวของนากบ

ไอออนบวกและไอออนลบมคามากกวาแรงดงดดระหวางไอออนบวกและลบของ NaCl ในโครงผลก

ไ

32

Hydrated ion คอไอออนทถกลอมรอบดวยโมเลกลของนา

Hydrated Na+ ion

2.อณหภมเมออณหภมเปลยน สารจะละลายมากขนหรอนอยลงขนกบวาเปนกระบวนการดดหรอคายความรอน

ปฏกรยาดดความรอน (H=+)

33

เพม T สารละลายมากขน

ปฏกรยาคายความรอน (H=)เพม T สารละลายนอยลง

Solu

bilit

y (g

sol

ute

/ 100

g H

2O)

แบบฝกหด 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

▪ ถาเพมอณหภม LiCl จะละลายมากขน หรอ นอยลง• คาH เปนลบ การละลายเปนกระบวนการคายความรอน

34

ถาเพมอณหภม LiCl จะละลายมากขน หรอ นอยลง

▪ ทอณหภม 10 C ถาสารละลายมปรมาณ LiCl 150.0 g ในนา200 ml สารละลายนเปนสารละลายแบบใด

• เมอเพมอณหภมจะทาใหสภาพการละลายลดลง ( 63.7 g/100ml)

• ทอณหภม 10C สภาพละลายของสารละลายทสนใจมคาเทากบ150g/200ml 75.0 g/100 ml คาทไดแสดงวาสารละลายเปนสารละลายอมตวยวดยงเนองจากปรมาณสารทละลายสงกวาสภาพละลายได (สภาพละลายไดท 10C < 63.7 g/100ml)*

3. ความดนกรณทตวถกละลายเปนแกส ถาความดนแกสเพมแกสจะละลายไดมากขน

solute (g) + solvent (l) solution (l)

35

solute (g) solvent (l) solution (l)

สารละลายสมบรณแบบ (Ideal Solution) ถาพลงงานทใชในการแยกตวถกละลายและแยกตวทาละลาย (Hdiss) มขนาดเทากบพลงงานทคายออกมาเมอตวถกละลายและตวทาละลายดงดดกน(Hbind)

36

Hsoln = Hdiss + Hbind = 0 สารละลายทไดเรยกวา สารละลายสมบรณแบบ▪ Hsoln = 0 ideal solution▪ Hsoln 0 non-ideal solution

7

สารละลายสมบรณแบบ คอสารละลายท solute และ solvent มสมบตใกลเคยงกน คอ▪ โครงสรางคลายกน▪ ขนาดใกลเคยงกน

37

▪ แรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแบบเดยวกนเชน SiCl4 + CCl4 Hsoln = 0

Solvent บรสทธ Ideal Solution Non-ideal Solution

การจดเรยงตวของสารเปลยนแปลงไป

ความดนไอเหนอของเหลว (Vapor Pressure) ความดนไอ คอ ความดนของสารในสภาวะแกสเหนอของเหลว ทสมดลระหวางของเหลวและแกสทอณหภมนน ๆ▪ ความดนไอเกดจากสารทผวของของเหลวระเหยกลายเปน

38

ไอ เนองจากสารทผวมแรงยดเหนยวนอยกวาสารดานลาง

▪ ความดนไอขนกบชนดของสาร และอณหภม

สมดลระหวางของเหลวและไอ

ความดนไอของสารละลายสมบรณแบบ ราอลท (Raoult) ไดศกษาพฤตกรรมความดนไอของสารในสารละลายสมบรณแบบ สรปวา

ทอณหภมคงท ความดนไอของสารองคประกอบในสารละลาย (Pi) มคาเทากบผลคณระหวางเศษสวน

39

i โมลของสาร (Xi) กบความดนไอของสารบรสทธ (Pi°)

Pi° > PiPi = xi Pi°

สารบรสทธ (i)

Pi°

สารละลาย

Pi

ถาสารละลายประกอบดวยสาร A และ BPA = xA PA°PB = xB PB°

Ptotal = PA + PB

▪ Ptotal = ความดนรวม

40

▪ PA, PB = ความดนไอของสาร A และ B ในสารละลาย▪ PA°, PB° = ความดนไอของสาร A และ B บรสทธ▪ xA, xB = เศษสวนโมลของสาร A และ B ในสารละลาย

ถาสารละลายประกอบดวยสาร A, B, C …Ptotal = PA + PB + PC + …

ถาทงตวทาละลาย (1) และตวถกละลาย (2) ระเหยได▪ Psoln = P1 + P2

= x1P°1 + x2P°2

PsolnP2

°

x + x = 1

เสนกราฟความดนไอ

41

ถาตวถกละลาย(2) ไมระเหยและไมแตกตว (P2= 0)▪ Psoln = P1 = x1P1°

x1

| | | | |

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

Pre

ssu

re

P1 P2

P1°

x1 + x2 = 1Psoln = P1 + P2

ตวอยาง ความดนไอ จงคานวณหา Psoln ท 30°C ของสารละลายสมบรณแบบซงประกอบดวย 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

42

( ) ( )

xEtOH

| | | | |

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

PPrOHPEtOH

P°EtOH

P°PrOH

-80

-60

-40

-20

-0

Psoln

Pre

ssur

e

8

ความดนไอของสารละลายไมสมบรณแบบ สารละลายไมสมบรณแบบไมเปนไปตามกฎของราอลท กฎของเฮนรสาหรบสารละลายเจอจาง ความดนไอของตวถกละลายแปรผนตามความเขมขนของตวถกละลาย: P2 = k2x2

โดย k เปนคาคงท

43

โดย k2 เปนคาคงท สาหรบสารละลายไมสมบรณแบบ▪ ตวทาละลาย ใชกฎราอลท P1 = x1P1°

▪ ตวถกละลาย ใชตามกฎของเฮนร P2 = k2X2

Psoln = P1 + P2= x1P1° + k2x2

เสนกราฟความดนไอของสลล.ไมสมบรณแบบ

Psoln = PA + PB

เมอ xA นอย▪ A นอย (solute): Henry’s Law

PPre

ssur

e

Psoln

44

▪ B มาก (solvent): Raoult’s Law

เมอ xA มาก▪ A มาก (solvent): Raoult’s Law

▪ B นอย (solute): Henry’s Law

xA

| | | | |

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

PBPAP

สมบตคอลลเกทฟ สมบตทางกายภาพของสารละลายทขนกบความ

เขมขนของอนภาคตวถกละลายในสารละลาย และ ชนดของตวทาละลาย (เมอตวถกละลายไมระเหยและไมแตกตว*) แตไมขนกบชนดของตวถกละลาย

1 ไ

45

1. การลดตาลงของความดนไอ 2. การสงขนของจดเดอด3. การลดตาลงของจดเยอกแขง4. ความดนออสโมตก

*กรณทตวถกละลายแตกตวเชนในสารละลายอเลกโทรไลตจะพจารณาตางหาก

1. การลดตาลงของความดนไอ ถาสารละลายม solute ทไมระเหย ผวหนาสารละลายจะมจานวนโมเลกลของ solvent นอยลง เพราะมโมเลกลsolute ปะปนอย

46

Raoult’s Law: Psolution = xsolventP°solvent

การคานวณหาความดนไอทลดตาลง▪ ตวทาละลายบรสทธ P = P°solvent

▪ ตวทาละลาย+ตวถกละลายP = x P°

47

Psolution = xsolventP°solvent

▪ ความดนไอทลดตาลงP = P°solvent – xsolventP°solvent

P = (1–xsolvent) P°solvent

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

ตวอยาง การลดลงของความดนไอ สารละลายประกอบดวยซโครส (C12H22O11) หนก

68 g ในนา 1 kg ทอณหภม 28°C ความดนไอของนาบรสทธทอณหภมนมคาเทากบ 28.35 torr จงหาความดนไอของสารละลาย

68

48

9964.00036.010036.056.5520.0

20.0

solvent

solventsolute

solutesolute x

nn

nx

molmolg

gn

molmolg

gn

solvent

solute

56.55/02.18

1000

20.0/30.342

68

torrtorrPxP solventsolventsolution 25.2835.289964.0

9

2. การสงขนของจดเดอด และการลดตาลงของจดเยอกแขง

เมอความดนไอของสารเปลยนแปลงไปเนองจากอทธพลของตวถกละลาย จดเดอดและจดเยอกแขงกจะเปลยนไปดวย

49

▪ 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

Phase Diagram

50

ทจดเดอดและจดเยอกแขงเรยกวา จดเดอดปกต(normal boiling point) และจดเยอกแขงปกต (normal freezing point)

1 atm

Tf TB

Phase Diagrams of Pure Solvent & Solutionเมอความดนไอของตวทาละลายเปลยนแปลงไปเนองจากความเขมขนของตวถกละลาย phase diagram จะเปลยนแปลง

▪ คาจดเดอดทเพมขน(Tb)TTT '

51

▪ คาจดเยอกแขงทลดลง(Tf)

ทง Tb และ Tf มคาเปนบวก

Solution

Tb’Tf

’

Tf Tb

bbb TTT

'fff TTT

คา Tb และ Tf ทเปลยนแปลงไปขนกบความเขมขนของตวถกละลาย(solute)ในตวทาละลาย(solvent)

Tb= Kb·mK l l b ili i t t t

Tf= Kf·mK l l f i i

52

คา Kf และ Kb เปนคาคงท ซงขนกบชนดของตวทาละลาย

Kb = molal boiling point constant

m = solute molality (mol/kg)

T’b = Tb + Tb

Kf = molal freezing point constant

m = solute molality (mol/kg)

T’f = Tf Tf(solution) (solvent) (solution) (solvent)

kb คอคาอณหภมจดเดอดของสารละลายทเพมขนเมอม solute 1 โมล ละลาย ใน solvent 1 kg

kf คอคาอณหภมจดเยอกแขงของสารละลายทลดลงเมอม solute 1 โมล ละลาย ใน solvent 1 kg

53

g

สาร Tf (°C) Kf (°C/m) Tb (°C) Kb (°C/m)

Water 0.00 1.853 100.00 0.515

Benzene 5.53 5.12 80.10 2.53

CCl4 -22.95 29.8 76.75 4.48

Camphor 178.75 37.7 207.42 5.61

แบบฝกหด จงเปรยบเทยบ Tb และ Tb ของสารละลายตอไปน

ตวทาละลาย ตวถกละลาย* molality

Water นาตาล 0.5Water Ethylene glycol 0.5

54

Water Ethylene glycol 1.0CCl4 Ethylene glycol 1.0

* ตวถกละลายไมระเหยและไมแตกตว

10

แบบฝกหด จงหาจดเดอดของสารละลายซงประกอบดวยตวถกละลายหนก 28.0 กรม (MW=65) ในนา 850 กรม

l lmol

kgmolgg

Molality

50704307.0

850.01

/650.28

55

molalkg

507.0850.0

C

molal

mKT

molalC

bb

261.0

507.0515.0

C

CTTT bbb

261.100

261.00.100'

แบบฝกหด เมอตวถกละลายไมระเหยและไมแตกตวหนก 4.50 g ละลายในนา 125 g ไดสารละลายซงมจดเยอกแขง–0.372 °C จงหานาหนกโมเลกลของตวถกละลาย

CCCTTT fff 372.0372.00'

56

molalC

k

TmmKT

molalC

f

fff 201.0

853.1

372.0

molg

kgmol

kgmol

kg

gMW

kgMW g

kg

nmolal

179.10125.0201.0

4.50

125.0

4.50

125.0201.0201.0

ความดนออสโมตกคอผลตางระหวางความดนของสารละลายทมความเขมขนไมเทากนซงแยกกนดวยเยอกงผาน (semipermeable membrane)

3. ความดนออสโมตก

Semi-permeable Membrane

57

▪ ความสามารถของตวทาละลายในการลอดผานเยอกงผานจะลดลงเมอความเขมขนของตวถกละลายทไมสามารถลอดผานเยอกงผานเพมขน ทาใหระดบของเหลวระหวางสองฝงของเยอกงผานมคาไมเทากน

ผลตางของความสงของสารละลายแปรผนโดยตรงกบผลตางความเขมขนของสารละลาย

เมอเพมความดนใหกบสารดานทมความเขมขนสง จะทาใหมการเคลอนทยอนกลบ เรยกวา Reverse-Osmosis

ความดนททาใหความสงของสารทงสองฝงเทากน เรยกวา

58CA > CB h CA – CB

ความดนออสโมตก ()

CA CB

h

CA CB

h

ความดนออสโมตกระหวางตวทาละลาย(C=0)และสารละลายซงแยกออกจากกนดวยเยอกงผานสามารถหาไดจากกฎของ Van’t Hoff

RTV

nnRTV

59

VCRT

= ความดนออสโมตก (atm)C = ความเขมขนของสารละลาย (mol/L)R = คาคงทของแกส (0.0821 Latm/Kmol) T = อณหภม (K)

60

11

ตวอยาง ความดนออสโมตก ทอณหภม 4 °C สารละลายทมฮโมโกบน หนก 80 g ในสารละลาย 1 L มความดนออสโมตก 0.026 atm จงหานาหนกโมเลกลของฮโมโกบน

RTV

n

61

L 1

K 15.277

Kmol

Latm 082.0

g 80atm 026.0

MW

L 1

K 15.277

Kmol

Latm 082.0

atm 026.0

g 80

MW

V

สารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte solution) สารอเลกโทรไลต: สารทแตกตวเปนไอออนเมอละลายอยในนา

ตวถกละลายอาจแบงออกไดเปน▪ สารอเลกโทรไลตแก (แตกตวทงหมด)

62

▪ สารอเลกโทรไลตออน (แตกตว 100%)▪ สารนอนอเลกโทรไลต (ไมมการแตกตว)

การแตกตวของตวถกละลายทเปนสารอเลกโทรไลตจะทาใหความเขมขนของอนภาคตวถกละลายเพมมากขน สงผลถงสมบตคอลลเกทฟของสารละลาย

สมบตคอลลเกทฟของสารละลายอเลกโทรไลตอณหภมจดเยอกแขงทเปลยนแปลงไปขนกบความเขมขนของตวถกละลาย ?

สารละลายนอนอเลกโทรไลต สารละลายอเลกโทรไลตแก

สาร m Tf, C สาร m Tf, C

63

Glycerin 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 Na2SO4 0.100 0.434

Dextrose 0.200 0.372 CaCl2 0.100 0.494

Dextrose 0.300 0.558 NiCl2 0.100 0.538

ตวอยาง สมบตคอลลเกทฟของสลล.อเลกโทรไลต สลล. HCl ความเขมขน 0.6 m▪ กอนแตกตว หลงแตกตว

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

64

▪ 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)Tf = Kf (2 x CNaCl)

65

▪ Na2SO4 2Na+(aq) + SO42- (aq)

Tf = Kf (3 x CNa2SO4)

ในความเปนจรง การแตกตวของสารอเลกโตรไลทจะลดลงเมอความเขมขนเพมขน ทาใหคาการเปลยนแปลงจดเดอดจดหลอมเหลวทวดไดตางจากทคานวณได

Van’t Hoff Factor Van’t Hoff Factor (i) คอจานวนไอออนจรงหลงการแตกตวของตวถกละลายอเลกโตรไลท มคาขนกบความเขมขน ถาสารละลายอเลกโตรไลทเขมขนมาก แรงดงดดระหวางไอออนจะมาก และ i-factor จะลดลงมาก

66

สารแจานวน

ioni factor ทความเขมขน

0.1 m 0.01 m 0.001 m dilute

กลโคส 1 1 1 1 1

NaCl 2 1.87 1.94 1.97 2.00

MgSO4 2 1.21 1.53 1.82 2.00

K2SO4 3 2.32 2.69 2.84 3.00

12

ผลของ i Factor ตอสมบตคอลลเกทฟ สมบตคอลลเกทฟจะขนกบจานวนไอออนทแตกตว

(i)ไดจรงของตวถกละลายอเลกโตรไลท▪ P = i XsoluteP

solv

▪ Tf = i Kf mT = i K m

67

▪ Tb = i Kbm▪ = i MRT

เราสามารถหาคา i ไดจากสมบตคอลลเกทฟทวดไดเชน

i =คา Tf ทวดไดของสารละลายอเลกโทรไลต

คา Tf ทคานวณไดของสารละลายนอนอเลกโทรไลต

ระดบขนการแตกตว () หาไดจาก

= = x / m

▪ A n (ไอออน)

i factor และปรมาณการแตกตวเปน ion

ปรมาณตวถกละลายทหลงการแตกตวปรมาณตวถกละลายกอนการแตกตว

68

A n (ไอออน)

▪ เรมตน m 0

▪ เมอแตกตว -x nx

▪ หลงแตกตว m-x 0 + nx = nx

▪ ปรมาณไอออนรวมหลกแตกตว = m – x + nx = m + (n-1)x

i-factor = m + (n-1) x = 1 + (n-1) x m m

i = 1 + (n-1)

1i

69

1

1

n

i

ตวอยาง i-factorAX A+ + X-

เมอยงไมมการแตกตวม solute M = 10

ถามการแตกตว 30% (= 0.3) ปรมาณไอออนรวม = 7+ (2x3) = 13

70

ปรมาณไอออนรวม = 7+ (2x3) = 13i = 13/10 = 1.3

หรอคานวณจาก i = 1 + (n-1)

= 1 + (2-1) (0.3)= 1.3

ตวอยาง i-factor NaCl ม i factor 1.87 จงคานวณหา สปส. การแตกตว▪ NaCl Na+ + Cl (n=2)

87.012

187.1

71

▪ % การแตกตวเทากบ

%87

%10087.0%

แบบฝกหด ถาสารละลาย NaCl(aq) ความเขมขน 1 molal มจดเยอกแขง -3.4 C จงหาคา สปส.การแตกตวของ NaCl ในสารละลายน

miKT ff

72

83.1/853.1 1

4.3

molalCmolal

C

mK

Ti

f

f

ff

83.012

183.1

1

1

n

i

การแตกตวเทากบ 83%