ปริมาณสารสัมพันธ์
สารละลาย
สารละลาย (Solution) คือ สารเนื้อเดียวที่มีสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกัน ประกอบด้วยตัวทำละลายและตัวถูกละลายถ้าตัวถูกสารละลายและตัวทำละลายมีสถานะเดียวกันสารละลายที่มีปริมาณมากกว่าเป็นตัวทำละลาย แต่ถ้าสารทั้งสองมีสถานะแตกต่างกันสารที่มีสถานะเดียวกันกับสารละลายเป็นตัวทำละลาย
1. ความเข้มข้นของสารละลาย
หน่วยของสารละลาย เป็นค่าที่แสดงถึงปริมาณของตัวละลายที่ละลายอยู่ในตัวทำละลายหรือในสารละลายนั้นวัดในรูปความเข้มข้นปริมาณตัวถูกละลายต่อปริมาณสารละลาย (ยกเว้นหน่วยโมลต่อกิโลกรัม)
1. ร้อยละ
1.1 ร้อยละโดยมวล(มวล/มวล) คือ ปริมาณมวลของตัวถูกละลายในมวลของสารละลาย 100 หน่วยมวล
1.2 ร้อยละโดยปริมาตร(ปริมาตร/ปริมาตร) คือ ปริมาตรของตัวถูกละลายในสารละลายปริมาตร 100 หน่วยปริมาตร นิยมใช้กับสารละลายที่เป็นของเหลว เช่น สารละลายแอลกอฮอล์เข้มข้นร้อยละ 20 โดยปริมาตร หมายความว่าสารละลายนี้100 ลูกบาศก์เซนติเมตรจะมีแอลกอฮอล์ละลายอยู่ 20 ลูกบาศก์เซนติเมตร
1.3 ร้อยละมวลต่อปริมาตร คือ ปริมาณของตัวถูกละลายในปริมาตรของสารละลาย 100 หน่วยปริมาตร โดยทั่วไปถ้ามวลของตัวถูกละลายมีหน่วยเป็นกรัมปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร และถ้ามวลของตัวถูกละลายมีหน่วยเป็นกิโลกรัม ปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เดซิเมตรหรือลิตร หน่วยมวลและหน่วยปริมาตรต้องให้สอดคล้องกันด้วย
2. โมลาริตี หรือโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร (mol/dm3 หรือ mol/l) เป็นหน่วยที่บอกจำนวนโมลของตัวถูกละลายในสารละลาย 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร หน่วยความเข้มข้นเป็นโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตรอาจเรียกย่อได้เป็นโมลาร์(Molar) ใช้สัญลักษณ์ M
3. โมแลลิตี หรือ โมลต่อกิโลกรัม (mol/kg) เป็นหน่วยที่บอกจำนวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลาย ในตัวทำละลาย1 กิโลกรัม จึงมีหน่วยเป็น mol/kg หรือเรียกว่า โมแลล (Molal) ใช้สัญลักษณ์ m
4. เศษส่วนโมล (Mole fractions) คือ สัดส่วนจำนวนโมลของสารองค์ประกอบหนึ่งต่อจำนวนโมลรวมของสารทุกชนิดในสารละลาย ใช้สัญลักษณ์ X เช่น สารละลายชนิดหนึ่งประกอบด้วยสาร A a mol, B b mol และC c mol จะได้เศษส่วนโมลของสาร A, B และ C ดังนี้
เศษส่วนโมลของสาร A (XA) = a / ( a + b + c )
เศษส่วนโมลของสาร B (XB) = b / ( a + b + c )
เศษส่วนโมลของสาร C (XC) = c / ( a + b + c )
ผลรวมของเศษส่วนโมลของสารองค์ประกอบทั้งหมดคือ XA + XB + XC มีค่าเท่ากับ 1
และเมื่อนำค่าเศษส่วนโมลของแต่ละสารมาคูณด้วยร้อย จะได้ความเข้มข้นในหน่วยร้อยละโดยมวลของสารนั้น
ร้อยละโดยมวลของสาร A = เศษส่วนโมลของสาร A * 100
ร้อยละโดยมวลของสาร B = เศษส่วนโมลของสาร B * 100
ร้อยละโดยมวลของสาร C = เศษส่วนโมลของสาร C * 100
5. ส่วนในล้านส่วน (parts per million; ppm) เป็นหน่วยที่บอกมวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในสารละลาย1 ล้านหน่วยมวลเดียวกัน ซึ่งเป็นหน่วยความเข้มข้นของสารละลายที่เจือจางมาก ๆ
หรืออาจใช้แสดงปริมาณของสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในสารเคมีที่บริสุทธิ์ต่างๆ เช่น สารละลายโพแทสเซียมไนเตรตเข้มข้น 2 ppm หมายความว่ามีโพแทสเซียมไนเตรตเป็นตัวละลาย 2 ส่วน(กรัม) ละลายอยู่ในสารละลาย 1 ล้านส่วน (กรัม) หรือ 106 กรัม
ในกรณีที่สารละลายเจือจางมากๆ มวลของสารละลายมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของตัวทำละลาย ทำให้มวลของสารละลายมีค่าใกล้เคียงกันมากกับมวลของตัวทำละลายจนถือว่าเท่ากันได้
2. การเตรียมสารละลาย
การสรุปสูตรคำนวณ
1. ร้อยละโดยมวลของตัวถูกละลาย
2. ร้อยละโดยปริมาตรของตัวถูกละลาย
3. ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตรของตัวถูกละลาย
4. mol/dm3
5. mol/kg
6. สารละลายที่มีความเข้มข้น C mol/dm3 จำนวน V cm3 จำนวนโมลของตัวถูกละลาย n mol
7. การเปลี่ยนหน่วยสารละลายจากหน่วย ร้อยละ -----------> mol/dm3
7.1 ร้อยละโดยมวล ---------> mol/dm3
C = ความเข้มข้น (mol/dm3) d = ความหนาแน่นของสารละลาย (g/cm3)
X = ความเข้มข้น (% โดยมวล) M = มวลโมเลกุลของตัวถูกละลาย
7.2 ร้อยละโดยปริมาตร --------------> mol/dm3
D = ความหนาแน่นของตัวทำละลาย (g/cm3) x = ความเข้มข้นของสารละลาย (% โดยปริมาตร)
7.3 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร ---------------> mol/dm3
X = ความเข้มข้นของสารละลาย (ร้อยละมวลต่อปริมาตร)
8. การเตรียมสารละลายเจือจางโดยการเติมน้ำ
โมลของตัวถูกละลายก่อนเติมน้ำ = โมลของตัวถูกละลายหลังเติมน้ำ
สารละลาย C1 mol/dm3 จำนวน V1 cm3 เติมน้ำเป็นสารละลาย C2 mol/dm3 จำนวน V2 cm3
9. การเตรียมสารละลายโดยการผสมสารละลายชนิดเดียวกันความเข้มข้นต่างกัน แต่ปริมาตรที่ใช้ต่างกัน
C1 V1 และ C แทนความเข้มข้นของสารละลายมีหน่วยเป็น mol/dm3
C2 V2 และ V แทนปริมาตรของสารละลายมีหน่วยสอดคล้องกัน เช่น cm3 หรือ dm3 เหมือนกัน
3. สมบัติบางประการของสารละลาย
สารละลายเป็นสารเนื้อเดียวที่ได้จากการผสมสารบริสุทธ์ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเข้าด้วยกัน ถ้าสารที่นำมาผสมกันมีสถานะเดียวกันจะถือว่าสารที่มีปริมาณมากที่สุดเป็นตัวทำละลายส่วนสารที่มีปริมาณน้อยกว่าเป็นตัวละลาย จุดเดือดของสารละลายสูงกว่าตัวทำละลายบริสุทธิ์ และจุดหลอมเหลวของสารละลายต่ำกว่าตัวทำทำละลายบริสุทธิ์และถ้าสารละลายที่มีความเข้มข้นในหน่วยโมลต่อกิโลกรัมเท่ากัน จะมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวเท่ากัน โดยที่ตัวละลายจะเป็นสารใดก็ได้แต่ต้องเป็นสารที่ระเหยยากและไม่แตกตัวเป็นไอออนส่วนสารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกัน แม้จะมีตัวทำละละายชนิดเดียวกันก็มีค่าจุดเดือดและจุดหลอมเหลวไม่เท่ากัน
1. จุดเดือด
Tb = จุดเดือดของสารละลาย - จุดเดือดของตัวทำละลาย (องศาเซลเซียส)
Kb = ค่าคงที่ของการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลาย (องศาเซลเซียส/mol/kg)
m = ความเข้มข้นของสารละลาย (mol/kg)
m1 = มวลตัวถูกละลาย (g)
m2 = มวลของตัวทำละลาย (g)
MW1 = มวลโมเลกุลของตัวถูกละลาย
2. จุดหลอมเหลว (หรือจุดเยือกแข็ง)
Tf = จุดเยือกแข็งของตัวทำละลาย - จุดเยือกแข็งของสารละลาย (องศาเซลเซียส)
Kf = ค่าคงที่ของการลดลงของจุดเยือกแข็งของสารละลาย (องศาเซลเซียส/mol/kg)
