Everyone Problems, Chemists have Solutions เนื้อหา...
Transcript of Everyone Problems, Chemists have Solutions เนื้อหา...
1
สารละลายSolutions
Everyone has Problems, but Chemists have Solutions
1
Solutionsโครงการจดตงสายวชาเคม
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
การละลาย 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
ชนดของสารละลายเรยกตามจานวนองคประกอบเชน
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)
การเตรยมสารละลาย ขวดเชงปรมาตร (Volumetric Flask) ใชเพอปรบปรมาตรของสารละลายใหไดปรมาตรตามทตองการ▪ ใสตวถกละลายปรมาณทตองการในขวดเชงปรมาตร (ถาเปนของแขง ใหละลายตวถกละลายในบกเกอรกอนใสในขวด)▪ 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 เตมนาเพอละลายแลวเตมนาจนไดสารละลาย 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 + 4.0 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 M หมายถงCa(OH)2 0.05 mol 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
▪ จานวนโมลของนา (n1) = = 2.0 mol36.0 g
18 0 g/mol
18
1
▪ จานวนโมลของกลเซอรน (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
2.0 M 50 ml = M2 250 ml
2.0 M 50 ml250 ml
M2 = = 0.4 M
การละลายได (Solubility) สารละลายเกดขนไดอยางไร? การทอนภาคของตวถกละลายแทรกตวเขาไปแทนทอนภาคของตวทาละลายเกดขนไดเมอ▪ ทาลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวทาละลาย▪ ทาลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวถกละลาย
21
ทาลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวถกละลาย▪ สรางแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของตวทาละลายและตวถกละลาย
solvation
Solvent
Solute
Solution
ความรอนของการละลาย (Hsoln) กระบวนการละลายของตวถกละลายในตวทาละลายประกอบดวย▪ การทาลายแรงยดเหนยว Solvent-Solvent และ
Solute-Solute Hdiss มคาบวก (ดดพลงงาน)
22
▪ การสรางแรงยดเหนยว 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 ชนดตวถกละลายและอณหภมมผลตอการละลาย
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 ตวถกละลายจะตกตะกอน(หรอตกผลก) และเปลยนเปน 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 = 2 891 g
MW(CH3COOH) = 122 g/mol
28
สลล. 1 L มปรมาณ C6H5COOH 2.37x10 M 2.891 gมปรมาณ H2O = 1020.00-2.891 = 1017.109 g
นา 1017.109 g ม C6H5COOH ละลายอย 2.891 gนา 100.00 gจะมปรมาณ C6H5COOH ละลายอย 2.891x100/1017.109
=0.2842 gสภาพละลายไดมคาเทากบ 0.2842 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 สารจะละลายมากขนหรอนอยลงขนกบวาการละลายเปนกระบวนการดดหรอคายความรอน
33
การละลายแบบดดความรอน (H=+) เพม T สารละลายมากขน
การละลายแบบคายความรอน (H=) เพม T สารละลายนอยลง
Solu
bilit
y (g
sol
ute
/ 100
g H
2O)
แบบฝกหด ความรอนของสารละลาย LiCl(aq) มคา = 37.42 kJ/mol และสภาพการละลายไดของ 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 ▪ ความรอนของการละลายของ ideal solution = 0
▪ 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 ทภาวะสมดลระหวางของเหลวและแกส ทอณหภมหนง▪ 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° หรอ Psoln = xsolvent Psolvent
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 (EtOH) และ C3H8OH (PrOH) 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 แตไมขนกบชนดของตวถกละลาย (เมอตวถกละลายไมระเหยและไมแตกตว*)
1 ไ
45
1. การลดตาลงของความดนไอ 2. การสงขนของจดเดอด3. การลดตาลงของจดเยอกแขง4. ความดนออสโมตก
*กรณทตวถกละลายแตกตวเชนในสารละลายอเลกโทรไลตจะพจารณาภายหลง
1. การลดตาลงของความดนไอ ถาสารละลายม solute ทไมระเหย ผวหนาสารละลายจะมจานวนโมเลกลของ solvent นอยลง เพราะมโมเลกลsolute ปะปนอย
46
Raoult’s Law: Psolution = xsolventP°solvent
การคานวณหาความดนไอทลดตาลง▪ ตวทาละลายบรสทธ P = P°solvent
▪ สารละลายเมอตวถกละลายไมระเหยและไมแตกตวP = 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
ตวทาละลาย 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 T’b ของสารละลายตอไปน
ตวทาละลาย ตวถกละลาย* molality
Water นาตาล 0.5
54
Water Ethylene glycol 0.5Water 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
ความดนททาใหความสงของสารทงสองฝงเทากน เรยกวาความดนออสโมตก ()
58
CA > CB h CA – CB
h
CA CB
hเมอเพมความดนใหกบสารดานทมความเขมขนสง จะทาใหมการเคลอนทยอนกลบเรยกวา Reverse-Osmosis
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 สารละลายทมฮโมโกลบน หนก 80
g ในสารละลาย 1 L มความดนออสโมตก 0.026 atm จงหานาหนกโมเลกลของฮโมโกลบน
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
MW = 69,927 g mol-1
สารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte solution) สารละลายอเลกโทรไลตคอ สารละลายทตวถกละลายเปนสารอเลกโทรไลต
สารอเลกโทรไลต : สารทแตกตวเปนไอออนเมอละลายอยในนา
ตวถกละลายอาจแบงออกไดเปน
62
ตวถกละลายอาจแบงออกไดเปน▪ สารอเลกโทรไลตแก (แตกตวทงหมด)
▪ สารอเลกโทรไลตออน (แตกตว 100%)▪ สารนอนอเลกโทรไลต (ไมมการแตกตว)
การแตกตวของสารอเลกโทรไลตจะทาใหความเขมขนของอนภาคตวถกละลายเพมมากขน สงผลตอสมบตคอลลเกทฟของสารละลาย
สมบตคอลลเกทฟของสารละลายอเลกโทรไลตจดเดอด จดเยอกแขงทเปลยนแปลงไปขนกบชนดและความเขมขนของตวถกละลาย
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 ทาใหคาการเปลยนแปลงจดเดอดจดเยอกแขงทวดไดตางจากทคานวณได
Van’t Hoff Factor Van’t Hoff Factor (i) คอจานวนไอออนจรงหลงการแตกตวของตวถกละลายอเลกโตรไลท มคาขนกบชนดและความเขมขน 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 CRT
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
▪ ปรมาณไอออนรวมหลงแตกตว = 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%