สารละลาย

สารละลาย
         สารละลายเป็นสารเนื้อเดียว เตรียมได้จากการผสมสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเข้าด้วยกัน สำหรับสารละลายที่ตัวทำละลายและตัวละลายมีสถานะเดียวกัน จะถือว่าสารที่มีปริมาณมากกว่าเป็นตัวทำละลาย แต่ถ้าสถานะต่างกัน สารที่มีสถานะเดียวกับสารละลายจัดเป็นตัวทำละลาย สารละลายอาจมีตัวละลายมากกว่า 1 ชนิด และตัวละลายในสารละลายแต่ละชนิดอาจมีปริมาณแตกต่างกันซึ่งทำให้สารละลายมีความเข้มข้นไม่เท่ากัน
         ความเข้มข้นของสารละลาย
         ความเข้มข้นของสารละลาย เป็นค่าที่แสดงปริมาณของตัวละลายที่ละลายอยู่ในตัวทำละลายหรือในสารละลายนั้น การบอกความเข้มข้นของสารละลายบอกได้หลายวิธีดังนี้
         (1) ร้อยละ หรือส่วนใน 100 ส่วน (part per hundred ใช้อักษรย่อ pph) จำแนกได้เป็น
                  ก. ร้อยละโดยมวล (มวล/มวล) หมายถึง มวลของตัวละลายที่ละลายในสารละลาย 100 หน่วยมวลเดียวกัน เช่น สารละลายโซเดียมคลอไรด์เข้มข้นร้อยละ 5 โดยมวล หมายความว่าสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 100 กรัม มีโซเดียมคลอไรด์ละลายอยู่ 5 กรัม และมีน้ำ 95 กรัม เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

                  ข. ร้อยละโดยปริมาตร (ปริมาตร/ปริมาตร)หมายถึงปริมาตรของตัวละลายที่ละลายในสารละลาย 100 หน่วย ปริมาตรเดียวกัน เช่น สารละลายกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นร้อยละ 10 โดยปริมาตร หมายความว่าสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีกรดไฮโดรคลอริกบริสุทธิ์ 10 ลูกบาศก์เซนติเมตร (หน่วยปริมาตรอาจเป็นลูกบาศก์เดซิเมตร(\displaysyledm^3)หรือลิตร (L)ก็ได้)เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

                  ค. ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร (มวล/ปริมาตร)หมายถึง มวลของตัวละลายที่ละลายในสารละลาย 100 หน่วยปริมาตร โดยที่หน่วยของมวลและปริมาตรต้องสอดคล้องกัน เช่น ถ้ามวลของตัวละลายมีหน่วยเป็นกรัมปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เซนติเมตรหรือถ้ามวลของตัวละลายมีหน่วยเป็นกิโลกรัมปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เดซิเมตรหรือลิตรเช่น สารละลาย \displaysyleCuSo_4เข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวลต่อปริมาตร หมายความว่า สารละลาย \displaysyleCuSo_4100 ลูกบาศก์เซนติเมตร\displaysyleCuSo_4ละลายอยู่ 10 กรัม เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

รูปที่ 4.4 ตัวอย่างการบอกความเข้มข้นของสารเป็นร้อยละ

การคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายในหน่วยร้อยละ ศึกษาได้จากตัวอย่างต่อไปนี้
           ตัวอย่าง 10 สารละลายซึ่งประกอบด้วยกลูโคส\displaysyle\left({C_6H_{12}O_6}\right)จำนวน 100 g ในน้ำ 200 g มีความเข้มข้นในหน่วยร้อยละ โดยมวลเป็นเท่าใด
มวลของสารละลาย
         = มวลของกลูโคส + มวลของน้ำ
         = 100 g + 200 g    = 300 g
ร้อยละโดยมวลของกลูโคส

สารละลายกลูโคส เข้มข้นร้อยละ 33.33 โดยมวล

           ตัวอย่าง 11 ถ้าอากาศ 1000 \displaysylecm^3 มีแก๊ส \displaysyleN_2O จำนวน \displaysyle3.30x10^{-5}cm^3ความเข้มข้นเป็นร้อยละของ \displaysyleN_2Oในอากาศมีค่าเท่าใด
ร้อยละโดยปริมาตรของ \displaysyleN_2O

         ในอากาศมี \displaysyleN_2O อยู่ร้อยละ\displaysyle3.30x10^{-6}  โดยปริมาตร

           ตัวอย่าง 12 สารละลาย NaOH เข้มข้นร้อยละ 6 โดยมวลจำนวน 200 g มี NaOH อยู่ในสารละลายกี่กรัมร้อยละโดยมวลของ NaOH

                                                                                      = 12 g
                                                        ในสรละลายมี NaOH 12 กรัม

           ตัวอย่าง 13 จงหาปริมาตรของสารละลาย \displaysyleFe\left({NO_3}\right)_3 เข้มข้นร้อยละ 15 โดยมวล ซึ่งมี \displaysyleFe\left( {NO_3} \right)_3 ละลายอยู่ 30 g สารละลายมีความหนาแน่น 1.16g/\displaysylecm^3 ที่ \displaysyle25^0C

                  วิธีที่ 1
                      ขั้นที่1 หามวลของสารละลาย

                                                                                           = 200 g
                      ขั้นที่2  หาปริมาตรของสารละลาย

                                                                                 = 172.4 \displaysyle cm^3
สารละลาย\displaysyleFe\left({NO_3}\right)_3มีปริมาตร 172.4 ลูกบาศก์เซนติเมตร

                  วิธีที่2  ทำเป็นขั้นตอนเดียวโดยคูณปริมาณที่กำหนดให้ด้วยแฟคเตอร์เปลี่ยนหน่วยที่สัมพันธ์ต่อเนื่องกันจะได้ว่า

                                                                                 = 172.4 \displaysylecm^3
สารละลาย\displaysyleFe\left({NO_3}\right)_3 มีปริมาตร 172.4 ลูกบาศก์เซนติเมตร

           ตัวอย่าง 14 จงหามวลของ\displaysyleNiSO_4 ในสารละลาย\displaysyleNiSO_4 เข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวล จำนวน 50 \displaysylecm^3 กำหนดให้สารละลายมีความหนาแน่นเท่ากับ\displaysyle1.06g/cm^3 ที่ \displaysyle25^0C

= 5.3 g
ในสารละลายมี\displaysyleNiSO_4  5.3 กรัม

         (2) ส่วนในล้านส่วน (parts per million ใช้อักษรย่อ ppm)และ ส่วนในพันล้านส่วน (parts per billion ใช้อักษรย่อ ppb) เป็นหน่วยที่บอกปริมาณตัวละลายเป็นมวลหรือปริมาตรที่ละลายในสารละลาย 1 ล้านหน่วย และ 1 พันล้านหน่วยตามลำดับ เช่น ในแหล่งน้ำแห่งหนึ่งมีสารตะกั่วปนเปื้อน 0.1 ppm หมายความว่าน้ำในแหล่งน้ำนั้น 1 ล้านกรัมมีตะกั่วละลายอยู่ 0.1 กรัม หรือในเนื้อปลามีสารปรอทปนเปื้อนอยู่ 1 ppb หมายความว่า ในเนื้อปลานั้น 1 พันล้านกรัม มีสารปรอทปนเปื้อนอยู่ 1 กรัม ความเข้มข้นในหน่วยนี้เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

ในกรณีที่สารละลายเจือจางมากมวลของตัวละลายมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของตัวทำละลาย ทำให้มวลของสารละลายมีค่าใกล้เคียงกับมวลของตัวทำละลายจนถือว่าเท่ากัน จึงเขียนความสัมพันธ์ได้ว่า

           ตัวอย่างการคำนวณ
           ตัวอย่าง 15 ในสารละลาย\displaysyleHg(NO_3)_2 ซึ่งมี \displaysyleHg(NO_3)_2 อยู่3.24 gและน้ำ 100gสารละลายมีความเข้มข้นเท่าใดในหน่วยในล้าน
ppm=\displaysyle\frac{{gHg(NO_3)_2}}{{(gHg(NO_3)_2+gH_2O)}}\times10^6
\displaysyle=\frac{{3.24g}}{{(3.24g+100g)}}\times10^6
   =   3.14x\displaysyle10^4
สารละลาย \displaysyleHg(NO_3)_2 มีความเข้มข้นของ 3.14x\displaysyle10^4ppm

           ตัวอย่าง 16 ถ้าในอากาศ 100 \displaysylecm^3 มี \displaysyleN_2O3.30\times10^{-5}cm^3 ความเข้มข้นของ \displaysyleN_2O ในหน่วย ppb มีค่าเป็นเท่าใด
ppb=\displaysyle\frac{{3.30\times10^{-5}cm^3N_2O}}{{100cm^3ÍÒ¡ÒÈ}}\times10^9
        =\displaysyle3.30\times10^2
ความเข้มข้นของ\displaysyleN_2Oในอากาศ\displaysyle3.30\times10^2ppb


         (3)บอกปริมาณตัวละลายเป็นโมล ตัวทำละลายเป็นปริมาตร มวลหรือโมล จำแนกได้เป็น
                  ก. โมลาริตี หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าความเข้มข้นเป็นโมลาร์ใช้สัญลักษณ์ M หมายถึงจำนวนโมลของตัวละลายที่ละลายในสารละลาย 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร หรือ 1 ลิตร จึงมีหน่วยเป็นโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร หรือโมลเป็นลิตร เช่น สารละลาย\displaysyleH_2SO_4 เข้มข้น 1.0 M หมายความว่า สารละลาย\displaysyleH_2SO_4 1 ลูกบาศก์เดซิเมตรหรือ 1 ลิตร มี \displaysyleH_2SO_4 ละลายอยู่ 1 โมล เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

           ตัวอย่างการคำนวณ
           ตัวอย่าง 17 สารละลายที่ได้จากการละลาย NaOH จำนวน 15 g ในน้ำ จนสารละลายมีปริมาตร 250\displaysylecm^3 จะมีความเข้มข้นกี่โมลาร์
                  วิธีที่ 1
                      ขั้นที่ 1 หา mol ของ NaOH

= 0.375 mol

                      ขั้นที่ 2 หาปริมาตรของสารละลายเป็น \displaysyledm^3

                      ขั้นที่ 3 หาความเข้มข้นของสารละลาย

                               =     1.5 mol/\displaysyledm^3
        สารละลาย NaOH เข้มข้น 1.5mol/\displaysyledm^3 หรือ 1.5 M

                  วิธีที่ 2
              ทำเป็นขั้นตอนเดียว โดยนำขั้นที่ 1 2 และ 3 มาคิดรวมกันจะได้ว่า
               mol/\displaysyledm^3 ของสารละลาย

สารละลาย NaOH เข้มข้น 1.5mol/\displaysyledm^3 หรือ 1.5 M

           ตัวอย่าง 18 สารละลาย \displaysyleHNO_3 เข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวลมีความหนาแน่น 1.4 g/\displaysylecm^3 จงคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายนี้ในหน่วย mol/\displaysyledm^3
mol/\displaysyledm^3 ของสารละลาย

สารละลาย \displaysyleHNO_3มีความเข้มข้น 2.2 mol/\displaysyledm^3

                  ข. โมแลลิตี หรือเรียกย่อๆว่า โมแลล ใช้สัญลักษณ์ m หมายถึงจำนวนโมลของตัวละลายที่ละลายในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม ใช้หน่วยเป็นโมลต่อ 1 กิโลกรัม เช่น สารละลาย\displaysyleNa_2CO_30.5 m หมายความว่ามี\displaysyleNa_2CO_30.5 โมล ละลายในน้ำ 1 กิโลกรัม เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้

           ตัวอย่างการคำนวณ

           ตัวอย่าง 19 เมื่อละลายน้ำตาลทราย 34.2g ในน้ำ 500g สารละลายจะมีความเข้มข้นเท่าใดในหน่วยโมลต่อกิโลกรัม

 สารละลายน้ำตาลทรายเข้มข้น0.2โมลต่อกิโลกรัม
           ตัวอย่าง 20 สารละลายXเข้มข้น2.5 m ถ้าในสารละลายนั้นมี X 10g จงหามวลของน้ำในสารละลายที่กำหนดให้Xมีมวลโมเลกุลเท่ากับ250

                                                        = 0.016 kg\displaysyleH_2O

สารละลาย X เข้มข้น 2.5 m มีน้ำ 0.016 กิโลกรัม

               ค. เศษส่วนโมล ใช้สัญลักษณ์ X  เศษส่วนโมลของสารใดในสารละลาย หมายถึงอัตราส่วนจำนวนโมลของสารนั้นกับจำนวนโมลรวมของสารทั้งหมดในสารละลาย เช่น สารละลายชนิดหนึ่งประกอบด้วยสาร A a โมลสาร B b โมล และสาร C c โมล เศษส่วนโมลของ A B และ C เป็นดังนี้

เศษส่วนโมลของ \displaysyleA(X_A)=\frac{a}{{(a+b+c)}}
เศษส่วนโมลของ \displaysyleB(X_b)=\frac{b}{{(a+b+c)}}
เศษส่วนโมลของ \displaysyleC(X_c)=\frac{c}{{(a+b+c)}}

ถ้านำเศษส่วนโมลของทุกสารในสารละลายมารวมกันจะได้เป็นดังนี้

หรือนำเศษส่วนโมลของแต่ละสารมาคูณด้วย 100 จะได้ความเข้มข้นของสารนั้นในหน่วยร้อยละโดยจำนวนโมลดังนี้
         ร้อยละโดยจำนวนโมลของ A= X_Ax100
           ตัวอย่างการคำนวณ
           ตัวอย่าง 21 จงคำนวณหาเศษส่วนโมลขององค์ประกอบแต่ละชนิดในสารละลายที่ประกอบด้วย สาร A 1.5 mol สาร B2.0 mol และ \displaysyle H_2O5.0mol
จำนวนโมลรวมของสารทั้งหมดในสารละลาย
         = 1.5 mol + 2.0 mol +  5.0 mol       = 8.5 mol

เศษส่วนโมลของ \displaysyleA(X_a)=\frac{{1.5mol}}{{8.5mol}}=0.2
เศษส่วนโมลของ \displaysyleB(X_B)=\frac{{2.0mol}}{{8.5mol}}=0.2
เศษส่วนโมลของ A\displaysyleH_2O(X_{H_2 O})=\frac{{5.0mol}}{{8.5mol}}=0.6

           ตัวอย่าง 22 สารละลายกลูโกสประกอบด้วยน้ำ 10 g มีเศษส่วนโมลของกลูโกส 0.02 มวลของกลูโกสในสารละลายมีค่าเท่าใด
         มวลโมเลกุลของน้ำ = 18
         มวลโมเลกุลของกลูโกส\displaysyle\left({C_6H_{12}O_6}\right)=180

*เศษส่วนโมลของกลูโกส(\displaysyleX_gruclose)=\displaysyle\frac{{molC_6H_{12}O_6}}{{\left({molC_6H_{12}O_6+molH_2O} \right)}}
0.02=\displaysyle\frac{{molC_6H_{12}O_6}}{{\left({molC_6H_{12}O_6+0.56molH_2O}\right)}}
mol\displaysyleC_6H_12O_6=0.0114mol

         =2.05g\displaysyleC_6H_12O_6
ในสารละลายมีกลูโกสอยู่ 2.05 กรัม
           ตัวอย่าง 23 สารละลายชนิดหนึ่งเตรียมโดยการผสมเอทานอล 10 g กับน้ำจำนวน 100 g จงคำนวณหาเศษส่วนโมลของเอทานอลในสารละลายและร้อยละโดยจำนวนโมลของเอทานอลในสารละลายนี้
มวลโมเลกุลของเอทานอล=46
มวลโมเลกุลของน้ำ=18

เศษส่วนโมลของ \displaysyleC_2H_5OH\left({{\rmX}_{{\rmC}_{\rm2}{\rmH}_{\rm5}{\rmOH}}}\right)=\frac{{0.2174molC_2H_5OH}}{{\left( {0.2174molC_2 H_\OH+5.5556molH_2O}\right)}}
         =0.0377
ร้อยละโดยจำนวนโมลของเอทานอล=0.0377x100=3.7700
ในสารละลายมีจำนวนโมลของเอทานอลร้อยละ 3.7700

แบบฝึกหัด 4.3
1. จงคำนวณหาความเข้มข้นร้อยละโดยมวลของสารละลายต่อไปนี้
ก.โซเดียมคลอไรด์ 50.0g ในน้ำ 200.0g
ข.กรดแอซีติก 0.05 mol ในน้ำ 3.0 mol

2. สารละลายน้ำตาลทราย\displaysyle\left({C_{12}H_{22}O_{11}}\right)[\tex]à¢éÁ¢é¹ÃéÍÂÅÐ </span><br />
<span style="color: rgb(128, 128, 0);">22.0â´ÂÁÇÅÁÕ¤ÇÒÁ˹Òá¹è¹1.09g/[tex]\displaysylecm^3

ก. ในสารละลาย 1\displaysylecm^3 มีน้ำตาลทรายละลายอยู่กี่กรัม
ข.สารละลายนี้มีความเข้มข้นอยู่เท่าใด ในหน่วยโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตรและโมลต่อกิโลกรัม

3. สารละลาย\displaysyleH_2SO_4เข้มข้นร้อยละ 35 โดยมวล มีความหนาแน่น 1.26g/\displaysylecm^3ที่ \displaysyle 20^0C
ก.ในสารละลาย 100 \displaysyledm^3มี\displaysyleH_2SO_4ละลายอยู่กี่กรัม
ข.จงหาปริมาตรของสารละลายที่มี\displaysyleH_2SO_4ละลายอยู่ 500 g
ค.สารละลายนี้มีความเข้มข้นเท่าใด ในหน่วยโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตรและโมลต่อกิโลกรัม

4. จงคำนวณหาความเข้มข้นเป็นโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตรของสารละลายต่อไปนี้
ก.NaCl 3.0 mol ในสารละลาย 0.650 \displaysyledm^3
ข.HCl 0.015 mol ในสารละลาย 10 \displaysylecm^3
ค. \displaysyleC_6H_{12}O_6 400 g ในสารละลาย 800\displaysylecm^3
ง.\displaysyleNa_2CO_353g ในสารละลาย 1\displaysyledm^3

5. ต้องใช้น้ำกี่กิโลกรัมในการละลาย NaCl 234 g เพื่อห้สารละลายเข้มข้น 0.25 mol/kg

6.สารละลาย NaCl เข้มข้นร้อยละ 10.0 โดยมวล มีความเข้มข้นกี่โมต่อกิโลกรัม

7.จงหาเศษส่วนโมลของ \displaysyleH_2SO_4 ในสารละลาย \displaysyleH_2SO_4 เข้มข้น 15.5mol/\displaysyledm^3 และมีความหนาแน่น 1.760g/\displaysylecm^3

8. จงหาเศษส่วนโมลของทุกองค์ประกอบของสาร NaCl เข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวล

9. สินแร่ตัวอย่างชนิดหนึ่ง 0.456 g เมื่อนำมาวิเคราะห์พบว่า \displaysyleCr_2O_3 อยู่ 0.560 mg สินแร่ตัวอย่างมี \displaysyleCr_2 O_3 อยู่กี่ส่วนในล้านส่วน


10. กรดเปอร์คลอริก \displaysyle\left({HClO_4}\right) มีมวลโมเลกุล 100.5 ถ้าสารละลายกรดนี้เข้มข้น 9.20mol/\displaysyledm^3 มีความหนาแน่น 1.54g/\displaysylecm^3จงหาความเข้มข้นของสารละลายนี้เป็นร้อยละโดยมวล