รู้รอบเรื่อง เคมี

ลำดับตอนที่ #14 : สารละลาย , สูตรการคำนวณสารละลาย

 

สารละลาย (Solution) คือ สารเนื้อเดียวที่มีสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกัน ประกอบด้วยตัวทำละลายและตัวถูกละลาย ถ้าตัวถูกสารละลายและตัวทำละลายมีสถานะเดียวกันสารละลายที่มีปริมาณมากกว่าเป็นตัวทำละลาย แต่ถ้าสารทั้งสองมีสถานะแตกต่างกันสารที่มีสถานะเดียวกันกับสารละลายเป็นตัวทำละลาย

หน่วยของสารละลาย เป็นค่าที่แสดงถึงปริมาณของตัวละลายที่ละลายอยู่ในตัวทำละลายหรือในสารละลายนั้น วัดในรูปความเข้มข้นปริมาณตัวถูกละลายต่อปริมาณสารละลาย (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 หมายความว่าสารละลายนี้ 100 ลูกบาศก์เซนติเมตรจะมีแอลกอฮอล์ละลายอยู่ 20 ลูกบาศก์เซนติเมตร

1.3 ร้อยละมวลต่อปริมาตร คือ ปริมาณของตัวถูกละลายในปริมาตรของสารละลาย 100 หน่วยปริมาตร โดยทั่วไปถ้ามวลของตัวถูกละลายมีหน่วยเป็นกรัม ปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร และถ้ามวลของตัวถูกละลายมีหน่วยเป็นกิโลกรัม ปริมาตรของสารละลายจะมีหน่วยเป็นลูกบาศก์เดซิเมตรหรือลิตร หน่วยมวลและหน่วยปริมาตรต้องให้สอดคล้องกันด้วย

2. โมลาริตี หรือโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร (mol/dm³ หรือ mol/l) เป็นหน่วยที่บอกจำนวนโมลของตัว ถูกละลายในสารละลาย 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร หน่วยความเข้มข้นเป็นโมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตรอาจเรียกย่อได้เป็นโมลาร์ (Molar) ใช้สัญลักษณ์ M

3. โมแลลิตี หรือ โมลต่อกิโลกรัม (mol/kg) เป็นหน่วยที่บอกจำนวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลาย ในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม จึงมีหน่วยเป็น mol/kg หรือเรียกว่า โมแลล (Molal) ใช้สัญลักษณ์ m

4. เศษส่วนโมล (Mole fractions) คือ สัดส่วนจำนวนโมลของสารองค์ประกอบหนึ่งต่อจำนวนโมลรวม ของสารทุกชนิดในสารละลาย ใช้สัญลักษณ์ X เช่น สารละลายชนิดหนึ่งประกอบด้วยสาร A a mol, B b mol และ C c mol จะได้เศษส่วนโมลของสาร A, B และ C ดังนี้

เศษส่วนโมลของสาร A (X_A) = a / ( a + b + c )

เศษส่วนโมลของสาร B (X_B) = b / ( a + b + c )

เศษส่วนโมลของสาร C (X_C) = 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) เป็นหน่วยที่บอกมวลของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในสารละลาย 1 ล้านหน่วยมวลเดียวกัน ซึ่งเป็นหน่วยความเข้มข้นของสารละลายที่เจือจางมาก ๆ หรืออาจใช้แสดงปริมาณของสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในสารเคมีที่บริสุทธิ์ต่าง ๆ เช่น สารละลายโพแทสเซียมไนเตรตเข้มข้น 2 ppm หมายความว่ามีโพแทสเซียมไนเตรตเป็นตัวละลาย 2 ส่วน (กรัม) ละลายอยู่ในสารละลาย 1 ล้านส่วน (กรัม) หรือ 106 กรัม

ในกรณีที่สารละลายเจือจางมากๆ มวลของสารละลายมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของตัวทำละลาย ทำให้มวลของสารละลายมีค่าใกล้เคียงกันมากกับมวลของตัวทำละลายจนถือว่าเท่ากันได้ 

1. ร้อยละโดยมวลของตัวถูกละลาย
2. ร้อยละโดยปริมาตรของตัวถูกละลาย
3. ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตรของตัวถูกละลาย
4. mol/dm3
5. mol/kg
6. สารละลายที่มีความเข้มข้น C mol/dm3 จำนวน V dm3 จำนวนโมลของตัวถูกละลาย n mol
7. สารละลายที่มีความเข้มข้น C mol/dm3 จำนวน V dm3 จำนวนโมลของตัวถูกละลาย n mol
8. การเปลี่ยนหน่วยสารละลายจากหน่วย ร้อยละ -----------> mol/dm3 8.1 ร้อยละโดยมวล ---------> mol/dm3 C = ความเข้มข้น (mol/dm3) d = ความหนาแน่นของสารละลาย (g/cm3) X = ความเข้มข้น (% โดยมวล) M = มวลโมเลกุลของตัวถูกละลาย 8.2 ร้อยละโดยปริมาตร --------------> mol/dm3 D = ความหนาแน่นของตัวทำละลาย (g/cm3) x = ความเข้มข้นของสารละลาย (% โดยปริมาตร) 8.3 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร ---------------> mol/dm3 X = ความเข้มข้นของสารละลาย (ร้อยละมวลต่อปริมาตร)
9. การเตรียมสารละลายเจือจางโดยการเติมน้ำ โมลของตัวถูกละลายก่อนเติมน้ำ = โมลของตัวถูกละลายหลังเติมน้ำ สารละลาย C1 mol/dm3 จำนวน V1 cm3 เติมน้ำเป็นสารละลาย C2 mol/dm3 จำนวน V>2 cm3
10. การเตรียมสารละลายโดยการผสมสารละลายชนิดเดียวกันความเข้มข้นต่างกัน แต่ปริมาตรที่ใช้ต่างกัน C1V1 และ C แทนความเข้มข้นของสารละลายมีหน่วยเป็น mol/dm3 C2V2 และ V แทนปริมาตรของสารละลายมีหน่วยสอดคล้องกัน เช่น cm3 หรือ dm3 เหมือนกัน

แหล่งอ้างอิง: เอกสารประกอบคำบรรยาย วิชาเคมี ของโครงการส่งเสริมความสามารถพิเศษภาคฤดูร้อน Brands's Summer Camp'95 มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์