สมบัติคอลิเกทิฟของสารละลาย

Homepage

สมบัติคอลิเกทิฟของสารละลาย

สารละลายเป็นสารเนื้อเดียวที่ได้จากการผสมสารบริสุทธ์ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเข้าด้วยกัน ถ้าสารที่นำมาผสมกันมีสถานะเดียวกันจะถือว่าสารที่มีปริมาณมากที่สุดเป็นตัวทำละลาย ส่วนสารที่มีปริมาณน้อยกว่าเป็นตัวละลาย จุดเดือดของสารละลายสูงกว่าตัวทำละลายบริสุทธิ์ และจุดหลอมเหลวของสารละลายต่ำกว่าตัวทำทำละลายบริสุทธิ์ และถ้าสารละลายที่มีความเข้มข้นในหน่วยโมลต่อกิโลกรัมเท่ากัน จะมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวเท่ากัน โดยที่ตัวละลายจะเป็นสารใดก็ได้แต่ต้องเป็นสารที่ระเหยยากและไม่แตกตัวเป็นไอออน ส่วนสารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกัน แม้จะมีตัวทำละลายชนิดเดียวกันก็มีค่าจุดเดือดและจุดหลอมเหลวไม่เท่ากัน

1. จุดเดือด 

  = จุดเดือดของสารละลาย - จุดเดือดของตัวทำละลาย (องศาเซลเซียส) 

      K_b = ค่าคงที่ของการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลาย (องศาเซลเซียส/mol/kg) 

      m = ความเข้มข้นของสารละลาย (mol/kg) 

      m₁ = มวลตัวถูกละลาย (g) 

      m₂ = มวลของตัวทำละลาย (g) 

      MW₁ = มวลโมเลกุลของตัวถูกละลาย 

2. จุดหลอมเหลว (หรือจุดเยือกแข็ง) 

 

       = จุดเยือกแข็งของตัวทำละลาย - จุดเยือกแข็งของสารละลาย (องศาเซลเซียส) 

        K_f = ค่าคงที่ของการลดลงของจุดเยือกแข็งของสารละลาย (องศาเซลเซียส/mol/kg) 

3.สารละลายชนิดเดียวกันมีความเข้มข้นเท่ากัน จุดเดือดและจุดเยือกแข็งสัมพันธ์กันดังนี้ 

 

ตัวทำละลายที่เป็นสารบริสุทธิ์เมื่อเติม  ตัวถูกละลายลงไปกลายเป็นสารละลายจะทำให้สมบัติของตัวทำละลายเปลี่ยนไป เช่น  ความดันไอ  จุดเดือด  จุดหลอมเหลว  สมบัติดังกล่าวของสารละลาย  เรียกว่า  สมบัติคอลลิเกทีฟ  (colligative  properties)  ซึ่งได้แก่

                1.  การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด                (boiling  point  elevation)

                2.  การลดลงของจุดเยือกแข็ง            (freezing  point  depression)

                3.  การลดลงของความดันไอ             (vapor  pressure  lowering)

                4.  การเกิดแรงดันออสโมซิส            (osmosis  pressure)

                จุดเดือดของของเหลว  คือ  อุณหภูมิมีความดันของของเหลว 

            มีค่าเท่ากับความดันบรรยากาศ

1.  การเพิ่มขึ้นของจุดเดือด (boiling  point  elevation)

การ ที่ความดันไอของสารละลายลดต่ำลง มีผลทำให้จุดเดือดสารละลายสูงกว่าจุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์และจุด เยือกแข็งของสารละลายต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์

                     จุดเดือดของสารละลายสูงขึ้น      =       T´b   -   Tb

                     เมื่อ                               Tb       =       จุดเดือดของน้ำบริสุทธิ์
                                                          T´b       =       จุดเดือดของสารละลาย
                           Tb เป็นค่าที่ขึ้นกับจำนวนอนุภาคของตัวทำละลายในสารละลายและชนิดของตัวทำละลาย แต่ไม่ขึ้นกับชนิดของตัวถูกละลาย

                                                           Tb        =      Kb. m

                                                   เมื่อ     m      =       โมแลลลิตีของสารละลาย
                                                             Kb      =       จุดเดือดของสารละลายที่เพิ่มขึ้น เมื่อตัวถูกละลาย
                                                                                 1 โมลละลายในตัวทำละลาย 1 kg

2.  การลดลงของจุดเยือกแข็ง (freezing  point  depression)

                                 Tf      =      Kf . m

 เมื่อ   จุดเยือกแข็งของสารละลายลดลง   = จุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์ – จุดเยือกแข็งของสารละลาย
                                                                           =       Tf  -  T´f
                   K f     =      จุดเยือกแข็งของสารละลายที่ลดต่ำลง เมื่อตัวถูกละลาย

                                 1   โมลละลายในตัวทำละลาย 1 kg

ตารางที่ 6 ค่าคงที่ของการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด(Kb) และค่าคงที่ของการลดลงของจุดเยือกแข็ง(K f)ของตัวทำละลายบางชนิด

      

ชนิดตัวทำละลาย	จุดเดือด   oC	Kb    oC/ mol	จุดเยือกแข็ง   oC	Kf    oC/ mol
น้ำ (H2O)	100.0	0.51	0.0	1.86
เบนซีน (C6H6)	80.1	2.53	5.5	5.12
กรดแอซิติก (CH3COOH)	118.2	2.93	17.0	3.90
เอทิลแอลกอฮอล์ (CH3CH2OH)	78.4	1.19	-115.0	1.99
แนฟทาลีน (C10H8)	218.0	6.34	80.2	6.92

สมบัติคอลิเกทิฟของสารละลายนำไปใช้ประโยชน์ ดังนี้

        

 1. ประโยชน์สำคัญประการหนึ่งของการศึกษาการลดของจุดเยือกแข็งของสารละลาย คือ การหาน้ำหนักโมเลกุลของตัวถูกละลาย ในตัวทำละลายที่เหมาะสม การทดลองเพื่อหามวลโมเลกุลของตัวถูกละลาย จะมีความถูกต้องเฉพาะสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำๆ แต่ถ้าตัวถูกละลายมีน้ำหนักโมเลกุลสูงๆ (molecular weight ;MW ตั้งแต่ 1,000 - 100,000 g/mol) จะมีความคลาดเคลื่อนค่อนข้างสูง ซึ่งเกิดจากสาเหตุหลายๆ อย่าง เช่น

 1.1 สารที่ต้องการหามวลโมเลกุลไม่สามารถละลายได้ในตัวทำละลาย หรือ ละลายได้ไม่สมบูรณ์

 1.2 ตัวทำละลายที่ใช้มีอัตราการระเหย ที่ค่อนข้างสูงเกินไป

 1.3 น้ำหนักบางส่วนของสารตัวอย่างเกิดการสูญหายระหว่างการวิเคราะห์ ซึ่งจะทำให้ความเข้มข้นในหน่วยโมแลลที่คำนวณได้ มีความผิดพลาดไปจากความเข้มข้นจริงที่ชั่งได้

 ทั้งหมดที่กล่าวมา สามารถทำให้การทดลองผิดพลาดได้ ปัจจุบัน การหาน้ำหนักโมเลกุลของสาร ที่ให้ผลที่ถูกต้อง และแม่นยำ และมีความเชื่อถือมาก มักนิยมวิเคราะห์มวลโมเลกุลของสารตัวอย่างโดยใช้เครื่องมีอที่เรียกว่า "mass spectroscopy"

จากภาพข้างต้น นักเรียนทราบหรือไม่ว่า ในถังไอศรีมต่างๆ จำเป็นที่จะต้องมีกระบวนการถนอมไอศรีมให้เย็นและไม่ละลาย ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีกระบวนการที่สามารถให้อุณหภูมิของถังมีอุณหภูมิต่ำๆ เช่น ใช้น้ำแข็ง ซึ่งอุณหภูมิที่ได้จากการใช้น้ำแข็งอย่างเดียวนั้น เราจะได้อุณหภูมิของถังแช่ไอศรีมประมาณ 4-5 องศาเซลเซียสเท่านั้น ซึ่งไม่เพียงพอที่จะรักษาไอศรีมให้คงสภาพอยู่ได้นาน แต่ถ้าเราเติมตัวถูกละลายที่ไม่แตกตัวลงไปในถัง จะทำให้ถังไอศกรีมมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทำให้เราเก็บไอศรีมได้นานขึ้น และไม่ละลายง่ายด้วย

     

  2. ในเครื่องจักรของรถยนต์ การระบายความร้อนของรถยนต์ ปกติเรามักจะใช้น้ำ แต่ในกรณีที่อุณหภูมิของอากาศต่ำมากๆ สิ่งที่เกิดขึ้น ก็คือ น้ำกลายสภาพจากของเหลวเป็นของแข็ง จึงได้มีการคิดค้น ปรากฏว่า ถ้านำ ethylene glycol ผสมกับน้ำ จะทำให้สารละลายมีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำบริสุทธิ์ ข้อดีก็คือไม่ทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งง่ายไป ทำให้น้ำเดือดช้ามากขึ้น ซึ่งช่วยให้เราไม่ต้องเติมน้ำเนื่องจากการระเหยของน้ำบ่อยเกินไป

ตาราง อัตราส่วนของ ethylene glycol ต่อน้ำ โดยปริมาตร กับอุณหภูมิของจุดเยือกแข็ง

อัตราส่วนของ ethylene glycol (% by volume)	0	10	20	30	40	50	60
อุณหภูมิของจุดเยือกแข็ง (OC)	0	-3	-8	-16	-25	-37	-55

อ้างอิง :https://sites.google.com/a/samakkhi.ac.th/poy--chemistry/smbati-khx-li-ke-thif-khxng-sarlalay