พลังงานกับการเปลี่ยนเเปลง

ใบความรู้เรอ่ื ง พลังงานกับการละลาย

จากการตรวจสอบสมบตั ิและองค์ประกอบของสารละลาย พบว่า สารละลายประกอบดว้ ย ตวั ละลาย และตวั ทำ
ละลาย ในขณะทสี่ ารเกิดการละลาย ตวั ละลายทเี่ ป็นของแขง็ จะแยกตัวเปน็ อนุภาคเลก็ ๆ แล้วยึดเหน่ียวกบั
อนุภาคของตัวทำละลาย กระบวนการนีเ้ กยี่ วกับตวั ทำละลาย แสดงวา่ การละลายของสารน้ี คายพลังงานออกมา
สารละลายจะมีอุณหภมู สิ ูงข้นึ จัดเปน็ การละลายประเภทคายความรอ้ น ในทางกลบั กัน ถ้าพลังงานท่ใี ชท้ ำตวั
ละลายแยกตวั เปน็ อนุภาคเล็กๆ มีคา่ มากกวา่ พลังงาน ท่ีคายออกมาขณะที่ตัวละลายยดึ เหนย่ี วกับตวั ทำละลาย
แสดงวา่ การละลายของสารนี้ดูดพลงั งาน สารละลายจะมีอุณหภมู ิต่ำลง จัดเปน็ การละลายประเภทดดู ความรอ้ น
ดงั ภาพ 4.2 และ 4.3

การละลายของของเหลวหรือแกส๊ ในตัวทำละลายชนิดต่างๆ เกิดขนึ้ ไดใ้ นทำนองเดยี วกนั การละลายของสารแตล่ ะ
ชนิดจะเป็นการละลายของสารประเภทดดู หรือคายความร้อนซง่ึ เป็นสมบัตเิ ฉพาะตวั ของสาร ดงั ตาราง 4.1

ตาราง 4.1 แสดงตวั อย่างการเปลย่ี นแปลงพลงั งานความร้อนในการละลายของสารบางชนดิ

สาร อุณหภูมิน้ำ(°C) อุณหภมู ิสารละลาย (°C) ประเภทของการละลาย
แอมโมเนยี มไนเตรต 28 19 ดูดความร้อน
โซเดียมไฮดรอกไซด์ 28 53 คายความร้อน
โซเดียมไนเตรต 28 22 ดดู ความร้อน
โซเดยี มคลอไรด์ 28 26 ดดู ความร้อน

สภาพการละลายได้หมายถึงความสามารถในการละลายได้ของตวั ทำละลาย ซงึ่ นอกจากจะข้ึนอยู่กับชนิด
ของตัวละลายและตัวทำละลายแล้วยังขึ้นอยู่กับสภาพแวดลอ้ มอื่นๆ อีก ได้แก่ อุณหภูมิ และความดัน เช่น สภาพ
การละลายของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำ 100 กรัม ณ อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส เท่ากับ 36.0 กรัม แต่ถ้าเพิ่ม
อุณหภูมิเป็น 60 องศาเซลเซียส สภาพการละลาย จะเปลี่ยนไปคือ ละลายได้เพิ่มขึ้นเป็น 37.3 กรัม ส่วนการ
ละลายของแก๊สจะละลายได้มากขึ้น ถ้าอุณหภูมิลดลงและความดันเพิ่มมากขึ้น เช่น การละลายของแก๊ส
คาร์บอนไดออกไซด์ใน น้ำอัดลม สารต่างๆ ที่พบในชีวิตประจำวันมีสมบัติเฉพาะหลายประการ การที่สมบัติของ
สาร แตกต่างไปจากเดิมซึ่งอาจเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติหรือจากการกระทำอย่างใดอย่างหนึ่ง แสดงว่า มีการ
เปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น เมื่อสารเกิดการเปลี่ยนแปลงจะมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเสมอ ในการศึกษาการ
เปลี่ยนแปลงใดๆ ก็ตามจำเป็นต้องกำหนดขอบเขตของสิ่งที่ต้อง การศึกษา เพื่อให้เกิดความชัดเจนในการศึกษา
นนั้ ๆ

ระบบ หมายถงึ สง่ิ ทอี่ ยภู่ ายในขอบเขตทีต่ ้องการศึกษา การกำหนดองคป์ ระกอบ ของระบบขึ้นอยู่กบั จดุ มุ่งหมาย
ของการศึกษา ซึง่ ต้องกำหนดหรอื ระบุใหช้ ัดเจน ดงั ภาพ 4.3 ส่ิงแวดล้อม หมายถงึ สงิ่ ต่างๆ ทีอ่ ยนู่ อกขอบเขตที่
ต้องการศกึ ษา ตวั อยา่ งการกำหนดองค์ประกอบของระบบ เช่น การศกึ ษาการละลายของน้ำตาลทรายในน้ำ ดงั
ภาพ 4.4

การเปล่ียนแปลงพลังงานของระบบมี 2 ประเภท คอื 1. การเปล่ยี นแปลงประเภทคายความรอ้ นหรือ
ประเภทคายพลังงาน คือ การเปล่ียนแปลงทรี่ ะบบคายพลงั งานใหแ้ กส่ ่งิ แวดลอ้ ม เนื่องจากระบบมีอุณหภูมสิ ูงกว่า
สงิ่ แวดลอ้ ม จงึ ถา่ ยเทพลังงานจากระบบไปสู่สง่ิ แวดล้อม เช่น การละลายของโซดาไฟในน้ำ อุณหภูมิของ
สารละลายสูงขนึ้ จึงถา่ ยเทพลังงานให้กบั ส่งิ แวดล้อม เพ่ือทำใหอ้ ุณหภูมิของระบบ ลดลงจนอณุ หภมู ิของระบบ
เท่ากบั อณุ หภมู ขิ องสิ่งแวดลอ้ ม ดังภาพ 4.5 2. การเปลยี่ นแปลงประเภทดูดความรอ้ นหรือประเภทดดู พลงั งาน คือ
การเปลยี่ นแปลงทีร่ ะบบดูดพลังงานจากส่งิ แวดลอ้ ม เน่ืองจากระบบมอี ุณหภูมติ ่ำกวา่ สง่ิ แวดลอ้ ม ระบบจะปรับตัว
โดยดูดพลังงานความรอ้ นจากส่ิงแวดล้อมเขา้ ส่รู ะบบ เพื่อทำให้ อณุ หภมู ิของระบบเท่ากับอุณหภูมขิ องส่ิงแวดล้อม
เช่น การละลายของโซเดยี มไนเตรต ในน้ำ อุณหภูมิของสารละลายต่ำลง จึงดูดพลงั งานเข้าสู่ระบบ เพ่ือทำให้
อุณหภมู ขิ องระบบสงู ข้ึนจน อุณหภมู ิของระบบเท่ากบั อณุ หภูมขิ องส่งิ แวดล้อม

พลงั งานกับการเปลีย่ นแปลงของระบบ การเปลีย่ นแปลงของสารมี 3 ลักษณะ คือ การเปลย่ี นสถานะการละลาย
และ การเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมโี ดยการเปลี่ยนแปลงของสารจะเก่ียวข้องกบั พลังงานดังต่อไปน้ี 1. พลงั งานกบั การ
เปล่ยี นสถานะสารมี 3 ลักษณะ คอื ของแขง็ , ของเหลว และ แกส๊ เม่ือสารเปล่ียนสถานะจากของแข็งเป็น
ของเหลว หรือของเหลวเปน็ แก๊ส หรือของแข็งเปน็ แก๊สจะต้องดูดความรอ้ นจากสง่ิ แวดล้อม ถ้าสารเปล่ยี นสถานะ
จากแกส๊ เป็นของเหลว หรือ ของเหลวเปน็ ของแข็ง หรอื แก๊สเปน็ ของแขง็ จะต้องคายความร้อนให้กับสิ่งแวดล้อม
ขณะทส่ี ารเปล่ียนสถานะ อุณหภูมิของสารจะไม่เปล่ยี นแปลงแม้ว่าจะดดู ความร้อนตลอดเวลา เพราะความรอ้ นถูก
ใชใ้ นการเปล่ยี นสถานะ ปริมาณความร้อนทีใ่ ช้ในการเปลี่ยนสถานะเรยี กว่า " ความร้อนแฝง " ความรอ้ นแฝงจะมี
หลายชนิดขน้ึ อยกู่ ับสถานะของสาร 2. พลงั งานกับการละลาย ในการละลายเกิดจากสารต้งั แต่ 2 ชนิดขน้ึ ไปมา
ผสมเป็นเนื้อเดยี วกันโดยไม่เกิดปฏกิ ริ ยิ า เม่ือสารเกิดการละลายจะเกีย่ วข้องกับพลงั งานทุกขนั้ การละลายมี 2
ข้นั ตอน ดงั นี้

ก. อนุภาคของแขง็ แยกตวั ออกเป็นอนภุ าคเล็ก ๆ ของแข็งมีจำนวนมากมายอยู่ รวมกันโดยมีแรงยึดเหนย่ี วระหว่าง
กนั การแยกอนภุ าคของแขง็ ออกจากเป็นอนุภาคเล็กๆ ต้องใช้ พลังงาน (ดดู พลังงานจากสงิ่ แวดลอ้ ม) พลังงานน้ี
เรยี กว่า " พลังงานแลตทซิ " (Lattice Energy) ดังภาพ 4.6

ข. อนุภาคเล็กๆ ของของแข็งรวมตัวกับอนภุ าคของเหลว เมอ่ื ของแขง็ แยกตวั ออกเป็นอนุภาคเลก็ ๆ แลว้ อนภุ าค
เล็กๆ เหล่าน้จี ะกระจายแทรกตัว อยรู่ ะหวา่ งอนภุ าคของเหลว ทำให้อนภุ าคเล็กๆ สร้างแรงยดึ เหนีย่ วกับอนุภาค
ของเหลว การสร้าง แรงยึดเหน่ียวจะเกิดการคายพลังงานซึ่งพลงั งานน้เี รยี กวา่ " พลังงานโซลเวชัน " (Solvation
Energy ) ถ้าของเหลวทเ่ี ปน็ ตัวทำละลายคือ น้ำพลงั งานนเี้ รยี กว่า " พลงั งานไฮเดรชัน " (Hydration Energy) ดงั
ภาพ 4.7