Part II: Physical Chemistry and Applications

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 1
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

สารบัญ (Contents)

Part II: Lab 5-9...............................................................................................................................5
ทบทวนคณติ ศาสตร์..........................................................................................................................5

การเขยี นกราฟ (Graphing)....................................................................................................................5
เลขนยั สำคญั (Significant figure).........................................................................................................6
การทดลองท่ี 5..................................................................................................................................9
การหาค่าพลงั งานกอ่ กมั มันตข์ องปฏกิ ริ ิยาโบรไมดแ์ ละโบรเมตไอออนในสารละลายกรด....................9
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ (Learning objective).....................................................................................9
หลกั การและทฤษฎี (Theoretical background).................................................................................9
อุปกรณ์ในการทดลอง (Equipment)...................................................................................................13
สารเคมี (Materials).............................................................................................................................13
วธิ กี ารทดลอง (Procedure).................................................................................................................13
การวเิ คราะหข์ อ้ มลู (Data analysis) ...................................................................................................14
คำถาม (Questions) ............................................................................................................................14
เอกสารอา้ งอิง (References)...............................................................................................................14
การทดลองท่ี 6................................................................................................................................15
การหาจดุ ยเู ทกติกของระบบไบฟีนิลกบั แนฟธาลีนโดยการสร้างแผนภาพสถานะ.............................15
วตั ถปุ ระสงค์การเรยี นรู้ (Learning objective)...................................................................................15
หลักการและทฤษฏี (Theoretical background)...............................................................................15
อุปกรณใ์ นการทดลอง (Equipment)...................................................................................................20
สารเคมี (Materials).............................................................................................................................20
วธิ ีการทดลอง (Procedure).................................................................................................................21
การวเิ คราะหข์ ้อมูล (Data analysis) ...................................................................................................21
เอกสารอ้างองิ (References)...............................................................................................................21
การทดลองที่ 7................................................................................................................................23

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 2
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
การหาค่าคงทีก่ ารแตกตวั ของกรดแอซีติกโดยการวัดคา่ การนำไฟฟา้ ...............................................23

วตั ถุประสงคก์ ารเรียนรู้ (Learning objective)...................................................................................23
หลักการและทฤษฎี (Theoretical background)...............................................................................23
อปุ กรณ์ในการทดลอง (Equipment)...................................................................................................31
สารเคมี (Materials).............................................................................................................................31
วิธกี ารทดลอง (Procedure).................................................................................................................31
การวิเคราะหข์ ้อมูล (Data analysis) ...................................................................................................32
คำถาม (Questions) ............................................................................................................................33
เอกสารอา้ งอิง (References)...............................................................................................................34
การทดลองที่ 8................................................................................................................................35
การหาคา่ คงท่ีการแตกตัวของกรดแอซตี กิ โดยการวดั คา่ พีเอซ .........................................................35
วัตถุประสงคก์ ารเรียนรู้ (Learning objective)...................................................................................35
หลักการและทฤษฏี (Theoretical background)...............................................................................35
อปุ กรณใ์ นการทดลอง (Equipment)...................................................................................................39
สารเคมี (Materials).............................................................................................................................39
วธิ ีการทดลอง (Procedure).................................................................................................................39
การวิเคราะหข์ ้อมูล (Treatment of data).........................................................................................40
คำถาม (Questions) ............................................................................................................................40
เอกสารอา้ งองิ (References)...............................................................................................................40
การทดลองที่ 9................................................................................................................................43
การหาคา่ คงทีส่ มดุลของปฏกิ ิริยาการเกดิ สารประกอบเชิงซ้อนเฟอรร์ กิ ไธโอไซยาเนตโดยการวดั คา่
การดดู กลนื แสง...............................................................................................................................43
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ (Learning objective)...................................................................................43
หลกั การและทฤษฏี (Theoretical background)...............................................................................43
อปุ กรณใ์ นการทดลอง (Equipments).................................................................................................45
สารเคมี (Materials).............................................................................................................................45
วธิ กี ารทดลอง (Procedure).................................................................................................................46

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 3
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

การวิเคราะหข์ ้อมูล (Data analysis) ...................................................................................................47

คำถาม (Questions) ............................................................................................................................48

เอกสารอ้างองิ (References)...............................................................................................................48

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 4
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 5
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Part II: Lab 5-9

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ทบทวนคณติ ศาสตร์

การเขยี นกราฟ (Graphing)
การเขียนกราฟต้องใชโ้ ปรแกรมตารางคำนวณ (spreadsheet) เช่น โปรแกรม Excel ชว่ ยในการ

เขยี น โดยตอ้ งระบอุ งค์ประกอบของกราฟใหถ้ กู ต้องครบถว้ นสมบรู ณ์ คือ
1. แกน X คือค่าอะไร มหี น่วยเปน็ อะไร
2. แกน Y คอื ค่าอะไร มหี น่วยเป็นอะไร
3. ในกรณีที่มีข้อมูลหลายชุด ต้องระบุชื่อชุดข้อมูลด้วย พร้อมแสดงให้เห็นชัดเจนด้วยว่า ข้อมูล

แตล่ ะชดุ แทนด้วยสญั ลักษณ์อะไร
ตวั อย่าง การเขียนกราฟระหว่าง x และ y จากขอ้ มูล (data) ที่ไดจ้ ากการทดลอง และการเพ่ิมเสน้ แนว
โนม้ (trendline) ดว้ ยสมการเชงิ เส้น (linear) คือ y = mx + c เพือ่ หาความสมั พนั ธร์ ะหว่างคา่ x และ y
โดย m คือ ความชัน (slope) และ c คอื จดุ ตัดแกน y (y-intercept) โดยใหแ้ สดงสมการท่ีไดแ้ ละคา่
สมั ประสิทธ์คิ วามสมั พันธ์ (correlation coefficient, R2) ในกราฟด้วย ดงั แสดงตามรูปท่ี 1

รปู ที่ 1 แสดงกราฟทมี่ อี งคป์ ระกอบถูกต้องครบถ้วนสมบูรณ์

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 6

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
เลขนัยสำคญั (Significant figure)

เลขนัยสำคัญ (significant figure) คือ ตัวเลขที่แสดงความหมายของจุดในการวัดและการ
คำนวณเชิงปริมาณ ที่ประกอบด้วยส่วนที่แสดงความแน่นอน (certainty) และส่วนที่แสดงความไม่
แน่นอน (uncertainty) โดยตัวเลขสุดท้ายของเลขนัยสำคัญจะแสดงถึงความไม่แน่นอนเสมอ และจะ
ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์การวัดที่เราเลือกใช้ด้วย เช่น กระบอกตวงที่มีมาตราส่วนความไม่แน่นอน 0.5 mL
ปริมาตรทอ่ี ่านไดค้ อื 6.0  0.5 mL ดังนั้น ปรมิ าตรท่แี ท้จริงท่อี ยใู่ นกระบอกตวงคอื 5.5 mL ถงึ 6.5 mL
และกระบอกตวงที่มีมาตราส่วนความไม่แน่นอน 0.2 mL ปริมาตรที่อ่านได้คือ 6.00  0.2 mL ดังนั้น
ปริมาตรที่แท้จริงที่อยู่ในกระบอกตวงคือ 5.80 mL ถึง 6.20 mL จะเห็นได้ว่า เราสามารถที่จะปรับปรุง
อุปกรณ์การวัดต่างๆ เพ่ือใหไ้ ด้ค่าเลขนัยสำคญั ท่มี ากขึ้นได้ ดงั แสดงตามรูปท่ี 2

รปู ที่ 2 การวัดปริมาตรโดยใชก้ ระบอกตวงซ่ึงคา่ เลขนยั สำคัญท่ไี ด้จะขึ้นอย่กู ับอปุ กรณก์ ารวดั ทเี่ ราเลอื กใช้

กฎพน้ื ฐาน 6 ข้อ ของการหาเลขนัยสำคญั คือ
1. ตวั เลขท่ีไมใ่ ชศ่ นู ยเ์ ปน็ เลขนยั สำคัญ เช่น

ก. 9362 cm มีเลขนยั สำคัญ 4 ตัว
ข. 3.9872 g มีเลขนัยสำคญั 5 ตวั
2. เลขศูนยท์ อ่ี ยรู่ ะหวา่ งตัวเลขถอื เปน็ เลขนัยสำคญั เช่น
ก. 804 cm มีเลขนยั สำคัญ 3 ตวั
ข. 50.703 g มเี ลขนัยสำคัญ 5 ตัว
3. ศูนย์ที่อยู่ทางซ้ายของตัวเลขที่ไม่ใช่ศูนย์ ไม่ถือเป็นเลขนัยสำคัญ จุดมุ่งหมายก็เพื่อแสดง
ตำแหนง่ ของจุดทศนยิ มเท่าน้ัน เชน่
ก. 0.07 L มีเลขนยั สำคญั 1 ตวั
ข. 0.000872 g มเี ลขนัยสำคัญ 3 ตัว
4. เมือ่ ตวั เลขมากกว่า 1 เลขศูนยท์ ี่เขยี นทางขวามอื ของจุดทศนิยมถือเป็นเลขนัยสำคญั เช่น
ก. 4.0 mg มเี ลขนยั สำคัญ 2 ตัว
ข. 80.073 mL มเี ลขนัยสำคัญ 5 ตัว
ค. 5.030 dm มเี ลขนยั สำคญั 4 ตัว

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 7

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5. เมื่อตัวเลขน้อยกว่า 1 เลขศูนย์ที่อยู่ท้ายตัวเลขและอยู่ระหว่างตัวเลขถือเป็นเลขนัยสำคัญ

เช่น

ก. 0.070 kg มเี ลขนัยสำคญั 2 ตัว

ข. 0.4007 L มีเลขนัยสำคัญ 4 ตัว

ค. 0.00570 min มีเลขนัยสำคญั 3 ตัว

6. สำหรับตัวเลขที่ไม่มีจุดทศนิยม ศูนย์สุดท้าย (เลขศูนย์ที่อยู่ท้ายตัวเลขที่ไม่ใช่ศูนย์) อาจจะ

เป็นหรือไมเ่ ป็นเลขนยั สำคัญก็ได้ เชน่

ก. 700 cm อาจจะมีเลขนัยสำคัญเพียงตัวเดียว (เลข 7) มีสองเลขนัยสำคัญ (เลข 70)

หรือมีสามเลขนัยสำคัญ (เลข 700) เราไม่อาจรู้ได้ว่าแบบไหนถูกต้องถ้าไม่มีข้อมูล

มากพอ โดยการใช้สัญลักษณ์เชิงคณิตศาสตร์เราอาจจะละความสับสนนี้ได้ เช่น

กรณี 700 cm อาจเขียนได้เป็น 7 x 102 cm สำหรับหนึ่งเลขนัยสำคัญ 7.0 x 102

cm สำหรับสองเลขนยั สำคัญ หรือ 7.00 x 102 cm สำหรับสามเลขนยั สำคญั

กฎของการจดั การเชงิ คำนวณเก่ยี วกับเลขนยั สำคัญ คือ
1. การบวกและการลบ จำนวนตัวเลขหลังจุดทศนิยมของคำตอบจะเท่ากับ จำนวนตัวเลขหลัง

จดุ ทศนยิ มของค่าเรม่ิ ตน้ ที่มคี ่าน้อยทีส่ ดุ เชน่

32.7 มเี ลขหลังจดุ ทศนยิ มเพยี งค่าเดียว
+ 3.62 ปัดเปน็ 46.3
+10.008

46.328

673.425 มีเลขหลงั จุดทศนิยมสองค่า
− 672.91 ปดั เป็น 0.52

0.515

การปดั คา่ ตวั เลข มวี ธิ ีการดงั น้ี ในการปัดค่าใหม้ ีเลขทศนิยมจำนวนหนง่ึ

1. หากตัวเลขที่ตามหลังจุดทศนิยม ตำแหน่งนั้นมีค่าน้อยกว่า 5 ให้ตัดเลขทั้งหมดท้ิง

ไปไดเ้ ลย เชน่

ก. 8.724 ปัดเป็น 8.72 เม่อื ต้องการทศนิยมเพียงสองตำแหน่ง

2. ถ้าตำแหน่งที่ต้องการปัดค่ามีตัวเลขที่ตามมามากกว่าหรือเท่ากับ 5 ให้เพิ่มค่าของ

ตำแหน่งสดุ ทา้ ยเขา้ ไปอีกหน่ึง เชน่

ก. 8.727 จะปดั เป็น 8.73

ข. 0.425 จะปดั เปน็ 0.43

2. การคูณและการหาร จำนวนเลขนัยสำคัญหลังจากที่มีการคูณหรือการหารแล้วจะมีค่า

เทา่ กบั จำนวนท่มี เี ลขนัยสำคญั นอ้ ยท่ีสุด เชน่

ก. 2.8 x 4.5039 = 12.61092 ปัดเป็น 13

ข. 6.85 x 112.04 = 0.061138789 ปัดเป็น 0.0611 หรอื 6.11 x 102

ค. 346 x 121 x 900.0 = 37,679,400 ปดั เปน็ 3.77 x 107

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 8

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. ข้อพึงระวัง คือ จำนวนที่แน่นอนที่ได้มาจากนิยาม หรือจากการนับชิ้นของวัตถุนั้นอาจ
พิจารณาได้วา่ มจี ำนวนเลขนยั สำคัญไมจ่ ำกัด เช่น
ก. หนว่ ยนิ้ว (inch) มีคา่ เปน็ 2.54 เซนตเิ มตร (cm) น่ันคือ
1 น้วิ = 2.54 เซนตเิ มตร
ดังนั้น “2.54” นิ้ว ในสมการไม่ได้มาจากการวัดที่มีเลขนัยสำคัญสามตัว ในการ
คำนวณจะเกี่ยวขอ้ งกบั การแปลงหน่วยระหว่างนิ้วและเซนติเมตร เราต้องแปลงจาก
“1” เปน็ “2.54” โดยทเี่ ลขนยั สำคัญเหมือนเดมิ
ข. กรณีสำหรบั วัตถทุ ่มี มี วล 5.0 g ดังนน้ั มวลของวัตถุนี้จำนวน 7 ชน้ิ จะมคี ่า
5.0 g x 7 = 35.0 g
คำตอบมีเลขนัยสำคัญสามตัว ซึ่งไม่ถูกต้องเมื่อคำนึงถึงเลขนัยสำคัญ เพราะว่า
5.0 g มีเลขนัยสำคัญสองตัว จำนวนของ 7 ชิ้น เป็นจำนวนที่แน่นอนและไม่ได้
พิจารณาเลขนัยสำคัญ ดังนั้น คำตอบที่ถูกต้องคือ 35 g ท่ีมีเลขนัยสำคัญสองตัว
และถา้ วัตถุนีจ้ ำนวน 1,000 ช้ิน จะมีมวลเท่ากับ
5.0 g x 1,000 = 5,000.0 g
คำตอบมีเลขนัยสำคัญถึงห้าตัว ซึ่งไม่ถูกต้องเมื่อคำนึงถึงเลขนัยสำคัญ ดังนั้น
คำตอบที่ถูกต้องคือ 5.0 x 103 g หรือ 5.0 kg เพราะเมื่อคำนึงถึงเลขนัยสำคัญ
คำตอบตอ้ งมเี ลขนัยสำคัญสองตวั เท่านัน้
-----------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จักรีสทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 9

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

การทดลองที่ 5

การหาคา่ พลังงานก่อกัมมนั ตข์ องปฏกิ ิรยิ าโบรไมดแ์ ละโบรเมตไอออนในสารละลายกรด

(Determination of the Activation Energy for the Reaction of Bromide and Bromate Ions in Acid Solution)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

วัตถปุ ระสงคก์ ารเรยี นรู้ (Learning objective) เพือ่ ใหน้ สิ ติ สามารถ

1. วดั อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ า (rate of reaction) ทีอ่ ุณหภูมติ า่ งๆ ได้
2. ใช้สมการอาร์เรเนียส (Arrhenius equation) เพื่อหาค่าพลังงานก่อกัมมันต์ (activation
energy, Ea ) ของปฏิกิริยารีดอกซ์ (redox reaction) ระหว่างไอออนโบรไมด์ (bromide ion, Br− )
และไอออนโบรเมต (bromate ion, )BrO3− ในสารละลายกรดได้

หลกั การและทฤษฎี (Theoretical background)

การที่ปฏิกิริยาเคมีใดๆ จะเกิดขึ้นได้นั้น ตามทฤษฎีการชน (collision theory) กล่าวว่า จะต้อง
เกิดการชนกันของโมเลกุลอย่างน้อยสองชนิดที่ว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยา โดยการชนกันต้องมีความแรง
มากพอที่จะเกิดการแตกออกของพันธะและ/หรือการสร้างพันธะจนทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ได้ อย่างไรก็ตาม
การชนกันอย่างเดียวก็อาจไม่เพียงพอ จำเป็นต้องมีการชนที่ทำให้เกิดพลังงาน มากกว่าหรือเท่ากับ
พลังงานก่อกัมมันต์ (activation energy, Ea ) ซึ่งในแต่ละปฏิกิริยาจะมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ไม่เท่ากัน

และพบวา่ ปฏกิ ิริยาทีต่ า่ งกนั ยังสามารถเกิดข้ึนทค่ี วามเร็วหรืออตั ราเร็วท่แี ตกตา่ งกนั อกี ด้วย
ในการทดลองนี้ นิสิตจะได้ทำการทดลองเพื่อศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาระหว่างโบรไมดแ์ ละ

โบรเมตไอออนในสารละลายกรด ซึ่งจัดว่าเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ (redox reaction) ที่เกิดได้ช้าท่ี
อณุ หภมู ิห้อง เนื่องจากมพี ลงั งานก่อกมั มนั ต์สงู ประมาณ 56.67 kJ/mol ดังสมการ

KBrO3 + 5KBr + 3H2SO4 → 3K2SO4 + 3Br2 + 3H2O (5.1)

และสามารถเขยี นให้อยูใ่ นรูปไอออนของปฏิกิริยารดี อกซ์ (redox reaction) ได้เป็น

BrO3− + 5Br − + 6H + → 3Br2 + 3H2O (5.2)

โดยไอออน K+ และไอออน SO42− ทำหน้าที่สเปกเตเตอร์ไอออน (spectator ion) คือ เป็น

ไอออนที่มีอยู่ในปฏิกิริยาแต่ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในการทำปฏิกิริยา เนื่องจากมีอยู่เท่ากันในทั้งสองข้างของ
ปฏิกิริยา สมการ (5.2) มาจากการรวมกันของ 2 ครึ่งปฏิกิริยา คือ ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation)
และคร่งึ ปฏิกิรยิ ารดี กั ชัน (reduction) ดงั น้ี

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 10

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

oxidation: 10Br- → 5Br2 + 10e-

reduction: 2BrO3- + 10e- + 12H+ → Br2 + 6H2O

redox: 2BrO3- + 10Br- + 12H+ → 6Br2 + 6H2O

or redox: BrO3- + 5Br- + 6H+ → 3Br2 + 3H2O

อัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถหาได้โดยการวัดอัตราการเกิดของโบรมีน ( Br2 ) ซึ่งทำได้โดย
เติมฟีนอล (phenol) และเมทิลเรด (methyl red) ในปริมาณที่แน่นอน ลงในสารละลายผสมของ

ไอออนโบรไมด์ ( Br− ) และไอออนโบรเมต ( BrO3− ) ที่มีสภาวะเป็นกรดที่เกิดจากการเติมกรดซัลฟิวริก
( H2SO4 )

การเติมฟีนอล (phenol) ที่ทราบปริมาณที่แน่นอน เพื่อต้องการให้ฟีนอล (phenol) เข้าทำ
ปฏิกิริยาแทนที่ได้อย่างรวดเร็วกับโบรมีน ( Br2 ) (phenol สามารถเข้าทำปฏิกิริยากับ Br2 ได้เร็วกว่า
methyl red ถึงล้านเท่า) เนื่องจาก phenol มีหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group, –OH) ที่เป็นหมู่ว่องไว
(active group) สามารถให้อิเล็กตรอน (donate electron) เข้าไปในวงเบนซิน ทำให้ที่ตำแหน่งออโท
(ortho) และตำแหนง่ พารา (para) ของวงเบนซนิ มีความวอ่ งไวอยา่ งมากทจ่ี ะเกิดปฏิกริ ยิ าแทนทก่ี บั Br2
เกิดเปน็ สาร 2,4,6-Tribromophenol ขึ้น ปฏิกิรยิ าทีเ่ กิดขน้ึ แสดงดังรปู ที่ 5.1

รูปที่ 5.1 ปฏกิ ริ ิยาระหวา่ งฟนี อล (phenol) กับโบรมนี ( Br2 ) เกดิ เป็น 2,4,6-Tribromophenol

หลังจากที่ฟีนอล (phenol) กับโบรมีน ( Br2 ) ทำปฏิกิริยากันหมดอย่างสมบูรณ์แล้ว โบรมีน

( Br2 ) ที่เหลือจึงจะสามารถเข้าทำปฏิกิริยากับเมทิลเรด (methyl red) ที่เติมลงไปได้ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น

แสดงดังรปู ที่ 5.2 ส่งิ ที่เราสงั เกตไดจ้ ากการทดลอง คอื ตอนเรม่ิ ตน้ สารละลายจะมสี ชี มพู (pink solution)
เนื่องจากการใช้เมทิลเรด (methyl red) เป็นอินดิเคเตอร์ (methyl red เปลี่ยนสีในช่วง pH 4.4 - 6.2
จากสีแดงเป็นสีเหลือง หมายความว่า เมื่ออยู่ในสารละลายที่มี pH < 4.4 จะมีสีแดงและเมื่ออยู่ใน
สารละลายที่มี pH > 6.2 จะมีสีเหลือง) เมื่อโบรมีน ( Br2 ) ที่เหลือเริ่มทำปฏิกิริยากับเมทิลเรด (methyl

red) จะทำให้สีของสารละลายค่อยๆ จางหายไปจนเป็นสารละลายไม่มีสี (colorless solution) ดัง
ปฏิกิริยาที่ได้แสดงให้เห็นข้างต้น ซึ่งในการทดลองครั้งน้ี จะจับเวลาที่ใช้ในการที่สารละลายเปลี่ยนจากสี
ชมพูเป็นไม่มีสี ที่อุณหภูมิต่างๆ ตั้งแต่ 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75 0C :ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมักพบว่า อัตรา
การเกิดปฏิกิริยา (rate of reaction) จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 0C เนื่องจากตาม

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 11

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ทฤษฎีการชน กล่าวว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึน้ พลังงานจลน์ของโมเลกลุ (kinetic energy of molecules) ก็
จะสูงขึ้นด้วย ทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น เมื่อโมเลกุลเคลื่อนทีไ่ ด้ด้วยความเร็ว (speed) สูงขึ้น ทำให้
เกิดความถี่ในการชน (collision frequency) สูงขึ้นด้วย การชนกันของโมเลกุลก็จะมีพลังงานมาก
พอที่จะเอาชนะพลังงานก่อกัมมันต์ได้ จึงทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นนั่นเอง
จากขอ้ มลู ท่ไี ด้ก็จะสามารถนำไปหาคา่ พลังงานก่อกัมมนั ต์ (activation energy, Ea ) ของปฏิกริ ิยานีไ้ ด้

รปู ที่ 5.2 ปฏกิ ริ ิยาระหวา่ งเมทิลเรด (methyl red) กบั โบรมีน ( Br2 )

ในการหาค่าพลังงานก่อกัมมันต์ (activation energy, Ea ) ของปฏิกิริยา สามารถทำได้โดย
อาศัยสมการของอาร์เรเนยี ส (Arrhenius equation) ซ่งึ ไดเ้ สนอไว้เม่ือราวปี ค.ศ. 1800 ตามสมการ

− Ea (5.3)
(5.4)
k = Ae RT

หรอื ln k = ln A − Ea

RT

โดยท่ี k คือ ค่าคงที่อตั รา (rate constant)
Ea คือ พลงั งานกอ่ กมั มนั ต์ (activation energy) ของปฏิกิริยา (kJ/mol)

R คือ ค่าคงท่ีของแกส๊ (gas constant) มีคา่ 8.314 J K-1 mol-1 หรอื 0.082 L.atm.K-1 mol-1

T คือ อุณหภูมสิ ัมบูรณ์ (temperature, K)

A คือ พรีเอ็กซ์โปรเนลเซียสแฟกเตอร์ (pre-exponential factor) หรือความถี่ในการชน
(collision frequency) เรยี กว่า แฟกเตอร์ความถ่ี (frequency factor) ซึ่งสามารถกำหนดให้เป็นค่าคงท่ี
สำหรับปฏิกริ ิยาใดๆ ได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก จัดได้ว่าเป็นปัจจัยที่ไม่ขึน้ กับอุณหภูมิ (independent
of temperature)

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 12

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
เมอื่ พิจารณาปฏิกิริยาระหวา่ ง methyl red กับ Br2 ทีเ่ ป็นกลไกขั้นท่ีเกดิ ช้า (slow) จงึ ถือเป็นข้นั

กำหนดอตั รา (rate determining step) ปฏิกริ ยิ าที่แสดงดังรปู ที่ 5.3

รปู ที่ 5.3 ปฏิกิรยิ าระหวา่ งเมทลิ เรด (methyl red) กับโบรมีน ( Br2 )
เมื่อเขยี นสมการกฏอตั ราจากกลไกขนั้ ท่เี กดิ ชา้ (slow) จะสามารถเขยี นสมการกฎอัตราไดเ้ ปน็

rate = − d[Br2 ] = k methyl red[Br2 ] (5.5)
dt

จากสมการ (5.5) ถา้ ปฏกิ ริ ยิ าน้มี กี ลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเพียงขน้ั ตอนเดยี ว จะทำใหส้ รปุ ได้ว่าเป็น
ปฏกิ ริ ิยาอนั ดบั สอง แต่จากการทดลองพบวา่ ปฏิกิริยานมี้ กี ลไกท่ีเกี่ยวขอ้ งหลายขน้ั ตอน และเป็น
ปฏกิ ิริยาอนั ดับหนง่ึ (first order reaction) เม่ือเทยี บกบั ความเข้มขน้ ของ Br2 อย่างเดียว เราจึงเขยี น

สมการกฎอตั ราจากผลการทดลองไดเ้ ป็น

rate = − d[Br2 ] = k[Br2 ] (5.6)
dt

จากสมการ (5.6) ทำใหเ้ ราทราบว่าเวลา (time, t(s) ) ทใี่ ชส้ ำหรบั เสรจ็ สน้ิ การเกิดปฏิกิรยิ าจะ

เปน็ สว่ นกลบั กบั ค่าคงท่อี ตั รา (rate constant, k ) กล่าวคือ k = 1 ดังน้นั หากแทนค่าน้ีลงในสมการ

t

(5.4) จะได้สมการใหม่เปน็

ln  1  = ln A − Ea (5.7)
 t  RT (5.8)

ln t = Ea − ln A
RT

หรืออาจเขียนเป็น log เมื่อ ln x = 2.303log x จะได้

log t(s) = Ea  1  − log A (5.9)
2.303R  T (K ) 
 

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 13

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

จากสมการ (5.9) เมื่อนำมาสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง logt(s) เทียบกับ 1 ก็จะได้

T(K)

ความชัน (slope) คือค่า Ea ซึ่งสามารถนำไปหาค่า Ea ได้ และจุดตัดแกน y (y-intercept) คือ
2.303R

คา่ −log A ซ่ึงสามารถนำไปหาคา่ A ไดเ้ ช่นกัน

อุปกรณ์ในการทดลอง (Equipment)

1. บีกเกอร์ (beaker) ขนาด 1 L จำนวน 1 อัน
2. บีกเกอร์ (beaker) ขนาด 100 mL จำนวน 3 อัน
3. หลอดทดลอง (test tube) จำนวน 2 หลอด
4. ปเิ ปตต์ (pipette) ขนาด 10 mL จำนวน 1 อนั
5. ปิเปตต์ (pipette) ขนาด 5 mL จำนวน 1 อนั
6. เทอรโ์ มมิเตอร์ (thermometer) จำนวน 3 อัน
7. นาฬกิ าจบั เวลา (stop watch) จำนวน 1 เครอ่ื ง

สารเคมี (Materials)

1. สารละลายฟีนอล (phenol) เข้มขน้ 0.01 M
2. สารละลายโบรเมต/โบรไมด์ ( Br− / )BrO3−

3. สารละลายกรดซัลฟิวริก (sulfuric acid, H2SO4)
4. เมทลิ เรด (methyl red)

วธิ กี ารทดลอง (Procedure)

1. เตมิ น้ำลงบกี เกอร์ขนาด 600 mL แล้วนำไปอนุ่ ท่ี 75 ± 1 ºC และพยายามควบคมุ อณุ หภูมใิ ห้คงที่
2. หลอดทดลองท่ี 1 ผสมสารละลายฟีนอล 10 mL สารละลายโบรเมต/โบรไมด์ 10 mL
และเมทลิ เรด จำนวน 4 หยด ขณะทหี่ ลอดทดลองท่ี 2 ผสมกรดซัลฟิวรกิ 5 mL
3. ใสห่ ลอดทดลองท่ี 1 และ 2 ลงในบีกเกอร์ทอ่ี ณุ หภมู คิ งทแี่ ล้ว และรอจนอณุ หภมู ขิ องหลอด
ทดลองทงั้ สองคงท่ี (± 0.5 ºC)
4. จากน้นั เทหลอดที่ 2 ลงในหลอดท่ี 1 พร้อมกับจับเวลา โดยสังเกตสีที่เปลย่ี นไป จากสชี มพูไปเป็น
ไมม่ ีสี
5. ทำการทดลองซำ้ โดยเปล่ยี นอุณหภมู ิ 75ºC เปน็ 65, 55, 45, 35, 25 และ 15 ºC ตามลำดับ (ที่
อณุ หภูมิ 35, 25 และ 15 ºC จะใชน้ ้ำแข็งในการปรับอณุ หภูม)ิ โดยกอี ณุ หภูมิ 75 ºCจะใช้เวลาเพยี งไม่
วนิ าที ในขณะท่ีอณุ หภมู ิ 15 ºC จะใชห้ ลายนาที

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 14
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

หมายเหตุ ทีอ่ ณุ หภมู ิ 35, 25 และ 15 ºC จะใช้เวลาค่อนข้างนาน อาจทำการทดลองแยกตา่ งหาก
โดยไมต่ ้องรอจนกระทง่ั หลอดท่ี 45 ºC เสรจ็

การวิเคราะหข์ อ้ มลู (Data analysis)

1. ใชโ้ ปรแกรม Excel สร้างกราฟความสัมพนั ธ์ระหวา่ ง logt(s) เทียบกบั 1

T(K)

ตามสมการ (5.9) แล้วเพิ่มเส้นแนวโน้ม (add trendline) แบบเชิงเส้น (linear) จะได้สมการที่มี
ความชัน (slope) เทา่ กบั Ea และจดุ ตัดแกน y (y-intercept) เทา่ กบั −log A

2.303R

2. ใช้ข้อมลู ทีไ่ ด้จากข้อ 1 แสดงการคำนวณหาคา่ Ea ในหนว่ ย kJ/mol และคา่ A

คำถาม (Questions)

1. จงอธบิ ายการเปลยี่ นสขี องอนิ ดเิ คเตอรจ์ ากสีชมพไู ปเป็นไมม่ ีสีวา่ เกิดขึน้ ไดอ้ ย่างไร
2. กรดซลั ฟิวริกทำหน้าทอ่ี ยา่ งไรในปฏกิ ิรยิ า
3. เมทลิ เรด (methyl red, MR) เปน็ อนิ ดเิ คเตอร์ทเี่ หมาะสมในชว่ ง pH ใด (กรด/กลาง/เบส)
สามารถใชอ้ ินดเิ คเตอร์ชนดิ อน่ื ไดห้ รือไม่ จงยกตวั อย่าง
4. จงบอกถึงสาเหตุของการควบคมุ ปริมาณฟนี อล (phenol) ในปรมิ าณทคี่ งทใี่ นแตล่ ะอณุ หภมู ิ
หากเตมิ ปรมิ าณท่ีไมค่ งท่ีจะเกิดผลอย่างไรต่อคา่ พลังงานกอ่ กมั มนั ต์ ( Ea )
5. ค่า A ในการทดลองนี้คืออะไร มีหน่วยเปน็ อะไร จงอธิบาย

เอกสารอา้ งอิง (References)

[1] Carlos Eduardo S Côrtes and Roberto B Faria. Kinetics and Mechanism of Bromate-
Bromide Reaction Catalyzed by Acetate. Inorganic Chemistry., 2004, 43(4), 1395-402.

[2] J. R. Clarke. The Kinetics of the Bromate-Bromide Reaction. J. Chem. Educ., 1970,
77(11), 775-778.

[3] Department of Chemistry. (2008). Physical Chemistry Laboratory, Faculty of Science,
Chiang Mai University.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 15
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

การทดลองท่ี 6

การหาจดุ ยเู ทกตกิ ของระบบไบฟีนิลกับแนฟธาลีนโดยการสร้างแผนภาพสถานะ

(Determination of Eutectic Point of Biphenyl-Naphthalene System by Constructing Phase Diagram)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ (Learning objective) เพอ่ื ใหน้ สิ ิตสามารถ

1. สรา้ งเสน้ โคง้ การเยน็ ตวั (cooling curve) ของระบบไบฟีนิลกับแนฟธาลีนได้
2. สร้างแผนภาพสถานะ (phase diagram) ของระบบไบฟีนิลกบั แนฟธาลีนได้
3. หาจุดยูเทกติก (eutectic point) ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบยูเทกตกิ (eutectic composition)
กับอณุ หภูมิยเู ทกตกิ (eutectic temperature) ของระบบไบฟนี ลิ กบั แนฟธาลีนได้

หลกั การและทฤษฏี (Theoretical background)

พจิ ารณาระบบสององค์ประกอบ (binary system) ท่ีเกิดจากการผสมของแข็งบริสุทธ์สิ องชนิดท่ี
สามารถผสมเข้ากันได้เป็นเนื้อเดียวในสถานะของเหลว (miscible liquid) โดยไม่มีสารใหม่เกิดขึ้น (no
compound formation) แต่ไม่สามารถผสมเข้ากันได้ในสถานะของแข็ง (immiscible solid) แสดงดัง
รูปที่ 6.1

รูปที่ 6.1 แสดงแบบจำลองระบบสององคป์ ระกอบ (binary system) ที่เกิดจากการผสมของแข็ง
บริสุทธิ์สองชนิดที่สามารถผสมเข้ากันได้เป็นเนื้อเดียวในสถานะของเหลว (miscible liquid) โดยไม่มีสาร
ใหม่เกิดขึ้น (no compound formation) แต่ไม่สามารถผสมเข้ากันได้ในสถานะของแข็ง (immiscible
solid)

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 16

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
จากรูปที่ 6.1 พิจารณาที่สภาวะสมดุล (equilibrium) ศักย์ทางเคมีของของแข็งบริสุทธิ์ A

(chemical potential of pure solid A,  * ( s ) ) จะเท่ากับศักย์ทางเคมีของของเหลว A (chemical
A

potential of pure solid A, A (l ) ) เขียนเปน็ สมการได้ คือ

 * ( s ) =  A ( l ) (6.1)
A

แทนค่า สมการ A (l) =  * (l ) + RT ln xA ลงในสมการ (6.1) จะได้สมการใหม่เป็น
A

 * ( s ) =  * ( l ) + RT ln xA (6.2)
A A

จดั รูปสมการ (6.2) จะไดส้ มการใหมเ่ ปน็

−RT ln xA =  * (l ) −  * ( s) (6.3)
A A

แทนค่า สมการ  fusG =  * (l) −  * (s) ลงในสมการ (6.3) จะได้สมการใหมเ่ ปน็
A A

−RT ln xA =  fusG (6.4)
(6.5)
− ln xA =  fusG
RT

พจิ ารณาจากสมการ Gibbs-Helmholtz คือ

   G   =− H
  T  
  (6.6)
 T  T 2
  p

แทนสมการ (6.6) ลงในสมการ (6.5) จะไดส้ มการใหม่เปน็

−  ln xA 1     fusG  1   fus H 
T R   T  R  T2 
  
=  T = − (6.7)
 (6.8)
 

 p

 ln xA =  fus H
T RT 2

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 17

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

d ln xA =  fus H dT (6.9)
RT 2

อินตเิ กรต (integrate) สมการ (6.9) จะไดส้ มการใหมเ่ ปน็

 xdln xA =  fus H T 1 dT (6.10)
R T fus T2
1

ln xA − ln1 =  fus H  − 1 + 1  (6.11)
R  T Tfus 

ln xA =  fus H 1 − 1  (6.12)
R  Tfus T 

R ln xA = 1 −1 (6.13)
 fus H Tfus T

1 = 1 − R ln xA (6.14)
T Tfus  fus H

T= 1 (6.15)
1 R
Tfus −  fus H ln xA

สมการ (6.15) สามารถนำไปใช้ในการสร้างแผนภาพสถานะของระบบของแข็ง-ของเหลว (solid-liquid
phase diagram) เพื่อแสดงใหเ้ ห็นจุดยูเทกตกิ (eutectic point) ได้ ดงั แสดงในรูปที่ 6.2

แผนภาพสถานะของระบบของแข็ง-ของเหลว (solid-liquid phase diagram) เกิดจากจากการ
นำสารของแข็งบริสทุ ธิ์ 2 ชนิด มาผสมกนั แลว้ เขียนกราฟความสัมพนั ธ์ระหว่างอณุ หภมู ิ (temperature)
และองค์ประกอบ (composition) ภายใต้ความดันบรรยากาศ ซึ่งอาจถือได้ว่าความดัน (pressure) คงที่
องค์ประกอบ ในที่นี้หมายถึง ความเข้มข้นของสารตัวใดตัวหนึ่งในหน่วยของเศษส่วนโมล (mole
fraction) โมลเปอร์เซ็นต์ (percent mole) เศษส่วนมวล (mass fraction) หรือมวลเปอร์เซ็นต์
(percent mass) กไ็ ด้

พิจารณาแผนภาพสถานะของระบบของแข็ง-ของเหลวแบบง่าย สำหรับระบบที่เกิดจากการผสม
กันระหว่างสารสองชนิด (binary mixture) โดยที่สารทั้งสองชนิดเป็นของแข็งบริสุทธิ์ทั้งคู่ จะมีลักษณะ
ดังในรูปท่ี 6.3(a) ระบบประกอบด้วย สารของแข็งบริสุทธิ์ A กับสารของแข็งบริสุทธิ์ B เมื่ออุณหภูมิ
มากกว่าจุดหลอมเหลวของสาร สารทั้งสองจะหลอมเหลวผสมกันเป็นสารละลายเนื้อเดียวกัน

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 18

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
(homogeneous solution) สารของแข็งบริสุทธิ์ A และสารของแข็งบริสุทธิ์ B จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ
TA และ TB ตามลำดับ จุดหลอมเหลว (melting point) หรือจุดเยือกแข็ง (freezing point) สามารถหา
ได้จากการทดลอง ในการทดลองมักจะหาจุดเยือกแข็ง (freezing point) โดยการนำสารไปหลอมเหลว
แล้วทำให้เย็นลงอย่างสม่ำเสมอ วัดอุณหภูมิที่ลดลงเทียบกับเวลาจะได้เส้นกราฟที่เรียกว่า กราฟการเย็น
ตวั (cooling curve) รูปที่ 6.2(b)

รูปที่ 6.2 แสดงแผนภาพสถานะ (phase diagram) ของระบบของแข็ง-ของเหลว (solid-liquid
phase diagram) ของสารประกอบอนิ ทรีย์ (J. Chem. Educ. 2001, 78(7), 961-964.)

เมื่อนำสารของแข็งบริสุทธ์ิ (pure solid) ไปทำให้หลอมเหลวจนกลายเป็นของเหลวเนื้อเดียว
(homogeneous liquid) แล้วปล่อยให้เย็นลงอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอ จะพบว่า เมื่อสารเริ่มแข็งตัวที่จุด
เยือกแข็ง อุณหภูมิจะคงที่ และคงที่ตลอดเวลาที่สารแข็งตัว (ช่วง f-m) ดังเส้นกราฟ A และ B ในรูปท่ี
6.2(b) จนกว่าของเหลวนั้นจะกลายเป็นของแข็งทั้งหมด อุณหภูมิจึงจะลดลงอีกเพื่อให้เท่ากับอุณหภูมิ
ภายนอก ในการทดลองบางครั้งจะพบว่าในช่วงที่ของเหลวเริ่มเปลี่ยนเป็นของแข็ง อุณหภูมิจะไม่คงที่ แต่
จะลดลงอย่างรวดเร็ว แล้วจึงเพิ่มขึ้นและคงที่ที่จุดเยือกแข็ง ทั้งนี้เน่ืองจากการเกิดการเย็นตัวยิ่งยวด
(super cooling) เพราะเกิดการจัดเรียงโมเลกุลของของแขง็ ไม่ทนั

พิจารณาของผสมท่ีองค์ประกอบที่ 1 (เส้นโค้งการเย็นเส้นที่ 1) ตามรูปท่ี 6.2(b) แสดงเส้นการ
เย็นตัวของของผสม (mixture) ระหว่างสารของแข็งบริสุทธิ์ A กับสารของแข็งบริสุทธ์ิ B ที่มีเศษส่วนโม
ลของสาร B เท่ากับ XB ในกรณีนี้จะพบว่า เมื่ออุณหภูมิลดลงถึงจุด f คือ จุดเยือกแข็งจุดแรกของ
สารละลายผสมสององค์ประกอบ หมายถึง ที่จุดน้ีสารละลายจะอิ่มตัวด้วยสาร A สังเกตเห็นได้โดยสาร A
จะเริ่มแข็งตัวออกจากสารละลายก่อน โดยที่สาร B จะยังคงเป็นของเหลวอยู่ ความชันของกราฟการเย็น

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 19

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ตัวจะเริ่มเปลี่ยนแปลงทันที เพราะการแข็งตัวของสารละลายจะปล่อยความร้อนแฝง (latent heat)
ออกมา ทำให้อัตราการลดลงของอุณหภูมิของระบบช้าลง และเนื่องจากการที่สาร A แข็งตัวออกมาก่อน
ทำให้องค์ประกอบของสารละลายเปลี่ยน จุดเยือกแข็งของสารละลายจึงไม่คงที่แตจ่ ะลดลงตามเส้นกราฟ
f - e ในการทดลองอาจเกิดการเย็นตัวยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งได้ เมื่อระบบอุณหภูมิลดลง
เรื่อยๆ จนถึงจุด e คือ จุดที่ทั้งสาร A และสาร B กลายเป็นของแข็งหมดทั้งคู่ เมื่อลากเส้นประจากจุด f
ในกราฟรูปที่ 6.2(b) มายังแผนภาพสถานะรูปท่ี 6.2(a) จะได้องค์ประกอบของสารละลายที่อุณหภูมนิ ั้นๆ
คือ เมื่อระบบอุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิ T1 จะเกิดการเปลี่ยนสถานะของระบบให้เห็นอย่างชัดเจน
สารละลายท่เี หลอื อยจู่ ะมเี ศษส่วนโมลของสาร B เปน็ X1 เป็นต้น

X1

รูปที่ 6.2 (a) แผนภาพสถานะ (phase diagram) ของระบบของแข็ง-ของเหลว (solid-liquid
phase diagram) ที่เกิดของผสมยูเทกติก (eutectic mixture) แบบง่าย ของระบบท่ีได้จากการผสมสาร
ของแข็งบริสุทธิ์ 2 ชนิด คือ สารของแข็งบริสุทธิ์ A กับของแข็งบริสุทธิ์ B ที่ความดันคงที่ โดยที่สาร
ของแข็งบริสุทธิ์ทั้ง 2 ชนิด สามารถผสมเข้ากันได้เป็นเนื้อเดียวในสถานะของเหลวโดยที่ไม่มีสารประกอบ
ชนิดใหม่เกิดขึ้น (no compound formation) (b) กราฟการเย็นตัว (cooling curve) กราฟเส้น A และ
B เป็นกราฟการเย็นตัวของสารของแข็งบริสุทธิ์ A และสารของแข็งบริสุทธ์ิ B ตามลำดับ กราฟเส้น 1, 2,
3, 4 เป็นกราฟการเย็นตัวของสารผสมระหว่างสารของแข็งบริสุทธ์ิ A กับสารของแข็งบริสุทธ์ิ B ที่มี
องค์ประกอบต่างกนั

พิจารณาของผสมท่ีองค์ประกอบที่ 2 (เส้นโค้งการเย็นเส้นที่ 2) ตามรูปที่ 6.2(b) คือ ของเหลว
ผสมจะกลายเป็นของแขง็ A และของแขง็ B พรอ้ มกนั ทีจ่ ดุ e เมื่อลากเส้นจากจุด e ไปยงั แผนภาพสถานะ
รูปท่ี 6.2(a) ที่แกนอุณหภูมิ ที่อุณหภูมินี้ จะเรียกว่า ยูเทกติก (eutectic temperature, TE) และที่
องค์ประกอบนี้ จะเรียกว่า องค์ประกอบยูเทกติก (eutectic composition, XE) และเรียกสารผสมท่ี
องค์ประกอบนวี้ ่า ของผสมยเู ทกติก (eutectic mixture) โดยการท่ีสารผสม A และ B แขง็ ตวั ออกมาจาก
สารละลายได้พร้อมกัน ทำให้เส้นโค้งการเย็นตัวของของผสมยูเทกติก (eutectic mixture) เส้นน้ีมี

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 20

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ลักษณะคล้ายกับเส้นโค้งการเย็นตัวของสารของแข็งบริสุทธิ์ A เส้น A และเส้นโค้งการเย็นตัวของสาร
ของแข็งบริสทุ ธิ์ B เสน้ B ด้วย

สำหรับการพิจารณาของผสมที่องค์ประกอบที่ 3 (เส้นโค้งการเย็นเส้นที่ 3) ตามรูปท่ี 6.2(b) ที่
แสดงเส้นโค้งการเย็นตัวคล้ายกับกราฟการเย็นตัวเส้นท่ี 1 แต่ในกรณีของของผสมองค์ประกอบที่ 3 จะ
พบว่า จุดเยือกแข็งแรกที่จุด f คือ จุดที่สาร B จะแข็งตัวออกมาจากสารละลายก่อน โดยที่ในสารละลาย
จะเหลือแต่สาร A ที่เป็นของเหลวอยู่ และเมื่อระบบอุณหภูมิลดลงเรื่อยจนถึงจุดเยือกแข็งสุดท้ายคือ จุด
e ท่ีทัง้ สาร A และ B จงึ จะแขง็ ตวั พรอ้ มกนั ที่อณุ หภมู ิคงท่ี TE น้ี

จากการเขียนกราฟการเย็นตัวในการทดลอง จะทำให้เราทราบจุดเยือกแข็ง (freezing point)
ของสารละลายผสมสององค์ประกอบ (binary mixture) ที่มีเศษส่วนโมลต่างๆ ได้ แล้วทำให้สามารถ
นำมาสร้างเป็นแผนภาพสถานะที่แสดงให้เห็นสถานะของสารเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไปได้ ในการทดลองคร้ัง
น้ี นิสิตจะได้ฝึกการสังเกตการเปลี่ยนแปลงสถานะของสสารเมื่อุณหภูมิเปลี่ยนไป และสามารถนำผลการ
ทดลองมาเขียนกราฟเส้นโค้งการเย็นตัว และสามารถนำมาสร้างเป็นแผนภาพสถานะของระบบแข็ง-
ของเหลว สำหรบั ระบบของไบฟีนิลกบั แนฟธาลีนได้

---------------------------------------------------------------------------------------------------

อปุ กรณใ์ นการทดลอง (Equipment)

1. หลอดทดลองพรอ้ มแจค็ เกท็ แทง่ คนสาร และจุดคอรก์ จำนวน 3 ชดุ
2. เทอรโ์ มมิเตอร์ (thermometer) จำนวน 3 อัน
3. บีกเกอร์ (beaker) ขนาด 1000 mL จำนวน 3 ใบ
4. เครอื่ งใหค้ วามร้อนพรอ้ มคนสาร (hot plate and stirrer) จำนวน 1 เครอ่ื ง
5. เครอื่ งช่งั ทศนิยม 2 ตำแหนง่ (balance) จำนวน 1 เครอื่ ง
6. นาฬกิ าจบั เวลา (stopwatch) จำนวน 1 เครอ่ื ง

สารเคมี (Materials)

1. แนฟธาลีน (naphthalene, C10H8) มวลโมเลกุล 128 g/mol, m.p. = 78.2-80.26 0C
2. ไบฟีนิล (biphenyl, C12H10) มวลโมเลกุล 154 g/mol, m.p. = 69.2 0C

(a) (b)
รูปที่ 6.3 โครงสรา้ งทางเคมี (chemical structure) ของสาร (a) naphthalene และ (b) biphenyl

เอกสารประกอบการสอน จักรีสทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 21
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
วิธีการทดลอง (Procedure)

1. ชงั่ แนฟธาลีน 5.00 กรัม ใสใ่ นหลอดทดลอง
2. นำไปจ่มุ ในนำ้ เดอื ดจนกระทงั่ ของแข็งละลายหมด อุณหภมู ขิ องสารตอนเร่ิมตน้ จะเปน็ เทา่ ใดก็ได้

แต่ต้องให้สารหลอมเหลวเปน็ ของเหลวให้หมด
3. สวมหลอดทดลองลงในหลอดแจค็ เก็ท แลว้ เสยี บเทอรโ์ มมิเตอร์ลงไป คนของเหลวอยา่ งสม่ำเสมอ

พรอ้ มกับอ่านอณุ หภมู ิทกุ ๆ 30 วินาที บันทกึ เวลาและอุณหภูมิลงในสมุดบนั ทึกผลการทดลอง
4. สังเกตวา่ ของเหลวเร่มิ เปลี่ยนเป็นของแข็งทอ่ี ณุ หภูมิเท่าใด ใหท้ ำเครือ่ งหมายดอกจันทร์ (*) ที่

อณุ หภมู ินนั้ ไว้ด้วย แตย่ ังคงให้อา่ นอณุ หภมู ทิ ุกๆ 30 วินาที ตอ่ ไปอีกประมาณ 5 นาที จึงหยดุ การ
ทดลอง
5. เติมไบฟีนิล 3 กรมั ลงในหลอดทดลองหลอดเดมิ แล้วทำตามข้ันตอนในข้อ 2-4
6. เติมไบฟนี ลิ ครัง้ ละ 3 กรัม จนครบจำนวน 12 กรัม
7. ช่ังไบฟนี ิล 5.00 กรมั ใสใ่ นหลอดทดลองหลอดใหม่ แล้วทำตามข้นั ตอนในขอ้ 2-4

• หมายเหตุ ในหลอดทดลองที่มีสารบริสุทธิ์ (ข้อ 6, 7) ให้จุ่มหลอดทดลองในน้ำเดือดจนอุณหภูมิ
สารละลายสงู กวา่ 85°C จึงเรม่ิ ทำตามขอ้ 2 กอ่ นนำเข้าแจค็ เกท็

การวเิ คราะหข์ ้อมูล (Data analysis)

1. คำนวณหาคา่ เศษส่วนโมล (mole fraction) ของระบบไบฟีนลิ -แนฟธาลนี โดยใชค้ ่าน้ำหนกั ทช่ี ัง่ ได้
2. ใชโ้ ปรแกรม Excel เขยี นกราฟเสน้ โค้งเยน็ ตัว (cooling curve) โดยใชข้ ้อมูลความสมั พนั ธ์

ระหว่างอณุ หภมู ิ (oC) กบั เวลา (min) ของแตล่ ะหลอดทดลองเพือ่ หาจุดเยือกแข็งของไบฟีนลิ บริ
สทุ ธ์ิ จุดเยอื กแข็งของแนฟธาลีนบรสิ ุทธ์ิ และจุดเยอื กแขง็ ของของผสมระหวา่ งไบฟนี ิลกับแนฟธา
ลีนที่มอี งค์ประกอบต่างๆ โดยใหเ้ ขยี นเสน้ โคง้ การเย็นตัวทง้ั 6 เส้น ลงในกราฟเดียวกนั
3. ใชโ้ ปรแกรม Excel เขยี นแผนภาพสถานะ (phase diagram) โดยใช้ขอ้ มลู ความสัมพนั ธ์ระหว่าง
อณุ หภมู ิ (T*) กบั เศษสว่ นโมลของไบฟีนิล (mole fraction of biphenyl, Xbi) แลว้ ระบุวา่
องคป์ ระกอบยูเทกตกิ (eutectic composition, XE) และอุณหภูมยิ เู ทกตกิ (eutectic
temperature, TE) วา่ มีค่าเทา่ ใดให้ชัดเจน พรอ้ มทงั้ เขยี นอธบิ ายรายละเอยี ดในแผนภาพสถานะ
ให้ถกู ตอ้ งและสมบูรณ์
4. เปรียบเทียบแผนภาพสถานะ (phase diagram) ท่ีไดใ้ นขอ้ 3 กับเอกสารอา้ งอิง (J. Chem. Educ.
2001, 78(7), 961-964.) อธบิ ายผลวา่ มคี วามเหมือนหรอื แตกต่างกนั อย่างไร เพราะเหตุใด

เอกสารอ้างองิ (References)

[1] H. H. Lee, and J. C. Warner. The System Biphenyl-Bibenzyl-Naphthalene. Nearly

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 22

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ideal Binary and Ternary Systems. J. Am. Chem. Soc., 1935, 57 (2), 318–321.

[2] P. P. Blanchette. The binary liquid-solid phase diagram of naphthalene-p-
dichlorobenzene: A physical chemistry laboratory experiment, J. Chem. Educ.,
1987, 64 (3), 267.

[3] M. J. Smith, and E. Falcão. Equipment for a Low-Cost Study of the Naphthalene-
Biphenyl Phase Diagram. J. Chem. Educ., 1999, 76 (5), 668-670.

[4] J. Gallus et. al. Binary Solid–Liquid Phase Diagrams of Selected Organic
Compounds. A Complete Listing of 15 Binary Phase Diagrams. J. Chem. Educ.
2001, 78(7), 961-964.

[5] J. C. Williamson. Interactive Two-Component Phase Diagrams J. Chem. Educ. 2009,
86, 5, 65.

[6] Pornsawan Amornsakchai, A Simple and Low-Cost Apparatus for Educational Use
in the Experiment of Binary Solid-Liquid Phase Diagram. NU Science Journal
2011; 7(2): 86 – 96.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 23

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

การทดลองที่ 7

การหาคา่ คงทก่ี ารแตกตัวของกรดแอซีตกิ โดยการวัดค่าการนำไฟฟ้า
(Determination of Dissociation Constant of Acetic Acid by Measuring Conductivity)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

วตั ถปุ ระสงคก์ ารเรยี นรู้ (Learning objective) เพ่ือให้นสิ ติ สามารถ

1. เตรียมสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) ทม่ี ีความเขม้ ขน้ ตามท่กี ำหนดได้
2. ใช้เครือ่ งวดั ค่าการนำไฟฟ้า (conductometer) เพอ่ื วดั ค่าการนำไฟฟา้ (conductance, G )

ของสารละลายอิเลก็ โทรไลตท์ ีม่ คี วามเขม้ ขน้ ตา่ งๆ กนั ได้
3. ใช้สมการท่เี กี่ยวขอ้ ง เพื่อคำนวณหาคา่ การนำไฟฟ้าเชิงโมลหรือการนำไฟฟ้าโมลาร์ (molar

conductivity, Λc ) และค่าการนำไฟฟา้ เชงิ โมลที่ความเขม้ ขน้ เจือจางถึงข้ันสดุ (the limiting
molar conductivity, Λ ) ของสารละลายอิเลก็ โทรไลต์ 4 ชนิด คอื HCl, NaCl, CH3COONa,
CH3COOH ได้
4. ใช้สมการที่เกี่ยวข้อง เพ่อื คำนวณหาค่าคงท่ีการแตกตวั (dissociation constant, Ka)
ของกรดแอซตี ิกได้

หลักการและทฤษฎี (Theoretical background)

คา่ ความตา้ นทานไฟฟ้า (electrical resistance, R ) ของสสารท่เี ปน็ เนอ้ื เดียว
(homogeneous materials) ใดๆ ก็ตาม จะเป็นสดั สว่ นโดยตรงกับความยาว (length, l ) และเปน็ ส่วน
กลบั กับพนื้ ทห่ี นา้ ตดั (area, A ) ตามสมการ

R=ρ l (7.1)
A

ค่าคงที่ ρ (อักษรกรีก ρ อ่านว่า Rho (โร)) เรียกว่า สัมประสิทธิ์ความต้านทานหรือความ
ต้านทานจำเพาะ (resistivity or the specific resistance) มีหน่วยเป็น โอห์ม เซนติเมตร (ohm cm)
และถอื เป็นความต้านทานของสสารท่ศี กึ ษาในทรงลูกบาศก์ (cube)

ส่วนกลับของ ρ คือ  (อักษรกรีก  อ่านว่า Kappa (แคปป้า)) เรียกว่า ค่าการนำไฟฟ้า
จำเพาะ (specific conductance or conductivity) มนี ิยามตามสมการ

1 = = Gθ = l1 (7.2)
ρ AR

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 24

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
เมอ่ื  คือ ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ (specific conductance) หน่วยเป็น โอห์ม-1

เซนตเิ มตร-1 (ohm-1 cm-1) หรอื ซเี มนต์ เซนตเิ มตร-1 (S cm-1)
สว่ นกลับของ R คือ G เรียกวา่ คา่ การนำไฟฟ้า (conductance) มนี ยิ ามตามสมการ

G= 1 (7.3)
R

เม่ือ R คอื ความตา้ นทาน (resistance) มหี น่วยเป็นโอห์ม (ohm or  )
G คือ คา่ การนำไฟฟ้า (conductance) มหี นว่ ยเปน็ โอห์ม-1 (ohm-1 or −1) หรือ
ซีเมนต์ (Siemens, S)

สำหรับสสารเนื้อเดียวที่เป็นสารละลาย (solution) หรือของเหลว (liquid) การวัดค่าความ
ต้านทาน (resistance, R ) หรือค่าการนำไฟฟ้า (conductance, G ) จะทำในเซลส์นำไฟฟ้า
(conductivity cell) ที่ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (electrode) 2 อัน ที่มีพื้นที่หน้าตัด (area, A ) และวาง

ห่างกัน (path length, l ) รูปร่างของเซลส์นำไฟฟ้านี้จะต้องคงที่ ซึ่งจะทำให้ค่า l ของเซลส์มีค่าคงที่

A

ด้วย เรียกว่า ค่าคงที่ของเซลส์ (cell constant, θ ) (อักษรกรีก θ อ่านว่า Theta (ธีต้า)) มีหน่วยเป็น
cm-1 แสดงดังรปู ท่ี 7.1

ในการเปรียบเทียบค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายชนิดต่างๆ นั้น ค่าการนำไฟฟ้า
(conductance, G ) ที่วัดได้ จะถูกนำมาคำนวณเป็นค่าการนำไฟฟ้าเชิงโมลหรือการนำไฟฟ้าโมลาร์
(equivalent conductance or molar conductivity, Λc ) (อ ั ก ษ ร ก ร ี ก Λ อ ่ า น ว ่ า Lambda

(แลมดา้ )) มคี วามหมายตามสมการ

Λ =  = Gθ (7.4)
c c c

เม่อื c คอื ความเขม้ ข้น (concentration) ของสารละลาย มีหน่วยเปน็ mol L-1 หรอื

mol dm-3

Λc คอื คา่ การนำไฟฟา้ เชงิ โมล (equivalent conductance or molar
conductivity) มหี น่วยเปน็ Ω-1.cm2.mol-1 หรือ S.cm2.mol-1

เอกสารประกอบการสอน จักรีสทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 25
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

รูปที่ 7.1 แสดงแผนภาพหัววดั คา่ การนำไฟฟ้า (conductivity probe diagram) ทป่ี ระกอบด้วย
เซลส์นำไฟฟ้า (conductivity cell) ที่นำมาใช้วัดค่าความต้านทาน (resistance, R ) หรือ ค่าการนำ
ไฟฟา้ (conductance, G ) ของสารละลาย (solution) หรือของเหลว (liquid)

น้ำจัดเป็นตัวทำละลายที่นำมาใช้ในการเจือจางสารละลายอิเลก็ โทรไลต์แต่ละชนดิ เพื่อให้ได้ความ
เข้มข้นตามที่กำหนด โดยน้ำแต่ละชนิดจะสามารถจำแนกได้ตามการมีค่าการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ซ่ึง
แสดงได้ดังรูปที่ 7.2 ยกตัวอย่างเช่น น้ำปราศจากไอออน (D.I. water) จะมีค่าการนำไฟฟ้าอยู่ในช่วง 0.8-
8.0 S / cm และน้ำดม่ื (Drinking water) จะมีคา่ การนำไฟฟา้ อยใู่ นช่วง 80-1,000 S / cm เปน็ ต้น

รูปที่ 7.2 แสดงแผนภาพค่าการนำไฟฟ้า (conductance, G ) ของนำ้ ประเภทตา่ งๆ

(ที่มา: https://andyjconnelly.wordpress.com/2017/07/14/conductivity-of-a-solution/)

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 26

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
สารละลายอเิ ล็กโทรไลต์ (electrolyte solution) สามารถจำแนกตามความสามารถในการแตกตวั ออกได้
เป็น 2 ประเภท คือ สารละลายอิเล็กโทรไลต์แก่ (strong electrolyte) ที่สามารถแตกตัวได้ 100% และ
สารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน (weak electrolyte) ) ที่สามารถแตกตัวได้น้อยไม่ถึง 100% สำหรับ
สารละลายอิเล็กโทรไลต์แก่ (strong electrolyte) เช่น สารละลายกรดไฮโดรคลอริก (hydrochloric
acid, HCl(aq)) สาระลายโซเดียมคลอไรด์ (sodium chloride, NaCl(aq)) สารละลายโซเดียมแอซีเทต
(sodium acetate, CH3COONa(aq)) โดยทั่วไปพบว่า เมื่อสารละลายมีความเข้มข้นต่ำคือ ไม่เกิน 0.001
M ค่าการนำไฟฟ้าเชิงโมลหรือค่าการนำไฟฟ้าโมลาร์ (molar conductivity, Λc ) จะมีความสัมพันธ์กับ

รากที่สองของความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์แก่ (square root of strong electrolyte
concentration, c ) เป็นแบบเชงิ เสน้ (linear) ตามสมการ

Λc = Λ − k c (7.5)

เมือ่ Λ คือ ค่าการนำไฟฟ้าเชิงโมลทคี่ วามเข้มขน้ เจอื จางถึงข้นั สดุ
(the limiting molar conductivity)

k คอื คา่ คงทที่ ขี่ ึน้ อยู่กับชนดิ ของสารละลายอิเลก็ โทรไลต์

สมการ (7.5) เรียกว่า สมการกฎของคอราสต์ (Kohlrausch’s law) โดยเมื่อเขียนกราฟ

ความสัมพันธ์ระหว่าง Λc กับ c แล้วเพิ่มเส้นแนวโน้ม (add trendline) ที่เป็นแบบเชิงเส้น (linear)
จะได้ค่าจุดตัดแกน y (intercept) มีค่าเท่ากับค่า Λ ของสารละลายอเิ ล็กโทรไลตต์แก่ชนดิ น้ัน ดังแสดง
ได้ดงั รปู ที่ 7.3 ยกตวั อย่างเชน่ คา่ Λ สารละลายสารละลายอิเล็กโทรไลตแ์ ก่ เช่น สารละลายกรดไฮโดร
คลอริก (hydrochloric acid, HCl(aq)) และสาระลายโซเดียมคลอไรด์ (sodium chloride, NaCl(aq))

มคี า่ เท่ากบั 426.2 S cm2 mol−1 และ126.45 S cm2 mol−1 ตามลำดับ

อย่างไรก็ตาม สำหรับสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน (weak electrolyte) เช่น กรดแอซีติก

(acetic acid, CH3COOH) ท่ีมีค่า Λ เทา่ กับ 390.5 S cm2 mol−1 น้นั จะไมส่ ามารถหาคา่ Λ ของ

สารละลายอิเล็กโทรไลตต์อ่อนนี้ได้ด้วยวิธีการเขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง Λ กับ c ที่กล่าว
c

ข้างต้นได้ เพราะความสัมพันธ์ระหว่าง Λc กับ c จะไม่เป็นแบบเชิงเส้นตามสมการกฎของคอราสต์
(Kohlrausch’s law) จึงทำให้ไม่สามารถหาค่า Λ ของสารละลายอิเล็กโทรไลตต์อ่อนได้ด้วยวิธีที่กล่าว
ขา้ งตน้ ได้

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 27
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

รูปที่ 7.3 แสดงกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง Λc กับ c สำหรับสารละลายอิเล็กโทรไลต์แก่

เช่น HCl และ NaCl เสน้ กราฟของสารทั้งสอง แสดงให้เหน็ ความสัมพันธ์ทีเ่ ป็นแบบเชิงเส้นตามสมการกฎ
ของคอราสต์ (Kohlrausch’s law) ทำให้สามารถหาค่าจุดตัดแกน y (intercept) คือ ค่า Λ ได้นั่นเอง
แต่ในกรณีสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน เช่น CH3COOH เส้นกราฟของสารจะไม่เป็นแบบเชิงเส้น จึงไม่
สามารถหาค่า Λ ของ CH3COOH ดว้ ยวธิ ีนี้ได้

ในการหาค่า Λ ของกรดแอซีติก (CH3COOH) นั้น ได้มีการค้นพบว่า ความแตกต่างของค่า
Λ ของสารละลายอเิ ล็กโทรไลตค์ ใู่ ดๆ ท่มี ไี อออนปกติ (common ion) เหมือนกนั จะมีคา่ คงท่ีเสมอ ดงั
แสดงตามตารางท่ี 7.1

ตารางที่ 7.1 แสดงค่า Λ ของสารละลายอิเลก็ โทรไลตบ์ างชนิด ทอี่ ุณหภูมิ 25 oC

สารละลายอิเล็กโทรไลต์ KCl NaCl KI NaI KClO4 NaClO4
149.86 126.45 150.38 126.94 140.14 116.48
Λ (S.cm2.mol-1)
23.41 23.44 23.56
ความแตกตา่ ง

การค้นพบน้ีทำให้สรุปได้ว่า ค่า Λ ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ใดๆ จะประกอบด้วย ปริมาณ
2 ชนิด ที่เป็นอิสระจากกันหรือไม่ขึ้นต่อกัน ปริมาณที่กล่าวถึงนี้คือ ปริมาณของค่าการนำไฟฟ้าเชิงโม
ลของไอออนบวก (cation, + ) และปริมาณของค่าการนำไฟฟ้าเชิงโมลของไอออนลบ (anion, − )
สามารถเขียนเป็นสมการไดเ้ ปน็

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 28

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Λ =  + λ + +  − λ − (7.6)
 

เมอ่ื +, − คอื จำนวน (number) โมลของไอออนบวกและไอออนลบ ตามลำดับ

λ + , λ − คือ ค่าการนำไฟฟา้ เชงิ โมลของไอออนบวกและไอออนลบที่ความเขม้ ขน้ เจือ
 

จางถึงข้นั สุด ตามลำดับ

ดังนั้น เมื่อต้องการหาค่า Λ ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน เช่น กรดแอซีติก (acetic acid,
CH3COOH) จะหาไดโ้ ดยสมการดงั นี้ คอื

Λ = Λ + Λ − ΛCH3COOH (7.7)

CH3COONa HCl NaCl
  

( = λ + λCH3COO− ) ( ) ( )   +
CH3COO−  Na + λ +H+ λ −Cl− λ + λNa+ Cl−
Na+  Cl− 
H+  Cl−  Na+ 

=  λ +  λCH3COO− H+
CH3COO−  H+ 

1 λ +CH3COO− λH+
 
( ) ( )= 1

CH3COO− H+
 
 Λ = λ + λCH3COOH


เม่อื ใชข้ ้อมูลจากตารางที่ 7.2 เพ่อื หาค่า Λ ของสารละลายกรดแอซีติก (CH3COOH) จะไดว้ ่า

Λ =CH3COOH λ CH3COO− + λH+ = 40.9 + 349.6 = 390.5 S cm2 mol−1
  

ตารางที่ 7.2 คา่ การนำไฟฟ้าเชิงโมลของไอออนบวกและไอออนลบบางชนิดในนำ้ ท่ีอณุ หภมู ิ 25 oC

Cations (+ ) S cm2 mol-1 Anions (− ) S cm2 mol-1
349.6 199.1
H+ 50.10 OH − 40.9
73.50 54.6
Na + 38.7 CH3COO− 138.6

K+ 73.5 HCOO− 55.4
127.2 76.35
Li+ 119.0 CO32− 78.1
107.2 76.8
NH + 105.6 F− 160.0
4
106.0 71.46
Ba 2+ Cl−

Ca 2+ Br −

Cu 2+ I−

Zn 2+ SO 2−
4

Mg2+ NO3−

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 29
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
การหาค่าคงทีก่ ารแตกตวั (dissociation constant, Ka) ของสารละลายอิเลก็ โทรไลตอ์ ่อน

เนื่องจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อนไม่สามารถแตกตัวได้ 100% ดังนั้น จึงต้องมีการคำนวณ
ความสามารถในการแตกตัว (degree of dissociation,  ) (อักษรกรีก  อ่านว่า อัลฟา (alpha))
ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน เพื่อให้ทราบว่าสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อนแต่ละชนิด แต่ละความ
เข้มข้น จะสามารถแตกตัวได้เท่าใด โดยสมการที่ใช้คำนวณความสามารถในการแตกตัว (degree of
dissociation,  ) เขียนในรูปค่าการนำไฟฟา้ เชงิ โมลไดต้ ามสมการ

 = c (7.8)


พิจารณา เมื่อกำหนดให้ความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์อ่อนหรือกรดอ่อนมีค่าเท่ากับ c M จะ
เขียนสมการปฏกิ ิริยาการแตกตวั ในรูปท่ัวไปได้ดังน้ี

HA(aq) H+ (aq) + A− (aq)
Initial (M): c 0 0
Change (M): −c
Equilibrium (M): c −c +c + c
+c +c

เขียนสมการคา่ คงทีก่ ารแตกตัว (dissociation constant, Ka) ในรูปความเข้มข้น (concentration, c)
ไดเ้ ป็น

Ka = [H+ ][A- ] (7.9)
[HA]

เขียนสมการค่าคงที่การแตกตัว (dissociation constant, Ka) ในรูปความสามารถในการแตกตัว
(degree of dissociation,  ) ไดเ้ ป็น

Ka = ( c ) (c ) = c2 2 = c 2 (7.10)
1−
c− c c (1−  )

เขียนสมการค่าคงที่การแตกตัว (dissociation constant, Ka) ในรูปค่าการนำไฟฟ้าเชิงโมล (molar
conductivity,  ) ได้เป็น

Ka = c 2 (7.11)
c

 ( − c )

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 30
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
สมการ (7.11) มีชื่อเรียกว่า กฎการเจือจางของออสวาลด์ (Ostwald dilution Law) ที่แสดง
ความสมั พันธร์ ะหว่างคา่ Ka กบั c แบบไม่เชงิ เสน้ (nonlinear) สามารถจัดรปู ใหมใ่ ห้อยู่ในรปู เชงิ เสน้

(linear) ท่ีเปน็ สว่ นกลับ (reciprocal) ของ c จะได้สมการใหมเ่ ปน็

1 = 1 + 1  cΛc (7.12)
c   
 K  2 
a 

จากสมการ (7.12) ถ้าเขียนกราฟระหว่าง 1 กับ cc จะได้สมการเชิงเส้น (linear)
c

ที่มีจดุ ตัดแกน y (y-intercept) คอื 1 และความชันของกราฟ (slope) คอื 1 ทำให้สามารถหา

K a  2


คา่ Ka ได้ ดังแสดงในรูปท่ี 7.4

รูปที่ 7.4 กราฟความสมั พนั ธร์ ะหวา่ ง 1 กับ cc ทใี่ ชห้ าคา่  และ Ka ของสารละลายอิ
c

เล็กโตรไลตอ์ ่อน

จะเหน็ ได้วา่ เราสามารถทำการหาค่าคงท่ีการแตกตัว (dissociation constant, Ka) ของ
สารละลายอิเลก็ โทรไลต์ออ่ นได้หลายวิธี โดยนอกจากจะหาโดยวธิ กี ารเขียนกราฟตามกฎการเจอื จางของ
ออสวาลด์ (Ostwald dilution Law) สมการ (7.11) และ (7.12) แล้ว เรายงั สามารถหาคา่ Ka ได้จาก

การคำนวณโดยสมการ (7.10) ไดอ้ ีกด้วย

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 31

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
อปุ กรณใ์ นการทดลอง (Equipment)

1. เครือ่ งวดั การนำไฟฟา้ (conductometer) จำนวน 1 เครอ่ื ง

2. ขวดปรับปรมิ าตร (volume metric flask) ขนาด 50 mL จำนวน 5 ขวด

3. บกี เกอร์ (beaker) ขนาด 100 mL จำนวน 5 ใบ

4. บีกเกอร์ (beaker) ขนาด 50 mL จำนวน 5 ใบ

5. ปเิ ปตต์ (pipette) ขนาด 25 mL จำนวน 1 อนั

6. ลูกยางดูดสาร

7. ขวดน้ำกลัน่ (distrilled water)

8. แท่งแกว้ คนสาร (stirring rod)

9. หลอดหยด (dropper)

สารเคมี (Materials)

1. สารละลายกรดแอซีติก (acetic acid, CH3COOH(aq)) เขม้ ขน้ 0.010 M
2. สาระลายกรดไฮโดรคลอริก (hydrochloric acid, HCl(aq)) เขม้ ข้น 0.010 M
3. สารละลายโซเดียมคลอไรด์ (sodium chloride, NaCl(aq)) เขม้ ขน้ 0.010 M
4. สารละลายโซเดียมแอซีเทต (sodium acetate, CH3COONa(aq)) เข้มขน้ 0.010 M

วิธกี ารทดลอง (Procedure)

1. นำสารละลายกรดแอซีตกิ 0.010 M ทำให้เจอื จางในขวดวัดปรมิ าตรขนาด 50 mL ใหไ้ ดก้ รดท่มี ี
ความเขม้ ข้นต่างๆ ดังน้ี 5.0 x 10-3, 2.5 x 10-3, 1.25 x 10-3, 0.63 x 10-3 และ 0.31 x 10-3 M

2. นำสารละลายทเ่ี ตรียมในข้อ 1 ทงั้ 5 ความเขม้ ข้นมาวัดค่าการนำไฟฟ้า โดยเร่มิ จากสารละลาย
เจอื จางนอ้ ยท่ีสุดไปมากสดุ โดยใช้เครื่องวดั คา่ การนำไฟฟา้ บนั ทกึ อณุ หภูมิหอ้ งขณะทำการทดลองด้วย

หมายเหตุ
➢ กอ่ นใชเ้ ครอื่ งวัดคา่ การนำไฟฟ้า ใหศ้ กึ ษาวธิ ีการใช้เครือ่ งจากเจา้ หน้าทีค่ วบคมุ การทดลอง
➢ก่อนทำการทดลองทุกคร้ังตอ้ งล้างหวั วดั (probe) ทใี่ ช้วดั คา่ การนำไฟฟ้าให้สะอาดดว้ ยน้ำกล่ัน

แล้วซบั ให้แหง้ และล้างใหส้ ะอาดหลงั เสรจ็ สน้ิ การใช้งานแลว้
➢ขอ้ ควรระวัง 1) เนอ่ื งจากทหี่ ัววัดมกี ารเคลอื บสารที่ปอ้ งกนั การรบกวนจากไอออนและช่วยรกั ษา

เสถยี รภาพของเคร่ืองวัดในขณะทำการวัด ดงั น้ัน ห้ามเชด็ หวั วัดเด็ดดขาด เพราะจะทำใหส้ าร
ดงั กลา่ วเกดิ ความเสยี หายได้ 2) ภาชนะทใี่ สส่ ารละลายขณะทำการวัดควรทำด้วยพอลิเมอร์ เชน่
พอลิโพรพลิ นี (Polypropylene, PP) เพราะถา้ ใชภ้ าชนะทีเ่ ป็นแกว้ อาจมีไอออนท่ผี ิวภาชนะ
รบกวนการวัดได้

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 32
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. ทำการวัดคา่ การนำไฟฟา้ ของสารละลายอกี 3 ชนดิ คอื สารละลายของ HCl, NaCl และ
CH3COONa โดยทำการทดลองเชน่ เดยี วกบั ข้อ 1 และข้อ 2

การวิเคราะหข์ อ้ มลู (Data analysis)

1. จงคำนวณหาคา่ การนำไฟฟา้ จำเพาะแท้จริง (actual specific conductance, actual ) ของ

สารละลายอเิ ล็กโตรไลต์ทงั้ 4 ชนดิ คอื HCl, NaCl, CH3COONa, CH3COOH ทีค่ วามเข้มข้นต่าง ๆ กนั
โดยใชส้ มการ

  = −actual
record H2O

เมื่อ actual คือ คา่ การนำไฟฟา้ จำเพาะแท้จริง (actual specific conductance)
มหี นว่ ยเป็น S / cm

recored คือ คา่ การนำไฟฟา้ จำเพาะไดอ้ ่านไดจ้ ากเครื่องมอื (recorded specific
conductance) มีหน่วยเปน็ S / cm

H2O คอื คา่ การนำไฟฟา้ จำเพาะของน้ำ (specific conductance of water)
มหี น่วยเปน็ S / cm

2. จงคำนวณหาคา่ การนำไฟฟ้าเชิงโมลหรือค่าการนำไฟฟ้าโมลาร์ (molar conductivity, c )
ของสารละลายอเิ ลก็ โตรไลต์ท้ัง 4 ชนิด คือ HCl, NaCl, CH3COONa, CH3COOH ท่คี วามเขม้ ข้นต่าง ๆ
กัน โดยใช้สมการ

Λ = actual
cc

3. ใชโ้ ปรแกรม Excel สร้างกราฟความสัมพันธ์ระหวา่ งคา่ Λ กบั c ของสารละลายท้ัง 4
c

ชนดิ คือ HCl, NaCl, CH3COONa, CH3COOH ทีค่ วามเขม้ ข้นต่าง ๆ กัน ลงในกราฟเดยี วกัน แลว้ เพม่ิ

เส้นแนวโนม้ (add trendline) แบบเชงิ เสน้ (linear) เพือ่ ใช้คา่ จดุ ตัดแกน y (y-intercept) ในการ

คำนวณคา่  HCl ,  NaCl ,  CH3COONa ตามสมการ (ตัวอยา่ งกราฟดงั แสดงในรปู ที่ 7.3)
  

Λc = Λ − k c

4. นำคา่  HCl ,  NaCl ,  CH3COONa ทไ่ี ดจ้ ากขอ้ 3 มาแสดงการคำนวณหาคา่ การนำไฟฟา้ เชิงโมลที่
  

ความเข้มขน้ เจอื จางถงึ ขัน้ สดุ ของกรดแอซีติก (  CH3COOH ) โดยใชส้ มการ


Λ = Λ + Λ − ΛCH3COOH

CH3COONa HCl NaCl
  

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 33

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. แสดงการคำนวณหาค่าความสามารถในการแตกตวั (degree of dissociation,  ) ของกรด

แอซีติก (acetic acid, CH3COOH) ทค่ี วามเขม้ ข้นต่าง ๆ กนั โดยใช้สมการ

 = c


6. แสดงการหาค่าคงทีก่ ารแตกตัว (dissociation constant, Ka ) ของกรดแอซีติก วิธที ่ี 1 โดยใช้

โปรแกรม Excel สรา้ งกราฟเขยี นกราฟระหวา่ ง 1 กับ cc แล้วเพิ่มเส้นแนวโนม้ (add trendline)
c

แบบเชงิ เส้น (linear) โดยจะไดค้ ่าจุดตัดแกน y (y-intercept) คือ 1 และความชนั ของกราฟ (slope)



คือ 1 ทำให้สามารถนำมาคำนวณหาค่า  CH3COOH และ Ka ได้

K  2
a 

(ให้เปรียบเทยี บคา่  CH3COOH ท่ีหาไดจ้ ากวธิ ีนก้ี บั คา่ ทหี่ าไดจ้ ากข้อ 4 ดว้ ย)


7. แสดงการหาคา่ คงทก่ี ารแตกตวั (dissociation constant, Ka ) ของกรดแอซีตกิ วธิ ีที่ 2 โดยใช้

การคำนวณจากแตล่ ะความเขม้ ขน้ ตามสมการ

c 2
Ka = 1−

เปรยี บเทียบค่า Ka เฉล่ยี ท่ีหาได้จากวิธ๊น้ี กับ คา่ Ka ทีห่ าได้จากกราฟตามข้อ 6
8. แสดงการคำนวณคา่ ร้อยละความคลาดเคลื่อนของคา่ Ka ทห่ี าได้จากข้อ 6 และข้อ 7 กับคา่
Ka ของกรดแอซีตกิ ทใี่ ช้อา้ งองิ คอื 1.75 × 10−5 โดย ตามสมการ

%error = Ka,exp −1.75 x 10−5 x 100
1.75 x 10−5

ค่า Ka ทหี่ าได้จากขอ้ 6 และขอ้ 7 วิธใี ดมีค่าคลาดเคลอ่ื นน้อยที่สุด เพราะเหตุใด
คำถาม (Questions)

1. เหตุใดขณะทำการทดลองวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ต่างๆ จึงต้องควบคุม
อุณหภมู ิให้คงทีต่ ลอดเวลา

2. เหตุใดจึงต้องทำการวัดค่าการนำไฟฟ้าโดยเรม่ิ จากสารละลายท่ีมีความเจือจางน้อยทีส่ ุดกอ่ น
3. เมื่อความเข้มข้นของสารละลายเพิ่มขึ้นค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายเปลี่ยนแปลงอย่างไร เพราะ
เหตุใด

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 34
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4. อธิบายว่าทำไมมัลติมิเตอร์แบบธรรมดาจึงไม่สามารถใช้วัดค่าความต้านทาน (Resistance, R )
หรือ ค่าการนำไฟฟ้า (conductance, G ) ของสารละลายได้

5. ค่าคงที่การแตกตัวของกรดแอซีติกที่หาได้จากการทดลองครั้งนี้ มีค่าตรงกับค่าทางทฤษฎีหรือไม่
เพราะเหตุใด

6. จงอธบิ ายความหมายของสมการกฎของคอราสต์ (Kohlrausch’s law) มาพอเข้าใจ
7. จงแสดงใหเ้ หน็ ว่าสมการ (7.11) และ (7.12) มีทมี่ าจากสมการ (7.10)

เอกสารอา้ งองิ (References)

[1] C.W. Garland, J.W. Nibler and D.P. Shoemarker. (2003). Experiments in Physical
Chemistry. 7th ed. McGraw Hill. p228-238.

[2] P. Atkins, J. de Paula and J. Keeler. (2018). Physical Chemistry, 11th edition., Oxford
University Press, UK.

[3] J. Elliott and E. Page. (2017). Workbook in Chemistry: Physical Chemistry. Oxford
University Press, UK.

[4] Department of Chemistry. (2000). Conductivity measurements of electrolyte
solutions. Physical Chemistry Laboratory, SCCH 338, Faculty of Science, Mahidol
University. p

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จักรีสิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 35

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

การทดลองท่ี 8

การหาค่าคงทก่ี ารแตกตัวของกรดแอซตี ิกโดยการวัดคา่ พเี อซ
(Determination of Dissociation Constant of Acetic Acid by Measuring pH)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

วตั ถุประสงคก์ ารเรยี นรู้ (Learning objective) เพอ่ื ให้นิสิตสามารถ

1. สร้างกราฟการไทเทรตระหวา่ งกรดแก่กบั เบสแก่โดยการวัดค่า pH ดว้ ยเคร่ือง pH meter ได้
2. สรา้ งกราฟการไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกบั เบสแก่โดยการวัดค่า pH ดว้ ยเครอื่ ง pH meter ได้
3. ใชส้ มการทีเ่ กย่ี วข้องเพื่อคำนวณค่า pH ของสารละลายผสมกรดเบส และสารละลายบฟั เฟอร์ได้
4. หาค่าคงที่ของการแตกตวั (dissociation constant, Ka) ของกรดแอซีตกิ จากกราฟการไทเทรต

ระหวา่ งสารละลายกรดแอซีตกิ กบั สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซดโ์ ดยการวัดคา่ pH ได้

หลกั การและทฤษฏี (Theoretical background)

การไทเทรตโดยการวัดค่า pH เป็นการไทเทรตระหว่างกรดกับเบส โดยอาศัยการวัด pH หรือ

ความเข้มข้นของไอออน H3O+ ของปฏิกิริยาที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเติมไทแทรนต์ (titrant) ลงไป

จนกระท่ังถึงจุดหน่ึง ซึ่งปฏิกิรยิ าระหว่างกรดและเบสที่เกิดขึ้นอยา่ งสมบูรณ์ ซึ่งจุดน้ีจะมีการเปลีย่ นแปลง

ของ pH อย่างรวดเรว็ จุดนคี้ ือ จดุ สมมูล (equivalent point) ของปฏกิ ิรยิ า

ในการทดลองเกี่ยวกับการวัดการเปลีย่ นแปลงของ pH จะตอ้ งใช้อเิ ล็กโทรด 2 ชนิดควบค่กู นั คอื

1. อิเล็กโทรดบ่งชี้ (indicator electrode) จะทำหน้าที่เป็นตัวติดตามการเปลี่ยนแปลงความ

เข้มข้นของไอออน H3O+ เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้านี้เปลี่ยนแปลงตาม pH ของ

สารละลายตามสมการของเนิร์นส์ (Nernst’s equation) ได้อย่างรวดเร็ว ที่นิยมใช้กันมาก

คอื อิเล็กโทรดแก้ว (glass electrode)

2. อิเล็กโทรดอ้างอิง (reference electrode) สมบัติของอิเล็กโทรดประเภทนี้จะมีศักย์ไฟฟ้า

คงที่ตลอดการทดลองที่กระทำต่อเนื่องกัน อิเล็กโทรดอ้างอิงที่นิยมใช้กันมากคือ SCE

(Saturated Calomel electrode)

อิเล็กโทรดทั้ง 2 ประเภทนี้จะถูกนำไปต่อเข้ากับเครื่องวัด pH (pH meter) ซึ่งเมื่อจุ่มอเิ ล็กโทรด

ทั้งสองลงในสารละลายที่ต้องการวัดค่า pH ก็สามารถอ่านค่า pH ออกมาได้จากสเกลบนหน้าปัดของ

เครื่องวัด pH โดยตรง คา่ ของ pH จะสัมพันธ์กับศกั ยไ์ ฟฟา้ ตามสมการ

Ecell = K + 0.059pH (8.1)

เมือ่ Ecell คือ แรงขับเคลื่อนไฟฟา้ ซึ่งเป็นค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด

ทง้ั สอง ซง่ึ จะสัมพันธก์ ับปรมิ าณของ H3O+ ในสารละลาย

K คอื ค่าคงที่

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 36
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
กราฟของการไทเทรตระหว่างกรดกบั เบส

กราฟของการไทเทรต ได้จากการเขียนกราฟระหว่างค่า pH ของสารละลายที่เป็นตัวถูกไทเทรต
(titrand) กับปริมาตรของตัวไทเทรต (titrant) จะได้รูปร่างของกราฟเป็นตัวคล้ายตัวเอส (S curve)
กราฟของการไทเทรตจะบอกถึงจดุ สมมูล ซ่ึงจะอยู่ในช่วงท่ีมกี ารเปลี่ยนแปลงคา่ pH อยา่ งมาก

ก. การไทเทรตระหวา่ งกรดแกก่ บั เบสแก่
การไทเทรตกรดแก่ เช่น HCl ที่ต้องการหาความเข้มข้นด้วยสารละลายมาตรฐานที่เป็นเบสแก่

เช่น NaOH (สารละลาย NaOH เปน็ สารละลายมาตรฐานทุติยภมู )ิ วัดค่า pH ของตวั ถกู ไทเทรต (titrand)
ในขณะทำการไทเทรต แล้วนำมาเขยี นกราฟของการไทเทรต จะไดด้ ังรปู ที่ 8.1

รูปที่ 8.1 การไทเทรตระหวา่ งกรดแก่กบั เบสแก่ (รปู ซ้าย) กราฟการไทเทรตกรดแก่ด้วยเบสแก่ และ
(รปู ขวา) กราฟการไทเทรตเบสแกด่ ้วยกรดแก่

(ทมี่ า https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry)

จากกราฟของการไทเทรตดังกล่าว ทำให้ทราบปริมาตรของ NaOH ที่ทำปฏิกิริยาพอดีกับ HCl
(ตรงจุดสมมูล) จึงนำมาคำนวณหาความเข้มข้นของกรดในสารละลายตัวอย่างได้ นอกจากนี้จะเห็นได้วา่
pH ที่จุดสมมูลมีค่าประมาณ 7 ทำให้สามารถเลือกอินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมในการไทเทรตระหว่าง HCl
กบั NaOH ได้

อาจกล่าวได้ว่า การเลือกอินดิเคเตอร์ให้เหมาะสมในการไทเทรตนั้น ต้องเลือกให้ช่วง pH ของ
การเปลี่ยนแปลงสีของอินดิเคเตอร์ใกล้เคียงกับ pH ของจุดสมมูลมากที่สุด หรืออาจกล่าวได้ว่าเลือกอินดิ
เคเตอรท์ ี่มคี า่ pKIn ใกลเ้ คียงกับ pH สารละลายทจ่ี ดุ สมมูลมากท่ีสุด

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 37

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ข. การไทเทรตระหวา่ งกรดอ่อนกับเบสแก่
อาจเขียนกราฟของการไทเทรตระหว่างกรดอ่อน เช่น CH3COOH กับสารละลายที่ทราบความ

เขม้ ข้นท่แี นน่ อนของเบส NaOH ได้กราฟของการไทเทรตดงั รปู ที่ 8.2

รูปที่ 8.2 การไทเทรตระหวา่ งกรดออ่ นกับเบสแก่ แก่ (รูปซา้ ย) กราฟการไทเทรตกรดอ่อนดว้ ยเบสแก่
และ (รปู ขวา) กราฟการไทเทรตเบสออ่ นดว้ ยกรดแก่

(ทมี่ า https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry)

พิจารณาสง่ิ ตา่ งๆ ท่ีเกี่ยวขอ้ งกบั กราฟของการไทเทรตไดด้ ังน้ี
1) สามารถคำนวณหาความเข้มข้นของกรดอ่อนได้โดยทราบปริมาตรของตัวทำไทเทรต (เบสแก่) ท่ี
ใช้ไปในการทำปฏิกิริยาพอดีกับกรดอ่อนนัน้ (ปริมาตรที่จดุ สมมลู )
2) สังเกตได้ว่า pH ที่จุดสมมูลมีค่าประมาณ 9 ซึ่งต่างไปจากกรณีของการไทเทรตระหว่างกรดแก่
กับเบสแก่ ทั้งนี้ก็เพราะเมื่อ NaOH ทำปฏิกิริยากับ CH3COOH เกิดเกลือ CH3COONa ซึ่งจะ
เกิดปฏกิ ริ ยิ าไฮโดรไลซสิ ทำใหส้ ารละลายมสี มบตั เิ ป็นเบส
3) กราฟของการไทเทรตในรูป 2 แสดงช่วงบัฟเฟอร์ ซึ่งจะเห็นได้ว่าในช่วงดังกล่าวมีการ
เปลี่ยนแปลงของ pH น้อย เนื่องจากขณะทำการไทเทรตในช่วงนี้ สารละลายประกอบด้วย
CH3COOH ที่ยังไม่ได้ทำปฏิกิริยากับ CH3COONa ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของ NaOH กับ
CH3COOH จงึ เกิดเป็นสารละลายบฟั เฟอร์ขึน้
4) สามารถหาคา่ คงท่ีของการแตกตวั ของกรดออ่ น (Ka) ได้จากสมการ

[Salt] (8.2)
pH = pKa + log [Acid]

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 38

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
สมการ (8.2) เรียกว่า Henderson-Hassalbalch equation จะเห็นได้ว่า เมื่อความเข้มข้นของ

เกลือและกรดมีค่าเท่ากันแล้ว ค่า log [Salt] จะเท่ากับศูนย์ ทำให้ pH เท่ากับ pKa ดังนั้น สามารถจะ

[Acid]

หาค่า pKa ได้โดยตรงจากกราฟของการไทเทรต โดยหาจุดบนกราฟที่ความเข้มข้นของเกลือและกรดมีค่า
เท่ากัน และค่า pH ที่จุดนี้จะเท่ากับ pKa ในกรณีกราฟของการไทเทรตที่ได้จากการไทเทรตระหว่างกรด
อ่อนและเบสแก่ เมื่อใช้กรดอ่อนเป็นตัวถูกไทเทรตนั้นจะไดก้ ราฟดังรูปที่ 8.2 พิจารณาเมื่อกรดอ่อนถูกทำ

ปฏิกิริยาไป 50% ก็จะเกิดเกลือขึ้น 50% และเหลือกรดอ่อนที่ยังไม่ได้ทำปฏิกิริยาอยู่อีก 50% ดังนั้น ที่

จดุ นี้จะมคี วามเข้มข้นของเกลอื และกรดออ่ นเท่ากนั ซ่งึ หาได้จากครง่ึ หนงึ่ ของปรมิ าตรที่จุดสมมลู

ตารางที่ 8.1 แสดงการเปล่ียนสีของอนิ ดิเคเตอร์ (indicator) ชนิดต่าง ๆ

ท่ีมา: https://courses.lumenlearning.com/boundless-chemistry/chapter/acid-base-titrations/

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 39

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

อุปกรณ์ในการทดลอง (Equipment)

1. บกี เกอร์ (beaker) ขนาด 250 mL จำนวน 2 อนั

2. ปิเปตต์ (pipette) ขนาด 25 mL จำนวน 2 อนั

3. บิวเรต (burette) ขนาด 50 mL จำนวน 1 อนั

4. เครือ่ งวดั pH พรอ้ มอเิ ลก็ โทรดแก้ว และอิเล็กโทรด SCE จำนวน 1 เคร่อื ง

5. เคร่ืองกวนสารระบบแมเ่ หล็ก (magnetic stirrer) จำนวน 1 เครอ่ื ง

6. แทง่ แมเ่ หล็กคนสาร (magnetic bar) จำนวน 1 อนั

7. กระบอกฉดี นำ้ (washing bottle) จำนวน 1 อัน

สารเคมี (Materials)
1. กรดแอซีตกิ (CH3COOH) 0.1 M ใชเ้ ป็นตัวตัวถกู ไทเทรต หรอื เรียกวา่ titrand
2. กรดไฮโดรคลอริด (HCl) 0.1 M ใชเ้ ปน็ ตัวตัวถูกไทเทรต หรอื เรียกวา่ titrand
3. สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 0.1 M ใชเ้ ปน็ ตวั ทำไทเทรต หรอื เรยี กว่า ตวั ไทเทรต

(titrant)
4. ฟีนอฟทาลีน (phenolphthalein)
5. เมทิลเรด (methyl red)

วิธกี ารทดลอง (Procedure)
1. ศึกษาและจัดเครื่องวัด pH ตามวิธีการใช้ที่แนบมากับเครื่อง หรือสอบถามการใช้เครื่องวัด pH
จากอาจารย์ผู้ควบคุมห้องปฏิบัติการ (สอบเทียบเครื่อง (calibration) ก่อนการวัด ด้วย
สารละลายบัฟเฟอร์ (buffer solution) ที่ pH 4.00, 7.00, 11.00)
2. ปเิ ปตตต์ ัวถกู ไทเทรตมา 25.00 mL ใสล่ งไปในบีกเกอร์ขนาด 250 mL แลว้ เตมิ อินดิเคเตอรล์ งไป
2 หยด
2.1 การไทเทรตกรดแก่กับเบสแก่ ให้ใช้อินดเิ คเตอร์ คือ methyl red
2.2 การไทเทรตกรดออ่ นกบั เบสแก่ ให้ใช้อนิ ดเิ คเตอร์ คือ phenolphthalein
บนั ทึกสขี องสารละลายทไี่ ด้ พร้อมกันนี้ใส่แทง่ แม่เหลก็ (magnetic bar) ลงไปเพ่ือคนสารละลาย
นำบกี เกอรน์ ไี้ ปวางบนเครอื่ งกวนสารระบบแมเ่ หล็ก (magnetic stirrer)
3. จุ่มอิเล็กโทรดแก้ว (glass electrode) และอิเล็กโทรด SCE (saturated calomel electrode)
ลงไป หมุนสวิทซ์ให้เครื่องกวนสารระบบแม่เหล็กทำงาน อ่านค่า pH จากเครื่องวัด pH และ
อุณหภมู ิ
4. ทำการไทเทรตสารละลายตัวอย่างกับตัวทำไทเทรต วัด pH ของสารละลายในบีกเกอร์ อ่านค่า
pH แลว้ บันทึกค่าปริมาตรของตัวทำไทเทรตกบั ค่า pH ทอ่ี ่านได้ โดยเรมิ่ เตมิ ตัวทำไทเทรตคร้ังละ
2 mL

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 40

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. เมื่อใกล้ถึงจุดสมมูล (สังเกตได้จากค่า pH จะเริ่มเปลี่ยนแปลงมากขึ้น) ให้เติมตัวทำไทเทรต
ครั้งละ 0.5 mLจากนั้นเมื่อสังเกตเห็นค่า pH ที่อ่านได้ต่างกันไม่มากนัก ให้เติมตัวทำไทเทรตลง
ไปครั้งละ 2 mL จนกระทั่ง pH มีค่าเกือบคงที่ ให้หยุดทำการไทเทรต ในขณะไทเทรตให้คอย
สังเกตการเปลยี่ นแปลงสขี องอนิ ดเิ คเตอร์
6. สร้างกราฟของการไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสแก่ และกรดอ่อนกับเบสแก่ โดยเขียนกราฟ
ระหวา่ งปรมิ าตรของตวั ทำไทเทรต (บนแกน X) และค่า pH (บนแกน Y) พรอ้ มลากเส้นแสดงการ
หาค่าของจุดสมมลู และจดุ ท่ีถูกสะเทินไป 50% บอกช่วงบฟั เฟอร์ คำนวณหาค่า Ka และ/หรือ Kb
และความเขม้ ข้นของตวั ถูกไทเทรตทีจ่ ดุ สมมลู

การวเิ คราะหข์ ้อมลู (Treatment of data)

1. ใช้โปรแกรม Microsoft Excel เขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร NaOH ที่เติมกับค่า
pH ทีว่ ดั ได้จากการทดลองเปรียบเทียบกบั คา่ pH ท่ไี ด้จากการคำนวณ ท้ังในกรณกี ารไทเทรตระหว่างเบส

แกก่ ับกรดแก่ และเบสแกก่ บั กรดออ่ น

2. คำนวณหาค่า Ka ของกรดแอซีติก โดยใชค้ า่ pH ท่ีได้จากการทดลอง โดยใช้สมการ Henderson-
Hassalbalch equation คือ

pH = pK a + log [Salt]
[Acid]

คำถาม (Questions)

1. จุดสมมลู (Equivalence point) เหมอื นหรอื ตา่ งจากจดุ ยตุ ิ (End point) อย่างไร
2. ค่า pH ท่ีได้จากการคำนวณ เหมือนหรือต่างจากคา่ pH ท่ีวดั ได้จากการทดลองอยา่ งไร
3. คา่ Ka ของกรดแอซีติกท่ีหาไดจ้ ากการทดลอง เหมอื นหรือตา่ งจากคา่ อ้างอิงหรือไม่ อยา่ งไร
4. ในขณะไทเทรตเมื่อมีการเพิ่มปริมาณเบสมากขึ้น มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของ

สารละลายอยา่ งไร (ให้ตอบคำถามโดยอา้ งอิงจากผลการทดลองจริง)
5. จงแสดงใหเ้ หน็ ทีม่ าของสมการ Henderson-Hassalbalch equation

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารอา้ งองิ (References)
[1] C.W. Garland, J.W. Nibler and D.P. Shoemaker. (2003). Experiments in Physical
Chemistry. 7th edition. McGraw Hill. p665-667.
[2] ชูติมา ศรีวิบูลย์ (เลิศชวะกุล). (2533). คู่มือเคมีวิเคราะห์ 1 (Handbook of Analytical
Chemistry I). พมิ พค์ รง้ั ที่ 4. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยรามคำแหง. 223-312.

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 41

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
[3] D.A. Skoog. et.al. (2014). Fundamentals of Analytical Chemistry. 9th edition.
Cengage Learning.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 42
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 43

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

การทดลองที่ 9

การหาคา่ คงทสี่ มดุลของปฏกิ ิรยิ าการเกิดสารประกอบเชงิ ซ้อนเฟอร์ริกไธโอไซยาเนตโดยการวัดคา่ การดูดกลนื แสง
(Determination of the Equilibrium Constant for Ferric-Thiocyanate Complex by Measuring Absorbance)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

วัตถุประสงคก์ ารเรียนรู้ (Learning objective) เพื่อให้นิสิตสามารถ

1. หาค่าคงที่สมดุล equilibrium constant, Keq ) ของการเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนเฟอร์ริก
ไธโอไซยาเนต (FeSCN2+) ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไอออนเฟอร์ริก (ferric ion, iron (III) or
Fe3+) กับไอออนไธโอไซยาเนต (thiocyanate ion, SCN-) โดยวิธีวัดค่าการดูดกลนื แสงได้

2. ใช้เครื่อง UV-Visible spectrophotometer เพื่อวัดสเปกตรัมการดูดกลืนแสง (adsorption
spectrum) ของสารประกอบเชงิ ซอ้ น FeSCN2+ ได้

หลักการและทฤษฏี (Theoretical background)

ค่าคงที่สมดุล (equilibrium constant, Keq ) คือ ค่าสัดส่วนของความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์

(products) และสารตั้งต้น (reactants) ที่มีอยู่ในระบบเมื่ออยู่ที่สภาวะสมดุล (at equilibrium) จัดเป็น
สมบัติที่สำคัญอันหนึ่งของปฏิกิริยาเคมี ที่ช่วยให้เราสามารถทำนายได้ว่า ปฏิกิริยาเคมีที่เราสนใจใน
ขณะนั้นกำลังเกิดไปในทิศทางใด กล่าวคือ ไปข้างหน้า (forward) หรือย้อนกลับ (backward) โดยการ
เปรียบเทียบกับค่าสัดส่วนของความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ (products) และสารตั้งต้น (reactants) ที่
มีอยู่ในระบบขณะที่ยังไม่เข้าสู่สมดุล (not at equilibrium) ที่เรียกว่า ค่า reaction quotient แทนด้วย
สญั ลักษณ์ คอื Q เมอ่ื พจิ ารณาปฏิกริ ยิ าเคมีที่เขียนในรูปทั่วไปไดเ้ ปน็

aA + bB cC + dD (9.1)

ขณะที่ปฏกิ ริ ยิ ายังไม่เขา้ สู่สมดุล (not at equilibrium) สามารถเขยี น reaction quotient, Q ไดเ้ ปน็

Products Cc Dd (9.2)
Q = t = tt

Reactants  Aa Bb
t tt

เมื่อปฏิกิริยาอยู่ที่สภาวะสมดุล (at equilibrium) สามารถเขียนค่าคงที่สมดุล (equilibrium constant,
Keq ) ได้เปน็

Products Cc Dd (9.3)
eq = eq eq
Reactants
Aa Bb
eq eq eq
     Keq =

เอกสารประกอบการสอน จกั รีสิทธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 44
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อ Q  Keq หมายความว่า ปฏิกิริยาเคมีนี้ยังไม่อยู่ที่สภาวะสมดุล และยังมีความ

เข้มข้นของสารตั้งต้นมากกว่าสารผลิตภัณฑ์ ทำให้สามารถทำนายได้ว่าปฏิกิริยานี้กำลังเกิดปฏิกิริยาไป
ข้างหน้า โดยที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะลดลงเพื่อทำให้เกิดความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์มากข้ึน
(ปฏิกิริยาจะเกดิ ไปข้างหน้าหรือเลือ่ นไปทางขวา เพื่อทำใหเ้ กิดเป็นสารผลิตภัณฑม์ ากขึ้น) จนกระทั่งเข้าสู่
สภาวะสมดุลที่ค่า Q = Keq ในทางตรงกันข้าม เมื่อ Q  Keq หมายความว่า ปฏิกิริยาเคมีนี้ยังไม่อยู่ท่ี

สภาวะสมดุล และยังมีความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น ทำให้สามารถทำนายได้ว่า
ปฏิกิริยานี้กำลังเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ โดยมีผลทำให้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะเพิ่มขึ้น (ปฏิกิริยาจะ
เกิดย้อนกลับหรือเลื่อนไปทางซ้าย เพื่อทำให้เกิดเป็นสารตั้งต้นมากขึ้น) เนื่องจากความเข้มข้นของสาร
ผลิตภัณฑล์ ดลงจนกระทั่งเขา้ สสู่ ภาวะสมดลุ ทค่ี า่ Q = Keq ดงั แสดงตามรูปที่ 9.1

รูปที่ 9.1 แสดงทิศทางการเข้าสู่สภาวะสมดุลของปฏกิ ิริยาเคมี โดยในทุกปฏิกิริยาเคมีที่ยงั ไมเ่ ข้า
สู่สภาวะสมดุล ( Q  )Keq จะเกิดการเปล่ียนแปลงไปในทศิ ทางท่ีพยามทำให้ Q = Keq เสมอ

ในการทดลองนี้ นิสิตจะไดท้ ำการศึกษาวิธีการหาค่าคงที่สมดุล (equilibrium constant, Keq ) ของ
ปฏิกิริยาเคมีของการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนเฟอร์ริกไธโอไซยาเนต (Ferric-Thiocyanate Complex,
FeSCN2+ ) ทเ่ี กิดจาการทำปฏกิ ริ ิยาระหวา่ งสารละลาย Fe3+ และสารละลาย SCN− ตามปฏกิ ิริยาเคมี
ข้างลา่ งนี้

Fe3+ (aq) + SCN − (aq) FeSCN 2+ (aq) (9.4)

( yellow) (colorless) (dark red )

เมื่อสารละลายของ Fe3+ และสารละลาย SCN− ผสมกัน จะเกิดปฏิกิริยาเคมีดังสมการ (8.4)
ในระยะเวลาหนึ่ง เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน FeSCN2+ ที่มีสีแดงเข้ม ซึ่งสามารถนำไปวัดค่าการ
ดูดกลืนแสงเพื่อหาค่าความเข้มข้นของสารประกอบนี้ได้ โดยอาศัยความเข้มของสีที่แตกต่างกันโดยใช้
เครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์ ขณะเริ่มเกิดปฏิกิริยาทั้ง Fe3+ และ SCN− จะค่อยๆ ลดลงเมื่อเทียบกับ
ก่อนเกิดปฏิกิริยา นั่นหมายความว่า ทุกๆ 1 โมลของสารประกอบเชิงซ้อน FeSCN2+ ที่เกิดขึ้น จะได้มา

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 45

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
จากการทำปฏิกิริยาระหว่าง Fe3+ และ SCN− อย่างละ 1 โมล โดยสามารถเขียนสมการค่าคงที่สมดุล
(equilibrium constant, Keq ) ของปฏิกริ ยิ านี้ไดเ้ ปน็

Keq = [FeSCN 2+ ]eq (9.5)
[Fe3+ ]eq[SCN − ]eq

สมการ (9.5) สัญลักษณ์   (สัญลักษณ์   อ่านว่า square bracket) จะแทนความเข้มข้น
ในหน่วยโมลาร์ (M หรือ mol/L) และค่า Keq เป็นค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาหนึ่งๆ ท่ีอุณหภูมิคงที่ค่า
หนง่ึ น่ันหมายความวา่ สารผสมระหว่าง Fe3+ และ SCN− จะเข้าทำปฏกิ ิรยิ าจนกวา่ ค่า Q = Keq

วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้ คือ เพื่อให้นิสิตสามารถหาค่าคงที่สมดุล (equilibrium
constant, Keq ) ของปฏกิ ริ ยิ าการเกิดสารประกอบเชิงซ้อน FeSCN2+ ทม่ี สี ดั สว่ นของสารตงั้ ตน้ เร่ิมตน้
ไม่เท่ากนั และแสดงใหเ้ หน็ วา่ แต่ละส่วนผสมจะใหค้ ่าคงท่ีสมดลุ Keq เทา่ กันเมอ่ื ทำการทดลองที่อุณหภมู ิ
เดียวกนั

อุปกรณ์ในการทดลอง (Equipments)

1. เครื่อง UV-Visible spectrophotometer จำนวน 1 เคร่อื ง
2. คิวเวต (cuvette) จำนวน 2 อัน
3. หลอดทดลอง (test tube) จำนวน 5 หลอด
4. ปิเปตตแ์ บบกระเปาะ (transfer pipette) ขนาด 5 mL จำนวน 1 อนั
5. ปเิ ปตตป์ รับปรมิ าตร (measuring pipette) ขนาด 5 mL จำนวน 2 อนั
6. แท่งคนสาร (stirring rod) จำนวน 2 อนั
7. ท่ีตงั้ หลอดทดลอง (test tube rack) จำนวน 1 อนั
8. ลกู ยาง (syring ball) จำนวน 2 อัน
9. กระดาษทิชชู จำนวน 1 กล่อง
10.ขวดนำ้ กลั่น (plastic wash bottle) จำนวน 1 ขวด

สารเคมี (Materials)

1. สารละลายเฟอรร์ ิกไนเตรต (Ferric nitrate, Fe(NO3)3) เข้มข้น 0.002 M
2. สารละลายโพเทสเซียมไธโอไซยาเนต (Potassium thiocyanate, KSCN) เขม้ ขน้ 0.002 M
3. สารละลายกรดไนตริก (Nitric acid, HNO3) เข้มข้น 0.1 M

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 46

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
วิธกี ารทดลอง (Procedure)

1. เตรยี มสารละลายผสมลงในหลอดทดลอง 5 หลอด ตามสดั สว่ นดงั ตารางขา้ งลา่ งน้ี

หลอดที่ ปรมิ าตรสาร (mL) 0.1 M HNO3 ปริมาตรรวม (mL)
4.0
1 0.002 M Fe(NO3)3 0.002 M KSCN 3.0 10.0
2 5.0 1.0 2.0 10.0
3 5.0 2.0 1.0 10.0
4 5.0 3.0 0.0 10.0
5 5.0 4.0 10.0
5.0 5.0

หมายเหตุ ในการผสมสารละลายจะใชแ้ ท่งแกว้ คน (stirring rod)

2. นำสารละลายแต่ละหลอดมาเตมิ ลงในควิ เวต (cuvette)
3. ใช้เคร่อื ง UV-Visible spectrophotometer สเกนสเปกตรมั การดูดกลืนแสง (absorption

spectrum) ในช่วงความยาวคล่นื 400-800 nm ดว้ ยความเร็ว 1,000 รอบตอ่ นาที แล้วบนั ทึกค่า
การดูดกลืนแสง (absorbance) ทค่ี วามยาวคล่ืนท่ีมคี ่าการดดู กลืนแสงมากท่สี ดุ ( λmax ) และที่

ความยาวคลน่ื 447 nm พรอ้ มทั้งบนั ทกึ สขี องสารละลาย
4. ทำทีละหลอดจนครบทง้ั 5 หลอด
5. ถา่ ยรปู สเปกตรมั การดูดกลืนแสงท้ัง 5 สเปกตรมั ที่ไดจ้ ากการทดลอง เพื่อนำมาอธิบายผล

หมายเหตุ นสิ ติ ควรมีความเข้าใจในขัน้ ตอนการเตรยี มสารและหลักการทำงานของเคร่ือง
สเปกโทรโฟโตมิเตอร์ (spectrophotometer) กอ่ นลงมือทดลองทุกคร้ัง
***********************************************************************

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธ์ิ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 47

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
การวิเคราะหข์ ้อมลู (Data analysis)

นสิ ิตแสดงการหาคา่ คงทสี่ มดลุ (equilibrium constant, Keq ) ของปฏกิ ิริยา โดยทำตามขั้นตอนดังน้ี
1. แสดงการคำนวณหาความเข้มขน้ เรมิ่ ตน้ ของสารตงั้ ต้น (initial concentration of

reactant, [Reactants]i ) ของปฏิกริ ยิ านี้ คือ Fe3+ i และ SCN − i ในหลอดทดลอง
ท่ี 1- 5 โดยการเทียบบัญญัตไิ ตรยางคห์ รือใช้สมการ

C1V1 = C2V2

2. แสดงการคำนวณหาค่าความเขม้ ขน้ ของสารผลติ ภัณฑ์ท่ีเกิดขนึ้ (concentration of product,
[Product]eq ) ของปฏกิ ริ ยิ าน้ี คอื สารประกอบเชงิ ซอ้ น [FeSCN2+] ในหลอดทดลองที่ 1- 5 โดย
ใชค้ า่ การดดู กลนื แสง (absorbance, Abs ) ทค่ี วามยาวคลืน่ 447 nm โดยใช้สมการ

Abs (447 nm) = k FeSCN 2+ 

เมือ่ กำหนดค่าสัมประสทิ ธ์ิการดดู กลืนแสง k = 5 x 103
3. แสดงการคำนวณหาคา่ ความเข้มขน้ ทส่ี มดลุ ของสารตั้งต้น (equilibrium concentration

of reactants, [Reactants]eq ) ของปฏิกริ ิยานี้ คอื Fe3+ eq และ SCN − eq ในหลอด

ทดลองที่ 1- 5 โดยนำคา่ ความเข้มข้นเรมิ่ ตน้ ของ Fe3+ i และ SCN − i ท่ไี ดจ้ ากขอ้
(1) มาลบด้วยคา่ ความเข้มข้นของ [FeSCN2+] ที่ได้จากขอ้ (2) จะไดผ้ ลลพั ธ์เป็นความ
เข้มขน้ ของ Fe3+ eq และ SCN − eq ทเ่ี หลอื อยู่ ณ จดุ สมดุล

4. นำขอ้ มูลทไ่ี ดจ้ ากข้อ (1), (2) และ (3) ในแตล่ ะหลอดทดลองท่ี 1- 5 แทนคา่ ลงในตารางการ
คำนวณค่าคงท่สี มดลุ ของปฏิกิริยาแบบ Initial Change Equilibrium, ICE ข้างล่างน้ี

Reaction: Fe3+ (aq) + SCN − (aq) FeSCN 2+ (aq)

Initial (M ) : Fe3+ i + SCN − i 0
FeSCN 2+ 
Change ( M ) : Fe3+ i − FeSCN 2+  + SCN − i − FeSCN 2+  FeSCN 2+ eq

Equilibrium ( M ) : Fe3+ eq + SCN − eq

5. นำข้อมูลที่ไดจ้ ากขอ้ (4) มาแสดงการคำนวณหาคา่ คงที่สมดลุ (equilibrium constant,

Keq ) ของปฏิกิรยิ า ในหลอดทดลองที่ 1- 5 โดยใชส้ มการ

Keq = [FeSCN 2+ ]eq
[Fe3+ ]eq[SCN − ]eq

เอกสารประกอบการสอน จักรสี ทิ ธิ์ จนิ ดาวงศ์

P a r t I I : คู่ มื อ ป ฏิ บั ติ ก า ร วิ ช า เ ค มี เ ชิ ง ฟิ สิ ก ส์ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ | 48

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
คำถาม (Questions)

1. นสิ ิตทำการผสมสารละลาย 0.002 M Fe(NO3)3 จำนวน 5.00 mL กับสารละลาย 0.002 M
KSCN จำนวน 5.00 mL โดยทส่ี มดุล พบว่า มีความเข้มขน้ ของ FeSCN2+ เท่ากับ 1.4 x 10-4 M
จงแสดงการคำนวณหาค่าคงทีส่ มดลุ (equilibrium constant, Keq ) ของปฏิกริ ยิ า

Fe3+ (aq) + SCN − (aq) FeSCN 2+ (aq)

2. จงแสดงการคำนวณหามวลของ KSCN ท่ใี ชใ้ นการเตรยี มสารละลาย KSCN ทมี่ คี วามเขม้ ขน้
0.002 M จำนวน 100 mL

3. จงแสดงการคำนวณหามวลของ Fe(NO3)3•9H2O ทีใ่ ชใ้ นการเตรยี มสารละลาย Fe(NO3)3 ทม่ี ี
ความเข้มขน้ 0.002 M จำนวน 100 mL

4. จงอธบิ ายว่าทำไมจึงเลือกทจ่ี ะใชก้ รด HNO3 แทนนำ้ ปราศจากไอออน (deionized water)
5. จงอธบิ ายว่าเพราะเหตใุ ด ในการทดลองน้ีจึงเลือกบนั ทกึ คา่ การดูดกลนื แสง ที่ความยาวคลน่ื

447 nm
6. จงอธิบายว่าเพราะเหตุใด สเปกตรัมการดูดกลืนแสง (absorption spectrum) ของสารในหลอด

ที่ 5 จึงมีลักษณะแตกต่างไปจากสเปกตรัมของสารในหลอดที่ 1-4

เอกสารอ้างอิง (References)

[1] F. Nyasulu and R. Barlag. Colorimetric Determination of the Iron (III)-Thiocyanate
Reaction Equilibrium Constant with Calibration and Equilibrium Solutions Prepared
in a Cuvette by Sequential Additions of One Reagent to the Other. J. Chem.
Educ., 2011, 88 (3), 313–314.

[2] C. L. Cobb, and G. A. Love. Iron (III) Thiocyanate Revisited: A Physical Chemistry
Equilibrium Lab Incorporating Ionic Strength Effects. J. Chem. Educ., 1998, 75 (1),
90-92.

[3] Mahidol University, Department of Chemistry, SCCH108: Chemistry Labs I.

(September 27, 2010). Available from:

http://chemw.sc.mahidol.ac.th/html/nanocast/2009_scch108/03_Ferrous_revised.pdf

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

เอกสารประกอบการสอน จกั รสี ิทธ์ิ จนิ ดาวงศ์