วิทยาศาสตร์กายภาพ (เคมี)

เปร ี ยบเทย ี บสมบต ัิ ของสารบร ิ ส ุ ทธ ์ ิ กบ ั สารไม ่ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ สมบ ัติ สารบริสุทธิ์ สารไม่บริสุทธิ์ จุดเดือด จุด หลอมเหลว คงที่ ไม่คงที่ ชว่งการหลอมเหลว แคบ กว ้าง การแยกสาร แยกยากตอ้งใชว้ธิทีางเคมีแยกงา่ยใชว้ธิทีางกายภาพ สมบ ัติของสารใหม ่ ่เมื่อเทียบก ับสารเดิม แตกต่างจากองค์ประกอบ เดิมทุกประการ คล ้ายองค์ประกอบเดิม การน าไประเหยแห้ง ไม่มีของแข็งเหลือเลย อาจมีหรือไม่มีของแข็ง เหลือก็ได ้

สร ุ ป 1. การด ู ว ่ าเป็ นสารเน ื ้ อเด ี ยวหร ื อเน ื ้ อผสมให ้ใช ้ พจ ิ ารณาด ้ วยตาเลยแต ่ ถ ้ าด ู ไม่ออกค่อยใช้วิธีอื่น เช่นกระดาษกรอง 2. สารบร ิ ส ุ ทธ ์ ิ กบ ั สารละลายใช ้ การหาจ ุ ดเด ื อดเป็ นหลก ัในการต ั ดสิน 3. ระเหยแล ้ วเหล ื อของแขง ็ อย ่ ู สร ุ ปได ้ ท ั นท ี ว ่ าไม ่ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ แต่ถ้าไม่เหลือ อะไรเลยต ้ องตอบว ่ าสร ุ ปไม ่ได ้ 4. ทดสอบคอลลอยด์ใช้การกระเจิงแสงเป็ นหลัก 5. ธาต ุ กบ ั สารประกอบ ทดสอบโดยน าไปเผาถ ้ าได ้ สารใหม ่ ออกมากส ็ ร ุ ปเลย ว ่ าเป็ นสารประกอบ แต ่ ถ ้ าได ้ สารเด ิ ม ต ้ องตอบว ่ า สร ุ ปไม ่ได ้ เช ่ นกัน

การแยกสาร การแยกสารเป็ นวธ ิี การทา สารให ้ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ หร ื อเป็นวิธีแยก สารออกจากกน ั ในการแยกสารให ้ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ มห ี ลายวธ ิี ขน ึ ้ อย ่ ู กบ ั สมบต ัิ ของสารทผ ี ่ สมกน ั อย ่ ู และองค์ประกอบอื่น เช่น เครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ วธ ิี การแยกสารให ้ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ ทว ั ่ ไปมด ี ง ั น ี ้

การแยกสาร - ใช ้ สมบต ัิ จ ุ ดเด ื อดในการแยก = การกลั่น - ใช้สมบัติการละลายในการแยก=การใช้กรวยแยก , การกรอง , การสกัด , โครมาโตกราฟี , การตกผลึก

ใช ้ สมบต ัิ จ ุ ดเด ื อดในการแยก การกลั่น การกลั่นเป็ นวิธีที่ใช้แยกของเหลวที่รวมเป็นเนื้อ เดย ี วกน ั โดยอาศ ั ยความแตกต ่ างของจ ุ ดเด ื อด การกลั่นจึงเป็ นกระบวนการที่ท าให้ของเหลวได้รับ ความร้อนจนกลายเป็ นไอ แล้วท าให้ควบแน่นกลับมาเป็น ของเหลวอก ี ในขณะทก ี ่ ลน ั ่ ของเหลวทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดต ่ า จะ กลายเป็ นไอแยกออกมาก ่ อน ของเหลวทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดส ู งขน ึ ้ จะกลั่นแยกออกมาทีหลัง ซึ่งการกลั่นแบ่งเป็ น 2วิธี ดังนี้

1 การกลั่นธรรมดา เป็ นการแยกต ั วถ ู กละลายออกจากต ั วทา ละลายโดยตว ั ถ ู กละลายและต ั วทา ละลายมจ ี ุ ดเด ื อดต ่ างกน ั มาก (ประมาณ 80องศาเซลเซียส ขึ้นไป ) สารทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดต ่า จะระเหยได ้ เร ็ วกว ่ าสารทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดส ู ง เช ่ น น า ้ เกลือ ประกอบด ้ วยน า ้ มจ ี ุ ดเด ื อด 100 องศาเซลเซียส และเกลือแกง มจ ี ุ ดเด ื อด 1413 องศาเซลเซียส พบว ่ ามจ ี ุ ดเด ื อดต ่ างกันมาก เราจึงสามารถใช้การกลั่นธรรมดาแยกออกจากกันได้ โดยน ้า ซ ึ ่ งมจ ี ุ ดเด ื อดต ่ ากว ่ าจะออกมาก ่ อน

2 การกลั่นล าดับส่วน เป็ นการแยกต ั วถ ู กละลายและต ั วทา ละลายทม ี ่ จ ี ุ ด เดือดต่างกันเล็กน้อย (น้อยกว่า 80 องศาเซลเซียส ) โดย จะมค ี อลม ั น ์ บรรจ ุ แก ้ ว หร ื อทร ี ่ ้ ู จ ั กกน ั ว ่ า"หอกลั่น" เพิ่ม ขึ้นมา ซึ่งหอกลั่นนี้จะท าหน้าที่ให้สารระเหยออกมาได้ ช ้ าลง โดยหอกลน ั ่ ยง ิ ่ ส ู งเท ่ าไร สารทอ ี ่ อกมากจะมีความ ็ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ เพม ิ ่ ตามเท ่ าน ้ ั น แต ่ กจ ็ ะทา ให ้ เราต้องเสีย เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นด้วย

ข้อสังเกต 1. เมื่อสารระเหยออกมาแล้วเราก็จะมีตัวควบแน่น หรือ condenser ท าหน้าที่ให้สารนั้นควบแน่นกลับเป็ น ของเหลวอีกครั้ง ซึ่งจะใช้น ้าเย็นหล่อโดยน ้าจะเข้าทาง ด ้ านล ่ างและไหลออกทางด ้ านบนดง ั ร ู ป เพราะถ ้ าให ้ น า ้ เข้าข้างบน น ้าก็จะไหลออกหมดโดยยังไม่ทันท าให้สาร ควบแน่นได้เลย

ข้อสังเกต 2. ถ้าเราไม่มีเครื่องมือในการล าดับส่วนแต่ต้องการ แยกสารทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดใกล ้ เคย ี งกน ั เราสามารถทา ได ้โดยใช้ การกลั่นธรรมดาหลายๆครั้งแทน

3. การกลั่นล าดับส่วนของน ้ามันดิบจะต่างจาก การกลั่นล าดับส่วนธรรมดา คือ กลั่นล าดับส่วนธรรมดา สารจะออกมาทล ี ะชน ิ ดโดยสารทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดต ่ ากว่าจะ ออกมาก ่ อน แต ่ การกลน ั ่ น า ้ มน ั ดบ ิ สารท ุ กชน ิ ดจะ ควบแน ่ นออกมาพร ้ อมกน ั แต ่ อย ่ ู คนละช ้ ั นของหอกลั่น โดยช ้ ั นบนจ ุ ดเด ื อดจะต ่ า ช ้ ั นล ่ างจ ุ ดเด ื อดจะส ู ง ดง ั ร ู ป

4. การกลั่นล าดับส่วนบางครั้งไม่ได้แยกสารให้ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ แต ่ แยกสารทม ี ่ จ ี ุ ดเด ื อดใกล ้ กน ัไว้ด้วยกันเพื่อ การน าไปใช้ประโยชน์ เช่น การกลั่นล าดับส่วนของ น ้ามันดิบ

5. การเลือกวิธีกลั่นว่าจะกลั่นธรรมดาหรือกลั่น ลา ดบ ั ส ่ วนปกต ิ จะด ู ทจ ี ่ ุ ดเด ื อดเป็ นหลก ั ดงนั้นเราจึง ั ประย ุ กต ์ใช ้ได ้โดยให ้ เราคด ิ ภาพว ่ าถ ้ าเราน าของเหลว น ้ ั นไปเผาแล ้ วมส ี ารเหล ื ออย ่ ู ให ้ใช ้ วธ ิี กลนแบบธรรมดา ั ่ เพราะของแขง ็ กบ ั ของเหลวย ่ อมมจ ี ุ ดเด ื อดต ่ างกนมาก ั แต ่ ถ ้ าคด ิ ว ่ าเผาแล ้ วไม ่ เหล ื อสารใดอย ่ ู เลยระเหยไปหมด ก็ให้ใช้การกลั่นล าดับส่วนแทน

ตัวอย่าง : - น ้า + แอลกอฮอล์ ใช้กลั่นล าดับส่วน - น ้า + เกลือ ใช้ กลั่นธรรมดา - น ้าหอม ใช้ กลั่นล าดับส่วน - น ้ามันปิ โตรเลียม ใช้ กลั่นล าดับส่วน - น ้าโคลน ใช้ กลั่นธรรมดา - น ้าทะเลใช้กลั่นธรรมดา

การใช้กรวยแยก การใช้กรวยแยก จะเหมาะกับสารที่เป็ นของเหลว และแยกคนละชั้น หรือมีขั้วต่างกัน เช่น น ้ากับน ้ามัน จะ แยกช ้ ั นกน ั อย ่ ู เพราะน า ้ มข ี ้ ว ั แต ่ น า ้ มน ัไม่มีขั้ว ใช้สมบัติการละลายเป็ นการแยก

การกรอง การกรอง เป็ นวิธีที่ใช้ส าหรับแยกของแข็ง ออกจากของเหลวโดยทข ี ่ องแขง ็ไม ่ ละลายอย ่ ู ใน ของเหลว หรือแยกของแข็งที่ละลายน ้าและ ไม ่ ละลายน า ้ ซ ึ ่ งปนอย ่ ู ด ้ วยกน ั

- Ca3 (PO4 ) 2 + H2 O เนื่องจาก Ca3 (PO4 ) 2 ไม ่ ละลายน ้ า - MgSO4 + AgCl เนื่องจาก Al(NO3 ) 3 ละลายน ้ า แต ่ AgCl ไม ่ ละลายน ้ า - KCl + PbBr 2 เนื่องจาก KClละลายน ้ า แต ่ PbBr 2 ไม ่ ละลายน ้ า ตัวอย่างสารที่ใช้การกรองในการแยก

การสกัด การสกัดแบ่งออกเป็ น 2 ชนิดหลักๆ คือ การสกัดด้วยไอน ้า และ การสกัดด้วยตัวท าละลาย

การสกัด การสกัดด้วยไอน ้า จะใช้หลักการให้ไอน ้าพาสารที่ เราต ้ องการออกมา โดยสารน ้ ั นควรม ี จ ุ ดเด ื อดต ่ าระเหยง่าย และไม่ละลายน ้าโดยมากจะใช้ในการสกัดพวกน ้ามันหอม ระเหยจากพืช การสกัดด้วยไอน ้า

แบบที่ 1

แบบที่ 2

การสกัดด้วยตัวท าละลาย การสกัดด้วยตัวท าละลายจะใช้หลักการที่ว่าสารแต่ละ ชนิดมีความสามารถในการละลายในตัวท าละลายต่างชนิดกัน ได้ไม่เท่ากัน

ตัวท าละลายนั้นต้องละลายสารที่ต้องการสกัด ออกมาได ้ มากทส ี ่ ุ ดและส ิ ่ งเจ ื อปนต ้ องตด ิ มาน ้ อยทส ี ่ ุ ด ถ้าจะให้ดี ควรระเหยได้ง่ายๆด้วย หลักการเลือกตัวท าละลายที่ดีคือ

โครมาโตกราฟี โครมาโตกราฟี คือ การแยกสารโดย อาศัยหลักการที่ว่า สารแต่ละชนิดมีความสามารถ ในการละลายและด ู ดซ ั บได ้ไม ่ เท ่ ากน ั และเหมาะ อย่างยิ่งในการใช้กับสารที่มีปริมาณน้อยๆ

จากรูป แสดงการแยกจุดสี ออกเป็ นสาร 3 ชนิด คือ ก ข ค โดยวิธีโครมาโต กราฟี แบบกระดาษ

หลักของโครมาโตกราฟี 1. โครมาโตการฟี ทา ใหส้ ารแยกออกจากกน ัได ้ เพราะสารแต ่ ละชน ิ ดม ี ความสามารถในการละลายและด ู ดซบ ัไดไ้ ม ่ เท ่ ากน ั 2. โครมาโตกราฟี เหมาะกบ ั สารท ี่ม ีปร ิ มาณนอ ้ ยแต ่ ถา ้ ม ีปร ิ มาณมากก ็ สามารถท าได้โดยใช้โครมาโตกราฟี แบบอื่นๆ 3. จากรูปด้านบน เรียงล าดับความสามารถในการละลายได้ ก > ข > ค 4. ความสามารถในการดูดซับ ค > ข > ก 5. ดง ั น ้ น ั สารท ี่ละลายด ี ด ู ดซบ ั จะไม ่ ด ี และเคล ื่อนท ี่ไดไ้ กลแต ่ สารท ี่ด ู ดซบ ั ด ี จะละลายไดไ้ ม ่ ด ี และเคล ื่อนท ี่ไดไ้ ม ่ไกล

6.ในการทดลองท ุ กคร ้ ั งต ้ องปิ ดฝา เพ ื ่ อป้ องกน ั ต ั วทา ละลายแห้ง ในขณะเคล ื ่ อนทบ ี ่ นต ั วด ู ดซ ั บ 7. ลา ดบ ั ความสามารถในการละลายการด ู ดซ ั บอาจ เปลี่ยนแปลงได้ ถ้าเปลี่ยนตัวท าละลายใหม่ 8. ถ้าสารเคลื่อนที่ได้ 3จ ุ ด สร ุ ปได ้ แค ่ ว ่ ามส ี ารอย ่างน้อย 3 ชนิด 9. ถ้าสารเคลื่อนที่ใกล้เคียงกันมาก แสดงว่ามีความสามารถใน การละลายและด ู ดซ ั บได ้ใกล ้ เคย ี งกน ั สามารถแก ้ไขได ้โดยการ เปลย ี ่ นต ั วทา ละลายใหม ่ หร ื อเพม ิ ่ ความยาวของต ั วดดซับ ู

10. วธ ิี น ี ส ้ ามารถทา สารให ้ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิได ้ โดยการตัดแบ่งสารตัวที่ต้องการละลายในตัวท าละลายที่ เหมาะสมแล้วระเหยตัวท าละลายนั้นทิ้งไป แล้วน าสารนั้น มาทา โครมาโตกราฟีใหม ่ จนได ้ สารทบ ี ่ ร ิ ส ุ ทธ ์ ิ

11. การค านวณค่า Rf (Rate of flow) ระยะทางที่เคลื่อนที่ได้ = ระยะทางหลังสุด -ระยะทางเร ิ่มตน ้

12. ค่า Rf ไม ่ ม ี หน ่ วยและม ี ค ่ าส ู งส ุ ดเท ่ ากบ ั 1 13. ค่า Rf เป็ นค่าที่บอกการเคลื่อนที่ของสาร สารใดมีค่า Rf ส ู งแสดงว่าสาร นั้นเคลื่อนที่ได้ไกล 14. เนื่องจากค่า Rf มีได้ไม่แน่นอนจึงต้องหาจากผลการทดลองเท่านั้น 15. ค่า Rf สามารถน าไปวิเคราะห์ชนิดของสารได้ โดยการน าค่าที่ได้ไปเปิ ด เทียบกับตาราง ***16. สารท ี ่ เคล ื ่ อนท ี ่ ได ้ ระยะทางเท ่ ากน ัในต ั วท าละลายและต ั วด ู ดซับ เด ี ยวกน ั ม ั กจะสร ุ ปว ่ าเป็ นสารต ั วเด ี ยวกน ั แต ่ บางคร ้ ั งกไ็ ม ่ แน ่เสมอไป

ประเภทของโครมาโตรกราฟี ทค ี ่ วรร ้ ู จ ั ก 1. โครมาโตรกราฟี แบบคอลัมน์ (Column chromatography) เป็ นวธ ิี ทใี ่ ช ้ ต ั วด ู ดซ ั บบรรจ ุ ในคอลม ั น ์ แก ้ วโดยนิยมใช้ อล ู มน ิ า (Al2O3 ) หรือ ซิลิกาเจล (SiO2 ) เป็ นต ั วด ู ดซ ั บ

ประเภทของโครมาโตรกราฟี ทค ี ่ วรร ้ ู จ ั ก 2. โครมาโตกราฟี แบบกระดาษ (Paper chromatography) เป็ นวิธีที่ใช้กระดาษโครมาโตกราฟี หรือกระดาษกรอง เป็ นต ั วด ู ดซ ั บ

ประเภทของโครมาโตรกราฟี ทค ี ่ วรร ้ ู จ ั ก 3. โครมาโตกราฟี แบบธินเลเยอร์ (Thin-Layer chromatography) เป็ นวธ ิี ทใี ่ ช ้ กระจกซ ึ ่ งฉาบไว ้ ด ้ วยอล ู มน ิ า (Al2O3 ) หรือ ผงซิลิกา เจล (SiO2 ) เกลี่ยให้เรียบบางเหมือนกระดาษโครมาโตกราฟี เป็ นต ั วด ู ดซ ั บ

การตกผลึก การตกผลก ึ เป็ นวธ ิี ทท ี ่ า ให ้ สารบร ิ ส ุ ทธ ์ ิ โดยอาศัย หลักการละลายได้ที่ต่างกัน โดยสารที่ต้องการแยกและไม่ ต้องการแยกจะต้องละลายได้ในตัวท าละลายชนิดเดียวกัน แต่ต้องมีความสามารถในการละลายต่างกัน โดยสารที่ ละลายได้น้อยกว่าจะตกผลึกออกมาก่อน

แ ส ด ง ก า ร ท า ส า ร ล ะ ล า ย อิ่ม ต วั

วิธีการตกผลึก 1. ใส ่ สารลงไปในตว ั ทา ละลายท ี ละนอ ้ ยจนไดส้ ารละลายอ ิ่มตว ั ท ี่อ ุณหภูมิสูง 2. กรองสารละลายขณะร ้ อนเพ ื่อกา จด ั ส ิ่งเจ ื อปนท ี่ไม ่ ละลายออกไป 3. ปล ่ อยใหส้ ารละลายอ ิ่มตว ั เยน ็ ลงจะไดข ้ องแขง ็ ท ี่ม ี ร ู ปทรงเรขาคณ ิตตกผลึก แยกออกมา ซ่ึ งเม ื่อนา ไปกรองแลว ้ ทา ใหแ ้ หง ้ กจ ็ ะไดข ้ องแขง ็ บร ิ ส ุ ทธ ์ ิ ตาม ต้องการ หมายเหต ุ : ท ี่ตอ ้ งใชส้ ารละลายอ ิ่มตว ั ท ี่อ ุ ณหภ ู ม ิ ส ู ง เพราะสาร ส ่ วนมากเม ื่ออ ุ ณหภ ู ม ิ ส ู งข ้ึ นจะละลายไดม ้ ากข ้ึ น และเมื่อเราลด อ ุ ณหภ ู ม ิ ลง สารจะละลายไดน ้ อ ้ ยลงทา ใหส้ ่ วนท ี่ละลายไม ่ไดต ้ ก ลงมาเป็ นผลึกแทน

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ ความหมาย ระบบ หมายถ ึ ง ส ิ ่ งต ่ างๆทอ ี ่ ย ่ ู ภายในขอบเขตทต ี ่ ้ องการศ ึ กษา ส ิ ่ งแวดล ้ อม หมายถ ึ ง ส ิ ่ งต ่ างๆทอ ี ่ ย ่ ู นอกขอบเขตทต ี ่ ้ องการศ ึ กษา

ชนิดของระบบ 1. ระบบเปิ ด คือ ระบบที่มวล และพลังงานมีการถ่ายเทกับ สิ่งแวดล้อม 2. ระบบปิ ด คือ ระบบที่มีเฉพาะพลังงานเท่านั้นที่ถ่ายเทกับ สิ่งแวดล้อม

ชนิดของระบบ 3. ระบบอิสระหรือระบบแยกตัว คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายเท ทั้งมวลสารและพลังงานกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็ นระบบใน อ ุ ดมคต ิไม ่ มอ ี ย ่ ู จร ิ งแต ่ พออน ุ โลมได ้ เช ่ น น า ้ในกระติกน ้า ร ้ อนทม ี ่ ฉ ี นวนห ้ ุ ม

หมายเหต ุ : ปั จจย ั ท ี่ม ี ผลต ่ อระบบ ค ื อ สภาวะแวดลอม ้ เช ่ น อ ุ ณหภ ู ม ิ ความดน ั เพราะในสภาวะแวดลอ ้ มท ี่ต ่ างกน สาร ั บางชน ิ ดอาจเปล ี่ยนสถานะได ้ เช ่ น น ้ า ท ี่อ ุ ณหภ ู ม ิ หอง ้ (25๐C) ไม ่ ม ีฝาปิ ดกย ็ ง ั คงเป็ นระบบปิ ด แต ่ ถา ้ อ ุ ณหภ ู ม ิ เก ิ น 100๐C ซึ่ง เป็ นจ ุ ดเด ื อดของน ้ า น ้ า กจ ็ ะกลายเป็ นก ๊ าซทา ใหก ้ ลายเป็ นระบบ เปิ ดไป

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบมี 2 ประเภท คือ 1. การเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อน หมายถ ึ งระบบจะคายความร ้ อนออกมาส ่ ู ส ิ ่ งแวดล ้ อม ทา ให ้ ระบบมอ ี ุ ณหภ ู มล ิ ดลงแต ่ ส ิ ่ งแวดล ้ อมมอ ี ุ ณหภ ู มส ิ ู งขน ึ ้

2. การเปลย ี ่ นแปลงประเภทด ู ดความร ้ อน หมายถ ึ งระบบจะด ู ดพลง ั งานจากส ิ ่ งแวดล ้ อมไป ทา ให้ ส ิ ่ งแวดล ้ อมอ ุ ณหภ ู มล ิ ดลงแต ่ ระบบมอ ี ุ ณหภ ู มส ิ ู งขน ึ ้

ซ ึ ่ งการเปลย ี ่ นแปลงท ้ ง ั ด ู ดและคายพลง ั งานจะมอ ี ย ่ ู 3ลักษณะ คือ การเปลี่ยนสถานะ การเกิดสารละลาย การเกิดปฏิกริยา

การค านวณหาพลังงานที่เปลี่ยนแปลง 1. การเปล ี่ยนแปลงพลง ั งานเม ื่ออ ุ ณหภ ู ม ิไม ่ คงท ี่ ใช้สูตร

2. การเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่ออุณหภูมิคงที่ (ความร้อนแฝง) ใช้สูตร

การละลายกเ ็ ก ี่ยวขอ ้ งกบ ั การเปล ี่ยนแปลงพลง ั งานเช ่ นกน ั ดง ั น ้ น ั การละลายจึงมีได้ 2 ประเภท คือ การละลายแบบดูดความร้อน และการ ละลายแบบคายความร้อน

ขั้นตอนการละลายน ้า ถ้าสมมติเราน าเกลือแกง(NaCl) ไปละลายน ้ า จะม ี ข ้ น ั ตอนท ี่เก ี่ยวขอ ้ ง ดง ั น ้ ี