ความเข้มข้นและหน่วย

ความเข้มข้นบอกสัดส่วนของตัวถูกละลายเมื่อเทียบกับฐานที่กำหนด ก่อนแทนค่าให้วงคำว่า “สารละลาย”, “ตัวทำละลาย” หรือ “สารละลายทั้งหมด” ในตัวหารให้ชัด

รู้ความหมายของโมล มวลโมลาร์ มวล และปริมาตร; แยกตัวถูกละลายออกจากตัวทำละลายและสารละลายทั้งระบบได้

เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข

1. แยกตัวถูกละลาย ตัวทำละลาย และสารละลายออกจากกัน

• การคำนวณความเข้มข้นของสารละลายต้องระบุองค์ประกอบ 3 ส่วนให้ชัดเจนเสมอ:

• ตัวถูกละลาย (Solute): สารที่ละลายอยู่ในระบบ

• ตัวทำละลาย (Solvent): สารที่มีสถานะเดียวกับสารละลายหรือมีปริมาณมากกว่า

• สารละลาย (Solution): ของผสมเนื้อเดียว $=$ ตัวถูกละลาย $+$ ตัวทำละลาย

• หน่วยความเข้มข้นที่ใช้บ่อยในเคมี:

  • โมลาริตี (Molarity, $M$ หรือ $\mathrm{mol/L}$): ปริมาณตัวถูกละลายในหน่วยโมลต่อ ปริมาตรของสารละลาย $1\ \mathrm{L}$ ($1\ \mathrm{dm^3}$) $$M = \frac{n_{\text{solute}}}{V_{\text{solution}}}$$
  • โมแลลิตี (Molality, $m$ หรือ $\mathrm{mol/kg}$): ปริมาณตัวถูกละลายในหน่วยโมลต่อ มวลของตัวทำละลาย $1\ \mathrm{kg}$ $$m = \frac{n_{\text{solute}}}{m_{\text{solvent}}}$$
  • ร้อยละโดยมวล ($\% \text{ w/w}$): มวลของตัวถูกละลายเทียบกับ มวลของสารละลาย $100\ \mathrm{g}$
  • ร้อยละโดยปริมาตร ($\% \text{ v/v}$): ปริมาตรของตัวถูกละลายเทียบกับ ปริมาตรของสารละลาย $100\ \mathrm{mL}$
  • ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร ($\% \text{ w/v}$): มวลของตัวถูกละลาย ($\mathrm{g}$) ใน ปริมาตรของสารละลาย $100\ \mathrm{mL}$
  • ส่วนในล้านส่วน ($\mathrm{ppm}$) และ ส่วนในพันล้านส่วน ($\mathrm{ppb}$): ใช้สำหรับสารละลายที่เจือจางมาก (ตัวถูกละลาย $1\ \mathrm{mg}$ ในสารละลาย $1\ \mathrm{kg}$ เท่ากับ $1\ \mathrm{ppm}$)

• จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
  • ภาพรวม: การเปรียบเทียบข้อแตกต่างพื้นฐานระหว่างโมลาริตี ($M$) กับโมแลลิตี ($m$)
  • ส่วนประกอบและสัญลักษณ์:
    • โมลาริตี ($M$): ตัวส่วนคือ ปริมาตรสารละลาย ($\mathrm{L}$) $\rightarrow$ ปริมาตรขยายตัวหรือหดตัวตามอุณหภูมิ ทำให้ค่า $M$ เปลี่ยนตามอุณหภูมิได้
    • โมแลลิตี ($m$): ตัวส่วนคือ มวลตัวทำละลาย ($\mathrm{kg}$) $\rightarrow$ มวลไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ทำให้ค่า $m$ คงที่เสมอในทุกอุณหภูมิ
  • ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงข้อเปรียบเทียบระดับแนวคิด ไม่แทนสูตรคำนวณความหนาแน่นที่ใช้แปลงหน่วย

2. การแปลงหน่วยความเข้มข้นด้วยความหนาแน่น

• บทบาทของความหนาแน่นของสารละลาย ($d_{\text{soln}}$):
  • ใช้เชื่อมโยงระหว่าง มวลของสารละลาย กับ ปริมาตรของสารละลาย: $$m_{\text{solution}} = d_{\text{solution}} \times V_{\text{solution}}$$
  • ห้ามนำความหนาแน่นของสารละลายไปคูณกับมวลหรือปริมาตรของตัวถูกละลายเดี่ยว ๆ
• หลักการตั้งฐานสมมติในการคำนวณ:
  • หากโจทย์ให้ความเข้มข้นเป็นร้อยละ ($\%$) ให้สมมติสารละลาย $100\ \mathrm{g}$ หรือ $100\ \mathrm{mL}$
  • หากโจทย์ให้โมลาริตี ($M$) ให้สมมติสารละลาย $1\ \mathrm{L}$ ($1000\ \mathrm{mL}$)
  • หากโจทย์ให้โมแลลิตี ($m$) ให้สมมติตัวทำละลาย $1\ \mathrm{kg}$ ($1000\ \mathrm{g}$)

3. สภาพละลายได้และเศษส่วนโมล

• เศษส่วนโมล (Mole fraction, $X$):
  • อัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของสารชนิดหนึ่งต่อจำนวนโมลของสารทุกชนิดในระบบ: $$X_A = \frac{n_A}{n_{\text{total}}} \quad \text{โดย} \quad \sum X_i = 1$$
  • เป็นปริมาณที่ไม่มีหน่วย
• ข้อควรระวังในการคำนวณ:
  • ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวส่วนเป็น "สารละลายทั้งหมด" หรือ "ตัวทำละลายเท่านั้น"
  • ผลรวมของเศษส่วนโมลของทุกองค์ประกอบในสารละลายต้องเท่ากับ 1 เสมอ

ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?

ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด