การเตรียมและเจือจาง

เตรียมสารละลายให้ได้ความเข้มข้นจากตัวถูกละลายที่ชั่ง หรือแบ่งสารละลายตั้งต้นแล้วเติมตัวทำละลาย จุดสำคัญคือปริมาตรสุดท้ายและจำนวนตัวถูกละลายที่อยู่ในภาชนะ

ใช้โมลาริตี $M=n/V$ และแปลง mL เป็น L ได้; รู้วิธีหาจำนวนโมลจากมวลและมวลโมลาร์

เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข

1. การเตรียมสารละลายจากของแข็งบริสุทธิ์

• การเตรียมสารละลายที่มีความเข้มข้นแน่นอนจากสารบริสุทธิ์ในสถานะของแข็ง:

• ขั้นตอนปฏิบัติเชิงปริมาณ:
  1. คำนวณมวลของสารที่ต้องใช้จากสูตร $m = n \times M = C \times V \times M$
  2. ชั่งสารด้วยเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ (Analytical balance) ให้ได้มวลตามที่คำนวณ
  3. ละลายของแข็งในบีกเกอร์ด้วยตัวทำละลายปริมาณเล็กน้อย (น้อยกว่าปริมาตรสุดท้าย) คนจนละลายหมด
  4. ถ่ายโอนสารละลายทั้งหมดลงใน ขวดวัดปริมาตร (Volumetric flask) ขนาดที่ต้องการ พร้อมใช้น้ำกลั่นฉีดล้างบีกเกอร์และแท่งแก้วคนสารหลาย ๆ ครั้งลงในขวดวัดปริมาตรเพื่อไม่ให้สารสูญหาย
  5. เติมน้ำกลั่นจนระดับของเหลวใกล้ถึงขีดบอกปริมาตร แล้วใช้หลอดหยดค่อย ๆ หยดน้ำกลั่นจน ท้องผิวโค้งของของเหลว (Meniscus) สัมผัสพอดีกับขีดบอกปริมาตร ปิดจุกและคว่ำขวดผสมให้เข้ากัน

• จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
  • ภาพรวม: ลำดับขั้นตอนการเจือจางสารละลายโดยที่จำนวนโมลของตัวถูกละลายคงเดิม
  • ส่วนประกอบและสัญลักษณ์:
    • สารละลายตั้งต้น (Stock solution): มีความเข้มข้น $C_1$ ตวงปริมาตร $V_1$ ด้วยปิเปตวัดปริมาตร (Volumetric pipet)
    • ขวดวัดปริมาตร (Volumetric flask): บรรจุสารละลายที่ถ่ายโอนมา แล้วเติมตัวทำละลายจนถึงขีดปริมาตรสุดท้าย $V_2$
    • หลักการคงที่ของโมล: $C_1 V_1 = C_2 V_2$
  • ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงหลักการเชิงขั้นตอน ปริมาตรสุดท้าย $V_2$ ต้องปรับในขวดวัดปริมาตรเท่านั้น ไม่ใช่การตวงตัวทำละลายมาบวกกันโดยตรง

2. การเจือจางสารละลาย: จำนวนโมลตัวถูกละลายคงเดิม

• การเจือจาง (Dilution) คือการเติมตัวทำละลายเพิ่มลงในสารละลายเดิม ทำให้ความเข้มข้นลดลงโดยที่ ปริมาณตัวถูกละลายในระบบคงที่เดิม:

• สมการการเจือจาง: $$C_1 V_1 = C_2 V_2$$
  • $C_1, C_2$: ความเข้มข้นของสารละลายเริ่มต้นและสุดท้าย (ต้องใช้หน่วยเดียวกัน เช่น $\mathrm{mol/L}$ หรือ $\%$)
  • $V_1, V_2$: ปริมาตรของสารละลายเริ่มต้นและสารละลายสุดท้ายทั้งหมด (ต้องใช้หน่วยปริมาตรเดียวกัน เช่น $\mathrm{mL}$ หรือ $\mathrm{L}$)
• ข้อพึงระวังในการแปลความหมาย:
  • $V_2$ คือ ปริมาตรรวมสุดท้ายของสารละลาย ไม่ใช่ปริมาตรของน้ำที่เติมเข้าไป
  • ปริมาตรของน้ำที่ต้องเติมลงไปโดยประมาณ $= V_2 - V_1$ (ภายใต้สมมติฐานว่าปริมาตรบวกกันได้)

3. ข้อจำกัดและข้อควรระวังในห้องปฏิบัติการ

• การปรับปริมาตรในขวดวัดปริมาตร:
  • ห้ามตวงตัวทำละลายเท่ากับ $V_2 - V_1$ แล้วเทผสมลงไปโดยตรง เพราะการผสมของเหลวกับของแข็งหรือของเหลวต่างชนิดกันอาจเกิดการหดตัวหรือขยายตัวของปริมาตร (Volume contraction/expansion) ต้องปรับให้ถึงขีดปริมาตรสุดท้ายในขวดวัดปริมาตรเสมอ
• กรณีที่สมการ $C_1 V_1 = C_2 V_2$ ใช้ไม่ได้:
  • มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างการเจือจาง
  • มีการตกตะกอน การระเหยของตัวถูกละลาย หรือการสูญเสียสารระหว่างการถ่ายโอน

ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?

ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด