ใบความรู้ สสาร
- 1. ใบความรู้ สสารและการจาแนก สาร และ สมบัติของสาร สสาร ( Matter ) หมายถึงสิ่งที่มีมวล ต้องการที่อยู่ และ สามารถสัมผัสได้โดยประสาทสัมผัสทั้ง 5 เช่น ดิน น้้า อากาศ ฯลฯ ภายใน สสารเป็นเนื้อของสสาร เรียกว่า สาร ( Substance ) สาร ( Substance ) คือ สสารที่ทราบสมบัติ หรือ สสารที่จะศึกษา ดังนั้นจึงเป็นสสารที่ เฉพาะเจาะจง ซึ่งจะมีสมบัติของสาร 2 ประเภท คือ - สมบัติกายภาพ ( Physical Property ) หมายถึง สมบัติที่สังเกตได้จากลักษณะภายนอก และ เกี่ยวกับวิธีการทางฟิสิกส์ เช่น ความหนาแน่น , จุดเดือด , จุดหลอมเหลว - สมบัติทางเคมี ( Chemistry Property ) หมายถึง สมบัติที่เกิดขึ้นจากการท้าปฏิกิริยาเคมี เช่น การ ติดไฟ , การเป็นสนิม , ความเป็น กรด - เบส ของสาร การเปลี่ยนแปลงสาร การเปลี่ยนแปลงสาร แบ่งออกเป็น 2 รูปแบบ คือ - การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ( Physical Change ) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงของสารที่เกี่ยวกับ สมบัติกายภาพ โดยไม่มีผลต่อ องค์ประกอบภายใน และ ไม่เกิดสารใหม่ เช่น การเปลี่ยนสถานะ , การละลาย น้้า - การเปลี่ยนแปลงทางทางเคมี ( Chemistry Change ) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงของสารที่เกี่ยวข้อง กับสมบัติทางเคมีซึ่งมีผลต่อองค์ประกอบภายใน และจะมีสมบัติต่างไปจากเดิม นั่นคือ การเกิดสารใหม่ เช่น กรดเกลือ ( HCl ) ท้าปฏิกิริยากับลวด แมกนีเซียม ( Mg ) แล้วเกิดสารใหม่ คือ ก๊าซไฮโดรเจน ( H2 ) การจัดจาแนกสาร จะสามารถจ้าแนกออกเป็น 4 กรณี ได้แก่ 1. การใช้สถานะเป็นเกณฑ์ แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม คือ - สถานะที่เป็นของแข็ง ( Solid ) จะมีรูปร่าง และ ปริมาตรคงที่ ซึ่งอนุภาคภายในจะอยู่ชิดติดกัน เช่น ด่างทับทิม ( KMnO4 ) , ทองแดง ( Cu ) - สถานะที่เป็นของเหลว ( Liquid ) จะมีรูปร่างตามภาชนะที่บรรจุ และ มีปริมาตรที่คงที่ ซึ่งอนุภาค ภายในจะอยู่ชิดกันน้อยกว่าของแข็ง และ มีสมบัติเป็นของไหล เช่น น้้ามัน , แอลกอฮอล์ , ปรอท ( Hg ) ฯลฯ - สถานะที่เป็นก๊าซ ( Gas ) จะมีรูปร่าง และ ปริมาตรที่ไม่คงที่ โดยรูปร่าง จะเปลี่ยนไปตามภาชนะที่ บรรจุ อนุภาคภายในจะอยู่ ห่างกันมากที่สุด และ มีสมบัติเป็นของไหลได้ เช่น ก๊าซหุงต้ม , อากาศ 2. การใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์ จะมีสมบัติทางกายภาพของสารที่ได้จากการสังเกตลักษณะความ แตกต่างของเนื้อสาร ซึ่งจะจ้าแนกได้ออกเป็น 2 กลุ่ม คือ - สารเนื้อเดียว ( Homogeneous Substance ) หมายถึง สารที่มีเนื้อสารเหมือนกันทุกส่วน ท้าให้ สารมีสมบัติเหมือนกันตลอดทุกส่วน เช่น แอลกอฮอล์ , ทองค้า ( Au ) , โลหะบัดกรี - สารเนื้อผสม ( Heterogeneous Substance ) หมายถึง สารที่มีเนื้อสารแตกต่างกันในแต่ละส่วน จะท้าให้สารนั้นมีสมบัติ ไม่เหมือนกันตลอดทุกส่วน เช่น น้้าอบไทย , น้้าคลอง ฯลฯ
- 2. 3. การละลายน้าเป็นเกณฑ์ จะจ้าแนกได้ออกเป็น 3 กลุ่ม คือ - สารที่ละลายน้้าได้ เช่น เกลือแกง ( NaCl ) , ด่างทับทิม ( KMnO4 ) ฯลฯ - สารที่ละลายน้้าได้บ้าง เช่น ก๊าซคลอรีน ( Cl2 ) , ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO2 ) ฯลฯ - สารที่ไม่สามารถละลายน้้าได้ เช่น ก้ามะถัน ( S8 ) , เหล็ก ( Fe ) ฯลฯ 4. การนาไฟฟ้าเป็นเกณฑ์ จะจ้าแนกได้ออกเป็น 2 กลุ่ม ได้แก่ - สารที่น้าไฟฟ้าได้ เช่น ทองแดง ( Cu ) , น้้าเกลือ ฯลฯ - สารที่ไม่น้าไฟฟ้า เช่น หินปูน ( CaCO3 ) , ก๊าซออกซิเจน ( O2 ) แต่โดยส่วนใหญ่นักเคมี จะแบ่งสารตามลักษณะเนื้อสารเป็นเกณฑ์ ดังนี้ สารบริสุทธิ์ ( Pure Substance ) คือ สารเนื้อเดียวที่มีจุดเดือด และ จุดหลอมเหลวคงที่ ธาตุ ( Element ) คือ สารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิดเดียวกัน เช่น คาร์บอน ( C ) , ก้ามะถัน ( S8 ) สารประกอบ ( Compound Substance ) เกิดจากธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกัน โดยมีอัตราส่วน ในการร่วมกันคงที่แน่นอนได้แก่ กรดน้้าส้ม ( CH3COOH ) , กรดไฮโดรคลอริก ( HCl ) ฯลฯ ของผสม ( Mixture ) หมายถึง สารที่เกิดจากการน้าสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมกันโดยไม่จ้ากัด ส่วนผสม และ ในการผสมกัน นั้นไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างสารองค์ประกอบที่น้ามาผสมกัน ซึ่งมี 3 ประเภท
- 3. ได้แก่ 1. สารละลาย ( Solution Substance ) เป็นสารเนื้อเดียวที่มีสัดส่วนในการรวมกันของธาตุ หรือ สารประกอบไม่คงที่ไม่สามารถเขียนสูตรได้อย่างแน่นอน และ มีขนาดอนุภาคที่เล็กกว่า 10-7 เซนติเมตร ซึ่งมี 3 สถานะ เช่น อากาศ , น้้าอัดลม , นาก , และ โลหะผสม ทุกชนิด ฯลฯ ซึ่งสารละลายจะแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ตัวท้าละลาย ( Solvent ) และ ตัวถูกละลาย ( Solute ) จะมีข้อสังเกต ดังนี้ - สารใดที่มีปริมาณมากจะเป็นตัวทาละลาย และ สารใดมีปริมาณน้อยจะเป็นตัวถูกละลาย เช่น แอลกอฮอล์ฆ่าเชื้อ มีเอทานอล 70 % และ น้้า ( H2O ) 30 % หมายความว่า น้้าจะเป็นตัวถูกละลาย และ เอทานอลเป็นสารละลาย เพราะแอลกอฮอล์มีปริมาณตามเปอร์เซนต์ที่มากกว่าน้้า - สารใดที่มีสถานะเช่นเดียวกับสารละลายเป็นตัวทาละลาย เช่น น้้าเชื่อม ซึ่งน้้าเชื่อมจัดอยู่ในสภาพที่เป็นของเหลว ( Liquid ) ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า น้้าเป็นตัวท้าละลาย และ น้้าตาลทราย ( C12H22O11 ) เป็นตัวถูกละลาย 2. สารแขวนลอย ( Suspension Substance ) คือ สารที่เกิดจากอนุภาคขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ มากกว่า 10-4 เซนติเมตร ซึ่งจะลอยกระจายอยู่ในตัวกลางโดยอนุภาคที่มีอยู่ในของผสมนั้นมีขนาดใหญ่ จึง สามารถมองเห็นอนุภาคในของผสมได้อย่างชัดเจน เมื่อตั้งทิ้งไว้ อนุภาคจะตกตะกอนลงมา ซึ่งสารแขวนลอย นั้นจะไม่สามารถผ่านได้ทั้งกระดาษกรอง และ กระดาษเซลโลเฟน เช่น โคลน , น้้าอบไทย 3. คอลลอยด์ ( Colliod ) จะประกอบด้วยอนุภาคขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางระหว่าง 10-4 และ 10- 7 เซนติเมตร ซึ่งจะไม่มีการตกตะกอน สามารถกระเจิงแสงได้ ซึ่งเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า " ปรากฏการณ์ ทินดอลล์ " และ ภายในอนุภาคก็มีการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนียน( Brownian Movement ) กล่าวคือ เป็น การเคลื่อนที่ที่ไม่แน่นอน ในแนวเส้นตรง ซึ่งจะสามารถส่องดูได้จากเครื่องที่เรียกว่า " อัลตราไมโครสโคป " ( Ultramicroscope ) ซึ่งคอลลอยด์จะสามารถผ่านกระดาษกรองได้ แต่ไม่สามารถผ่านกระดาษเซลโลเฟนได้ เช่น กาว , นมสด คอลลอยด์ในชีวิตประจาวัน คอลลอยด์มีหลายชนิด ดังนี้ ประเภทของคอลลอยด์ สถานะของอนุภาค สถานะของตัวกลาง ตัวอย่าง แอโรซอล ของเหลว ก๊าซ เมฆ , สเปรย์ , หมอก แอโรซอล ของแข็ง ก๊าซ ควันไฟ , ฝุ่น อิมัลชัน ของเหลว ของเหลว นมสด , น้้ากะทิ , สลัด เจล ของแข็ง ของเหลว เยลลี่ , วุ้น , กาว , ยาสี ฟัน โฟม ก๊าซ ของเหลว ฟองสบู่ , ครีมโกนหนวด โฟม ก๊าซ ของแข็ง เม็ดโฟม , สบู่ก้อน
- 4. คอลลอยด์ที่พบในชีวิตประจ้าวัน คือ อิมัลชัน ( Emulsion ) โดยอิมัลชัน คือ คอลลอยด์ที่เกิดระหว่าง ของเหลว กับของเหลว ซึ่ง สามารถปนเป็นเนื้อเดียวกันได้โดยมีอิมัลซิฟายเออร์ ( Emulsifier ) เป็นตัว ประสาน เช่น น้้า + น้้ามัน ( ไม่สามารถรวมตัวกันได้ ) ดังนั้น น้้าสบู่จึงเป็นอิมัลซิฟายเออร์เป็นตัวประสานจึง สามารถรวมตัวกันได้ การทดสอบความบริสุทธิ์ของสาร มี 3 ประเภท ได้แก่ 1. การหาจุดเดือด ( Boiling Point ) การที่สารไม่บริสุทธิ์ หรือ สารละลายจุดเดือดไม่คงที่ เกิดจาก อัตราส่วนระหว่างจ้านวนโมเลกุลของตัวถูกละลาย และ ตัวท้าละลาย เปลี่ยนแปลงไปโมเลกุลที่มีจุดเดือดต่้าจะ ระเหยไปเร็วกว่าท้าให้สารที่มีจุดเดือดสูงใน อัตราส่วนที่ มากกว่าจึงเป็นผลให้จุดเดือดสูงขึ้นเรื่อย ๆ โดยดูจาก รูปที่แสดงเป็นกราฟ 2. การหาจุดหลอมเหลว ( Melting Point ) จะสามารถทดสอบกับสารที่บริสุทธิ์ และสารที่ไม่ บริสุทธิ์ได้ โดย - สารบริสุทธิ์จะมีจุดหลอมเหลวคงที่ และ มีอุณหภูมิช่วงการหลอมเหลวแคบ - สารไม่บริสุทธิ์จะมีจุดหลอมเหลวไม่คงที่ และ มีอุณหภูมิในช่วงการหลอมเหลวกว้างซึ่งอุณหภูมิฃ่ วงการหลอม หมายถึง อุณหภูมิที่สารเริ่มต้นหลอมจนกระทั่งสารนั้นหลอมหมดโดยในอุณหภูมิช่วงการ หลอม ถ้าแคบต้องไม่เกิน 2 องศาเซลเซียส โดยดูจากรูปที่แสดงเป็นกราฟ
- 5. 3. การหาจุดเยือกแข็ง ( Freezing Point ) จะสามารถทดสอบกับสารบริสุทธิ์ และ สารไม่บริสุทธิ์ ซึ่งไม่ค่อยนิยม เพราะจะต้อง ใช้เวลานานมากในการหาจุดเยือกแข็ง โดย - สารบริสุทธิ์จะมีจุดเยือกแข็งคงที่ - สารไม่บริสุทธิ์จะมีจุดเยือกแข็งไม่คงที่ โดยดูจากรูปที่แสดงเป็นกราฟ การแยกสาร ใช้ในการแยกสารประกอบซึ่งมี 7 วิธี ได้แก่ 1. การกลั่น เหมาะส้าหรับแยกของเหลวที่ปนเป็นเนื้อเดียวกัน โดยท้าให้ของเหลวกลายเป็นไอ แล้วท้าให้ควบแน่น เป็นของเหลวอีก แบ่งออก เป็น 2 ประเภท คือ - การกลั่นธรรมดา เหมาะส้าหรับสารที่มีจุดเดือดต่างกันประมาณ 80 องศาเซลเซียส ขึ้นไป แต่ อุณหภูมิตั้งแต่ 40 องศาเซลเซียส ก็จะเกิดกระบวนการแล้ว - การกลั่นลาดับส่วน เหมาะส้าหรับสารที่มีจุดเดือดต่างกันเพียงเล็กน้อย ซึ่งจะมีข้อเสีย คือ จะใช้ พลังงานเป็นจ้านวนมาก และมีความสลับซับซ้อน การกลั่นล้าดับส่วนบางครั้งไม่ได้แยกสารให้บริสุทธิ์ แต่แยก เพื่อประโยชน์ในการน้าไปใช้ เช่น การแยกน้้ามันดิบ โดยจะแยกพวกที่มีจุดเดือดใกล้เคียงไว้ด้วยกัน แต่ถ้าสาร ที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกันมาก แต่ไม่มีเครื่องกลั่นล้าดับส่วนก็สามารถกลั่นได้ด้วยเครื่องกลั่นธรรมดา แต่จะต้อง กลั่นหลาย ๆ ครั้ง จนกระทั่งจุดเดือด และจุดหลอมเหลวคงที่
- 6. 2. การใช้กรวยแยก เหมาะสมกับสารที่เป็นของเหลว และ จะต้องเป็นสารที่ไม่ละลายต่อกัน หรือ จะต้องมีขั้วต่างกัน เช่น น้้า และ น้้ามัน 3. การกรอง เหมาะส้าหรับของแข็งที่ไม่ละลายน้้า หรือ ของแข็งที่ละลายน้้า และ ไม่ละลายน้้าปนอยู่ด้วยกัน เช่น หินปูน และ น้้า 4. การตกผลึก เหมาะส้าหรับสารที่สามารถละลายได้เป็นปรากฏการณ์ที่ตัวถูกละลายที่เป็นของแข็ง แยกตัวออกจาก สารละลายได้เป็นของแข็งที่มีรูปทรงเรขาคณิต โดยสารใด ๆ ที่ละลายในน้้าอยู่ในจุดอิ่มตัวจะตกเป็นผลึก ถ้า มากเกินพอจะเป็นการตกตะกอนของสาร
- 7. 5. การสกัดด้วยไอน้า เหมาะสมส้าหรับการสกัดพวกน้้ามันหอมระเหยจากพืช และ การท้าน้้าหอม ( CH3COOH2O ) โดยมี หลักส้าคัญ ดังนี้ - จุดเดือดต่้าจะระเหยง่าย ถ้าเป็นสารที่มีจุดเดือดสูง จะต้องการกลั่นโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงความดัน ในระบบ - สารส่วนใหญ่ไม่ละลายน้้า 6. การสกัดด้วยตัวทาละลาย เหมาะสมกับสารที่ระเหยง่าย โดยมีหลักส้าคัญดังนี้ - ถ้าสารมีความสามารถในการละลายในตัวท้าละลายต่างชนิดกันสามารถแยกสารออกจากกันได้ - หลักการเลือกตัวท้าละลายที่ดี คือ ต้องเลือกตัวท้าละลายที่ดี คือ ต้องเลือกตัวท้าละลายที่ละลายสารที่ ต่างกัน การสกัดออกมามากที่สุด และสิ่งเจือปนนั้นจะต้องติดมาน้อยที่สุด 7. การโครมาโทรกราฟี เหมาะสมส้าหรับการแยกสารที่มความสามารถในการละลาย และ ดูดซับไม่เท่ากัน , สารที่มีปริมาณ
- 8. น้อย และ ไม่มีสี โดยหลักส้าคัญ มีดังนี้ - ในการทดลองทุกครั้งจะต้องปิดฝา เพื่อป้องกันตัวท้าละลายแห้ง ในขณะที่เคลื่อนที่บนตัวดูดซับ - ถ้าสารเคลื่อนทีใกล้เคียงกันมาก แสดงว่าสารมีความสามารถในการละลาย และ ดูดซับได้ใกล้เคียง และ จะแก้ไขได้โดย การเปลี่ยนตัวท้าละลาย หรือ เพิ่มความยาวของดูดซับได้ แต่สารที่เคลื่อนที่ได้ระยะทางเท่ากัน ในตัวท้าละลาย และ ตัวดูดซับใกล้เคียงกัน มักจะสรุปได้ว่าสารนั้นเป็นสารเดียวกัน โดยวิธีนี้สามารถท้าให้สารบริสุทธิ์ได้ โดยตัดแบ่งสารที่ต้องการละลายในตัวท้าละลายที่เหมาะสม แล้วระเหยตัวท้าละลายนั้นทิ้งไป แล้วน้าสารนั้นมาท้าการโครมาโทรกราฟีใหม่ จนได้สารบริสุทธิ์ การค้านวณหาค่า Rf ( Rate of Flow ) เพื่อน้ามาค้านวณค่าของสารละลาย ค่า Rf = ระยะทางที่สารเคลื่อนที่ / ระยะทางที่ตัวท้า ละลายเคลื่อนที่ โดยค่า Rf ไม่มีหน่วย แต่มีค่าที่สูงสุดเท่ากับ 1