สารละลายและความเข้มข้นของสารละลาย

    สารละลาย

    สารละลาย (Solution) หมายถึง สารเนื้อเดียวที่ไม่บริสุทธิ์ ซึ่งเกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป รวมตัวเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งสามารถจำแนกแบ่งออกได้เป็น 3 สถานะคือ คือ สารละลายของแข็ง สารละลายของเหลว และสารละลายแก๊ส

    ความเข้มข้นของสารละลาย

    ความเข้มข้นของสารละลายเป็นการบอกถึงอัตราส่วนปริมาณตัวถูกละลายกับปริมาณตัวทำละลายในสารละลายหนึ่ง ๆ อัตราส่วนดังกล่าวจะมีได้ 2 ลักษณะ คือ ปริมาณของตัวถูกละลายในสารละลายทั้งหมดกับปริมาณของตัวถูกละลายในตัวทำละลายทั้งหมด โดยมีหน่วยความเข้มข้น เป็นหน่วยที่ใช้บอกปริมาณของตัวถูกละลายและตัวทำละลายในสารละลาย โดยทั่วๆ ไปหน่วยความเข้มข้นของสารละลายมักจะบอกเป็นปริมาณของตัวถูกละลายในสารละลาย หน่วยต่างๆ ที่นิยมใช้กันในระดับนี้ได้แก่ 

    1.หน่วยร้อยละ  เป็นหน่วยของความเข้มข้นที่แบ่งย่อยออกเป็น 3 ประเภท

          1.1 ร้อยละโดยมวลต่อมวล (%W/W) หรือเรียกย่อๆ ว่า ร้อยละโดยมวล (% by W) เป็นหน่วยความเข้มข้นที่ใช้ “บอกมวลของตัวถูกละลายในสารละลาย 100 หน่วยมวลเดียวกัน” เช่น สารละลายกรด HNO3 20% โดยมวล หมายความว่า ในสารละลายกรด 100 กรัม มีเนื้อกรด HNO3 20 กรัม หรือในสารละลายกรด 100 กิโลกรัม มีเนื้อกรด มีเนื้อกรด HNO3 20 กิโลกรัม (มวลของตัวถูกละลายและมวลของสารละลาย จะต้องเป็นหน่วยเดียวกัน) สารละลาย NH3 30% โดยมวล หมายความว่า สารละลาย 100กรัมมี NH3 ละลายอยู่ 30 กรัม เป็นต้น

          1.2 ร้อยละโดยปริมาตรต่อปริมาตร (%V/V) หรือเรียกย่อๆ ว่า ร้อยละโดยปริมาตร (% by V) เป็นหน่วยที่ใช้บอก “ปริมาตรของตัวถูกละลายในสารละลาย 100 หน่วยปริมาตรเดียวกัน” เช่น สารละลายกรด HNO3 50% โดยปริมาตร หมายความว่า ในสารละลาย 100 cm3 มีเนื้อกรด HNO3 50 cm3 หรือในสารละลายกรด 100 ลิตร มีเนื้อกรด NHO3 50 ลิตร สารละลาย NH3 20% โดยปริมาตร หมายความว่า ในสารละลาย 100 cm3 มี NH3 ละลายอยู่ 20 cm3

                   1.3 ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร(% W/V) เป็นหน่วยที่ใช้บอก “มวลของตัวถูกละลายในสารละลาย 100 หน่วยปริมาตร” หน่วยของมวลและปริมาตรจะต้องสอดคล้องกัน คือ ถ้ามวลเป็นกรัม ปริมาตรจะเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร (cm3) หรือถ้ามวลเป็นกิโลกรัม ปริมาตรจะเป็นลิตร เช่น สารละลายกรด HNO3 25% W/V หมายความว่า ในสารละลาย 100 cm3 มีเนื้อกรด HNO3 ละลายอยู่ 25 กรัม หรือในสารละลายกรด 100 ลิตร มีเนื้อกรด NHO3 ละลายอยู่ 25 กิโลกรัม สารละลาย NH3 30% โดยมวล/ปริมาตร หมายความว่า สารละลาย 100 cm3 มี NH3 ละลายอยู่ 30 กรัม

การคำนวณหน่วยร้อยละของสารละลาย

         หน่วยร้อยละของสารละลายสามารถนำมาสรุปเป็นสูตร สำหรับการคำนวณได้ดังนี้

                  % โดยมวล     = (มวลของตัวละลาย/มวลสารละลาย)x100

                  % โดยปริมาตร = (ปริมาตรของตัวละลาย/ปริมาตรสารละลาย)x100

                  % โดยมวล/ปริมาตร  = (มวลของตัวละลาย/ปริมาตรสารละลาย)x100

     หมายเหตุ บางครั้งโจทย์อาจจะไม่กำหนดหน่วยร้อยละ ว่าเป็นประเภทใด โดยทั่วๆ ไปให้เข้าใจดังนี้ 

     กรณีที่ 1 สารละลายของแข็งในของเหลว จะเป็น % โดยมวล/ปริมาตร 

      กรณีที่ 2 สารละลายของของเหลวในของเหลว หรือ ก๊าซจะเป็น % โดยปริมาตร

    2. โมล/ลูกบาศก์เดซิเมตร (mol/dm3) หรือโมลาริตี  เป็นหน่วยความเข้มข้นในระบบเอสไอ สามารถใช้ โมล/ลิตร (mol/l) แทนได้ หน่วยโมล/ลิตร เดิมเรียกว่า โมลาร์ (molar) ใช้สัญลักษณ์เป็น “M” โมล/ลิตร เป็นหน่วยความเข้มข้นที่แสดง “จำนวนโมลของตัวถูกละลายในสารละลาย 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร (1 ลิตร)” เช่น    สารละลายกรด HNO3 0.5 โมล/ลิตร หมายความว่าในสารละลาย 1 ลิตร มีเนื้อกรด HNO3 ละลายอยู่ 0.5 โมล  สารละลาย NH3 0.1 โมล/ลิตร หมายความว่า ในสารละลาย 1 ลิตร มี NH3 ละลายอยู่ 0.1 โมล

    3. โมล/กิโลกรัม (mol/kg) หรือ โมแลลิตี (molality) เป็นหน่วยความเข้มข้นที่ใช้บอก “จำนวนโมลของตัวถูกละลายที่มีอยู่ในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม หรือ 100 กรัม” จึงมีหน่วยเป็นโมลต่อกิโลกรัม หรือเรียกว่า โมแลล ใช้สัญลักษณ์เป็น “m” เช่น สารละลายกรด HNO3 0.5 โมล/กิโลกรัม หมายความว่าในน้ำ 1 กิโลกรัม มีกรด HNO3 ละลายอยู่ 0.5 โมล สารละลาย NH3 0.2 โมล/กิโลกรัม หมายความว่าในน้ำ 1 กิโลกรัม มี NH3 ละลายอยู่ 0.2 โมล

    4. เศษส่วนโมล (mole fraction)  เป็นหน่วยความเข้มข้นของสารละลายอีกชนิดหนึ่งมักจะใช้สัญลักษณ์เป็น ” x ”  เศษส่วนโมล หมายถึง อัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของสารต่อจำนวนโมลของสารทั้งหมด เศษส่วนโมลของตัวทำละลาย จึงหมายถึงอัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของตัวทำละลายต่อจำนวนโมลของสารละลาย เศษส่วนโมลของตัวถูกละลาย จึงหมายถึง อัตราส่วนระหว่างจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อจำนวนโมลของสารละลาย อาจจะเขียนเป็นสูตรแสดงความสัมพันธ์ของเศษส่วนโมลได้ดังนี้

         เศษส่วนโมล A =  โมลของสาร A / จำนวนโมลรวม

         เช่น สารละลายชนิดหนึ่งประกอบด้วยสาร A n1 โมล และสาร B  n2 โมล

                            จำนวนโมลรวม = n1 + n2

                            เศษส่วนโมลของ A (x1) =  n1/(n1+n2)

                            เศษส่วนโมลของ B (x2) = n2/(n1+n2)

         เศษส่วนโมลของสารแต่ละชนิดจะต้องมีค่าน้อยกว่า 1 เสมอ ไม่ว่าจะเป็นสารละลายที่เกิดจากสารกี่ชนิดรวมกันก็ตาม ผลบวกของเศษส่วนโมลของสารทั้งหมดรวมกันจะต้องเป็น 1 เสมอ

                 ∑ xi  =  x1 + x2  + x3 + …….  =  1

         เช่น สารละลายกรด HNO3 มีเศษส่วนโมลของกรด HNO3 เท่ากับ 0.2 หมายความว่า ในสารละลาย 1 โมล จะมีกรด HNO3 0.2 โมล และมีน้ำ 0.8 โมล

          เศษส่วนโมล สามารถเปลี่ยนเป็นร้อยละโดยมวล (% mol) ได้โดยอาศัยความสัมพันธ์ดังนี้

                  ร้อยละโดยมวล = เศษส่วนโมล x 100

     5. ส่วนในล้านส่วน (part per million) ใช้สัญลักษณ์ “ppm” เป็นหน่วยที่ใช้ในกรณีที่สารมีจำนวนน้อยๆ ซึ่งใช้อยู่ในรูป

          5.1 หน่วยส่วนในล้านส่วนโดยมวลต่อมวล ซึ่งหมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่มีอยู่ในสารละลาย 1 ล้านหน่วยมวลเดียวกัน เช่น mg/kg หรือ μ g/kg

          5.2 หน่วยส่วนในล้านส่วนโดยมวลต่อปริมาตร ซึ่งหมายถึง มวลของตัวถูกละลายที่มีอยู่ใน 1 ล้านหน่วยปริมาตร เช่น มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เดซิเมตร เช่น  น้ำในแม่น้ำเจ้าพระยามีปรอท 1 ppm อาจหมายความว่า ในน้ำ 1 ล้านมิลลิกรัม (1 กิโลกรัม) มีปรอทละลายอยู่  1 มิลลิกรัม  หรือ หมายความว่า ในน้ำ 1 ล้านมิลลิลิตร (1 ลิตร) มีปรอทละลายอยู่  1 มิลลิกรัม

    นอกจากจะบอกความเข้มข้นของสารละลายในหน่วยต่างๆ ดังที่กล่าวมาแล้ว ในบางครั้งยังมีการบอกหน่วยความเข้มข้นในเชิงเปรียบเทียบ เช่น

• ถ้าสารละลายมีตัวถูกละลายอยู่น้อย เรียกว่า สารละลายเจือจาง
• ถ้าสารละลายมีตัวถูกละลายอยู่มาก เรียกว่า สารละลายเข้มข้น
• 
  
• ถ้าสารละลายมีตัวถูกละลายอยู่มากจนอิ่มตัว เรียกว่า สารละลายอิ่มตัว เป็นต้น

แหล่งที่มา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.). (2551).หนังสือเรียนรายวิชาพื้นฐาน เคมี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6 เล่ม 2 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พ.ศ. 2551. กรุงเทพฯ : คุรุสภาลาดพร้าว.

นางสาววนิดา สวนดอกไม้. เอกสารประกอบการสอนชุด สารละลาย. สืบค้นเมื่อ 27 มกราคม 2563.จาก sysp.ac.th/files/20140001_18072512125446.pdf