สารและสมบัติของสาร คุณสมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะของสารที่สามารถกำหนดได้ว่ามันคืออะไร สารแต่ละชนิดมีคุณสมบัติที่สังเกตได้ของสารนั้น เช่น สี กลิ่น รส สภาพ เนื้อสัมผัส ต้องทดสอบคุณสมบัติเฉพาะ เช่น การทดสอบรสชาติหรือการนำไฟฟ้า
สารและสมบัติของสาร สารเนื้อเดียว
สารเนื้อเดียว (Homogeneous Substance) หมายถึงสารที่มีคุณสมบัติเป็นเนื้อเดียวกันของสาร และมีอัตราส่วนผสมเท่ากัน หากทดสอบส่วนใดส่วนหนึ่งของสารที่เป็นเนื้อเดียวกันจะมีคุณสมบัติเหมือนกันทุกประการ สารและสมบัติของสาร
สารที่เป็นเนื้อเดียวกันสามารถมีได้ 3 สถานะ:
- สารที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น เหล็ก ทอง ทองแดง สังกะสี เป็นต้น
- ของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น น้ำกลั่น น้ำเกลือ น้ำส้มสายชู น้ำอัดลม เป็นต้น
- สารที่เป็นเนื้อเดียวกันของก๊าซ เช่น อากาศ แอลพีจี ก๊าซออกซิเจน เป็นต้น
นักวิทยาศาสตร์จำแนกสารที่เป็นเนื้อเดียวกันออกเป็นสองประเภท:
- สารบริสุทธิ์ คือ สารที่ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว ไม่มีสารเติมแต่งอื่น ๆ รวมทั้งองค์ประกอบและสารประกอบ
- สารเติมแต่งคือสารที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งประกอบด้วยสารบริสุทธิ์ตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปที่มีอัตราส่วนไม่แน่นอน ไม่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น สารที่เกิดขึ้นใหม่จะไม่เสถียรขึ้นอยู่กับปริมาณของสารบริสุทธิ์ที่ผสมเข้าด้วยกัน เช่น สารละลายคอลลอยด์
สารเนื้อผสม
สารเนื้อผสม สารที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจะไม่เป็นเนื้อเดียวกันในทุกส่วน สารที่เกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกันในอัตราส่วนที่ไม่แน่นอน อาจเป็นสารที่อยู่ในสถานะเดียวกันหรือต่างกันก็ได้ ส่วนผสม เช่น พริก เกลือ น้ำ แป้ง กะทิร่อน ฯลฯ แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ
- สารแขวนลอยเป็นของเหลวที่มีอนุภาคของแข็งขนาดเล็กที่มีขนาดใหญ่กว่า 10-4 ซม. ซึ่งเป็นส่วนผสมของอนุภาคขนาดใหญ่ ทำให้ส่วนผสมมองเห็นได้ชัดเจนและแยกออกง่าย เช่น น้ำ แป้ง น้ำโคลน เป็นต้น
- คอลลอยด์เป็นสารประกอบที่กลมกลืนกัน ขนาดอนุภาคเล็กกว่าสารแขวนลอยแต่ใหญ่กว่าสารละลาย มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-7 -10-4 เซนติเมตร เช่น สบู่เหลว โฟมล้างหน้า นมสด เป็นต้น
เนื้อสัตว์ผสมสามารถมีได้ 3 สถานะ:
- ส่วนผสมที่เป็นของแข็ง เช่น ทราย คอนกรีต ดิน เป็นต้น
- ส่วนผสมที่เป็นของเหลว เช่น น้ำคลอง น้ำโคลน ซอสไก่ เป็นต้น
- ก๊าซผสม เช่น ฝุ่นในอากาศ เขม่า ควันดำในอากาศ เป็นต้น
สารแขวนลอย
สารแขวนลอย สารแขวนลอยคือส่วนผสมของสสารต่างกันและอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 ไมโครเมตรในมิติอย่างน้อยหนึ่งมิติ ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอนุภาคคอลลอยด์ อนุภาคในสารแขวนลอยสามารถตกตะกอนได้เมื่ออยู่นิ่ง และอาจแยกออกได้
ตัวอย่างด้านล่าง
- น้ำขุ่นหรือขุ่น ซึ่งมีอนุภาคดินอยู่ในน้ำ
- ผงหรือชอล์กลอยอยู่ในน้ำดังรูปด้านขวา
- ฝุ่นที่ลอยอยู่ในอากาศ
สารละลาย
สารละลาย เป็นสารที่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่บริสุทธิ์ เกิดจากสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมารวมกัน การแก้ปัญหาสามารถแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบ:
- ตัวทำละลาย (Solvent) หมายถึง สารที่สามารถทำสารละลายได้โดยไม่มีปฏิกิริยาเคมีกับสารนั้น
- ตัวถูกละลาย หมายความว่า สารที่ละลายโดยตัวทำละลายเพื่อกระจายอย่างสม่ำเสมอในตัวทำละลายโดยไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี
สารละลายมีสามสถานะ: สารละลายที่เป็นของแข็ง สารละลายของเหลวและสารละลายแก๊ส
- ตัวทำละลาย (Solvent) หมายถึง สารที่สามารถทำสารละลายได้โดยไม่มีปฏิกิริยาเคมีกับสารนั้น
- ตัวถูกละลาย หมายความว่า สารที่ละลายโดยตัวทำละลายเพื่อกระจายอย่างสม่ำเสมอในตัวทำละลายโดยไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี
สารละลายมีสามสถานะ: สารละลายที่เป็นของแข็ง สารละลายของเหลวและสารละลายแก๊ส
สารละลายที่เป็นของแข็ง หมายถึง สารละลายที่มีสารละลายที่เป็นของแข็ง เช่น ทองเหลือง นาก บัดกรี ทองแดง เป็นต้น
สารละลายเหลว หมายถึง สารละลายที่ตัวทำละลายมีสถานะเป็นของเหลว เช่น น้ำเชื่อม สารให้ความหวาน น้ำเกลือ น้ำปลา น้ำส้มสายชู น้ำอัดลม เป็นต้น
สารละลายแก๊ส หมายถึง สารละลายที่มีตัวทำละลายที่มีสถานะเป็นก๊าซ เช่น อากาศ แอลพีจี ลูกเหม็นในอากาศ ไอน้ำในอากาศ เป็นต้น
ตัวทำละลายต่างกันใช้ตัวทำละลายต่างกัน ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างตัวทำละลายกับตัวถูกละลาย สารทั้งสองจะต้องเป็นเนื้อเดียวกันและไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งกันและกัน ตัวอย่างเช่น:
- เกลือ น้ำตาล สีผสมอาหาร สารส้ม กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก ใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย
- โฟม ยาง พลาสติก ใช้น้ำมันเบนซินเป็นตัวทำละลาย
การละลายของสารในตัวทำละลาย
เราสามารถทราบได้ว่าสารละลายใดที่แต่ละสารละลายมีและสารใดเป็นตัวถูกละลาย มีวิธีสังเกตตัวทำละลายและตัวถูกละลายดังนี้
- ใช้สถานะของการแก้ปัญหาเป็นเกณฑ์ ถ้าสารละลายมีสารที่มีสถานะต่างกันละลายเป็นเนื้อเดียวกัน สารใดมีสถานะเดียวกับสารละลาย สารนี้เป็นตัวทำละลายเช่น
- น้ำเกลือประกอบด้วยน้ำเป็นตัวทำละลายและเกลือเป็นตัวละลาย
- โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ประกอบด้วยน้ำเป็นตัวทำละลายและด่างทับทิมเป็นตัวทำละลาย
- น้ำอัดลมมีน้ำเป็นตัวทำละลายและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวทำละลาย
- ใช้ปริมาณของสารแต่ละชนิดเป็นเกณฑ์ ถ้าสารละลายเกิดขึ้นจากสารที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ละลายในสถานะที่เป็นเนื้อเดียวกัน สารใดมีปริมาตรมากกว่า? สารนี้เป็นตัวทำละลายเช่น
- ทองเหลืองประกอบด้วยทองแดงเป็นตัวทำละลายและสังกะสีเป็นตัวทำละลาย
- นากประกอบด้วยทองแดงเป็นตัวทำละลายและทองคำเป็นตัวทำละลาย
- ทองแดงประกอบด้วยทองแดงเป็นตัวทำละลายและดีบุกเป็นตัวทำละลาย
การกลั่นแบบธรรมดาหรือการกลั่นอย่างง่าย(simple distillation)
เป็นวิธีการแยกสารระเหยผสมกับสารระเหย การกลั่นแบบง่ายนี้ สามารถใช้ได้เพียงครั้งเดียวสำหรับสารที่มีจุดเดือดต่างกันตั้งแต่ 80 °C ขึ้นไป
เครื่องมือกลั่นอย่างง่ายคือขวดกลั่น, เทอร์โมมิเตอร์ คอนเดนเซอร์และถังกลั่น การกลั่นอย่างง่ายมีเทคนิคทีละขั้นตอน:
- เทของเหลวที่จะกลั่นลงในขวดกลั่นโดยใช้ที่กรองกรวย
- ใส่ชิ้นเพื่อไม่ให้เดือด ต้มจนนิ่ม
- เสียบเทอร์โมมิเตอร์
- ปล่อยให้น้ำไหลผ่านคอนเดนเซอร์เพื่อทำให้คอนเดนเซอร์เย็นลงโดยปล่อยให้น้ำไหลต่ำและสูง
- อุ่นปูนปลาสเตอร์กลั่นจนของเหลวเริ่มเดือด ให้ความร้อนต่อไปจนกว่าอัตราการกลั่นจะคงที่ นั่นคือประมาณ 2-3 หยดต่อวินาทีของสารกลั่น ทำให้สารกลั่นไหลเข้าเบ้าตา
- การกลั่นต้องดำเนินต่อไปจนกว่าจะมีสารเหลืออยู่ในขวดเพียงเล็กน้อย ห้ามกลั่นให้แห้ง
การกลั่นสามารถนำมาใช้ทดสอบความบริสุทธิ์ของของเหลวได้ ซึ่งของเหลวที่บริสุทธิ์จะมีลักษณะดังนี้
- องค์ประกอบของการกลั่นเป็นส่วนประกอบที่เป็นของเหลว
- ส่วนประกอบจะไม่เปลี่ยนแปลง
- อุณหภูมิของจุดเดือดระหว่างการกลั่นจะคงที่เสมอ
- การกลั่นบอกเราถึงจุดเดือดของของเหลวบริสุทธิ์
สารและสมบัติของสาร การกลั่นใช้เพื่อกำหนดความบริสุทธิ์ของของเหลว นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการกลั่นสารละลาย การกลั่นด้วยสารละลายเป็นกระบวนการแยกของแข็งที่ไม่ระเหยง่ายออกจากตัวทำละลายหรือของเหลวที่ระเหยได้ ของแข็งหรือตัวถูกละลายที่ไม่ระเหยมีอยู่ในขวดกลั่น ของเหลวระเหยถูกกลั่น ในขณะที่การกลั่นจะดำเนินต่อไปจนกว่าอุณหภูมิการกลั่นจะคงที่ สารที่เหลือจะบริสุทธิ์ นอกจากนี้ ขณะกลั่น คุณจะสังเกตเห็นอุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้นทีละน้อยเมื่อสารละลายมีความเข้มข้นมากขึ้น เมื่อตัวทำละลายระเหยและในที่สุดก็ได้ของแข็งบริสุทธิ์
