คม 211 เคมีวิเคราะห์ 1...ต วอย างการว เคราะห สารเคม ท ท าให ปลาตาย ต องท าการว

Company LOGO

คม 211 เคมวเคราะห 1Analytical Chemistry1

สาขาวชาเคม มหาวทยาลยแมโจ

ภาคการศกษาท 1 ปการศกษา 2559

ผสอน

ดร. ธานนทร แตงกวารมย [2]

อ.ดร. ธานนทร แตงกวารมยสาขาวชาเคมประยกต คณะวทยาศาสตรมหาวทยาลยแมโจ

เวบไซต www.appliedchem.mju.ac.thเวบเพจhttp://www.appliedchem.mju.ac.th/wtms_webpageDetail.aspx?wID=1284

http://www.appliedchem.mju.ac.th/

คะแนน

ดร. ธานนทร แตงกวารมย [3]

คม 211 บรรยาย

สอบกลางภาค (I) 30.33 % (ขนกบ อ.ผสอน)

วน-เวลา ตามประกาศของมหาวทยาลย

กลางภาค (II) 33.33% (ขนกบ อ.ผสอน)

กลางภาค 2 (ส. 5 พ.ย. 59 12.00-15.00)

สอบปลายภาค 33.34% (ขนกบ อ.ผสอน)

วน-เวลา ตามประกาศของมหาวทยาลย

เกรด A, B+, B, C+, C, D+, D, F (F<35) ชวงคะแนนคดตามหลกสถต

ก าหนดการ Part 1 (อ.ดร.ธานนทร)

กลางภาค 1 สอบ 30.33 % วนเวลาตามประกาศของมหาวทยาลย

คะแนนจากรายงาน 3 %

- ท ารายงานจากเปเปอรในเนอหาทเกยวกบสถตทางเคม (chemometrics)ความคลาดเคลอน (error) การว เคราะห โดยน าหนก (gravimetric analysis) หรอสมดลเคม (chemical equilibrium) nalysis) คนละ 1 เปเปอร จาก www.sciencedirect.com, www.rsc.org, http://pub.acs.org

- สงรายงานภายใน จ.-ศ. ท 19 - 23 ก.ย. 59 กอน 16.00 น. ในลอคเกอรของ อ.ดร.ธานนทร แตงกวารมย หนาหอง 2310

ดร. ธานนทร แตงกวารมย[4]

หนงสออานประกอบ

ศภชย ใชเทยมวงศ, เคมวเคราะห, ส านกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย, กรงเทพฯ, 2546.

แมน อมรสทธ และอมร เพชรสม, หลกการและเทคนคการวเคราะหเชงเครองมอ, ชวนพมพ, กรงเทพฯ, 2534.

ชตมา ศรวบลย, เคมวเคราะหพนฐาน, รามค าแหง, กรงเทพฯ, 2547.

ธวชชย ศรวบลย, เคมวเคราะห 2, รามค าแหง, กรงเทพฯ, 2535.

D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, 5th ed., Freeman, 1998.

D. A. Skoog, D. M. West and F. J. Holler, Fundamentals of Analytical Chemistry, 8th ed., Thomson Brooks/Cole, 2004.


ลกษณะทตองการของ นศ. เคมวเคราะห

- สงเกต สงสย มเหตมผล

- อยากรอยากเหน ใฝร และรรอบ

- เสาะแสวงขอมล สบคนขอมลจากอนเทอรเนตไดอยางม ประสทธภาพ เชน google.com, yahoo.com, sciendirect.com, pub.acs.org, rsc.org

- อดทน อดกลน ตรงตอเวลา

- ชอบค านวณ สถต


นกเคมวเคราะห

EnvironmentalsSales

Pharmaceuticals

QA/QC

R&DPerfume/Cosmetic

Consultants

Agricultures

Lecturer

Paints

Papers

Geology

Petrochemicals

Clinical

Analytical chemistry

MaterialsForensic


เคมวเคราะห 1.บทน า

เคมวเคราะห คอ ?


เปนวชาแขนงหนงทางเคมทศกษาเกยวกบการวเคราะหสวนประกอบของสารทงแบบคณภาพวเคราะห (Qualitative analysis) และปรมาณวเคราะห (Quantitative analysis)

Qualitative analysis คอการวเคราะหหาชนดของสารเคมในตวอยางQuantitative analysis คอการวเคราะหหาปรมาณของสารเคมในตวอยาง

ตวอยางการวเคราะหสารเคมทท าใหปลาตาย ตองท าการวเคราะหแบบคณภาพวเคราะหกอนวามสารเคมอะไรทเปนสาเหตท าใหปลาตาย แลวจงท าการวเคราะหแบบปรมาณวเคราะหวาปรมาณของสารเคมนนมปรมาณเทาไหร

เคมวเคราะห

การวเคราะหทางเคมแบงไดเปน 2 แบบ

1. การวเคราะหแบบแผนเดม (Classical or wet analysis) ไดแกการวเคราะหโดยใชการตวงวดธรรมดาทางเคม เชนปเปต บวเรต กระบอกตวง เครองชง

การวเคราะหแบบแผนเดมแบงออกเปน 2 ชนดคอ

(1) การวเคราะหโดยน าหนก (Gravimetric analysis)

(2) การวเคราะหแบบวดปรมาตร (Volumetric analysis)


การวเคราะหทางเคม (ตอ)

2. การวเคราะหโดยอปกรณ (Instrumental analysis) เปนการวเคราะหโดยใชเครองมอทนสมย ซงจะวดสมบตทางกายภาพและทางเคมของสารทสนใจและเปลยนใหเปนปรมาณของสารได

การวเคราะหโดยอปกรณไดแก

(1) การใชเทคนคทางแสง (Photometry)

(2) เทคนคทางเคมไฟฟา (Electrochemistry)

(3) เทคนคการแยกและท าใหสารมความเขมขนมากขน Chromatography)

(4) เทคนคการใชรงส


ขนตอนการวเคราะห ประกอบดวย 5 ขนตอนหลก

1. การเกบสารตวอยาง (Sampling) เปนขนตอนของการเกบ และเคลอนยายสารตวอยางเพอใหสารตวอยางไมสญหายจนกวาจะท าการวเคราะห เชนการเกบตวอยางทเปนโลหะควรเกบในขวดโพลเอทลนแทนขวดแกว

2. การเลอกวธวเคราะห (Method of analysis)

ปจจยทเปนองคประกอบในการตดสนใจในการเลอกวธวเคราะห

- ความแมน (Accuracy) จะตองพยายามเลอกวธวเคราะหใหผลใกลเคยงกบคาจรง

- ระดบความไว (Sensitivity) ระดบสญญาณทตรวจวดไดจากตวอยางควรมคาสง


ปจจยทเปนองคประกอบในการตดสนใจในการเลอกวธวเคราะห (ตอ)

- ความเลอกเฉพาะ (Selectivity) วธวเคราะหทมความเลอกเฉพาะสงจะปราศจากการรบกวนจากสารอน

- ความเรวของการวเคราะห (Speed) การวเคราะหควรท าไดอยางรวดเรว

- คาใชจายในการวเคราะห (Cost) ควรมราคาถก

- การยอมรบในแงกฏหมาย (Legality) ควรมการใชเครองมอทถกตองทระบไวในมาตรฐานตางๆ เชน สมอ., อย.


ขนตอนการวเคราะห (ตอ)

3. การขจดสารรบกวนการวเคราะห (Removing of interference)- การแยก (separation)- การตกตะกอน (precipitation)- การสกดดวยตวท าละลาย (solvent extraction)- การแยกโดยโครมาโทรกราฟ (chromatography)- การท ามาสคง (Masking) การเปลยนสารรบกวนใหเปนสารอกชนดทไมรบกวนการวเคราะห

4. การแปลความหมาย (Quantitation)คอการน าสญญาณทไดมาแปลเปนปรมาณของสารทตองการวเคราะห

5. การประเมนผลการวเคราะห (Evaluation)การประเมนความนาเชอถอของการวเคราะห ความเชอมนของการวเคราะหตองอาศยความรทางสถตมาชวย


2. การวเคราะหขอมล

เปนการประเมนผลการวเคราะหโดยใชหลกทางสถต ซงไดแกการส ารวจความคลาดเคลอน การวเคราะหผลเพอปรบปรงการวเคราะหใหเกดความแมนย า ตลอดจนการรายงานผลทดลอง

- การวเคราะหความเทยงองวธ

- การวเคราะหความแมนของวธ

- การตดขอมลทง


ความแมนและความเทยงความแมน (Accuracy)

คอคาทบอกถงปรมาณทแทจรงของสารนน ถาการวดมคาตรงกบคาจรง ถอวาการวดนนมความแมน

ความเทยง (Precision)

หมายถงการท าซ ากนหลายๆ ครง แลวไดผลทตรงกนทกครง


ความแมน (Accuracy ; A) vs. ความเทยง (Precision ; P)

x xxxx

x xxxx

xx

xx

xx

x

x

xx

A สง P สง A ต า P สง

A ต า P ต าA สง P ต า

x = ลกปนทโดนเปา+ = จดทตองการยงใหโดน (ความแมน)

ในดานการวเคราะหตองการเ ค ร อ ง ม อ ท ม ค ว า ม เ ท ย งมากกวาความแมน เพราะถาความเทยงสง สามารถปรบเครองมอใหมความแมนไดงาย


ถาเปรยบ เสมอนการยงเปา จะไดดงรป

ความคลาดเคลอน (Error)ดร. ธานนทร แตงกวารมย

[17]

เปนตวเลขทแสดงใหทราบวาความแมนของการวดมมากนอยแคไหน นยมรายงาน 3 แบบคอ

ความคลาดเคลอนสมบรณ = xi-

เปอรเซนตความคลาดเคลอน =( x- ) x 100

เปอรเซนตคาเบยงเบนมาตรฐานสมพทธ %RSD = S x 100

(ในการรายงานผล %RSDไมควรเกน 10%)

xi = คาของการวเคราะหท I , x = คาเฉลยของการวเคราะห

= คาจรง

x

คาเบยงเบนมาตรฐาน

คาเบยงเบนมาตรฐาน (standard deviation) ของขอมล x1, x2,…xN หาไดจาก

1N

)x.....(x)x(x)x(xs

2N

22

21

N = ครงท N ของการวเคราะห

N-1 = degree of freedom

ดร. ธานนทร แตงกวารมย

[18]

ชนดของความคลาดเคลอน

แบงออกเปน 2 ชนด

แบบความคมได และแบบควบคมไมได

1. แบบควบคมได (Determinate error) ทราบวาเปนความคลาดเคลอนทมผลไปทางบวกหรอลบ ความคลาดเคลอนแบบนสามารถแกไขได ความคลาดเคลอนชนดนเกดจากการอานมาตรวดไมถกตอง การวเคราะหทไมด าเนนการตามวธทดลอง

2. แบบควบคมไมได (Indeterminate error) หรอเรยกวา random error เปนความคลาดเคลอนทเปลยนแปลงตลอดเวลา และเปนไปไดตามโอกาสของความนาจะเปน


ความคลาดเคลอนแบบควบคมได (Determinate error)

เนองจากอปกรณ (Instrumental error)

- เกดจากการใชเครองมอทไมได calibrate

- เกดจากเครองมอทไมไดรกษามาตรฐาน เชน ขาดความสะอาด

เนองจากรเอเจนต (Reagent error)

- เกดจากการใชรเอเจนตทมความบรสทธต า


ความคลาดเคลอนแบบควบคมได (Determinate error) (ตอ)

เนองจากกระบวนการวเคราะห (Method error)

- เชนการวเคราะหโดยตกตะกอน จะเกดความผดพลาดขนเนองจากตะกอนทเกดขนไมไดเกด 100%, การลางตะกอนท าใหตะกอนสญหาย, การละลายของตะกอน, การใชสารละลายทนอยกวาการค านวณท าใหไดตะกอนไมหมด

เนองจากผวเคราะหเอง (Personal error)

- เกดจากการขาดความระมดระวง ความรบผดชอบของผวเคราะห เชนการตวงทผดวธ การอานบวเรตทผดวธ ความเทยงธรรมในการบนทกผล ความซอสตยของผทดลอง


ความคลาดเคลอนแบบควบคมได (Determinate error) (ตอ)

ผลของความคลาดเคลอนทมผลตอการวเคราะห 3 แบบ

- ซสเตมเมตก (Systematic error) เปนความคลาดเคลอนทมผลไปทางเดยว คอไมไปทางบวกกไปทางลบ เกดจากระบบทควบคมไดยากเชนอณหภม อตราการผสมสาร การคนสารละลาย

- แบบคงท (Constant error) เปนความคลาดเคลอนทคงททกการทดลองไมวาจะเปลยนปรมาณของสารตวอยางเปนเทาไหรกตาม เกดจากการใชรเอเจนตทมสารปนเปอน

- แบบแปรผน (Proportional error) เปนความคลาดเคลอนทเปนปฏภาคกบปรมาณขององคประกอบของสารทตองการวเคราะห เกดจากการมสารตวอยางชนดอนปนเปอน


การตรวจสอบความคลาดเคลอนแบบควบคมได

- ท าการวเคราะหกบสารมาตรฐานททราบคา เพอปรบปรงวธวเคราะห

- ทดสอบกบแบลงค (Blank determination) เปนการหาความคลาดเคลอนอนเนองจากรเอเจนตและสภาพทเกยวของ

- การเปลยนขนาดของสารตวอยาง จะท าใหทราบความคลาดเคลอนวาเปนแบบแปรผนหรอแบบคงท


[23]

ความคลาดเคลอนแบบควบคมไมได

เกดจากการผนแปรของวธการวเคราะหและมาตรวดตางๆ และอยเหนอการควบคมของผวเคราะห เชนการอานอณหภมของเทอรโมมเตอรทมสเกล 0.1 Cแตเราตองการ 0.01 C ท าใหการอานไมสามารถควบคมได

การแกไขตองใชสถตมาควบคม เชนการอานอณหภม ตองให 100 คนมาอานแลวพลอตกราฟระหวางจ านวนคนทอานได (y) และคาอานได (x) ซงเรยกกราฟดงกลาววา “นอรมลแอรเรอะเครฟ” คาทแทจรงคอคาทมคนอานไดมากทสด


ใชในการรายงานผลการทดลอง

การรายงานผลการทดลอง ถาใชจ านวนประชากร จะใช

x

N

zx

zx

คอคาเบยงเบนของประชากรคา z จะแปรผนตามเปอรเซนตลมตของความเชอมน ชวงความเชอมนจะลดลง (N)1/2 เทาส าหรบคาเฉลยของการวด N ครงและใชคาเฉลย ( ) แทนคาจากการวด x


[25]ชวงความเชอมน (Confidence interval) (ตอ)

แตในความเปนจรงการวดจะไมสามารถใชจ านวนประชากรทงหมดได ดงนนจะใชคาเบยงเบนมาตรฐาน (s) แทนคาเบยงเบนมาตรฐานจรง ()

N

tsx

พรอมกบเปลยนจากการใช z มาเปน t ซงคา t จะแปรผนตามจ านวนสมาชกในแตละเซตของการวด (N) ในตาราง t จะใชระดบขนของความเสร (N-1)แทน N

ชวงความเชอมนทลมตของความเชอมนหนงๆ (confidence limit) โดยใช tหาไดจากสมการ (ยงคงใชจ านวนตวอยางเปน N)

ดร. ธานนทร แตงกวารมย[26]ชวงความเชอมน (Confidence interval) (ตอ)

ตวอยาง การหาปรมาณเหลกไดคาเบยงเบนมาตรฐานเทากบ 0.12 และตองการใหไดลมตของ

ความเชอมน 95% เพอใหไดคาเฉลยหางจากคาจรงทชวง ±0.04 จะตองท าการวดซ าๆ กนก

ครง (ให t ท 95% ทระดบขนเสรเทากบ ∞ = 1.96)

366)(N

68.512.004.0

96.1N

04.0N

ts

04.0x

2

N

tsx

ตอบ ตองท าการวดซ าๆ กน 36 ครง


[27]ชวงความเชอมน (Confidence interval) (ตอ)

คา tทระดบความเชอมน 95%

Degree of freedom Factor for confidence interval, 95%t

1234567891011121314∞

12.74.303.182.782.572.452.362.312.262.232.202.182.162.141.96


[28]

วธท า (1)

;N

tsx

0050.0

13

0.084)-(0.0790.084)-(0.0890.084)-(0.084s

084.0

)3

079.0089.0084.0(x

222

จากตาราง t ท 95% และระดบขนเสร = 2 มคา t = ±4.30

012.0084.0

3

0050.030.4084.0


ตย. สารตวอยางเลอดเมอน ามาวเคราะหพบวามเปอรเซนตแอลกอฮอลเทากบ 0.084, 0.089 และ 0.079 ppm จงค านวณหา 95% confidence limit ของคาเฉลย mean ตามเงอนไขดงน (1) ไมมขอมลเกยวกบความแนนอน ของการทดลอง และ (2) s = 0.005% ของแอลกอฮอล

(2) เมอ = 0.005ท 95% confidence limit

006.0084.0

3

0050.096.1084.0

N

z084.0


[30]

ใชตดคาทตางจากกลมมากๆใชหลกสถต Q-test เรยงขอมลจากนอยไปมากเปน x1, x2, x3,….xn-1, xn

Qcal > Qcrit ตดคาทสงสยทงไดQcal < Qcrit ตดคาทสงสยทงไมได

กรณทคาทสงสยเปนคานอยทสด

กรณทคาทสงสยเปนคามากทสด1n

12cal

x-x

x-xQ

1n

-1nncal

x-x

x-xQ

ดร. ธานนทร แตงกวารมย[31]การตดคาทสงสยออก (Rejection of data)

คา Qcrit ท 90% (Critical value for rejection quotient, Q)

จ านวนคาทวด Qcrit (90% confidence)

2345678910

-0.940.760.640.560.510.470.440.41


[32]

53.012.582.6

12.502.6

x-x

x-xcalQ

1n

12

ตย. การวดปรมาณของปรอทในปลาชนดหนงไดขอมล 5.12, 6.82, 6.12, 6.32, 6.32, 6.22 และ 6.02 ppm จงตดขอมลทสงสยทงโดยใชคา Qcrit ท 90% CLวธท า เรยงขอมลจากนอยไปมาก 5.12, 6.02, 6.12, 6.22, 6.32, 6.32, 6.82คาต าสดคอ 5.12 และคาสงสด 6.82ทดสอบคาต าสด 5.12

จากตารางคา Qcrit(n=7) = 0.51Qcal > Qcrit ตดคาทสงสยทงได นนคอ 5.12 ppm ตดทงได


[33]

การตดคาทสงสยออก (Rejection of data)

ทดสอบคาสงสด 6.82

625.002.682.6

32.682.6

x-x

x-xcalQ

1n

-1nn

จากตารางคา Qcrit(n=6) = 0.56•Qcal > Qcrit ตดคาทสงสยทงได นนคอ 6.82 ppm ตดทงได

ทดสอบคาสงถดมา 6.02

33.002.632.6

02.612.6

x-x

x-xcalQ

1n

12

จากตารางคา Qcrit(n=5) = 0.64ถา Qcal < Qcrit ตดคาทสงสยทงไมได นนคอ 6.02 ppm ตดทงไมไดคาทใชไดคอ 6.02, 6.12, 6.22, 6.32, และ 6.32 ppm


[34]

Quizในกระบวนการวเคราะหทางเคม ประกอบดวย 5 ขนตอนการวเคราะห ไดแก 1. การเกบตวอยาง 2. การเลอกวธวเคราะห 3. การขจดสารบกวน 4. การแปลความหมายขอมล และ 5. การประเมนผลการวเคราะหนกศกษาคดวาขนตอนใดส าคญทสด อธบาย


[35]

ตวเลขนยส าคญ (Significant figure)

บอกถงความเทยงตรงของการวด

ประกอบดวยตวเลขทกตวทแสดงความแนนอน (certainty) และความไมแนนอน (uncertainty)

ถาไมระบความไมแนนอนก ากบไวทายตวเลข ถอวามความไมแนนอนเทากบ ±1 ของตวเลขสดทาย เชน NaCl หนก 33.07 กรม จะถอวาปรมาณของ NaCl มคาอยระหวาง 33.06 และ 33.08 กรม

ถามเลขความไมแนนอนก ากบไว เชน NaCl หนก 33.07 ± 0.04 กรมหมายความวาม NaCl อยระหวาง 33.03 และ 33.11 กรม


[36]

ตวเลขนยส าคญ (Significant figure)

การรายงานตวเลขของปรมาตรจากเครองมอและเครองแกว ใหอานทเลขนยส าคญของเครองมอซงมบวกลบไว หากไมมให ± 1 ของตวเลขสดทาย


[37]

ปเปตมความไมแนนอน ± 0.03 mLปรมาตรมความคลาดเคลอนในชวง 24.97 – 25.03 mL ตามหลกนยส าคญ

หากรายงานเปน 25.00 mL จะถกตองหากรายงานเปน 25.0 mL จะผดหากรายางานเปน 25.000 mL จะผด

ขวดวดปรมาตรมความไมแนนอน ± 0.10 mLปรมาตรมความคลาดเคลอนในชวง 99.90 – 100.10 mL ตามหลกนยส าคญ

หากรายงานเปน 100.00 mL จะถกตองหากรายงานเปน 100.0 mL จะผดหากรายางานเปน 100.000 mL จะผด

เครองชงมความไมแนนอน ± 0.0001 gหากชงน าหนกได 1.0000 g จะมความคลาดเคลอนในชวง 0.9999 – 1.0001 g ตามหลกนยส าคญ

หากรายงานเปน 0.0000 g จะถกตองหากรายงานเปน 0.000 g จะผดหากรายางานเปน 0.00000 g จะผด

ภาพประกอบจาก gooogle.com

http://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=52109B5QSmDGqM&tbnid=JUTSt7dOsHTxyM:&ved=0CAUQjRw&url=http://glasswarechemical.com/glassware/%E0%B8%AD%E0%B8%B1%E0%B8%81%E0%B8%A9%E0%B8%A3%E0%B8%9A%E0%B8%99%E0%B8%9B%E0%B8%B4%E0%B9%80%E0%B8%9B%E0%B8%95%E0%B8%95%E0%B9%8C-inscription-on-pipette/&ei=8FHwU5q0MIW8uASGpYGIDA&bvm=bv.73231344,d.c2E&psig=AFQjCNGpnj8o9hVx3g02MmMPBDYjXjkPEQ&ust=1408344925608647

http://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=52109B5QSmDGqM&tbnid=JUTSt7dOsHTxyM:&ved=0CAUQjRw&url=http://glasswarechemical.com/glassware/%E0%B8%AD%E0%B8%B1%E0%B8%81%E0%B8%A9%E0%B8%A3%E0%B8%9A%E0%B8%99%E0%B8%9B%E0%B8%B4%E0%B9%80%E0%B8%9B%E0%B8%95%E0%B8%95%E0%B9%8C-inscription-on-pipette/&ei=8FHwU5q0MIW8uASGpYGIDA&bvm=bv.73231344,d.c2E&psig=AFQjCNGpnj8o9hVx3g02MmMPBDYjXjkPEQ&ust=1408344925608647

http://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=h2LzA4nq6wgXgM&tbnid=nVxtDz4fesW1iM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.laboratoryglasswareindia.com/volumetric-flask-6.html&ei=kFXwU9_iMsqOuATh34CwDA&bvm=bv.73231344,d.c2E&psig=AFQjCNFbm9OAer_H9QKEQd6mEDvkcWdFZw&ust=1408345502870095

http://www.google.co.th/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=h2LzA4nq6wgXgM&tbnid=nVxtDz4fesW1iM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.laboratoryglasswareindia.com/volumetric-flask-6.html&ei=kFXwU9_iMsqOuATh34CwDA&bvm=bv.73231344,d.c2E&psig=AFQjCNFbm9OAer_H9QKEQd6mEDvkcWdFZw&ust=1408345502870095

หลกการนบเลขนยส าคญ

ตวเลขศนยถอวาเปนเลขนยส าคญ ยกเวนเลขศนยทน าหนาตวเลขทงหมด

358 มเลขนยส าคญ 3 ตว

0.0003582 มเลขนยส าคญ 4 ตว




เลขยกก าลงใหนบดงน

4 x 103 มเลขนยส าคญ 1 ตว

4.02 x 103 มเลขนยส าคญ 3 ตว

4.00 x 103 มเลขนยส าคญ 3 ตว


[38]

แบบของความไมแนนอน

ความไมแนนอนแบบสมบรณ (absolute uncertainty) คอความไมแนนอนทไดจากตวเลขสดทายของขอมล บวกหรอลบ ดวยเลข 1 เชนการวดปรมาตรได 20.05 ลบ.ซม. มความไมแนนอนสมบรณ = ±0.01 ลบ.ซม.

ความไมแนนอนแบบสมพทธ (relative uncertainty) คาความไมแนนอนสมบรณหารดวยตวเลขของความแนนอน ปกตนยมบอกเปนเปอรเซนตโดยคณดวย 100 จากตวอยางขางตนมความไมแนนอนสมพทธเทากบ

%05.010005.20

01.0

05.20

01.0

หรอเปนเปอรเซนต


[39]

การปดตวเลขนยส าคญ

ตวเลขตามหลงเลขนยส าคญตวสดทายมากกวา 5 ใหปดขน ถานอยกวา 5 ใหตดทง เชน 9.47 ปดเปน 9.5 แต 5.23 ตดทงเปน 5.2

ตวเลขตามหลงตวเลขนยส าคญตวสดทายเปนเลข 5 - ถาเปนเลขคหรอ 0 ใหปดเลข 5 ทตามทง เชน

8.650 หรอ 8.65 ปดเปน 8.67.805 หรอ 7.8050 ปดเปน 7.80

- ถาเปนเลขคใหปด 5 ทตามทง แลวบวกตวเลขตวสดทายใหมคาเพมขนจากเดมดวย 1เชน

72.35 หรอ 72.350 ปดเปน 72.4 ตวเลขทตามหลงเลขนยส าคญตวสดทายเปนเลข 5 และมตวเลขตามหลงเลข 5 ไมวา

เปนเลขอะไรกตาม (ยกเวน 0) เมอปดเลข 5 ทงแลวจะตองเปลยนเลขนยส าคญใหมคาเพมขน 1 เสมอ เชน 1.2453 หรอ 1.2456 ปดเปน 1.25


[40]

การค านวณเลขนยส าคญ

การบวกและลบ ใหคงเหลอจ านวนเลขหลงทศนยมไวใหเทากบจ านวนเลขทอยหลงทศนยมทมจ านวนนอยทสด เชน

20.2 + 3.024 + 0.31 = 23.534 ปดเปน 23.5

523.341 - 29.63 = 493.711 ปดเปน 493.71

การคณและหาร จ านวนตวเลขทมจ านวนเลขนยส าคญนอยทสดจะเปนตวก าหนดจ านวนตวเลขนยส าคญของผลลพธ

เชน 21.1 x 0.029 x 83.2 = 50.91008 ปดเปน 51

291 x 272 / 0.086 = 920,372 ปดเปน 9.2 x 105


[41]

การค านวณเลขนยส าคญ

ลอกะรทม (logarithms) และแอนทลอกะรทม (antilogarithms)ใหถอวา แมนทสสะ เปนตวเลขแสดงนยส าคญ

เชน Log 122 = 2.086 ใหนบวามเลขนยส าคญ 3 ตว

แมนทสสะแครกเตอรสตก

ตย. จงหา pH ของ HCl เขมขน 2.0 x 10-3 M ตอบโดยแสดงเลขนยส าคญวธท า pH = -log(2.0 x 10-3) = 2.70เลขนยส าคญคอ .70 สวนเลข 2 ไมใช เลขนยส าคญตอบ pH = 2.70


[42]

การทดสอบวธวเคราะหสองวธใหผลแตกตางกนหรอไมใชในกรณทตองการพฒนาวธวเคราะหใหมๆ วามความแมนและความเทยงมากนอย

แคไหน โดยน าผลการทดลองมาเปรยบเทยบกบวธมาตรฐานอน เปรยบเทยบความคลาดเคลอน ใช F-test เปรยบเทยบคาความถกตอง ใช t-testหลกการจ า F = Error = คลาดเคลอน = F-testT = True = ถกตอง = T-test


[43]

เปนการทดสอบวาแวเรยนซจาก 2 วธวเคราะหวาแตกตางกนหรอไม

สตร โดยท s12 > s2

2 2

2

2

1

S

SF

เมอ s12 คอ แวเรยนซ ของผลการทดลองโดยวธท 1s2

2 คอ แวเรยนซ ของผลการทดลองโดยวธท 2ระดบขนความเสร จะถกใชในตาราง F

v1 คอ ระดบขนความเสร ของการวเคราะหโดยวธท 1 = N1 - 1 v2 คอ ระดบขนความเสร ของการวเคราะหโดยวธท 2 = N2 - 1

ถา Fcal>Fcrit แสดงวาแวเรยนซของ 2 วธแตกตางกนถา Fcal<Fcrit แสดงวาแวเรยนซของ 2 วธไมแตกตางกน


[44]

การทดสอบแบบ F-Test

ν1 = n1 – 1

ν2 = n2 - 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 19 19.16 19.25 19.30 19.33 19.35 19.37 19.38 19.40

3 9.552 9.277 9.117 9.013 8.941 8.887 8.845 8.812 8.785

4 6.944 6.591 6.388 6.256 6.163 6.094 6.041 5.999 5.964

5 5.786 5.409 5.192 5.05 4.95 4.876 4.818 4.772 4.735

6 5.143 4.757 4.534 4.387 4.284 4.207 4.147 4.099 4.06

7 4.737 4.347 4.12 3.972 3.866 3.787 3.726 3.677 3.637

8 4.459 4.066 3.838 3.688 3.581 3.5 3.438 3.388 3.347

9 4.256 3.863 3.633 3.482 3.374 3.293 3.23 3.179 3.137

10 4.103 3.708 3.478 3.326 3.217 3.135 3.072 3.02 2.978


[45]

ตาราง Fcrit ทระดบความเชอมน 95%

ในการวเคราะหหาคลอไรดในน าดวยวธวเคราะห 2 วธตอสารตวอยางเดยวกน จงวเคราะหวาแวเรยนซของทงสองวธแตกตางกนหรอไม

วธท 1 (mg/dm3)

วธท 2 (mg/dm3)

229, 225, 223, 231, 230, 226 และ 227

227, 225, 231, 229, 230 และ 228


[46]

การทดสอบแบบ F-Test (ตอ)

วธท า

หาคาเฉลย (mean) และ ความแปรปรวน (s2) ของวธท 1

8.3

6

50s

6

50 s

1)(7

227)(227227)(226227)(230227)(231227)(223227)(225227)(229s

227

7

1591

)7

227226230231223225229(x

2

2222222


[47]


วธท า

หาคาเฉลย (mean) และ ความแปรปรวน (s2) ของวธท 2

4.8

5

24 s

5

24 s

)16(

)228228()228230()228229()228231()228225()228227(s

228

6

1370

)6

228230229231225227(x

2

222222


[48]


เปดตาราง F ท v1=6, v2= 5 ท 95% จะได Fcrit=4.95ถา Fcal<Fcrit แสดงวาแวเรยนซของ 2 วธไมแตกตางกน

เราได Fcal = 1.73 และ Fcrit = 4.95

ตอบ แวเรยนซทไดจากทงสองวธ ไมแตกตางกน อยางมนยส าคญ

73.1

4.8

8.3F


[49]


เปนการเปรยบเทยบผลการทดลองของ 2 วธเปนการเปรยบเทยบเพอวเคราะหผลการทดลองดวยวธวเคราะหท

ตองการทดสอบ (test method) กบวธวเคราะหทยอมรบอยแลว (accepted method)

ถา tcal > tcrit แสดงวาผลการทดลองทงสองวธตางกนถา tcal < tcrit แสดงวาผลการทดลองทงสองวธไมแตกตางกนมทงหมด 3 วธคอ

1. ทราบคาผลการวเคราะหทเปนทยอมรบของสารตวอยางอยแลว2. โดยท าการวเคราะหทงสองวธตอสารตวอยางชนดเดยว3. โดยท าการวเคราะหทงสองวธตอสารตวอยางหลายชนด


[50]

การทดสอบแบบ t-Test (ตอ)

1. ทราบคาผลการวเคราะหทเปนทยอมรบของสารตวอยางอยแลวตวอยาง การปรบปรงวธวเคราะหหาตะกวในเสนผม โดยการสลายใหเปนสารละลายของ Pb2+ แลวหาปรมาณดวย AA spectrophotometry ในการทดสอบความเปนไปไดทวธวเคราะหดงกลาวสามารถใชในการวเคราะหตะกวในเสนผมไดหรอไมนน ทานไดรบสารตวอยางทเปนทยอมรบจากสภาวจยแหงชาตและผลของการวเคราะหสารตวอยางนโดยวธวเคราะหมาตรฐานทเปนทยอมรบและระบคาเทากบ 10.9 ppm ถาทานน าสารตวอยางเดยวกนนมาท าการวเคราะหดวยวธวเคราะหททานปรบปรง โดยท าการทดลองซ า 5 ครง ไดคาเฉลย 11.8 ppm และมคาเบยงเบนมาตรฐานเปน ±0.7 ppm วธวเคราะหของทานใหคาทถกตองในเชงสถตทลมตความเชอมน 95% หรอไม


[51]


วธท า หา tcal จากสตร


[52]

2.9

0.7

510.9)-(11.8

s

Nμ)x(t

N

tsx

การทดลอง 5 ครง คาระดบขนความเสร = 5-1 = 4 จากตาราง t (หนา 29)ไดคา tcrit ทลมตความเชอมน 95% มคา 2.776 ดงนน tcal > tcrit แสดงวาผลการทดลองทงสองวธตางกนตอบ วธวเคราะหโดยวธมาตรฐานทสภาวจยท าแตกตางอยางมนยส าคญจากวธททานปรบปรง


2. โดยท าการวเคราะหทงสองวธตอสารตวอยางชนดเดยวเปนการทดสอบทใชวธวเคราะหแรกเปนวธวเคราะหทตองการทดสอบกบวธทสองเปนวธวเคราะหมาตรฐานทเปนทยอมรบ

สตร

kN

)]x)[(x.....)]x)[(x)]x)[(xs

NN

NN)

s

xx(t

2kki

222i

211i

p

21

21

p

21

ki2i1i

k21

)(x,...)(x ,)(x

x,....x ,x เปนคาเฉลยแตละเซตของการวด (มทงหมด k เซต)เปนคาทวดไดแตละครงในแตละเซต

N เปนจ านวนครงของการวดทงหมดใน k เซต, N = N1+ N2+..+Nk

N-k เปนระดบขนความเสร (degree of freedom), N-k= (N1-1)+…….+(Nk-1)


[53]


ตวอยาง ในการหาปรมาณของคลอไรดดวยวธการวเคราะหสองแบบคอ วธหาปรมาณโดยน าหนกและหาปรมาณโดยการไทเทรตแบบตกตะกอน ผลการวเคราะหทงสองวธตอสารตวอยางเดยวกนมดงนวธหาปรมาณโดยน าหนก (ppm) วธหาปรมาณโดยการไทเทรต (ppm)

20.10 18.89

20.40 19.20

18.75 19.74

19.25 19.40

19.50 19.02

19.85

จงหาวาผลการวเคราะหทงสองแบบจะมความเทยงและความแมนแตกตางกนอยางมนยส าคญหรอไมทระดบความเชอมน 95%


[54]


วธท า

(xi)1 (xi)1- 1x [(xi)1- 1x ]2 (xi)2 (xi)2- 2x [(xi)2- 2x ]2

20.10 20.40 18.75 19.25 19.50 19.85

0.46 0.76 -0.89 -0.39 -0.14 0.21

0.212 0.578 0.792 0.152 0.020 0.044

18.89 19.20 19.74 19.40 19.20

-0.40 -0.09 0.45 0.11 -0.09

0.160 0.081 0.202 0.012 0.081

Sum = 117.85 1.798 96.43 0.536


[55]


2

2 21 2

21

cal 22

117.85 96.43x 19.64 ppm x 19.29 ppm

6 51.798 0.536

s 0.360 s 0.1346 1 5 1

s .F .

s .

1

0 3602 69

0 134

เปดตาราง Fcrit ท v1 = 5, v2 = 4 ไดคา Fcrit = 6.26


[56]

Fcal < Fcrit แสดงวาความเทยงของทง 2 วธไมแตกตางกน


i ip

[(x ) -x )] [(x ) -x )]s

N N -k

. .

-

.

. - .t ( )

.

.

2 21 21 2

1 2

1 798 0 5366 5 2

0 509

19 64 19 29 6 50 509 6 5

1 13เปดตาราง tcrit ท ระดบขนความเสร = 9 ไดคา tcrit = 2.262tcal < tcrit แสดงวาความแมนของทง 2 ไมแตกตางกนตอบ ทงคาความเทยงและความแมนของวธวเคราะหทงสองวธไมมความแตกตางกนอยางมนยส าคญทลมตความเชอมน 95%


[57]


3. โดยท าการวเคราะหทงสองวธตอสารตวอยางหลายชนด (pair-t-test)

เปนการทดสอบทวธวเคราะหแรกตองทดสอบควบคกนไปกบวธวเคราะหทเปนมาตรฐานกบสารตวอยางแตละสาร วธละหนงครงซงแตละสารตวอยางจะมองคประกอบแตกตางกนไป

1N

)D-(D s

N)s

D(t

2

i

d

d

Di = ความแตกตางของผลการทดลองโดยวธวเคราะหทงสองตอสารตวอยางแตละสาร

= คาเฉลยของ Di

N = จ านวนสารตวอยางทน ามาวเคราะหD


[58]


ตวอยาง ในการวเคราะหหาปรมาณของฟอสเฟตในน าตวอยาง 6 แหลงดวยวธวเคราะห 2 วธ ซงวธหนงเปนวธมาตรฐานและอกวธหนงเปนวธปรบปรงใหม ผลของการวดทงสองวธดงตอไปนมความแตกตางกนอยางมนยส าคญหรอไม

สารตวอยาง วธปรบปรงใหม (ppm) วธมาตรฐาน (ppm)A 9.5 8.9B 12.3 12.8C 11.3 11.7D 10.8 10.2E 11.2 11.0F 14.8 15.1


[59]


สารตวอยาง

วธปรบปรงใหม

วธมาตรฐาน

Di Di- D (Di- D )2

A B C D E F

9.5 12.3 11.3 10.8 11.2 14.8

8.9 12.8 11.7 10.2 11.0 15.1

0.60 -0.50 -0.40 0.60 0.20 -0.30

0.57 -0.53 -0.43 0.57 0.17 -0.33

0.32 0.28 0.19 0.32 0.03 0.11

Sum = 0.20 1.25


[60]


0.16

650.0

033.0t

50.016

25.1s

033.06

2.0D

d

เปดตาราง tcrit ทลมตความเชอมน 95% ระดบขนความเสร = 5 ได tcrit = 2.57ถา tcal < tcrit แสดงวาผลการทดลองทงสองวธไมแตกตางกนตอบ ผลการวดทงสองวธไมแตกตางกนอยางมนยส าคญ


[61]


ในการหาปรมาณของแคลเซยม ท าการทดลองดวยวธการวเคราะห 2 วธกบสารตวอยางชนดเดยวกน คอ Atomic absorption spectrophotometry (AAS) และ UV-Vis ใหผลดงน

วธAAS (mg/dm3) 20.50, 20.85 และ 20.94

วธ UV-Vis (mg/dm3) 20.40, 20.02 และ19.78

จงหาวาทง 2 วธ

1. ความคลาดเคลอนแตกตางกนทระดบความเชอมน 95% หรอไม

2. มความถกตองแตกตางกนทระดบความเชอมน 95% หรอไม


[62]

Quiz

3. หนวยทางเคม (chemical units)

หนวยน าหนก

1.น าหนกอะตอม (atomic weight)

2. กรมอะตอม (a gram atomic weight)

3. น าหนกโมเลกล (molecular weight)

4. กรมโมเลกล (A gram molecular weight)

5. น าหนกสตร (Formula weight)

6. กรมน าหนกสตร (A gram formula weight)

7. น าหนกสมมล (equivalent weight)

8. กรมสมมล (A gram equivalent weight)

หนวยปรมาตร

1. ลตร (liter)

2. มลลลตร (milliliter)


[63]

หนวยความเขมขน

1. โมลารต (Molarity, M)

2. ฟอรแมลต (Formality, F)

3. โมแลลต (Molality, m)

4. นอรแมลต (Normality, N)

5. ไตเตอร (Titer, T)

6. ความเขมขนเปนเปอรเซนต (Percentage)

7. จ านวนสวนในลาน (Parts per million)

8. อตราสวนเจอจาง (Dilution ratio)


[64]

หนวยน าหนก

เปนหนวยทไดจากอตราสวนของน าหนกของสารตอน าหนกอะตอมหรอน าหนกโมเลกลหรอน าหนกสตร

1. น าหนกอะตอม (atomic weight)

หมายถงน าหนกของธาตตางๆ ทมจ านวนอะตอมเทากบ 6.02 x 1023

อะตอมแลวน ามาชง จะไดน าหนกทเรยกวาน าหนกอะตอม

เชน Na จ านวน 6.02 x 1023 อะตอม มน าหนก 23 กรมอะตอม

O จ านวน 6.02 x 1023 อะตอม มน าหนก 16 กรมอะตอม

Cl จ านวน 6.02 x 1023 อะตอม มน าหนก 35.5 กรมอะตอม

6.02 x 1023 คอคาอโวกราโด (Avogrado’s number)


[65]

หนวยน าหนก (ตอ)

2. กรมอะตอม (a gram of atom weight, gAW)หมายถงหนวยน าหนกของธาต 1 กรมอะตอม มคาเทากบน าหนกอะตอมของธาตนน เชน 1 กรมอะตอมของธาต O มคาเทากบ 16 กรม หรอ O หนก 32 กรม ถอวามน าหนกเทากบ 32/16 = 2 กรมอะตอม

3. น าหนกโมเลกล (molecular weight, MW)หมายถงน าหนกของสารตางๆ ทมจ านวนโมเลกลเทากบ 6.02 x 1023 โมเลกล แลวน ามาชงหาน าหนกจะไดน าหนกทเรยกวา น าหนกโมเลกล เชนH2 จ านวน 6.02 x 1023 โมเลกล มน าหนก = 2 กรมโมเลกลO2 จ านวน 6.02 x 1023 โมเลกล มน าหนก = 32 กรมโมเลกลCl2 จ านวน 6.02 x 1023 โมเลกล มน าหนก = 71 กรมโมเลกล


[66]


4. กรมโมเลกล (A gram molecular weight, gMW or mole)

หมายถงหนวยน าหนกของสาร ซง 1 โมล (mole) ของสารมคาเทากบโมเลกลของสารนน โมลจะถกยอดวยตวอกษร “n”

เชน ออกซเจน 1 โมล จะมคา = 32 กรมโมเลกล

หรอ คลอรน 71 กรมโมเลกล จะมคาเทากบ 71/71 = 1 โมล


[67]


5. น าหนกสตร (Formula weight; FW)หมายถงน าหนกของสารประกอบตางๆ ทมจ านวน 6.02 x 1023 ตว คอถาเรานบสารประกอบได 6.02 x 1023 ตว แลวน ามาชงจะไดน าหนกทเรยกวาน าหนกสตร ซงสามารถคดไดจากน าหนกอะตอมของธาตตางๆ ในสตรเคมของสารประกอบนนมารวมกน เชนFe2(SO4)3 .9H2O จ านวน 6.02 x 1023 โมเลกล มน าหนก = 562.0 กรมBaCl2.2H2O จ านวน 6.02 x 1023โมเลกล มน าหนก = 244 กรมNaCl จ านวน 6.02 x 1023โมเลกล มน าหนก = 58.5 กรม


[68]

6. กรมน าหนกสตร (A gram formula weight, gFW)

หมายถงหนวยน าหนกของสารประกอบท 1 กรมน าหนกสตรมคาเทากบ น าหนกสตรของสารประกอบนน

เชน Fe2(SO4)3 .9H2O มน าหนกสตรเทากบ 562 กรม แสดงวา

1 กรม น าหนกสตร (gram formula weight, gfw) ของ Fe2(SO4)3 .9H2O = 562.0 กรม นนคอ


[69]หนวยน าหนก (ตอ)

7. น าหนกสมมล (equivalent weight ; eq.wt)หมายถงน าหนกของสารใดๆ ทท าปฏกรยาพอดกบไฮโดรเจน 1 กรมอะตอม หรอน าหนกของสารใดๆ ทท าปฏกรยาพอดกบแคตไออนทเกดปฏกรยา (reacting cation) ชนดยนวาเลนท (univalent) 1 กรมอะตอม

หรอน าหนกสตรหารดวยออกซเดชนสเตต (oxidation state) ทเปลยนไปในปฏกรยารดอกซ น าหนกสมมลจะมคาเทากบเทาไรขนอยกบชนดของปฏกรยา



8. กรมสมมล (a gram equivalent weight, gmE)หมายถงหนวยน าหนกของสาร โดยท 1 กรมสมมลมคาเทากบน าหนกสมมลของสารนน เชนออกซเจน 1 กรมสมมลหนกเทากบ 8 กรม, NaCl 1 กรมสมมลหนกเทากบ 58.5 กรม หรอออกซเจนหนก 16 กรม มคาเทากบ 2 กรมสมมล (gmE)



ตวอยาง จงจ านวนโมเลกลของกาซไฮโดรเจนหนก 25.0 กรม

วธท า



หนวยปรมาตร

1. ลตร (liter) หมายถงปรมาตรทมขนาดเทากบน าบรสทธหนก 1 กโลกรมท อณหภมทน ามความหนาแนนทสดคอ 3.98 ºC และความดน 1 บรรยากาศ

2. มลลลตร (milliliter) มคาเปนหนงสวนพนเทาของปรมาตร 1 ลตร

การเทยบหนวยตาง ๆ


[73]

การค านวนความเขมขน1. วธคอนเวอรชนแฟคเตอร (Conversion factor) วธคอนเวอรชนแฟคเตอรเปนวธทคอนขางใหมส าหรบการค านวณหนวยทางเคม สวนใหญจะ

เจอในต าราภาษาองกฤษ (text book) มหลกการดงน 1.1 เอาสงทโจทยตองการ เชน ความเขมขน, น าหนก, ปรมาตร ใสไวทางซายมอของ

เครองมอเทากบ (=) 1.2 เอาสงทโจทยใหมาใสไวทางขวามอของเครองหมายเทากบ 1.3 ท าการคณดวย 1 ซง 1 นจะตองมาจากหนวยทางเคม เชน 1 L = 1,000 mL ต.ย. น า 45 mL มก L

1 mol C = 12 g Cต.ย. C 6 g มกโมล

1.4 ท าการคณดวย 1 ตอไปเรอยๆ จนกวาจะไดหนวยทโจทยตองการ (ดตวอยางในหวขอการค านวณความเขมขน)


[74]

น า L 0.045 )น า mL 1,000

น า L 1( x น า mL 45 น า L ?

C mol 0.5 )C g 12

C mol 1( x C g 6 C mol ?

การค านวนความเขมขน

2. วธเทยบบญญตไตรยางค

เปนวธดงเดมส าหรบเกยวกบหนวยทางเคม มหลกการคอ

1.1 ตงบรรทดแรกใหสอดคลองกบความจรงทมอยหรอทโจทยใหมา

1.2 ตงบรรทดทสองโดยเทยบกบบรรทดแรกวาจะมอยเทาไหร แลวค านวณใหไดตวเลข (หรอพจน) ออกมา

1.3 ท าการตงบรรทดตอไป โดยใชค าตอบของขน 1.2 ในการค านวณตอจนกวาจะถงค าตอบทตองการ (ดตวอยางในหวขอการค านวณเกยวกบความเขมขน)


[75]

หนวยความเขมขน

1. โมลารต (Molarity, M) คอจ านวนโมลของสารประกอบทมอยในสารละลาย ปรมาตร 1 ลกบาศกเดซเมตร เรยกความเขมขนนอกแบบวาโมลาร (molar solution) สวนใชสญญลกษณ [x] แทนโมลาร


[76]

ตวอยาง ชงโพแทสเซยมคลอไรด มา 40.0 g ละลายน า ปรมาตร 50.0 mL จงหาวาม KCl อยก M


[77]วธท า 1. วธค านวนแบบคอนเวอรชนแฟคเตอร

L

KCl mol 10.7

L

KCl mol 10.731

)74.55

KCl mol 1( x )

L 1

1,000( x

0.50

40.0

)KCl g 74.55

KCl mol 1( x )

L 1

mL 1,000( x

mL 0.50

KCl g 40.0

L

KCl mol ?

mol g 74.55 35.4535.10 KClMW

L

KCl mol ? มขนารหาความเขโจทยตองก

1-


[78]วธท า 2. วธค านวนแบบเทยบบรรญตไตรยางค

KCl 74.55 g ม 1 molหากม KCl 40.0 g จะคดเปน

ลองคดตอเอง

)KCl g 74.55

KCl mol 1( x KCl g 40.0


[79]

2. ฟอรแมลต (Formality; F) คอจ านวนกรมน าหนกสตร (gFW) ของสารทมอยในสารละลายปรมาตร 1 ลบ.ดม. หรอจ านวน mgFW ของสารในสารละลาย 1 ลบ.ซม. สารละลายทมหนวยความเขมขนเปนฟอรแมลตจะเรยกวาสารละลายฟอรแมล (Formal solution)

gFWF

L

หนวยความเขมขน (ตอ)

ตวอยาง BaCl2.2H2O หนก 4.57 กรม (gfw=244) ละลายในน าแลวเจอจางใหเปน 250 ลบ.ซม. โดยใชขวดเตรยมสารละลายมาตรฐาน (volumetric flask) จงหาความเขมขนเปน ฟอรแมล ของ BaCl2.2H2O และ Cl-

วธท า


[80]

-12 2

2 2 2 2 2 2

2 2

gFW BaCl 2HO = 137.33 + 2x35.45 + 2x((2x1.01) + (1x16.00)) = 244.27 g gFW

gFW BaCl 2HO 4.57 g BaCl 2HO 1 gFW BaCl 2HO 1,000 mL? = x ( ) x ( )

L 250.0 mL 244.27 g BaCl 2HO 1 L

2 2

2 2

gFW BaCl 2HO = 0.07483

L = 0.0748 F BaCl 2HO

จากสตร BaCl2.2H2O แสดงวาแตกตวให Cl- จ านวน 2 gfw2 gFW Cl- = 1 gFW BaCl2.2H2O


[81]หนวยความเขมขน (ตอ)

- -2 2

2 2

-

-

-

gFW Cl gFW BaCl 2HO 2 gFW Cl? = 0.0748 x ( )

L L 1 gFW BaCl 2HO

gFW Cl = 0.0748 x 2

L

= 0.1496 F Cl

= 0.150 F Cl

3.โมแลลลต (Molallity, m) คอจ านวนโมลของตวถกละลาย (solute) ตอตวท าละลาย (solvent) หนงกโลกรม (ไมใชสารละลาย) สารละลายทมหนวยความเขมขนเปนโมแลลต จะเรยกวาสารละลายโมแลล (Molal solution)

)solvent of ramlogki( K

solute) of mole (no. nm




4. นอรแมลต (Normality, N) คอจ านวนกรมสมมล (no.gmE) ของสารทมอยในสารละลาย 1 ลบ.ดม. หรอจ านวนมลลกรมสมมล (no.mgmE) ของสารในสารละลาย 1 ลบ.ซม. สารละลายทมหนวยความเขมขนเปนนอรแมลตจะเรยกวาสารละลายนอรมล


[83]

M x eq N

จากสตร M นเปลยนเป N หนวย

จานวนประจ กตรอน,จานวนอเล ,จานวนไอออน

equivalent eq

eq x mol gmEL

gmE

ลตร 1 สารละลาย

กรมสมมล N


ตวอยาง น าผงกรดซลฟรกมา 24.5 g เพอเตรยมเปนสารละลายปรมาตร 250.0 mL จงหาวาม H2SO4 ก N และก M


[84]

42

42

4242

424242

424242

4242

-142

SOH N 2.00 L

SOH gmE 1.998

)eq mol 1

gmE 1(xSOH eq 2x

SOH g 98.01

SOH mol 1)x

L 1

mL 1,000( x

mL 250.0

SOH g 24.5

L

SOH gmE ?

SOH eq x SOH mol SOH gmEL

SOH gmE SOH ?N

mol g 98.01 (4x16.00) 32 (2x1.01) SOHMW

กรด H2SO4 = 2 eq



42

42

SOH M 1.00

M2

00.2

eq

N M

M x eq N จากสตร

SOH M ?


5. ไตเตอร (Titer, T) คอน าหนกของสารใดๆ ทสามารถท าปฏกรยาพอดกบสารละลายนน 1 หนวยปรมาตร

การใชหนวยความเขมขนชนดนจะสะดวกและดงายขนส าหรบงานทใชท าเปนประจ า

6. ความเขมขนเปนเปอรเซนต แบงได 3 แบบ

6.1 weight percent (w/w)

6.2 volume percent (v/v)

6.3 weight volume percent (w/v)


[86]

grams of substance (g)Titer

Volume of solution (L)

wt. of solute (g)100

wt. of solution (g)

volume of solute (mL)100

volume of solution (mL)

wt. of solute (g)100



การแปลงหนวย

แปลงจาก w/v เปนโมลารตเมอทราบน าหนกโมเลกลของตวถกละลาย

แปลงจาก w/w เปนโมลารตเมอทราบความหนาแนนของสารละลาย (d)

แปลงจาก v/v เปนโมลารตเมอทราบความหนาแนนของตวถกละลาย (D)M.W.

dP10M w/v

M.W.

P10M w/v

M.W.

DP10M w/v


[87]


ตวอยาง Ethyl alcohol เขยนไวขางขวดวา 10% (v/v), MW = 46, D = 0.79 จะมความเขมขนกโมลาร


[88]

M 7.1 46

0.79 x 10 x 10 EtOH M ?

MW

D x % x 10 M จากสตร

จงเตรยมกรดซลฟรก 0.25 M ปรมาตร 250 ลบ.ซม. จากกรดซลฟรกเขมขน (ทขางขวดระบไว MW = 98.08, D=1.84 g/mL, 95%)

วธท า หาความเขมขนของกรดซลฟรกเขม

หาปรมาตรทจะน ามา (V1) โดยเตรยมใหเปน 0.25 M 250 mL

น ากรดซลฟรกเขมขนมา 3.5 mL เตมลงไปในน าและปรบปรมาตรใหได 250 ลบ.ซม.


[89]

M 17.822

98.08

1.849510

M.W.

DP10M w/v


1 1 2 2

1

1

CV=CV

17.822 M x V = 0.25 M x 250 mL

0.25 M x 250 mLV=

17.822 M

= 3.5069 mL »Ñà»¹ç 3.5 mL

จงแสดงวธค านวณเพอเตรยมกรดหรอเบสมาคนละ 1 ชนด สงวนจนทรหนากอนเทยง

ความเขมขนทตอง 0.050 M ปรมาตร 500.0 mL

โดยคนชอสารและความบรสทธ ความหนาแนน จากเวปสารเคม

เชน www.sigma.com

www.merck.com




7. จ านวนสวนในลานสวน (Parts per million, ppm) ใชส าหรบสารละลายทเจอจางมากๆ เพอสะดวกในการบอกความเขมขน

6weight of solute (g)ppm 10


g

, , mL

mg

L

1 000 000


[91]


8. อตราสวนเจอจาง (Dilution ratio) จะถกใชในสารละลายของกรดหรอเบสในน า การรายงานอตราสวนเจอจางจะรายงานเปนตวเลข 2 ตวและขนกลางดวยเครองหมายโคลอน (:) เสมอ เชน (A:B) A จะแทนปรมาตรของกรดหรอเบสเขมขน สวน B จะแทนปรมาตรของน าทเตมลงไป การเขยนจะเอาวงเลบขนกอนหรอหลงกรด-เบส เชน HCl (1:1), H2SO4 (1:4) และ (1:5) HNO3

ตวอยาง (2:3) H3PO4 การเตรยมท าไดโดยการน ากรด H3PO4มา 2 หนวยปรมาตร แลวเทลงในน า 3 หนวยปรมาตร


[92]

4. สมดลทางเคม (Chemical equilibrim)

แนวคดเกยวกบแอคตวต (The activity concept)

1. สารบรสทธจะมสถานะเปนกลาง (neutral molecules)

2. ไอออน (ions) คอสารประกอบทเกดการละลาย

3. อเลกโทรไลตแก (strong electrolyte) คอสารประกอบทเกดการละลายไดด

4. อเลกโทรไลตออน (weak electrolyte) คอสารประกอบทเกดการละลายไดเพยงเลกนอย

การน าไฟฟา ; strong electrolyte > weak electrolyte


[93]

แนวคดเกยวกบแอคตวต (The activity concept) (ตอ)

สารละลายทมความเขมขนมาก จะมบางสวนของไอออนเทานนทไวตอปฏกรยา (active concentration หรอ activity) ดงนน activity ของสารละลายจะนอยกวาความเขมขนทแทจรง

ai = [i]fi

ai = ความเขมขนของไอออนทมความไว (activity)fi = สมประสทธแอคตวต (activity coefficient)[i] = ความเขมขนเปนโมลาร (molar concentration)

ในสารละลายทเจอจางมากๆ คา fi จะเขาใกล 1


[94]

ความสมพนธของสมประสทธแอคตวตกบคาความแรงไอออน

μaB1

μAZf log

i

2i

i

ia คอคาความแรงของเสนผานศนยกลางไออนA และ B คอคาคงทคอคาความแรงไอออน

ในสารละลายทเจอจางมากๆ คา μaB i จะมคานอยมากเมอเทยบกบ 1

μAZf log 2ii

ดงน นจะไดวา


[95]

สมประสทธแอคตวตกบความแรงไอออนมความสมพนธตามสตร

ถาสารละลายมคาความแรงไอออนอยในชวง 0.1 – 0.25 คา A จะมคาเทากบ 0.512

μ1

μ0.512Zf log

2i

i

โดยความแรงของไอออนมความสมพนธกบจานวนประจของไอออนท งหมดในสารละลายคอ

)Z(C2

1μ 2

ii

Ci คอความเขมขนเปนโมลารของไอออนทมประจเปน Zi

คอผลรวมของโมลารกบไอออนประจ Z ยกกาลงสอง


[96]ความสมพนธของสมประสทธแอคตวตกบคาความแรงไอออน

ถาสารละลายมอเลกโทรไลตแกอยเพยงชนดเดยวคอ Axm+By

n- คาความแรงของไอออนจะเปน

2

)YC(xμ

2n

2m

คา จะข นอยกบชนดของสารประกอบ บางชนดมคาเทากบความเขมขน (molar) บางชนดมคาเปน 2 หรอ 3 เทาของความเขมขนของสารประกอบน น



ตวอยาง จงค านวณหาคาสมประสทธแอคตวตของไอออนโซเดยม , โพแทสเซยม, คลอไรด, และซลเฟต ในสารละลายทมความเขมขนเพยงพอทจะท าใหสารละลายมคาความแรงของไอออนเทา 0.20

วธท า

0.69

10f

-0.16

0.201

0.2010.512f log

16.0i

2

i

0.24

10f

-0.62

0.201

0.2020.512f log

62.0i

2

i

สาหรบ Na+, K+ และ Cl- สาหรบ SO42-

ตอบ สมประสทธแอคตวต Na+, K+ และ Cl- = 0.69 สวนของ SO42- = 0.24



ในการทดลอง เปนการยากทจะควบคมใหการทดลองมเพยง 1 ไอออน ดงนนเมอตองการหาคาสมประสทธแอคตวตของไอออนในสารละลาย จะตองมาจากไอออนทงสองตว และเรยกวา สมประสทธแอคตวตเฉลย (mean activity coefficient, f±) ซงถามสารประกอบ Ax

m+Byn- หาสมประสทธแอ

คตวตเฉลย ไดจาก

n

B

m

A

nm)(f)(f )f(

1

Z0.512Z-f log nm


หรอค านวณจากสมการ

nmZ-0.512Zf logถาสารละลายเจอจางมากๆ ใหใชสมการ


กราฟผลของความแรงไออนทมตอสมประสทธแอคตวต


•ถาคาความแรงไออนมคาสง คาสมประสทธแอคตวตจะมคาลดลง•ถาประจไอออนมคาสง คาสมประสทธแอคตวตจะมคาลดลง•สารละลายเขมขนต า คาสมประสทธแอคตวตจะไมขนกบธรรมชาตของสารละลาย แตจะขนกบคาความแรงไอออน


คาคงทสมดล (Equilibrium constants)

ในปฏกรยาทผนกลบไดจะมสมดลของปฏกรยาเกดขน เขยนเปน

หมายความวาอตราเรวในการเกดปฏกรยาระหวาง A และ B แลวให C กบ D จะเทากบอตราเรวในการเกดปฏกรยาระหวาง C กบ Dแลวให A กบ B


คาคงทสมดล Keq ทางเทอรโมไดนามกสสามารถแสดงไดในอตราสวนระหวางแอคตวตของสารผลตผลตอสารตงตน คอ


คาคงทสมดล (Equilibrium constants)

[A][B]

[C][D]K

KK x ff

ff[A][B]

[C][D] K x

ff

ff จาก

[A][B] x ff

[C][D] x ff

[B] x f[A]f

[D] x f[C]f

aa

aaK

eqDC

BA

eqDC

BA

BA

Dc

BA

Dc

BA

DCeq

คาคงทสมดล (ตอ)

ในสารละลายทเจอจางมากๆ คา ดงนน1ff

ff

DC

BA

[A][B]

[C][D] Keq

ในกรณทปฏกรยามไดเกดในอตราสวน 1:1 เชน

ba

dc

eq[B][A]

[D][C] K จะได



ตวอยางท 2.5 จงค านวณหาคาคงทสมดลของปฏกรยาระหวาง Fe(III) กบไอโอไดดเมอความเขมขนของ Fe(III) มคาเทากบ 0.200 และไอโอไดดเทากบ 0.300 M เมอถงสมดลความเขมขนของไตรไอโอไดด (I3

-) มคาเทากบ 0.0866 M (การค านวณไมตองค านงถงสมประสทธแอคตวต)

วธท า2Fe3+ + 3I- 2Fe2+ + I3

-

3-23

-3

22

eq][I][Fe

][I][Fe K

จากปฏกรยาแสดงวาถาเกด I3- จ านวน 1 โมลจะตองเกด Fe2+ จ านวน 2 โมล

[I3-] = 0.0866 M

[Fe2+] = 2 x 0.0866 M = 0.173 M



กอนเกดปฏกรยามความเขมขนของ [Fe3+] = 0.200 M

เมอถงสมดล [Fe3+] จะลดลง เหลอ [Fe3+] = 0.200 - [Fe2+]

[Fe3+] = 0.200 – 0.173 = 0.027 M

กอนเกดปฏกรยามความเขมขนของ [I-] = 0.300 M

เมอถงสมดล [I-] จะลดลง เหลอ [I-] = 0.300 - 3[I3-]

[I-] = 0.300 - 3 (0.0866)

= 0.040 M

4

32

2

eq

105.55

(0.040)(0.027)

(0.0866)(0.173) K


ปจจยทมผลตอสมดลของปฏกรยา

1. ผลของความเขมขน (Effect of concentration)

เมอเพมหรอลดความเขมขนของสารตงตนหรอสารผลตผลของปฏกรยาจะท าใหเกดการเปลยนแปลสมดลตามกฏของเลอชาเตอลเยร

A + B C + D

ถามการเตม A ลงไปในปฏกรยาอก จะพบวาได C กบ D มากขน แตคา Keq ยงมคาเดม อกกรณหนงคอถามการเตม C ลงไป ปฏกรยาจะด าเนนยอนกลบได A และ B มากขน แตเมอถงสมดลคา Keq ยงมคาเดม อทธพลแบบนเรยกวา ผลของคอมมอนไอออน (common ioneffect)


สงทมผลตอสมดลของปฏกรยา (ตอ)

2. ผลขององคประกอบตางๆ ในสารละลาย (Effect of composition of solution)

ถาในสารละลายมความเขมขนเพมขนหรอมความแรงของไอออนมากขนเนองจากไอออนอนผสมอย จะมผลท าใหคาสมประสทธแอคตวตลดนอยลงซงท าใหคาคาคงทสมดลเปลยนไปดวย



qQ

pP

bB

aA

eq

bB

aA

qQ

pP

eq

ff

ffK K

ff

ffK K

aA + bB pP + qQ

QPBA0

pp

QPBAeq

f log qf log pf log bf log aKK

f log qf log pf log bf log aK logK log-

ใส –log ลงทงสองขางจะได



แทนคา μ1

μ0.512Zf log

2i

i

μ1

μ

แลวน า ออกนอกวงเลบจะได

μ1

μ)Z q-Z p-Z bZ a(512.0KK

2Q

2P

2B

2Aeqpp

ซงคาคงทสมดล (K) จะขนอยกบความแรงของไอออน () หรอขนกบไอออนทเปนองคประกอบของสารละลาย



ตวอยาง จงค านวณหาคา pK2 ของกรดคารบอนกในสารละลายทมความแรงของไอออนเทากบ 0.0500 ท 25 ºC (pKeq2 = 10.33)

HCO3- + H2O H3O

+ + CO32-

- + 2-3 3 3

2 2 22 eq2 HCO H O CO

2 2 2

ÇÔÕ·Ó

pK =pK +0.512(a Z -b Z -p Z )1+

0.0500 =10.33 + 0.512 (1x(-1) -1x(-1) -1x(-2) )

1+ 0.0500

=10.33-2(0.183)

= 9.96


Quiz 6 (สงวนจนทรหนา กอนเทยง)

ถาปฏกรยา N2O4 (g) v2NO2 (g) มคาคงทของสมดลเปน0.0510 ท 320 K จงแสดงวธค านวณหาวาจะม NO2 (g) อยกกรมในสมดลทม 10.00 กรมของ N2O4 (g) ในปรมาตร 5.00 ลบ.ดม. (มวลอะตอม N = 14.006, O = 15.999)

(ตอบ 7.66 g)



3. ผลของอณหภม (Effect of temperature)การเปลยนแปลงความรอนหรอเอนทาลป (enthalpy change) ของปฏกรยาบงบอกถงการไดรบหรอสญเสยพลงงานความรอน ถาเปนการเปลยนแปลงความรอนทสภาวะมาตรฐาน (standard stat) จะมสญลกษณ ΔH

ถา คา K1 และ K2 คอคาคงทของสมดลทอณหภมสมบรณ T1 และ T2 การเปลยนแปลงของอณหภมทมตอคาคงทสมดลคอ

)T

1

T

1(

R

ΔH

K

Kln

121

2



ปฏกรยาดดความรอนเมอปฏกรยาเกดไปทางขวามอปฏกรยาคายความรอนเมอปฏกรยายอนไปทางซายมอ

ตามกฏของเลอชาเตอลเยรปฏกรยาคายความรอนเมอปฏกรยาเกดไปทางขวามอปฏกรยาดดความรอนเมอปฏกรยายอนไปทางซายมอ

1

ถา T Kหรอ T K

2

ถา T Kหรอ T K


aA + bB pP + qQคายดด

aA + bB pP + qQ

ดด

คาย

ตวอยาง จากปฏกรยา

C + CO2 2CO

ทสภาวะสมดล ณ อณหภม 1073 K มคาการเปลยนแปลงเอนทาลปมาตรฐาน (ΔH) เทากบ 40.9 kcal/mole และคาคงทของสมดลเทากบ 5.61 จงค านวณหาคาคงทของสมดลทอณหภม 1173 K (ใหคาคงทของแกส (R) = 1.987 cal K-1 mole-1)

ดร. ธานนทร แตงกวารมย[114]สงทมผลตอสมดลของปฏกรยา (ตอ)


o2

1 2 1

o-1 -12

1 2 1

3 -12

-1 -1

3 -42

K H 1 1ln = - ( - )

K R T T

K H 1 1log = - ( - ) ; R=1.987 cal K mole

K 2.303R T T

K 40.9 x 10 cal mole 1 1log = - ( - )

5.61 2.303 x 1.987 cal K mole 1173 K 1073 K

logK - 0.749 = - 8.94 x 10 x (8.52x10 -

-4

2

2

9.32x10 )

= 0.7152

logK = 0.7152+0.749

= 1.464

K = 29.1

วธท า



4. ผลของตวท าละลาย (Effect of solvent)ตวท าละลายทมคาไดอเลกตรกสงจะท าใหสารประกอบแตกตวเปนไอออนไดด แตสารประกอบจะมารวมกนเกดปฏกรยาไดดขนเมอตวท าละลายมคาไดอเลกตรกลดลง เมอถงสมดล คา K ไมเปลยนแปลง

5. ผลของความดนความดนท าใหทศทางของปฏกรยาในสภาวะแกสเปลยนแปลงถาจ านวนโมลของแกสตงตนเทากบแกสผลตภณฑ ความดนจะไมมผลตอปฏกรยา

แตถาจ านวนโมลของแกสไมเทากน ใหคดดงน ถาเพมความดน ปฏกรยาจะด าเนนไปทางโมลทนอยกวาถาลดความดน ปฏกรยาจะด าเนนไปทางโมลทมากกวา



เมอถงสมดลใหม อตราสวนของผลตภณฑตอสารตงตนไมเปลยนแปลง (K ไมเปลยนแปลง)ความดนไมมผลตอปฏกรยาในสภาวะของเหลว เนองจากปรมาตรไมเปลยนแปลง

6. ผลของตวเรง (Effect of catalyst)

การเตมตวเรงปฏกรยาจะมผลท าใหปฏกรยาเกดสมดลไดเรวขน แตเมอถงสมดล ความเขมขนของสารในปฏกรยาไมเปลยนแปลง นนคอคาคงทสมดลของปฏกรยาจะเทาเดม


เปนเทคนควเคราะหทถกตองเมอสารทตองการวเคราะหทมน าหนก 100 มลลกรมขนไป การวเคราะหโดยน าหนกม 2 วธคอ

1. วธการตกตะกอน (Precipitaion method) วธนใชสารอกตวหนงทเรยกวาตวตกตะกอน (precipitant) ตกตะกอนธาตทตองการ แลวหาน าหนกของตะกอนทบรสทธ

2. วธการท าใหระเหย (Volatilization method) ใชการระเหยแลววดน าหนกทสญเสยไป หรอหาน าหนกของสารระเหยทกลายเปนไอออกมา วธนใชส าหรบสารทสามารถเปลยนสถานะกลายเปนไอไดไมวาจะกรณใดกตาม

ดร. ธานนทร แตงกวารมย[118]สงทมผลตอสมดลของปฏกรยา (ตอ)

วธการตกตะกอน (Precipitation methods)

เปนเทคนคทใชไดอยางกวางขวางกวาเทคนคการท าใหเปนไอ

การตกตะกอนสามารถเลอกใชตวตกตะกอนทเปนสารอนทรย และสารอนนทรย (organic and inorganic reagent)


ตองมการละลายต า (low solubility) เพอใหตะกอนเกดไดสมบร

ตองมความบรสทธสง (high purity)

ตองมขนาดใหญพอทจะกรองได

ตองไมเกดปฏกรยาและไมเปลยนแปลงสถานะในขณะเผา

คณสมบตของตะกอน

ขนตอนในการวเคราะห

ชงสารตวอยาง

ละลายสารตวอยาง

ตกตะกอน

กรองตะกอน

ลางตะกอน

ท าใหแหง

ชงน าหนก

ค านวณเพอหาเปอรเซนตของสารทสนใจในตวอยาง


[120]

กระบวนการตกตะกอน

ตวตกตะกอน (precipitant)

สารละลายอมตวยงยวด (supersaturated solution)

นวคลไอของตะกอน (nuclei)

เกด nucleation ของตะกอน

Nucleation growth


[121]

กระบวนการตกตะกอน (ตอ)

เกดอนภาคคอลลอยด (Colloidal particles)

เกดพนธะเคมของคอลลอยดทมารวมกน(Chemical bonding on surface)

เกดเปนกลมกอนของคอลลอยด (colloidal aggregate)

กลายเปนผลกขนาดเลก (fine crystal)

กลายเปนผลกขนาดใหญ (coarse crystal)หมดความเปนสารละลายอมตวยงยวด


วอน ไวมารน เรโช

วอน ไวมารน (Von weiman) เปนผศกษาเกยวกบความสมพนธระหวางขนาดของตะกอนกบอตราเรวในการเกดตะกอน โดยพบความสมพนธวาขนาดของตะกอนจะแปรผนเปนสวนกลบกบการอมตวยงยวดสมพทธ (relative supersaturation)


SS-Q

ationsupersatur Relative

Q = ความเขมขนเปนโมลารของสารทตองการตกตะกอนS = คาการละลายเปนโมลารของตะกอนเมอตะกอนละลายถงสมดลถาตองการตะกอนขนาดใหญควรท าให

S

S-Q มคานอย


ถาความเขมขนของสารละลายมคามาก ขนาดของตะกอนจะเลก ถาความเขมขนนอยขนาดของตะกอนจะใหญ ดงกราฟขางลาง แตความเขมขนของสารละลาย Q ตองไมนอยกวาคาการละลาย (S)

ความเขมขนเปนโมลาร (Q)

ขนาดตะกอน



อตราเรวของการตกตะกอนจะเรวขนถาสารละลายมคาการอมตวยงยวดสมพทธสงขน

S

S-Qk ionprecipitat of rate Initial

อตราเรวของการเกดตะกอน (growth rate) จะขนอยกบอตราเรวของการเกดนวคลเอชน (nucleation rate) กบอตราเรวของการขยายตวของอนภาค (particle growth) ซงอตราเรวทงสองนขนกบองศาของการอมตวยงยวดดงสมการ

n

n

]S

S-Q[krate growth

4n

]S

S-Qk[ rate nucleation

โดยปกต



ถา Q-S มคาต าท าใหเกดนวคลไอจ านวนนอย นวคลไอสามารถขยายตวใหญขนเปนผลก

ถา Q-S มคาสงการเกดนวคลเอชนจะเกดอยางรวดเรวไดนวคลไอจ านวนมาก โอกาสขยายตวนอย ท าใหไดตะกอนเปนคอลลอยด ดงรปขางลาง

การอมตวยงยวดสมพทธของสารละลาย

อตราเรวการตกตะกอนนวคลเอชน


เงอนไขและสภาวะของการตกตะกอน

ตะกอนทสามารถน ามาใชในการวเคราะหไดนน ตะกอนตองละลายไดนอยกวา 1 สวนใน 1000 สวนของตะกอนทไมละลาย (0.1%) ซงตองท าในสภาวะดงตอไปน

1. ควรตกตะกอนในสภาวะทพอเหมาะ (Q นอย) มองศาการอมตวยงยวดต า

2. ควรเตมตวตกตะกอนชาๆ และคนไปดวย เพอไมใหบรเวณใดบรเวณหนงมความเขมขนของตวตกตะกอนมากเกนไป

3. ควรตกตะกอนในสารละลายขณะรอน เพราะจะท าใหคาการละลายของตะกอน (S) เพมขน และคา Q-S มคานอย

4. ควรตกตะกอนในสารละลายทเปนกรดเลกนอย จะท าใหตะกอนเกดขนอยางชาๆ

5. ควรท าการยอยตะกอน (digestion) โดยการอนสารละลายเปนเวลา 1-2 ชวโมงจะท าใหตะกอนมขนาดใหญและบรสทธขน


การเกดการปนเปอนของตะกอน (The contamination of precipitation)

โดยทวไป ตะกอนทเกดขนมกถกสารปนเปอน (contaminant) ตดมาดวยเสมอ ซงเกดได 2 แบบคอ

1. เกดการปนเปอนโดยตะกอนจรง (Contamination by true precipitation)

เกดการตกตะกอนของสารทเปนมลทนกบสารทใชตกตะกอนเนองจากผลคณของความเขมขนของสารตกตะกอนกบสารมลทนมคามากกวาคา Ksp ของตะกอน เกดขนได 2 ชนด

1.1 ตกตะกอนแบบซมลเทเนยส (Simultaneous precipitation) สารมลทนตกตะกอนไปพรอมๆ กบตะกอนทตองการ โดยทตะกอนทงสองไมมความสมพนธกน

1.2 ตกตะกอนแบบโพสท (Post precipitation) มลทนจะตกตะกอนหลงจากตกตะกอนตวทสนใจไดตกตะกอนไปเรยบรอย เชนการตกตะกอนแคลเซยมและแมกนเซยมโดยใชออกซาเลต เมอกรองตะกอนแคลเซยมออกซาเลตทงไวจะเกดตะกอนของแมกนเซยมออกซาเลตขน


2. เกดการปนเปอนโดยการตกตะกอนรวม (contaminant by coprecipitation)เกดจากการทสารมลทนทละลายอยเขามารวมกบตะกอนทตองการในขณะทท าการตกตะกอนโดยทสารมลทนดงกลาวไมจ าเปนตองมปรมาณมาก ตะกอนของแบเรยมซลเฟตและตะกอนทเปนคอลลอยดจะเปนปญหาตอการวเคราะหเนองจากเกดการตกตะกอนรวมเสมอๆ การลางตะกอนจะชวยลดการปนเปอนชนดนได การเกดตะกอนโดยการตกตะกอนรวมแบงได 3 แบบคอ

2.1 การดดซบทผว (surface adsorption) คอการดดซบไอออนทผวของตะกอนโดยประจทตรงกนขามกบตะกอน การดดซบจะมากหรอนอยขนอยกบปจจยตอไปน



ก. พนทผวของตะกอน (surface area) ถาพนทผวมาก มลทนทถกดดซบกมไดมาก และถามพนทผวนอยมลทนทถกดดซบกมคานอย

ข. ประจของตะกอน ถาตะกอนแสดงประจบวก มลทนทจะถกดดซบคอแอนไอออน ถาตะกอนแสดงประจลบมลทนทถกดดซบคอแคตไอออน โดยตะกอนจะเลอกดดซบไอออนทถกดดซบแลวใหสารประกอบทมการละลายต า

ค. องศาการแตกตว (Degree of dissociation) ของแลตทชไอออนกบไอออนของมลทน ถามคามากจะท าใหปนเปอนนอย ถามคานอยจะท าใหปนเปอนมาก


[130]การเกดการปนเปอนของตะกอน (The contamination of precipitation)

ง. จ านวนของสารทถกดดซบทผวของตะกอนขนอยกบความเขมขนของสารทถกดดซบนน ถาความเขมขนของสารมคานอย ปรมาณสารทถกดงดดไวดวยตะกอนกจะมคานอย แตถาความเขมขนของสารทถกดงดดไวถงจดอมตว จะไมสามารถดดซบไดอกเนองจากไมมพนทในการดดซบเหลอ

2.2 การสอดแทรก (Occlusion) คอการเกดการปนเปอนทเกดเนองจากมลทนเขาไปสอดแทรกอยขางในผลกขณะทมการเจรญเตบโต การแกปญหาการสอดแทรกของสารมลทนท าไดโดยการลางตะกอน การตกตะกอนซ าใหม

2.3 ไอโซมอรฟส อนคลชน (Isomorphous inclusion) สารประกอบทมสตรโครงสรางของผลกเหมอนกนเรยกวา ไอโซมอรสฟส จะท าใหการเกดมลทนเกดขนเพราะสารมลทนดงกลาวจะเขาไปแทนสารทตองการตกตะกอน



การตกตะกอนจากสารละลายทเปนเนอเดยวกน (Precipitation From Homogeneous Solution : PFHS)

เปนเทคนคการตกตะกอนทแกปญหาทเกดจากการเปนสารละลายอมตวยงยวดเฉพาะจด (การอมตวยงยวดเฉพาะจดกอใหเกดปญหาการไดตะกอนขนาดเลกและไมบรสทธ) การตกตะกอนในสารละลายทเปนเนอเดยวกนนน สารประกอบในสารละลายทใชในการตกตะกอนจะคอยๆ เกดปฏกรยาทางเคมแลวเกดเปนไอออนทจะใชเปนตวตกตะกอนอยางชาๆ ท าใหสารละลายคงสภาพทมองศาของการอมตวยงยวด (Q-S) ต าอยตลอดเวลา ท าใหไดตะกอนขนาดใหญและบรสทธสง


[132]

การตกตะกอนจากสารละลายทเปนเนอเดยวกน (Precipitation From Homogeneous Solution : PFHS)

การตกตะกอนชนดนทนยมใชกนมากคอปฏกรยาการแยกสลายดวยน าของย เรย (NH2CONH2) ปฏกรยาทเกดขนในสารละลายของน าคอ

NH2CONH2 + H2O 2NH3 + CO2-

2NH4+ + 2OH-

2H2O

แอมโมเนยทเกดขนจะคอยๆ ท าให pH ของสารละลายสงขน (ม OH- เพมขน) ท าใหสามารถตกตะกอนไอออนของโลหะบางตวทสามารถเกดเปนตะกอนไฮดรอกไซดทไมละลายเชนการตกตะกอนของอลมเนยมจากสารละลายทเปนเนอเดยวกน ท าไดโดยเตม ยเรย (Urea) ลงในสารละลายทเปนกรดอะลมเนยม จะไมมตะกอนเกดขนจะกวาจะตมใหเดอด pH ของสารละลายจะคอยๆ เพมขนจนถง pH ทตองการ แลวตะกอนจะเกดขน


สารทใชเปนตวตกตะกอน (precipitating agent or precipitant)

1. สารอนนทรย (Inorganic precipitating agent)

เชน NH3, H2S, HCl สามารถเปนสารทใชเปนตวตกตะกอนของธาตหรอโลหะตางๆ แลวใหสารประกอบทมการละลายต า

2. สารอนทรยทใชในการตกตะกอน (Organic precipitating agent)

2.1 สารตกตะกอนทท าใหเกดสารประกอบเชงซอนทมการละลายต า

เปนสารอนทรยทใชตกตะกอนกบไอออนของโลหะแลวใหสารประกอบเชงซอนทไมมประจและมโครงสรางเปนวงชนด 5 หรอ 6 เหลยม ตะกอนทเกดขนมความหนาแนนต า มคณสมบตสเขมและไมเปยกน า ตวอยางของสารอนทรยชนดนคอ 8-hydroxyquinoline, dimethylglyoxime


[134]

สารทใชเปนตวตกตะกอน (precipitating agent or precipitant)2.2 สารตกตะกอนทท าใหเกดสารประกอบคลายเกลอ

สารตกตะกอนดงกลาวไดแก โซเดยมเททระฟนลโบรอน ((C6H5)4B- Na+), เบน

ซดน (Benzidine) สามารถตกตะกอนไอออนทตองการแลวไดสารประกอบคลายเกลอ ซงสามารถท าใหแหงแลวชงน าหนกได

NH2

NH2

Benzidine


[135]

วธการท าใหระเหย (Volatilization Methods)

วธนใชไดเฉพาะสารทสามารถระเหยกลายเปนไอได

1. วธตรง ในกรณทไมสามารถเกบสวนทสนใจทระเหยกลายเปนไอเชนการอบสารใหแหงหรอการเผาเกลอแอมโมเนยมเพอหาแอมโมเนยม เมอตองการทราบปรมาณของน าทหายไปสามารถท าไดโดยการชงสารเรมตนกอนอบหรอกอนเผา หลงจากนนจงน าเถาหรอของแขงทเหลอมาชงหาน าหนกอกครงหนง เมอหกลบกนแลวจะไดน าหนกของสารทระเหยไป

2. วธออม ใชในกรณทสามารถเกบสวนทระเหยกลายเปนไอไดโดยใชตวดดซบทเหมาะสม (absorbent) กสามารถหาน าหนกของสารทสนใจไดเชนการหาไนโตรเจนโดยวธของ Kjeldahl


การค านวณทางวธวเคราะหโดยน าหนก (Gravimetric calculation)

การค านวณของการวเคราะหโดยน าหนกจะค านวณผลทไดจากการชงน าหนก 2 คา คอคาน าหนกของสารตวอยางและน าหนกของตะกอนทไดจากการทดลองแลวมาค านวณหาปรมาณของธาตหรอสารประกอบในรปของเปอรเซนตของสารในตวอยาง

100samples ofweight

Aofweight percent A

ปกตแลว A จะไมใชตะกอน และจะไมถกวดโดยตรง แตมความสมพนธโดยเปนองคประกอบของตะกอนซงสามารถค านวณหาน าหนกของ A จากน าหนกของตะกอนไดโดยใช กราวเมตรกแฟกเตอร (gravimetric factor) ซงหมายถงจ านวนกรมของสาร A ทสามารถท าปฏกรยาพอดสมมลกบ 1 กรมของตะกอนทสามารถน าไปชงหาน าหนก


การค านวณทางวธวเคราะหโดยน าหนก (Gravimetric calculation) เมอตองการทราบน าหนกของสาร A ทมอยในตะกอนทชงไดสามารถค านวณได

โดยการใช กราวเมทรกแฟคเตอรคอ

b

a

wt. A wt. ppt (gravimetric factor)

gFW A a wt.ppt x ( )

gFW ppt b

เมอ คอเลขลงตวนอยๆ ทท าใหจ านวนโมลของสปซสทตองการค านวณเทากนทงเศษและสวน

ppt คอ ตะกอน


[138]

การค านวณทางวธวเคราะหโดยน าหนก (Gravimetric calculation)

จะได wt. ppt (gravimetric factor)% A

wt. sample

gFW A awt.ppt x ( )

gFW ppt b

wt. sample

â ÂãËé ; a gFW A = b gFW ppt

100

100

100samples ofweight

Aofweight percent A จากสมการ


gravimetric factor

การค านวณทางวธวเคราะหโดยน าหนก

ตวอยาง จะมคลอไรดอยในตะกอนของ AgCl กกรม ถาตะกอน AgCl หนก 0.204 กรม (gfw AgCl = 143.3, Cl = 35.5)

วธท า no. mol. Cl = no. mol. AgCl

wt. Cl wt. AgCl

gfw Cl gfw AgCl

gFW Clwt.Cl wt. AgCl

gFW AgCl

35.5 0.204 . g

143.30 0505

นนคอจะม Cl- = 0.0505 กรมในตะกอนของ AgCl หนก 0.204 กรม

gravimetric factor


[140]


ตวอยาง สารตวอยางแรเหลกหนก 0.5483 กรม เมอน ามาละลายในกรดแลวออกซไดสใหเปน Fe3+ แลวท าการตกตะกอนเปน Fe(OH)3 โดยใชแอมโมเนยทมากเกนพอ เมอกรองตะกอนและเผาใหแหงเปน Fe2O3 ชงไดหนก 0.2456 กรม จงค านวณหา a) เปอรเซนตของ Fe ในแรเหลก b) เปอรเซนตของ Fe3O4 ในแรเหลก (gFW Fe2O3 = 159.69, gFW Fe3O4 = 231.54)



a) หาเปอรเซนตของ Fe ในแรเหลก

ใชหลก gravimetric factor ของ Fe ใน Fe2O3 คอ

2 3

2 3

2 3

2 32 3

2 gFW Fe gFW Fe O

2 gFW Fe .gravimetric factor .

1 gFW Fe O .

wt. Fe O gravimetric factor% Fe

wt. sample

2 gFW Fewt. Fe O

1 gFW Fe O

wt. sample

.

1

2 55 8470 6994

159 69

100

100

0 245

.

. 31.33%

6 0 6994100

0 5483



b) เปอรเซนตของ Fe3O4 ในแรเหลก

3 4 2 3

3 4

2 3

2 33 4

3 42 3

2 3

2 gFW Fe O 3 gFW Fe O

2 gFW Fe O .gravimetric factor .

3 gFW Fe O .

wt. Fe O gravimetric factor% Fe O

wt. sample

2 gFW Fe Owt. Fe O

3 gFW Fe O

wt. s

2 231 510 9666

3 159 69

100

ample

. .

. 43.30%

100

0 2456 0 9666100

0 5483



ตวอยาง orthophosphate ถกท าใหตกตะกอนในรปของ Ammonium phosphomolybdate (NH4)3PO4.12 MoO3 จงค านวณหาเปอรเซนตของ a) P และ b) P2O5 ในสารตวอยางหนก 0.2701 g ไดตะกอนหนก 1.1600 g (gFW P = 30.19, P2O5 = 141.95, (NH4)3PO4.12 MoO3 = 1876.5)


วธท า 1 gFW P2O5 = 2 gFW P = 2 gFW PO43-= 2 gFW (NH4)3PO4.12MoO4

4 3 4 3

4 3 4 3

wt. (NH ) PO .12MoO gFW Pa) % P ( )

wt. sample gFW (NH ) PO .12MoO

. .

. 2 . 7.088 %

2100

21 1600 2 30 97

1000 2701 1876 5

1 mole 2 mole 2 mole 2 mole


4 3 4 3 2 52 5

4 3 4 3

wt. (NH ) PO .12MoO gFW POb) % PO ( )

wt. sample gFW (NH ) PO .12MoO

. .

. 2 . 16.24 %

1100

21 1600 1 141 95

1000 2701 1876 5



ตวอยาง สารตวอยางยาฆาแมลงหนก 0.2795 กรม ประกอบดวยลนเดน (C6H6Cl6gFW = 290.8) และ ด.ด.ท. (C14H9Cl5 gFW = 354.5) ถกเผาในบรรยากาศของออกซเจนในหลอดแกวควอทซ ผลทได (CO2. 2H2O และ HCl) ถกน าไปผานในสารละลาย NaHCO3 หลงจากท าใหสารละลายเปนกรดแลวตกตะกอนคลอไรดได AgCl (gFW = 143.32) หนก 0.7161 กรม จงค านวณหาเปอรเซนตของลนเดน และด.ด.ท ในสารตวอยาง



วธท า

สรางสมการขนมาใหม จากยาฆาแมลง 2 ชนดหนก 0.2795 กรม

wt. C6H6Cl6 + wt. C14H9Cl5 = 0.2795 g…………………(1)

AgCl ของตะกอนจากยาฆาแมลงหนก 0.7161 กรม

wt. AgCl (จาก C6H6Cl6) + wt. AgCl (จาก C14H9Cl5) = 0.7161 g……..(2)

6 gFW AgCl = 1 gFW C6H6Cl6และ 5 gFW AgCl = 1 gFW C14H9Cl5



ดงนน

6 6 6 14 9 56 6 6 14 9 5

6 6 6 14 9 5

6 gFW AgCl gFW AgClwt. CHCl wt.C HCl .

gFW CHCl gFW C HCl

wt. CHCl . wt.C HCl . . ....................................( )

50 7161

2 957 2 021 0 7161 3

wt. C14H9Cl5 = 0.2795 - wt. C6H6Cl6 ……………………….(4)

จากสมการ (1) จะไดวา

แทน (4) ลงใน (3) จะได

2.957 x wt. C6H6Cl6 + 2.021 x (0.2795 - wt. C6H6Cl6) = 0.7161

แกสมการ จะได wt. C6H6Cl6 = 0.1616



42.18

57.82-100

ClHC %100ClHC %

57.82

1000.2795

0.1616

100 sample wt.

ClHC wt.ClHC %

6665914

666666

ตอบ ในยาฆาแมลงตวอยางมลนเดน 57.82 % และม ด.ด.ท 42.18%



ตวอยาง สารตวอยางแรเหลกหนก 1.700 กรม เมอน ามาเผาจะไดสารประกอบออกไซด (oxide compounds) ทเปนสารผสมหนก 0.8432 กรม เมอน าสารผสมนมาวเคราะหปรากฏวาม Al 3.25 % และ Ti 1.83 % สมมตวาสารประกอบออกไซดนนมเฉพาะ Al2O3, TiO2 และ Fe2O3 เทานน ใหค านวณหาเปอรเซนตของ Al, Ti และ Fe ในแรเหลกน

วธท าgFW Al = 26.982, gFW O = 15.999, gFW Ti = 47.9, gFW Fe = 55.85 gFW Al2O3 = (2 x 26.982) + (3 x 15.999) = 101.96gFW TiO2 = 47.9 + (2 x 15.999) = 79.9gFW Fe2O3 = (2 x 55.85) + (3 x 15.999) = 159.6



จากโจทย ในออกไซดม Al = 3.25 % 2 gFW Al = 1 gFW Al2O3


g 0.0518 Owt.Al0.8432

100 x 101.96

26.98 x 2 x O Alwt.

3.25

100 x compounds wt.oxide

OgFW Al

gFW Al x 2 x Owt.Al

Al%

32

32

3232


ในท านองเดยวกนจากโจทย ในออกไซดม Ti = 1.83 %

1 gFW Ti = 1 gFW TiO2


g 0.0257 wt.TiO100 x 47.9

90.8432x79. x 1.83 wt.TiO

0.8432

100 x 79.9

47.9 x TiOwt.

1.83

100 x compounds wt.oxide

gFW TiO

gFW Ti x wt.TiO

Ti%

2

2

2

22


wt. Fe2O3 = wt. oxide compounds – wt. Al2O3 – wt. TiO2

= 0.8432 – 0.0518 – 0.0257

= 0.7657 กรม

เมอตองการค านวณหา % ของ Al, Ti, Fe ในสารตวอยาง สามารถค านวณโดยสตร


% 1.61 1.700

100 x 101.96

26.98 x 2 x 0.0518

100 x wt.sample

OgFW Al

gFW Al x 2 x Owt.Al

Al% 3232


ตอบ ในแรเหลกม Al, Ti และ Fe เทากบ 1.61, 0.91 และ 31.49 % ตามล าดบ


% 1.493 1.700

100 x 159.6

55.85 x 2 x 0.7657

100 x wt.sample

OFegFW

FegFW x 2 x Owt.Fe

Fe %

% 0.91 1.700

100 x 79.9

47.9 x 0.0257

100 x wt.sample

gFW TiO

gFW Ti x 1 x wt.TiO

Ti%

3232

22


ตวอยาง สารตวอยางดนเหนยวหนก 0.7500 กรม ใหสารผสมของ NaCl และ KClรวมกนหนก 0.3025 กรม KCl ถกท าใหเปน K2PtCl6 ไดหนก 0.3874 กรม จงค านวณหาเปอรเซนตของ Na2O และ K2O ในสารตวอยาง

วธท า

gFW KCl = 39.098 + 35.45 = 74.55gFW K2PtCl6 = (2 x 39.098) + 195.078 + (6 x 35.453) = 485.992gFW NaCl = 22.9898 + 35.45 = 58.44gFW K2O = (2 x 39.098) + 15.998 = 94.194gFW Na2O = (2 x 22.9898) + 15.998 = 61.978


การค านวณทางวธวเคราะหโดยน าหนกดร. ธานนทร แตงกวารมย

[156]

g 0.1837

0.1188 - 0.3025

KCl wt.- wt.salt NaCl wt.

g .11880 485.99

74.55 x 2 x 0.3874

PtClKgFW

KClgFW x 2 x PtCl wt.KKCl.wt

PtClKgFW 1 KClgFW 2

6262

62

การค านวณทางวธวเคราะหโดยน าหนกดร. ธานนทร แตงกวารมย

[157]

10.01

10.0069

100x0.7500

74.55 x 2

94.914 x 0.1837

100xsample wt.

KClgFW x 2

OKgFW x 1 x KCl wt.

wt.KCl

OKgFW 1 KClgFW 2

2

2


ตอบ ในสารตวอยางม Na2O และ K2O เทากบ 10.01 % และ 12.99 % ตามล าดบ


12.99

12.988

100x0.7500

58.44 x 2

61.978 x 0.1837

100xsample wt.

NaClgFW x 2

ONagFW x 1 x NaCl wt.

ONa %

NaClgFW 2 ONagFW 1

2

2

2


ตวอยาง สารผสมของ AgCl (gfw 143.37) และ AgI (gfw 234.87) ถกเผาในบรรยากาศของ Cl2 เพอเปลยนใหเปนสารประกอบของ AgCl ทงหมด พบวาสญเสยน าหนกไป 6.00 % ใหค านวณหาเปอรเซนต Cl (gfw 35.45) ในสารตงตน

วธท าสมมตใหสารตวอยางหนก 100 กรม ม AgI = x กรมดงนน จะม AgCl = 100 – x กรม



เมอ AgI หนก x g เปลยนเปน AgCl จะหนกเทากบ

น าหนกทหายไปเมอเปลยน AgI เปน AgCl = 6 กรมดงนน

g 15.401

4012.15 x

60.38958x

60.61042x x

6234.87

143.37xx


234.87 x 1

143.37 x X

gFW AgI x 1

FW AgCl g x Xwt.AgCl


นนคอ AgI หนก 15.401 กรม

AgCl จะหนก = 100 – 15.401 กรม

= 84.599 กรม

ดงนน

ตอบ สารเรมตนม Cl เทากบ 20.92 %


20.92

20.918

100x100

143.37

35.4584.599x

100xsample wt.

ClgFW x AgClwt. %Cl

Documents

คม 211 เคมีวิเคราะห์ 1...ต วอย างการว เคราะห สารเคม ท ท าให ปลาตาย ต องท าการว