สาร และ สมบัติของสาร วิชาเคมี สำหรับสอบเข้าเตรียมทหาร

สาร และสมบัติของสาร

สสาร หมายถึง สิ่งที่มีตัวตน มีมวลต้องการที่อยู่และสัมผัสได้ มี 3 สถานะคือ ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง เช่น อากาศ น้ำ เพชร เป็นต้น

สมบัติของสาร หมายถึง ลักษณะประจำตัวของสสารมี 2 ประเภท คือ

     1. สมบัติทางกายภาพ เป็นสมบัติที่สังเกตได้ ทดลองและวัดได้ เช่น สี กลิน การนำไฟฟ้า จุดเดือด ความหนาแน่น รูปร่าง การละลาย จุดหลอมเหลว เป็นต้น (ไม่เกี่ยวกับปฏิกริยาเคมี)

     2. สมบัติทางเคมี เป็นสมบัติเกี่ยวข้องกับการเแปลี่ยนแปลงหรือปฏิกิริยาเคมีเช่น การสลายตัว การเผาไหม้ การระเบิด การเกิดปฏิกิริยา เป็นต้น

การจัดจำพวกของสาร นักเคมีใช้เนื้อสารเป็นเกณฑ์ในการจัดสรรโดยสารจะถูกแบ่งออกเป็น 2 พวกใหญ่ๆคือสารเนื้อเดียวและสารเนื้อผสม

สารเนื้อเดียว คือสารที่มีสมบัติกลมกลืนเหมือนกันทุกส่วนเช่น ทองคำน้ำเชื่อมน้ำอากาศ (จะเป็นสารบริสุทธิ์หรือไม่ก็ตาม)

สารเนื้อผสม คือสารที่มีสมบัติไม่กลมกลืนเหมือนกันตลอดเช่น พริกกับเกลือดินกับกรวดน้ำผสมน้ำมันหมูดินปนทราย (สามารถเห็นความแตกต่างได้ง่าย)

สารบริสุทธิ์ เป็นสารเนื้อเดียวที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวคงที่เช่นน้ำมีจุดเดือดคงที่ ทองคำมีจุดหลอมเหลวคงที่

สารละลาย คือสารเนื้อเดียวที่เกิดจากการนำสารบริสุทธิ์มาผสมกันโดยอัตราส่วนผสมไม่คงที่มี 2 องค์ประกอบคือตัวถูกละลายและตัวทำละลายในการพิจารณาว่าสารใดเป็นตัวถูกละลายหรือตัวทำละลายมีหลักเกณฑ์ดังนี้

     1.ถ้าสถานะเดียวกัน ตัวทําละลายจัดเป็นสารที่มีปริมาณมากเช่นเหรียญบาทประกอบด้วยทองแดง 70%และนิกเกิล 30%แสดงว่านิกเกิลเป็นตัวถูกละลาย

     2. ถ้าสถานะต่างกัน ตัวทําละลายจัดเป็นสารที่มีสถานะเดียวกับสารละลายเช่นน้ำเชื่อมมีน้ำเป็นตัวทำละลายเพราะเป็นของเหลวเช่นเดียวกับน้ำเชื่อม

ชนิดของสารละลาย	ตัวถูกละลาย	ตัวทำละลาย	เช่น
สารละลายก๊าซ	ก๊าซ	ก๊าซ	อากาศ,ก๊าซผสม
	ของเหลว	ก๊าซ	อากาศชื้น,ไอน้ำัน
	ของแข็ง	ก๊าซ	ไอของการบูรในอากาศ
สารละลายของเหลว	ก๊าซ	ของเหลว	น้ำโซดา
	ของเหลว	ของเหลว	กรดน้ำส้มในน้ำ
	ของแข็ง	ของเหลว	น้ำเชื่อม
สารละลายของแข็ง	ก๊าซ	ของแข็ง	ไฮโดรเจนในโลหะ
			แพลลาเดียม
	ของเหลว	ของแข็ง	ปรอทในทองคำ
	ของเหลว	ของแข็ง	ทองเหลือง,นาก

สารละลายเจือจาง คือสารละลายที่มีตัวถูกละลายอยู่น้อย

สารละลายเข้มข้น คือสารละลายที่มีตัวถูกละลายอยู่มาก

สารละลายอิ่มตัว คือสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงที่สุดและอุณหภูมิหนึ่งๆ

ความสามารถในการละลาย ขึ้นอยู่กับ

1.ชนิดของตัวถูกละลาย     2.ชนิดของตัวทำละลาย     3.อุณหภูมิ      4.ความดัน

     สาย 2 ชนิดขึ้นไปผสมรวมกันอยู่ในลักษณะที่ภายในสารผสมนั้นอนุภาคของสารหนึ่งแทรกอยู่ระหว่างอนุภาคของสารหนึ่ง อย่างสม่ำเสมอ สารผสมนี้ถ้ามองด้วยตาเปล่าอย่างเดียวอาจตัดสินได้ยากว่าสารใดเป็นสารละลายคอลลอยด์หรือสารแขวนลอย ถึงแม้จะมีสมบัติบางอย่างเหมือนกันแต่สมบัติเฉพาะตัวจะแตกต่างกัน

สมบัติบางอย่างของสารละลาย คอลลอยด์ และสารแขวนลอย

สมบัติ	สารละลาย	คอลลอยด์	สารแขวนลอย
1.ขนาดของอนุภาค	$<10^{-10}$ cm	$10^{-7}-10^{-4}$ cm	โตกว่า $10^{-4}$ cm
2.การกรองด้วยกระดาษกรอง	ได้	ได้	ไม่ได้
3.การกรองผ่านกระดาษเซลโลเฟน	ได้	ไม่ได้	ไม่ได้
4.การเกิดปรากฏการณ์ทินดอลล์	ไม่เกิด	เกิด	เกิด
5.การตกตะกอน	ไม่	ไม่

ปรากฏการณ์ทินดอลล์ คือสมบัติเกี่ยวกับการกระเจิงแสงเมื่อให้แสงตกกระทบถูกอนุภาคจะเกิดมองเห็นเป็นลำแสงซึ่งจะเกิดขึ้นกับสารคอลลอยด์และสารแขวนลอยเพราะว่าอนุภาคมีขนาดโตพอที่จะทำให้แสงตกกระทบเกิดการสะท้อนสู่ตาเราได้

คอลลอยด์(มาจากภาษากรีก Kolla+eidos) หมายถึงสารที่มีลักษณะคล้ายกาวเช่นแป้งเปียกวุ้นนมเยลลี่ ฯลฯ

ชนิดของคอลลอยด์

สถานะ	ตัวกลาง	ตัวอย่าง
ของแข็ง	แก๊ซ	ควันไฟ ฝุ่น
ของแข็ง	ของเหลว	น้ำแป้ง,สีทา,กำมะถันคอลลอยด์
ของแข็ง	ของแข็ง	โลหะ ผสมบางชนิด
ของเหลว	แก๊ส	เมฆ หมอก
ของเหลว	ของเหลว	เบลลี แยม
แก๊ส	ของเหลว	ฟอง,ไข่ขาวตีแล้ว

สมบัติของคอลลอยด์

     1. ไม่ตกตะกอนเพราะมีขนาดเล็กอนุภาคเคลื่อนที่ตลอดเวลาทุกทิศทางไม่มีระเบียบ (Brownion movement) มีประจุได้ทั้งลบและบวก

     2. เกิดปรากฏการณ์กระเจิงแสง

คอลลอยย์ในชีวิตประจำวัน

     คอลลอยด์ที่พบเห็นอยู่เสมอในชีวิตประจำวันสามารถนำไปใช้ประโยชน์ซึ่งมีการเตรียมหลายวิธีเช่น

     Emulsion เกิดจาก น้ำ + น้ำมัน โดยมี emulsifier เป็นตัวแขวนลอยให้รวมกัน เช่น น้ำสลัด

     (น้ำมันพืช + น้ำส้มสายชู+น้ำ มีไข่แดงเป็น emulsifier)

     น้ำนม (ไขมัน +น้ำ มีเคซีน เป็น emulsifier)

     สบู่ เป็น emulsifier ในการซักผ้า น้ำดี เป๋็น emulsifier ในระบบย่อยอาหาร

สารบริสุทธิ์

ธาตุ เป็นสารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน เช่น อลูมินั่ม คาร์บอน ทอง นักเคมีมาใช้อักษรย่อจากชื่อของธาตุเป็นสัญลักษณ์ อลูมินั่ม(Aluminum) ทองคำ (Gold หรือ Aurum,AU) คาร์บอน (Carbon,C) แคลเซียม(Calcium,Ca) คลอรีน (Chlorine,Cl) เงิน (Silver หรือ Argentum,Ag) ไฮโดรเจน (Hydrogen,H) ฮีเลียม (Helium,He) ลิเธียม (Lithium ,Li) เบอริลเลียม (Beryllium ,Be) ,โบรอน (Berron,B) ไนโตรเจน (Nitrogen,N) ออกซิเจน (Oxygen ,O) ฟลูอรีน (Fluorine,F) นีออน (Neon,Ne) โซเดียม (Sodium,Na) แมกนีเซียม (Magnesium,Mg) ซิลิกอน (Siligon,Si) ฟอสฟอรัส (Phosphorus,P) ซัลเฟอร์ (Sulfor,s) อาร์กอน (Argion, Ar) โปรแตสเซียม (Potassium ,K) เป็นต้น

สารประกอบ คือ สารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยอะตอมต่างชนิดกัน เช่น คาร์บอนได ($CO_2$) ออกไซด์ ($H_2O$) น้ำเกลือแกง ($NaCl$)

ข้อแตกต่างของธาตุกับสารประกอบ

     1.ธาตุประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิดเดียว แต่สารประกอบมีอะตอมมากกว่า 1 ชนิด

     2. ธาตุไม่สามารถแยกสลายเป็นสารอื่น แต่สารประกอบถูกแยกสลายได้ 

โลหะและอโลหะ ตามเป็นธาตุที่มีสมบัติแตกต่างกันคือ

สมบัติ	โลหะ	อโลหะ
1.สถานะ	ของแข็งยกเว้นปรอท	ทั้ง 3 สถานะ
2.การนำไฟฟ้าและความร้อน	เป็นตัวนำที่ดี	ไม่น่า
3.การตีเป็นแผ่น	สามารถทำได้	ทำไม่ได้
4.การเคาะ	เสียงก้อง	ไม่ก้อง
5.การขัด	เป็นวาว	ไม่เป็นวาว
6.จุดเดือด,จุดหลอมเหลว	สูงยกเว้นปรอท

กลึงโลหะหรือ เมดัลลอยส์ คือ ธาตุที่มีสมบัติก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับโลหะ เช่น โบรอน ซิลิคอน เจอร์เมเนียม อาร์เซนิก แอนทิโมนี โพโลเนียม เป็นต้น

การตรวจสอบสารละลายกับสารบริสุทธิ์

     1.ถ้าเป็นของแข็ง หาจุดหลอมเหลว สารบริสุทธิ์จะมีจุดหลอมเหลวคงที่ สารละลายจะมีจุดหลอมเหลวไม่คงที่

     2. ถ้าเป็นของเหลว นำสารนั้นมาทำการระเหิดถ้ามีของแข็งเหลืออยู่แสดงว่าเป็นสารละลายถ้าไม่มีของแข็งเหลืออยู่ให้นำสารนั้นมาหาจุดเดือดสารบริสุทธิ์จะมีจุดเดือดคงที่สารละลายจะมีจุดเดือดไม่คงที่

การแยกสาร คือ การนำสารซึ่งปนกันหรือคละกันอยู่แยกออกจากกันด้วยวิธีที่สะดวกที่สุดประหยัดและบริสุทธิ์มีหลายวิธีเช่น

     1. การกรอง ใช้แยกของแข็งออกจากของเหลวเช่นแยกทรายออกจากน้ำแยกเกลือออกจากน้ำปลาแยกมะพร้าวออกจากกะทิ

     2. การกลั่น ใช้แยกของเหลวออกจากของแข็งเช่นแยกน้ำออกจากน้ำตาลหรือใช้แยกของเหลวออกจากของเหลว

          2.1 ถ้าของเหลวทั้งสองมีจุดเดือดต่างกันมากๆใช้วิธีการกลั่นธรรมดาเช่นการแยกน้ำออกจาก เพนเทน (ซึ่งน้ำมีจุดเดือดที่ $100^\circ$ C ส่วนเพนเทน มีจุดเดือดที่  $36^\circ$ C ดังนั้นเพนเทนจะกลั่นตัวออกมาก่อน)

          2.2 ถ้าของเหลวทั้งสองมีจุดเดือดใกล้เคียงกัน ใช้วิธีการกลั่นลำดับส่วนเช่นการแยกน้ำออกจากแอลกอฮอล์ (จุดเดือดที่ $70^\circ$ C)

          2.3 ถ้าต้องการแยกสารระเหย โดยสารระเหยที่ต้องการนั้นถูกไอน้ำพาออกมาได้และไม่ละลายน้ำจะใช้วิธีการกลั่นด้วยไอน้ำเช่นการแยกกลิ่นดอกไม้ออกมาจากดอกไม้

     3.การสกัดด้วยตัวทำละลาย เป็นวิธีใช้แยกของผสมโดยใช้ตัวทำละลายที่เหมาะสมละลายสารที่หนึ่งได้ แต่ไม่ละลายสารที่สอง เข้าไปทำการละลายสารที่หนึ่งออกมา จากนั้นเราอาจแยกตัวทำละลายออกจากสารที่หนึ่ง ได้ โดยใช้วิธีการกลั่นกรองหรือใช้กรวยแยกก็ได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับสถานะของสารเช่น การใช้น้ำเข้าไปละลายเกลือออกจากดินทรายเป็นต้น

     4. Liquefaction เป็นวิธีใช้แยกก๊าซผสมออกจากกันโดยนำก๊าซผสมทั้งหมดไปทำให้เย็นจัดกลายเป็นของเหลวแล้วจึงนำไปกลั่นแยก

     5.การตกผลึก เป็นวิธีแยกของแข็งที่รวมเป็นเนื้อเดียวกันกับของเหลว โดยการทำให้สารละลายของสารที่ต้องการอิ่มตัวที่อุณหภูมิสูง แล้วลดอนุภูมิลงก็จะได้ผลึกของสารแยกออกมาเช่น  การตกผลึกของเกลือจากน้ำปลา

     6. โครมาโตกราฟี เป็นวิธีแยกสารโดยอาศัยหลักการละลายการดูดซึมที่ต่างกันของสารแต่ละชนิด สารใดที่ละลายในตัวทำละลายได้ดีกว่าจะเคลื่อนที่ตามตัวทำละลายได้ไกลกว่าสารใดที่ดูดซับในตัวดูดซับได้ดีกว่าจะเคลื่อนที่ไปได้น้อยกว่า ดังนั้นสารแต่ละชนิดจึงเคลื่อนที่ตามตัวทำละลายไปได้ไม่เท่ากันมี 2 ประเภทคือ

          6.1 โครมาโตกราฟีแบบกระดาษ โดยใช้กระดาษกรองเป็นตัวดูดซับนำกระดาษโครมาโตกราฟฟีนี้ไปแตะสาร แล้วนำไปใส่ในภาชนะปิด โดยส่วนปลายของแผ่นกระดาษจุ่มในตัวทำละลายตัวทำละลายจะซึมผ่านกระดาษผ่านจุดที่สารแตะพาสาร ต่างชนิดกันเคลื่อนที่ไปอยู่ ณ จุดต่างๆ ทำให้เกิดเป็นแทบสีต่างๆ  เราสามารถหาอัตราการเคลื่อนที่ Rf(Rate of flow) ของได้ดังนี้

$Rf = \dfrac{ระยะทางที่สารเคลื่อนที่ได้}{ระยะที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ได้}$

          6.2 คอลัมน์โครมาโตกราฟี ใช้อลูมินา ($Al_2O_3$) เป็นตัวดูดซับบรรจุอยู่ในหลอดแก้วนำสารที่ต้องการแยกละลายในตัวทำละลายให้ตัวทำละลายที่ผ่านตัวดูดซับ จากนั้นก็เทตัวทำละลายตาม ซึ่งจะซุุมผ่านสารและตัวดูดซับแล้วแยกออกเป็นแถบสีต่างๆ(ถ้าต่างเป็นสารไมมีสีอาจตรวจสอบได้ด้วยฉายแสง UV อุลตร้าไวโอเลต)