ว่าด้วย Colligative Properties (3)
ตอนที่แล้วเราอธิบายสมบัติ "จุดเดือดที่สูงขึ้น" กับ "จุดเยือกแข็งที่ต่ำลง" ด้วย phase diagram ของตัวทำละลายบริสุทธิ์กันไป ในลิ้งค์ด้านล่างนี้
ซึ่งเราก็ย้ำไว้ว่าสมบัติ colligative เนี่ยใช้ในกรณี ideal solution เท่านั้น คือสิ่งเจือปนนั้นต้องไม่ interact กับตัวทำละลาย ซึ่งไม่มีจริง
ด้วยความที่สิ่งเจือปน ไม่มี interaction กับตัวทำละลายนั้นทำให้เราไม่สนว่าสิ่งเจือปนนั้นจะเป็นสารอะไร สนแต่ปริมาณที่เจือปนลงไป เช่น น้ำตาลกลูโคส 1 โมล ให้ผลเบี่ยงเบนอุณหภูมิเปลี่ยนเฟสเท่ากับน้ำตาลซูโครส 1 โมล (รวมไปถึงเทียบเท่า NaCl 0.5 mol และเทียบเท่า Na3PO4 0.25 mol เนื่องจากพวกเกลือจะแตกตัวออกเป็นหลายอนุภาคย่อยๆ ทำให้ต้องคำนึงถึงจำนวนไอออนตอนแตกตัวด้วย)
ทีนี้ถ้าลองมองดูว่ามีการใช้ colligative property ในชีวิตรอบตัวเรื่องอะไรบ้าง อย่างนึงก็คือการใช้ ethyleneglycol/propyleneglycol เพื่อเป็นสาร antifreezing หม้อน้ำรถในประเทศแถบหนาว
จะเรียกว่า Colligative ก็เรียกไม่ได้เต็มปาก เพราะสารสองตัวนี้ มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ที่เกิดพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้ มันจึงไม่ตรงหลักเกณฑ์ของนิยาม colligative properties สักเท่าไร
...
แต่สิ่งที่พบก็คือ การเติมสารพวกนี้ผสมกับน้ำ ทำให้จุดเยือกแข็งน้ำลดต่ำลงจริงๆนะ...
แล้วเราจะอธิบายมันยังไงดีล่ะ???
กรณีเช่นนี้เราก็จะยอมทิ้ง "การประมาณค่าแบบหยาบด้วยโมเดล" แล้วหันมาใช้การทดลองจริงๆแทน
เราทดลองโดยเอาสารสองตัว (ในที่นี้คือน้ำและ ethyleneglycol) มาผสมกันที่สัดส่วนต่างๆ แล้วก็ลองวัดอุณหภูมิเยือกแข็ง แล้วจดบันทึกไว้
เมื่อเสร็จสิ้นการทดลอง เราจะได้สิ่งที่เรียกว่า "แผนภาพ Phase diagram ของของผสม" ขึ้นมา
phase diagram ของผสมระหว่าง น้ำ กับ ethylene glycol
phase diagram โดยมากมักเป็น binary component (คือสารสองชนิดผสมกัน)
ซึ่งในไดอะแกรมก็จะบอกว่า ของผสมเราจะเยือกแข็งที่อุณหภูมิเท่าไรๆ หากผสมสารทั้งสองที่อัตราส่วนเท่าไรๆ
จะเห็นว่ามีจุดต่ำสุดปรากฎในกราฟ (60% ethylene glycol) นั่นคือถ้าใส่ ethyleneglycol มากไปกว่านี้ ระบบจะพลิกสภาพกลับ จากน้ำเป็นตัวทำละลาย กลายเป็น ethyleneglycol เป็นตัวทำละลายแทน ซึ่งหากเรายังใช้โมเดล Colligative Properties ( delta T = Kf x molal solute) เราจะมองไม่เห็นพฤติกรรมนี้
และถ้าหากเราขยายภาพออกจากจากจุดนี้ล่ะก็ เราก็จะเห็นการประยุกต์ต่างๆมากมายจาก phase diagram ของผสม เช่น
(1) phase diagram เหล็กกล้าคาร์บอน - ใช้ประโยชน์ในการกำหนดส่วนผสมของเหล็กกล้าและ alloy ต่างๆ
(2) phase diagram การเกิด methane hydrate - ใช้ประโยชน์ในการศึกษาการนำ methane hydrate จากใต้ดิน/ใต้ทะเลมาใช้เป็นแหล่งของแก๊สธรรมชาติ
(3) phase diagram ของสารตระกูล surfactant ซึ่งนำไปสู่การประยุกต์ใช้งานอีกหลายแขนง แขนงตรงๆเลยก็คือด้านการทำความสะอาดคราบไขมัน แต่สาร surfactant มีหลายชนิด บางชนิดใช้ในงานวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีชนิดใหม่ๆ เช่น SBA-15, MCM-41 ซึ่งเป็น mesopourous silica
...ทั้งหมดนี้ มีจุดเริ่มต้นเล็กๆจากการที่มีสิ่งเจือปนตกลงลงไปในตัวทำละลาย
#สมบัติสารมหัศจรรย์
#เคมีแสนสนุก
#เคมีวิศวกรรมพาเพลิน
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
