หน่วยที่ 7: สารละลาย (Solutions)

สารละลาย (Solutions) เป็นสารผสมที่เกิดจากการรวมตัวกันของตัวทำละลาย (Solvent) และตัวถูกละลาย (Solute) สารละลายมีบทบาทสำคัญในหลายกระบวนการทางเคมี ชีววิทยา และอุตสาหกรรม ความเข้าใจเกี่ยวกับองค์ประกอบและสมบัติของสารละลายช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์และควบคุมกระบวนการเคมีที่เกี่ยวข้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ การศึกษาเกี่ยวกับสารละลายยังเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมและในร่างกายมนุษย์

7.1 องค์ประกอบของสารละลาย (Components of Solutions)

สารละลายประกอบด้วยสองส่วนหลักคือ ตัวทำละลาย (Solvent) และตัวถูกละลาย (Solute) โดยตัวทำละลายเป็นสารที่มีปริมาณมากกว่าและทำหน้าที่ละลายตัวถูกละลายซึ่งมีปริมาณน้อยกว่า ในสารละลาย สมบัติของสารจะเปลี่ยนไปตามการกระจายตัวของตัวถูกละลายในตัวทำละลาย

ตัวทำละลาย (Solvent)

ตัวทำละลายเป็นสารที่มีปริมาณมากกว่าและสามารถละลายสารอื่นได้ ตัวอย่างเช่น น้ำเป็นตัวทำละลายที่พบมากที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายกระบวนการเคมี เนื่องจากน้ำมีความสามารถในการละลายสารได้หลายชนิด เช่น เกลือ น้ำตาล และแก๊ส

ตัวถูกละลาย (Solute)

ตัวถูกละลายเป็นสารที่ถูกละลายในตัวทำละลายและมักมีปริมาณน้อยกว่า ตัวอย่างของตัวถูกละลายคือ เกลือในน้ำทะเล หรือน้ำตาลในน้ำชา ตัวถูกละลายสามารถเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊สได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของสารละลาย

ประเภทของสารละลาย

• สารละลายของแข็งในของเหลว เช่น น้ำเกลือ (NaCl ในน้ำ)
• สารละลายของของเหลวในของเหลว เช่น เอทานอลในน้ำ
• สารละลายของแก๊สในของเหลว เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำอัดลม
• สารละลายของแก๊สในแก๊ส เช่น อากาศ ซึ่งเป็นสารละลายของแก๊สต่าง ๆ เช่น ออกซิเจนและไนโตรเจน

สมบัติของสารละลาย

• ความเข้มข้น (Concentration) ความเข้มข้นคือปริมาณของตัวถูกละลายในตัวทำละลาย สามารถวัดได้หลายวิธี เช่น โมลาริตี (Molarity, \(M\)) ซึ่งคือจำนวนโมลของตัวถูกละลายในหนึ่งลิตรของสารละลาย
• ความสามารถในการละลาย (Solubility) ความสามารถในการละลายคือปริมาณสูงสุดของตัวถูกละลายที่สามารถละลายในตัวทำละลายได้ในอุณหภูมิและความดันที่กำหนด ความสามารถในการละลายของสารแตกต่างกันตามชนิดของตัวทำละลายและตัวถูกละลาย

การเกิดสารละลาย

การเกิดสารละลายขึ้นอยู่กับกระบวนการทางฟิสิกส์และเคมี ในกระบวนการนี้ ตัวถูกละลายจะกระจายตัวไปในตัวทำละลายโดยการแตกตัวเป็นโมเลกุลหรือไอออน ตัวอย่างเช่น ในการละลายเกลือ (\(NaCl\)) ในน้ำ โมเลกุลของเกลือจะแตกตัวเป็นไอออนบวก (\(Na^+\)) และไอออนลบ (\(Cl^-\)) ซึ่งจะถูกน้ำล้อมรอบ ทำให้สารละลายมีความเป็นเอกพันธ์

องค์ประกอบของสารละลายประกอบด้วยตัวทำละลายและตัวถูกละลาย สารละลายมีสมบัติหลายอย่าง เช่น ความเข้มข้นและความสามารถในการละลาย ซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางเคมี ความเข้าใจในองค์ประกอบและสมบัติของสารละลายเป็นสิ่งสำคัญในการวิเคราะห์และควบคุมกระบวนการต่าง ๆ ทั้งในธรรมชาติและอุตสาหกรรม