สมบัติของของเหลว 

          เมื่อพิจารณาสมบัติสารใดสารหนึ่งที่อยู่ต่างสถานะกันเรากล่าวได้ว่า   ขณะที่เป็นของเหลวของเหลวอนุภาคจะมีพลังงานจลน์มากกว่าเมื่อเป็นของแข็ง  ทำให้อนุภาคเคลื่อนที่ไปมาได้  จึงมีรูปร่างไม่แน่นอน  เปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะที่บรรจุ    แต่อนุภาคอยู่ชิดกันมากจึงมีปริมาตรคงที่  ของเหลวแต่ละชนิดมีสมบัติเฉพาะตัว ดังนี้

       5.5.1 ความตึงผิวหรือแรงตึงผิว (surface tension)

คือ แรงต้านที่ผิวหน้าของของเหลวทำให้มีสมบัติคล้ายมีแผ่นฟีล์มบาง ๆ ปิดอยู่บนผิวหน้า (surface film)  ทำให้แมลงตัวเบา ๆ เช่น จิงโจ้น้ำ  สามารถเกาะอยู่บนผิวน้ำได้โดยไม่จม  รวมทั้งวัตถุบางอย่างที่ปกติจะจมในของเหลวก็สามารถลายอยู่ได้ ถ้าวัตถุดังกล่าวไม่หนักมากจนเกินไป  สมบัตินี้เกิดจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว     ของเหลวชนิดใดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากก็จะมีแรงตึงผิวมาก  ของเหลวต่างชนิดจึงมีแรงตึงผิวไม่เท่ากัน     แรงตึงผิวของของเหลวจะทำให้ของเหลวมีรูปร่างเป็นทรงกลมเมื่อลอยตัวอย่างอิสระ  ของเหลวที่มีแรงตึงผิวมากก็จะเกิดรูปทรงกลมได้เร็ว  เมื่อหยดอยู่บนพื้นที่ผิวเป็นมันของเหลวที่มีแรงตึงผิวมากจำมีรูปทรงเป็นครึ่งวงกลมชัดเจนกว่าชนิดที่มีแรงตึงผิวน้อย

    
    

           

    

(คลิ้กอ่านเพิ่มเติมความตึงผิวหรือแรงตึงผิว)

แต่อย่างไรก็ตามสารบางอย่างสามารถลดความตึงผิวได้  เช่น  ผงซักฟอกหรือสารที่ใช้ในการซักล้างต่าง ๆ  เมื่อผสมน้ำก็จะไปแทรกตัวอยู่ระหว่างโมเลกุลของน้ำทำให้แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำลดลง  สำหรับน้ำมันเป็นของเหลวที่มีแรงตึงผิวต่ำ  ฉะนั้นเมื่อมีคราบน้ำมันอยู่บนผิวน้ำจิงโจ้น้ำจะจม

                                                                  ชมวีดีทัศน์แสดงสมบัติของความตึงผิว 1         ชมวีดีทัศน์แสดงการทดลองสมบัติของความตึงผิว 2

การระเหย (Evaporation ,Vaperization)

หมายถึงการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะไปเป็นไอ  ของเหลวสามารถระเหยได้แม้อุณหภูมิจะยังไม่ถึงจุดเดือด  แต่เกิดขึ้นเฉพาะบริเวณผิวหน้าของของเหลวเท่านั้น  การจัดเรียงอนุภาคในของเหลวจะไม่เป็นระเบียบ   โมเลกุลของของเหลวเคลื่อนที่ได้   มีช่องว่างอยู่ระหว่างโมเลกุลน้อยมาก จึงชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะอยู่ตลอดเวลา  ผลของการชนจะมีการถ่ายโอนพลังงานให้แก่กันและกัน   ทำให้บางโมเลกุลของของเหลวมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น และบางโมเลกุลมีพลังงานจลน์ลดลง  ถ้าโมเลกุลที่อยู่บริเวณผิวหน้าของของเหลวมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่มากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อยู่ข้างเคียง   โมเลกุลเหล่านั้นจะหลุดออกจากผิวหน้าของของเหลวกลายเป็นไอ   การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะไปเป็นไอโดยที่อุณหภูมิยังไม่ถึงจุดเดือดนี้เรียกว่าการระเหย   จะเกิดขึ้นบริเวณผิวหน้าของของเหลวเท่านั้น   ปัจจัยที่มีผลต่อการระเหยได้แก่  
                1.  ความชื้นในอากาศ  ถ้าอากาศมีความชื้นมากการระเหยจะช้า 
                2.  พื้นที่ผิวของของเหลว  ถ้ามีพื้นที่ผิวมากการระเหยจะเร็วขึ้น
                3.  อุณหภูมิ  โดยทั่วไปแล้วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นการระเหยจะเร็วขึ้น
                4.  การถ่ายเทของอากาศ  ถาอากาศถ่ายเทได้ดีหรือมีลมพัด  จะช่วยให้การระเหยเกิดได้เร็วขึ้น 

ขณะที่ของเหลวระเหยจะดูดพลังงานความร้อนส่วนหนึ่งไปจากของเหลวติดไปกับไอที่ระเหยไป   ทำให้ของเหลวส่วนที่เหลือมีอุณหภูมิของลดลง   ความร้อนที่ใช้ในการระเหยของของเหลวเรียกว่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ  (Latent Heat Vaporization )  ใช้หน่วยเป็นแคลอรี/กรัม  หรือจูล/กรัม  ของเหลวที่ระเหยง่ายจะใช้ความร้อนน้อยจึงมีความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอต่ำ  บรรดาเครื่องทำความเย็นต่าง ๆ เช่น ตู้เย็น  เครื่องปรับอากาศ  ต่างก็ใช้หลักการระเหยของของเหลวทั้งสิ้น  (ให้ทำความเข้าใจว่าเครื่องทำความเย็นไม่ได้ผลิตความเย็น  แต่ทำหน้าที่ดูดความร้อนจากวัตถุออกไป  การที่วัตถุเสียความร้อนจะทำให้อุณหภูมิของวัตถุลดลง  จึงรู้สึกว่าเย็น )

การระเหยที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวเดือดจะเกิดขึ้นได้พร้อมกันทั่วทุกส่วน  ถ้าเราสังเกตน้ำเดือดจะเห็นว่ามีฟองเกิดขึ้นทั่วไป  ฟองที่เห็นก็คือฟองของไอน้ำ  เป็นส่วนที่ต่างวัฏภาคกับน้ำที่ยังเป็นของเหลว  จึงแยกส่วนกัน  แต่มีอุณหภูมิเท่ากัน  คืออุณหภูมิเท่ากับจุดเดือดของของเหลวนั้น  แต่มีพลังงานจลน์ไม่เท่ากัน  ส่วนที่เป็นน้ำเดือดมีพลังงานจลน์ต่ำกว่าส่วนที่เป็นไอ   ขณะที่ของเหลวกำลังเดือดจะมีอุณหภูมิคงที่   เหตุผลเป็นทำนองเดียวกับการหลอมเหลว  (หน้า 12)  

ตัวอย่าง  ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอและจุดเดือดของของเหลวบางชนิด

                                 (คลิ้ก ชมการระเหยและปัจจัยที่มีผลต่อการระเหย)
               (คลิ้ก ชมแสดงความร้อนแฝงของการกลายหลอมเหลวและการกลายเป็นเป็นไอ)
                                  (คลิกชมแสดงพลังงานของอนุภาคทุกสถานะ)
                                  (คลิ้ก  ฟังเพลงแห่งการเปลี่ยนสถานะของน้ำ)

ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว 

                เมื่อบรรจุของเหลวในภาชนะปิด ณ อุณหภูมิหนึ่งโดยบรรจุไม่เต็ม   โมเลกุลของของเหลวที่ระเหยกลายเป็นไอจะอยู่ในที่ว่างเหนือของเหลว   ดังรูป

    

                โมเลกุลที่อยู่ในรูปของไอจะเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาเพราะมีพลังงานจลน์มาก  เมื่อชนผนังภาชนะจะทำให้เกิดความดันเรียกว่าความดันไอ (vapor pressure)  (คลิ้ก ชมการเกิดความดันไอ)  ความดันไอจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ  เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นการระเหยก็จะเกิดได้ดีขึ้น  ทำให้มีความหนาแน่นของไอเพิ่มขึ้น  ขณะเดียวกันพลังงานจลน์ของไอก็เพิ่มขึ้นด้วย ทำให้ความถี่ในการชนและพลังงานที่เกิดจากการชนมากขึ้น  ความดันจึงเพิ่มขึ้น  (คลิ้ก ชมการอธิบายเรื่องความดันไอ)  (คลิ้ก ชมการแสดงความดันไอกับอุณหภูมิ) เมื่ออุณหภูมิคงที่อัตราเร็วในการระเหยจะคงที่  ไอของของเหลวสามารถควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวได้อีก ถ้าอัตราเร็วในการระเหยเท่ากับอัตราเร็วในการควบแน่น  จะเรียกว่าระบบเข้าสู่ภาวะสมดุล  เป็นภาวะสมดุลระหว่างสถานะ   ขณะที่อยู่ในภาวะสมดุลความดันไอของของเหลวจะคงที่   (คลิ้ก ชมอัตราเร็วในการระเหยกับอัตราเร็วในการควบแน่น)

               ถ้าเปรียบเทียบระหว่างของเหลวต่างชนิดที่อุณหภูมิเดียวกัน  ของเหลวที่ระเหยง่ายจะมีความดันไอสูงกว่าของเหลวที่ระเหยยาก   ความดันไอของของเหลวต่าง ๆ  จะสัมพันธ์กับจุดเดือดของของเหลวนั้น ๆ  ในลักษณะของการแปรผกผัน  คือถ้าความดันไอสูงจุดเดือดจะต่ำ  เหตุผลคือขณะที่ของเหลวเดือดความดันไอของของเหลวจะเท่ากับความดันบรรยากาศที่กดลงบนผิวหน้าของเหลวในขณะนั้น  ฉะนั้นของเหลวที่ระเหยง่ายจึงมีจุดเดือดต่ำกว่าของเหลวที่ระเหยยาก  เพราะของเหลวที่ระเหยง่ายจะเป็นไอได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้ความร้อนสูง  โอกาสที่ความดันไอจะเท่ากับความดันบรรยากาศที่กดลงบนผิวหน้าจึงเกิดได้เร็วที่อุณหภูมิต่ำ  ต่างจากของเหลวที่ระเหยยากที่ต้องใช้ความร้อนสูงเพื่อให้เกิดการระเหย  จนมีไอมากพอที่จะทำให้มีความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ  นอกจากนั้นแล้วของเหลวชนิดเดียวกันจะมีจุดเดือดเปลี่ยนแปลงได้เมื่อความดันบรรยากาศบนผิวหน้าของเหลวเปลี่ยนไป  เรียกจุดเดือดของของเหลวที่ความดัน 1.00 บรรยากาศว่าจุดเดือดปกติ  (normal boiling  point)  เช่น  จุดเดือดปกติของน้ำ คือ 100 ^oC   แต่ถ้าความดันเพิ่มขึ้นจุดเดือดก็จะเพิ่มขึ้นด้วย   ดังกราฟที่แสดงต่อไปนี้

    

                จากกราฟเป็นการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว  3  ชนิด  คือ  ไดเอทิลอีเทอร์  เอทานอลและน้ำ  ลำดับของจุดเดือดคือ  ไดเอทิลอีเทอร์ <  เอทานอล <  น้ำ   แต่ลำดับของความดันไอคือ  ไดเอทิลอีเทอร์ >  เอทานอล >  น้ำ  แสดงว่าสารที่มีความดันไดสูงจะมีจะเดือดต่ำ จุดเดือดที่แสดงในกราฟ  เป็นจุดเดือดที่ความดัน  760 torr  หรือ  1  atm  จึงเป็นจุดเดือดปกติของสารทั้ง  3  ชนิด

แต่อย่างไรก็ตามทุกจุดบนเส้นกราฟของแต่ละสาร  ก็เป็นจุดเดือดของสารนั้น ๆ เช่นกัน  แต่ไม่ใช่จุดเดือดปกติ   เช่น  ที่ความดัน  300  torr  ถ้าลากเส้นขนานไปกับแกนนอนซึ่งแสดงอุณหภูมิ  จุดตัดระหว่างเส้นที่ลากกับเส้นกราฟของสาร  ก็คือจุดเดือดของสารเหล่านั้นเช่นกัน  แต่ไม่ใช่จุดเดือดปกติ  ดังแสดงในกราฟต่อไปนี้  จะเห็นได้ว่าที่ความดัน  300  torr  จุดเดือดของแต่ละสารจะต่ำกว่าจุดเดือดปกติของสารนั้น ๆ

    

                  ในทางตรงกันข้ามถ้าเราเพิ่มความดันให้สูงกว่า  760  torr  หรือ  1  atm  จุดเดือดของของเหลวก็จะสูงกว่าจุดเดือดปกติ  การทำให้ปลอดเชื้อด้วยหม้อนึ่งอัดความดันไอ (autoclave)   
เมื่อฝาหม้อปิดสนิท  ไอน้ำย่อมถูกเก็บสะสมเอาไว้มากขึ้นตามลำดับ  ทำให้ความดันบนผิวหน้าของของน้ำเพิ่มขึ้น   จุดเดือดจึงเพิ่มขึ้น  พบว่าที่ความดัน  15 ปอนด์/ตารางนิ้ว  (15 psi) จะมีจุดเดือดเท่ากับ
121 ^oC  จุลินทรีย์ทุกชนิดจะตายที่อุณหภูมินี้  ทำให้สิ่งต่าง ๆ  ที่ผ่านการนึ่งหรืออบด้วย autoclave  อย่างถูกวิธี  จะเป็นวัตถุปลอดเชื้อ  (streilisation)  เช่น  เครื่องมือแพทย์  อาหารสังเคราะห์ที่ใช้
เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช  อาหารกระป๋อง

    

                                                     

 หม้อนึ่งอัดความดันไอ (autoclave)  
(ชมวีดีทัศน์แสดงวิธีใช้ autoclave)

     หมายเหตุ     

          1 บาร์ = 100,000 ปาสกาล (Pa) = 100 กิโลปาสกาล (ปาสกาลคือหน่วยนิวตันต่อตารางเมตร)
          1 บาร์ ≈ 0.98692 ความดันบรรยากาศ (atm)
          1 บาร์ ≈ 14.5037744 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi)

แบบฝึกหัด 

1. (Ent.43  ต.ค.) ปัจจัยใดต่อไปนี้มีผลต่อความดันไอของของเหลว

                ก.  แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว

                ข. ปริมาณของของเหลวซึ่งมีสมดุลระหว่างของเหลวและไอ

                ค.  อุณหภูมิของของเหลว

                1.  ก                        2.  ก  ข                    3.  ก  ค                   4.  ก  ข  ค

2. (Ent.44 ต.ค.) จากกราฟความดันไอของสารต่อไปนี้

                ข้อสรุปใดถูกต้อง

                1.  ที่อุณหภูมิ  30  ^oC  สาร  C มีความดันไอต่ำสุด

                2.  สาร  A  และ  B  มีจุดเดือดเท่ากัน  ณ  ความดันบางค่า

                3.  สาร  B  มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูงที่สุด

                4.  ไม่มีข้อใดถูก

3.  (Ent.46  มี.ค.)  กำหนดค่าความดันไอของของเหลว  A  และ  B  ที่อุณหภูมิ  30^oC  และ 80  ^oC  ดังนี้

ข้อสรุปใดถูก

ก.       ของเหลว  B  เดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่าของเหลว  A

ข.       ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลว   B  < ของเหลว  B

ค.       แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของ  B < แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของ  A

ง.        มวลโมเลกุลของ  B  <  มวลโมเลกุลของ  A

1.  ก  ข                    2.  ก  ข  ค               3.  ก  ข  ง                4.  ก  ข  ค  ง

3.  (Ent.46  ต.ค.)  พิจารณากราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิของของเหลว A  และ  B  ต่อไปนี้

ข้อใดผิด

                1.  ความดันไอของของเหลว  A  และ  B  เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ

                2.  ของเหลว  B  มีความดันไอสูงกว่าของเหลว  A  ที่อุณหภูมิ  80  ^oC

                3.  ของเหลว  A  มีจุดเดือดปกติสูงกว่าของเหลว  B

                4.  ของเหลว  A  มีจุดเดือดปกติใกล้เคียงกับ  90 ^oC

4.  (A-net  49 )  จากกราฟแสดงความสัมพันธ์ของความดันไอของของเหลว  A  B  และ  C  กับอุณหภูมิ  ดังรูป

                ข้อสรุปใดถูกต้อง

                1.  ของเหลวผสม  A  B  และ  C  จะมีจุดเดือดปกติที่ครึ่งหนึ่งของ  T1  และ  T2

                2.  ที่ความดันบรรยากาศเท่ากับ  1.5  atm  ของเหลว  A  และ  B มีจุดเดือดเท่ากัน

                3.  ที่ความดันบรรยากาศสูงกว่า  1  atm  ของเหลว  A  มีจุดเดือดต่ำที่สุด

              4.  ที่ความดันบรรยากาศต่ำกว่า  1  atm  ของเหลวผสม  C  กับ  B  จะมีจุดเดือดต่ำกว่าจุดเดือดของสาร A ที่ความดันเดียวกัน

5.  (A-net  50 )  ทดลองต้มของเหลว A แบบ  ก  และ  ข  โดยที่การทดลอง  ก   เป็นต้มแบบเปิดฝา  ส่วนแบบ  ข  เป็นแบบปิดฝา ดังรูป ข้อความใดต่อไปนี้ถูกต้อง

                1.  จุดเดือดของของเหลว A  จากการทดลอง  ก  สูงกว่าการทดลอง  ข

                2.  จุดเดือดของของเหลว A  จากการทดลอง ก เท่ากับการทดลอง  ข

                3.  เมื่อให้ความร้อนเท่ากัน  ของเหลว A  ในการทดลอง  ก  จะเดือดก่อนการทดลอง  ข

4.   ขณะที่ของเหลว A เดือด  ความดันไอของของเหลว A จากการทดลอง  ก  มีค่าสูงกว่าการทดลอง 

6.  (เคมีโอลิมปิครอบคัดเลือก  43)  สาร  P Q  R  และ  S  มีมวลโมเลกุลและจุดเดือดตามที่กำหนดให้

ข้อสรุปใดถูกต้องมากที่สุด

1. สารทั้ง  4  ชนิด  เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง
2. p>q>s>r
3. P  มีความดันไอสูงที่สุด
4. แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล  P>Q>S>R

7.  (เคมีโอลิมปิครอบคัดเลือก  43)  ถ้าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว  A   มีค่ามากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว  B  สมบัติข้อใดต่อไปนี้ที่ของเหลว  A  
     มีค่าน้อยกว่าของเหลว  B

                1.  จุดเดือดปกติ

                2.  อุณหภูมิที่ทำให้ของเหลวมีความดันเท่ากับ  100  mmHg

                3.  ความร้อนของการกลายเป็นไอ

                4.  ความดันไอที่อุณหภูมิห้อง

8. (เคมีโอลิมปิครอบคัดเลือก  45) สมบัติข้อใดต่อไปนี้ที่ไม่ได้แสดงว่าสารมีแรงระหว่างโมเลกุลสูง

                1.  ความร้อนของการกลายเป็นไอสูง                                 2.  ความหนืดสูง

                3.  ความดันไอสูง                                                       4.  อุณหภูมิจุดวิกฤติสูง

9. (เคมีโอลิมปิครอบคัดเลือก  46)  ความดันไอของของเหลวในภาชนะจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร  เมื่อเพิ่มปริมาตรของของเหลวเป็น  2  เท่า  ที่อุณหภูมิคงที่

                1.  เพิ่มขึ้น                               2.  ลดลง                

                3.  คงเดิม                               4.  อาจเพิ่มขึ้นหรือลดลงขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว

10.  (เคมีโอลิมปิครอบคัดเลือก  47)  ภาชนะบรรจุปรอท  มีหลอดแก้วปลายปิดความสูงเท่ากัน  2  หลอดคว่ำอยู่ในภาชนะ  ถ้าฉีดน้ำบริสุทธิ์  (H₂O)  และเอทานอลบริสุทธิ์  ด้วยปริมาตรที่เท่ากัน
       ผ่านเข้าไปในหลอดแก้วดังรูป  เมื่อเวลาผ่านไปที่อุณหภูมิห้อง  ผลการทดลองที่คาดว่าจะสังเกตได้ตรงตามข้อใด

                กำหนดให้ความตึงผิวของน้ำและเอทานอลเท่ากับ  0.0720  และ  0.0220 N/m ตามลำดับ

1. ระดับปรอทในหลอดแก้วทั้งสองเท่ากัน

     2.  ระดับปรอทในหลอดแก้วด้านที่บรรจุน้ำสูงกว่าด้านที่บรรจุเอทานอล

     3.  ระดับปรอทในหลอดแก้วที่บรรจุน้ำต่ำกว่าด้านที่บรรจุเอทานอล

     4.  ยังสรุปไม่ได้

11.  Indicate the strongest IMF (Inter Molucular Force) holding together crystals of the following: (จงระบุชนิดของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคชนิดที่มีความแรงที่สุดในสารต่าง ๆ ต่อไปนี้)

		Molecular Crystal					Metal	Ionic Crystal	Network Solid
		London forces		Dipole-dipole attractions		Hydrogen Bonds	Metallic Bonds	Ionic Bonds	Covalent Bonds
1.	NH3
2.	Kr
3.	HCl
4.	F2
5.	KMnO4
6.	NaCl
7.	SO2
8.	CO2
9.	C3H8
10.	CH4
11.	CH3Cl
12.	HF
13.	C6H6
14.	NO
15.	H2SO4
16.	WC
17.	Si
18.	SiO2
19.	C(graphite)
20.	N2
21.	CH3OH
22.	Ag
23.	(C2H5)2NH
24.	NaOH
25.	Al
26.	PCl3
			Molecular Crystal				Metal	Ionic Crystal	Network Solid
			London forces		Dipole-dipole attractions	Hydrogen Bonds	Metallic Bonds	Ionic Bonds	Covalent Bonds
27.	XeF4
28.	He
29.	Na
30.	CO
31.	Ar
32.	Ba(OH)2
33.	O2
34.	H2O
35.	NH4Cl
36.	Hg
37.	P4
Size : 27.45 KBs Upload : 2014-02-12 20:12:51 Comment(s) Current Page(s) 1/0 << 1 >> Vote this Content ? 0 Vote(s) Create by : K-Me Status : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์