Solutions: Concentration Units & Colligative Properties

FMMD1104 Chemistry for Health Science

ส่วนที่ 1 — Solubility และ Degree of Saturation

Solubility คือ ปริมาณสูงสุด ของ solute ที่ละลายได้ใน solvent ที่อุณหภูมิกำหนด โดยทั่วไปสำหรับของแข็ง ยิ่งอุณหภูมิสูง → solubility ยิ่งเพิ่มขึ้น (เพราะพลังงานความร้อนช่วยทำลาย intermolecular forces ของผลึก)

Degree of Saturation — 3 ระดับ

Supersaturated solution เกิดได้อย่างไร? ละลายที่อุณหภูมิสูง (ซึ่ง solubility สูงกว่า) แล้ว ค่อยๆ เย็นลง โดยไม่มี perturbation — สารละลายจะยังคง "อุ้ม" solute ไว้เกินกว่าที่ควรจะเป็น แต่ถ้าเติม seed crystal หรือรบกวน จะตกผลึกทันที

ส่วนที่ 2 — Concentration Units

Concentration = Amount of solute / Amount of solvent หรือ solution

หน่วยร้อยละ (Relative Units)

1. %w/w (mass percent)

%w/w = (mass of solute / mass of solution) x 100

• ตัวอย่าง: NaCl 4 g ใน solution 1 kg → %w/w = 4/1000 × 100 = 0.4% w/w

2. %v/v (volume percent)

%v/v = (volume of solute / volume of solution) x 100

• ใช้กับ solute ที่เป็นของเหลว เช่น แอลกอฮอล์ในเครื่องดื่ม

3. %w/v (mass/volume percent) — หน่วยที่ใช้บ่อยที่สุดทางการแพทย์

%w/v = (mass of solute (g) / volume of solution (mL)) x 100

• ตัวอย่างคลินิก: Adrenalin 1 mg/mL → %w/v = 0.001 g / 1 mL × 100 = 0.1% w/v
• Normal saline 0.9% w/v = 0.9 g NaCl ใน 100 mL solution

Dilution Practice (ตัวอย่างสำคัญ): เด็กน้ำหนัก 16 kg ต้องการ dextrose 0.25 g/kg = 4 g มียา stock 50% w/v dextrose

• ปริมาตร stock ที่ต้องดูด = 4 g × (100 mL / 50 g) = 8 mL
• ต้องการ 10% w/v dextrose = 4 g / x mL = 10/100 → x = 40 mL
• ดังนั้นเติมน้ำ 40 − 8 = 32 mL เพื่อ dilute

หน่วยเจือจาง (Dilute Concentration Units)

ใช้เมื่อ concentration น้อยมาก เช่น มลพิษในอากาศ, trace elements

ppm (parts per million) = (parts of solute / parts of solution) x 10^6
ppb (parts per billion) = (parts of solute / parts of solution) x 10^9

• ตัวอย่าง: He ในอากาศ = 0.0005% → ppm = 0.0005 × 10000 = 5 ppm
• Xe = 0.000009% → ppm = 0.09 ppm = 90 ppb

Mole และ Molar Mass

อะตอมและโมเลกุลเล็กมาก (H weighs 1.67 × 10⁻²⁴ g) → นักเคมีใช้หน่วย mole

• 1 mol = 6.02 × 10²³ particles (Avogadro's number)
• Molar Mass = Mr (g/mol) → คือ relative molecular mass ในหน่วย g/mol
  • H₂O: (1.0×2) + 16.0 = 18.0 g/mol → น้ำ 18 g = 1 mol
  • Glucose C₆H₁₂O₆: (12×6) + (1×12) + (16×6) = 180 g/mol

Molarity (M หรือ mol/dm³)

Molarity (M) = moles of solute / volume of solution (L)

• ตัวอย่าง: acetic acid 3.78 g ใน 100 mL solution (density 1.0 g/mL)
  • mol = 3.78/60.0 = 0.0630 mol; V = 0.100 L
  • M = 0.0630/0.100 = 0.63 M

Molality (m หรือ mol/kg)

Molality (m) = moles of solute / mass of solvent (kg)

• ข้อดีของ molality: ไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิและความดัน (เพราะใช้ mass ไม่ใช่ volume) ต่างจาก molarity ที่ volume เปลี่ยนเมื่อ T เปลี่ยน