ความเข้มข้นของสารละลาย : M N หรือ F MO Memoir : วันพุธที่ ๙ กรกฎาคม ๒๕๕๑

เคยอ่านพบปัญหาที่มีผู้ถามทางอินเตอร์เนตว่า การเตรียมสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.1 N ทำอย่างไร

มีผู้ตอบว่าที่ถูกควรเป็นสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.1 M ไม่ใช่ 0.1 N แล้วก็บรรยายวิธีเตรียมสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.1 M ให้

ในความเป็นจริงแล้วหน่วยความเข้มข้นที่ย่อว่า N นั้นมีอยู่จริง และมีนิยามที่แตกต่างไปจากหน่วย M

ในกรณีนี้โชคดีที่สารละลาย NaOH เข้มข้น 0.1 M และ 0.1 N นั้นเข้มข้นเท่ากัน แต่ถ้าเป็นกรณีของสารเคมีตัวอื่นเช่น H₂SO₄ ละก็ เป็นคนละเรื่องเลย

ปัญหานี้เกิดจากการที่ต่างคนต่างยุคสมัย ต่างประเทศต่างตำรา มีการเรียนการสอนที่ไม่เหมือนกัน

เท่าที่สอบถามจากผู้ที่เรียนกันอยู่ในปัจจุบัน พบว่าเกือบทุกคนจะรู้จักเฉพาะหน่วยความเข้มข้น M เท่านั้น จะไม่รู้จักหน่วยความเข้มข้นที่เป็น N หรือ F ซึ่งก็ไม่น่าเป็นเรื่องแปลกเพราะตำราที่ใช้สอนกันในระดับมัธยมขึ้นมาปรับใช้หน่วยความเข้มข้นให้ใช้เฉพาะหน่วย M เท่านั้น ในขณะที่คนรุ่นก่อนจะแยกการใช้หน่วยความเข้มข้นเป็นหน่วย M N หรือ F

ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อคนรุ่นก่อน (คนแก่นั่นแหละ) กับคนรุ่นใหม่ (คนหนุ่มสาว) ต้องมาทำงานร่วมกัน หรือคนรุ่นใหม่ไปหยิบวิธีการ (ทำแลป เตรียมสาร ฯลฯ) ที่เขียนไว้ตั้งนานแล้วมาใช้ หรือใช้ เอกสาร ข้อมูล ฯลฯ จากต่างประเทศ โดยที่ประเทศนั้นยังคงสอนการใช้หน่วย M N หรือ F อยู่

ทีนี้ลองมาดูกันว่า M N และ F คืออะไร

M - Molarity หรือโมลล่าร์ (mol/l)

N - Nomalitty หรือนอร์มัล

F - Formality หรือฟอร์มัล

ในอดีตทั้ง 3 หน่วยมีมุมมองที่แตกต่างกัน โดย M จะใช้กับสารที่มีสูตรโมเลกุลที่แน่นอน (เช่นสารอินทรีย์ (เช่น CH₃OH C₆H₆) สารประกอบโคเวเลนซ์ (เช่น HCl H₂SO₄ HNO₃) ฯลฯ) ส่วน F จะใช้กับสารที่ไม่มีสูตรโมเลกุลที่แน่นอนแต่มีสูตรโครงสร้างอย่างง่าย เช่นเกลือไออนิกต่าง ๆ (NaCl KCl KBr NaNO₃ K₂SO₄ ฯลฯ) และ N ใช้ในมุมมองที่ต้องการให้เห็นการเทียบเท่ากัน

เพื่อให้เห็นภาพได้ชัดเจนขึ้น ขอให้ลองพิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้

1. HCl เป็นกรดแก่ให้โปรตอนตัวเดียว แตกตัวได้ 100% ถ้านำกรด HCl มา 0.1 โมล ละลายน้ำจนมีปริมาตร 1 ลิตร จะมีความเข้มข้นเท่าใด

ปัจจุบัน สารละลายกรด HCl เข้มข้น 0.1 M (เพราะเอา HCl 0.1 โมลมาละลายน้ำ)

อดีต สารละลายกรด HCl เข้มข้น 0.1 N (ดูจากจำนวนโปรตอนที่จ่ายให้ได้คือ 0.1 mol/l) หรือ

สารละลายกรด HCl เข้มข้น 0.0 M (ในสารละลายไม่มีโมเลกุล HCl เพราะแตกตัวออกเป็น H⁺ กับ Cl^-

จนหมด หรือ

สารละลายกรด HCl เข้มข้น 0.1 F (ถ้าเอา H⁺ และ Cl^- มารวมกันจะเทียบเท่ากับ HCl เข้มข้น 0.1 โมล)

2. HA เป็นกรดอ่อนให้โปรตอนตัวเดียว แตกตัวได้ 70% ถ้านำกรด HA มา 0.1 โมล ละลายน้ำจนมีปริมาตร 1 ลิตร จะมีความเข้มข้นเท่าใด

ปัจจุบัน สารละลายกรด HA เข้มข้น 0.1 M (เพราะเอา HA 0.1 โมลมาละลายน้ำ)

อดีต สารละลายกรด HA เข้มข้น 0.1 N (เพราะสามารถจ่ายโปรตอนได้ 0.1 mol/l) หรือ

สารละลายกรด HA เข้มข้น 0.03 M (ในสารละลายมีโมเลกุล HA เหลืออยู่เพียงแค่ 30% ส่วนอีก 70% ไม่ได้

อยู่ในรูปของ HA เพราะเกิดการแตกตัว) หรือ

สารละลายกรด HA เข้มข้น 0.1 F (ถ้าเอา H⁺ และ A^- มารวมกัน และรวมกับ HA ที่ไม่แตกตัว จะเทียบเท่ากับ

มี HA 0.1 โมลต่อสารละลาย 1 ลิตร)

3. H₂SO₄ เป็นกรดที่แตกตัวให้โปรตอนได้ 2 ตัว ถ้านำกรด H₂SO₄ มา 0.1 โมล ละลายน้ำจนมีปริมาตร 1 ลิตร จะมีความเข้มข้นเท่าใด

ปัจจุบัน สารละลายกรด H₂SO₄ เข้มข้น 0.1 M (เพราะเอา H₂SO₄ 0.1 โมลมาละลายน้ำ)

อดีต สารละลายกรด H₂SO₄ เข้มข้น 0.2 N (เพราะสามารถจ่ายโปรตอนได้ 0.2 mol/l) หรือ

สารละลายกรด H₂SO₄ เข้มข้น 0.1 F (ถ้าเอา H⁺ และ HSO₄^- และ SO₄²⁼ มารวมกัน จะเทียบเท่ากับมี H₂SO₄ 0.1 โมลต่อสารละลาย 1 ลิตร)

ดังนั้นสารละลาย HCl เข้มข้น 0.1 N กับสารละลาย H₂SO₄ เข้มข้น 0.1 N จะมีความสามารถในการจ่ายโปรตอนได้เท่ากัน แต่ปริมาณโดยโมลของกรด H₂SO₄ จะเป็นเพียงครึ่งเดียวของกรด HCl

ในกรณีของเกลือไออนิกเช่น KCl เมื่อนำเกลือดังกล่าวมา 0.1 โมลละลายน้ำให้ได้ 1 ลิตร ถ้าเป็นแต่ก่อนจะบอกได้ว่าสารละลาย KCl เข้มข้น 0.1 F เพราะถือว่า KCl แตกตัวออกเป็นไอออน K+ กับ Cl^- จนหมด และ KCl ก็ไม่ใช่สูตรโมเลกุลแบบสารประกอบโควาเลนซ์ แต่เป็นสูตรแสดงสัดส่วนระหว่างไอออน K+ กับ Cl^- ในสารประกอบ แต่ในปัจจุบันจะบอกว่าเป็นสารละลาย KCl เข้มข้น 0.1 M