เวลาที่เราเอาท่อขนาดเล็ก
(พวก
capillary
tube) จุ่มลงในของเหลว
เราจะเห็นของเหลวนั้นไต่สูงขึ้นมาตามผิวท่อด้านใน
หรือยุบตัวต่ำลงไป
หรือถ้าเราให้ของเหลวในปริมาณหนึ่งไหลผ่านท่อขนาดเล็ก
(เช่นที่ปลายของบิวเรตหรือปิเปต)
ด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว
เราก็จะเห็นของเหลวส่วนหนึ่งค้างอยู่ในท่อขนาดเล็กนั้น
ในทั้งสองกรณี
ปริมาตรของเหลวที่จะไต่ขึ้นมาตามผิวท่อด้านใน
(หรือจมยุบลงไป)
และที่สามารถค้างอยู่ในท่อขนาดเล็กได้
ขึ้นอยู่กับแรงตึงผิวและความหนาแน่นของของเหลวนั้น
รูปที่
๑ ปริมาตรของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลาย
graduated
pipette (ซ้าย)
น้ำมันถั่วเหลือง
(กลาง)
น้ำกลั่น
(ขวา)
เอทานอล
ปิเปตที่ใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการนั้นมีอยู่สองแบบ
แบบแรกคือ transfer
pipette ที่มีลักษณะเป็นท่อแก้วเล็ก
ๆ ยาว ๆ มีกระเปาะอยู่ตรงกลาง
แบบที่สองคือ graduated
pipette ที่มีลักษณะเป็นท่อแก้วทรงกระบอกปลายเรียวแหลม
มีขีดบอกปริมาตรตามความยาวปิเปต
ตัว transfer
pipette
แต่ละชิ้นนั้นได้รับการสอบเทียบความถูกต้องมาที่ค่าใดค่าหนึ่งเพียงค่าเดียว
จะใช้ตวงของเหลวปริมาตรอื่นนอกเหนือไปจากค่าที่สอบเทียบไว้ไม่ได้
เช่น transfer
pipette ขนาด
10
ml ก็จะตวงของเหลวได้ถูกต้องที่ปริมาตร
10
ml เพียงค่าเดียวเท่านั้น
ในขณะที่ตัว graduated
pipette ขนาด
10
ml จะมีขีดบอกปริมาตรข้างลำตัวตั้งแต่
0
ml (อยู่ด้านบนสุด)
ไปจนถึง
9
ml ที่อยู่ล่างสุด
และถ้าปล่อยให้ไหลออกจนหมดก็จะได้ปริมาตร
10
ml (ต่ำกว่า
9
ml มันทำขีดบอกปริมาตรไม่ได้
เพราะเป็นส่วนที่ปลายมันเรียวแหลม
ไม่ได้เป็นส่วนลำตัวทรงกระบอก
ดังแสดงในรูปข้างบน)
ทีนี้สมมุติว่าเราต้องการตวงของเหลวปริมาตร
3
ml ซึ่งก็แน่นอนว่าต้องใช้
graduate
pipette (เพราะตัว
transfer
pipette มันไม่มีขนาดปริมาตร
3
ml) คำถามก็คือเราควร
(ก)
ดูดของเหลวขึ้นมาจนถึงตำแหน่ง
0
ml แล้วปล่อยให้ไหลออกจนถึงขีด
3
ml หรือ
(ข)
ดูดขึ้นมาจนถึงตำแหน่ง
7
ml แล้วปล่อยให้ไหลออกจนหมด
ที่ปลายปิเปตนั้นมันเป็นท่อเล็ก
ๆ
ดังนั้นเมื่อเราปล่อยให้ของเหลวในปิเปตไหลออกอย่างอิสระด้วยแรงโน้มถ่วง
ก็จะมีของเหลวค้างอยู่ที่ส่วนที่เป็นท่อเล็ก
ๆ นั้นในปริมาตรหนึ่ง
แม้ว่าหลังจากนั้นเราจะเอาปลายปิเปตปัจจุบันแตะกับผิวภาชนะรองรับของเหลว
ของเหลวที่ค้างอยู่ในส่วนที่เป็นท่อเล็ก
ๆ นั้นก็จะไหลออกมาเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น
ยังคงมีอีกส่วนหนึ่งค้างอยู่ที่ปลายปิเปต
ปัญหาที่มักเกิดขึ้นก็คือเราจำเป็นต้องไล่ของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลายปิเปตนี้ออกมาไหม
ปิเปตที่มีใช้กันในปัจจุบันมีทั้งชนิดที่
"ไม่ต้องไล่"
และ
"ต้องไล่"
ของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลายปิเปต
โดยส่วนตัวเท่าที่เคยเห็นมานั้น
ปิเปตที่ใช้กันในบ้านเราจะเป็นชนิดที่
"ไม่ต้องไล่"
ของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลายปิเปต
เพราะในการสอบเทียบความถูกต้องของปริมาตรของเหลวที่ปิเปตปล่อยออกมานั้น
เขาไม่ได้รวมเอาปริมาตรของเหลวที่สามารถค้างอยู่ที่ปลายปิเปตนี้เข้าไปด้วย
ดังนั้นถ้าเราไปไล่เอาของเหลวที่ค้างอยู่ที่ปลายปิเปตนี้ออกมา
เราจะได้ของเหลวในปริมาตรที่มากเกินจริง
ที่กล่าวมาเป็นสิ่งที่สอนกันอยู่ทั่วไปในการเรียนปฏิบัติการเคมี
แต่มีสิ่งหนึ่งที่มักไม่ได้มีการเน้นย้ำความสำคัญก็คือ
ในการสอบเทียบความถูกต้องนั้น
เขาใช้ "น้ำ"
เป็นตัวสอบเทียบ
ดังนั้นถ้าเราเอาปิเปตนั้นไปตวงของเหลวชนิดอื่นที่ไม่ใช่น้ำ
ปริมาตรของเหลวที่สามารถค้างอยู่ที่ปลายปิเปตก็จะเปลี่ยนไปด้วย
สำหรับท่อที่มีขนาดเท่ากัน
ปริมาตรของเหลวที่สามารถค้างอยู่ในท่อได้ขึ้นอยู่กับแรงตึงผิวและความหนาแน่นของของเหลวนั้น
รูปที่
๑ เป็นการทดลองด้วยการใช้
graduated
pipette ดูดของเหลวขึ้นมา
แล้วปล่อยให้ไหลออกอย่างอิสระ
จากนั้นจึงนำปลายปิเปตแตะกับผิวบีกเกอร์
ปริมาตรของเหลวที่เห็นค้างอยู่คือปริมาตรหลังจากที่แตะปลายปิเปตเข้ากับผิวบีกเกอร์แล้ว
ตัวซ้ายคือน้ำมันถั่วเหลือง
กลางคือน้ำกลั่น และขวาคือเอทานอล
(analar
grade) อันที่จริงการทดลองนี้ถ้าจะให้ดีที่สุดก็ควรต้องใช้ปิเปตตัวเดิม
(จะได้มั่นใจว่าขนาดรูที่ปลายปิเปตเหมือนกันหมดทุกการทดลอง)
จะได้หมดข้อโต้เถียง
แต่ก็คิดว่าด้วยการใช้ปิเปตที่มีขนาดปลายท่อใกล้เคียงกัน
ก็น่าจะเพียงพอที่จะทำให้เห็นปัญหาที่ต้องการแสดง
คือของเหลวแต่ละชนิดกัน
จะค้างอยู่ที่ปลายปิเปตไม่เท่ากัน
สำหรับของเหลวที่เปียกผิวแก้วได้นั้น
ผลของแรงตึงผิวสูงกับความหนาแน่นที่มีต่อปริมาตรของเหลวที่จะค้างอยู่ในหลอดแก้วได้นั้นจะตรงข้ามกัน
กล่าวคือแรงตึงผิวที่สูงจะช่วยในการยึดเกาะกับผิวแก้ว
ส่วนความหนาแน่นที่สูงจะเป็นตัวดึงให้ของเหลวไหลลงล่าง
ดังนั้นการแปลผลที่เห็นในรูปที่
๑ จึงต้องใช้ความระมัดระวัง
(เช่นน้ำมีแรงตึงผิวสูงกว่าเอทานอล
แต่ก็มีความหนาแน่นมากกว่าด้วย)
ทีนี้ถ้าเราย้อนกลับไปที่คำถามเกี่ยวกับ
graduated
pipette ที่กล่าวมาข้างต้น
จะเห็นว่าถ้าเราดูดของเหลวจนถึงขีด
0
ml แล้วปล่อยให้ของเหลวไหลออกมาจนถึงขีด
3
ml นั้น
ของเหลวไม่ว่าจะมีแรงตึงผิวหรือความหนาแน่นเท่าใดที่ไหลออกมา
กล่าวได้ว่าจะมีปริมาตรเท่ากัน
แต่ถ้าเราใช้วิธีดูดของเหลวขึ้นมาจนถึงเลข
7
ml แล้วปล่อยให้ไหลออกจนหมด
อาจเกิดปัญหาที่ของเหลวต่างชนิดกันจะมีปริมาตรที่ค้างอยู่ที่ปลายไม่เท่ากันได้
ปัญหานี้ก็เกิดกับ transfer
pipette ด้วยเช่นกัน
ดังนั้นการเตรียมสารละลายเจือจาง
เช่นการเจือจางของเหลวที่เป็นสารอินทรีย์ในตัวทำละลาย
หรือเจือจางกรดเข้มข้น
จึงควรต้องคำนึงถึงปัญหาข้อนี้
ในบางครั้งการใช้การชั่งน้ำหนักของเหลวที่ต้องการเจือจางให้ได้น้ำหนักที่แน่นอน
แล้วค่อยเติมตัวทำละลายจนได้สารละลายที่มีปริมาตรตามต้องการ
อาจให้ความถูกต้องมากกว่า
(แต่มีข้อแม้ว่าของเหลวนั้นต้องไม่ระเหยเร็วนะ
แล้วค่อยคำนวณหาปริมาตรเอาจากความหนาแน่น)
แต่สำหรับกรณีของสารละลายที่เจือจางในน้ำ
อาจถือได้ว่าความแตกต่างนี้ไม่มีนัยสำคัญได้
ท้ายนี้ต้องขอขอบคุณคุณโจ
ผูเป็นเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการของภาควิชา
ที่ช่วยเตรียมอุปกรณ์และจัดการทดลองนี้เพื่อให้ผมถ่ายรูปได้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น