ข่าว O-NET/GAT/PAT
ข่าวการศึกษา
คะแนน แอดมิชชั่น
สูงสุด-ต่ำสุด
คณิตศาสตร์
วิทยาศาสตร์
ข่าววิทยาศาสตร์
ภาพยนตร์วิทยาศาสตร์
เรื่องน่ารู้
พจนานุกรม
นักวิทยาศาสตร์
คำถามวิทยาศาสตร์
สีสันวิทยาศาสตร์
การทดลองวิทยาศาสตร์
บทเรียน / แบบฝึกหัด
ฟิสิกส์ - เคมี - ชีวะ
ภาษาอังกฤษ
ภาษาไทย
ดาราศาสตร์
ประวัติศาสตร์
มุมคนเก่ง
คลังข้อสอบเก่า
คลังความรู้หลักสูตรเก่า
I.Q. Tests
 

 

หน้าแรก | มุมนักเรียน | หน้าแรกวิทยาศาสตร์ | บทเรียน | บทเรียน

บทเรียน
   

วิทยาศาสตร์ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 : การแยกสาร
 
ระดับชั้น : มัธยมต้น

การแยกสาร


สารต่างๆ มักรวมอยู่กับสารอื่นๆ ในรูปของสารผสมเนื้อเดียว หรือสารผสมไม่เป็นเนื้อเดียว ถ้าต้องการสารเพียงชนิดเดียวเพื่อนำไปใช้ประโยชน์อาจทำได้โดยแยกสารออกมาโดยอาศัยสมบัติเฉพาะตัวของสาร การแยกสารผสมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวทำได้โดยใช้วิธีการทางกายภาพ เช่น หยิบออก ร่อนด้วยตะแกรง ใช้แม่เหล็กดูด การแยกสารผสมที่เป็นเนื้อเดียว อาจแยกโดยการระเหยแห้ง การสกัดด้วยตัวทำละลายเป็นวิธีการแยกสารวิธีหนึ่งที่อาศัยหลักเกี่ยวกับการละลายของสาร สารแต่ละชนิดจะละลายได้ในตัวทำละลายที่แตกต่างกัน สารบางชนิดมีจุดเดือดต่ำ ระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายและไม่ละลายน้ำ จึงใช้ไอน้ำร้อนช่วยในการแยกสารได้ สารผสมบางชนิดที่เป็นของเหลวกับของเหลว หรือของแข็งกับของเหลว ซึ่งมีจุดเดือดต่างกันมากๆ สามารถแยกออกจากกันได้โดยการกลั่น สารผสมบางชนิดจะเคลื่อนที่ไปบนตัวดูดซับได้ต่างกัน ขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลายของสารนั้นในตัวทำละลาย หลักการนี้จึงนำมาใช้ในการแยกสารได้ สารที่แยกออกมาได้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ

การแยกสารผสม

สารต่างๆ ที่เราพบในชีวิตประจำวัน จัดเป็นสารไม่บริสุทธิ์ มีสารหลายชนิดผสมอยู่ด้วยกัน ซึ่งเราไม่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้โดยตรง จึงจำเป็นต้องแยกสารที่ต้องการอออกจากสารผสมโดยอาศัยสมบัติที่ต่างจากสารอื่นแยกชนิดที่ต้องการออกมา วิธีการแยกสารมีหลายชนิด เช่น การกรอง

การกรอง (filtration) เป็นวิธีการแยกสารผสมที่มีสมบัติการละลายในตัวทำละลายและมีขนาดอนุภาคของสารต่างกัน

การตกผลึก (Crystallization) คือ การแยกของแข็งออกจากสารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิลดลงความสามารถในการละลายก็ลดลง ส่วนของตัวละลายที่มีมากเกินพอ จะแยกตัวออกจากสารละลายเป็นของแข็งที่มีรูปทรงเรขาคณิต เรียกว่า ผลึก (crystal) เมื่อเกิดการตกผลึก ในภาชนะจะประกอบด้วยสารละลายอิ่มตัวและผลึก

  1. หลักการแยกสารโดยวิธีตกผลึกสารที่ผสมกันมีความสามารถในการละลายน้ำได้ต่างกัน


  2. วิธีการแยกสารผสมจะใช้วิธีตรียมสารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิสูงแล้วลดอุณหภูมิลง ตัวละลายที่มีอยู่มากเกินความสามารถในการละลายได้ในสารละลายนั้นจะแยกออกจากสารละลายเป็นรูปผลึก


  3. สารที่ละลายแล้วถึงจุดอิ่มตัวก่อนที่จะแยกตัวออกเป็นผลึกก่อน เมื่อลดอุณหภูมิหรือเมื่อน้ำระเหยไป
การแยกสารโดยวิธีนี้ จะพบในการทำนาเกลือ โดยการนำน้ำทะเลที่มีสารหลายชนิดละลายอยู่ เช่น แมกนีเซียมซัลเฟต แมกนีเซียมคลอไรด์ แคลเซียมคลอไรด์ แคลเซียมซัลเฟต เกลือแกง เป็นต้น มาระเหยน้ำออกไป จนในที่สุดจะได้แคลเซียมซัลเฟตตกผลึกก่อน ส่วนเกลือแกงจะตกผลึกในลำดับต่อมา

ซึ่งการตกผลึกนี้ เป็นกระบวนการที่สารบริสุทธิ์แยกตัวออกจากสารละลายอิ่มตัวในรูปของของแข็ง ผลึกที่เกิดขึ้นเป็นสารบริสุทธิ์ ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว มีรูปทรงเรขาคณิต มีเหลี่ยม มีมุม ผิวหน้าเรียบ ถ้ามีตัวละลายหลายชนิด สารที่มีสภาพการละลายได้น้อย จะตกผลึกแยกออกมาก่อน

ภาพ : ตัวอย่างลักษณะผลึกของสาร

การกลั่น

การกลั่น (Distillation) เป็นการแยกสารมีส่วนผสมเป็นของเหลวหลายชนิดผสมกัน แต่ละชนิดมีจุดเดือดต่างกัน โดยให้ความร้อน สารที่มีจุดเดือดต่ำจะกลายเป็นไอออกมาก่อน เมื่อผ่านเครื่องควบแน่น ก็จะกลั่นตัวเป็นของเหลว ซึ่งมีหลายวิธี ดังนี้

  • การกลั่นแบบธรรมดา

  • การกลั่นลำดับส่วน

  • การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ
การกลั่นแบบธรรมดา (Simple distillation) เป็นวิธีการแยกสารองค์ประกอบออกจากสารละลาย โดยตัวละลายและตัวทำละลายจะต้องมีจุดเดือดที่แตกต่างกันมาก ประมาณ 80 องศาเซลเซียส

ตัวอย่างเช่น น้ำเกลือ ประกอบด้วยตัวละลายคือ โซเดียมคลอไรด์ซึ่งมีจุดเดือดถึง 1,413 องศาเซลเซียส และน้ำซึ่งมีจุดเดือดเพียง 100 องศาเซลเซียส เมื่อกลั่นน้ำเกลือออกมาก็จะมีแต่เพียงน้ำเท่านั้นที่ระเหยกลายเป็นไอ เมื่อไอควบแน่นก็จะกลั่นตัวเป็นน้ำที่บริสุทธิ์

ภาพ : แสดงอุปกรณ์การกลั่นอย่างง่ายแบบธรรมดา

การกลั่น เป็นวิธีการแยกของเหลวออกจากสารละลาย ซึ่งตัวละลายที่มีจุดเดือดสูงกว่าตัวทำละลายมาก เช่น สารละลายจุนสี ประกอบด้วยตัวละลายคือ น้ำที่มีจุดเดือด 100 องศาเซลเซียส และตัวละลายคือ จุนสีซึ่งมีจุดเดือด 650 องศาเซลเซียส ละลายอยู่ด้วยกัน เมื่อให้ความร้อนแก่สารละลาย น้ำที่มีจุดเดือดต่ำกว่าจะกลายเป็นไอ ไอน้ำไปกระทบกับความเย็น จะควบแน่นเป็นของเหลว โดยที่จุนสีที่มีจุดเดือดสูงคงละลายอยู่ในสารละลาย น้ำที่กลั่นได้จึงเป็นน้ำบริสุทธิ์

การกลั่นลำดับส่วน

ภาพ : อุปกรณ์การกลั่นลำดับส่วน (Fractional distillation)

การกลั่นลำดับส่วน (Fractional distillation) เหมาะสำหรับกลั่นแยกของเหลวที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกัน หรือแยกสารละลายที่ตัวทำละลายและตัวถูกละลายเป็นสารที่ระเหยง่ายทั้งคู่ ซึ่งถ้ากลั่นแบบธรรมดาเพียงครั้งเดียวจะได้สารที่ไม่บริสุทธิ์ เช่น การกลั่นน้ำผสมเอทานอล ต้องกลั่นซ้ำหลายๆ ครั้ง จึงจะได้เอทานอลที่มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้นทุกครั้ง แต่ในทางปฏิบัติแทนที่จะนำของเหลวไปกลั่นซ้ำๆ กันหลายๆ ครั้ง ซึ่งจะทำให้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายและใช้เวลามาก จึงได้นำไปกลั่นในคอลัมน์ลำดับส่วนหรือในหอกลั่น ซึ่งทำหน้าที่เหมือนกับเป็นการกลั่นซ้ำหลายๆ ครั้ง การกลั่นในหอกลั่นนี้เรียกว่า การกลั่นลำดับส่วน เช่น การกลั่นน้ำมันดิบหรือน้ำมันปิโตรเลียม

การกลั่นลำดับส่วน เป็นวิธีการแยกสารสำหรับสารที่มีจุดเดือดแตกต่างกันน้อยกว่า 80 องศาเซลเซียส เครื่องมือการกลั่นจะมีการเพิ่มคอลัมน์ลำดับส่วน (fractionating column) ไว้เหนือขวดกลั่น เมื่อของเหลวที่เราต้องการแยกระเหยกลายเป็นไอ ไอจะผ่านคอลัมน์ซึ่งภายในบรรจุลูกแก้วเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสกับไอ ลูกแก้วจะช่วยดูดความร้อนเอาไว้บางส่วนเพื่อให้คอลัมน์ด้านล่างมีอุณหภูมิสูงกว่าคอลัมน์ด้านบน ไอของสารที่มีจุดเดือดต่ำจะกลั่นตัวผ่านเครื่องควบแน่นออกมาเป็นของเหลวได้ก่อน ส่วนไอของสารที่มีจุดเดือดสูงกว่า เมื่อถูกลูกแก้วอุณหภูมิจะลดต่ำลงและควบแน่นกลายเป็นของเหลวกลับลงสู่ขวดกลั่นหลายๆ ครั้ง ตัวอย่างเช่น การแยกน้ำมันดิบ เป็นต้น"

ภาพ : แสดงการกลั่นน้ำมันอิบและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่น

การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ (steam distillation) คือสารที่ต้องการ ต้องระเหยได้ง่าย จึงใช้ไอน้ำพาออกมาจากสารอื่นได้ การสกัดด้วยวิธีนี้ทำให้สารอินทรีย์ที่มีจุดเดือดสูง กลายเป็นไอออกมาที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของมันเอง

การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ เป็นวิธีทำสารให้บริสุทธิ์ หรือเป็นวิธีแยกสารออกจากกันวิธีหนึ่ง

ภาพ : แสดงการสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ

จากภาพ สกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ เป็นการสกัดสารโดยอาศัยไอน้ำให้ทำหน้าที่เป็นตัวละลายสารที่เราต้องการจะแยกออกมา ใช้แยกสารที่ระเหยง่าย ไม่ละลายน้ำ และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ เช่น การแยกสารหอมระเหยออกจากผิวมะกรูด

ตัวอย่างพืช

ส่วนที่มีน้ำมันหอมระเหย


ตะไคร้ ตะไคร้หอม
ยูคาลิปตัส กระเพรา โหระพา
กุหลาบ มะลิ การะเวก จำปา
จันทร์เทศ
มะกรูด มะนาว ส้ม
กระวาน กานพลู เร่ว
จันทร์ สน กฤษณา
อบเชย สีเลียด
แฝกหอม
ขิง ข่า ไพร

กาบใบ
ใบ
ดอก
ผล
เปลือกของผล
เมล็ด
เนื้อไม้
เปลือกไม้
ราก
เหง้า


สรุปได้ว่า หลักการแยกสาร เมื่อเราให้ความร้อนแก่น้ำจนน้ำระเหยกลายเป็นไอ ไอน้ำจะผ่านไปยังสารที่ต้องการแยกและสกัดสารที่ต้องการแยก ซึ่งเป็นสารที่ระเหยง่ายออกมา เมื่อไอของน้ำกับน้ำมันหอมระเหยผ่านเครื่องควบแน่นจะกลั่นตัวกลายเป็นของเหลว 2 ชั้น ไม่รวมตัวกัน เป็นเนื้อเดียว ตัวอย่างเช่น การสกัดแยกน้ำมันหอมระเหยจากใบกระเพรา การแยกน้ำมันหอมระเหยจากดอกกุหลาบ

ดังนั้นจึงสรุปการสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำลงในสมุดจดบันทึกของนักเรียนทุกคน ดังนี้

  • การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ เป็นวิธีทำสารให้บริสุทธิ์ หรือเป็นวิธีแยกสารออกจากกัน วิธีหนึ่ง

  • การสกัดโดยการกลั่นด้วยไอน้ำ คือสารที่ต้องการต้องระเหยได้ง่าย จึงใช้ไอน้ำพาออกมาจากสารอื่นได้ การสกัดด้วยวิธีนี้ทำให้สารอินทรีย์ที่มีจุดเดือดสูง กลายเป็นไอออกมาที่อุณหภูมิต่ำกว่า จุดเยือกแข็งของมันเอง
การสกัดด้วยตัวทำละลาย

การสกัดด้วยตัวทำละลาย (Solvent extraction) เป็นวิธีการแยกสารมที่ใช้มากในชีวิตประจำวัน ซึ่งการสกัดด้วยตัวทำละลายอาศัยหลักการดังนี้

  1. อาศัยสมบัติของการละลายของสารแต่ละชนิด สารที่ต้องการสกัดต้องละลายอยู่ในตัวทำละลาย

  2. เป็นการแยกสารที่ต้องการออกจากส่วนต่างๆ ของพืช หรือจากของผสม และต้องเลือกตัวละลายที่เหมาะสมในการสกัดที่ต้องการ
หลักการเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสม

  1. ต้องละลายสารที่ต้องการสกัดได้ดี

  2. ไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการสกัด

  3. ถ้าต้องการแยกสี ตัวทำละลายต้องไม่มีสี แยกกลิ่น ตัวทำละลายต้องไม่มีกลิ่น

  4. ไม่มีพิษ มีจุดเดือดต่ำ และแยกตัวออก จากสารที่ต้องการสกัดได้ง่าย
ซึ่งการสกัดด้วยตัวทำละลายเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม เช่น การสกัดน้ำมันพืชเพื่อใช้ประกอบอาหาร โดยการนำวัตถุดิบมาจากเมล็ดของพืช เช่น เมล็ดทานตะวัน ถั่วลิสง ข้าวโพด เป็นต้น โดยนิยมใช้เฮกเซนเป็นตัวทำละลาย หลังจากสกัดได้สารละลายที่มีน้ำมันพืชละลายอยู่ในเฮกเซน จากนั้นนำไปกรองเอากากเมล็ดพืชออก แล้วนำสารละลายไปกลั่นลำดับส่วนเพื่อแยกเฮกเซน จะได้น้ำมันพืชซึ่งต้องนำไปฟอกสี ดูดกลิ่น และกำจัดสารอื่นๆ ออกก่อน จึงจะได้น้ำมันพืช สำหรับใช้ปรุงอาหาร นอกจากนี้ในชีวิตประจำวัน เรายังใช้น้ำสกัดสีและกลิ่นจากใบเตยหอม ใช้เอทานอบสกัดตัวยาจากสมุนไพรเพื่อใช้ทำยาดอง เช่น สกัดตัวยาจากโสม เป็นต้น

เฮกเซน มีสูตรเคมี คือ C6H14 เป็นของเหลวใส ไม่มีสี มีจุดเดือดที่ 69 องศาเซลเซียส ไอของเฮกเซน เป็นอันตรายต่อระบบหายใจ

การแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี

การแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี (Chromatography) นิยมใช้แยกสารที่มีปริมาณน้อย และทำให้ทราบว่าสารนั้นมีสารใดปนอยู่ในปริมาณมากหรือน้อย โดยการสังเกตจากขนาดของแถบสี ซึ่งการแยกสารโดยวิธีนี้ เรียกว่า โครมาโทกราฟีแบบกระดาษ ซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด

หลักการแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี

  • สารที่แยกออกมาจากสารผสมได้ก่อนจะมีความสามารถละลายได้ดีในตัวทำละลายที่ใช้ในการทดลองแต่ถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับได้น้อยจึงสามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกล


  • สารที่แยกออกมาจากสารผสมได้ทีหลังจะมีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายที่ใช้ใน การทดลองได้น้อยแต่ถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับได้มากจึงสามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกล


  • ถ้าสารที่แยกออกมามีหลายสีมองเห็นเป็นช่วงๆหลายช่วงแสดงว่าสารที่ใช้ในการทดลองมีองค์ ประกอบอย่างน้อยเท่ากับสิ่งที่เราแยกได้หรือมากกว่า


  • ถ้าสารที่แยกออกมามีสีเดียวเราจะยังสรุปไม่ได้ว่า สารที่เราใช้ในการทดลองนั้นเป็นสารบริสุทธิ์ หรือมีองค์ประกอบเพียง1ชนิดเนื่องจากอาจจะมีสารอื่นปนอยู่ด้วยแต่สารนั้นแยกโดยวิธีนี้ไม่ได้หรือเราใช้ตัวทำละลายไม่เหมาะสมในการแยก
ข้อดีของโครมาโทกราฟี

  1. ใช้แยกสารที่มีปริมาณไม่มากได้ดี

  2. ใช้ประโยชน์ได้ในปริมาณวิเคราะห์คือ เราสามารถตรวจสอบได้ว่าสารที่แยกได้แต่ละชนิดนั้นมีปริมาณเท่าใด

  3. ใช้ประโยชน์ได้ในคุณภาพวิเคราะห์คือ เราสามารถตรวจสอบได้ว่าสารที่แยกได้เป็นสารใด

  4. แยกได้ทั้งสารมีสีและไม่มีสี โดยใช้ตัวทำละลาย ตัวดูดซับและสภาพแวดล้อมที่เหมือนกัน จัดเป็นสารเดียวกัน
การแยกสารโดยวิธีโครมาโทกราฟี สามารถแยกสารที่มีปริมาณน้อย และทำให้ทราบว่าสารนั้นมีสารใดปนอยู่ในปริมาณมากหรือน้อย โดยการสังเกตจากขนาดของแถบสี ซึ่งการแยกสารโดยวิธีนี้ เรียกว่า โครมาโทกราฟีแบบกระดาษ ซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด

การแยกสารโดยวิธีการอย่างง่าย

วิธีการแยกสารออกจากสารผสม เพื่อให้ได้สารบริสุทธิ์ นอกเหนือจากการกรอง การกลั่นแบบธรรมดา การกลั่นลำดับส่วน การตกผลึก การสกัดการกลั่นด้วยไอน้ำ การแยกสารโดยวิธีโครมาโทรกราฟี แล้ว ยังมีอีหลายอย่าง เช่น

  • การระเหย สารละลายที่ประกอบด้วยของแข็งที่ระเหยยากและตัวทำละลายที่ระเหยง่าย สามารถแยกของผสมนี้ออกจากกันได้ด้วยความร้อน เมื่อละลายได้รับความร้อน ตัวทำละลายระเหยออกไปเหลือของแข็งที่ไม่ระเหยอยู่ที่ก้นภาชนะ


  • การใช้กรวยแยก วิธีนี้ใช้แยกของเหลวที่ไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน ของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะอยู่ชั้นบน ส่วนของเหลวที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะอยู่ชั้นล่าง เมื่อต้องการแยกของเหลวก็เปิดก๊อกให้ของเหลวชั้นล่างไหลลงมาในภาชนะที่รองรับ


  • การระเหิด วิธีนี้เหมาะสำหรับใช้แยกของแข็งซึ่งสถานะเป็นก๊าซได้ด้วยความร้อน โดยไม่ผ่านขั้นตอนการเป็นของเหลว จึงใช้แยกของผสมซึ่งสารหนึ่งเป็นสารที่ระเหิดได้ออกจากสารที่ไม่ระเหิด


  • วิธีหยิบออก ถ้าของแข็งที่ผสมอยู่มีลักษณะเป็นก้อนโต ก็ใช้วิธีเลือกหยิบออกทีละชิ้นได้


  • ใช้แม่เหล็กดูด วิธีนี้ใช้แยกสารแม่เหล็กออกจากสารที่ไม่ใช่สารแม่เหล็ก
การแยกสารเป็นเรื่องที่มีความสำคัญในชีวิตประจำวัน เนื่องจากประเทศไทยเรายังมีทรัพยากรธรรมชาติอีกมากมาย เช่น สมุนไพรต่างๆ แร่ หิน ต่างๆ ถ้าเราสามารถแยกสารที่เป็นประโยชน์ได้ ก็จะสามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ในกิจการต่างๆ ทั้งในทางอุตสาหกรรม เกษตรกรรม การแพทย์ เป็นต้น


ที่มาข้อมูล : - หนังสือแบบเรียนวิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 (สสวท) กระทรวงศึกษาธิการ
- คู่มือครูสาระการเรียนรู้พื้นฐาน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 (สสวท) กระทรวงศึกษาธิการ
จำนวนคนอ่าน 116613 คน
   
 

© 2000 - 2014 www.myfirstbrain.com All Rights Reserved