ตัวแก้ปัญหาเคมี

# คำตอบ: ค่าพีเอช (pH) ของน้ำทะเล  
  
โดยทั่วไป น้ำทะเลมีค่า pH อยู่ในช่วง **7.5 – 8.4** (ค่าเฉลี่ยประมาณ **8.1**) ซึ่งจัดว่าเป็นด่างอ่อนๆ ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น? เรามาดูที่มาของค่า pH และกลไกควบคุมกัน  
  
---  
  
## 1. สาเหตุหลักที่กำหนด pH ของน้ำทะเล  
  
1. การละลายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂)    
   CO₂ จากบรรยากาศจะละลายน้ำทะเล แล้วเกิดปฏิกิริยาดังนี้    
คัดลอก

CO₂ (g) + H₂O ⇌ H₂CO₃ (carbonic acid)
H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ (bicarbonate)
HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻ (carbonate)

ทั้งหมดนี้คือระบบสมดุลกรด–เบสของคาร์บอเนต (carbonic–carbonate system) ที่ช่วยกันดูดซับหรือปล่อย H⁺ เพื่อคง pH ไว้ในช่วงด่างอ่อน  

2. แร่ธาตุแคลเซียมและแมกนีเซียม (Ca²⁺, Mg²⁺)    
น้ำทะเลประกอบด้วยไอออน Ca²⁺, Mg²⁺ อยู่ในระดับสูง เมื่อระบบคาร์บอเนตปรับสมดุล จะเกิดการตกตะกอนของ CaCO₃ หรือ MgCO₃ ได้ ช่วยดึง CO₃²⁻ ออกจากน้ำ ทำให้ pH คงที่  

3. กระบวนการชีวภาพ    
สาหร่ายและแพลงก์ตอนพืช (phytoplankton) ดูดซับ CO₂ ไปใช้สังเคราะห์แสงในช่วงกลางวัน ทำให้ pH เพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในขณะที่การหายใจของสิ่งมีชีวิตและจุลินทรีย์จะปล่อย CO₂ กลับมาในช่วงกลางคืน ทำให้ pH ลดลงเล็กน้อย  

---  

## 2. สมการประมาณค่า pH  

หากต้องการประมาณแบบง่าย สมมติให้ระบบคาร์บอเนตเป็นสำคัญ เราใช้สมการ Henderson–Hasselbalch:  

pH = pK₁ + log₁₀([HCO₃⁻] / [H₂CO₃])

  
– pK₁ ของ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ ≈ 6.3 (ที่อุณหภูมิราว 25 °C)    
– [H₂CO₃] แปรผันตามความเข้มข้น CO₂ ละลายน้ำ (ขึ้นกับอุณหภูมิและความดัน)    
– ในทางปฏิบัติ น้ำทะเลจะมีอัตราส่วน [HCO₃⁻] มากกว่า [H₂CO₃] เป็น 10⁽¹.8⁾ จึงได้ pH ≈ 6.3 + 1.8 = 8.1  
  
---  
  
## 3. ปัจจัยที่ทำให้ pH น้ำทะเลเปลี่ยนแปลงได้  
  
- **อุณหภูมิ** : น้ำอุ่นจะละลาย CO₂ ได้น้อยกว่าน้ำเย็น → pH อาจสูงขึ้นเล็กน้อย    
- **ความเค็ม (Salinity)** : ยิ่งเค็มจัด ไอออนอาจรบกวนระบบคาร์บอเนต ทำให้ pH เปลี่ยนแปลง    
- **การระบายก๊าซ CO₂ ของบรรยากาศ** : ปริมาณ CO₂ ในอากาศมากขึ้น → ละลายน้ำมากขึ้น → pH ลดลง (Ocean acidification)    
- **กิจกรรมชีวภาพ** : พืชและสิ่งมีชีวิตในทะเลมีผลต่อสมดุล CO₂ ในแต่ละวันและแต่ละฤดูกาล  
  
---  
  
## 4. สรุป  
  
- ค่าพีเอชเฉลี่ยของน้ำทะเลทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ **8.1**    
- ช่วงโดยทั่วไปคือ **7.5 – 8.4** ขึ้นกับภูมิภาค สภาพอากาศ และกิจกรรมทางชีววิทยา    
- ความเข้าใจระบบคาร์บอเนตช่วยอธิบายการคงค่า pH ไว้ในช่วงด่างอ่อน และยังสื่อถึงปัญหา **ภาวะกร่อยของมหาสมุทร** (ocean acidification) เมื่อ CO₂ ในบรรยากาศเพิ่มขึ้น  
  
---  
  
> **หมายเหตุ** : ค่าพีเอชที่วัดได้อาจต่างกันเล็กน้อยตามวิธีการเก็บตัวอย่างและเครื่องมือวัด แต่โดยรวมจะยังคงเป็นด่างอ่อน ๆ เสมอ  
  

คำตอบ

ในการคำนวณปริมาณ NaCl ที่ต้องการ เราต้องเข้าใจความหมายของ 5% w/v ก่อน

• 5% w/v หมายถึง 5 กรัมของ NaCl ต่อ 100 มิลลิลิตรของสารละลาย

• เนื่องจากเราต้องการสารละลาย 250 มิลลิลิตร เราจึงต้องคำนวณปริมาณ NaCl ที่ต้องการดังนี้

  • 5 กรัม/100 มิลลิลิตร = x กรัม/250 มิลลิลิตร

  • x = (5 กรัม/100 มิลลิลิตร) * 250 มิลลิลิตร

  • x = 12.5 กรัม

ดังนั้น หากต้องการ 5% w/v ของ NaCl ปริมาตร 250 mL จะใช้ NaCl 12.5 กรัม

คำอธิบาย

• % w/v (เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักต่อปริมาตร) เป็นหน่วยที่ใช้ในการแสดงความเข้มข้นของสารละลาย โดยระบุเป็นน้ำหนักของสารต่อปริมาตรของสารละลาย

• ในการคำนวณปริมาณ NaCl ที่ต้องการ เราใช้สัดส่วนโดยตรงจากความเข้มข้นที่กำหนด (5% w/v) และปริมาตรของสารละลายที่ต้องการ (250 mL)

คำตอบ

1. จงคำนวณหาจำนวนมวล อนุภาค โมลและปริมาตรของออกซิเจน (O2) 1.02 × 10^23 โมเลกุล

จำนวนอนุภาค

จำนวนอนุภาคของออกซิเจน (O2) คือ 1.02 × 10^23 โมเลกุล

เนื่องจากโมเลกุลของออกซิเจนประกอบด้วย 2 อะตอมของออกซิเจน จำนวนอะตอมของออกซิเจนจึงเป็น 2 เท่าของจำนวนโมเลกุล

จำนวนอะตอมของออกซิเจน = 2 × 1.02 × 10^23 = 2.04 × 10^23 อะตอม

จำนวนมวล

มวลของออกซิเจน (O2) สามารถคำนวณได้โดยใช้มวลอะตอมของออกซิเจน (16 g/mol) และจำนวนอะตอมของออกซิเจน

มวลของออกซิเจน = จำนวนอะตอมของออกซิเจน × มวลอะตอมของออกซิเจน
= 2.04 × 10^23 อะตอม × 16 g/mol
= 32.64 × 10^23 g

จำนวนโมล

จำนวนโมลของออกซิเจน (O2) สามารถคำนวณได้โดยใช้จำนวนอะตอมของออกซิเจนและจำนวนอะตอมใน 1 โมล (6.022 × 10^23 อะตอม/โมล)

จำนวนโมลของออกซิเจน = จำนวนอะตอมของออกซิเจน ÷ จำนวนอะตอมใน 1 โมล
= 2.04 × 10^23 อะตอม ÷ 6.022 × 10^23 อะตอม/โมล
= 0.339 โมล

จำนวนปริมาตร

ปริมาตรของออกซิเจน (O2) สามารถคำนวณได้โดยใช้จำนวนโมลของออกซิเจนและปริมาตรของ 1 โมลของก๊าซ (22.4 L/โมล)

ปริมาตรของออกซิเจน = จำนวนโมลของออกซิเจน × ปริมาตรของ 1 โมล
= 0.339 โมล × 22.4 L/โมล
= 7.59 L

ดังนั้น จำนวนมวล อนุภาค โมลและปริมาตรของออกซิเจน (O2) 1.02 × 10^23 โมเลกุล คือ

• จำนวนอนุภาค: 2.04 × 10^23 อะตอม

• จำนวนมวล: 32.64 × 10^23 g

• จำนวนโมล: 0.339 โมล

• ปริมาตร: 7.59 L

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำหลังจากการละลาย NaCl สามารถคำนวณได้โดยใช้หลักการของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำเมื่อมีการละลายสารประกอบ

ขั้นแรก เราต้องคำนวณการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำหลังจากการละลาย NaCl 259 กรัมในน้ำ 100 กรัม

อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำคือ 27 °C และหลังจากการละลาย NaCl อุณหภูมิจะอยู่ที่ 42 °C ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิคือ:

ΔT = 42 °C - 27 °C = 15 °C

ต่อไป เราต้องคำนวณการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำหลังจากการละลาย NaCl 60 กรัมในน้ำ 600 กรัม

เนื่องจากอัตราส่วนของ NaCl ต่อน้ำคือ 259:100 และ 60:600 เราจึงสามารถใช้อัตราส่วนนี้เพื่อคำนวณการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้

อัตราส่วนของ NaCl ต่อน้ำคือ 259:100 = 2.59:1 และ 60:600 = 0.1:1

ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำหลังจากการละลาย NaCl 60 กรัมในน้ำ 600 กรัมคือ:

ΔT = 15 °C x (0.1/2.59) = 0.58 °C

ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำหลังจากการละลาย NaCl 60 กรัมในน้ำ 600 กรัมคือ 0.58 °C