1.3 การวัดปริมาณสาร

 

1.3 การวัดปริมาณสาร

     ในปฏิบัติการเคมีจำเป็นต้องมีการชั่ง ตวง และวัดปริมาณสาร ซึ่งการชั่ง ตวง วัด 

มีความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดจากอุปกรณ์ที่ใช้ หรือผู้ทำปฏิบัติการ ที่จะส่งผลให้

ผลการทดลองที่ได้มีค่ามากกว่าหรือน้อยกว่าค่าจริง
     ความน่าเชื่อถือของข้อมูล สามารถพิจารณาได้จาก 2 ส่วนด้วยกัน 

คือ ความเที่ยง (precision) และ ความแม่น (accuracy) ของข้อมูล โดยความเที่ยง

คือ ความใกล้เคียงกันของ ค่าที่ได้จากการวัดซ้ำ ส่วนความแม่น คือ ความใกล้เคียง

ของค่าเฉลี่ยจากการวัดซ้ำเทียบกับค่าจริง

     1.3.1 อุปกรณ์วัดปริมาตร
     อุปกรณ์วัดปริมาตรสารเคมีท่เีป็นของเหลวที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์

มีหลายชนิด แต่ละชนิดมีขีดและตัวเลขแสดงปริมาตรที่ได้รับการตรวจสอบมาตรฐาน 

และกำหนดความคลาดเคลื่อน
ที่ยอมรับได้ บางชนิดมีความคลาดเคลื่อนน้อย บางชนิด มีความคลาดเคลื่อนมาก 

ในการเลือกใช้ต้องคำนึงถึงความเหมาะสมกับปริมาตรและ ระดับความแม่นที่ต้องการ 

อุปกรณ์วัดปริมาตรบางชนิดที่นักเรียนได้ใช้งานในการทำปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์

ที่ผ่านมา เช่น บีกเกอร์ ขวดรูปกรวย กระบอกตวง เป็นอุปกรณ์ที่ไม่สามารถบอกปริมาตร

ได้แม่นมากพอสำหรับการทดลองในบางปฏิบัติการ

          บีกเกอร์
     บีกเกอร์(beaker) มีลักษณะเป็นทรงกระบอกปากกว้าง มีขีดบอกปริมาตร

ในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด

          ขวดรูปกรวย

     ขวดรูปกรวย (erlenmeyer flask) มีลักษณะคล้ายผลชมพู่ มีขีดบอกปริมาตร

ในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด

          กระบอกตวง
กระบอกตวง (measuring cylinder) มีลักษณะเป็นทรงกระบอก มีขีดบอกปริมาตรใน

ระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด

    

  นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่สามารถวัดปริมาตรของของเหลวได้แม้นมากกว่าอุปกรณ์ข้างต้น 

โดยมีทั้งที่เป์นการวัดปริมาตรของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายใน และการวัดปริมาตร

ของของเหลวที่ถ่ายเท เช่น ปิเปตต์ บิวเรตต์ ขวดกำหนดปริมาตร

          ปิเปตต์
     ปิเปตต์ (pipette) เป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่มีความแม่นสูง ซึ่งใช้สำหรับถ่ายเท

ของเหลว ปิเปตต์ที่ใช้กันทั่วไปมี 2 แบบ คือ แบบปริมาตรซึ่งมีกระเปาะตรงกลาง 

มีขีดบอกปริมาตรเพียงค่าเดียว และแบบใช้ตวง มีขีดบอกปริมาตรหลายค่า

          บิวเรตต์
     บิวเรตต์ (burette) เป็นอุปกรณ์สำหรับถ่ายเทของเหลวในปริมาตรต่าง ๆ ตามต้องการ 

มีลักษณะเป็นทรงกระบอกยาวที่มีขีดบอกปริมาตร และมีอุปกรณ์ควบคุมการไหลของ

ของเหลวที่เรียกว่า ก็อกปิดเปิด (stop cock)

          ขวดกำหนดปริมาตร
     ขวดกำหนดปริมาตร (volumetric flask) เป็นอุปกรณ์สำหรับวัดปริมาตรของ

ของเหลวที่บรรจุภายใน ใช้สำหรับเตรียมสารละลายที่ต้องการความเข้มข้นแน่นอน 

มีขีดบอกปริมาตรเพียงขีดเดียว
มีจุกปิดสนิท ขวดกำหนดปริมาตรมีหลายขนาด

     การใช้อุปกรณ์วัดปริมาตรเหล่านี้ให้ได้ค่าที่น่าเชื่อถือจะต้องมีการอ่านปริมาตรของของเหลวให้ถูกวิธี โดยต้องให้สายตาอยู่ระดับเดียวกันกับระดับส่วนโค้งของของเหลว โดยถ้าส่วนโค้งของของเหลวมีลักษณะเว้า ให้อ่านปริมาตรที่จุดต่ำสุดของส่วนโค้งนั้น แต่ถ้าส่วนโค้งของของเหลวมีลักษณะนูน ให้อ่านปริมาตรที่จุดสูงสุดของส่วนโค้งนั้น การอ่านค่าปริมาตรของของเหลวให้อ่านตามขีดบอกปริมาตรและประมาณค่าทศนิยมตำแหน่งสุดท้าย
     1.3.2 อุปกรณ์วัดมวล
     เครื่องชั่ง เป็นอุปกรณ์สำหรับวัดมวลของสารทั้งที่เป็นของแข็งและของเหลว ความน่าเชื่อถือ
ของค่ามวลที่วัดได้ขึ้นอยู่กับความละเอียดของเครื่องชั่งและวิธีการใช้เครื่องชั่ง เครื่องชั่งที่ใช้ในห้อง
ปฏิบัติการเคมีโดยทั่วไปมี 2 แบบ คือ เครื่องชั่งแบบสามคาน (triple beam) และเครื่องชั่งไฟฟ้า (electronic balance) ซึ่งมีส่วนประกอบหลัก

     1.3.3 เลขนัยสำคัญ

     ค่าที่ได้จากการวัดดาวยอุปกรณ์การวัดต่าง ๆ ประกอบด้วยตัวเลขและหน่วย 

โดยค่าตัวเลขที่วัดได้จากอุปกรณ์แต่ละชนิดอาจมีความละเอียดไม่เท่ากัน ซึ่งการบันทึก

และรายงานค่าการอ่านต้องแสดงจำนวนหลักของตัวเลขที่สอดคล้องกับความละเอียดของอุปกรณ์

     การนับเลขนัยสำคัญ
การนับเลขนัยสำคัญของข้อมูลมีหลักการ ดังนี้
     1. ตัวเลขที่ไม่มีเลขศูนย์ทั้งหมดนับเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น1.23 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
     2. เลขศูนย์ที่อยู่ระหว่างตัวเลขอื่น นับเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น6.02 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว 

72.05 มีเลขนัยสำคัญ 4 ตัว
     3. เลขศูนย์ที่อยู่หน้าตัวเลขอื่น ไม่นับเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น0.25 มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว

 0.025 มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว
     4. เลขศูนย์ที่อยู่หลังตัวเลขอื่นที่อยู่หลังทศนิยม นับเป็นเลขนัยสำคัญ 

เช่น 0.250 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว 0.0250 มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
     5. เลขศูนย์ที่อยู่หลังเลขอื่นที่ไม่มีทศนิยม อาจนับหรือไม่นับเป็นเลขนัยสำคัญก็ได้ 1 

เช่น100 อาจมีเลขนัยสำคัญเป็น 1 2 หรือ 3 ตัวก็ได้เนื่องจากเลขศูนย์ในบางกรณี

อาจมีค่าเป็นศูนย์จริง ๆ จากการวัด หรือเป็นตัวเลขที่ใช้แสดงให้เห็นว่าค่าดังกล่าวอยู่ในหลักร้อย
     6. ตัวเลขที่แม่นตรง (exact number) เป็นตัวเลขที่ทราบค่าแน่นอนมีเลขนัยสำคัญเป็นอนันต์ 

เช่น ค่าคงที่ เช่น π = 3.142…  มีเลขนัยสำคัญเป็นอนันต์ค่าจากการนับ 

เช่น ปิเปตต์ 3 ครั้ง เลข 3 ถือว่ามีเลขนัยสำคัญเป็นอนันต์ค่าจากการเทียบหน่วย

 เช่น 1 วัน มี 24 ชั่วโมง ทั้งเลข 1 และ 24 ถือว่ามีเลขนัยสำคัญเป็นอนันต์
     7. ข้อมูลที่มีค่าน้อย ๆ หรือมาก ๆ ให้เขียนในรูปของสัญกรณ์วิทยาศาสตร์2 

โดยตัวเลขสัมประสิทธิ์
ทุกตัวนับเป็นเลขนัยสำคัญ เช่น
6.02 × 10²³ มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
1.660 × 10-²⁴ มีเลขนัยสำคัญ 4 ตัว
ค่าตัวเลข 100 ในตัวอย่างข้อ 5 สามารถเขียนในรูปของสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ 

แล้วแสดงเลขนัย สำคัญได้อย่างชัดเจน เช่น
1 × 10² มีเลขนัยสำคัญ 1 ตัว
1.0 × 10² มีเลขนัยสำคัญ 2 ตัว
1.00 × 10² มีเลขนัยสำคัญ 3 ตัว
     การนำค่าตัวเลขที่ได้จากการวัดมาคำนวณจะต้องคำนึงถึงเลขนัยสำคัญของผลลัพธ์ 

โดยการคำนวณส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับตัวเลขที่ได้จากอุปกรณ์ที่แตกต่างกันทั้งหน่วย

และความละเอียด ดังนั้นต้องมีการตัดตัวเลขในผลลัพธ์ด้วยการปัดเศษ ดังต่อไปนี้
     การปัดตัวเลข
การปัดตัวเลข (rounding the number) พิจารณาจากตัวเลขที่อยู่ถัดจาก

ตำแหน่งที่ต้องการดังนี้
     1. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค้าน้อยกว่า 5 ให้ตัดตัวเลขที่อยู่ถัดไป

ทั้งหมด เช่น5.7432 ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 5.7 ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 3 ตัว 

ปัดเป็น 5.74
     2. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่ามากกว่า 5 ให้เพิ่มค่าของ

ตัวเลขตำแหน่งสุดท้าย ที่ต้องการอีก 1 เช่น 3.7892 ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 2 ตัว 

ปัดเป็น 3.8 ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 3 ตัว ปัดเป็น 3.79

     3. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และมีตัวเลขอื่น

ที่ไม่ใช่ 0 ต่อจากเลข5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตำแหน่งสุดท้ายที่ต้องการอีก 1 เช่น 2.1652 

ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 3 ตัว ปัดเป็น 2.17 กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องกา

รมีค่าเท่ากับ 5 และมี 0 ต่อจากเลข 5 ให้พิจารณาโดย
ใช้หลักการในข้อ 4
    4. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และไม่มีเลขอื่นต่อจากเลข 5 

ต้องพิจารณาตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 ดังนี้
          4.1 หากตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคี่ ให้ตัวเลขดังกล่าวบวกค่าเพิ่มอีก 1 แล้วตัดตัวเลข 

ตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด เช่น 0.635 ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 0.64
          4.2 หากตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคู่ ให้ตัวเลขดังกล่าวเป็นตัวเลขเดิม 

แล้วตัดตัวเลข  ตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด เช่น 0.645 ถ้าต้องการเลขนัยสำคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 0.64
สำหรับการคำนวณหลายขั้นตอน การปัดตัวเลขของผลลัพธ์ให้ทำในขั้นตอนสุดท้ายของการคำนวณ
     การบวกและการลบ
     ในการบวกและลบ ผลลัพธ์ที่ได้จะมีจำนวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมเท่ากับ

ข้อมูลที่มีจำนวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมน้อยที่สุด
     การคูณและการหาร
     ในการคูณและการหาร ผลลัพธ์ที่ได้จะมีจำนวนเลขนัยสำคัญเท่ากับข้อมูลที่มีเลขนัยสำคัญ

น้อยที่สุด