3 การวัดปริมาณสาร
1.3.1 อุปกรณ์วัดปริมาตร อุปกรณ์วัดปริมาณสารเคมีที่เป็นของเหลวที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์มีหลายชนิด แต่ละชนิดมีขีดและตัวเลขแสดงปริมาตรที่ได้จากการตรวจสอบมาตรฐานและกำหนดความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้บางชนิดมีความคลาดเคลื่อนน้อย บางชนิดมีความคาดเคลื่อนมาก ปริมาตรและระดับความหน้าที่ต้องการอุปกรณ์วัดปริมาตรบางชนิดที่นักเรียนได้ใช้ในงานในการทำปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ที่ผ่านมา เช่นบีกเกอร์ ขวดรูปกรวยกระบอกตวงเป็นอุปกรณ์ที่ไม่สามารถบอกปริมาตรได้แม่นมากพอสำหรับการทดลองในการปฏิบัติการบางการปฏิบัติการ
- บีกเกอร์ มีลักษณะเป็นทรงกระบอกปากว่ามีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร
- ขวดรูปกรวย มีลักษณะคล้ายขนชมพู่มีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด มีหลายขนาด
- กระบอกตวง มีลักษณะเป็นทรงกระบอกมีขีดบอกปริมาตรในระดับ มิลลิลิตร มีหลายขนาด
นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่สามารถวัดปริมาตรของของเหลวได้มากกว่าอุปกรณ์ ข้างต้น เช่น
- ปิเปตต์ เป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่มีความแม่นยำสูง ใช้สำหรับถ่ายเทของเหลว มี 2 แบบแบบปริมาตรที่มีกระเปาะตรงกลางมีขีดบอกปริมาตร เพียงค่ายเดียวและแบบใช้ตวงมีขีดบอกปริมาตรหลายค่า
- บิวเรตต์ เป็นอุปกรณ์สำหรับถ่ายเทของเหลวในปริมาตรต่างๆตามต้องการ มีลักษณะเป็นทรงกระบอกที่มีขีดบอกปริมาตรและมีอุปกรณ์ควบคุมการไหลของของเหลวที่เรียกว่า ก๊อกปิดเปิด ขวดกำหนดปริมาตรเป็นอุปกรณ์สำหรับวัดปริมาตรของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในใช้สำหรับเตรียมสารละลายที่ต้องการความเข้มข้นแน่นอนมีขีดบอกปริมาตรเพียงขีดเดียวมีจุกปิดสนิทขวดกำหนดปริมาตรมีหลายขนาด
การใช้อุปกรณ์วัดปริมาตรเหล่านี้ให้ได้ค่าที่น่าเชื่อถือ จะต้องมีการอ่านปริมาตรของของเหลวให้ถูกวิธี โดยต้องให้อยู่ในระดับสายตา
1.3.2 อุปกรณ์วัดมวล
เครื่องชั่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับวัดมวลทั้งที่เป็นของแข็งและของเหลวความน่าเชื่อถือของค่าวัดมวลที่ได้ขึ้นอยู่กับความละเอียดของเครื่องชั่งและวิธีการใช้เครื่องชั่ง เครื่องชั่งมี 2 แบบแบบเครื่องชั่งสามคานและเครื่องชั่งไฟฟ้า
เครื่องชั่งสามคาน
1.3.3 เลขนัยสำคัญ
การนับเลขนัยสำคัญ มีหลักการดังนี้
1.ตัวเลขที่ไม่ใช่ 0 ทั้งหมด ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ
2.เลข 0 ที่อยู่ระหว่างตัวอื่นถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ
3.เลข ที่อยู่หน้าตัวเลขอื่นไม่ถือว่าเป็นเลขนัยสําคัญ
4.เลข 0 ที่อยู่หลังตัวเลขอื่นที่เป็นอยู่หลังทศนิยม ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ
5.เลข 0 ที่อยู่หลังเลขที่ไม่มีทศนิยมอาจนับเป็นเลขนัยสำคัญ หรือไม่นับก็ได้
6.ตัวเลขที่แม่นตรงเป็นตัวเลขที่ซ้ำเข้าแน่นอนมีเลขนัยสำคัญเป็น อนันต์
7.ข้อมูลที่มีค่าน้อยมากๆหรือเขียนในรูปของสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ ตัวเลข สัมประสิทธิ์ ทุกตัวนับเป็นนัยสำคัญ
การปัดตัวเลข พิจารณาจากตัวเลขที่อยู่ถัดจากตำแหน่งที่ต้องการดังนี้
1.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าน้อยกว่า 5 ให้ตัดตัวเลขที่ อยู่ถัดไปทั้งหมด
2.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่ามากกว่า 5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตำแหน่งสุดท้ายที่ต้องการอีก 1
3.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และมีตัวเลขอื่นที่ไม่ใช่ศูนย์ต่อจากเลข 5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตำแหน่งสุดท้ายอีก 1
4.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และไม่มีตัวเลขอื่นต่อจากเลข 5 ต้องพิจารณาตัวเลขที่อยู่ หน้าเลข 5 ดังนี้
4.1 ภาคตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคี่ ให้ตัวเลขดังกล่าวบวกค่าเพิ่มอีก 1 แล้วแต่ตัวเลขตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด
4.2 หาตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคู่ให้ตัวเลขดังกล่าวเป็นเลขตัวเดิมตัว แล้วแต่ตัวเลขตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด
การบวกและการลบ ในการบวกและการลบผลที่ได้จะมีจำนวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมเท่ากับข้อมูลที่มีจำนวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมน้อยที่สุด
การคูณและการหาร ในการคูณและการหารผลที่ได้จะมีจำนวนเลขนัยสำคัญเท่ากับข้อมูลที่มีเลขนัยสำคัญน้อยที่สุด
1.4 หน่วยวัด
การระบุหน่วยของการวัดปริมาตรต่างๆ ในชีวิตประจำวันไม่ว่าจะเป็นความยาวมวลอุณหภูมิอาจแตกต่างกันแต่ละประเทศ และในบางกรณี นำไปสู่ความเข้าใจผิดที่ทำให้เกิดความเสียหายดังนั้นเพื่อให้การสื่อสารข้อมูลของการวัดเป็นการเข้าใจตรงกันมากขึ้นจึงมีการตกลงร่วมกันให้มีหน่วยมาตรฐานสากลขึ้น
1.4.1 หน่วยในระบบ SI
เป็นหน่วยที่ดัดแปลงจากหน่วยในระบบเมทริกซ์ โดยแบ่งเป็นหน่วยพื้นฐานมี 7 หน่วยคือ
มวล มีหน่วยเป็นกิโลกรัม อุณหภูมิ มีหน่วยเป็นเคลวิน
ความยาว มีหน่วยเป็นเมตร ปริมาตรของสาร มีหน่วยเป็นโมล
เวลา มีหน่วยเป็นวินาที กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์
ความเข้มแห่งการส่องสว่าง มีหน่วยเป็นแคนเดลา
เป็นหน่วย SI อนุพันธ์อีก 3 หน่วย
ปริมาตร มีหน่วยเป็นลูกบาศก์เมตร ความเข้มข้นมีหน่วยเป็นโมลต่อลูกบาศก์เมตร
ความหนาแน่น มีหน่วยเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
หน่วยนอกระบบ SI ในเคมียังมีหน่วยอื่นที่ได้รับการยอมรับและมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น ปริมาตร มีหน่วยเป็นลิตร มวล มีหน่วยเป็นกรัมหรือดอลตันหรือหน่วยมวลอะตอม ความดัน มีหน่วยเป็นบาร์ มิลลิเมตรปรอท หรือบรรยากาศ
ความยาว มีหน่วยเป็นอังสตรอม พลังงาน มีหน่วยเป็นแคลอรี อุณหภูมิ มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส
1.4.2 แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วย
เป็นอัตราส่วนระหว่างหน่วยที่แตกต่างกันสองหน่วยที่มีปริมาณเท่ากัน ตัวอย่างดังนี้
จากความสัมพันธ์พลังงาน 1 cal = 4.2 J
เมื่อใช้1 cal หารทั้งสองข้างจะได้เป็น
1 cal / 1 cal = 4.2 J / 1 cal
1 = 4.2 J / 1 cal
หรือถ้าใช้ 4.2 J หารทั้งสองข้างจะได้เป็น
1 cal / 4.2 J = 4.2 J / 4.2 J
1 cal / 4.2 J = 1
ดังนั้นแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยเขียนได้เป็น 1 cal / 4.2 J หรือ 4.2 J / 1 cal
วิธีการเทียบหน่วย
ทำได้โดยการคูณปริมาณในหน่วยเริ่มต้นด้วยแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยที่มีหน่วยที่ต้องการอยู่ด้านบนตามสมการ
ปริมาณและหน่วยที่ต้องการ = ปริมาณและหน่วยเริ่มต้น * หน่วยที่ต้องการ / หน่วยเริ่มต้น
1.5 วิธีการทางวิทยาศาสตร์
การทำปฏิบัติการเคมีนอกจากจะต้องมีการวางแผนการทดลองการทำการทดลองการบันทึกข้อมูลการสรุปและวิเคราะห์ข้อมูลการนำเสนอข้อมูลและการเขียนรายงานการทำการทดลองที่ถูกต้องแล้วต้องคำนึงถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และจิตวิทยาศาสตร์วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีแบบแผนขั้นตอนโดยภาพรวมสามารถทำได้ดังนี้
1.การสังเกตเป็นจุดเริ่มต้นของการได้ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่ต้องศึกษาโดยอาศัยประสาทสัมผัสทั้ง 5 คือการมองเห็นการฟังเสียงการได้กลิ่นการรับรสและการสัมผัส
2.การตั้งสมมติฐาน ในการคาดคะเนคําตอบของปัญหาหรือคำตอบของ คำถาม โดยมีพื้นฐานจากการสังเกตความรู้หรือประสบการณ์เดิมโดยทั่วไปสมมุติฐานจะเขียนอยู่ในรูปของข้อความที่แสดงเหตุ ผลหรืออีกนัยหนึ่งจะเป็นความสัมพันธ์ของตัวแปรต้นและตัวแปรตาม
3.การตรวจสอบสมมติฐานเป็นกระบวนการการหาคำตอบของสมมติฐานโดยมีการออกแบบทดลองให้มีการควบคุมปัจจัยต่างๆ
4.การรวบรวมข้อมูลและการวิเคราะห์ผลเป็นการนำข้อมูลที่ได้จากการ สังเกตการตรวจสอบสมมติฐานมารวบรวมวิเคราะห์และอธิบายข้อเท็จจริง
5.การสรุปผลเป็นการสรุปความรู้หรือข้อเท็จจริงที่ได้จากการตรวจสอบสมมติฐานและมีการเปรียบเทียบกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ก่อนหน้า
ทั้งนี้ในการศึกษาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้นไม่มีรูปแบบที่ตายตัวด้วยอาจจะมีรายละเอียดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับคำถามบริบท หรือวิธีการที่ใช้ในการตรวจสอบคำถาม
1 cal / 4.2 J = 1
ดังนั้นแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยเขียนได้เป็น 1 cal / 4.2 J หรือ 4.2 J / 1 cal
วิธีการเทียบหน่วย
ทำได้โดยการคูณปริมาณในหน่วยเริ่มต้นด้วยแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยที่มีหน่วยที่ต้องการอยู่ด้านบนตามสมการ
ปริมาณและหน่วยที่ต้องการ = ปริมาณและหน่วยเริ่มต้น * หน่วยที่ต้องการ / หน่วยเริ่มต้น
1.5 วิธีการทางวิทยาศาสตร์
การทำปฏิบัติการเคมีนอกจากจะต้องมีการวางแผนการทดลองการทำการทดลองการบันทึกข้อมูลการสรุปและวิเคราะห์ข้อมูลการนำเสนอข้อมูลและการเขียนรายงานการทำการทดลองที่ถูกต้องแล้วต้องคำนึงถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และจิตวิทยาศาสตร์วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีแบบแผนขั้นตอนโดยภาพรวมสามารถทำได้ดังนี้
1.การสังเกตเป็นจุดเริ่มต้นของการได้ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่ต้องศึกษาโดยอาศัยประสาทสัมผัสทั้ง 5 คือการมองเห็นการฟังเสียงการได้กลิ่นการรับรสและการสัมผัส
2.การตั้งสมมติฐาน ในการคาดคะเนคําตอบของปัญหาหรือคำตอบของ คำถาม โดยมีพื้นฐานจากการสังเกตความรู้หรือประสบการณ์เดิมโดยทั่วไปสมมุติฐานจะเขียนอยู่ในรูปของข้อความที่แสดงเหตุ ผลหรืออีกนัยหนึ่งจะเป็นความสัมพันธ์ของตัวแปรต้นและตัวแปรตาม
3.การตรวจสอบสมมติฐานเป็นกระบวนการการหาคำตอบของสมมติฐานโดยมีการออกแบบทดลองให้มีการควบคุมปัจจัยต่างๆ
4.การรวบรวมข้อมูลและการวิเคราะห์ผลเป็นการนำข้อมูลที่ได้จากการ สังเกตการตรวจสอบสมมติฐานมารวบรวมวิเคราะห์และอธิบายข้อเท็จจริง
5.การสรุปผลเป็นการสรุปความรู้หรือข้อเท็จจริงที่ได้จากการตรวจสอบสมมติฐานและมีการเปรียบเทียบกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ก่อนหน้า
ทั้งนี้ในการศึกษาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้นไม่มีรูปแบบที่ตายตัวด้วยอาจจะมีรายละเอียดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับคำถามบริบท หรือวิธีการที่ใช้ในการตรวจสอบคำถาม
