หน่ วยการเรียนรู้ที่ 1
สถานะของสาร
Miss CHADAMAS SRICHANAWAT
สารและการเปลี่ยนแปลงสถานะ สาร แบ่งได้ 3 สถานะ 1. ของแข็ง = ปริ มาตร+รู ปร่ างแน่นอน 2. ของเหลว = ปริ มาตรแน่นอน แต่รูปร่ างไม่แน่นอน เปลี่ยนตามภาชนะบรรจุ 3. ก๊าซ = ปริ มาตร+รู ปร่ างไม่แน่นอน เปลี่ยนตามภาชนะบรรจุ
สาร แบ่ งตามเนือ้ ของสาร สาร
สารเนื้อเดียว สารบริ สุทธิ์ ธาตุ
สารเนื้อผสม สารละลาย
สารประกอบ
สารแขวนลอย
สารเนื้อเดียว สารที่มองเห็นเป็ นเนื้อเดียวกัน ไม่สามารถแยกส่ วนประกอบได้ดว้ ยตา สารเนื้อผสม สารที่รวมกันและสามารถแยกส่ วนประกอบได้ดว้ ยตา สารบริ สุทธิ์ สารที่ประกอบด้วยสารเพียงชนิดเดียว
สารละลาย สารที่ประกอบด้วย ตัวทาละลาย และตัวถูกละลาย ฟิ วส์ = บิสมัส 50% + ตะกัว่ 25% + ดีบุก 25% เหรี ยญบาท = ทองแดง 75% + นิกเกิล 25% น้ าเชื่ อม = น้ า + น้ าตาล ตัวทาละลาย = ตัวที่มีปริ มาณมากกว่า = ตัวที่มีสถานะเดียวกับ สลล.
ธาตุ สารบริ สุทธิ์ ที่ประกอบด้วยอะตอมเพียงชนิ ดเดียว สารประกอบ สารบริ สุทธิ์ ที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 1 ชนิดรวมกัน โดยมี สัดส่ วนการรวมที่คงที่ น้ า เกลือแกง Na Cl H O ก๊าซออกซิ เจน O O น้ าตาล C H O
สารแขวนลอย สารผสมที่ประกอบด้วยอนุภาค f มากกว่า 10-4 cm อาจมีขนาดเล็กจน เป็ นเนื้อเดียวกัน หรื อใหญ่จนมองเห็นชัด แยกด้วยการกรอง คอลลอยด์ สารที่มีอนุภาค f 10-7 - 10-4 cm มองเห็นเป็ นเนื้ อเดียวกัน กรองผ่าน กระดาษกรองได้ แต่ไม่ผา่ นเซลโลเฟน สารละลาย สารที่มีอนุภาค f น้อยกว่า 10-7 cm มองเห็นเป็ นเนื้ อเดียวกัน สามารถ กรองผ่านกระดาษกรองและเซลโลเฟนได้
คอลลอยด์ คอลลอยด์จดั เป็ นสารผสมเนื้ อเดียว ขนาดอนุภาคของสารตัวกลาง ประมาณ 10-7 - 10-4 cm เมื่ออนุ ภาคของคอลลอยด์ถูกแสงจะเกิดการกระเจิง เพราะอนุภาคมี ขนาดใหญ่ เรี ยกว่า เกิดปรากฎการณ์ทินดอลล์ ซึ่ งค้นพบโดย จอห์น ทินดอลล์
สมบัติของคอลลอยด์ เมื่อฉายแสงผ่านคอลลอยด์จะเกิดปรากฎการณ์ทินดอลล์ มีการเคลื่อนที่แบบ บราวน์เนียน (Brownian movement) อนุภาค เคลื่อนที่โดยปราศจากทิศทางที่แน่นอน มีการเคลื่อนที่แบบซิ กแซก (Zig-zag) ซึ่งสามารถดูอนุภาคด้วยเครื่ องมืออุลตร้าไมโครสโคป อนุภาคคอลลอยด์มีประจุไฟฟ้ า อาจเป็ นบวกหรื อลบก็ได้ อนุภาคทัว่ ไปจะไม่ตกตะกอน เพราะมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา คอลลอยด์จะไม่ตกผลึกและตกตะกอน
Emulsion คอลลอยด์ที่มีอนุภาคเป็ นของเหลวแขวนลอยอยูใ่ นของเหลว ซึ่ งไม่ ละลายเข้ากัน ต้องอาศัยสารอีกชนิดหนึ่งมาเป็ นตัวกลางเชื่อม หรื อ ประสานของเหลว ทั้งสอง ให้ละลายเข้ากันเป็ นคอลลอยด์ เช่น น้ า กับ น้ ามัน มีสบู่เป็ นตัวประสาน น้ านม มีเคซีน เป็ นตัวประสาน น้ าสลัด กับ น้ ามันพืช กับ น้ าส้มสายชู มี โปรตีนจากไข่เป็ นตัวประสาน
Emulsifier สารที่เติมลงไปเพื่อทาหน้าที่เป็ นตัวเชื่อม หรื อ ตัวประสาน ของเหลว ตั้งแต่ 2 ชนิดให้เข้ากันเป็ นคอลลอยด์ เช่น สบู่ และ ผงซักฟอก เป็ น อิมลั ซิ ฟายเออร์ ระหว่างไขมัน กับ น้ า ไข่แดง เป็ น อิมลั ซิ ฟายเออร์ ในน้ าสลัด เคซีน (โปรตีน) เป็ น อิมลั ซิ ฟายเออร์ ในน้ านม น้ าดี เป็ นอิมลั ซิ ฟายเออร์ ในร่ างกายให้ไขมันรวมกับน้ าย่อยได้ดี
Homogenization กระบวนการหนึ่งที่ทาให้คอลลอยด์ของน้ านมอยูต่ วั โดยไม่ตอ้ งเติมสาร อิมลั ซิฟายเออร์ วิธีการคือ การอัดนมผ่านรู เล็ก ๆ ใช้ความดันสู ง ทาให้ไขมันในน้ านมแตก ออกเป็ นอนุภาคเล็ก ๆ กระจายรวมกับน้ าได้ เช่น นมสดที่บรรจุถุง นมสดที่ใส่ กล่อง แล้วปิ ดฉลากว่า “โฮโมจีไนส์”
การเปลี่ยนสถานะของสาร ดูดความร้อน น้ าแข็ง
น้ า
น้ าเดือด
ไอน้ า
0OC
0OC
100OC
100OC
คายความร้อน
ระเหย = ของเหลว เป็ น ไอ หลอมเหลว = ของแข็ง เป็ น ของเหลว ระเหิด = ของแข็ง เป็ น ไอ
ของแข็ง สมบัติของแข็ง 1. รู ปร่ างแน่นอน ไม่เปลี่ยนตามภาชนะ 2. การจัดเรี ยงของอนุ ภาคชัดกันมากกว่า ของเหลว , ก๊าซ 3. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคมากกว่า ของเหลว , ก๊าซ
ของแข็ง การจัดเรี ยงอนุภาคของของแข็ง สารในสถานะของแข็งแต่ละชนิดจะมีรูปร่ างแตกต่างกัน เช่น น้ าตาล เกลือแกง มีลกั ษณะเป็ นเกล็ดสี่ เหลี่ยม สารส้ม โพแทสเซียมไนเตรต มีลกั ษณะเป็ นก้อนมีเหลี่ยมมุม กามะถัน มีลกั ษณะเป็ นผง แต่มีรูปของผลึกที่ต่างกัน
ของแข็ง รู ปแบบของผลึกกามะถัน 1. กามะถันมอนอคลินิก หรื อ กามะถันรู ปเข็ม ลักษณะเป็ นแท่งยาว คล้ายเข็ม 2. กามะถันรอมบิก ลักษณะเป็ นเหลี่ยมคล้ายสี่ เหลี่ยมขนมเปี ยกปูน
สมบัติบางประการของของแข็งบางชนิดที่อยูใ่ นรู ปต่าง ๆ กัน ชื่อธาตุ
รู ปของของ แข็ง
ลักษณะภาย นอก
จุดหลอม เหลว (OC)
รอมบิก
ผลึกรู ปเหลี่ยม 112.80 สี เหลือง กามะถัน มอนอคลินิก ผลึกรู ปเข็ม 119 สี เหลือง แกรไฟต์ ผง , แผ่นสี ดา 3727** เพชร ผลึกรู ปเหลี่ยม สู งกว่า 3550 คาร์ บอน ไม่มีสี ฟลูออรี น ผงสี ดา ~ ฟอสฟอรัสขาว ก้อนสี ขาว 44 ฟอสฟอรัส ฟอสฟอรัสแดง ผงสี แดง 590** ฟอสฟอรัสดา เกล็ดสี ดา -
*ระเหิ ด
** หลอมเหลวที่ความดัน 43atm
จุดเดือด (OC)
ความหนา สภาพนาไฟ แน่น (g/cm3) ฟ้ า
444.67
2.07
ไม่นา
444.67
1.96
ไม่นา
3642* 4827
2.25 3.51
นา ไม่นา
~ 280 417* -
~ 1.82 2.34 2.70
ไม่นา ไม่นา ไม่นา นา
~ ขึ้นอยูก่ บั จานวน C
ชนิดของผลึก ของแข็งบริ สุทธิ์ ที่อยูใ่ นรู ปผลึกมีลกั ษณะที่สาคัญ คือ มีการจัดเรี ยงอนุภาคภายในอย่างมีระเบียบในสามมิติ แต่ละอนุภาคยึดเหนี่ยวด้วยแรงชนิดต่าง ๆ มีโครงสร้างทางเรขาคณิ ตที่แน่นอน มีจุดหลอมเหลวที่ชดั เจนและคงที่
ของแข็งที่เป็ นผลึกแต่ละชนิดมีสมบัติแตกต่างกัน ดังนี้ ผลึกโมเลกุล ** อะตอมในโมเลกุลยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอร์ วาลส์ และ/ หรื อ พันธะไฮโดรเจน ผลึกของโมกุลไม่มีข้ วั ฎ แรงแวนเดอร์ วาลส์ (แรงลอนดอน) ผลึกของโมเลกุลมีข้ วั ฎ แรงดึงดูดระหว่างขั้ว(พันธะ ไฮโดรเจน) ** ผลึกค่อนข้างอ่อน หรื อ แข็งปานกลาง , มี mp ต่า , ไม่นา ไฟฟ้ า ** ผลึกไม่มีข้ วั บางชนิดเกิดการระเหิ ดได้ง่าย เช่น แนฟทาลีน
ผลึกโควาเลนต์ร่างตาข่าย ** อะตอมยึดเหนี่ยวด้วยพันธะโควาเลนต์ ** มี mp สู ง , ความแข็ง ขึ้นอยูก่ บั การจัดเรี ยงตัวของอะตอมใน โครงผลึกร่ างตาข่าย เช่น ผลึกแกรไฟต์ เพชร ผลึกโลหะ ** อะตอมยึดเหนี่ยวด้วยพันธะโลหะที่แข็งแรงมาก ** แข็ง เหนียว สามารถตีเป็ นแผ่น บิดงอได้ ** เป็ นตัวนาความร้อน , ตัวนาไฟฟ้ าที่ดี ** มี bp , mp ที่ค่อนข้างสู งและแตกต่างกันตามความแข็งแรง ของพันธะ
พันธะไอออนิก ** ประกอบด้วย ion + และ ion - ที่มีขนาดไอออนต่างกัน ** ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้ า ** แข็ง และ เปราะ มี mp , bp สู ง ** เป็ นของแข็งจะไม่นาไฟฟ้ า เมื่อละลายน้ าจะนาไฟฟ้ าได้
ของแข็งอสัณฐาน ของแข็งที่ไม่มีรูปผลึก เช่น ยาง แก้ว พลาสติก การจัดเรี ยงอนุ ภาคไม่เป็ นระเบียบ แตกหักไม่เป็ นรู ปทรงเรขาคณิ ต ได้รับความร้อนจะอ่อนตัว เหลว bp , mp ไม่แน่นอน
การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง การหลอมเหลว การเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็ นของเหลว ให้ความร้อนแก่ของแข็ง อนุ ภาคของแข็งจะเกิดพลังงานจลน์ ทาให้เกิดการสัน่ และถ่ายโอนพลังงานให้แก่อนุภาคข้างเคียง จน มีพลังงานสู งกว่าแรงยึดเหนี่ยว ของแข็งเกิดการเคลื่อนที่และเริ่ ม อยูห่ ่างกัน จนเป็ นของเหลวในที่สุด จุดหลอมเหลว คือ อุณหภูมิขณะที่ของแข็งเปลี่ยนเป็ นของเหลว ที่ความดัน 1บรรยากาศ
การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง การระเหิด ของแข็งเปลี่ยนเป็ นไอ โดยไม่ผา่ นสถานะของเหลว เกิดกับสารบางชนิดที่ไม่มีข้ วั หรื อมีข้ วั น้อยมาก และมีแรงยึด เหนี่ยวระหว่างอนุภาคแวนเดอร์ วาลส์อย่างอ่อน เช่น แรงลอนดอน อนุภาคของสารเมื่อได้รับความร้อนจาก สวล. เพียงเล็กน้อย จะทา ให้อนุภาคแยกออกจากผลึก โดยเฉพาะผิวหน้าของผลึก จะหลุดออก และเคลื่อนที่เป็ นอิสระได้ง่าย
ของเหลว สมบัติของของเหลว 1. รู ปร่ างไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงไปตามสถานะ 2. การจัดเรี ยงของอนุ ภาคใกล้กนั มากกว่าก๊าซ 3. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคมากกว่าก๊าซ 4. สามารถเกิดการแพร่ ได้
ความตึงผิว
ความตึงผิว แรงดึงผิว คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของของเหลวที่อยูภ่ ายในและที่ผวิ ของของเหลว แรงดึงผิว ทาให้ของเหลวที่มีปริ มาณน้อยรักษารู ปทรงได้
ความตึงผิว งานที่โมเลกุลต้องใช้ยดึ เหนี่ยวโมเลกลที่อยูร่ อบข้าง เพื่อขยายพื้นที่ผวิ ของของเหลว 1 หน่วย ของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวโมเลกุลสู ง === ความตึงผิวสู ง ถ้าT เปลี่ยน === ความตึงผิวก็เปลี่ยน
ปัจจัยที่มีผลต่อความตึงผิว 1. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล 2. อุณหภูมิ 3. การเติมสารบางชนิด
แรงเชื่ อมแน่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคสารชนิดเดียวกัน เช่น โมเลกุลน้ า กับ น้ า แรงยึดติด แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคสารต่างชนิดกัน เช่น โมเลกุลน้ า กับ แก้ว
การระเหย การเปลี่ยนสถานนะจากของเหลว เป็ น ไอ เกิดจากการชนกันของโมเลกุลบริ เวณ ผิวหน้าของของเหลว แล้วเกิดการถ่ายเท E จลน์ ให้แก่กนั ทาให้มีโมเลกุลที่มี E จลน์ สู งกว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล โมเลกุลจึงหลุดออกไปจากบริ เวณผิวหน้า ของของเหลวกลายเป็ นไอ
ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว
ความดันไอ ความดันที่เกิดจากไอของของเหลว ณ ภาวะสมดุล มีอตั ราที่ไอควบแน่น = อัตราที่ของเหลวระเหย เกิดในระบบปิ ด
การทดลอง 4
การเปรี ยบเทียบความดันไอของ ของเหลว
จุดประสงค์ 1. เปรี ยบเทียบความดันไอของของเหลวชนิดต่าง ๆ 2. อธิ บายความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกบั ความดันไอของของเหลว
การทดลอง 4 อุปกรณ์และสารเคมี 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
น้ า เอทานอล โทลูอีน จุกยาง , หลอดนาก๊าซ หลอดทดลองขนาดกลาง บีกเกอร์ , เทอร์มอมิเตอร์ ตะเกียงแอกอฮอล์
การเปรี ยบเทียบความดันไอของ ของเหลว
จากการทดลอง เรื่ อง ความดันไอของของเหลว ของเหลวกลายเป็ นไอในระบบปิ ด โดยไอบางส่ วนจะคายพลังงานแล้ว ควบแน่นกลับเป็ นของเหลว และมีเกิดขึ้นตลอดเวลา ถ้าอัตราการเกิดไอและการควบแน่นเป็ นของเหลวมีค่าเท่ากัน ระดับ ของเหลวจะคงที่ แสดงว่า ความดันไอของของเหลวคงที่ที่อุณหภูมิน้ นั เรี ยกการเปลี่ยนแปลงนี้วา่ “เกิดภาวะสมดุล” และสมดุลที่มีการ เปลี่ยนแปลงตลอดเวลานี้ เรี ยกว่า “สมดุลไดนามิก”
อุณหภูมิ ณ ความดันไอต่าง ๆ ของเอทานอล น้ าและโทลูอีน ความดันไอ ของของเหลว
อุณหภูมิ (CO) ณ ความดันต่ าง ๆ
1 10 40 100 400 760 ชนิดของเหลว mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg เอทานอล -31.3 -2.3 19.0 34.9 63.5 78.4 น้ า -17.3 11.3 34.1 51.6 83.0 100.0 โทลูอีน -26.7 6.4 31.8 51.9 89.5 110.6
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิของของเหลวชนิดต่าง ๆ อีเทอร์
แอซิโตน
แอลกอฮอล์
น ้ำ
80
100
800
760 600 400 200
0 20
40
60
จากกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิของ ของเหลวชนิ ดต่าง ๆ พบว่า การทาให้ของเหลวมีความดันไอเท่ากันจะใช้อุณหภูมิไม่เท่ากัน เมื่อของเหลวมี T สู งขึ้น ความดันไอของของเหลวก็จะสู งขึ้น โมเลกุลของเหลวแต่ละชนิ ดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลต่างกัน มีความแข็งแรงต่างกัน ดังนั้น อนุ ภาคที่มีแรงยึดเหนี่ยวน้อยจะ กลายเป็ นไอได้ง่าย ความดันไอสู ง
ปัจจัยที่มีผลต่อความดันไอของของเหลว ชนิดของของเหลว : ของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวน้อย P สู ง อุณหภูมิ : เพิ่ม T P เพิ่ม เนื่ องจากโมเลกุลของของเหลวมี พลังงานจลน์สูงขึ้น อุณหภูมิขณะที่ของเหลวมีความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ คือ จุดเดือดของของเหลว จุดเดือดของของเหลวที่ความดัน 1 บรรยากาศ เป็ น จุดเดือดปกติ
แบบฝึ กหัด ของแข็ง และ ของเหลว 1. จงยกตัวอย่างของแข็งอสัณฐานที่พบในชี วติ ประจาวัน 2 ชนิด และ อธิ บายว่าเพราะเหตุใดจึงเป็ นของแข็งอสัณฐาน 2. กระบวนการระเหิ ดเกิดขึ้นกับสารประเภทใด อธิ บายพร้อมทั้ง ยกตัวอย่าง 3. ถ้าต้องการแยกแนฟทาลีนออกจากของผสมที่มีแนฟทาลีนปนอยูก่ บั เกลือแกง จะทาได้หรื อไม่ อธิ บายวิธีการแยก 4. ที่อุณหภูมิเดียวกัน ของเหลว ก,ข,ค, ง และ จ มีความดันไอเป็ น 0.11 , 0.03, 0.014, 0.07 และ0.16 atm ตามลาดับ จง เรี ยงลาดับจุดเดือดของของเหลวเหล่านี้จากสู งไปต่า
5. จงพิจารณากราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกบั ความดันไอ ของของเหลว A , B และ C และตอบคาถามต่อไปนี้
ก. ที่อุณหภูมิ 40OC ของเหลวชนิดใดมีความดันไอต่าสุ ด ข. ที่ความดัน 0.5 atm ของเหลว A , B และ C จะเดือดที่อุณหภูมิเท่าใด ค. ลาดับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวทั้งสามชนิดเป็ น อย่างไร อธิบายพร้อมให้เหตุผลประกอบ
ก๊าซ สมบัติของก๊าซ 1. รู ปร่ าง และ ปริ มาตรไม่แน่นอน เปลี่ยนตามภาชนะที่บรรจุ 2. การจัดเรี ยงของอนุ ภาคอยูห่ ่างกันมาก 3. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมาก 4. สามารถฟุ้ งกระจาย เคลื่อนที่ตลอดเวลา 5. มีความหนาแน่นน้อยกว่า ของเหลว และของแข็ง
ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ก๊าซ ประกอบด้วยอนุภาคจานวนมากที่มีขนาดเล็กมาก จนถือได้วา่ อนุภาคก๊าซไม่มีปริ มาตรเมื่อเทียบกับขนาดภาชนะที่บรรจุ โมเลกุลของก๊าซอยูห่ ่างกันมาก ทาให้แรงดึงดูดและแรงผลักระหว่าง โมเลกุลน้อยมาก จนถือได้วา่ ไม่มีแรงกระทาต่อกัน โมเลกุลของก๊าซเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ วในแนวเส้นตรง เป็ นอิสระด้วย อัตราเร็ วคงที่และไม่เป็ นระเบียบจนกระทัง่ ชนกับโมเลกุลอื่นหรื อชนกับ ผนังของภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและอัตราเร็ ว
ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ โมเลกุลของก๊าซที่ชนกันเองหรื อชนกับผนังภาชนะ จะเกิดการถ่ายโอน พลังงานให้แก่กนั ได้แต่พลังงานรวมของระบบมีค่าคงที่ ณ อุณหภูมิเดียวกัน โมเลกุลของก๊าซแต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่ดว้ ย ความเร็ วไม่เท่ากัน แต่จะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน โดยที่พลังงานจลน์ เฉลี่ยของก๊าซจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน ก๊าซที่มีสมบัติเป็ นไปตามทฤษฎีจลน์ของก๊าซ เรี ยกว่า ก๊าซอุดมคติ ก๊าซเฉื่ อยมีสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซอุดมคติมาก
ความสัมพันธ์ของปริ มาตร ความดัน และอุณหภูมิของก๊าซ
กฎของบอยล์ ข้อมูลจากตารางและกราฟ พบว่า เมื่อให้อุณหภูมิคงที่ ปริ มาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้น ทาให้ความดัน ก๊าซลดลง และตรงกันข้ามเมื่อปริ มาตรของก๊าซลดลง ความดันก๊าซจะ เพิม่ ขึ้น
กฎของบอยล์ กฎของบอยล์ กล่าวว่า “เมื่ออุณหภูมิและมวลของก๊าซคงที่ ปริ มาตรของก๊าซจะ แปรผกผันกับความดัน” ถ้าให้ V แทนปริ มาตรของ และ ก๊าซ P แทนความดันของก๊าซ ความสัมพันธ์ของกฎของบอยล์เขียนแสดงได้ดงั นี้ 1 เมื่ออุณหภูมิและมวลคงที่ V P PV = k เมื่อ k เป็ นค่าคงที่ P1V1 = P2V2
ตัวอย่างการคานวณกฎของบอยล์ ตย.1 ก๊าซหนึ่งบรรจุอยูใ่ นภาชนะขนาด 1 ลิตร ที่ความดัน 1 บรรยากาศ ณ อุณหภูมิ 25OC ถ้านาก๊าซนี้ไปบรรจุในภาชนะขนาด 2 ลิตร ณ อุณหภูมิเดิม ก๊าซนี้จะมีความดันเท่าไร ตย.2 ก๊าซชนิดหนึ่งบรรจุในภาชนะทรงกระบอกขนาด 2 ลิตร ที่ความดัน 1.5 atm เมื่อเพิ่มความดันเป็ น 1,500 mmHg โดยควบคุมอุณหภูมิให้ คงที่ ปริ มาตรของก๊าซจะเป็ นเท่าใด ตย.3 ที่อุณหภูมิ 30OC ก๊าซจานวนหนึ่งมีปริ มาตร 150 cm3 และความดัน 1 atm ถ้าก๊าซนี้เปลี่ยนปริ มาตรเป็ น 225 cm3 จะมีความดันเป็ นเท่าใด
กฎของชาร์ล
กาหนดให้อุณหภูมิ -273OC มีค่าเท่ากับ 0 เคลวิน T (K) = t (OC) + 273
กฎของชาร์ล กฎของชาร์ ล กล่าวว่า “เมื่อมวลและความดันของก๊าซคงที่ ปริ มาตรของก๊าซจะแปรผัน ตรงกับอุณหภูมิเคลวิน” กาหนดให้ T แทนอุณหภูมิเคลวิน เขียนแสดงความสัมพันธ์ได้ดงั นี้ V T เมื่อความดันและมวลคงที่ V k k เป็ นค่าคงที่ T V1 V2 T1 T2
ตัวอย่างการคานวณกฎของชาร์ล ตย.4 N2 (g) มีปริ มาตร 20 ลิตร ที่อุณหภูมิ 373 K เมื่อทาให้อุณหภูมิลดลง เป็ น 273 K โดยความดันของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง ปริ มาตรสุ ดท้ายของ ก๊าซเป็ นเท่าใด ตย.5 ก๊าซชนิดหนึ่งมีความดัน 1 atm อุณหภูมิ 0OC เมื่อนาภาชนะบรรจุ ก๊าซไปจุ่มในของเหลวที่กาลังเดือด ปริ มาตรของก๊าซจะขยายตัวจาก 70.00 cm3 เป็ น 90.00 cm3 โดยที่ความดันก๊าซคงที่ อุณหภูมิสุดท้ายของ ก๊าซเป็ นเท่าใด
กฎของเกย์ ลุสแซก ศึกษาหาความสัมพันธ์ระหวางความดันของก๊าซกับอุณหภูมิ โดย ให้ปริ มาตรคงที่ พบว่า “ความดันของก๊าซใด ๆ จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ เมื่อปริ มาตรคงที่”
P T
P kT P1 P2 T1 T2
กฎรวมก๊าซ (Combined Gas Law) จากกฎของบอยล์ และ ชาร์ ล พบว่า ปริ มาตรของก๊าซขึ้นอยูก่ บั อุณหภูมิและความดัน จึงได้มีการรวมกฎของทั้งเข้าด้วยกัน เกิดเป็ น “กฎรวมก๊าซ” 1 V T P kT V P PV k T P1V1 P2V2 T1 T2
ตัวอย่างกฎรวมก๊าซ ตย. 6 ก๊าซคลอรี นจานวนหนึ่งมีปริ มาตร 1.25 L ที่ STP จะมีปริ มาตรเป็ น เท่าไรที่อุณหภูมิ 40OC ที่ความดัน 3.2 atm ตย. 7 ก๊าซชนิดหนึ่งมีปริ มาตร 10.0 L ที่ STP ถ้าก๊าซชนิดนี้มีปริ มาตร และความดันเปลี่ยนเป็ น 11.5 L และ 900 mmHg ตามลาดับ จงหา อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป
กฎของอะโวกาโดร อะโวกาโดร เสนอว่า “ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ปริ มาตรของก๊าซใด ๆ จะแปรผัน ตรงกับจานวนโมลของก๊าซนั้น” V n
V kn V k n V1 V2 n1 n 2
กฎก๊าซสมบูรณ์ (The Ideal Gas Law) เนื่องจากปริ มาตรของก๊าซจะขึ้นกับความดัน , อุณหภูมิ และ จานวนโมล จึงมีการนากฎของบอยล์ , ชาร์ล และ อาโวกาโดร มา รวมกันเกิดเป็ น “กฎก๊าซสมบูรณ์” 1 V T n P RTn V P PV nRT R = ค่าคงที่ของก๊าซต่อ 1 mol = 0.082 l.atm.K-1.mol-1
ตัวอย่างกฎก๊าซสมบูรณ์ ตย. 8 บรรจุก๊าซออกซิ เจน 0.885 kg ไว้ในถังเหล็กกล้าซึ่งมีปริ มาตร 438 L จงหาความดันของก๊าซออกซิ เจนในถังที่ 21oC ตย. 9 ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยก๊าซมีเทน 3.20 x 105 L มีความดัน 1500 atm อุณหภูมิ 45oC ก๊าซธรรมชาติน้ ีมีก๊าซมีเทนอยูก่ ี่ kg ตย. 10 ก๊าซออกซิ เจน 1 mol ที่อุณหภูมิ 62.4 oC ความดัน 3.45 atm มี ความหนาแน่นเท่าใด ตย. 11 ก๊าซชนิดหนึ่งมีมวล 0.45 g บรรจุอยูใ่ นภาชนะ 0.20 L ที่ความดัน 0.968 atm อุณหภูมิ 289 K ก๊าซชนิดนี้มีมวลต่อโมลเท่าใด
การแพร่ ของก๊าซ การแพร่ คือ ………………. การเคลื่อนที่ของอนุภาคจากบริ เวณที่มีความเข้มข้นสู งไปหา บริ เวณที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า การแพร่ ของก๊าซ คือ ………………….. การเคลื่อนที่ของก๊าซจากบริ เวณที่มีความเข้มข้นสู งไปยังบริ เวณที่ มีความเข้มข้นต่ากว่า โดยโมเลกุลมีโอกาสชนกันได้ตลอดเวลา
การทดลองที่ 6 การแพร่ ของก๊าซแอมโมเนียและไฮโดรเจนคลอไรด์ จุดประสงค์การทดลอง เปรี ยบเทียบอัตราการแพร่ ของก๊าซแอมโมเนียกับก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ บอกความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการแพร่ ของก๊าซกับมวลโมเลกุลของก๊าซ อุปกรณ์และสารเคมี HCl conc. , NH3 conc. หลอดแก้วขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 cm ยาว 30 cm ก้านไม้พนั สาลีอยูท่ ี่ปลาย , หลอดหยด ขาตั้งที่จบั หลอด
การแพร่ ของก๊าซ การแพร่ ผา่ น คือ ………... การเคลื่อนที่ของก๊าซจากบริ เวณหนึ่งผ่านรู ที่เล็กมาก ๆ ออกสู่ บริ เวณอื่น โดยโมเลกุลไม่ชนกันเองเลย กฎการแพร่ ผา่ นของเกรแฮม เกรแฮม เสนอว่า “อัตราการแพร่ ผา่ นของก๊าซจะแปรผกผันกับรากที่สอง ของความหนาแน่น” หรื ออาจกล่าวได้อีกอย่างว่า “ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน อัตราการ แพร่ ผา่ นของก๊าซจะแปรผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุล”
กฎการแพร่ ผา่ นของเกรแฮม จากกฎการแพร่ ของเกรแฮม 1 r d r1 d2 r2 d1 r1 MW2 r2 MW1
r คือ อัตราการแพร่ ผา่ นของก๊าซ d คือ ความหนาแน่นของก๊าซ MW คือ มวลโมเลกุลของก๊าซ
ตัวอย่างการคานวณกฎการแพร่ ผา่ นของเกรแฮม ตย. 12 ถ้าเปรี ยบเทียบอัตราการแพร่ ผา่ นระหว่าง NH3 กับ CO ก๊าซใดจะ มีอตั ราการแพร่ ผา่ นสู งกว่า และมีค่าเป็ นเท่าใด ตย.13 เปรี ยบเทียบอัตราการแพร่ ผา่ นของ H2 กับ He ที่ความดันและ อุณหภูมิเดียวกัน ตย.14 ถ้า C2H4 แพร่ ผา่ นรู ดว้ ยอัตรา 3.7 x 10-6 mol/hr ส่ วนก๊าซ A ประกอบด้วย Br และ H มีอตั ราการแพร่ ผา่ น 4.8 x 10-6 mol/hr ภายใต้ อุณหภูมิและความดันเดียวกัน จงคานวณหามวลต่อโมลของก๊าซ