เนอหาทจะตองเรยนในบทท 5 ของแขง ของเหลว แกส

บทท 5 ของแขง ของเหลว แกส

5.1 สมบตของของแขง

5.2 การจดเรยงอนภาคของของแขง

5.3 ชนดของผลก

5.4 การเปลยนสถานะของของแขง

5.5 สมบตของของเหลว

1) ความตงผว

2) การระเหย

3) ความดนไอกบจดเดอดของของเหลว

5.6 สมบตของแกส

1) ความสมพนธของปรมาตร ความดน และอณหภมของแกส

- กฎของบอยล

- กฎของชาลส

- กฎรวมแกส

- กฎแกสสมบรณ

2) การแพรของแกส

5.7 เทคโนโลยทเกยวของกบสมบตของของแขง ของเหลว แกส

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 1

บทท 5

ของแขง ของเหลว แกส

สารทอยรอบตวเรา จะปรากฏอยในสถานะทแตกตางกน คอ ของแขง ของเหลว และแกส

ในบทเรยนน เราจะไดศกษา สมบตของของแขง ของเหลว และแกส ดงกลาว

1. ของแขง

สมบตของของแขง

อะตอมและโมเลกลของของแขงมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคสงมากและจดเรยงตวอยางเปนระเบยบ

ของแขงไมสามารถบบอดใหหดได เพราะ อนภาคของของแขงอยชดกนมาก

ของแขงชนดเดยวกน อาจมโครงสรางหลายแบบ เรยกวา พอลเมอรฟซม (polymorphism) เชน กามะถน

สามารถตกผลกเปนรปตางๆ ได ของแขงตกผลก เรยกวา ของแขงอสณฐาน (amorphous solid)

ของแขงบางชนดสามารถเกดการระเหด (sublimation)

การจดเรยงอนภาคของของแขง

ของแขงชนดเดยวกน มการจดเรยงอนภาคไดหลายแบบ

ตวอยาง กามะถน (S8 , อโลหะ , ของแขง , สเหลอง โมเลกลเปนวงปด)

กามะถนมหลายรปแบบ แบงเปน 2 ประเภท คอ

1) กามะถนไมมรปผลก (amorphous) ไดแก กามะถนนานม กามะถนพลาสตก กามะถนคอลลอยด

2) กามะถนรปผลก (crystalline) ไดแก กามะถนรอมบก กามะถนโมโนคลนก

ในบทน เราจะศกษากามะถนรปผลกเทานน

จากการศกษาผลกกามะถน พบวา ม 2 รปแบบ ดงน

1. กามะถนรอมบก (กามะถนรปเหลยม)

รปอยตว ณ อณหภม นอยกวา 96 องศาเซลเซยส (อณหภมสงกวา 96 องศาเซลเซยส จะเปลยนเปนไมโนคลนก)

2. กามะถนโมโนคลนก (กามะถนรปเขม)

รปอยตว ณ อณหภม สงกวา 96 องศาเซลเซยส (อณหภมตากวา96 องศาเซลเซยส จะเปลยนเปน รอมบก)

การเปลยนสถานะของของแขง

การเปลยนสถานะของของแขง ไดแก จดหลอมเหลว และการระเหด ซงศกษาไดจากรายละเอยดตอไปน

จดหลอมเหลว ของแขงเมอไดรบความรอน อนภาคภายในของของแขงจะมพลงงานจลนเพมมากขน การสนสะเทอนเพมขน และ

เมอรบความรอนจนถงจดหนง อนภาคจะสนสะเทอนมาก และมพลงงานจลนแยกออกจากกน ไมเปนโครงผลกอก อนภาคเคลอนท

ไปมาได เรยกวา การหลอมเหลว (melting) ในทางตรงกนขาม เมอของเหลวถกทาใหเยนลง อนภาคในของเหลวจะมพลงงานจลน

ลดลง แรงยดเหนยวระหวางอนภาคมากขน ทาใหอนภาคอยชดกนมากกวาเดมจนเคลอนทไมได ของเหลวจะมการจดเรยงตว

กลายเปนของแขง เรยกวา การเยอกแขง (freezing) อณหภมทหลอมเหลวและเยอกแขง คอ อณหภมเดยวกน

จดหลอมเหลว (melting point) คอ อณหภมขณะทของแขงเปลยนสถานะเปนของเหลว จดหลอมเหลวเปนสมบตเฉพาะตว

ของของแขง มคาคงตวเสมอ เมอความดนคงท ของแขงทมอนภาคยดเหนยวกนดวยแรงแวนเดอวาลสสง จะมจดหลอมเหลวสงกวา

ของแขงทมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคตา

ขอควรทราบ จดหลอมเหลวขนอยกบความดนบรรยากาศ

การระเหด เปนปรากฏการณทของแขงเปลยนสถานะเปนไอ โดยไมตองเปลยนเปนของเหลวกอน การระเหดจะเกดขนบรเวณ

ผวหนาของของแขง และการระเหดเกดขนไดทกอณหภม

การระเหดอาจจะอธบายไดดงน เราทราบมาแลววาอนภาคของของแขงอยชดกนมากจงไมเคลอนท แตมการสนตลอดเวลา

ทาใหอนภาคของแขงเกดการชนกนพรอมกบการถายเทพลงงานระหวางอนภาค อนภาคทไดรบพลงงานจลนมากกวาแรงยดเหนยว

ระหวางอนภาคภายในของแขงจะอยบรเวณผวหนาของของแขง และจะเคลอนทหลดเปนไอโดยไมผานเปนของเหลวกอน ของแขงท

สามารถระเหดได เชน นาแขงแหง พมเสน แอมโมเนยมคลอไรด ลกเหมน (แนฟทาลน) การบร เกลดไอโอดน เปนตน

รปเหลยม

รปเขม

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 2

ปจจยทมผลตอการระเหด มดงน

1) อณหภม อตราการระเหดจะขนอยกบอณหภม นนคอ ถาอณหภมสงของแขงจะเกดการระเหดไดงาย

2) แรงยดเหนยวระหวางอนภาคภายในของแขง พบวา ถาแรงยดเหนยวระหวางอนภาคภายในของแขงมคานอย ของแขงจะระเหดไดงาย

3) ความดนบรรยากาศ พบวา ถาความดนบรรยากาศสง ของแขงจะระเหดไดยาก ถาความดนบรรยากาศตา ของแขงจะระเหดไดงาย

4) พนทผวของของแขง พบวา ถาพนทผวของของแขงมาก อตราการระเหดจะเรวกวาพนทผวนอย

สรป การระเหด จะเกดกบสารบางชนดทไมมขวหรอมขวนอยมาก และมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคเปนแรงแวนเดอวาลสอยางออน

เชน แรงลอนดอน เปนตน

2. ของเหลว

สมบตของของเหลว

ของเหลวไหลไดหรอแพรได เพราะวาของเหลวประกอบดวยโมเลกลทเคลอนทได ทาใหโมเลกล ของของเหลวเคลอนท

ไปมาไดระยะใกล ๆ เปนการเปลยนตาแหนงกนไปมาระหวางโมเลกลทอยใกลๆ ทาใหเกดการเลอนไปบนโมเลกลอน

ดงนนของเหลวจงไหลไดหรอแพรได

ของเหลวมรปรางไมแนนอน จะเปลยนไปตามรปรางของภาชนะทบรรจ เนองจากของเหลวไหลไดนนเอง

ของเหลวมปรมาตรคงท ไมเปลยนแปลงไปตามปรมาตรของภาชนะทบรรจเหมอนแกส กเพราะวาของเหลวมแรงยด

เหนยวระหวางโมเลกลมากกวาแกส การเคลอนทของโมเลกลของของเหลวไมอสระเหมอนแกส ดงนนของเหลวเมอ

บรรจในภาชนะจงไมฟ งกระจาย

ของเหลวขยายตวหรอหดตวไดบางเมออณหภมเปลยนไป หรอกลาวไดวาเมออณหภมเปลยนแปลง

ปรมาตรของของเหลวเปลยนแปลงไปดวย แตเปลยนแปลงไปจากเดมนอยมาก

การบบหรออดของของเหลวจะไมทาใหปรมาตรของของเหลวเปลยนไป เนองจากโมเลกลของ

ของเหลวอยชดกน และมชองวางระหวางโมเลกลนอย

ความหนดของของเหลว (viscosity) คอ การตอตานการไหลของของเหลว ความหนดของของเหลวขนอยกบแรงดงดด

ระหวางโมเลกลในของเหลว ถาแรงดงดดระหวางโมเลกลมาก ทาใหการเลอนไหลไปบนโมเลกลอนเกดขนไดยาก

ความหนดของของเหลวจะลดลงเมออณหภมสงขน เนองจากเมออณหภมสงขนโมเลกลของของเหลวจะมพลงงานจลน

เพมขนและชนะแรงดงดดระหวางโมเลกล ดงนนของเหลวจะไหลไดเมอไดรบความรอน

ขอสงเกต นกเรยนอาจสงเกตวาของเหลวใดมความหนดมากกวาไดโดย การปลอยลกเหลกทรงกลมทมขนาดเทากนลงใน

ของเหลวแตละชนด ถาลกเหลกทรงกลมเคลอนทลงในของเหลวใดไดชากวา แสดงวาของเหลวนนมความหนดมากกวานนเอง

ความตงผว (surface tension)

แรงตงผวเปนแรงทเกดขนบรเวณผวหนาของของเหลว เพอทาใหของเหลวหดตวจนมพนทผวนอยทสด (พนทผวของ

ทรงกลมจะมคานอยกวาพนทผวของรปทรงอน)

แรงตงผวทเกดจากแรงดงดดของโมเลกลดานขาง จะยดโมเลกลของของเหลวบรเวณผวหนาไวใหอยชดกนมากทสด

เหมอนกบวาของเหลวยดตดกนเปนแผนฟลมบาง ๆ นนคอ เราสามารถวางลวดหนบกระดาษ เขมเยบผา หรอใบมดโกน

ใหลอยอยบนผวหนาของนาไดโดยไมจม (การวางจะตองวางอยางระมดระวงบนผวนา) นอกจากนแรงตงผวของนา

ยงทาใหแมลงตวเลกๆ เดนบนผวนาไดโดยไมจม

โดยทวไป ของเหลวทมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคมาก จะมแรงตงผวสง เชน นามความตงผวสง เนองจากมสราง

พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลจานวนมาก และในกรณปรอท มแรงยดเหนยวเปนพนธะโลหะ จงมความตงผวมากกวานา

นามความดงผวมาก เนองจากโมเลกลของนายดเหนยวดวยพนธะไฮโดรเจน สงเกตไดจากทนาสามารถอยในลกษณะเปน

หยดบนผวหนาของวตถบางชนดไดคอนขางมากกวาของเหลวชนดอน อยางไรกตาม ความตงผวของนาลดลง เมออณหภมของนาเพมขน

สารลดแรงตงผว (surfactants หรอ surface active agent) ไดแก เกลอ สบ และผงซกฟอก สามารถลดแรงตงผว

ของนาได โดยการไปทาลายพนธะไฮโดรเจนในนา

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 3

ปรากฏการณคะปลาร (การซมตามรเลก) เปนปรากฏการณทเกดจากการนาหลอดแกวทมเสนผานศนยกลางเลกๆ

หรอทเรยกวา หลอดคะปลาร (capillary tube) โดยเมอนาไปจมลงในของเหลวทบรรจไวในภาชนะ แลวทาใหระดบของ

ของเหลวในหลอดคะปลารสงหรอตากวาระดบขอของเหลวในภาชนะ

ปรากฏการณคะปลาร ทเราเหนอยทวไป เชน การเจาะเลอด รากพชดดนา การลาเลยงอาหารไปสสวนตาง ๆ

ของรางกาย เมอจมแปรงทาสลงในนาแลวคอยๆ ยกแปลงทาสขน จะเหนลกษณะของนาวงขนตามขนแปรงเปนเสนเลก ๆ เปนตน

การเปลยนสถานะของของเหลว

การระเหย เปนการเปลยนสถานะจากของเหลวกลายเปนไออยางชาๆ และเกดเฉพาะบรเวณผวหนาของของเหลว ดงนน

เมอนาของเหลวบรรจในภาชนะเปด ของเหลวจะสามารถระเหยกลายเปนไอไดตลอดเวลา ทาใหปรมาตรของของเหลว

จะคอยๆลดลงและหมดไปในทสด

การระเหยเปนปรากฏการณทเกดจากโมเลกลของของเหลวบรเวณผวหนา มพลงงานจลนสงกวาแรงยดเหนยว

ระหวางโมเลกล จงสามารถเอาชนะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล แลวหลดออกจากผวหนาของของเหลวกลายเปนไอ

การอธบายปรากฏการณระเหย การระเหยของของเหลวเกดขนไดตลอดเวลา แมวาจะมอณหภมคงท เนองจาก

โมเลกลของของเหลวมการเคลอนทตลอดเวลา และมการชนกนระหวางโมเลกลพรอมกบมการถายเทพลงงานจลนให

แกกนและกน ภายหลงการชนกน บางโมเลกลจะมพลงงานจลนลดลงและบางโมเลกลจะมพลงงานจลนสงขน ถาโมเลกล

ทมพลงงานจลนสง อยบรเวณผวหนาของของเหลวทมพลงงานจลนสงกวาแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลว

กจะหลดออกไปจากผวหนาของของเหลวกลายเปนไอ แสดงวา โมเลกลทอยบรเวณผวหนามโอกาสจะหลดออกไปได

ตลอดเวลา เรยกการเปลยนแปลงนวา การระเหย

ขนตอนตาง ๆ ทเกดขน เมอของของเหลวกลายเปนไอ มดงน

1) โมเลกลของของเหลวชนกนเอง

2) มการถายเทพลงงานจลนใหแกกนและกน

3) โมเลกลมพลงงานจลนเพมขน

4) ชนะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

5) โมเลกลหลดออกจากของเหลว กลายเปนไอ

6) เกดขนเฉพาะบรเวณผวหนาของของเหลวเทานน

สรป กระบวนการระเหย

ปจจยทมผลตอการระเหย มดงน

1) อณหภม ทอณหภมสงของเหลวจะเกดการระเหยไดเรวกวาทอณหภมตา

2) พนทผวของของเหลว เนองจากการระเหยเกดขนเฉพาะบรเวณผวหนาของของเหลวเทานน

ดงนน ถาของเหลวใดมพนทผวมากจะระเหยไดเรว

3) ชนดของของเหลว ของเหลวใดมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอย จะระเหยไดงายกวาของเหลวทแรงยดเหนยว

ระหวางโมเลกลมาก

4) ความดนบรรยากาศ บรเวณทมความดนบรรยากาศตา ของเหลวจะระเหยไดงายกวา

บรเวณทมความดนบรรยากาศสง

ระบบดดพลงงาน จากสงแวดลอม

โมเลกลทมพลงงานจลนสง

จะหลดออกจากผวหนาของ

ของเหลว

โมเลกลของของเหลวท

เหลอจะมพลงงานจลน

เฉลยลดลง

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 4

ตวอยางเกยวกบการระเหยในชวตประจาวน มดงน

1) เมอเหงอระเหยออกไปแลวจะรสกเยน อธบายไดวา เนองจากเหงอจะดดความรอนจากรางกายมาใชในการระเหย พลงงาน

(ความรอน)ทใชไปนจะไปเพมพลงงานจลนใหกบโมเลกลของเหงอทระเหยไป จงทาใหอณหภมของรางกายลดลง

2) เพราะเหตใดนาทใสไวในโองดนเผาจงเยนกวานาทใสไวในโองเคลอบ อธบายไดวา เนองจากโองดนเผามรพรน นา

จงซมออกมาภายนอกและระเหยไปได และการระเหยน เปนการเปลยนแปลงแบบดดพลงงาน ความรอนจากนาใน

โองดนเผาจงถกดดนาไปใชในการระเหย นาในโองอนเผาจงเยนกวานาในโองเคลอบซงไมมรพรน ซงนาระเหยออก

ไปไมได พลงงานของโมเลกลของนาจงไมลดลง

3) เมอเชดผวหนงดวยแอลกอฮอลแลวรสกเยน อธบายไดวา เนองจากโมเลกลของแอลกอฮอลดดความรอนจากผวหนง

มาใชในการระเหย พลงงาน(ความรอน)ทใชไปน จะไปเพมพลงงานจลนใหกบโมเลกลของแอลกอฮอลทระเหยไป

จงทาใหอณหภมบรเวณผวหนงลดลง

ความดนไอกบจดเดอดของของเหลว

ถาใสของเหลวในภาชนะ 2 ใบ ใบหนงเปดฝา อกใบหนงปดฝา พบวา เมอเวลาผานไป จะสงเกตเหนวา

ใบทเปดฝา ของเหลวจะระเหยออกไป จนระดบลดลง

ใบทปดฝา ระดบของเหลวเกอบคงท เนองจากโมเลกลของของเหลวระเหยกลายเปนไออยเหนอระดบของเหลว

โมเลกลของไอเหลานจะชนกบฝาภาชนะ ซงผลรวมของแรงชนตอหนวยพนท เรยกวา ความดนไอ (vapour pressure)

เมอโมเลกลของของเหลวกลายเปนไอจานวนมาก กจะเกดการชนกนเอง กลบมาเปนของเหลว เรยกวา การควบแนน

(condensation) และถาเมอใดทอตราการกลายเปนไอ เทากบ อตราการกลนตว เรยกวา ของเหลวอยในสภาวะสมดล

(สมดลไดนามก) และความดนไอทเกดตอนนเรยกวา ความดนไอสมดลของของเหลว

สมดลไดนามก มไดหมายความวา ระบบจะหยดนง แตจะมการเปลยนแปลงตลอดเวลา จะเหนระดบของเหลวคงท

และมอตราการระเหย เทากบ อตราการกลนตว

จดเดอด (boiling point) หมายถง อณหภมทของเหลวเปลยนสถานะกลายเปนไอ ขณะนน ความดนไอของของเหลว

เทากบ ความดนภายนอก

ความดนไอ ขนอยกบ

1) อณหภม ถาอณหภมสง ของเหลวจะกลายเปนไอ ความดนไอจะเพมขนดวย

2) ชนดของของเหลว ถาขอเหลวมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก โอกาสกลายเปนไอยาก ความดนไอจะตา

3) พนทผวของของเหลว ถามพนทผวมาก จะกลายเปนไอไดงาย ความดนไอจะสง

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 5

3. แกส

ในหวขอน จะกลาวถงสมบตทวไปของแกส ซงมดงน

1) แกสมความสามารถในการขยายตว หมายความวา แกสไมมรปรางและปรมาตรทแนนอน แตจะมปรมาตรตามภาชนะทบรรจ

2) แกสมความสามารถในการถกอดได หมายความวา อนภาคของแกสอยหางกนมาก มแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอยมาก

ดงนนแกสจงถกอดได เมอเพมความดน ทาใหปรมาตรของแกสลดลง

3) อนภาคของแกสเคลอนทตลอดเวลาอยางไมเปนระเบยบ จงฟ งกระจายและเกดการแพรได

4) มความหนานแนนนอย ความหนาแนนของแกสจะนอยกวาของเหลวและของแขง

5) ปรมาตรของแกสจะสมพนธกบอณหภมและความดน

ความดน ปรมาตร และอณหภมของแกส

ตวแปรทมผลตอพฤตกรรมของแกส ไดแก ปรมาตร (V) ความดน (P) อณหภม (T) และปรมาณ (ในทนคอจานวนโมล; n)

ดงนน เมอกลาวถงปรมาตรของแกส จะตองกาหนด หรอระบภาวะของความดน อณหภมและจานวนโมลของแกสเสมอ

ความดน (Pressure ; P)

ความดนของแกสเกดขนเนองจากแกสประกอบดวยโมเลกลจานวนมากมายทเคลอนทอยางอสระตลอดเวลาใน

ภาชนะทบรรจอย ดงนนจงเกดการชนกนเองระหวางโมเลกลของแกสดวยกน และยงมการชนกนระหวางโมเลกลของแกส

กบผนงภาชนะทใชบรรจ ทาเกดแรงกระทาตอภาชนะ คาเฉลยของแรงกระทาตอหนงหนวยพนท กคอ คาความดนของแกส

ดงสมการ

ความดนวดเปน แรงตอหนวยพนท ตามระบบหนวยเอสไอ กาหนดวา แรงมหนวยเปนนวตน (N) และพนท

มหนวยเปนตารางเมตร (m2) ดงนน หนวยของความดนในระบบเอสไอ คอ นวตน ตอ ตารางเมตร (N/m2)

บนผวโลกจะถกอากาศทหอหมโลกกดดนไว ความดนของอากาศทปกคลมผวโลก เรยกวา ความดนบรรยากาศ

ทผวโลกจะมความดนสงและเหนอผวโลกความดนจะลดลง

เราไมรสกวา มความดนภายนอกมากระทาตอรางกายเรา เนองจากความดนบรรยากาศเทากบความดนภายในรางกาย

การวดความดนบรรยากาศ จะใชอปกรณทเรยกวา บารอมเตอรปรอท โดยการบรรจปรอทไวในภาชนะแกว

แลวนาหลอดแกวปลายปดมาควาไว

ลกษณะ บารอมเตอรปรอท

1. ทาดวยปรอทซงเปนของเหลวทมความหนาแนนมาก โดยใชหลอดแกวยาวมพนทหนาตดเทากนตลอด ปลาย

ดานหนงปด และบรรจปรอทจนเตมหลอดแกว แลวควาปลายดานเปดลงบนอางปรอท

2. ระดบปรอทจะลดตาลงเลกนอย และทาใหมทวางตอนบนของหลอดแกวซงเปนสญญากาศ

3. การทปรอทสวนหนงยงคางอยภายในหลอดแกว กเนองจากแรงกดดนของบรรยากาศทมตอผวหนาของปรอท

ในอางปรอท จงทาใหระดบความสงของปรอทมคาคงท

4. ดงนน ความสงของปรอทในหลอดแกวจงเทากบความดนบรรยากาศ และไดจะไดลาปรอทสง

ประมาณ เซนตเมตร หรอ มลลเมตร ซงเรยกวา ความดนเทากบ มลลเมตรปรอท (mmHg) หรอ บรรยากาศ (atm)

การวดความดนของแกสจะใชอปกรณทเรยกวา มานอมเตอร

ความดนเฉลยของบรรยากาศทระกบนาทะเล จะทาใหปรอทสง 760 มลลเมตรปรอททอณหภม องศาเซลเซยส

เรยก ความดนนวา ความดนมาตรฐาน

V = f (P,T,n)

ความดน (P) = แรงกระทา (F)

พนท (A)

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 6

อณหภม (temperature ; T)

อณหภมทใชบอกสภาวะของแกส คอ องศาเซลเซยส (৹

C) และ เคลวน (K) หรอ องศาสมบรณ

การเปรยบเทยบหนวยสากลของอณหภม เปนดงน

ตวอยาง เปลยนอณหภม องศาเซลเซยส ใหเปนเคลวน

จาก

ดงนน T (K) = 273 + 86 = 359 K

ตวอยาง เปลยนอณหภม เคลวน ใหเปนองศาเซลเซยส

จาก

ดงนน 356 K = 273 + t (৹

C)

t (৹

C) = 359 – 237 = 86৹

C

ปรมาตร (Volume ; V)

ปรมาตรของแกสขนอยกบภาชนะทบรรจ เนองจากอนภาค (โมเลกล) ของแกสจะฟ งกระจายเตมภาชนะทบรรจ

และเคลอนทไดอยางอสระ หนวยปรมาตรทใชกคอ ลกบาศกเซนตเมตร (cm3) และลกบาศกเดซเมตร (dm3)

เนองจากปรมาตรของแกสเปลยนแปลงไปตามอณหภมและความดน ดงนน เพอความสะดวกในการเปรยบเทยบ

ปรมาตรของแกส จงไดกาหนดอณหภมและความดนมาตรฐานขนมา ดงน

ความดนมาตรฐาน เปนความดนบรรยากาศเฉลย วดทระดบนาทะเลมคาเทากบ บรรยากาศ ( มลลเมตรปรอท)

อณหภมมาตรฐาน เปนอณหภมท องศาเซลเซยส หรอ เคลวน

ณ อณหภมและความดนมาตรฐาน (Standard Temperature and pressure ; STP) แกสทกชนด โมล

จะมปรมาตร . ลกบาศกเดซเมตร หรอ , ลกบาศกเซนตเมตร

ประเภทของแกส นกวทยาศาสตรแบงประเภทของแกส ออกเปน 2 ประเภท ดงน

1. แกสในอดมคต หรอแกสสมบรณแบบ (Ideal gas or Perfect gas) หมายถง แกสทอยในภาวะใดๆ กตาม

(ไมวาความดนหรออณหภมใดๆ) จะมพฤตกรรมเปนไปตามกฎตาง ๆ ของแกสอดมคต เชน

- กฎของบอยล

- กฎของชาลส

- กฎของเกยลสแซก

- กฎรวมแกส เปนตน

และยงมสมบตเปนไปตามทฤฏจลนของแกสครบทกขอดวย

2. แกสจรง (Real gas) หมายถง แกสทมพฤตกรรมไมเปนไปตามกฎตาง ๆ ของแกสในอดมคตและทฤษฏจลนของแกส

ทภาวะปกต แตในภาวะอณหภมสงมากๆ และความดนตามากๆ แกสจรงจะมพฤตกรรมใกลเคยงแกสในอดมคต

T (K) = 273 + t (৹

C)

৹

C = 273 K

৹

C = 373 K

৹

T (K) = 273 + t (৹

C)

T (K) = 273 + t (৹

C)

1,000 ลกบาศกเซนตเมตร = 1 ลกบาศกเดซเมตร

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 7

ทฤษฏจลนของแกส (The kinetics theory of gases)

1. แกสตาง ๆ ประกอบดวยอนภาคทมขนาดเลกมาก เรยกวา โมเลกล

2. โมเลกลของแกสอยหางกน ไมมแรงยดเหนยวระหวางกนและกน แตละโมเลกลมอสระในการเคลอนท

3. โมเลกลของแกสมมวล แตมขนาดเลกมาก จนถอไดวามปรมาตรเปนศนย

4. โมเลกลของแกสแตละโมเลกลเคลอนทเปนเสนตรงอยางไมเปนระเบยบตลอดเวลาดวยอตราเรวคงท

5. การชนกนของโมเลกลเปนแบบยดหยนสมบรณ คอ เมอชนกนแลวจะไมสญเสยพลงงานรวม แตอาจมการถายเท

พลงงานระหวางโมเลกลได

6. ทอณหภมคงท อตราเรวเฉลยของแกสชนดหนงๆ จะมคาคงท

7. โมเลกลของแกสใดๆ จะมพลงงานจลนเฉลยคาหนงเทากบ mv2

8. ทอณหภมเดยวกน แกสทกชนดจะมพลงงานจลนเฉลยเทากน และพลงงานจลนเฉลยขอแกสจะแปรผนตรงกบอณหภมเคลวน

กฎตาง ๆ ของแกส ทนามาอธบายสมบตของแกสอดมคต มดงน

1. กฎของบอยล (Boyle,s Law) โดย โรเบรต บอยล นกวทยาสตราวองกฤษ ไดศกษาเกยวกบสมบตของแกส และ สรปไดวา

“เมออณหภมและมวลของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะแปรผกผนกบความดนของแกส” เขยนความสมพนธไดดงน

หรอ หรอ เมอ T คงท

ตวอยางท 1 แกสชนดหนงมปรมาตร 2.00 ลกบาศกเดซเมตร ทความดน 1,000 กโลพาสคาล ทาใหแกสนขยายตวออกไปโดยลด

ความดนไปท 300 กโลพาสคาล ถาอณหภมคงท แกสนจะมปรมาตรกลกบาศกเดซเมตร

วธทา เมออณหภมคงท ใชกฎของบอยล

จากโจทย P1 = 1,000 kPa P2 = 300 kPa

V1 = 2.00 dm3 V2 = ……… dm3

จากกฎของบอยล P1V 1 = P2V2

(1,000 kPa ) (2.00 dm3 ) = (300 kPa ) V2

V2 = (1,000 kPa ) (2.00 dm3 ) = 6.666… dm3 = 6.67 dm3

300 kPa

ตวอยางท แกสฮเลยมมปรมาตร dm3 ทความดน . บรรยากาศ (atm) เมอตองการใหแกสฮเลยมมปรมาตร dm3 จะตองลด

หรอเพมความดนเทาใด สมมตอณหภมคงท และแกสฮเลยมมพฤตกรรมเหมอนแกสในอดมคต

วธทา จากโจทย V1 = 20 dm3 V2 = 5 dm3

P1 = 2.00 บรรยากาศ P2 = ……บรรยากาศ

จากกฎของบอยล P1V 1 = P2V2

(2.00 บรรยากาศ) (20 dm3 ) = P2 ( dm3)

P2 = (2.00 บรรยากาศ) (20 dm3 ) = 8 บรรยากาศ

dm3

ดงนน จะตองใชความดน บรรยากาศ หรอ เพมความดน – = 6 บรรยากาศ

แบบฝกหดท แกส A จานวน . กรม มปรมาตร cm3 เมอความดน มลลเมตรปรอท ถาเปลยนความดนเปน

มลลเมตรปรอท โดยใหอณหภมคงทแลวปรมาตรของแกส A จะเปนเทาใด (253.33 cm3)

1 2

V α 1 P

PV = R (R คอคาคงท) P1V1 = P2V2 = R

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 8

2. กฎของชาลส (Charles’s Law) กลาววา เมอความดนคงท ปรมาตรของแกสใด ๆ ทมมวลคงท จะแปรผนตรงกบ

อณหภมเคลวน สามารถเขยนความสมพนธไดดงน

หรอ หรอ เมอ P คงท

โดยทอณหภม (T) จะตองเปน เคลวน (K) เสมอ

ตวอยางท ปรมาตรของแกส X ท ৹

C เทากบ cm3 ปรมาตรของแกส X จะเปนเทาไรท ৹

C ถาความดนคงท

เมอความดนคงท ใชกฏของชาลส

วธทา จากโจทย T1 = ৹

C (273 + ৹

C = 273 K )

T2 = ৹

C (273 + ৹

C = 298 K )

V1 = 600 cm3 V2 = …… cm3

จากกฏของชาลส =

600 cm3 = V2

273 K 298 K

V2 = (600 cm3 ) (298 K ) = 654.95 cm3

273 K

แบบฝกหดท กระบอกสบอนหนง บรรจแกสนออน cm3 ท ৹C ตองเพมอณหภมอกเทาใด

แกสนออนจงมปรมาตรเทากบ cm3 ทความดนคงท ( ৹C)

3. กฎรวมแกส

เกดจากการรวมกฎของบอยลและกฎของชาลส กฎรวมแกส คอ

ตวอยางท แกสอารกอนมปรมาตร cm3 ทอณหภม ৹

C ความดน มลลเมตรปรอท จงหาวา ทอณหภม ৹

C

ความดน มลลเมตรปรอท แกสอารกอน มปรมาตรเทาไร

วธทา จากโจทย V1 = cm3 V2 = ........... cm3

T1 = ৹

C (273 + ৹

C = 293 K )

T2 = ৹

C (273 + ৹

C = 310 K )

P1 = มลลเมตรปรอท P2 = มลลเมตรปรอท

จากกฏรวมแกส

( mmHg )( cm3) = ( 770 mmHg) V2 293 K 310 K

V2 = ( mmHg )( cm3)(310 K) = 269.66 cm3

( K)(770 mmHg)

V α T

V = RT (R คอคาคงท) = = R

V2 T2

V1 T1

V2 T2

V1 T1

กฎของบอยล

P1V 1 = P2V2

กฎของบอยล

= V2 T2

V1 T1

กฎรวมแกส

= P2V2 T2

P1V1 T1

รวม ไดเปน

= P2V2 T2

P1V1 T1

4. กฎของเกย ลสแซก (Gay – Lussac’s Law) กลาววา เมอปรมาตรคงท ความดนของแกสใด ๆ ทมมวลคงทจะแปรผนตรงกบ

อณหภมเคลวน สามารถเขยนความสมพนธได ดงน

หรอ หรอ เมอ V คงท

โดยทอณหภม (T) จะตองเปน เคลวน (K) เสมอ

ตวอยางท อากาศในถงใบหนงมความดน มลลเมตรปรอท ท ৹C เมอวางไวกลางแดด อณหภมเพมเปน

৹C ความดน

ของอากาศในถงเปนเทาใด

วธทา จากโจทย P1 = มลลเมตรปรอท P2 = ...........มลลเมตรปรอท

T1 = ৹

C (273 + ৹

C = 303 K )

T2 = ৹

C (273 + ৹

C = 313 K )

จากกฏของชาลส =

800 mmHg = P2

303 K 313 K

P2 = (800 mmHg ) (313 K ) = 826.40 มลลเมตรปรอท

303 K

แบบฝกหดท 4 แกส A จานวนหนงบรรจในถงซงมปรมาตร ลตร วดความดนทอณหภม ৹C เทากบ มลลเมตรปรอท

ถาตองการใหความดนของแกส A ภายในถงเพมขนอก มลลเมตรปรอท จะตองเพมอณหภมอกกองศาเซลเซยส ( .৹C)

5. กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s Law ) กลาววา เมออณหภมและความดนคงท ปรมาตรของแกสจะแปรผนตรงกบ

จานวนโมลของแกส ดงน

หรอ หรอ หรอ เมอ T, P คงท

เมอนากฎรวมแกส และ กฎของอาโวกาโดรมารวมกน จะได

รวม ไดเปน

หรอ = R หรอ PV = RnT หรอ PV = nRT หรอ PV = RT

แตละตวแปรมหนวย (บงคบ) ดงน P = บรรยากาศ V = ลตร

n = โมล ( ) T = เคลวน

R = คาคงทของแกส มคาเทากบ 0.082

P α T P = RT (R คอคาคงท) = = R

P2 T2

P1 T1

P2 T2

P1 T1

V α n

V = Rn (R คอคาคงท) = = R

V2 n2

V1 n1

กฎรวมแกส

= P2V2 T2

P1V1 T1

กฏของอาโวกาโดร = V2

n2

V1 n1

= = R (R คอคาคงท)

P2V2 n2T2

P1V1 n1 T1

PV nT

g mw

g mw

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 10

ตวอยางท 5 แกส A หนก 0.52 กรม บรรจในภาชนะปรมาตร 300 cm3 ถาความดนของแกสทกระทาตอภาชนะเทากบ 470 มม.ปรอท

มวลโมเลกลของแกส A = 104 จงหาอณหภมของแกส

จากโจทย g = 0.52 กรม V = = 0.3 ลตร (เนองจาก 1 ลตร = 1000 cm3)

P = = 0.62 บรรยากาศ (atm) (เนองจาก 1 บรรากาศ = 760 มม.ปรอท)

มวลโมเลกลแกส A = 104 T = ???

จากสตร PV = nRT หรอ PV = RT

(0.62 บรรยากาศ )(0. 3 ลตร) = (0.082) T

0.186 = 0.00041 T

T = = 453.66 เคลวน

แบบฝกหดท 5 แกสซลเฟอรไดออกไซด (มวลโมเลกล 64) 740 มลลเมตรปรอท ท 25 องศาเซลเซยส

มปรมาตร 250 ลกบาศกเซนตเมตร จะหนกเทาใด (0.637 กรม)

สรปสตร ไดดงน

1) กฎของบอยล T คงท

2) กฎของชาลส P คงท V α T

3) กฎรวมแกส (กฎของบอยล + กกของชาลส) =

4) กฎของเกย-ลสแซก V คงท P α T

5) กฎของอาโวกาโดร T, P คงท V α n

รวมทกกฎ PV = nRT หรอ PV = RT

300 1000

470 760

g mw

0.52 กรม 104

0.186 0.00041

P α

1 V

P1V1 = P2V2 = R

= = R

V2 T2

V1 T1

P2V2 T2

P1V1 T1

=

P2 T2

P1 T1

=

V2 n2

V1 n1

g mw

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 11