แก๊ส

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

แก๊ส หรือที่เรียกอีกอย่างว่า ก๊าซ (อังกฤษ: gas) เป็นสถานะหนึ่งของสสาร (อันได้แก่ ของแข็ง ของเหลว แก๊ส และพลาสมา) ซึ่งจะกลายเป็นของแข็งได้เมื่ออุณหภูมิลดลง แก๊ส หมายถึง สารที่อยู่ในสถานะแก๊สที่อุณหภูมิห้องและความดันของบรรยากาศ ส่วนสารที่เป็นของแข็งหรือของเหลวที่ภาวะปกติแต่ถูกเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สนั้นเรียกว่า ไอ (vapor) ของสาร มนุษย์เรารู้จักและคุ้นเคยกับแก๊สมาตั้งแต่สมัยดึกดำบรรพ์ แต่มนุษย์ก็เพิ่งจะสามารถเตรียมแก๊สจากปฏิกิริยาเคมีได้เมื่อราวคริสต์ศตวรรษที่ 16 สิ่งที่ปกคลุมโลกและที่อยู่รอบ ๆ ตัวเราหรือที่เรียกว่าอากาศนั้น ความจริงเป็นแก๊สหลายชนิดมาผสมกัน ส่วนใหม่เป็นไนโตรเจนกับออกซิเจน และยังมีแก๊สอื่นอีก แต่เป็นส่วนน้อย เช่น อาร์กอน คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นต้น[1]

สมบัติทั่วไปของแก๊ส[แก้]

แก๊สสมมติทั่วไปดังนี้ ก.แก๊สมีรูปร่างและปริมาตรไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับลักษณะของภาชนะที่บรรจุ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยมาก จึงแพร่หรือฟุ้งกระจายได้อย่างอิสระจนเต็มภาชนะอยู่เสมอ
ข.แก๊สมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา โดยมีทิศทางเคลื่อนที่ไม่แน่นอนและไม่เป็นระเบียบ (random motion) แก๊สจะเคลื่อนที่ออกจากจุด ๆ หนึ่ง อย่างอิสระได้ทุกทิศทาง อาจชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะได้ แก๊สเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าของเหลวและของแข็ง
ค.แก๊สแพร่ได้เร็วกว่าของเหลวและของแข็ง เพราะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าทำให้โมเลกุลของแก๊สสามารถแยกออกจากกันได้ง่ายกว่า ถ้านำแก๊สหลาย ๆ ชนิดที่ไม่ทำปฏิกิริยากัน มาผสมกันในภาชนะใบเดียวกัน แก๊สทุกชนิดจะแพร่เต็มภาชนะเสมอและได้เป็นสารละลายแก๊ส
ง.แก๊สมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลวและของแข็ง (ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน)
จ.โดยทั่วไปแก๊สมีลักษณะโปร่งใสมองทะลุผ่านได้ แก๊สบางชนิดอาจมีสมบัติทางกายภาพเฉพาะตัวเช่น มีสีและกลิ่นแตกต่างจากแก๊สอื่น ๆ
ฉ.ปริมาตรของแก๊สขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน เมื่ออุณหภูมิหรือความดันเปลี่ยนแปลงปริมาตรของแก๊สจะเปลี่ยนไป[2]

ปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิ[แก้]

1อุณหภูมิ เป็นมาตราส่วนที่ใช้บอกระดับของความร้อน แต่ไม่ได้บอกให้ทราบว่ามีปริมาณความร้อนมากน้อยเพียงใด วัตถุที่มีอุณหภูมิเท่ากันอาจจะมีปริมาณความร้อนเท่ากันหรือต่างกันก็ได้[3]เครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิ คือ เทอร์มอมิเตอร์
2ความดัน เป็นสมบัติอย่างหนึ่งที่สามารถบอกทิศทางการเคลื่อนที่ของของไหล
3ปริมาตรของแก๊ส หมายถึง ปริมาตรของภาชนะที่บรรจุแก๊ส หน่วยของปริมาตร ที่ใช้กันทั่ว ๆ ไปตามระบบ SI คือ ลูกบาศก์เดซิเมตร (dm³) และลูกบาศก์เซนติเมตร (cm³) แต่อนุโลมให้ใช้ลิตร (L) ได้[4]ซึ่ง 1 dm³ มีค่าเท่ากับ 1000 cm³
4อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน อุณหภูมิมาตรฐาน คือ 0°C หรือ 273.15 K (273 K โดยประมาณ) ความดันมาตรฐาน คือ ที่ 760 มิลลิเมตรของปรอท หรือเรียกว่า 1 บรรยากาศ อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ใช้อักษรย่อ STP (Standard Temperature and Pressure) หรือ NTP (Normal Temperature and Preaaure) ดังนั้นปริมาตรของแก๊สใด ๆ ที่ 0°C ความดัน 760 mmHg เรียกว่า “ปริมาตรที่สภาวะมาตรฐาน” (หรือสภาวะปกติ) [5]

ประเภทแก๊ส[แก้]


แก๊สแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 1.แก๊สอุดมคติ (ideal gas) หรือ แก๊สสมบูรณ์ (perfect gas) หมายถึง แก๊สสมมติที่นักวิทยาศาสตร์กำหนดขึ้น เพื่ออธิบายพฤติกรรมบางอย่างของแก๊ส แก๊สอุดมคติป็นแก๊สที่ไม่มีในธรรมชาติไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ไม่มีปริมาตรของโมเลกุล[6]
2.แก๊สจริง (real gas) หมายถึง แก๊สที่มีอยู่ในธรรมชาติ มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล มีปริมาตรโมเลกุล มีแรงกระทำระหว่างโมเลกุล

กฎแก๊สอุดมคติ[แก้]

1 กฎของบอยล์ (Boyle’s Law) “ปริมาตรของแก๊สใด ๆ ที่กำหนดให้จำนวนหนึ่งจะเป็นปฏิภาคกลับกับความดันเมื่ออุณหภูมิคงที่” หรือ “ผลคูณของความดันกับปริมาตรของแก๊สใด ๆ จำนวนหนึ่งที่กำหนดให้จะมีค่าคงที่เมื่ออุณหภูมิคงที่"[7] V ∝1/P ถ้าที่สภาวะเริ่มต้นแก๊สมีปริมาตร V_1ความดัน P_1เมื่อทำให้แก๊สเปลี่ยนไปสู่อีกสภาวะหนึ่ง สมมติมีปริมาตร V_2ความดันP_2 โดยให้อุณหภูมิคงที่ สามารถเขียนความสัมพันธ์ได้เป็น
P1 V1= P2 V2
P = ความดันของแก๊ส
V = ปริมาตรของแก๊ส
2 กฎของชาร์ล (Charle’s Law) “เมื่อความดันและมวลแก๊สคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน"[8]
V ∝ T หรือ V/T = k หรือ V1/T1 = V2/T2 V = ปริมาตรของแก๊ส T = อุณหภูมิของแก๊ส
3 กฎของเกย์ลูสแซก (Law of Gay-Lussac) “ถ้าให้ปริมาตรของแก๊สคงที่ ความดันของกี๊สจะผันแปรโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์"[9]
P ∝ T หรือ P/T = ค่าคงที่ ถ้าให้ P1และ T1เป็นความดันและอุณหภูมิของแก๊ส ณสภาวะแก๊ส และใช้ P2และ T2 เป็นความดันและอุณหภูมิของแก๊ส ณสภาวะสุดท้าย ดังนั้น
P1/T1 = P2/T2 P = ความดันของแก๊ส T = อุณหภูมิของแก๊ส

4 กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s Law) “ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน แก๊สทุกชนิดที่มีปริมาตรเท่ากัน จะมีจำนวนอุภาคเท่ากัน” เนื่องจากจำนวนอนุภาคของแก๊ส สัมพันธ์โดยตรงกับจำนวนโมลของแก๊ส กล่าวคือ แก๊สใด ๆ 1 โมล จะมี 6.02 ×1023 อนุภาคและมีปริมาตร 22.4 L (ที่STP) ดังนั้นกฎของอาโวกาโดรจึงสามารถเขียนใหม่ได้เป็น "เมื่ออุณหภูมิและความดันคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะแปรผันโดยตรงกับจำนวนโมลของแก๊ส"[10]
V ∝ n เมื่อ T และ Pคงที่ หรือ V = kn หรือ V/n = k หรือ V1/n1 = V2/n2 = k หรือ V1/V2 = n1/n2

5 กฎรวมแก๊ส (Combined gas Law) จากกฎของบอยล์ V ∝1/P เมื่อ T และ m คงที่ และ จากกฎของชาร์ล V ∝ T เมื่อ P และ m คงที่ เมิ่อนำมารวมกันจะได้ความสัมพันธ์เป็นดังนี้ V ∝T/P เมื่อ m คงที่ หรือ V =kT/P เมื่อ k คือค่าคงที่ หรือ PV/T = k หรือ (P1 V1) /T1 = (P2 V2) /T2 ใช้คำนวณหาความดัน ปริมาตรหรืออุณหภูมิ (เคลวิน) ของแก๊สใด ๆ ที่เปลี่ยนจากสภาวะหนึ่งไปยังอีกสภาวะหนึ่ง[11] 6 กฎแก๊สอุดมคติ จากกฎของบอยล์และกฎของชาร์ล ซึ่งให้ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของแก๊สกับความดันและอุณหภูมิและจากหลักของอาโวกาโดร ซึ่งให้ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรกับจำนวนโมลของแก๊สอาจรวมความสัมพันธ์เหล่านี้เข้าด้วยกัน ดังนี้[12] กฎของบอยล์ V ∝1/P เมื่อ T และ m คงที่ กฎของชาร์ล V ∝ T เมื่อ P และ m คงที่ หลักของอาโวกาโดร V ∝ n เมื่อ T และ Pคงที่ รวมทั้งสามเข้าด้วยกันจะได้
V ∝nT/P หรือ V = nRT/P หรือ PV = nRT R = ค่าคงที่ของแก๊สสมมติมีค่าเท่ากับ 0.0821 L∙atm / mol∙K

กฎความดันย่อยของดอลตัน[แก้]

"ความดันรวมของแก๊สผสมจะเท่ากับผลบวกของความดันย่อยของแก๊สแต่ละชนิดในแก๊สผสมนั้น"[13]

อ้างอิง[แก้]

  1. 2. ประภาณี เกษมศรี ณ อยุธยา และคณะ. 2548. เคมีทั่วไปเล่ม1. พิมพ์ครั้งที่9. กรุงเทพ: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
  2. พินิจ รตะนานุกูล และคณะ. 2553. เคมี3 พิมพ์ครั้งที่3. กรุงเทพ: ด่านสุทราการพิมพ์.
  3. ประภาณี เกษมศรี ณ อยุธยา และคณะ. 2548. เคมีทั่วไปเล่ม1. พิมพ์ครั้งที่9. กรุงเทพ: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
  4. ประภาณี เกษมศรี ณ อยุธยา และคณะ. 2548. เคมีทั่วไปเล่ม1. พิมพ์ครั้งที่9. กรุงเทพ: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
  5. ประภาณี เกษมศรี ณ อยุธยา และคณะ. 2548. เคมีทั่วไปเล่ม1. พิมพ์ครั้งที่9. กรุงเทพ: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
  6. พินิจ รตะนานุกูล และคณะ. 2553. เคมี3 พิมพ์ครั้งที่3. กรุงเทพ: ด่านสุทราการพิมพ์.
  7. ประภาณี เกษมศรี ณ อยุธยา และคณะ. 2548. เคมีทั่วไปเล่ม1. พิมพ์ครั้งที่9. กรุงเทพ: โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
  8. พินิจ รตะนานุกูล และคณะ. 2553. เคมี3 พิมพ์ครั้งที่3. กรุงเทพ: ด่านสุทราการพิมพ์.
  9. ชัยวัฒน์ เจนวาณิชย์. 2546. หลังเคมี1. พิมพ์ครั้งที่5. กรุงเทพ: โอเดียนสโตร์.
  10. พินิจ รตะนานุกูล และคณะ. 2553. เคมี3 พิมพ์ครั้งที่3. กรุงเทพ: ด่านสุทราการพิมพ์.
  11. พินิจ รตะนานุกูล และคณะ. 2553. เคมี3 พิมพ์ครั้งที่3. กรุงเทพ: ด่านสุทราการพิมพ์.
  12. ชัยวัฒน์ เจนวาณิชย์. 2546. หลังเคมี1. พิมพ์ครั้งที่5. กรุงเทพ: โอเดียนสโตร์.
  13. Raymond Chang. 2551. เคมีเล่ม1. พิมพ์ครั้งที่2. กรุงเทพ: แมคกรอ-ฮิล.