กฎของแก๊ส

กฎของแก๊ส (อังกฤษ: Gas laws) เป็นกฎที่ใช้สำหรับอธิบายสมบัติต่าง ๆ ของแก๊ส ได้แก่ ปริมาตร (V) ความดัน (P) และอุณหภูมิอุณหพลวัต (T) ของแก๊สนั้น ๆ กฎของแก๊สที่เราควรรู้จัก ประกอบด้วยกฎของบอยล์ กฎของชาร์ล และกฎของเก-ลูซัก (บางครั้งเขียนว่า "กฎของเก-ลัสแซก" หรือ "กฎของเกย์ลูสแซก") สำหรับรายละเอียดของกฎข้างต้นและกฎอื่น ๆ จะได้อธิบายข้างล่างนี้

กฎของบอยล์

ตั้งชื่อตามโรเบิร์ต บอยล์ (Robert Boyle) นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ มีใจความสำคัญว่า ถ้าอุณหภูมิคงตัว ความดันของแก๊สจะแปรผกผันกับปริมาตรของแก๊สนั้น ๆ หรือผลคูณของความดันและปริมาตรของแก๊สมีค่าคงตัวเสมอ ดังสมการ

$\qquad \qquad PV=k$$\qquad \qquad PV=k$

หรือเขียนได้อีกแบบดังนี้

$\qquad P_{1}V_{1}=P_{2}V_{2}$$\qquad P_{1}V_{1}=P_{2}V_{2}$

โดยที่

• P เป็นความดันของแก๊ส
• V เป็นปริมาตรของแก๊ส

กฎของชาร์ล

ตั้งชื่อตามชาก อะเล็กซอง เซซา-ชาร์ล (Jacques Alexandre César-Charles) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส มีใจความสำคัญว่า ถ้าความดันคงตัว ปริมาตรของแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิอุณหพลวัตของแก๊สนั้น ๆ หรือผลหารของปริมาตรกับอุณหภูมิอุณหพลวัตมีค่าคงตัวเสมอ ดังสมการ

${\frac {V}{T}}=k$${\frac {V}{T}}=k$ เมื่อ k คือค่าคงที่ค่าหนึ่ง

หรือเขียนได้อีกแบบหนึ่งดังนี้

${\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}$${\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}$

โดยที่

• V เป็นปริมาตรของแก๊ส
• T เป็นอุณหภูมิอุณหพลวัต หน่วยเป็นเคลวิน

กฎของเก-ลูซัก

ตั้งชื่อตามโจเซฟ หลุยส์ เก-ลูซัก (Joseph Louis Gay-Lussac) นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวฝรั่งเศส มีใจความสำคัญคล้ายกฎของชาร์ล คือ ถ้าปริมาตรคงตัว ความดันของแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิอุณหพลวัตของแก๊สนั้น ๆ หรือผลหารของความดันกับอุณหภูมิอุณหพลวัตมีค่าคงตัวเสมอ ดังสมการ

${\frac {P}{T}}=k$${\frac {P}{T}}=k$

หรือเขียนได้อีกแบบหนึ่งดังนี้

${\frac {P_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}}{T_{2}}}$${\frac {P_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}}{T_{2}}}$

โดยที่

• P เป็นความดันของแก๊ส
• T เป็นอุณหภูมิอุณหพลวัต หน่วยเป็นเคลวิน

กฎรวมแก๊สและกฎของแก๊สอุดมคติ

จากกฎทั้งสามกฎข้างต้น นำมารวมได้เป็นกฎรวมแก๊ส ดังสมการ

${\frac {P_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}V_{2}}{T_{2}}}$${\frac {P_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}V_{2}}{T_{2}}}$

ซึ่งจากกฎรวมแก๊ส เราสามารถเปลี่ยนให้เป็นกฎของแก๊สอุดมคติ หรือกฎแก๊สสมบูรณ์ โดยอาศัยกฎของอาโวกาโดร ได้ดังสมการ

$\qquad \qquad PV=nRT$$\qquad \qquad PV=nRT$

โดยที่

• V เป็นปริมาตรของแก๊ส หน่วยเป็นลูกบาศก์เมตร
• P เป็นความดันของแก๊ส หน่วยเป็นปาสกาล (หรือพาสคัล)
• T เป็นอุณหภูมิอุณหพลวัต หน่วยเป็นเคลวิน
• n เป็นจำนวนโมลของแก๊ส
• R เป็นค่าคงตัวแก๊สอุดมคติ (ประมาณ 8.3145 จูลต่อ (โมล เคลวิน) )

นอกเหนือจากกฎที่ได้อธิบายไปแล้ว ก็ยังมีกฎการแพร่ของแกรห์ม (หรือบางทีเขียนเป็น เกรแฮม) ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส และกฎความดันย่อยของดาลตัน ซึ่งสามารถนำมาใช้อธิบายพฤติกรรมของแก๊สอุดมคติได้เช่นเดียวกัน อย่างไรก็ดี แก๊สอุดมคติอยู่ในสภาวะที่สมมติขึ้นมา กฎเหล่านี้จึงไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมที่แท้จริงของแก๊สปกติได้

อ้างอิง

• Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. (2002). Modern Chemistry. Holt, Rinehart and Winston. ISBN 0-03-056537-5. 
• Guch, Ian (2003). The Complete Idiot's Guide to Chemistry. Alpha, Penguin Group Inc. ISBN 1-59257-101-8. 
• Zumdahl, Steven S (1998). Chemical Principles. Houghton Mifflin Company. ISBN 0-395-83995-5.