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

$\qquad\qquad P V = k$

หรือเขียนได้อีกแบบดังนี้

$\qquad P_1V_1 = P_2V_2$

โดยที่

• P เป็นความดันของแก๊ส
• V เป็นปริมาตรของแก๊ส

กฎของชาร์ล

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

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

หรือเขียนได้อีกแบบหนึ่งดังนี้

$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$

โดยที่

• V เป็นปริมาตรของแก๊ส
• T เป็นอุณหภูมิอุณหพลวัต หน่วยเป็นเคลวิน

กฎของเก-ลูซัก

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

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

หรือเขียนได้อีกแบบหนึ่งดังนี้

$\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}$

โดยที่

• P เป็นความดันของแก๊ส
• T เป็นอุณหภูมิอุณหพลวัต หน่วยเป็นเคลวิน

กฎรวมแก๊สและกฎของแก๊สอุดมคติ

จากกฎทั้งสามกฎข้างต้น นำมารวมได้เป็นกฎรวมแก๊ส ดังสมการ

$\frac {P_1V_1} {T_1} = \frac {P_2V_2} {T_2}$

ซึ่งจากกฎรวมแก๊ส เราสามารถเปลี่ยนให้เป็นกฎของแก๊สอุดมคติ หรือกฎแก๊สสมบูรณ์ โดยอาศัยกฎของอาโวกาโดร ได้ดังสมการ

$\qquad\qquad P V = n R T$

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