แก๊สและสมบัติของแก๊ส_เคมี

เคมี 3 ว32223 ชนั้ มัธยมศกึ ษาปท ี่ 5 แกส และสมบตั ขิ องแกส เกษดาพร จันทรแสน

ผลการเรียนรู เคมี 3 ว32223 ชัน้ มัธยมศกึ ษาปท่ี 5 1. อธิบายความสัมพันธและคํานวณปริมาตร ความดัน หรืออุณหภูมิของแกสที่ภาวะตาง ๆ ตามกฎของบอยล กฎของชารล กฎของเกย-ลสู แซก 2. คํานวณปรมิ าตร ความดนั หรอื อุณหภมู ขิ องแกส ทภี่ าวะตา ง ๆ ตามกฎรวมแกส 3. คํานวณปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ จํานวนโมล หรือมวลของแกส จากความสัมพันธตาม กฎของอาโวกาโดร และกฎแกส อุดมคติ 4. คาํ นวณความดนั ยอยหรอื จํานวนโมลของแกส ในแกสผสม โดยใชกฎความดนั ยอยของดอลตัน 5. อธิบายการแพรของแกสโดยใชทฤษฎีจลนของแกส คํานวณและเปรียบเทียบอัตราการแพร ของแกส โดยใชก ฎการแพรผ า นของเกรแฮม 6. สืบคนขอมูล นําเสนอตัวอยาง และอธิบายการประยุกตใชความรูเก่ียวกับสมบัติ และกฎ ตา ง ๆ ของแกส ในการอธิบายปรากฏการณหรือแกปญหาในชวี ติ ประจาํ วนั และในอุตสาหกรรม 2

เนือ้ หา เคมี 3 ว32223 ชั้นมธั ยมศึกษาปท ี่ 5 สมบัตทิ ั่วไปของแกส ความสัมพนั ธระหวา งปรมิ าตร ความดัน อุณหภูมิ และจํานวนโมลของแกส กฎแกสอดุ มคติ และความดันยอ ย ทฤษฎจี ลนและการแพรของแกส การประยุกตใชความรเู ก่ยี วกับแกส และสมบตั ิของแกส 3

สมบตั ทิ ่ัวไป เคมี 3 ว32223 ชั้นมธั ยมศกึ ษาปท ่ี 5 ของแกส 1. โมเลกุลของแกสอยูหาง 4 กันมากกวาของเหลวและ ของแขง็ จงึ เปนผลใหมีแรง ดึงดูดระหวางโมเลกุลนอย มาก หรือไมมีแรงดึงดูด เลยในแกส อดุ มคติ 2. แกสมคี วามหนาแนนนอ ยกวาของเหลวและของแขง็ 3. โมเลกุลแกส มีการเคลือ่ นทีอ่ ยตู ลอดเวลาในทุกทิศทาง อยา งไมเปนระเบียบและเคลือ่ นที่เปน เสนตรง

เคมี 3 ว32223 ชั้นมธั ยมศกึ ษาปท ่ี 5 สมบตั ทิ ่ัวไป 4. แกสไมมรี ปู รางและปริมาตรที่แนนอน แตจ ะมรี ูปราง ของแกส และปริมาตรตามภาชนะทบ่ี รรจุ 5 5. โมเลกุลของแกสในภาชนะเมื่อเกดิ การชนกันแลว โมเมนตัมโดยรวมจะไมเทา กบั ศนู ย

เคมี 3 ว32223 ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปท่ี 5 ความสมั พนั ธระหวางปรมิ าตร ความดนั อณุ หภูมิ และจํานวนโมลของแกส 6

เคมี 3 ว32223 ช้นั มัธยมศกึ ษาปท ่ี 5 การวดั ปรมิ าตร อณุ หภมู แิ ละความดัน ปริมาตร (Volume สญั ลักษณท ี่ใช V) หมายถงึ ปริมาตรของภาชนะท่บี รรจแุ กส น้นั วดั เปนหนวยปริมาตร เชน L, mL, dm3, cm3 อณุ หภูมิ (Temperature สัญลกั ษณท ใ่ี ช T) วัดโดยมาตราสว นเคลวิน (K) หรือมาตราสว นอุณหภมู สิ ัมบูรณ ความสมั พันธร ะหวางมาตราสว นเซลเซยี สและเคลวนิ T (K) = 273.15 + t (°C) = 273 + t (°C) โดยประมาณ เรยี กวา อุณหภมู สิ ัมบรู ณ (absolute temperature scale) 7

เคมี 3 ว32223 ชั้นมัธยมศกึ ษาปท ่ี 5 การวดั ปรมิ าตร อุณหภมู แิ ละความดนั (ตอ ) ความดัน (Pressure สัญลกั ษณที่ใช P) หมายถึง แรงกระทาํ ตอ หนวยพน้ื ท่ีท่ีตงั้ ฉากกบั แรงนนั้ การวัดปริมาตร อณุ หภมู แิ ละความดัน ความสมั พนั ธข องความดัน หนว ยตาง ๆ หนวยความดันของแกสที่นิยมโดยทว่ั ไปคือ บรรยากาศ (atmosphere; atm 1 atm = 1.01325 × 105 Pa = 760 mmHg = 760 torr = 1 bar = 14.7 psi STP หรือ Standard Temperature and Pressure (อุณหภมู ิและความดนั มาตรฐาน) คือ อณุ หภมู ิ 0 °C หรือ 273.15 K, ความดนั 1 atm 8

เคมี 3 ว32223 ชน้ั มัธยมศกึ ษาปท ่ี 5 กฎของบอยล Boyle’s law 9

กฎของบอยล เคมี 3 ว32223 ชน้ั มัธยมศึกษาปท ่ี 5 กฎของบอยล (Boyle’s law) ศึกษาความสมั พันธร ะหวาง ความดนั (P) กบั ปริมาตร (V) ของแกส โดยทอ่ี ุณหภูมิ (T) และจํานวนโมล (n) ของแกส คงท่ี โรเบิรต บอยล (Robert Boyle) “เมื่ออณุ หภมู แิ ละมวลคงท่ี ปริมาตรของแกส ใด ๆ จะแปรผกผันกบั ความดนั ” 10

กฎของบอยล (ตอ) เคมี 3 ว32223 ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปท ี่ 5 กฎของบอยล (Boyle’s law) P1V1 = P2V2 เมอ่ื P1 , P2 คอื ความดันของแกส V1 , V2 คอื ปริมาตรของแกส โดยทอ่ี ณุ หภมู ิ (T) และจาํ นวนโมล (n) ของแกส คงท่ี 11

เคมี 3 ว32223 ชน้ั มัธยมศกึ ษาปที่ 5 กฎของชารล Charles’ law 12

กฎของชารล เคมี 3 ว32223 ชั้นมัธยมศกึ ษาปท ี่ 5 กฎของชารล (Charles’ law) ศกึ ษาความสมั พันธร ะหวา ง ปรมิ าตร (V) กบั อณุ หภมู ิ (T) ในหนวยเคลวิน ของแกส โดย ทีค่ วามดัน (P) และจํานวนโมล (n) ของแกส คงท่ี 13

กฎของชารล (ตอ ) เคมี 3 ว32223 ช้นั มธั ยมศึกษาปที่ 5 อณุ หภมู ิ (Temperature สญั ลักษณท่ีใช T) วดั โดยมาตราสว นเคลวนิ กฎของชารล (Charles’ law) (K) หรือมาตราสว นอณุ หภมู สิ ัมบูรณ ความสมั พนั ธร ะหวา งมาตราสวนเซลเซยี สและเคลวนิ T (K) = 273.15 + t (°C) V1 = V2 = 273 + t (°C) โดยประมาณ T1 T2 เรยี กวา อุณหภูมิสัมบรู ณ (absolute temperature scale) เมื่อ V1 , V2 คือ ปรมิ าตรของแกส T1 , T2 คอื อณุ หภูมขิ องแกส ชาก-อาแลกซองดร- เซซา ชารล (Jacques- Alexandre-Cesar Charles) “เมื่อความดนั คงที่ ปริมาตรของแกส จะแปรผนั โดยตรง โดยทคี่ วามดนั (P) และจํานวนโมล กับอุณหภมู ิสัมบรู ณ” (n) ของแกสคงท่ี 14

เคมี 3 ว32223 ชนั้ มัธยมศกึ ษาปท่ี 5 กฎของเกย-ลสู แซก (Gay-Lussac’s law) 15

เคมี 3 ว32223 ช้ันมธั ยมศึกษาปท่ี 5 กฎของเกย-ลสู แซก กฎของเกย- ลสู แซก (Gay-Lussac’s law) ศึกษาความสัมพนั ธระหวาง ความดัน (P) กับอณุ หภมู ิ (T) ในหนวยเคลวิน ของแกส โดย ทป่ี รมิ าตร (V) และจาํ นวนโมล (n) ของแกสคงที่ เกย-ลสู แซก (Gay-Lussac) “ความดันของแกสใด ๆ จะ แปรผนั โดยตรงกบั อุณหภูมเิ มอ่ื ปริมาตรคงท”่ี 16

กฎของเกย- ลูสแซก (Gay-Lussac’s law) P1 = P2 T1 T2 เมือ่ P1 , P2 คอื ความดนั ของแกส T1 , T2 คอื อุณหภูมขิ องแกส โดยที่ปริมาตร (V) และจาํ นวนโมล (n) ของแกสคงที่ 17

เคมี 3 ว32223 ชัน้ มธั ยมศกึ ษาปท ่ี 5 กฎรวมแกส (Combined gas law) 18

ความสัมพนั ธร ะหวางปรมิ าตร ความดัน และอณุ หภมู ิของแกส กฎรวมแกส (Combined gas law) เมอื่ จํานวนโมล (n) ของแกสคงท่ี ความสมั พนั ธร ะหวา งปริมาตร (V) ความดนั (P) และอุณหภูมิ (T) ในหนว ยเคลวนิ สามารถพิจารณา ได ดังนี้ กฎของบอยล (Boyle’s law) V ∝ 1/P เม่ือ T และ n คงที่ กฎของชารล (Charles’ law) V ∝ T เม่ือ P และ n คงที่ กฎของเกย- ลูสแซก (Gay-Lussac’s law) P ∝ T เมอื่ V และ n คงท่ี 19

กฎรวมแกส (Combined gas law) PV = คา คงท่ี T P1V1 = P2V2 T1 T2 เมือ่ P1 , P2 คือ ความดนั ของแกส T1 , T2 คือ อุณหภมู ิของแกส V1 , V2 คอื ปรมิ าตรของแกส โดยที่ปรมิ าตร (V) และจํานวนโมล (n) ของแกส คงที่ 20

เคมี 3 ว32223 ชน้ั มธั ยมศึกษาปท ่ี 5 กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s law) 21

กฎของอาโวกาโดร เคมี 3 ว32223 ช้ันมัธยมศกึ ษาปท ่ี 5 กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s law) ศึกษาความสมั พนั ธร ะหวาง ปรมิ าตร (V) กบั จาํ นวนโมล (n) ของแกส โดยทีค่ วามดัน (P) และอณุ หภมู ิ (T) ของแกส คงท่ี อเมเดโอ อาโวกาโดร (Amedeo Avogadro) “ท่ีอุณหภูมิ และความดนั คงท่แี กส ทมี่ ีปริมาตรเทา กนั จะมีจํานวนโมเลกุล (n) เทากนั ” 22

ความสัมพนั ธร ะหวางปริมาตร และจํานวนโมลของแกส กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s law) เม่อื ความดนั (P) และอุณหภมู ิ (T) ของแกส คงท่ี ความสมั พนั ธ ระหวางปรมิ าตร (V) และจํานวนโมล (n) สามารถพิจารณา ไดด งั นี้ V∝ n จะไดความสมั พันธดังนี้ V1 = V2 n1 n2 23

เคมี 3 ว32223 ชน้ั มธั ยมศกึ ษาปท ่ี 5 กฎแกส อดุ มคติ (Ideal gas law) 24

กฎแกสอดุ มคติ (Ideal gas law) จากกฎรวมแกส V ∝ T/P เมอ่ื n คงที่ V ∝ n เมอ่ื T และ P คงท่ี จากกฎของอาโวกาโดร V ∝ nT/P ดังน้ัน V = คาคงท่ี × nT/P กาํ หนดให R เปนคา คงทีข่ องแกส จะได V = R × nT/P สมการในรูปทวั่ ไป PV = nRT เมอื่ P คอื ความดนั ของแกส , V คอื ปริมาตรของแกส n คอื จํานวนโมลของแกส 08..,038T1241คือLm3.อaุณ.tPmหaภ..ูมmmิขoอo.lงl-1-แ1..กKสK-1-1 R คือ คา คงท่ขี องแกส = หรือ = 25 หรือ = 8.314 J . mol-1 . K-1