แก๊ส และสมบัติของแก๊ส

แก๊ส และสมบตั ิของแก๊ส

คํานาํ หนงั สอื E-book ต่อไปนเี ปนสว่ นหนงึ ของวชิ าเคมี เล่มนจี ดั ทําขนึ เพอื ใหผ้ อู้ ่านไดท้ ราบ ขอ้ มูลเกียวกับ แก๊ส และสมบตั ิของแก๊สต่างๆ ไดร้ เู้ กียวกับ กฎของแก๊สต่างๆและฝกทํา โจทย์ ไดแ้ ต่ละสมบตั ิของแก๊ส หวงั วา่ ผอู้ ่านจะไดร้ บั ประโยชน์ จากหนงั สอื E-book เล่มนี หากผดิ พลาดประการใดขออภัยมา ณ ทีนี ผจู้ ดั ทํา

สารบญั หนา้ ที 2 หนา้ ที 4 กฎของบอยล์(Boyle's law) หนา้ ที 6 กฎของชารล์ (Charle's law) หนา้ ที 8 กฎของเกย-์ ลสู แซก(Gay-Lussac's law) หนา้ ที 10 กฎรวมแก๊ส (Combinen gas lew) กฎอาโวกาโดร(Avogadro's law) หนา้ ที 12 หนา้ ที 14 กฎแก๊สอุดมคติ (Ideal gas law) หนา้ ที 16 ความดนั ยอ่ ยของแก๊ส หนา้ ที 17 ทฤษฎีจลนข์ องแก๊ส การแพรข่ องแก๊ส

แก๊ส และสมบตั ิของแก๊ส 1.ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งปรมิ าตร ความดนั อุณหภมู ิ และจาํ นวนโมลของแก๊ส 2.กฏแก๊สอุดมคติ และความดนั ยอ่ ย 3.ทฤษฎีจลน์ และการแพรข่ องแก๊ส

1.ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งปรมิ าตร ความดนั อุณหภมู ิ และจาํ นวนโมลของแก๊ส กฎของบอยล์(Boyle's law) เมอื อุณหภมู แิ ละจาํ นวนโมลของแก๊สคงที ปรมิ าตร (V) จะแปรผกผนั กับความดนั (P) P1 V1=P2 V2 เมอื P คือ ความดนั V คือ ปรมิ าตร

ตัวอยา่ งโจทย์ เมอื อุณหภมู คิ งทีแก๊สชนดิ หนงึ มปี รมิ าตร 1 ลิตร ทีความดนั 10 บรรยากาศ จงคํานวณหาปรมิ าตรแก๊ส ชนดิ นที ี 1 บรรยากาศ วธิ ที ํา เนอื งจากอุณหภมู ิ คงทีและจาํ นวนโมลเท่าเดมิ จากโจทย์ P1 = 10 atm, V1 = 1 ลิตร, P2 = 1 atm หา V2 จากการแทนค่าดงั กลาวในสมการความสมั พนั ธต์ ามกฎของบอยล์ P1V1 = P2V2 (10 atm)(1 L) = (1 atm) V2 V2 = 10 ลิตร

กฎของชารล์ (Charle's law) เมอื จาํ นวนโมลและความดนั ของแก๊สคงที อัตราสว่ นปรมิ าตรต่ออุณหภมู ใิ นหนว่ ยเคลวนิ เปนค่าคงที ดงั นนั ปรมิ าตร(V) จะแปรผนั ตรงกับอุณหภมู (ิ T)ในหนว่ ยเคลวนิ _V_1 = _V_2 T1 T2 เมอื V คือ ปรมิ าตร T คือ อุณหภมใิ นหนว่ ยเคลวนิ

ตัวอยา่ งโจทย์ แก๊สชนดิ หนงึ มปี รมิ าตร 26.5 cm3 ที 300˚C เมอื ปรมิ าตรลดลงเปน 15.7 cm3 ถ้าต้องการใหความดนั คงที แก๊สนจี ะมอี ุณหภมู เิ ท่าใด วธิ ที ํา เนอื งจากความดนั คงทีจากโจทย์ V1 = 26.5 cm3, T1 = 300+273.15 = 573.15 K, V2 = 15.7 cm3 หา T2 จากการแทนค่าดงั กลาวในสมการความสมั พนั ธต์ ามกฎของชารล์ _V_1 = _V_2 T1 T2 2_6_.5__cm__3 = _15_._7_c_m_3 573.15 K T2 T2 = 340 K

กฎของเกย-์ ลสู แซก(Gay-Lussac's law) เมอื ปรมิ าตรและจาํ นวนโมลของแก๊สคงทีอัตราสว่ นความดนั ต่ออุณหภมู ใิ นหนว่ ยเคลวนิ เปนค่าคงที ดงั นนั ความดนั (P) จะแปรผนั ตรงกับอุณหภมู (ิ T)ในหนว่ ยเคลวนิ _P_1 = _P_2 T1 T2 เมอื P คือ ความดนั T คือ อุณหภมู ใิ นหนว่ ยเคลวนิ

ตัวอยา่ งโจทย์ แก๊สชนดิ หนงึ บรรจุในภาชนะทีมปี รมิ าตรคงที มคี วามดนั 855 torr ที 350˚C เมอื อุณหภมู ขิ องแก๊สนี เปลียนแปลง ทําใหค้ วามดนั เพมิ ขนึ เปน 980 torr จงคํานวณหาอุณหภมู ใิ หมข่ องแก๊สนี วธิ ที ํา เนอื งจากปรมิ าตรคงทีจากโจทย์ P1 = 855 torr, T1 = 350+273.15 = 623.15 K, P2 = 980 torr หา T2 จากการแทนค่าดงั กลาวในสมการความสมั พนั ธต์ ามกฎของเกย-์ ลสู แซก _P_1 = _P_2 T1 T2 _8_5_5_to_r_r = _98_0__to_rr_ 623.15 K T2 T2 = 714 K

กฎรวมแก๊ส (Combinen gas lew) จาํ นวนโมลของแก๊สคงที เมอื รวมกฎของบอยล์ กฎของชารล์ และกฎของเกย์ ลสู แซก จะไดค้ วามสมั พนั ธร์ ะหวา่ งปรมิ าตร ความดนั และอุณหภมู ิ _P1_V_1 = _P_2V_2 T1 T2 เม่อื P คือ ความดันของแกส T คือ อุณหภูมิของแกส V คือ ปริมาตรของแกส

ตัวอยา่ งโจทย์ แก๊สมปี รมิ าตร 840 cm3 ที 27˚C และ 740 torr ปรมิ าตรแก๊สนเี ปนเท่าไรที 14˚C และ 650 torr วธิ ที ํา จากกฎรวมของแก๊ส โดยแทนค่า T1 = 27+273.15 = 300.15 K, P1 = 740 torr, V1 = 840 cm3, T2 = 14+273.15 = 287.15 K, P2 = 650 torr, _P1_V_1 = P__2V_2 T1 T2 (7_4_0_t_o_rr_)(_8_40__cm__3) = (_65_0_t_o_rr_)_V_2 300.15 K 287.15 K V2 = 915 cm3

กฎอาโวกาโดร(Avogadro's law) เมอื ความดนั และอุณหภมู ขิ องแก๊สคงที ปรมิ าตร(V) จะแปรผนั ตรงกับจาํ นวนโมล(n) _V_1 = _V_2 n1 n2 เมอื V คือ ปรมิ าตร n คือความดนั

ตัวอยา่ งโจทย์ บอลลนู ใบหนงึ บรรจุแก๊ส He จาํ นวน 40 กรมั ทําใหพ้ องตัวมปี รมิ าตร 200 dm3 ถ้าถ่ายแก๊ส He ออก มาจาํ นวนหนงึ ทําใหบ้ ลั ลนู แฟบลงเหลือปรมิ าตร 120 dm3 จงหาจาํ นวนโมล. He ทีถ่ายออกมา วธิ ที ํา เเก๊สHe มโี มล = 40 หาร 4 = 10 mol V1=200 dm3 V2=120 dm3 _V_1 = _V_2 n1 n2 _2_0_0_d_m_3_ = _12_0_d_m__3_ n2 10 mol n2 = 6 mol

2.กฏแก๊สอุดมคติ และความดนั ยอ่ ย กฎแก๊สอุดมคติ (Ideal gas law) แก๊สทีมสี มบตั ิเปนไปตามกฎรวมแก๊สและกฎของอาโวกาโดร สามารถพจิ ารณาความสมั พนั ธร์ ะหวา่ ง ปรมิ าตร(V) ความดนั (P) อุณหภมู (ิ T)ในหนว่ ยเคลวนิ และจาํ นวนโมล(n) ของแก๊สไดด้ งั นี PV=nRT เมอื P คือ ความดนั V คือ ปรมิ าตร n คือ จาํ นวนโมล T คือ อุณหภมู ใิ นหนว่ ยเคลวนิ R คือ ค่าคงทีของแก๊ส 0.08206 L.atm/mol.K

ตัวอยา่ งโจทย์ จงคํานวณหาจาํ นวนโมลของแก๊สชนดิ หนงึ ปรมิ าตร 7.60 dm3 ที 626 torr ที 40˚C วธิ ที ํา ขอ้ นใี ชส้ ตู ร PV = nRT โดยใชค้ ่าR ค่าคงทีของแก๊ส 0.08206 L.atm/mol.K ปรมิ าตร 7.60 dm3 คือ 7.60 L อุณหภมู ิ 40˚C เปน 40+273.15 K = 313.15 K จากโจทยจ์ ะเหน็ วา่ ต้องเปลียนหนว่ ยของความดนั ทีโจทยใ์ หจ้ าก torr เปน atm PV=nRT (626 torr) _(_1_a_t_m__)__ (7.60 L) = n(0.08206 L.atm/mol.K)(313.15 K) (760 torr) n = 0.24 mol

ความดนั ยอ่ ยของแก๊ส ความดนั ของแกส ผสมที่ไมท าํ ปฏกิ ิริยากันมีคา เทากบั ผมรวมของความดันของแกส แตละ ชนิดท่ีเป็นองคป ระกอบ ซ่งึ เรียกความสัมพันธนี้วา กฎความดนั ยอ ยของดอลตอน ความสมั พันธร ะหวางความดนั รวมของแกส ผสม(P )และความดันของแกส แตละชนิดเรยี กวา ความดันยอย(P + P + ... + P) เขยี นสมการไดด งั นี้ P =รวม P1 + P2 + ... +Pl จากความสมั พันธตามแกส อุดมคติ จะไดความดนั รวมของแกส ผสมกับจาํ นวนโมลของแกส ดังสมการ P =รวม n__รว_มR_T_ V

ตัวอยา่ งโจทย์ จงคํานวณหาความดนั รวมของแก๊สผสมระหวา่ งแก๊สนอี อน 0.04 โมลและแก๊สออกซเิ จน 0.05 โมลในขวดซงึ มี ปรมิ าตร 4.00 ลิตร ที 25 องศาเซลเซยี ส โดยคิดวาเปนแก๊สสมบูรณแ์ บบ วธิ ที ํา nรวม= 0.04+0.05=0.09 mol V=4 dm3 T=25+273=298 K P =รวม n__รว_มR_T_ V P =รวม _(0_.0_9_m__ol_)(_0._0_82__d_m_3_a_tm__/_m_o_l_K_)(_29_8_K_)_ 4 dm3 P =รวม 0.55 atm

3.ทฤษฎีจลน์ และการแพรข่ องแก๊ส ทฤษฎีจลนข์ องแก๊ส 1.แก๊สประกอบดว้ ยอนภุ าคขนาดเล็กจาํ นวนมาก โดยปรมิ าตรของอนภุ าคเหล่านนั มคี ่านอ้ ยมากเมอื เทียบกับ ปรมิ าตรของภาชนะทีบรรจุ 2.อนภุ าคของแก๊สอยูห่ า่ งกันมาก และแรงยดึ เหนยี วระหวา่ งอนภุ าคนอ้ ยจนถือไดว้ า่ ไมม่ แี รงกระทําต่อกัน 3.แก๊สแต่ละอนภุ าคเคลือนทีเปนเสน้ ตรงในทิศทางทีไมแ่ นน่ อนดว้ ยอัตราเรว็ คงทีแตกต่างกันจงึ มพี ลังงานจลน์ ไมเ่ ท่ากัน เมอื เกิดการชนกันจะมกี ารถ่ายเทพลังงานใหแ้ ก่กันโดยไมส่ ญู เสยี พลังงานจลนร์ วม ทําใหพ้ ลังจลน์ เฉลียมคี ่าคงที 4.พลังงานจลนเ์ ฉลียของแก๊สขนึ อยูก่ ับอุณหภมู เิ ท่านนั โดยไมข่ นึ อยูก่ ับชนดิ ของแก๊ส ทีอุณหภมู เิ ดยี วกันแก๊สทกุ ชนดิ มพี ลังงานจลนเ์ ฉลียเท่ากัน เมอื เพมิ อุณหภมู ิ จะทําใหอ้ นภุ าคเคลือนทีเรว็ ขนึ จงึ ทําใหพ้ ลังงานจลนเ์ ฉลียของแก๊สเพมิ ขนึ

การแพรข่ องแก๊ส ทีอุณหภมู แิ ละความดนั เดยี วกัน จาํ นวนโมเลกลุ ของแก๊สทีเเพรผ่ า่ นต่อหนงึ หนว่ ยเวลาหรอื อัตราการแพร่ ของแก๊ส (r) แปรผกผนั กับรากทีสองของมวลต่อโมล (M)เรยี กวา่ กฎการแพรผ่ า่ นของเกรแฮม (Graham's law of effusion)เขยี นความสมั พนั ธไ์ ดด้ งั นี _r_1 = M__2 r2 M1 เมอื r = อัตราการแพรผ า นของแกส M = มวลตอโมลของแกส

ตัวอยา่ งโจทย์ จงคํานวณหาสดั สว่ นระหวา่ งอัตราการแพรผ่ า่ นของ He และ อัตราการแพรผ่ า่ นของ CH4 วธิ ที ํา มวลโมเลกลุ He = 4 g/molมวลโมเลกลุ CH4 = 16 g/mol _r_1 = M__2 r2 M1 _r_1 = _1_6_ r2 4 _r_1 = 2 r2

การแพรข่ องแก๊ส(ต่อ) สาํ หรบั แกส สองชนิดทีม่ ีความหนาแนน d และ d ซ่งึ สามารถหาความสมั พันธระหวา ง อัตราการแพรและความหนาแนนได จากสมการกฎการแพรผา นของเกรแฮม ซ่งึ เขยี น ความสมั พนั ธไ ดดงั นี้ _r_1 = _d_ 2 r2 d1 เม่อื r = อัตราการแพรผ านของแกส d = ความหนาแนนของแกส

ตัวอยา่ งโจทย์ มแี ก๊สสองชนดิ แก๊สชนดิ แรกมคี วามหนาแนน่ 10 g/cm3 มอี ัตราการแพรผ่ า่ นของแก๊ส 6 m/s แก๊สชนดิ ทีสองมคี วามหนาแนน่ 1000 g/cm3 จะมอี ัตราการแพรผ่ า่ นของเเก๊สกีเมตรต่อวนิ าที วธิ ที ํา r1= 6 m/s d1=10 g/cm3 d2= 1000 g/cm3 _r_1 = _d_ 2 r2 d1 _6___m__/s__ = _1_0_0__0_ r2 10 r2 = 0.6 m/s

บรรณานกุ รม ณปภัช พมิ พด์ .ี (2560).คลังความรเู้ รอื งแก๊ส.ค้นเมอื 26 กันยายน 2563, จาก www.scimath.ogt กนกวรรณ โพธนิ อก.(2559).สรปุ แก๊สและสมบตั ิของแก๊ส.ค้นเมอื 26 กันยายน 2563, จาก pubhtml5.com

ชอื สมาชกิ นายเมธสั อภิรตั นเจรญิ สขุ เลขที 6 (ทําอีบุค๊ ) นายสมพล อ้นหลํา เลขที 8 (ทําอีบุค๊ ) น.ส.ณชั ชา เสตถาภิรมย์ เลขที 22 (ตกแต่งอีบุค๊ ) น.ส. วนั ดี โตลอยเกตุ เลขที 23 (หาเนือหา,หาโจทย)์ น.ส.ยุวธดิ า เวฬุวนาทร เลขที 37 (หาเนือหา)