ของแข็ง ของเหลว แก๊ส

ความตึงผวิ เมือ่ ของเหลวสัมผัสกับวสั ดหุ รอื บรรจอุ ยใู่ น ภาชนะจะมโี มเลกุลของสาร 2 ชนดิ ที่ แตกตา่ งกัน คอื 1.โมเลกุลของของเหลว 2. โมเลกุลของสารทเี่ ปน็ วัสดุหรือทาภาชนะ

ความตงึ ผิว มีแรงยึดเหนย่ี วท่ีเกี่ยวขอ้ งอีก 2 ประเภท คอื 1. แรงเช่ือมแน่น คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคหรือ โมเลกุลของสารชนิดเดียวกัน เช่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่าง โมเลกุลของนา้ กับนา้ 2. แรงยึดติด คือ แรงยึดเหน่ียวระหว่างอนุภาคหรือโมเลกุล ตา่ งชนดิ กนั เช่น แรงยึดเหนย่ี วระหว่างโมเลกลุ ของนา้ กับแกว้ ท่ีใชท้ าภาชนะ

ความตึงผิว ความตึงผวิ ของนา้ และปรอทในหลอดทดลอง

ความตงึ ผิว  จากรูป บริเวณตรงด้านบนของผิวน้ามีลักษณะเว้า เน่ืองจาก แรงยึดติดระหว่างโมเลกุลของแก้วกับน้าแข็งแรงมากกว่าแรง เช่ือมแน่นระหว่างโมเลกุลของน้ากับน้า ความตึงผิวของน้าซึ่งมี คา่ สูงจะทาใหผ้ ิวนา้ หดตวั ได้

ความตึงผวิ  ปรอท จะมีลักษณะตรงข้ามกับน้า เน่ืองจากปรอทมีแรงเชื่อม แน่นระหว่างโมเลกุลของปรอทกับปรอทมากกว่าแรงยึดติด ระหว่างโมเลกุลของปรอทกับแก้ว ดังนั้นโมเลกุลของปรอทที่อยู่ บรเิ วณผวิ และทีอ่ ยู่ติดกบั ผนงั หลอดทดลองจะถูกดึงเขา้ สู่ภายใน หรือให้ห่างจากผนัง จงึ ทาให้ผิวหนา้ ของปรอทมลี กั ษณะโค้งนูน

5.5.2 การระเหย  ก า ร เ ป ล่ี ย น ส ถ า น ะ จ า ก ข อ ง เ ห ล ว ก ล า ย เ ป็ น ไ อ เรียกว่า การระเหย

การระเหย การระเหย  โมเลกุลของของเหลวที่เคล่ือนท่ีชนกันเอง หรือชนกับผนังภาชนะแล้วมีการถ่ายโอน พลังงานให้แก่กัน ถ้าโมเลกุลที่มีพลังงานมาก อ ยู่ บ ริ เ ว ณ ผิ ว ห น้ า ข อ ง ข อ ง เ ห ล ว แ ล ะ มี พลังงานสูงมากกว่าแรงยึดเหน่ียวระหว่าง โมเลกุล โมเลกุลเหล่าน้ันจะหลุดออกจาก ผิวหนา้ กลายเปน็ ไอไปเรอ่ื ยๆ

การระเหย  ขณะที่ของเหลวเกิดการระเหยจะดงึ พลังงานส่วนหนง่ึ ไปใชใ้ นการเปลี่ยน สถานะ  ทาใหอ้ ณุ หภมู ิของของเหลวลดลง  ของเหลวจงึ ดดู พลังงานจาก ส่ิงแวดล้อมมาแทน

การระเหย การตากผา้ ในทม่ี ีแดดจัดกับการตากผ้าในท่รี ม่ ผา้ ในท่ใี ดจะ แห้งเร็วกวา่ กัน เพราะเหตใุ ด? แอลกอฮอล์ในภาชนะเปิดปากแคบกับภาชนะเปดิ ปากกว้าง ปริมาตรเทา่ กนั วางทเ่ี ดียวกัน เวลาผ่านไปปรมิ าตร แอลกอฮอล์ในภาชนะใดเหลือน้อยที่สดุ เพราะเหตุใด ?

การระเหย ขณะมีเหงื่อบนร่างกาย เมือ่ ยนื อยู่ในท่ีท่ีมลี มพดั ผ่านหรือ อากาศถา่ ยเทได้ดีกบั ทไ่ี มม่ ลี ม ทใี่ ดจะชว่ ยใหเ้ หงอื่ แหง้ เรว็ กวา่ กนั เพราะเหตใุ ด ?

การระเหย ปัจจัยทีม่ ีผลตอ่ การระเหย  ความร้อน  การเพม่ิ พ้ืนทผ่ี ิว  การอยู่ในที่ท่อี ากาศถ่ายเท

ความรอ้ น  ความร้อนหรืออณุ หภูมทิ ่ีเพิม่ ข้นึ  ทาให้พลังงานจลน์เฉลย่ี ของโมเลกลุ ของนา้ เพม่ิ ข้ึน  ทาให้จานวนโมเลกุลของน้าที่มี พลังงานจลน์สงู พอทจ่ี ะเอาชนะแรง ยดึ เหนยี่ วระหวา่ งโมเลกลุ มมี ากขึ้น การระเหยของนา้ จงึ เกิดได้เร็ว

การเพ่มิ พื้นท่ผี วิ  การเพม่ิ พื้นทผ่ี ิวหน้าของของเหลวทสี่ ัมผสั กับอากาศ เป็นปจั จยั หนงึ่ ท่ชี ่วยให้ของเหลว เกดิ การระเหยเรว็ ขนึ้  เพราะว่าเปน็ การเพ่มิ จานวนโมเลกลุ ของ ของเหลวทมี่ โี อกาสหลุดอออจากผิวหน้า ของของเหลวไดม้ ากขึ้น

การอย่ใู นท่ที ่อี ากาศถา่ ยเท  การอย่ใู นทท่ี อ่ี ากาศถา่ ยเท  การเคล่ือนที่ของอากาศทาให้ โ ม เ ล กุ ล ข อ ง ไ อ บ ริ เ ว ณ เ ห นื อ ของเหลวเกิดการเคลื่อนที่และลด จ า น ว น โ ม เ ล กุ ล ข อ ง ไ อ บ ริ เ ว ณ ผิวหนา้ ของของเหลว  เป็นผลให้โมเลกุลของของเหลว บริเวณผิวหน้ากลายเป็นไอได้มาก ขึน้ หรือระเหยได้มากขนึ้

5.5.3 ความดนั ไอกบั จดุ เดอื ดของของเหลว

ความดนั ไอกบั จดุ เดือดของของเหลว จากรูปภาพการระเหยในระบบปดิ  โมเลกลุ ทร่ี ะเหยกลายเปน็ ไอยังอยทู่ ว่ี ่างเหนือของเหลว  โมเลกลุ ทอ่ี ยู่ในรปู ของไอจะชนกันเอง หรือชนกบั ผนังภาชนะ ตลอดเวลา จงึ มแี รงดนั เกดิ ขน้ึ  ปริมาตรของของเหลวลดลง ปริมาตรของไอเพม่ิ ขึ้นเรือ่ ยๆ ทา ใหค้ วามดนั ไอเหนือของเหลวเพม่ิ ขึ้น  ขณะเดียวกนั ไอบางสว่ นกจ็ ะควบแนน่ กลบั ไปเป็นของเหลว

ความดนั ไอกบั จดุ เดอื ดของของเหลว  การเปล่ียนกลบั ไปกลบั มาระหว่างของเหลวกบั ไอเกิดขึ้น ตอ่ เน่อื ง  จนกระทง่ั อัตราการเปล่ียนจากของเหลวเป็นไอเทา่ กบั อตั ราการ เปล่ียนไอเปน็ ของเหลว ทาใหจ้ านวนโมเลกลุ ท่กี ลายเปน็ ไอ เท่ากบั จานวนโมเลกุลท่ีควบแนน่ เปน็ ของเหลว ณ ขณะน้ปี รมิ าตรและความดันไอของของเหลวจะคงท่ี ความ ดันของไอเหนือของเหลวขณะที่มีค่าคงที่น้ีเรียกว่า ความดัน ไอของของเหลว

ความดนั ไอของของเหลวกบั อุณหภมู ิ

ความดนั ไอของของเหลวกับอุณหภูมิ  จากกราฟ เมือ่ ของเหลวมอี ุณหภูมสิ ูงข้ึน ความดันไอของ ของเหลวเหล่าน้ีก็จะสูงข้ึนด้วย และการทาให้ของเหลว แต่ละชนิดมีความดันไอเท่ากันจะใช้อุณหภูมิไม่เท่ากัน อุ ณ ห ภู มิ ท่ี ข อ ง เ ห ล ว มี ค ว า ม ดั น ไ อ เ ท่ า กั บ ค ว า ม ดั น บรรยากาศ คือ จุดเดอื ดของของเหลว

ความดันไอของของเหลวกับอุณหภูมิ  นักวิทยาศาสตรไ์ ด้กาหนดใหจ้ ุดเดอื ดของของเหลว ท่คี วามดนั 1 บรรยากาศ เป็น จุดเดอื ดปกติ  สาหรบั จดุ เดอื ดของของเหลวท่ีความดนั อน่ื ๆ จะมคี ่า แตกตา่ งกนั

ความดันไอของของเหลวกบั อณุ หภมู ิ เน่ืองจากของเหลวแต่ละชนิดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลท่ีไม่ เหมอื นกนั  ของเหลวท่ีมีแรงยึดเหน่ียวระหว่างโมเลกุลน้อยจะกลายเป็นไอ ได้งา่ ย มจี ุดเดอื ดต่า ความดนั ไอสูง  ส่วนของเหลวทีม่ ีแรงยดึ เหน่ยี วระหวา่ งโมเลกุลมากจะกลายเป็น ไอไดย้ าก มีจดุ เดือดสูง ความดนั ไอตา่

ความดันไอของของเหลวกบั อณุ หภูมิ  ที่อุณหภูมิสูงความดันไอของของเหลวจะมีค่าสูง กว่าท่ีอุณหภูมิต่า เน่ืองจากโมเลกุลมีพลังงานจลน์ เพม่ิ ขึน้ โมเลกลุ จงึ มีโอกาสกลายเป็นไอได้มากขึ้น

สมบตั ิของแก๊ส  แรงยึดเหน่ยี วระหว่างโมเลกลุ น้อย  อนภุ าคอยู่ห่างกันมากเมอื่ เทยี บกับ ของแขง็ ของเหลว  แพรก่ ระจายเตม็ ภาชนะที่บรรจุ  ความหนาแนน่ ตา่ กว่าของเหลว ของแขง็  สามารถบีบอัดไดง้ า่ ย

สมบตั ิของแกส๊  แก๊สเกือบทุกชนิดมีสมบัติ บางประการคล้ายกันจน สรุปเป็นทฤษฎี เรียกว่า ทฤษฎีจลนข์ องแก๊ส

ทฤษฎีจลนข์ องแกส๊ 1. แก๊สประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเล็กมาก จนถือได้ว่า อนุภาคของแก๊สไมม่ ปี ริมาตรเมือ่ เทียบกับขนาดภาชนะที่ บรรจุ 2. โมเลกุลของแก๊สอยู่ห่างกันมาก ทาให้แรงดึงดูดและแรง ผลักระหว่างโมเลกุลน้อยมาก จนถือได้ว่าไม่มีแรงกระทา ต่อกัน

ทฤษฎจี ลน์ของแกส๊ 3. โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่อย่าง รวดเร็วในแนวเส้นตรง เป็น อิสระด้วยอัตราเร็วคงท่ีและไม่ เป็นระเบียบ จนกระท่ังชนกับ โ ม เ ล กุ ล อื่ น ห รื อ ช น กั บ ผ นั ง ภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและ ความเร็ว

ทฤษฎีจลนข์ องแก๊ส 4. โมเลกุลของแก๊สที่ชนกันเอง หรือชนกับผนังภาชนะ จะ เ กิ ด ก า ร ถ่ า ย โ อ น พ ลั ง ง า น ให้แก่กันได้แต่พลังงานรวม ของระบบมคี ่าคงท่ี

ทฤษฎจี ลน์ของแกส๊ 5. ณ อุณหภูมิเดียวกัน โมเลกุลของแก๊สแต่ละโมเลกุล เคลื่อนทีด่ ้วยความเร็วไม่เทา่ กัน แต่มีพลงั งานจลน์เฉล่ยี เท่ากัน โดยท่ีพลังงานจลน์เฉล่ียของแก๊สจะแปรผันตรง กับอณุ หภมู เิ คลวนิ  แก๊สที่มีสมบัติเป็นไปตามทฤษฎีจลน์ของแก๊สทุก ประการเรยี กวา่ แก๊สอุดมคติ

ความสัมพนั ธ์ของปรมิ าตร ความดันและ อณุ หภูมขิ องแก๊ส  กฎของบอยล์  กฎของชารล์  กฎรวมแก๊ส  กฎแก๊สสมบรู ณ์

กฎของบอยล์ นักวทิ ยาศาสตร์ได้ทาการทดลองเพ่ือศกึ ษาความสัมพันธ์ ระหวา่ งปริมาตรกบั ความดันของแก๊ส โดยความคมุ ใหอ้ ุณหภูมิ คงที่ ไดผ้ ลการทดลองดังตาราง

กฎของบอยล์ การทดลอง V P PV ครั้งที่ (cm3) (mmHg) (mmHg.cm3) 1 5.00 760 3.80 × 103 2 10.00 380 3.80 × 103 3 15.00 253 3.80 × 103 4 20.00 191 3.82 × 103 5 25.00 151 3.78 × 103 6 30.00 127 3.81 × 103 7 35.00 109 3.82 × 103 8 40.00 95 3.80 × 103 9 45.00 84 3.78 × 103

ความสัมพนั ธร์ ะหว่างความดนั กบั ปริมาตรของแกส๊

กฎของบอยล์  สามารถสรุปกฎของบอยล์ได้ ดังนี้ เม่ืออุณหภูมิและมวล ของแก๊สคงท่ี ปริมาตรของ แก๊สจะแปรผกผนั กับความดัน

กฎของบอยล์ Vα 1 P PV = k1 โดย k1 เป็นคา่ คงที่ P1V1 = P2V2 = P3V3 = P4V4 = … PnVn = k1

ตวั อยา่ งการคานวณกฎของบอยล์ ตัวอย่าง 1 แกส๊ ชนิดหนงึ่ บรรจุในภาชนะขนาด 1 ลติ ร ที่ ความดนั 1 บรรยากาศ ณ อณุ หภูมิ 25 องศาเซลเซยี ส ถา้ นาแก๊สนีไ้ ปบรรจุในภาชนะ 2 ลิตร ณ อุณหภูมเิ ดิม แก๊สน้ี จะมีความดันเทา่ ไร

ตวั อย่างการคานวณกฎของบอยล์ จากโจทย์ P1 = 1.0 atm , V1 = 1.0 L P2 = ? atm , V2 = 2.0 L จากกฎของบอยล์ P1V1 = P2V2 แทนคา่ ในสมการ 1.0 atm × 1.0 L = P2 × 2.0 L P2 = 1.0atm1.0L 2.0L = 0.5 atm

กฎของชาร์ล พจิ ารณาความสัมพนั ธ์ระหวา่ งอุณหภูมิในหนว่ ยองศา เซลเซียส (๐C) และเคลวิน(K) กับปรมิ าตรของแกส๊ เมื่อความ ดนั คงที่ โดยนักวิทยาศาสตรไ์ ดก้ าหนดให้อุณหภูมิ -273 ๐C มี คา่ เท่ากับ 0 K ซงึ่ สามารถเขียนแสดงความสมั พันธ์ของ อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซยี สกับเคลวินได้ดงั น้ี T(K) = t (๐C) + 273

กฎของชาร์ล ความสมั พนั ธร์ ะหว่างอณุ หภมู ิในหน่วยองศาเซลเซยี ส(๐C) และเคลวนิ (K) กับปรมิ าตรของแกส๊ การทดลอง T V V/T ครงั้ ท่ี (๐C) (cm3) (cm3/๐C) 1 10 100 10.0 2 50 114 2.3 3 100 132 1.3 4 200 167 0.8

กราฟแสดงความสมั พนั ธ์ระหว่างอณุ หภมู ิเคลวนิ กบั ปริมาตรของแก๊ส

กฎของชารล์  สามารถสรุปกฎของชาร์ลได้ ดังน้ี เม่ือมวลและความ ดันของแก๊สคงที่ ปริมาตร ของแก๊สจะแปรผันตรงกับ อณุ หภูมิเคลวิน

กฎของชารล์ VαT V = k2 โดย k2 เป็นคา่ คงที่ T V1 = V2 = V3 =…= Vn = k2 Tn T1 T2 T3

ตัวอยา่ งการคานวณกฎของชาร์ล ตวั อยา่ งที่ 3 แกส๊ ไนโตรเจนปริมาตร 20 ลติ ร ที่ อณุ หภูมิ 373 เคลวิน เม่อื ทาใหอ้ ุณหภมู ลิ ดลงเปน็ 273 เคลวนิ โดยความดันของแกส๊ ไม่เปลยี่ นแปลง ปริมาตรสุดทา้ ยของแกส๊ เปน็ เท่าใด

ตัวอย่างการคานวณกฎของชารล์ จากโจทย์ V1 = 20 L , T1 = 373 K V2 = ? L , T2 = 273 K จากกฎของชาร์ล V1 = V2 T1 T2 =20L V2 373K 273K V2 = 20L  273K 373K

ตวั อยา่ งการคานวณกฎของชารล์ V2 = 14.6 L ท่อี ณุ หภมู ิ 273 เคลวนิ แกส๊ ไนโตรเจนจะมปี รมิ าตร 14.6 ลติ ร

ตวั อยา่ งการคานวณกฎของชาร์ล ตวั อยา่ ง 4 แกส๊ ตวั อยา่ งที่ความดันคงที่หดตวั จาก 4.72 cm3 ไปเป็น 4.41cm3 ด้วยความเยน็ ถ้าอณุ หภมู ติ ้งั ต้น เป็น 90 0C อณุ หภูมสิ ดุ ทา้ ยเป็นเทา่ ไร

ตวั อย่างการคานวณกฎของชาร์ล จากโจทย์ V1 = 4.72 cm3 V2 = 4.41 cm3 T1 = 273 + 90 0C = 363 K T2 = ? 0C จากกฎของชาร์ล V1/T1 = V2/T2 4.72 cm3 / 363 K = 4.41 cm3 / T2

กฎของเกย์-ลสู แซก โจเซฟ-ลยุ เก-ลซู ัก ไดศ้ กึ ษาสมบัติ ของแก๊สและได้สรปุ วา่ “ท่ีมวล และปริมาตรคงท่ี ความดันจะแปร ผันตรงกบั อุณหภูมิเคลวิน”

กฎของเกย์-ลสู แซก

กฎของเกย์-ลสู แซก P α T เมื่อ V และ m คงท่ี P = kT P =K T เมื่อมวลและปริมาตรคงที่ ในภาวะตา่ งๆจะไดว้ ่าอัตราสว่ น ระหว่างความดันกับอุณหภูมิ (K) ของแกส๊ คงท่ี

กฎของเกย์-ลสู แซก P1 = K และ P2 = K ดังนั้น T1 T2 P1 = P2 เมอ่ื V และ m คงท่ี T1 T2