ใบความรเรองแกส

แกส

สมบตของแกส

1. มแรงยดเหนยวระหวางอนภาคนอย

2. แพรกระจายเตมภาชนะ รปรางขนอยกบภาชนะบรรจ

3. ไหลได

4. บบอดไดงาย

แกสแบงออกเปน 2 ประเภท คอ

แกสสมบรณ (Ideal gas) หรอแกสอดมคต หมายถง แกสทมสมบตเปนไปตามกฎตางๆ ของ

แกส ไมวาทภาวะใดๆ กตาม

แกสจรง (real gas) หมายถง แกสทมอยในธรรมชาตทวๆ ไป ซงจะไมเปนไปตามกฎตางๆ ของ

แกส โดยเฉพาะทความดนสงอณหภมต า

ทฤษฎจลนของแกส

1. แกสประกอบดวยอนภาคทมขนาดเลกมาก จนถอวาอนภาคแกสไมมปรมาตรเมอเทยบ

กบขนาดภาชนะทบรรจ

2. โมเลกลของแกสอยหางกน ท าใหแรงดดและแรงผลกระหวางโมเลกลนอยมาก จนถอ

ไดวาไมมแรงกระท าตอกน

3. โมเลกลของแกสเคลอนอยางรวดเรวเปนแนวเสนตรง เปนอสระดวยอตราเรวคงทและ

เปนระเบยบจนกระทงชนกบโมเลกลอนหรอชนกบผนงภาชนะจงจะเปลยนทศทางและอตราเรว

4. โมเลกลของแกสทชนกนเองหรอชนกบผนงภาชนะ จะเกดการถายโอนพลงงานแกกน

ไดแตพลงงานรวมของระบบทมคาคงท

5. ณ อณหภมเดยวกน โมเลกลของแกสแตละโมเลกลเคลอนทดวยอตราเรวไมเทากน แต

จะมพลงงานจลนเฉลยเทากน โดยทพลงงานจลนเฉลยของแกสจะแปรผนตรงกบองศาเคลวน

แกสทมสมบตครบถวนตามทฤษฎจลนเรยกวา แกสสมบรณหรอแกสอดมคต ซงไมมจรง

แกสจรงอาจมสมบตใกลเคยงกบแกสสมบรณได ถาอยในระบบทมความดนต าอณหภมสง โดยเฉพาะแกส

เฉอยทอณหภมหองความดน 1 บรรยากาศ มสมบตใกลเคยงกบแกสสมบรณ

โรเบรต บอยล นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ ไดศกษาการเปลยนแปลงปรมาตรและความดนของแกส

ในป ค.ศ.1662(พ.ศ.2205)

กฎของบอยล กลาววา “เมอมวลและอณหภมของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะแปรผกผนกบความ

ดน”

V α

โดยทมวลและอณหภมคงท

PV = k1 โดยท k1 เปนคาคงท

เมอมวลและอณหภมคงท พบวา ผลคณระหวางความดนและ

ปรมาตรของแกสในแตละสภาวะจะมคาเทากน

P1V1 = P2V2 = P3V3 = … = PnVn = k1

ตวอยาง แกสชนดหนงบรรจอยในภาชนะขนาด 1 ลตร ทความดน 1 บรรยากาศ ณ อณหภม 25 ๐C ถาน า

แกสนไปบรรจในภาชนะขนาด 2 ลตร ณ อณหภมเดม แกสนจะมความดนเทาไร(0.5 บรรยากาศ)

ตวอยาง แกสชนดหนงบรรจอยในภาชนะทรงกระบอกขนาด 2.0 ลตร ทความดน 1.5 บรรยากาศ เมอเพม

ความดนเปน 1500 mmHg โดยควบคมอณหภมใหคงท ปรมาตรของแกสจะเปนเทาใด(1.52 ลตร)

อาเลกซองดร เซซา ชารล นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดศกษาความสมพนธระหวางอณหภมกบ

ปรมาตรของแกสในป ค.ศ.1778(พ.ศ.2321)

กฎของชารล เมอมวลและความดนของแกสคงท ปรมาตร

ของแกสจะแปรผนตรงกบอณหภมเคลวน

V α T โดยทมวลและความดนคงท

= k2 โดยท k2 เปนคาคงท

เมอมวลและความดนคงท อตราสวนระหวางปรมาตรและ

อณหภมเคลวนจะมคาคงทเสมอ

V1/T1 = V2/T2 = V3/T3 = … = Vn/Tn = k2

ตวอยาง แกสไนโตรเจนปรมาตร 20 ลตร ทอณหภม 100 ๐C เมอท าใหอณหภมลดลง เปน 0 ๐C โดยความดน

ของแกสไมเปลยนแปลง ปรมาตรสดทายของแกสเปนเทาใด(14.6 ลตร)

Boyle’s Law

Charles’s Law

ตวอยาง แกสชนดหนงมความดน 1 บรรยากาศ อณหภม 0 ๐C บรรจไวในภาชนะทยดหยนได เมอน าภาชนะ

บรรจแกสนไปจมลงในของเหลวทก าลงเดอด ปรมาตรของแกสจะขยายตวจาก 70.00 cm3 เปน90.00 cm3

โดยทความดนคงทอณหภมสดทายเปนเทาใด(351 ๐K)

กฎรวมแกส โดยการรวมกฎของบอยลและกฎของชารลเขาดวยกนเมอมวลของแกสคงท

กฎของบอยล V α

โดยทมวลและอณหภมคงท

กฎของชารล V α T โดยทมวลและความดนคงท

ถารวมรวมกฎของบอยลและกฎของชารล จะไดความสมพนธดงน

V α

V = k3T/P โดยท k3 เปนคาคงท

PV = k3 T โดยทมวลคงท

PV/T = k3

P1V1/T1 = P2V2/T2 = P3V3/T3 = … = k3

ตวอยาง แกสชนดหนงมปรมาตร 10 ลตร ทความดน 1 บรรยากาศ อณหภม 0 ๐C ถาแกสชนดนม

ปรมาตรและความดนเปลยนเปน 11.5 ลตร และ 900 mmHg ตามล าดบ จงหาอณหภมทเปลยนแปลงไปใน

หนวย ๐C(99 ๐C)

กฎของเกย-ลสแซก เมอมวลและปรมาตรคงท ความดนของแกสจะแปรผนตรงกบอณหภมเคลวน

P α T โดยทมวลและปรมาตรคงท

P/T = k4 โดยท k4 เปนคาคงท

เมอมวลและปรมาตรคงท พบวา อตราสวนระหวาง

ความดนกบอณหภมเคลวนมคาคงทเสมอ

P1/T1 = P2/T2 = P3/T3 = … = Pn/Tn = k4

ตวอยาง อากาศในถงใบหนงมความดน 640 mmHg ท

23 ๐C เมอวางไวกลางแดด อณหภมเพมเปน 48 ๐Cความดนของอากาศภายในถงจะเปนเทาใด (694 mmHg)

กฎของอาโวกาโดร เมออณหภมและความดนคงท แกสทมปรมาตรเทากนจะมจ านวนโมลเทากน

หรอทอณหภมและความดนคงท ปรมาตรของแกสใดๆ จะแปรผนตรงกบจ านวนโมลของแกสนน

V α n โดยทอณหภมและความดนคงท

V/n = k5 โดยท k5 เปนคาคงท

เมออณหภมและความดนคงท อตราสวนระหวางปรมาตรกบจ านวนโมลของแกสมคาคงทเสมอ

V1/n1 = V2/n2 = V3/n3 = … = Vn/nn = k5

ตวอยาง แกส He 8 กรม มปรมาตรเทากบ 44.8 ลตร ทอณหภม 273 ๐K และความดน 760 mmHg

แกส He 0.2 กรม มปรมาตรเทาใดทอณหภมและความดนเดม(มวลอะตอม He = 4 )(1.12 ลตร)

กฎแกสสมบรณหรอสมการสถานะของแกส

จาก กฎของบอยล V α

โดยทมวลและอณหภมคงท

กฎของชารล V α T โดยทมวลและความดนคงท

กฎของอาโวกาโดร P α n โดยทอณหภมและความดนคงท

จะได V α nT/P

V = RnT/P โดยท R เปนคาคงทของแกส

P1V1/n1T1 = P2V2/n2T2 = P3V3/n3T3 = … = PnVn/nnTn = R

จดใหม เปน PV = nRT โดยท R เปนคาคงทของแกส

R มหลายคาขนอยกบหนวย คอ

R = 0.082058 L.atm/mol.K (P = atm)

R = 62.364 L.torr/mol.K (P = torr)

R = 8.314 J/mol.K (P = Pa, V = m3)

ตวอยาง บรรจแกสออกซเจนจ านวน 0.885

กโลกรม ไวในถงเหลกกลาซงมปรมาตร 438 ลตร จง

ค านวณความดนของแกสออกซเจนในถงนทอณหภม 21 ๐C(1.53 บรรยากาศ)

ตวอยาง แกสธรรมชาตในแหลงแกสแหลงหนงประกอบดวยแกสมเทน 3.20 x 105 L ท

ความดน 1500 atm อณหภม 45 ๐C แกสธรรมชาตในแหลงนมแกสมเทนอยกกโลกรม(2.94 x 105

กโลกรม)

ตวอยาง แกสออกซเจน 1 mol มอณหภม 62.4 ๐C ความดน 3.45 atm มความหนาแนน

เทาใด(4.01 กรมตอลตร)

ตวอยาง แกสชนดหนงมมวล 0.550 g บรรจอยในภาชนะ 0.200 L ทความดน 0.968 atm

อณหภม 289 K แกสชนดนมมวลตอโมลเทาใด(67.4 กรมตอโมล)

การแพรของแกส

การแพร(Diffusion of gasses) หมายถง การทโมเลกลของแกสชนดหนงเคลอนทเขาไป

แทรกในโมเลกลของแกสอกชนดหนง ซงมความเขมขนตางกน จนแกสผสมมความเขมขนเทากน

ทวทงหมด

การแพรผานของแกส(Effusion of gasses) หมายถง การทโมเลกลของแกสเคลอนท จาก

บรเวณหนงผานชองเลกๆ ออกสอกบรเวณหนง และในระหวางทเคลอนทนโมเลกลไมมการชนกน

เลย

Diffusion Effusion

กฎการแพรผานของเกรแฮม(Graham’s Law Of effusion)

โทมส เกรแฮม(Thomas Graham) นกวทยาศาสตรชาวสกอตแลนด

กฎการแพรผานของเกรแฮม กลาววา ทอณหภมและความดนคงท อตราการแพรของแกส

จะแปรผกผนกบรากทสองของมวลโมเลกลของแกส

r α

โดยทอณหภมและความดนคงท

r =

โดยท k เปนคาคงท

r1 1= r2 2 = r3 3 = … = rn n = k

จดรปใหม จะได

r1/ r2 = 2/ 1

เนองจากน าหนกโมเลกลของแกสแปรผนตรงกบความหนาแนน

r1/ r2 = 2/ 1

r = อตราการแพรของแกส

อตราการแพรของแกส คอ อตราสวนระหวางระยะทางหรอปรมาตรหรอความดนหรอ

จ านวนโมลของแกสทตอหนงหนวยเวลา

M = มวลโมเลกล(มวลตอโมล) ของแกส

d = ความหนาแนน

ตวอยาง เตตระฟลออโรเอทลน(C2F4)แพรผานแผนรพรนชนดหนงดวยอตรา 4.6 x 10-6 โมลตอ

ชวโมง สวนแกสตวอยางอกชนดหนงมอตราการแพรผาน 5.8 x 10-6 โมลตอชวโมงภายใตภาวะเดยวกน จง

ค านวณมวลตอโมลของแกสตวอยาง( 63 g/mol)

ตวอยาง จงเปรยบเทยบอตราการแพรผานของแกสไฮโดรเจนกบฮเลยมทอณหภมและความดน

เดยวกน(1.41)

ตวอยาง แกส A มมวลโมเลกล 36 แกส B มมวลโมเลกล 9 ในเวลา 3 วนาท แกส A เคลอนทได

ระยะทาง 24 เซนตเมตร แกส B จะเคลอนทไดระยะทางเทาใดในเวลา 5 วนาท(80 เซนตเมตร)

ตวอยาง แกส x แพรได 30 cm3 ในเวลา 2 วนาท ในขณะทแกส y มวลโมเลกล 25 แพรได 108 cm3

ในเวลา 4 วนาท จงค านวณหามวลโมเลกลของแกส x (81)

ตวอยาง แกส A แพรไดเรวกวา CO2 กวา 1.6 เทา แกส A ควรจะเปนแกส NO2 หรอ NH3 หรอ H2S

หรอ SO2(NH3)

ตวอยาง แกส A มอตราการแพรเปน 0.5 เทา ของแกส B ถาแกส A มความหนาแนน 0.49 กรม/ลตร

แกส B มความหนาแนนเทาไร(0.1225 กรม/ลตร)

เทคโนโลยทเกยวของกบสมบตของของแขง ของเหลว แกส

1. การท าน าแขงแหง

หลกการ คอ การน า CO2 มาเพมความดนและลดอณหภม

เรมจากการน ากาซคารบอนไดออกไซดมาท าใหเปนของเหลว โดยเพมความดนและลด

อณหภม จากนนท าใหคารบอนไดออกไซดบรสทธและปราศจากความชนดวยวธการทเหมาะสมแลวเพม

ความดนและลดอณหภมจนกระทงมความดน 18 atm และอณหภมเทากบ -25 ๐C แลวอด

คารบอนไดออกไซดเหลวผานรพรน คารบอนไดออกไซดเหลวสวนหนงจะระเหยกลายเปนไอโดยดด

ความรอนจากโมเลกลขางเคยงท าใหโมเลกลของคารบอนไดออกไซดเหลวทถกดดความรอนมอณหภมตา

กวาจดแยอกแขง จงกลายเปนของแขงทมลกษณะเปนเกลด เรยกวาน าแขงแหง เกรดของ

คารบอนไดออกไซดจะถกอดเปนกอนแลวน าไปใชประโยชนตอไป น าแขงแหงมอณหภมประมาณ –79 ๐C

ประโยชนใชในการท าฝนเทยม ใชแชแขง อตสาหกรรมหองเยน

2. การท าไนโตรเจนเหลว หลกการ คอ ลดอณหภม วตถดบทใช คอ อากาศ เรมจากการดดอากาศเขาเครองอดอากาศ ผานลงในสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซดเพอก าจด

คารบอนไดออกไซด แลวผานอากาศทไดเขาเครองกรองเพอแยกน ามนออกแลวท าใหแหงดวยสารดดความชน จากนนท าใหอากาศแหงมอณหภมลดลงจนถง -183 ๐C กาซออกซเจนจะกลายเปนของเหลวแยกตวออกมากอน และเมอลดอณหภมตอไปจนถง -196 ๐C ไนโตรเจนจะกลายเปนของเหลวแยกตวออกมา

ประโยชนของไนโตรเจนเหลว ใชในโรงงานอตสาหกรรมตาง ๆ เชน การแชแขงอาหาร ใชในทางการแพทย

3. การสกดสารโดยใชคารบอนไดออกไซดในรปของไหล

เมอคารบอนไดออกไซดอยภายใตภาวะวกฤตยงยวด(supercritical state) คอท อณหภม 31 ๐C ความ

ดน 73 บรรยากาศ จะมสภาพเปนของไหล( CO2-Fluid) และมสมบตเปนทงแกสและของเหลว คอ ขยายตว

ไดงายจนเตมภาชนะบรรจและไหลไดเหมอนแกส มความสามารถในการละลายไดเหมอนของเหลว ดงนน

เราจงสามารถใชคารบอนไดออกไซดในรปของไหลสกดหรอแยกสารหรอท าใหสารบรสทธขนดวยการ

ควบคมอณหภมและความดนใหเหมาะสม เชน การสกดคาเฟอนออกจากเมลดกาแฟดบแทนเมทลนคลอไรด

โดยไมท าใหรสและกลนของกาแฟเปลยนไป

ผเรยบเรยง นายวระวธ ศรปณย

ครกลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนนวมนทราชนทศ เบญจมราชาลย

เอกสารอางอง

สงเสรมการสอนวทยาศาสตร,สถาบน.เคมเลม 2. กรงเทพมหานคร:ครสภา,2546.

ส าราญ พฤกษสนทร.คมอสาระการเรยนรพนฐานและเพมเตม กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร

เคม ม.4 เลม 2.กรงเทพมหานคร:พ.ศ.พฒนา,2547.

โรงเรยนมหดลวทยานสรณ .เอกสารประกอบการสอนวชาเคม 2 ว40122.