เคมี แก๊สและสมบัติของแก๊ส

แก๊ส คืออะไร

แก๊ส เป็นสถานะอย่างหนึ่งของสสาร ลักษณะของแก๊สจะไม่มีรูปร่างหรือปริมาตรที่แน่นอน มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย ทำให้มีการฟุ้งกระจาย เพราะโมเลกุลเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและไม่มีทิศทางที่แน่นอน เมื่อเคลื่อนที่ไปชนกับผนังภาชนะ จะทำให้เกิดความดัน สามารถถูกอัดได้ง่ายและมากกว่าของเหลว ถ้าแก๊สมีการเปลี่ยนอุณหภูมิและความดันก็จะทำให้ปริมาตรเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยปริมาตรของแก๊สจะแปลผกผันกับความดันที่มากระทำ และเมื่อนำแก๊สหลายชนิดมาใส่ในภาชนะเดียวกัน ก็จะเกิดการรวมกันเป็นเนื้อเดียวอย่างสมบูรณ์

 

สมบัติของแก๊ส

1. แก๊สมีรูปร่างเป็นปริมาตรไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะที่บรรจุ เมื่อบรรจุในภาชนะใดก็จะมีรูปร่างเป็นปริมาตรตามภาชนะนั้น เช่น ถ้าบรรจุในภาชนะทรงกลมขนาด 1 ลิตร แก๊สจะมีรูปร่างเป็นทรงกลม ซึ่งมีมีปริมาตร 1 ลิตร นั่นเป็นเพราะแก็สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค (โมเลกุลหรืออะตอม) น้อยมาก จึงทำให้อนุภาคของแก๊สสามารถเคลื่อนที่หรือแพร่กระจายเต็มภาชนะที่บรรจุนั่นเอง

2. ถ้าให้แก๊สอยู่ในภาชนะที่เปลี่ยนแปลงปริมาตรได้ ปริมาตรของแก๊สจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดันและจำนวนโมล ดังนั้น เมื่อบอกปริมาตรของแก๊ส ก็จะต้องบอกอุณหภูมิ ความดันและจำนวนโมลด้วย เช่น แก๊สออกซิเจน 1 โมลมีปริมาตร 22.4 dm3;ที่อุณหภูมิ 0 C ความดัน 1บรรยากาศ (STP)

3. สารที่อยู่ในสถานะแก๊สมีความหนาแน่นน้อยกว่าเมื่ออยู่ในสถานะของเหลวและของแข็งมาก เช่น ไอน้ำ มีความหนาแน่น 0.0006 g/cm3 แต่น้ำมีความแน่นถึง 0.9584 g/cm3;ที่100 C

4. เนื่องจากแก็สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าของเหลวและของแข็ง ดังนั้น แก๊สจึงสามารถแพร่ได้และแพร่ได้เร็วด้วย

5. เมื่อนำแก็สต่างๆ ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาใส่ในภาชนะเดียวกัน แก๊สแต่ละชนิดจะแพร่ผสมกันอย่างสมบูรณ์ทุกส่วน นั่นคือ ส่วนผสมของแก๊สจะเป็นสารเดียวหรือเป็นสารละลาย (Solution)

6. แก๊สส่วนใหญ่ไม่มีสีและโปร่งใส่ เช่น แก๊สออกซิเจน (O2), แก๊สไฮโดเจน (H2), แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แต่แก๊สบางชนิดก็มีสี เช่น แก๊สไนโตเจนไดออกไซด์ (NO2) มีสีน้ำตาลแดง แก๊สคลอรีน (Cl2) มีสีเขียวแกมเหลือง หรือแก๊สโอโซน (O3) ที่บริสุทธิ์จะมีสีน้ำเงินเข้ม เป็นต้น

 

ประเภทของแก๊ส

สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ แก๊สอุดมคติ (Ideal gas) และ แก๊สจริง (Real gas) ดังนี้

• แก๊สอุดมคติ (Ideal gas) หรือแก๊สสมบูรณ์ ซึ่งก็คือ แก๊สที่ไม่มีอยู่จริง แต่เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์กำหนดขึ้นเพื่ออธิบายสมบัติต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับแก๊ส โดยให้มีพฤติกรรมเป็นไปตามกฎของแก๊สไม่ว่าที่อุณหภูมิหรือความดันใด แก๊สสมบูรณ์เป็นแก๊สที่ไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล
• แก๊สจริง (Real gas) คือ แก๊สที่ไม่เป็นไปตามกฎต่าง ๆ ของแก๊สสมบูรณ์ ซึ่งเป็นแก๊สที่มีอยู่จริงในธรรมชาติ มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย แต่ในบางสภาวะแก๊สจริงอาจมีสมบัติใกล้เคียงกับแก๊สสมบูรณ์ได้

 

ตัวแปรที่สำคัญของแก๊ส

1. ปริมาตรของแก๊ส (Volume ; V)

จากการที่โมเลกุลของแก๊สนั้นมีการเคลื่อนที่อย่างอิสระ อีกทั้งยังมีการฟุ้งกระจายจนเต็มภาชนะที่บรรจุ ดังนั้น “ปริมาตรของแก๊ส จึงหมายถึงปริมาตรของภาชนะที่บรรจุแก๊สนั้น ๆ” ซึ่งหน่วยของปริมาตรที่เป็นหน่วย SI คือ ลูกบาศก์เดซิเมตร, ลูกบาศก์เซนติเมตร และลูกบาศก์เมตร

2. อุณหภูมิ (Temperature; T)

เป็นมาตราส่วนที่ใช้บอกระดับความร้อน-เย็นของสาร แต่อุณหภูมิไม่ได้บอกให้ทราบถึงปริมาตรความร้อนของสาร กล่าวคือ สารที่มีอุณหภูมิเท่ากันแสดงว่ามีระดับความร้อนเท่ากันแต่อาจจะมีปริมาตรความร้อนเท่ากันก็ได้ เครื่องมือวัดอุณหภูมิที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือเทอร์โมมิเตอร์ ส่วนหน่วยของอุณหภูมิมีหลายแบบ ขึ้นกับเครื่องมือที่ใช้วัด เช่น องศาเซลเซียส, องศา ฟาเรนไฮด์ และ เคลวิน (K) เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาเกี่ยวกับแก๊ส จะนิยมใช้หน่วย เคลวิน ซึ่งมีความสัมพันธ์กับหน่วยองศาเซลเซียส คือ K = 273.15 + องศาเซลเซียส

3. ความดัน (Pressure; P)

คือ แรงกระทำต่อหน่วยพื้นที่ ถ้าแก๊สบรรจุในภาชนะ ความดันของแก๊สจะเกิดจากการที่โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ไปชนผนังภาชนะบรรจุ หน่วยของความดันของแก๊สมีหลายหน่วย เช่น นิวตันต่อตารางเมตร, ไดน์ต่อตารางเซนติเมตร, ปอนด์ต่อตารางนิ้ว, มิลลิเมตรปรอท, ทอรร์ (Torr), บรรยากาศ (atm), พีเอสไอ (psi) และปาสคาล (Pa) ซึ่งในแต่ละหน่วยมีความสัมพันธ์กันดังนี้

 

ความดันที่เกิดจากมวลของปรอทในหลอดแก้วเหนือระดับปรอทในอ่าง สามารถคำนณได้โดยใช้สูตร

ความดัน = แรง / พื้นที่

โดยกำหนดให้ P คือ ความดัน และ A คือ พื้นที่

P = F/A

จากกฎของนิวตัน F = ma เมื่อ m คือ มวล และ g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก แทนค่า F ในสูตรข้างต้นจะได้ว่า

P = mg/A

จาก D = m/v ; m = DV

แทนค่า m จะได้ว่า P = DVg/A โดย

จากสมการ ดังกล่าว จะเห้นได้ว่า D และ g เป็นค่าคงที่ ดังนั้น ความดันจึงแปรผันโดยตรงกับความสูงของปรอทในหลอดแก้ว

เครื่องมือที่ใช้วัดความดันของแก๊ส คือ แมนอมิเตอร์ ซึ่งมีแบบปลายเปิด ดังรูป ก. และแบบปลายปิด ดังรูป ข.

แมนอมิเตอร์ ชนิดปลายเปิด สามารถหาความดันของแก๊สได้จาก P แก๊ส = P บรรยากาศ + P ปรอท

และจากสมการ ค่าความดันบรรยากาศที่อ่านค่าได้จากบารอมิเตอร์ และความดันเนื่องจากความสูงของปรอท h สามารถคำนวณได้จากสมการ P = Dgh จากรูป ก. ถ้าระดับปรอทที่ต่ออยู่กับแก๊ส สูงกว่าระดับปรอททางปลายเปิด แสดงว่าความดันของแก๊สน้อยกว่าความดันบรรยากาศ จะได้เป็น P แก๊ส = P บรรยากาศ – P ปรอท

แมนอมิเตอร์ชนิดปลายปิด ถ้าลำปรอทในหลอดแก้วปลายปิด สูงกว่าระดับปรอทที่ต่ออยู่กับแก๊สเท่ากับ h ความดันของแก๊สจะเท่ากับความดันเนื่องจากปรอทสูงเท่ากับ h และจะได้ว่า Pแก๊ส = Pปรอท

ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว ปรอทจะมีความดันไอ แต่เนื่องจากความดันไอของปรอทมีค่าน้อยมาก จึงไม่คิดค่าความดันไอของปรอท

 

ตัวอย่างข้อสอบ แก๊สและสมบัติของแก๊ส

1. ความหนาแน่นของปรอทและน้ํามันข้าวโพดมีค่า 13.5 และ 0.92 g/mL ตามลําดับ หากใช้น้ํามันข้าวโพดแทนปรอทในบารอมิเตอร์อยากทราบว่าที่ความดันบรรยากาศมาตรฐาน (standard atmospheric pressure) ลําของน้ํามันจะสูงกี่เมตร สมมติว่าค่าความดันไอของน้ํามันข้าวโพดน้อยมาก

2. จงหาปริมาตรในหน่วยลิตร (L) ที่ STP ของแก๊ส HCl 54.75 กรัม

3. แก๊ส Ar เป็นแก๊สเฉื่อยที่ใช้ยับยั้งการระเหยของไส้หลอดไฟ ถ้าหลอดไฟ 1 ดวงบรรจุแก๊ส Ar ความดัน 1.20 atm ที่อุณหภูมิ 18 °C ถูกทําให้สว่างที่อุณหภูมิ 85 °C โดยที่หลอดไฟมีขนาดคงที่ จงหาความดันของแก๊ส Ar (atm) เมื่อหลอดไฟสว่าง

4. ภาชนะใบหนึ่งมีขนาด 2.10 L บรรจุแก๊ส A หนัก 4.65 กรัม ที่ความดัน 1.00 atm และอุณหภูมิ 27 °C จงหามวล โมเลกุลของแก๊ส A

5. แก๊สธรรมชาติประกอบด้วย 8.24 โมล CH4, 0.421 โมล C2H6 และ 0.116 โมล C3H8 ถ้าความดันแก๊สรวมมีค่า เท่ากับ 1.37 atm จงหาความดันย่อยของ propane (C3H8)

 

เคมี ม. ปลาย ต้องเรียนเรื่องอะไรบ้าง

การเรียน เคมี ม.ปลาย ตั้งแต่ เคมี ม.4 เคมี ม.5 หรือ เคมี ม.6 นอกจากเรื่องแก๊สและสมบัติของแก๊สที่จะต้องเจอแล้ว การเรียนวิชานี้ยังครอบคลุมไปถึงเรื่องอื่น ๆ ด้วย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องโครงสร้างอะตอมและตารางธาตุ พันธะเคมี สมบัติของธาตุและสารประกอบ โมลและสูตรเคมี สารละลาย ปริมาณสารสัมพันธ์ ของแข็ง ของเหลว แก๊ส อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลเคมี กรด-เบส ไฟฟ้าเคมี เคมีอินทรีย์ พอลิเมอร์ เชื้อเพลิงและซากดึกดำบรรพ์ เคมีกับการแก้ปัญหา สารชีวโมเลกุล และอื่น ๆ ดังนั้น ใครที่กำลังเตรียมตัวจะเลือกเรียนสายวิทย์ หรือกำลังเรียนสายวิทย์อยู่ ก็จะต้องเจอกับการเรียนเรื่องต่าง ๆ เหล่านี้อย่างแน่นอน

 

 

คอร์สเรียน แก๊สและสมบัติของแก๊ส ตัวต่อตัว

เป็นคอร์สเรียนที่ผู้เรียนสามารถออกแบบการเรียนให้เหมาะกับตัวเองได้เป็นอย่างดี ไม่ว่าจะเรียนเพื่อติวสอบปลายภาค, ติวเพิ่มเกรด, กวดวิชาเข้ามหาวิทยาลัย ก็สามารถเลือกได้ตามแบบที่เราต้องการได้ด้วยหลักสูตรจำนวน 10 ชม. แต่หากใครที่พื้นฐานอ่อนหรืออยากมาเรียนเนื้อหาล่วงหน้าก็สามารถเพิ่มชั่วโมงเรียนให้เหมาะสมกับเราได้

 

เรียน ติว เคมี แก๊สและสมบัติของแก๊ส ตัวต่อตัว
จำนวนนักเรียน	จำนวนชั่วโมง
	10 ชม.	20 ชม.	30 ชม.	40 ชม.
1 คน	8,000 ฿	16,000 ฿	24,000 ฿	32,000 ฿
2 คน ( ประหยัดถึง 25% )	12,000 ฿	24,000 ฿	36,000 ฿	48,000 ฿
3 คน ( ประหยัดถึง 40% )	14,400 ฿	28,800 ฿	43,200 ฿	57,600 ฿
			แถมฟรี 2 ชม.	แถมฟรี 4 ชม.
หมายเหตุ : – คอร์สเรียนส่วนตัวออนไลน์ ผ่านทาง Zoom ผู้เรียนสามารถเลือกวันและเวลา เรียนเองได้

 

แก๊สและสมบัติของแก๊ส