กาซ ของแขง ของเหลว

สาร หรอ สสาร หมายถง สงทมมวล ตองการทอยและสมผสได เชน ทองคา นา และอากาศ

สมบตของสาร หมายถง สมบตประจาตวของสาร มทงสมบตทางกายภาพ ซงเกยวของกบลกษณะ

ภายนอกทสงเกตไดงาย เชน รปราง ส กลน สถานะ การละลาย จดเดอด ฯลฯ และ สมบตทางเคม ซง

เกยวของกบปฏกรยาเคม เชน การเผาไหม ฯลฯ

สารตาง ๆ ทพบเหนกนอยทกวนน มจานวนมากมาย สารตางชนดกนจะมสมบตสวนใหญแตกตาง

กน เชน มสถานะ รปราง ส กลน ฯลฯ แตกตางกน ในหนงสอเคมเลม 1 นกเรยนไดศกษาการจาแนก

สารตาง ๆ ออกเปนหมวดหมเพอใหงายแกการศกษาแลว สาหรบในบทนนกเรยนจะไดศกษาเกยวกบการ

จาแนกสารโดยใชสถานะเปนเกณฑ ซงจาแนกสารออกเปนกาซ ของเหลว และของแขง นอกจากนจะได

ศกษาสมบตตาง ๆ ของสารรวมทงการนาทฤษฎทเกยวของมาอธบายสมบตเหลานน เชน กฎของบอยล กฎ

ของชารล กฎรวมของกาซ กฎการแพรของกาซ ทฤษฎจลนของกาซ การระเหยของของเหลว และการ

จดเรยงอนภาคในของแขง เปนตน

สถานะของสาร

โดยทวไป สารแบงออกเปน 3 สถานะ คอ ของแขง ของเหลว และกาซ

ของแขง หมายถง สารทมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคมาก ทาใหอนภาคอยใกลชดกน ดงนนจง

มรปรางและปรมาตรของมนเอง โดยไมเปลยนไปตามรปรางของภาชนะทบรรจ เชน เหลก เกลอแกง และ

ดางทบทม เปนตน

ของเหลว หมายถง สารทมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคนอยกวาของแขง ทาใหอนภาคไมไดอย

ชดกนอยางของแขง จงมปรมาตรทแนนอน แตมรปรางไมแนนอน เปลยนแปลงไปตามลกษณะของ

ภาชนะทบรรจ เชน นา เบนซน และปรอท เปนตน

กาซ หมายถง สารทมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคนอยมาก ทาใหอนภาคฟงกระจายจนเตม

ภาชนะทบรรจตลอดเวลา ดงนนกาซจงมปรมาตรและรปรางไมแนนอน เปลยนแปลงไปตามลกษณะของ

ภาชนะทบรรจ เชน กาซนออน กาซออกซเจน และกาซคลอรน เปนตน

ทอณหภมหอง สารตาง ๆ อาจจะมสถานะเปนของแขง ของเหลว หรอกาซกได ทงนขนอยกบ

ชนดของสารนน ๆ สารตางชนดกนอาจมสถานะตางกนหรอเหมอนกนกได โดยทวไปสถานะของสารจะ

ขนอยกบอณหภม และความดน สามารถทาใหสารตาง ๆ มสถานะเปนของแขง ของเหลว และกาซไดโดย

ใชอณหภมและความดนทเหมาะสม เชน ถาใชอณหภมสง ๆ และความดนตา ๆ สารมกจะอยในสถานะ

กาซ แตถาใชอณหภมตา ๆ และความดนสง ๆ สารมกจะอยในสถานะของเหลว และของแขง

2

โดยทว ๆ ไปสารตาง ทอยในธรรมชาตมกจะดารงอยในสถานะเดยวทอณหภมและความดนปกต

คอ อาจเปนของแขง ของเหลว หรอกาซเพยงอยางใดอยางหนง เชน เงน ตะกว จะอยในสถานะของแขง

ปรอท และ นา อยในสถานะของเหลว มเธน และคารบอนไดออกไซด อยในสถานะกาซ เปนตน สาร

บางอยางอาจดารงอยไดมากกวา 1 สถานะ พรอม ๆ กน เมอเลอกใชอณหภมและความดนทเหมาะสม เชน

ในบางภาวะนา สามารถอยในสถานะของแขง (นาแขง) ของเหลว (นา) และกาซ (ไอนา) พรอม ๆ กนได

แตอยางไรกตามสารสวนใหญจะไมสามารถดารงอยได หลาย ๆ สถานะพรอม ๆกน แตสามารถเปลยนจาก

สถานะหนงไปยงอกสถานะหนงได โดยอาศยการเปลยนแปลงพลงงานความรอนดงน

ดดความรอน

ของแขง ของเหลว กาซ

คายความรอน

รป การเปลยนสถานะของสารโดยอาศยการเปลยนแปลงพลงงาน

ตวอยางในตาราง ตอไปนแสดงใหเหนถงผลของการเปลยนแปลงอณหภมทมตอสถานะของสาร

ตาราง จดหลอมเหลวและจดเดอดของสารบางชนดท 1 บรรยากาศ

ชอสาร สถานะของสาร

(ท 250C)

จดหลอมเหลว

( 0C )

จดเดอด

( 0C )

โซเดยม

แคลเซยม

ปรอท

โบรมน

ฮเลยม

ไนโตรเจน

ของแขง

ของแขง

ของเหลว

ของเหลว

กาซ

กาซ

97.8

838

-38.4

-7.2

-269.7

-210

892

1440

357

58

-268.9

-195.8

จากตารางจะเหนไดวา โซเดยมจดหลอมเหลว 97.8 0C มจดเดอด 892 0C ถาโซเดยมมอณหภมตา

กวา 97.8 0C จะเปนของแขง ถามอณหภมระหวาง 97.8 - 892 0C จะเปนของเหลว และถามอณหภมสงกวา

892 0C จะเปนกาซ ดงนนจงสามารถทาใหสถานะของโซเดยมเปลยนแปลงไปเมออณหภมเปลยนแปลง

3

สาหรบสารอน ๆ กพจารณาผลของอณหภมทมตอการเปลยนสถานะ ไดในทานองเดยวกน

ท 25 0C โซเดยมและแคลเซยมมสถานะเปนของแขง เพราะทง 2 มจดหลอมเหลวสงกวา 25 0C

ปรอท และโบรมนมสถานะเปน ของเหลว เพราะวามจดหลอมเหลวตากวา 25 0C แตมจดเดอดสงกวา

250C ในขณะทฮเลยมแลไนโตรเจนมสถานะเปนกาซ เพราะมจดเดอดตากวา 25 0C

จากขอมลในตาราง จะพบวาสารตาง ๆ มจดหลอมเหลวและจดเดอดตางกน แสดงวาจด

หลอมเหลวและจดเดอดเปนสมบตเฉพาะตวของสาร ดงนนจงสามารถใชขอมลเกยวกบจดหลอมเหลวและ

จดเดอด ชวยในการบอกชนดของสารได ดงทไดกลาวมาแลว

สถานะตาง ๆของสารนอกจากจะขนอยกบอณหภมแลวยงขนอยกบความดนดวย ตวอยางเชน

กรดอะซตก หรอกรดนาสม (CH3COOH) ทความดน 1 บรรยากาศ ถามอณหภมสงกวา 117.9 0C จะม

สถานะเปนกาซ ถามอณหภมระหวาง 16.6 - 117.9 0C จะมสถานะเปนของเหลว และถามอณหภมตากวา

16.6 0C จะมสถานะเปนของแขง แตถาใชความดน 10 mmHg จะสามารถเดอดและมสถานะเปนกาซไดท

อณหภมตากวา 50 0C เปนตน

สมบตของกาซ

กาซมสมบตโดยทว ๆ ไปดงน

1.กาซมรปรางและปรมาตรไมแนนอน ขนอยกบลกษณะของภาชนะทบรรจ ถาภาชนะมรปราง

และ ปรมาตรอยางไร กาซจะมรปรางและปรมาตรเปนอยางนน เชน เมอบรรจกาซจานวนหนงลงในถงรป

ลกบาศกทมปรมาตร 10 ลตร จะไดกาซทมปรมาตร 10 ลตร และมรปรางเปนรปลกบาศกตามถงนน การ

ทเปนเชนนเพราะกาซมการแพรหรอฟงกระจายไดอยางอสระจนเตมภาชนะเสมอ

2.กาซมการเคลอนทตลอดเวลาโดยมทศทางการเคลอนทไมแนนอน (Random Motion) กลาวคอ

กาซจะเคลอนทออกจากจด ๆ หนงอยางไมเปนระเบยบหรออยางอสระทกทศทางซงตางจากของแขง ท

อนภาคเกอบจะเคลอนทไมไดเลย หรอของเหลวทอนภาคเคลอนทไดบาง แตมขอบเขตของการเคลอนท

คอนขางจากด การทกาซเคลอนทไดงายกวาหรอไดเรวกวา แสดงวามพลงงานจลนมากกวา

3.กาซแพรไดเรวกวาเพราะแรงยดเหนยวระหวางอนภาคนอยกวาของเหลวและของแขงซงเปนเหต

ใหโมเลกลของกาซแยกจากกนไดงาย ถานากาซหลาย ๆ ชนดทไมทาปฏกรยากนมาผสมกนในภาชนะใบ

เดยวกน กาซทกชนดจะแพรจนเตมภาชนะไดเปนสารละลายกาซ

4.ทอณหภมและความดนหนง ๆกาซมความหนาแนนนอยกวาของเหลวและของแขง

5.โดยทว ๆ ไปกาซจะมลกษณะโปรงใสซงมนษยสมารถมองทะลผานไปได กาซบางชนดอาจจะม

สมบตเฉพาะตว เชน มกลน หรอสทแตกตางจากกาซอน ๆ เชน กาซ F2 (สเหลองออน) , Cl2 (สเขยว

4

ตองออน) , Br2 (สแดง) , I2 (สมวงแดง) , NO2 (สนาตาลแดง) , SO2 (มกลนฉนแสบจมก) และ H2S

(มกลนกาซไขเนา) เปนตน

6.ปรมาตรของกาซขนอยกบอณหภมและความดน ถาอณหภมและความดนเปลยนไปจะทาให

ปรมาตรเปลยนไปดวย แสดงวาอณหภม ความดน และปรมาตรเปนสมบตของกาซซงมสวนสมพนธซงกน

และกน อณหภมและความดนจะมผลตอการเปลยนแปลงปรมาตรของกาซมากกวาของเหลวและของแขง

กลาวคอ เมออณหภมสงขน กาซจะขยายตวมปรมาตรเพมขนและเมออณหภมลดลง กาซจะหดตวลงทาให

ปรมาตรลดลง แตการเปลยนอณหภมอาจจะไมมผลตอการเปลยนปรมาตรของของเหลว และของแขงเลยก

ได

เนองจากสมบตของกาซขนอยกบอณหภมและความดน ดงนนในการกลาวถงปรมาตรของกาซ จง

ตองระบอณหภมและความดนควบคกนไปทกครง ถาไมระบอาจจะถอวาใหความหมายไมสมบรณ เชน

กาซ H2 มปรมาตร 22.4 ลตร ท 0 0C , 1 atm จดวามขอมลทสมบรณ

อณหภม ใชสญญลกษณเปน T (เคลวน) และ t (เซลเซยส) เปนมาตราสวนทใชบอกระดบ

ความรอนของสาร แตไมไดบอกใหทราบวาสารนนมปรมาณความรอนเทาใด กลาวคอ สารทรอนเทากน

จะมอณหภมเทากน แตอาจจะมปรมาณความรอนเทากน หรอไมเทากนกได ขนอยกบ มวล และ คาความจ

ความรอนของสาร

เครองมอทใชวดอณหภมเรยกวา เทอรโมมเตอร ซงมหลายชนด บางชนดอาจจะใชสารทบรรจใน

เทอรโมมเตอรเปนของเหลว เชน ปรอท นา แอลกอฮอล บางชนดอาจจะใชกาซบรรจในเทอรโมมเตอร

เรยกวา เทอรโมมเตอรกาซ เชน ใช H2 และอากาศ การเลอกใชสารใสในเทอรโมมเตอรตองอาศยการ

ขยายตวของสารนน ซงเปนสมบตเฉพาะตวของสารแตละชนด

การกาหนดมาตราสวนของอณหภมในเทอรโมมเตอรมกจะใชจดเยอกแขงและจดเดอดของ

ของเหลว เชน นาเปนหลก โดยการวดจดเยอกแขงและจดเดอดของนาทความดน 1 บรรยากาศ แลวแบง

ชวงระยะระหวางจดเดอดกบจดเยอกแขงออกเปนชองเทา ๆ กนตามความตองการ กลายเปนมาตราสวน

อณหภม เชน แบงออกเปน 100 ชอง ๆ เทา ๆกน แตละชองเรยกวา 1 องศา เปนตน

มาตราสวนหรอหนวยทใชวดอณหภมมหลายชนด เชน

1.หนวยเซลเซยสหรอเดมเรยกวา เซนตเกรด (0C) แบงมาตรสวนระหวางจดเยอกแขงและจดเดอด

ของนาเปน 100 ชอง ๆ เทา ๆกน แตละชองเรยกวา 1 0C

2.หนวยฟารเรนไฮด (0F) แบงมาตรสวนระหวางจดเยอกแขงและจดเดอดของนาเปน 180 ชอง ๆ

เทา ๆกน แตละชองเรยกวา 1 0F

3.หนวยเคลวน (K) หรอหนวยอณหภมสมบรณ (Absolute Temperature) เปนหนวย SI แบง

มาตราสวนระหวางจดเยอกแขงและจดเดอดของนาเปน 100 ชอง ๆ เทา ๆกน แตละชองเรยกวา 1 K

จะเหนไดวามาตรสวนของอณหภมเซลเซยสและเคลวนมคาเทากน แตละชองเปน 1 องศาทม

ขนาดเทากน

5

สาหรบจดเยอกแขงและจดเดอดของนาซงใชเปนตวกาหนดมาตราสวนของอณหภมทง 3 แบบมคา

ดงน

จดเยอกแขงของนา = 0 0C = 273.15K = 32 0F

จดเดอดของนา = 100 0C = 373.15 K = 212 0F

375.15

273.15

0(K)

100

0

-273.15

212

-32

-459.7(0C) (0F)

เคลวน เซลเซยส ฟารเรนไฮด

รปท 4.2 เปรยบเทยบมาตราสวนระหวางอณหภมเคลวน เซลเซยสและฟาเรนไฮด

อณหภมทง 3 ชนด เขยนเปนความสมพนธทางคณตศาสตรไดดงน

T = 273.15 + t

T = 273.15 + 95 ( F - 32 )

t = 95 ( F - 32 )

เมอ T = อณหภมเคลวน

t = อณหภมเซลเซยส

F = อณหภมฟาหเรนไฮด

หรออาจจะใชคาประมาณไดดงน

T = 273.15 + t

T = 273.15 + 95 ( F - 32 )

t = 95 ( F - 32 )

ความดน ใชสญลกษณเปน P หมายถงแรงทกระทาตอหนงหนวยพนท ความดนเปนสมบตอยาง

หนงของของไหล (เรยกของเหลวและไอหรอกาซรวมกนวา ของไหล) ความดนสามารถใชบอกทศทางการ

เคลอนทของอของเหลวและกาซได คอ ทงของเหลวและกาซจะเคลอนทจากสวนทมความดนสงไปสสวนท

มความดนตากวาเสมอ

6

เครองมอทใชวดความดนเรยกวา บารอมเตอร (Barometer) ซงมลกษณะตาง ๆ กน บารอมเตอร

มกจะทาดวยปรอทซงเปนของเหลวทมความหนาแนนมาก โดยใชหลอดแกวยาวและตรงมพนทหนาตด

เทากนตลอดขนาด 1 cm2 ยาวประมาณ 100 cm ปลายดานหนงปด บรรจปรอทจนเตมหลอดแลวควา

ปลายดานเปดลงบนอางปรอท ระดบปรอทจะลดลงเลกนอยและทาใหมทวางตอนบนของหลอดแกวเปน

สญญากาศ (ดในรป) การทปรอทสวนหนงยงคางอยภายในหลอดแกวกเนองจากแรงกดดนของบรรยากาศท

มตอผวหนาของปรอทในอางปรอท ซงแสดงวามวลของบรรยากาศหรอความกดดนของบรรยากาศทมตอ

ผวปรอทในอางจะตองเทากบความกดดนทเกดจากมวลของปรอทในหลอดแกว ซงกดลงมายงอางปรอท

จงทาใหระดบความสงของปรอท มคาคงท ดงนนความสงขอลปรอทในหลอดแกวจงเทากบความดนของ

บรรยากาศนนเอง ถาใชพนทหนาตดของหลอดแกวเทากบ 1 cm3 ปกตจะไดลาปรอทสงประมาณ 76 cm

หรอ 760 mm ซงเรยกวา 1 บรรยากาศ (atm)

รปท 4.3 เครองมอวดความดน (บารอมเตอร)

ในกรณทจะวดความดนของกาซอาจจะใชเครองมออกชนดหนงเรยกวา นาโนมเตอร

(Nanometer)ซงเปนหลอดแกวรปตวย อาจจะเปนชนดปลายเปดทงสองดาน หรอปลายปดดานใดดานหนง

กได ดงรป

รป เครองมอวดความดนของกาซ (มาโนมเตอร)

7

สาหรบชนดปลายเปด (รป ก. ) กาซจะดนปรอทใหขนไปทางดานปด ความดนของกาซจะเทากบ

ความแตกตางระหวางความสงของระดบปรอททงสอง ดาน (h) (เนองจากชองวางเปนสญากาศจงไมตองนา

ความดนบรรยากาศมาคด)

สาหรบชนดปลายเปดทง 2 ดาน (รป ข. ) กาซจะดนปรอทขนไปทางดานปลายเปดอกดานหนงดง

ในรป ความดนของกาซจะเทากบความแตกตางระหวางความสงของระดบปรอททง 2 ดาน (h) บวกกบ

ความดนของบรรยากาศ

การคานวณความดนจากบารอมเตอร

เมอใชหลอดแกวยาวทมพนทหนาตด (เทากนตลอด) ขนาด 1 ตารางเซนตเมตร บรรจปรอทจน

เตมแลวควาลงบนอางปรอท จะไดลาปรอทสง h เซนตเมตร (ดรป 4.3 ประกอบ)

จาก

แรง (F) = มวลปรอท (m) x แรงดงดดของโลก (g)

มวลของปรอท = ปรมาตรปรอท (V) x ความหนาแนนปรอท (d)

เพราะฉะนน

F = mg = Vdg

= (Ah)dg เมอ A = พนทหนาตดของปรอท

เนองจาก

ความดน(P) = (A) พนท

(F) แรง

เพราะฉะนน P = dgAAh

= hdg

ดงนนถาทราบความสงของปรอทและความหนาแนนของปรอท จะสามารถคานวณความดนของ

บรรยากาศในขณะนนได เชน ท 25 0C ระดบปรอทสง 76.1 เซนตเมตร จะคานวณความดนไดดงน

P = hdg = (76.1 cm) x (13.596 g/cm3) x (980.7 cm/s2)

= 1.015 x 106 g/cm.s2

= 1.015 x 106 dyne/cm2

ความดนมาตรฐาน คอ ความดนเฉลยของบรรยากาศทระดบนาทะเลซงทาใหปรอทสง 76

เซนตเมตรท 0 0C และใหเทากบ 1 บรรยากาศ ( 1 atm)

ความดนมาตรฐาน ( 1 atm) ในเทอมของ dyne/cm2 จะเปนดงน

P (1 atm) = hdg

8

= (76.0 cm) x (13.596 g/cm3) x (980.7 cm/s2)

= 1.013 x 106 dyne cm-2

หนวยของความดนทใชนอกจากจะใช atm หรอ dyne cm-2 แลว ยงมหนวยอน ๆ อก เชน นว

ตนตอตารางเซนตเมตร ( N/cm2) , นวตนตอตารางเมตร (N/m2) หรอ ปาสคาล ซงเปนหนวย S.I. ( 1 Pa

= 1 kg/m. s2 ), ปอนดตอตารางนว (pound per square inches) หรอ p.s.i ) , mm Hg หรอ torr เปนตน

หนวยของความดนทใชมากคอ atm และ mm Hg และ Pa ซงมความสมพนธกนดงน

1 atm = 760 mm Hg = 76 cm Hg

= 760 torr = 17.7 p.s.i

= 1.013 x 105 Pa = 1.013 x 105 N/m2

= 1.013 x 106 dyne cm-2

อณหภมและความดนมาตรฐาน

ใชสญลกษณ เปน STP ซงยอมาจาก Standard Temperature and Pressure หรอ NTP ซงยอมา

จาก Normal Temperature and Pressure เนองจากปรมาตรของกาซเปลยนแปลงไปตามอณหภมและ

ความดน การระบปรมาตรจงตองระบอณหภมและความดนควบคกนเสมอ เพอความสะดวกสาหรบการ

เปรยบเทยบปรมาตรของกาซจงไดกาหนดสภาวะอางองซงเปนสภาวะมาตรฐานของกาซขนมาดงน

อณหภมมาตรฐานของกาซ คอ 00C หรอ 273.15 K (273 K โดยประมาณ)

ความดนมาตรฐานของกาซ คอ 1 atm หรอ 760 mm Hg

ปรมาตรของกาซ

ใชสญลกษณเปน V หมายถง ปรมาตรของภาชนะทบรรจกาซ ทงน เพราะถอวากาซไมม

ปรมาตรโมเลกล (ขนาดของกาซเลกมากจนตองตดทงไดเมอเทยบกบขนาดของภาชนะทบรรจ ด

รายละเอยดในหวขอทฤษฎจลน) และกาซสามารถแพรกระจายจนเตมภาชนะทบรรจเสมอ ในกรณ

ของเหลว และของแขง การหาปรมาณอาจจะใชวธชงมวล เพราะทงของแขงและของเหลวมมวลมาก หรอ

อาจจะใชวดปรมาตรกได แตในกรณของกาซ ซงมความหนาแนนนอยกวาของเหลวและของแขงมาก มวล

จงมคานอย การหาปรมาณของกาซโดยการชงมวลจงไมสะดวก ในทางปฏบตจงใชปรมาตรแทนโดยระบ

อณหภมและความดนดงทกลาวมาแลว กลาวไดวาปรมาตรของกาซ (V) เปนฟงกชนของอณหภมและ

ความดนรวมทงปรมาณ ( โมล) ของกาซดวย

9

หนวยของปรมาตรทใชกนทวไปคอ dm3 และ cm3 ซงเปนหนวย S.I และลตร กบ มลลลตร ซง

เปนหนวยเมตรก โดยกาหนดให

1 ลตร = 1000.027 cm3 = 1 dm3 (โดยประมาณ)

1 มลลลตร = 1.000027 cm3 = 1 cm3 (โดยประมาณ)

เพราะฉะนน 1 dm3 = 103 cm3 = 1 ลตร = 103 มลลลตร

ปรมาตรของกาซผสมทอยรวมกนในภาชนะใบหนง จะมลกษณะทแตกตางจากของผสมทเกดจาก

ของเหลว หรอของแขงผสมกน ถานาของเหลว หรอของแขงมาผสมกนปรมาตรจะตองเพมขนเสมอ ไมวา

สารเหลานนจะรวมเปนเนอเดยวกนหรอไม แตถานากาซมาผสมกนจะรวมเปนเนอเดยวกนเสมอ และกาซ

แตละชนดจะยงคงมปรมาตรเทากนกบภาชนะทบรรจอยโดยถอวา กาซทกตวในกาซผสมจะแพรจนเตม

ภาชนะซงปรมาตรของกาซผสมจะไมเปลยนแปลง

ประเภทของกาซ

นกวทยาศาสตรแบงกาซออกเปน 2 ประเภทดงน

ก. กาซอดมคต ( ideal gas) หรอกาซสมบรณ (perfect gas) เปนกาซสมมตทนกวทยาศาสตร

กาหนดขนมา เพออธบายพฤตกรรมบางอยางของกาซ กาซอดมคตไมมอยในธรรมชาต หมายถง กาซซง

ไมมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล ไมมปรมาตรโมเลกล (ถอวาเปนเพยงจดทอยในภาชนะทบรรจกาซ

เทานน ซงมคานอยมาก เมอเปรยบเทยบกบขนากของภาชนะ ทาใหสามารถตดทงไดและถอวาไมม

ปรมาตร) กาซอดมคตจะมพฤตกรรมตาง ๆเปนไปตามกฎของกาซอดมคต เชน กฎของบอยล แลกฎของ

ชารลส

ข. กาซจรง (real gas) หมายถง กาซทมอยในธรรมชาตจรง ๆ เชน H2 , O2 CO2 , ฯลฯ มแรง

ยดเหนยวระหวางโมเลกล มปรมาตรโมเลกล มพฤตกรรมทไมเปนไปตามกฎของกาซอดมคต

กาซจรงจะมพฤตกรรมเปนกาซอดมคต หรอคลายกบกาซอดมคตเมออณหภมสง ๆ และเมอความ

ดนตา ๆ ซงอาจจะทาใหโมเลกลของกาซอยหางกนมาก ทาใหมจานวนโมเลกลนอย ซงกาซจะมแรงยด

เหนยวระหวางโมเลกลนอยจนถอวาไมมและจดไดวาเปนกาซอดมคต

1ปรมาตรของกาซ

ดงทไดกลาวมาแลววาปรมาตรของกาซเปลยนแปลงไปตามขนาดของภาชนะทบรรจ และปรมาตร

ของกาซขนอยกบอณหภมและความดน เมออณหภม หรอความดนเปลยนแปลงไปจะมผลทาใหปรมาตร

ของกาซเปลยนแปลงไปดวย ดงเชนการศกษาปรมาตรของกาซจากกฎของบอยล กฎของชารลส และกฎ

รวมของกาซ เปนตน

10

ก. กฎของบอยล (Boyle , s Law)

เปนกฎทใชแสดงความสมพนธระหวางปรมาตรกบความดนของกาซเมออณหภมและมวล

ของกาซคงท ในป ค.ศ. 1662 (พ.ศ. 2205) นกวทยาศาสตรชอ โรเบรต บอยล (Robert Boyle) ไดศกษา

สมบตของกาซในแงของความดนและปรมาตรโดยใชอากาศเปนตวอยางและพบวา

“เมอใชอณหภมและมวลของกาซคงท ปรมาตรของกาซจะแปรผกผนกบความดน”

ตอมาเรยกขอความดงกลาววา กฎของบอยล เมอเขยนเปนความสมพนธในทางคณตศาสตรจะได

ดงน

V P1 เมออณหภมและมวลคงท

ได V = Pk

หรอ PV = k

เมอ V = ปรมาตรของกาซ

P = ความดนของกาซ

k = คาคงท

เมอศกษาสมบตของกาซจานวนหนง ทอณหภมคงท จะไดความสมพนธระหวาง P กบ V ท

ภาวะตาง ๆ ดงน

P1V1 = P2V2 = P3V3 = ……..

คา k ขนอยกบชนดของกาซ อณหภม มวลหรอปรมาณทใช หนวยของ P และ V หมายความ

วา กาซตางชนดกนจะมคา k ไมเทากน หรอกาซชนดเดยวกนแตใชอณหภมตางกน หรอใชหนวยของ P

และ V ตางกน คา k กจะไมเทากน ดงนน k จะคงทสาหรบกาซชนดหนง เมอทดลองทอณหภม

เดยวกนใชมวลเทากน และใชหนวยของ P , V เหมอนกน

จากสมการ PV = k จะเหนไดวาเมอณหภมและมวลของกาซคงท “ผลคณของปรมาตรและ

ความดนของกาซจะคงท แมวาปรมาตรและความดนจะเปลยนแปลงไป” ซงสามารถนาไปคานวณเกยวกบ

P และ V ของกาซทภาวะตาง ได

11

รป การทดลองตามกฎของบอยล

จากกฎของบอยลนอกจากจะแสดงโดยอาศยสมการทางคณตศาสตรแลว ยงสามารถ

พจารณาไดจากลกษณะของกราฟซงม 3 แบบดงน

แบบท 1 เมอเขยนกราฟระหวาง P กบ V ถาเปนไปตามกฎของบอยลจะไดกราฟไฮเปอรโบลาร

(Hyperbolar)

จาก V = Pk

เมอ P = 0 ได V =

V = 0 ได P =

ดงนนลกษณะของกราฟไฮเปอรโบลารจะไมตดแกน P หรอแกน V

ลกษณะของกราฟจะแตกตางกนเมอใชอณหภมไมเทากน กราฟแตละเสนทแสดงความสมพนธ

ระหวาง P กบ V เมออณหภมคงทเรยกวา เสนกราฟไอโซเทอม (Isotherm) กระบวนการทดลองท

อณหภมคงทเรยกวากระบวนการไอโซเทอรมอล (Isothermal Process)

รปท 4.6 ความสมพนธระหวาง P กบ V เมอ T และ n คงท

แบบท 2 เมอเขยนกราฟระหวาง P กบ V1 จะไดกราฟเสนตรงทผานจดกาเนด (Origin) ทงน

พจารณาจาก

12

V = Pk

= k P1 + 0 หรอ P = k V

1 + 0

ซงสอดคลองกบสมการเสนตรง y = ax + b ดงนนเมอเขยนกราฟระหวาง P กบ V1 หรอ V

กบ P1 จะไดกราฟเสนตรงทมความชน (Slope = k และมจดตด (Intercept) = 0 หรอกราฟผานจด

กาเนดนนเอง )

ถากาซนนเปนกาซอดมคตซงเปนไปตามกฎของบอยล เมอเขยนกราฟจะไดเสนตรง ในแตละ

อณหภมจะไดเสนตรงทมความชนไมเทากน เสนกราฟไอโซเทอม (อณหภมเทากน) ทอณหภมสงจะมความ

ชนมากกวาทอณหภมตา แตอยางไรกตามถาตอเสนกราฟออกไปทก ๆ เสนจะไปพบกนทจดกาเนดดงใน

รป

รปท 4.7 ความสมพนธระหวาง P กบ V

1 (หรอ V กบ P1 )

แบบท 3 เมอเขยนกราฟระหวาง PV กบ P หรอ PV กบ V จะไดกราฟเสนตรงทขนานกบแกน

P (หรอ V ตามลาดบ) หรอเปนกราฟทมความชน = 0 นนเอง ทงนพจารณาไดจาก

PV = k

ซงผลคณของ P กบ V จะมคาคงท ถงแมวาคาของ P และ V จะเปลยนแปลงกตาม

รป ความสมพนธระหวาง PV กบ P (หรอ PV กบ V)

13

การพจารณาวากาซชนดหนง ๆ มพฤตกรรมเปนไปตามกฎของกาซอดมคต เชน กฎของบอยล

หรอไมนอกจากจะพจารณาจากสมการทางคณตศาสตรแลว ยงสามารถพจารณาไดจากลกษณะของกราฟ

ซงถาเปนกาซอดมคตเมอเขยนกราฟจะไดรปกราฟทสอดคลองกบแบบทง 3 ในกรณทเปนกาซจรงจะม

พฤตกรรมเบยงเบนไปจากกฎของกาซอดมคต คอไมเปนไปตามกฎของบอยล (P1V1 P2V2 ) ลกษณะ

ของกราฟทไดกจะเบยงเบนไปจากกราฟของกาซอดมคต ดงเชน กรณของกาซ H2 , He , N2 , CH4 และ

CO2 ท 40 0 C ในชวงความดนบรรยากาศ 0 - 800 atm เมอเขยนกราฟ PV กบ P จะไดดงน

รป ความสมพนธระหวาง PV กบ P ของกาซจรง

ตาราง ตวอยางแสดงความสมพนธระหวาง P กบ V ของกาซ 1 โมล ทอณหภมตาง ๆ กน

กาซ He

P (atm) V (dm3) PV (dm3 atm)

-100 0C 0 0C 100 0C -100 0C 0 0C 100 0C

5

25

50

75

2.851

0.579

0.296

0.201

4.489

0.907

0.459

0.310

6.124

1.234

0.623

0.419

14.235

14.493

14.797

15.106

22.447

22.684

22.980

23.276

30.621

30.848

31.133

31.417

14

100 0.154 0.236 0.317 15.420 23.573 31.702

กาซ H2

5

25

50

75

100

2.848

0.577

0.294

0.199

0.153

4.491

0.910

0.462

0.313

0.238

6.132

1.239

0.627

0.423

0.321

14.240

14.434

14.701

14.992

15.309

22.457

22.739

23.097

23.461

23.830

30.662

30.973

31.363

31.752

32.141

ข. กฎของชารลส (Charles , law)

หรอกฎของชารลสและเกยลสแซก ใชแสดงความสมพนธระหวางปรมาตรกบอณหภมของ

กาซ เมอความดนและมวลของกาซคงท

ในป ค.ศ. 1787 (พ.ศ. 2330) จาคส ชารลส (Jacques Charles) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ได

ทดลองหาความสมพนธระหวางปรมาตรกบอณหภมของกาซตาง ๆ หลายชนด เชน H2 , อากาศ , O2 ,

และ CO2 ในชวงอณหภม 0 - 80 0 C และพบวาปรมาตรของกาซจะเพมขนเมออณหภมของกาซเพมขน

โดยกาซแตละชนดจะขยายตวไดเทากน

ตอมาเกยลสแซก (Joseph Gay - Lussac) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสเชนเดยวกน ไดทาการ

ทดลองในทานองเดยวกบชารลสแตทาอยางละเอยดมากกวา และพบวาถาความดนของกาซคงท เมอ

อณหภมเพมขน 1 0C จะทาใหปรมาตรของกาซเพมขน 273.151 เทาของปรมาตรท 0 0C

ถาให V0 = ปรมาตรท 0 0C

V = ปรมาตรท t 0C

เมออณหภมเพมขน t 0C จะไดปรมาตรตามความสมพนธดงน

V = V0 + 273.151 V0T = V0( 1 + 273.15

t )

= V0 273.15 t) (273.15

ถาให T = 273.15 + t

T0 = 273.15

จะได V = V0(0T

T ) หรอ TV =

0

0TV

เนองจากกาซแตละชนดจะม 0

0TV

คงท ดงนน TV จงมคาคงท หรอ T

V = k

แสดงวา V จะแปรผนตาม T คอเมอ T เพมขน V จะเพมขน T ลด V จะลดลงดวย ตอมา

จงไดมผนาผลการทดลองของนกวทยาศาสตรทงสองมาสรปเปนกฎ เรยกวากฎของชารลสและเกยลสแซค

หรอเรยกสน ๆ วา กฎของชารลส มใจความสาคญดงน

15

“เมอความดนและมวลของกาซคงท ปรมาตรของกาซจะแปรผนโดยตรง กบอณหภมเคลวน”

เขยนเปนความสมพนธทางคณตศาสตรไดดงน

V T (เมอความดนและมวลของกาซคงท)

เพราะฉะนน V = kT หรอ TV = k

หรอ 1

1TV

= 2

2TV

= n

nTV

= …….

เมอ

k เปนคาคงทซงขนอยกบชนดของกาซ ความดน มวล และหนวยของ V และ T

T เปนอณหภมเคลวน

ในทานองเดยวกนกบกฎของบอยล กฎของชารลสกสามารถแสดงพฤตกรรมของกาซดวยกราฟได

เชนเดยวกน ซงสามารถเขยนกราฟได 2 แบบดงน

แบบท 1 เมอเขยนกราฟ V กบ T จะไดกราฟเสนตรงทผานจดกาเนด ทงนพจารณาจากสมการ

V = kT ซงเปนสมการเสนตรง มคาความชน = k

ลกษณะของกราฟจะมความชนแตกตางกน เมอใชความดนไมเทากน ในกรณทใชกาซชนด

เดยวกน แตความดนไมเทากน กราฟทความดนตาจะมความชนมากกวากราฟทความดนสง ในกรณทใช

กาซตางชนดกนแตใชความดนเทากน จะไดความชนของกราฟ แตกตางกนเชนเดยวกน ทงนขนอยกบ

ชนดของกาซ

กราฟแตละเสนททาการทดลองทความดนคงทเรยกวา “เสนกราฟไอโซบาร (Isobar)” ซงทก ๆ

จดบนเสนกราฟจะมความดนเทากน

ก. กาซชนดเดยวกน ( P ไมเทากน) ข. กาซตางชนดกน (P เทากน)

รป ความสมพนธระหวางปรมาตรของกาซกบอณหภมเคลวน

แบบท 2 เมอเขยนกราฟระหวาง V กบ t (0C) จะไดกราฟเสนตรงซงมจดตดอยบนแกน V และม

คาความชนตาง ๆ กนตามชนดของกาซและความดนทใช

16

ก. กาซชนดเดยวกน ( P ไมเทากน) ข. กาซตางชนดกน (P เทากน)

รป ความสมพนธระหวางปรมาตรของกาซกบอณหภมเซลเซยส

จะเหนไดวาถงแมจะใชกาซชนดเดยวกนและเลอกความดนไมเทากน คาความชนและจดตดของ

เสนกราฟไอโซบารแตละเสนจะไมเทากน ในกรณทเปนกาซตางชนดกนคาความชนและจดตดกไมเทากน

เชนเดยวกน เมอตอเสนกราฟทง 2 แบบไปตดแกนอณหภมจะพบวากาซทกชนดและทกความดนจะไปตด

แกนอณหภมทเดยวกน คอ -273.15 0C ซงเปนจดทกาซอดมคตมปรมาตร เทากบ 0

จากลกษณะของกราฟดงกลาว นกวทยาศาสตรไดกาหนดใหอณหภม -273.15 0C เทากบอณหภม

0 เคลวน และสรางความสมพนธระหวางอณหภมเซลเซยสและเคลวนดงน

อณหภมเคลวน = 273.15 + อณหภมเซลเซยส

T = 273.15 + t

หรอ T = 273 + t

เมอแทน T = 273 + t ลงในกฎของชารลส V = kT จะได

V = kT = k(273 + t )

เพราะฉะนน

V = kt + 273k

ซงเปนลกษณะของสมการเสนตรง (y = ax + b) เมอเขยนกราฟระหวาง V กบ t จงไดจดตด

= 273k และความชน = k ดงกลาวแลว)

ถาเขยนกราฟระหวาง V กบ T และ V กบ t ในรปเดยวกนจะไดดงน

17

รปท 4.2 ความสมพนธระหวางปรมาตรของกาซกบอณหภม

ทอรหภม 0 เคลวน หรอ -273.15 0C กาซทกชนดจะมปรมาตรเปนศนย นนคอถาลดอณหภม

ของกาซใหตาลงจนถง 0 เคลวน จะไมมปรมาตรของกาซเหลออย อยางไรกตามในทางปฏบตพบวากาซ

จะเปลยนสถานะเปนของเหลวจนหมดกอนทอณหภมจะลดลงถง 0 เคลวน ดงนนปรากฏการณทกาซจะม

ปรมาตรเปนศนยท 0 เคลวนจงเปนเพยงการคาดคะเนตามทฤษฎเทานน

รป การทดลองตามกฎของชารลส

ค.กฎของเกยลสแซก (Gay - Lussac, s Law)

กฎของเกยลสแซค หรอกฎของอามนตน (Amanton s law) ใชแสดงความสมพนธ

ระหวางความดน (P) กบอณหภม (T) มใจความดงน

“เมอปรมาตรและมวลของกาซคงท ความดนของกาซจะแปรผนโดยตรงกบอณหภมเคลวน”

กลาวคอเมอปรมาตรและมวลของกาซคงท ถาความดนของกาซเพมขน อณหภมของกาซจะเพมขน

ดวย และถาความดนลดลงอณหภมของกาซจะลดลง เขยนแสดงความสมพนธในเชงคณตศาสตรไดดงน

P T เมอปรมาตรและมวลของกาซคงท

เพราะฉะนน P = kT หรอ TP = k

และ 1T

P1 = 2T2P

หรอ 2P1P =

2T1T

18

ตาราง ตวอยางความสมพนธระหวาง P กบ T เมอใชกาซ He 1 โมล ใสในภาชนะ 22.4 ลตร

P (atm) 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5

T(K) 136.5 163.8 218.4 173.0 327.6 409.5

เมอนาขอมลทไดมาเขยนกราฟระหวาง P กบ T และ P กบ t จะไดดงน

รป ความสมพนธระหวาง P กบ T และ P กบ t

ง. กฎของอาโวกาโดร (Avogadro, s law)

ใชแสดงความสมพนธระหวางปรมาตรกบจานวนโมลของกาซ มใจความดงน

“เมออณหภมและความดนคงท ปรมาตรของกาซจะแปรผนโดยตรงกบปรมาณ (จานวนโมล) ของ

กาซนน

ในขณะทอณหภมและความดนคงท ถาจานวนโมลของกาซเพมขน ปรมาตรของกาซจะเพมขน

ดวยและถาจานวนโมลของกาซลดลงปรมาตรของกาซจะลดลงดวย เขยนเปนความสมพนธทางคณตศาสตร

ดงน

V n เมอความดนและอณหภมคงท

เพราะฉะนน V = kn หรอ nV = k

และ

1n1V

= 2n2V

หรอ 2V1V

= 2n1n

ตาราง ตวอยางความสมพนธระหวาง V กบ n ของ N2 ท 1 atm 273 K

n (โมล) 0.1 0.2 0.5 0.8 1.0 2.0

V (dm3) 2.24 4.48 11.2 17.92 22.4 44.8

19

ถานาขอมลดงกลาวมาเขยนกราฟระหวาง V กบ n จะไดดงน

รป ความสมพนธระหวาง V กบ n

จ. กฎรวมของกาซ และ สมการภาวะของกาซอดมคต

(Combined gas law : equation state of ideal gas)

กฎรวมกาซ เปนการนากฎของบอยลและกฎของชารลสมารวมกน เพอแสดงความสมพนธระหวาง

P , V และ T ของกาซดงน

จากกฎของบอยล V P1 เมออณหภมและมวลคงท

จากกฎของชารลส V T เมอความดนและมวลคงท

เมอรวมกน V PT เมอมวลคงท

เพราะฉะนน V = k PT หรอ T

PV = k

เมอตองการคานวณเกยวกบการเปลยนภาวะของกาซ จากอณหภมและความดนหนงไปเปน

อณหภมและความดนอน ๆ ใชความสมพนธดงน

1T1V1P =

2T2V2P

= ……

สมการดงกลาวเรยกวา กฎรวมของกาซ

ในกรณทอณหภมคงท ใชกฎของบอยลได ในกรณทความดนคงทใชกฎของชารลสได แตถา

อณหภมและความดนไมคงทจะใชกฎของบอยลและกฎของชารลสไมได จะตองใชกฎรวมกาซแทน ดงนน

กฎรวมกาซจงสามารถใชคานวณเกยวกบ P , T และ V ของกาซตาง ๆ ไดโดยไมตองม P , V หรอ T

คงท แตตองมมวล หรอ โมล (n) ของกาซคงท

20

สมการภาวะของกาซอดมคต

เปนการนากฎของบอยล กฎของชารลสและกฎของอาโวกาโดรมารวมกน เพอใชหาความสมพนธ

ระหวาง P , V , T และ n ของกาซ

ในกรณทปรมาณของกาซไมคงท จะใชกฎรวมของกาซ 1T1V1P =

2T2V2P

ไมได ตองเปลยนมา

ใชสมการภาวะของกาซอดมคตซงเขยนเปนความสมพนธทางคณตศาสตรไดดงน

จากกฎของบอยลและชารลส V PT

จากกฎของอาโวกาโดร V n

เมอรวมกน จะได V PnT

หรอ V = PRnT

หรอ PV = nRT

เรยกสมการ PV = nRT นวา “สมการภาวะของกาซอดมคต” หรอเรยกวากฎของกาซอดมคต

หรอกฎของกาซสมบรณ ใชคานวณเกยวกบ P , V , T และ n ของกาซตาง ๆ ทกชนด ทกสภาวะโดยไม

ตองมตวแปรตวใดตวหนงคงท

R เรยกวา คาคงทสากลของกาซ (Universal constant) หรอเรยกสน ๆ วา คาคงทของกาซ

R เปนคาคงทสากลทไมไดขนอยกบชนดของกาซ ไมขนอยกบอณหภม ความดน หรอปรมาตร

และปรมาณของกาซทใช แตขนอยกบหนวยของ P , V , T และ n หมายความวา ไมวาจะใชกาซใดกตาม

ถาใชหนวยของ P , V , T และ n เหมอนกนจะตองมคา R เทากน ในทก ๆ สภาวะของ P , V , T และ

n ทใช แตถาใชหนวยของ P , V , T และ n ตางกน ถงแมวาจะเปนกาซชนดเดยวกนทสภาวะเดยวกนคา

R จะแตกตางกน

เชน R = 0.082 atm . l . K-1. Mol-1 หมายความวา กาซทกชนดเชน O2 , H2 , CO2 , ถาใชหนวย

ของ V เปน l (ลตร) , P เปน atm , T เปน K , และ n เปน mol จะตองมคา R = 0.082 เทากน

การหาคา R

คา R ของกาซใด ๆ คานวณไดจากความสมพนธ

R = nTPV

โดยพจารณาจากกาซ 1 โมล ซงมปรมาตร 22.414 ลตรท STP ( 00C , 1 atm)

เมอแทนคา P , V , T และ n ลงในสมการจะไดคา R ดงน

21

R = nTPV = K) (273.15 ) mol. 1 (

l.)22.414 ( )atm 1 (

= 0.08205 atm . l . K-1. Mol-1

(หรอ R = 0.082 atm . l . K-1. Mol-1 ซงเปนคาโดยประมาณทนยมใชกน)

แตถาใชหนวยของ P , V , T และ n เปลยนไป คา R จะเปลยนไป เชน

R = nTPV =

K) (273.15 ) mol. 1 (.)cm22414 ( )atm 1 ( 3

= 82.05 atm . cm3 . K-1. Mol-1

คา R นอกจากจะพจารณาในเทอมของ P , V , T และ n แลว ยงสามารถพจารณาในหนวยอน ๆ

เชน หนวยพลงงานและงาน เปนตน ดงในตารางตอไปน

ตารางท 4.6 คาคงทของกาซในหนวยตาง ๆ ( T เปนเคลวน , n เปนโมล)

P V R

atm

atm

mm.Hg

l

cm3

cm3

0.082 l. atm . K-1. Mol-1

82.05 cm3 atm . K-1. Mol-1

62360 cm3 mm.Hg. K-1. Mol-1

R ในหนวย ergs = 8.314 x 107 ergs K-1mol-1

R ในหนวย Joule = 8.314 JK-1mol-1

R ในหนวย calory = 1.987 cal K-1mol-1

หมายเหต 1 J = 107 ergs

1 cal = 4.184 J.

การคานวณเกยวกบกฎของกาซอดมคตสาหรบวชาเคมในระดบนสวนใหญใชคา R = 0.082 l. atm

. K-1. Mol-1

สมการของกาซอดมคตกบมวลโมเลกลและความหนาแนน

จากการคานวณเกยวกบโมล

n = MW =

2310x 6.02N

เมอ N = จานวนโมเลกล

M = มวลโมเลกล

W = มวล

n = โมล

22

เมอนามาประยกตเขากบสมการของกาซอดมคต PV = nRT จะสามารถคานวณเกยวกบมวล

โมเลกลและความหนาแนนของกาซ (d) ได

PV = nRT = MW RT

เพราะฉะนน M = PRT

VW . = P

RTd

หรอ d = RTPM

เมอ d = VW = ความหนาแนนของกาซ(หนวยเปน g/dm3)

จะเหนไดวาสมการของกาซอดมคต นอกจากจะใชคานวณเกยวกบ P , V, T และ n ของกาซท

ภาวะตาง ๆ แลว ยงสามารถนามาคานวณเกยวกบมวลโมเลกลและความหนาแนนของกาซได

ถามขอมลของ P , V, T และ w (หรอ d) จะหา M ได ในทานองกลบกนถาทราบ M ก

คานวณ d ไดเชนเดยวกน

สาหรบความหนาแนนของกาซ ซงขนอยกบอณหภมและความดน ถาเปนกาซชนดเดยวกน

อาจจะคานวณความหนาแนนทภาวะหนงจากภาวะอน ๆ ได โดยพจารณาในเชงเปรยบเทยบดงน

จาก d = RTPM สาหรบกาซชนดเดยวกน M จะเทากน

ท T และ P ตางกน

จะได d1 = 1RT

1PM และ d2 = 2RT

2PM

1T2P2T1P

2d1d หรอ

2P

2T2d

1P1T1d

แตถาเปนกาซตางชนดทม T และ P เทากน จะได

PRT

1d 1M และ

PRT

2d 2M

จะได 2d1d

1M1M

ดงนนเมอทราบความหนาแนนของกาซชนดหนง จะสามารถหาความหนาแนนของกาซอกชนด

หนงทอณหภมและความดนเดยวกน (ถาอณหภมและความดนตางกนใชสตรนไมได)

สาหรบการคานวณเกยวกบจานวนโมเลกล (N) ของกาซ เมอทราบ P , V , และ T จะทาไดดงน

PV = nRT = 2310x 6.02

NRT หรอ

23

N = 23

10x 6.02RTPV

ตวอยางการคานวณกฎของบอยล

ตวอยางท 1 กาซ N2 จานวน 10.0 dm3 ท 25 0 C อานคาความดนได 0.40 atm

ก. ถาเพมความดนเปน 2.0 atm จะมปรมาตรเปนเทาใด ? (สมมตกาซขยายตวโดยอณหภมไม

เปลยนแปลง)

ข. ถาลดปรมาตรของภาชนะใหเหลอ 5.0 dm3 ทอณหภม 25 0C เทาเดมจะวดความดนไดเทาใด?

วธทา

เนองจากเปนการทดลองทอณหภมและมวลของกาซคงท จงเปนไปตามกฎของบอยล

ก. จาก P1V1 = P2V2

P1 = 0.40 atm

P2 = 2.0 atm

V1 = 10.0 dm3

V2 = ?

แทนคาในสตร จะได 0.40 x 10.0 = 2.0 x V2

V2 = 2.0 dm3

ข. ในทานองเดยวกนกบขอ ก.

P1 = 0.40 atm

P2 = ? atm

V1 = 10.0 dm3

V2 = 5.0 dm3

แทนคาในสตร จะได 0.40 x 10.0 = 5.0 x P2

P2 = 0.8 atm

ตวอยางท 2 กาซออกซเจน จานวนหนงบรรจในถงปดทปรบขนาดได จากการทดลองพบวาท 30 0C วด

ความดนได 380 mm.Hg ในปรมาตร 500 cm3

ก. ถาตองการใหความดนเพมขนอกเทาตว จะตองลดปรมาตรลงก cm3

ข. ถาขยายปรมาตรใหเพมขน 100 cm3 ความดนจะลดลงก mm.Hg

วธทา

โจทยไมกาหนดวาอณหภมเปลยนแปลง ดงนนถอวาอณหภมคงท ใชกฎของบอยลคานวณสงท

ตองการได

24

ก. จาก P1V1 = P2V2

P1 = 380 mm.Hg

P2 = 380 + 380 = 760 mm.Hg

V1 = 500 cm3

V2 = ? cm3

แทนคาในสตร จะได 380 x 500 = 760 x V2

V2 = 250 cm3

ปรมาตรจะลดลง = 500 - 250 = 250 cm3

ข. ปรมาตรเพม 100 cm3

P1 = 380 mm.Hg

P2 = ? mm.Hg

V1 = 500 cm3

V2 = 500 + 100 cm3

แทนคาในสตร จะได 380 x 500 = P2 x 600

P2 = 316.7 mm.Hg

ความดนจะลดลง = 380 - 316.7 = 63.3 mm.Hg

ตวอยางท 3 กาซ He จานวนหนงอยในถงปดท 20 0C วดความดนได 400 mmHg. ถานากาซ He

ทงหมดมาใสในถงอกใบหนงขนาด 20 dm3 ปรากฏวาเหลอ 150 mmHg. ถงทบรรจกาซในตอนแรกม

ปรมาตรเทาใด ?

วธทา จากกฎของบอยล P1V1 = P2V2

P1 = 400 mm.Hg

P2 = 150 mm.Hg

V1 = ? dm3

V2 = 20 dm3

แทนคาในสตร จะได 400 x V1 = 150 x 20

V1 = 7.5 dm3

ปรมาตรในตอนแรกเทากบ 7.5 ลตร

25

ตวอยางกฎของชารลสและเกยลสแซก

ตวอยางท 4. กาซออกซเจนจานวนหนงวดปรมาตรได 200 cm3 ท 27 0C ความดน 700 mmHg

ก. ถาทาใหอณหภมเปน 40 0C จะมปรมาตรเทาใด (ความดนคงท)

ข. ถาตองการใหเหลอปรมาตรเพยง 120 cm3 ท 700 mmHg จะตองทาทอณหภมเทาใด ?

วธทา

เนองจากความดนคงทจง เปนไปตามกฎของชารลส 1

1TV

= 2

2TV

ก. V1 = 200 cm3

T1 = 273 + 27 = 300 K

V2 = ? cm3

T2 = 273 + 40 = 313 K

แทนคาในสตร จะได

300200 = 313

V2

V2 = 208.7 cm3

ข. V1 = 200 cm3

T1 = 273 + 27 = 300 K

V2 = 120 cm3

T2 = ? K

แทนคาในสตร จะได

300200 =

2T120

T2 = 180 K

ตองทาทอณหภม 180 K หรอ -93 0C

ตวอยางท 5 กาซไนโตรเจน 2.5 ลตรท 1 atm 30 0C

ก. ถาเพมอณหภม 10 0C ปรมาตรจะเพมกลตร

ข. ถาตองการใหปรมาตรลดลง 300 cm3 จะตองลดอณหภมก 0C (กาหนดใหการทดลองทง 2

กรณ ทาทความดนคงท )

วธทา เพราะวาความดนคงท จงเปนไปตามกฎของชารลส 1

1TV

= 2

2TV

26

ก. เพมอณหภม 10 0C

V1 = 2.5 dm3

T1 = 273 + 30 = 303 K

V2 = ? dm3

T2 = 273 + (30 + 10 ) = 313 K

แทนคาในสตร จะได

3032.5 = 313

2V

V2 = 2.583 dm3

ข. ปรมาตรลดลง 300 cm3 = 0.300 dm3

V1 = 2.5 dm3

T1 = 273 + 30 = 303 K

V2 = 2.5 - 0.300 dm3

T2 = ? K

แทนคาในสตร จะได

3032.5 =

2T2.200

T2 = 266.6 K

ตองทาทอณหภม 266.6 K หรอเทากบ 266.6 - 273 = -6.4 0C

เพราะฉะนนตองลดอณหภมลง 30 - (-6.4) = 36.4 0C

ตวอยางท 6 เมอนาของเหลว A 5 กรมมาทาใหเปนไอทงหมดท 40 0C ความดน 380 mmHg ในถง

พลาสตกซงไมมการขยายตวขนาด 10 dm3 ถาตองการใหความดนลดลง 100 mmHg จะตองทาทอณหภม

เทาใด ?

วธทา เนองจากปรมาตรคงท จงใชสมการ 1T

P1 = 2T2P

P1 = 380 mmHg

P2 = 380 - 100 = 280 mmHg

T1 = 273 + 40 = 313 K

T2 = ? K

แทนคาลงในสมการ จะได

27

313380 =

2T280

T2 = 230.6 K

ตองทาทอณหภม 230.6 เคลวน หรอ -42.4 องศาเซลเซยส

ตวอยางกฎรวมของกาซ

ตวอยางท 7.กาซออกซเจนจานวนหนงท 27 องศาเซลเซยส บรรจอยในถงขนาด 1.5 ลตร วดความดนได

0.8 atm ถานาออกซเจนทงหมดนใสในถงอกใบหนงขนาด 2.5 ลตร ท 0 0C จะอานความดนไดเทาใด ?

วธทา

จากกฎรวมกาซ 1T1V1P =

2T2V2P

P1 = 0.8 atm

P2 = ? atm

V1 = 1.5 dm3

V2 = 2.5 dm3

T1 = 273 + 27 = 300 K

T2 = 273 K

แทนคาในสมการจะไดวา 2732.5x 2P

3001.5x 0.8

P2 = 0.427 atm

ตวอยางท 8 กาซเฉอย Ne 800 cm3 ท STP

ก. มปรมาตรกลตรท 30 0C 152 mmHg

ข. ถานาทงหมดไปบรรจในถงขนาด 500 cm3 ความดน 2 atm จะอานอณหภมไดกองศาเซลเซยส

วธทา ท STP คอ 0 องศาเซลเซยส 1 atm

ใชกฎของกาซ คอ 1T1V1P =

2T2V2P

ก. P1 = 760 mmHg

P2 = 152 mmHg

V1 = 800 cm3

V2 = ? dm3

T1 = 273 K

28

T2 = 273 +30 = 303 K

แทนคาในสมการจะไดวา 303 2x V 152

273 0.8x 760

V2 = 4.44 dm3

เพราะฉะนน จะมปรมาตร 4.44 ลตร ท 30 0C 152 mmHg

ข. P1 = 1 atm

P2 = 2 atm

V1 = 800 cm3

V2 = 500 cm3

T1 = 273 K

T2 = ? K

แทนคาในสมการจะไดวา 2T

500x 2 273 800x 1

T2 = 341.3 K

เพราะฉะนนอานอณหภมได 341.3 K

ตวอยางท 9 กาซ CO2 จานวนหนงท 30 องศาเซลเซยส 0.5 atm วดปรมาตรได 10.0 ลตร

ก. กาซ CO2 จานวนนหนกกกรม

ข. กาซ CO2 จานวนนมกโมเลกล

วธทา เนองจากโจทยถามเกยวกบปรมาณของกาซ จงเลอกใชสตร PV = nRT

ก. จาก PV = nRT = MW RT

P = 0.5 atm

w = ? g

R = 0.082 dm3 atm K-1 mol-1

V = 10.0 dm3

M = มวลโมเลกล = 44

T = 273 +30 303 K

แทนคาในสมการจะได 0.5 x 10.0 = 44W x 0.082 x 303

w = 8.85 g

เพราะฉะนนจะมกาซ CO2 8.85 กรม

29

ข. จาก PV = 2310x 6.02

NRT

N = จานวนโมเลกล

0.5x 10.0 = 2310x 6.02303x 0.082x N

N = 1.21 x 1023 โมเลกล

เพราะฉะนนจะมกาซ CO2 1.21 x 1023 โมเลกล

2การแพรของกาซ

จากการศกษาสมบตตางๆ ของกาซทผานมาจะพบวาเกยวของกบอณหภม ความดนและปรมาตร

แตไมเกยวของกบมวลของกาซ ในทนจะไดศกษาสมบตอกอยางหนงของกาซคอการแพร เนองจากโมเลกล

ของกาซมการเคลอนทตลอดเวลาดวยอตราเรวเฉลยคงท ขณะทเคลอนทอาจจะชนกนเองบางชนกบโมเลกล

ของอากาศทกาซนนเคลอนทผานหรอชนกบผนงภาชนะบางจงทาใหทศทางการเคลอนทไมแนนอน

ลกษณะของการเคลอนทดงกลาวของกาซทเกดขนในทกทศทางกคอการแพรนนเอง

การแพรของกาซแบงออกเปน 2 ประเภทตามลกษณะของการเคลอนท

ก. การแพร (diffusion) เปนกระบวนการทกาซ แพรจากสวนทมความดนสง ไปสทมความดนตา

โดยทโมเลกลของกาซจะเคลอนทอยางเปนกลมกอนผานชองเลก ๆ ในขณะทเคลอนทอาจจะมการชนกนเอง

บาง ชนกบผนงภาชนะบาง ลกษณะการแพรดงกลาวนจดวาเปนการแพรทเกดขนตามความเปนจรง

ข. การแพรผาน (effusion) เปนกระบวนการทกาซแพรจากสวนทมความดนสง ไปสสวนทมความ

ดนตา โดยทโมเลกลของกาซจะเคลอนทผานชองเลก ๆ ทละโมเลกลไมมการชนกนเองระหวางโมเลกลท

กาลงเคลอนท และไมมการชนกบผนงภาชนะ ลกษณะการแพรดงกลาวนจงเปนเพยงการแพรตามทฤษฎ

(ideal flow) ไมไดเกดขนจรง

เนองจากการแพรและการแพรผานมความหมายใกลเคยงกน ดงนนจะใชการแพรแทนทงการแพร

ผานและการแพร เครองมอทใชวดอตราการแพรของกาซเรยกวา effusionmeter

การแพรเปนปรากฏการณตามธรรมชาตของกาซหรอไอทแพรกระจายออกไปจากภาชนะทบรรจซง

จะพบไดเสมอ ๆ ในชวตประจาวน ตวอยางเชน การแพรของสารทมกลนหอม เชน นาหอม อาหาร หรอ

กลนบด เนาของอาหาร ของของเสยตาง ๆ เปนตน โมเลกลของสารตาง ๆ เหลานน จะแพรผานอากาศมา

กระทบกบจมก ในบางกรณจะตองอยใกล ๆ กบสารเหลานนจงจะไดกลน แตบางกรณถงแมจะอยไกล

ออกไปยงคงไดกลนของสารนน ๆ บางครงเมอเปดขวดนาหอมจะไดกลนนาหอมภายในเวลาไมกวนาท แต

บางครงกอาจจะใชเวลานาน ๆ จงจะไดกลน การทเปนเชนนน เนองจากสารทมกลนเหลานน มมวลโมเลกล

หรอความหนาแนนไมเทากน ทาใหความสามารถในการแพรไมเทากน

30

กฎการแพรของเกรแฮม (Graham , s law of diffusion)

หรอกฎการแพรผานของเกรแฮม (Graham , s law of effusion) โดยนกวทยาศาสตรชาวสกอต

ชอ โทมส เกรแฮม (Thomas Graham) เกรแฮมไดเสนอผลงานทไดจากการศกษาเกยวกบอตราการแพรของ

กาซชนดตาง ๆ และพบวาการแพรเปนสมบตประจาตวของกาซ กาซชนดตางกนสวนใหญจะมอตราการ

แพรไมเทากน โดยทอตราการแพรของกาซมสวนสมพนธกบมวลโมเลกล กาซทมมวลโมเลกลมากจะแพร

ไดชากวากาซทมมวลโมเลกลนอย และเนองจากมวลโมเลกลของกาซแปรผนโดยตรงกบความหนาแนน

ดงนนการแพรของกาซจงมสวนสมพนธกบความหนาแนนดวย คอกาซทมความหนาแนนมากกวาจะแพรได

ชากวากาซทมความหนาแนนนอย ภายหลงไดนามาสรปเปนกฎเรยกวากฎการแพรของเกรแฮม ดงน

“ ภายใตอณหภมและความดนเดยวกน อตราการแพรของกาซใด ๆ จะเปนสดสวนผกผนกบรากท

สองของมวลโมเลกล หรอความหนาแนนของกาซ”

ถาให V = อตราการแพรของกาซ

M = มวลโมเลกลของกาซ

d = ความหนาแนนของกาซ

จะสามารถเขยนกฎของเกรแฮมไดดงน

M1 V และ d

1 V

หรอ Mk V และ d

k V/

เมอ k , k/ เปนคาคงท

โดยทว ๆ ไปไมนยมหาอตราการแพรสมบรณ (absolute) ของกาซเพราะมความยงยากมาก ในทาง

ปฏบตทาในลกษณะของการเปรยบเทยบระหวางกาซชนดตาง ๆ 2 ชนด

จาก Mk V

จะได, กาซชนดท 1 1M

k 1V

กาซชนดท 2 2M

k 2V

ดงนน 1M2M

2V1V

เมอทราบอตราการแพรของกาซชนดหนงจะสามารถหาอตราการแพรของกาซอกชนดหนงได ใน

เทอมของความหนาแนน จะพจารณาอตราการแพรในเชงการเปรยบเทยบไดในทานองเดยวกน

31

1d2d

2V1V

เมอนามารวมกนจะได

1M2M

2V1V

1d2d

รวมทงไดความสมพนธระหวางมวลโมเลกลและความหนาแนนของกาซ คอ d M (ภายใต

อณหภมและความดนเดยวกน มวลโมเลกลของกาซจะแปรผนโดยตรงกบความหนาแนนของกาซ กาซทม

มวลโมเลกลมาก จะมความหนาแนนมาก)

ในกรณทตองการพจารณาอตราการแพรของกาซในเทอมของระยะและเวลาใหแทนอตราการแพร

(t) เวลา(s) ระยะทาง V ลงในสตรดงกลาวซงจะไดความสมพนธทว ๆ ไปดงน

1M2M

2s2t .

1t1s

2V1V

1d2d

ในกรณทการแพรของกาซมระยะทางเทากน ( s1 = s2 ) จะได

1M2M

1t2t

2V1V

1d2d

ในกรณทการแพรของกาซมระยะทางเทากน ( s1 = s2 ) จะได

1M2M

2s1s

2V1V

1d2d

กฎการแพรของกาซนอกจากจะใชคานวณเกยวกบอตราการแพรของกาซแลว ยงสามารถใช

คานวณมวลโมเลกลหรอความหนาแนนของกาซไดดวย โดยการคานวณเปรยบเทยบกบกาซททราบมวล

โมเลกลหรอความหนาแนน นอกจากนยงสามารถใชหลกการแพรของกาซผสมทมมวลโมเลกลตางกนมาก

ๆ ออกจากกนไดดวย เชนเมอ ตองการแยกกาซผสมระหวาง CH4 กบ CO2 จะทาไดโดยนากาซผสมไห

แพรผานผนงทมรพรนไปสสญญากาศ กาซ CH4 มมวลโมเลกลนอยกวา CO2 จะมอตราการแพรเรวกวา

ดงนนในการแพรในชวงแรก ๆ จะไดกาซสวนใหญเปน CH4

32

ตวอยางการคานวณเกยวกบกฎการแพรของกาซ

ตวอยางท 1 จงเรยงลาดบอตราการแพรของกาซใดตอไปนจากเรวไปหาชาตามลาดบ

Ne, N2 , NO , O2 , Ar

วธทา

จากกฎการแพรของเกรแฮม “อตราการแพรของกาซจะแปรผกผนกบรากทสองของมวลโมเลกล

แสดงวากาซยงมมวลโมเลกลมากจะยงมอตราการแพรชาลง

มวลโมเลกลของ Ne = 20 , N2 = 28 , NO = 30, O2 = 32 , Ar = 39

เรยงลาดบมวลโมเลกลไดดงน Ne < N2 < NO < O2 < Ar

เพราะฉะนนอตราการแพรจะชาลงดงน Ne > N2 > NO > O2 > Ar

ตวอยางท 2 ถากาซ X มมวลโมเลกลเทากบ 81 เคลอนทในภาชนะหนงไดระยะทาง 30 เซนตเมตรใน

เวลา 2 วนาท กาซ Y มมวลโมเลกลเทากบ 25 จะเคลอนทไดในระยะทางกเซนตเมตรในเวลา 4 วนาท

วธทา

เนองจากโจทยกาหนดเกยวกบระยะทางและมวลโมเลกลจงเลอกใชสตร

1M2M

2s2t .

1t1s

2V1V

s1 = ระยะทางท X เคลอนท 30 cm s2 = ระยะทางท Y เคลอนท ? cm

t1 = เวลาท X เคลอนท 2 วนาท t2 = เวลาท Y เคลอนท 4 วนาท

M1 = มวลโมเลกลของ X = 81 M2 = มวลโมเลกลของ Y = 25

เพราะฉะนนจะได 8125

2s4x 2

30

s2 = 108 cm

เพราะฉะนนกาซ Y เคลอนทได 108 เซนตเมตร

ตวอยางท 3 ท 25 องศาเซลเซยส 1 atm กาซ A มความหนาแนนเปน 3 เทาของกาซ B ถากาซ A

แพรได 50 cm ในเวลา 20 วนาท

ก. กาซ B จะแพรไดเรวก cm/วนาท

ข. ถาตองการใหกาซ B แพรไดเรว 80 cm จะตองใชเวลากวนาท

วธทา

ก. จาก AdBd

BVAV

33

วนาท 20cm 50

AtAS

AV = 2.5 cm/วนาท

13

AdBd

หรอ 31

BdAd

เพราะฉะนนแทนคาในสตรจะได

31

BV2.5

VB = 4.33 cm/วนาท

ข. จาก 1d2d

BsBt .

AtAs

BVAV

SA = 50 cm SB = 80 cm

tA = 20 วนาท tB = ?

เพราะฉะนนแทนคาในสตรจะได

31 80

Btx 2050

tB = 18.5 วนาท

3ทฤษฎจลนของกาซ (The kinetic theory of gases)

ทฤษฎจลนของกาซ ใชอธบายเกยวกบลกษณะและพฤตกรรมของกาซ มใจความสาคญดงน

1.กาซประกอบดวยอนภาคเลก ๆ เรยกวา “โมเลกล"

2.โมเลกลของกาซเปนโมเลกลอสระมขนาดเลกมาก อยหางกนและไมมแรงกระทาตอกน

3.โมเลกลของกาซจะเคลอนทอยางเปนอสระเปนเสนตรงตลอดเวลา และเคลอนทอยางไมเปน

ระเบยบในทกทศทาง (random movement) ดวยความเรวเฉลยคงท (แตละโมเลกลจะมความเรวไมเทากน)

จนกวาจะชนกนเองหรอภาชนะทบรรจ จงจะเปลยนทศทางและอาจเปลยนความเรวดวย

4.โมเลกลของกาซชนกนเองหรอชนกบภาชนะแบบยดหยนสมบรณ (perfect elastic) คอเมอชน

กนแลวไมมการสญเสยพลงงานจลนรวม ไมมการเปลยนแปลงเปนพลงงานรปอน แตมการถายเทพลงงาน

จลนระหวางโมเลกลได

5. เมออณหภมคงท อตราเรวเฉลยของโมเลกลของกาซชนดหนง ๆ จะคงท

6.ทความดนตา ๆ และทอณหภมสง ๆ ปรมาตรของกาซมคานอยมากจดไดวากาซไมมปรมาตร

โมเลกล

7.ความดนของกาซเกดจากการทโมเลกลของกาซเคลอนทไปชนกบภาชนะทบรรจกาซนน ถา

ความถของการชนสงกาซจะมความดนมาก

34

8.โมเลกลของกาซจะมพลงงานจลนคาหนงซงเทากบ 21

mv2 เมอ m คอมวลของกาซแตละ

โมเลกล v คอความเรวของงการเคลอนท

9.ทอณหภมเดยวกน กาซทกชนดจะมพลงงานจลนเฉลยเทากน พลงงานจลนเฉลยของกาซจะแปร

ผนโดยตรงกบอณหภมเคลวน คอเมออณหภมเพมขนพลงงานจลนเฉลยของกาซจะเพมขน และเมออณหภม

ลดลงพลงงานจลนเฉลยของกาซจะลดลง

เนองจากเมออณหภมคงท พลงงานจลนเฉลยจะคงท ดงนน ความเรวเฉลยของงกาซจะคงทดวย

พลงงานจลนเฉลย อณหภมเคลวน

E T

E = kT

ถา T1 = T2 และ E1 = E2

21

m1v12 =

21

m2v22

จะได 2M1M

2m1m

2V1V

เมอ k = คาคงท

v = ความเรวเฉลย

M = มวลโมเลกล

กาซทมสมบตครบถวนตามทฤษฎจลนเรยกวา กาซสมบรณ หรอกาซอดมคต ในธรรมชาตจะไมม

กาซดงกลาวน เพราะกาซทกชนดจะมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล มปรมาตรโมเลกล เรยกกาซทไม

เปนไปตามทฤษฎจลนวากาซจรง แตกาซจรงอาจจะมสมบตใกลเคยงกบกาซสมบรณหรออาจจะพจารณาวา

เปนกาซสมบรณไดบางสภาวะ คอทอณหภมสง ๆ และความดนตา ๆ โดยเฉพาะพวกกาซเฉอย เชน He

Ne Ar เปนตน แมวาจะใชอณหภมหอง ความดน 1 บรรยากาศ กมสมบตใกลเคยงกบกาซสมบรณ

ทฤษฎจลนกบสมบตตาง ๆ ของกาซ

ทฤษฎจลนของกาซใชอธบายสมบตตาง ๆ ของกาซเกยวกบอณหภม ความดนและปรมาตรของกาซ

ไดดงน

ก. ปรมาตรของกาซ เนองจากทฤษฎจลนกลาวไววา กาซไมมปรมาตรโมเลกล ดงนนปรมาตรของ

กาซ กคอปรมาตรของภาชนะทบรรจกาซนนเอง ทาใหกาซมปรมาตรไมแนนอน เปลยนแปลงไปตามขนาด

ของภาชนะ

เนองจากโมเลกลของกาซมขนาดเลกมาก อยหางกนและมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอยมาก

จนถอไดวาไมมเลย ดงนนเมอบรรจกาซไวในภาชนะใดกตามโมเลกลของกาซจะเคลอนทไปทวทงภาชนะ

35

ไดอยางอสระจนถอไดวาโมเลกลของกาซอยเตมภาชนะเสมอ กาซจงมปรมาตรไมแนนอนขนอยกบ

ปรมาตรของภาชนะ

ข. ความดของกาซ ทฤษฎจลนกลาววา ความดนของกาซเกดจากโมเลกลของกาซชนกบผนง

ภาชนะ ทาใหทราบวาความดนของกาซเกดขนไดอยางไร

เนองจากโมเลกลของกาซเคลอนทตลอดเวลาอางอสระโดยมทศทางไมแนนอน จงอาจจะชนกนเอง

บาง ชนกบผนงภาชนะบาง การชนกนเองของโมเลกลของกาซจะไมเกดความดน แตการทโมเลกลของกาซ

เคลอนทชนผนงของภาชนะทาใหเกดแรงดน ผลรวมของแรงดนทงหมด ทมตอหนงหนวยพนท กคอความ

ดนของกาซนนเอง

โดยอาศยทฤษฎจลน จะหาความดนของกาซทเกดจากการชนกบผนงของภาชนะไดดงน

2Nmv 3

1 P V หรอ 2Nmv 3

1 PV

เมอ P = ความดนของกาซ

m = มวลของกาซ 1 โมเลกล

V = ปรมาตรของภาชนะ

N = จานวนโมเลกล

v = ความเรวเฉลยของโมเลกล

ความสมพนธระหวางพลงงานจลนกบอณหภม

จากทฤษฎจลน 2Nmv 3

1 PV )2

mv21( N3

2

NE32

จากกฎรวมของกาซ PV = nRT = 2310x 6.02

NRT

เพราะฉะนน

NE32

2310x 6.02NRT

2310x 6.02

RTx 23 E

kT23 J. molecule-1

2310x 6.02

R = k เรยกวา Boltmann, s constant

ถาพจาณากาซ 1 โมล E RT 23

จะเหนไดวาพลงงานจลนแปรผนตามอณหภมเคลวน

36

ทฤษฎจลนกบกฏของบอยล

จากกฎของบอยลทวาเมออณหภมคงท ความดนของกาซจะแปรผกผนกบปรมาตรของกาซ คอถา

เพมปรมาตรของกาซจะทาใหความดนลดลงและ ถาเพมปรมาตรของกาซจะทาใหความดนเพมขน อธบายได

โดยใชทฤษฎจลนของกาซดงน

ในขณะทอณหภมคงท โมเลกลของกาซชนดเดยวกนจะเคลอนทดวยความเรวเฉลยคงท เมอทาให

ปรมาตรของกาซลดลงโดยทจานวนโมเลกลเทาเดม โมเลกลทอยในภาชนะจะอดกนแนนมากขน และม

โอกาสชนกบผนงบอยครงขน หรอมความดนเพมขนนนเอง และเมอทาใหปรมาตรเพมขนจะกอใหเกดท

วางมากขน เปนผลทาใหโมเลกลชนกบผนงภาชนะนอยลง ซงความดนจะลดลง

ทฤษฎจลนกบกฎของชารลส

จากกฎของชารลสทวาเมออณหภมคงท ปรมาตรของกาซจะแปรผนตรงกบอณหภมเคลวน คอกาซ

จะมปรมาตรเพมมากขนเมอไดรบความรอน และมปรมาตรลดลงเมอไดรบความเยน อธบายโดยใชทฤษฎ

จลนดงน

เมออณหภมของกาซเพมขนจะทาใหความเรวเฉลยของโมเลกลของกาซเพมขน โมเลกลจงชนกบ

ผนงของภาชนะไดบอยและแรงขน ทาใหความดนภายในภาชนะเพมขน เมอความดนเพมจนมากกวาความ

ดนภายนอก กาซในระบบจะขยายตวออกเพอรกษาความดนใหคงท (ความดนภายในเทากบความดน

ภายนอก) ปรมาตรของกาซจงพมขน ในทานองเดยวกนเมอลดอณหภม โมเลกลของกาซจะเคลอนทชาลง

ทาใหอตราการชนผนงภาชนะลดลง ความดนของระบบจงลดลง ดงนนกาซในระบบจงหดตวลงเพอจะทา

ใหความดนคงท ปรมาตรของกาซจงลดลง

สมบตของของเหลว

ของเหลว หมายถง สารทมรปรางไมแนนอน เปลยนแปลงไปตามลกษณะของภาชนะทบรรจ

ของเหลวมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมากกวากาซแตนอยกวาของแขง โดยทว ๆ ไปของเหลวมสมบต

ดงน

ก. มรปรางไมแนนนอน เพราะขณะทเปนของเหลวถงแมวาโมเลกลจะอยชดกนมากกวากาซ แตก

อยชดกนเปนกลม ๆ อยางไมเปนระเบยบ ระหวางกลมทวางอยทวไป ทาใหโมเลกลของของเหลวเคลอนท

ไปมาไดในระยะทางใกล ๆ ดงในรป และเนองจากของเหลวมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลรวมทงแรง

ดงดดของโลกทกระทาตอของเหลว จงทาใหของเหลวไหลได ซงทาใหรปรางไมแนนอน เปลยนไปตาม

ภาชนะทบรรจ

37

ข. ปรมาตรของของเหลวมคาคงท ถงแมวาจะเปลยนแปลงไปตามภาชนะทบรรจปตไมจาเปนตอง

มปรมาตรเทาภาชนะ เพราะถาโมเลกลไมอาจจะเคลอนทไดอยางอสระเหมอนกาซ ปรมาตรของของเหลว

ขนอยกบอณหภมแตไมขนกบความดน ถาอณหภมคงทของเหลวจะมปรมาตรคงท ไมวาจะอยในภาชนะ

ขนาดเทาใดกตาม และมรปรางอยางไร แตถาอณหภมเปลยนปรมาตรของของเหลวจะเปลยนไปดวย แต

เปลยนคอนขางนอย ในขณะทการเปลยนแปลงความดนจะไมมผลตอปรมาตรของของเหลว กลาวคอ

ปรมาตรของชองเหลวจะมคาคงทเมอความดนเปลยนไป

ค. ของเหลวมการแพรไดเชนเดยวกบกาซ แตอตราการแพรจะชากวา เมอนาของเหลว 2 ชนด

ผสมกน โมเลกลของของเหลวทงสองจะแพรเขาหากนกลายเปนสารละลาย

สารทอยในสถานะกาซสามารถเปลยนใหเปนของเหลวไดโดยอาศยหลกการดงน คอ เมอลด

อณหภมและเพมความดนใหกบกาซ จะทาใหโมเลกลของกาซเคลอนทชาลง และอยใกลกนมากขนเปนผล

ทาใหมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลเพมขน เมอลดอณหภมและเพมความดนจนถงระยะหนง แรงยด

เหนยวระหวางโมเลกลจะมากพอจนทาใหกาซกลายเปนของเหลวได

การระเหย

การระเหย เปนกระบวนการทมการเปลยนสถานะของของเหลวใหกลายเปนไอ

การระเหย หมายถง การทโมเลกลของของเหลวหลดออกไปจากของของเหลวกลายเปนโมเลกล

ในภาวะไอ การระเหยจะเกดขนบรเวณผวหนาของของเหลว

เมอนาของเหลวใสในภาชนะทไมมฝาปด และปลอยทงไวของเหลวจะคอย ๆ ระเหยไป ทาใหม

ปรมาตรลดลงและหมดในทสด ยงมพนทของผวหนามากเทาใด กยงระเหยไดเรวเทานน

การระเหยสามารถอธบายโดยใชทฤษฎจลนไดดงน

ในขณะทสารอยในสถานะของเหลว โมเลกลจะอยใกลกน เนองจากมพลงงานจลนจงเคลอนท

ตลอดเวลา ทาใหเกดการชนกนและถายเทพลงงานใหแกกน โมเลกลบางสวนจะมพลงงานจลนมากขน

จนกระทงมากกวาแรงดงดดระหวางโมเลกล ถาโมเลกลเหลานนอยทผวของของเหลว กจะหลดออกไปจาก

ผวหนาของของเหลว ซงเรยกวา เกดการระเหย

การทของเหลวระเหยกลายเปนไอจะตองใชพลงงานจานวนหนงซงไดมาจากการชนกนของโมเลกล

ของของเหลว ในระหวางทของเหลวเกดการระเหย พลงงานจลนเฉลยของของเหลวทเหลอจะลดลง

ของเหลวจะดดพลงงานจากสงแวดลอมเขามาแทนทพลงงานสวนทเสยไปทาใหระบบเยนลงในทานอง

เดยวกน การระเหยของเหงอจากผวหนง โมเลกลของนา (เหงอ) จะดดพลงงานจากผวหนงเพอใชในการ

ระเหย ทาใหอณหภมของรางกายลดลง จงรสกเยนในขณะทมรการระเหยของเหงอ

38

นอกจากนยงสามารถนาหลกการระเหยมาอธบายเกยวกบการทาความเยนในตเยน หรอในเครองทา

ความเยนได โดยมหลกทว ๆ ไปวา ของเหลวทจะใชในเครองทาความเยนจะตองระเหยงาย และไอของ

ของเหลวทระเหยไปแลวจะตองควบแนนกลบมาเปนของเหลวไดงายดวย เชน ไอของฟรออน (CCl2F2)

เปนของเหลวสาหรบทาความเยนในตเยน ภายในตเยนจะมทอทาใหฟรออนไหลผาน ขณะทไหลผานนน

ฟรออนจะดดความรอนไปและเกดการระเหยกลายเปนไออยางรวดเรว ทาใหภายในตเยนมอณหภมตาลง

ไอของฟรออนทเกดจากการระเหยจะไหลผานไปตามทอออกนอกตเยน ภายนอกคเยนจะมเครองอดความ

ดนทาหนาทอดไอของฟรออนใหกลบเปนของเหลวอก ซงจะมการคายความรอนออกมาทาใหบรเวณ

ดานหลงของตเยนมอณหภมสง จากนนฟรออนทเปนของเหลวกจะถกสงผานเขาไปในตเยนอก วนเวยนอย

เชนนเรอยไป

ความดนไอกบจดเดอด

ความดนไอ หมายถง ความดนของไอเหนอของเหลวซงอยในภาวะสมดลกบของเหลวนน

ของเหลวมสมบตทว ๆ ไปอยางหนงคอระเหยได เมอนาของเหลวใสในภาชนะเปดและตงทงไว

ของเหลวจะเรมระเหยกลายเปนไอ ซงถาทงไวนาน ๆ จะกลายเปนไอจนหมด แตถาใสของเหลวในภาชนะ

ปด ถงแมของเหลวจะกลายเปนไอแตยงคงอยในภาชนะ หนออกไปนอกภาชนะไมได กลาวคอ ไอของ

ของเหลวจะยงคงเคลอนทอยเหนอของเหลวนนนนเอง บางครงโมเลกลของไอจะชนกนเองบาง ชนกบผนง

ภาชนะบาง และชนกบผวของของเหลวบาง ซงถาชนกบผวของของเหลว โมเลกลของไอเหลานนสวนใหญ

จะถกดดใหกลบลงไปในของเหลวเปลยนสภาพไปเปนของเหลวใหม

หลงจากทของเหลวกลายเปนไอในภาชนะปด จะทาใหเกดความดนขนคาหนง เมอตงของเหลวทง

ไวนาน ๆ โมเลกลสวนทเปนไอจะมมากขน เปนผลทาใหมความดนสงขน ซงในทสดความดนของไอเหนอ

ของเหลวนนจะมคาคงท หรอจานวนโมเลกลทอยในภาวะไอจะมคาคงท

เรยกภาวะทความดนไอเหนอของเหลวมคาคงทวา ภาวะสมดล และเรยกความดนของไอเหนอ

ของเหลว ณ ภาวะสมดลวา ความดนไอของของเหลว

ในขณะทของเหลวระเหยกลายเปนไอ จะมการควบแนนของไอกลายเปนของเหลวเกดขนดวย ใน

ตอนแรกอตราการระเหยกลายเปนไอจะมากกวาอตราการควบแนนกลายเปนของเหลว แตเมอถงระยะเวลา

หนงอตราการระเหยจะเทากบอตราการควบแนน ทาใหความดนไอเหนอของเหลวหรอจานวนโมเลกลใน

ภาวะไอเหนอของเหลวมคาคงท ภาวะดงกลาวนเองเรยกวา ภาวะสมดล

ในขณะทระบบอยในภาวะสมดล ถงแมจานวนโมเลกลของไอและจานวนโมเลกลของของเหลวจะ

มคาคงทกตามไมไดหมายความวาระบบจะไมมการเปลยนแปลงอก ทภาวะสมดลนการเปลยนแปลงจะ

ยงคงเกดขนตลอดเวลา ทงการระเหยขากของเหลวกลายเปนไอและการควบแนนจากไอกลายเปนของเหลว

เพยงแตอตราการระเหยและอตราการควบแนนเทากน มองดจากภายนอกจงคลายกบไมมการเปลยนแปลง

เรยกภาวะ สมดลทยงมการเปลยนแปลงเชนนวา สมดลไดนามก ดงในรป

39

รป สมดลไดนามกของของเหลว - ไอ

ปจจยทมผลตอความดนไอ

ของเหลวชนดหนง ๆ จะมความดนไอสงหรอตาขนอยกบปจจยหลายชนด เชน

ก. อณหภม จะมผลโดยตรงตอความดนไอของของเหลว ถาอณหภมเพมขนความดนไอจะเพมขน

ถาอณหภมลดลงความดนไอจะลดลง และถาอณหภมคงท ความดนไอจะมคาคงทดวย โดยไมขนกบปรมาณ

ของของเหลว

จากการศกษาพบวาอณหภมมผลตอความดนไออยางมาก แมวาเพมอณหภมเพยงเลกนอยความดน

ไอจะเพมขนอยางมากได การทเปนเชนนอธบายไดโดยใชทฤษฎจลน กลาวคอ การเพมอณหภม จะทาให

โมเลกลของของเหลวมพลงงานจลนเพมขน โดยเฉพาะโมเลกลทอยบรเวณผวหนาของของเหลว จะไดรบ

พลงงานเพมมากขน จนเอาชนะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลวนน ทาใหหลดออกจากของ

ของเหลวกลายเปนไอ เปนผลใหมความดนไอเพมขน

ตาราง ความสมพนธระหวางอณหภมกบความดนไอของของเหลวบางชนด

อณหภม ความดนไอของของเหลว (atm)

(0 C) H2O CCl4 อะซโตน เอธลอเธอร เอธานอล ออกเทน

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.00603

0.01212

0.02308

0.04186

0.07278

0.1277

0.1965

0.3075

0.4672

0.043

0.074

0.120

0.188

0.284

0.417

0.593

0.818

1.109

-

0.153

0.243

0.372

0.554

0.806

1.140

1.579

-

0.243

0.384

0.581

0.851

1.212

1.680

-

-

-

0.016

0.032

0.058

0.104

0.178

0.292

0.464

0.713

1.070

0.004

0.008

0.013

0.024

0.041

0.064

0.103

0.155

0.230

40

90

100

0.6918

1.0000

1.476

1.925

-

-

-

-

1.562

-

0.333

0.466

จากตารางจะเหนไดวาความดนไอของของเหลวขนอยกบอณหภมโดยทความดนไอจะเพมขนเมอ

อณหภมมากขน

เมอนาขอมลดงกลาวมาเขยนกราฟระหวางอณหภมกบความดนไอจะไดดงน

รป กราฟแสดงความสมพนธระหวางความดนไอกบอณหภมของของเหลวบางชนด

จะเหนไดวาความดนไอของของเหลวชนดตาง ๆ ขนอยกบอณหภม ดงนนเมอกลาวถงความดนไอ

ของของเหลว จงตองระบอณหภมดวยทกครงมฉะนนจะใหความหมายทไมสมบรณ เชน

- นามความดนไอ 0.04186 atm (หรอ 31.81 mmHg ) ท 30 0C

- เอธานอล มความดนไอ 0.058 atm (หรอ 44.08 mmHg) ท 20 0C เปนตน

ข. แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

เนองจากของเหลวมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล การทจะทาใหของเหลวกลายเปนไอจงตองใช

พลงงานจานวนหนง เพอสลายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลวนน ของเหลวทมแรงยดเหนยว

ระหวางโมเลกลมากจะกลายเปนไอไดยากและมความดนไอนอยกวาของเหลวทมแรงยดเหนยวระหวาง

โมเลกลนอย

แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลวขนอยกบปจจยหลายอยาง เชน

ก. มวลโมเลกล ของเหลวทมวลโมเลกลสง จะมแรงวนเดอรวาลสมากกวาของเหลวทมมวล

โมเลกลตาทาใหความดนไอตากวา

41

ข. สภาพขวของโมเลกล (polarity) ของเหลวทมโมเลกลมขว จะมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

มากกวาพวกทไมมขว โดยเฉพาะพวกโมเลกลมขวทมพนธะไฮโดรเจนจะยงมแรงยดเหนยวระหวาง

โมเลกลมาก ดงนน ความดนไอจะตา

ค. โครงสรางของโมเลกล สารอนทรยบางชนดมสตรโมเลกลเหมอนกน แตมสตรโครงสราง

ตางกนซงเรยกวาไอโซเมอร ไอโซเมอรจะมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไมเทากน พวกทเปนโมเลกลสาย

ตรงจะมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมากกวาพวกไอโซเมอรเปนกง ดงนนพวกสายตรงจงมจดเดอดสง

กวาพวกทเปนกง แตมความดนไอตากวาพวกเปนกง

ตวอยางเชน ท 0 0C CH3COCH3 มความดนไอ 0.243 atm แต CH3COOH มความดนไอ

0.016 atm CH3COCH3 มความดนไอมากกวา เพราะมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอยกวา กลาวคอ

CH3COCH3 มแรงระหวางขว แต CH3COOH มพนธะไฮโดรเจน

สาหรบปรมาณของของเหลวและพนทผวหนาของของเหลว ไมมผลตอคาความดนไอของ

ของเหลว ถาอณหภมคงท ถงแมวาของเหลวทมพนทผวหนามากจะระเหยไดมากกวากตาม แตเมอถงภาวะ

สมดล จะไดความดนไอเทากน ในทานองเดยวกนไมวาจะใชของของเหลวปรมาณมากหรอนอยเทาใด เมอ

ถงภาวะสมดลความดนไอจะเทากน

จดเดอดของของเหลว

สมบตของของเหลวอกอยางหนงคอจดเดอดซงใชทดสอบความบรสทธของของเหลวได ของเหลว

เดอดได และในขณะเดอดจะมฟองพลานเตมไปหมด ซงจะอธบายปรากฏการณดงกลาวไดดงน

เมอใหความรอนแกของเหลวจะทาใหโมเลกลของของเหลวมพลงงานจลนสงขนจนในทสดเอาชนะ

แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลและหลดออกไปจากของเหลวกลายเปนไอได แตถาใหพลงงานมาก ๆ

โมเลกลทมพลงงานจลนสงถงภาวะไอจะมมากจนหลดออกจากของเหลวไมทน จงเกดฟองของไอภายใน

ของเหลวและปดขนสผวของของเหลวทาใหมฟองของไอพลานไปทวของเหลวและหลดไปจากของเหลวใน

ทสด ขณะทของเหลวเตมไปดวยฟองพลานนน เรยกวาของเหลวเดอด อณหภมขณะทของเหลวเดอด

เรยกวา จดเดอด ความดนไอของของเหลวทจดเดอดจะเทากบความดนบรรยากาศขณะนน

42

รป แสดงการเดอดของของเหลว

ปจจยทมผลตอจดเดอดของของเหลว

ก. ความดนบรรยากาศ

ความดนบรรยากาศมผลตอจดเดอดของของเหลวโดยตรง เนองจากความดนไอของของเหลวทจด

เดอดจะเทากบความดนบรรยากาศ ดงนนถาความดนบรรยากาศเปลยนไป จดเดอดของของเหลวจะ

เปลยนไปดวย ถาความดนบรรยากาศสงจดเดอดของของเหลวจะสง ถาความดนบรรยากาศตาจดเดอดของ

ของเหลวจะตา ซงนาไปใชเปนหลกในการกลนของเหลวโดยการลดความดน

ตวอยางทแสดงผลของความดนบรรยากาศตอจดเดอด

เมอตมนาทความดน 1 บรรยากาศ นาจะเดอดท 100 0C แตเมอตมนาทความดนตากวา 1

บรรยากาศ นาจะเดอดทอณหภมตากวา 100 0C เชนตมนาบนภเขาหรอในทซงสงกวาระดบนาทะเล 1100

เมตร นาจะเดอดท 96 0C เปนตน (ยงสงขนไป ความดนบรรยากาศจะยงลดลง)

เนองจากจดเดอดของของเหลวขนอยกบความดนของบรรยากาศ ดงนนในการบอกจดเดอดของ

ของเหลวชนดหนง ๆ จงตองระบความดนดวย

เชน นามจดเดอด 100 0C ทความดน 1 บรรยากาศ

เอธานอลมจดเดอด 78 0C ทความดน 1 บรรยากาศ เปนตน

ถาไมระบความดนบรรยากาศจะใหความหมายไมสมบรณ

อยางไรกตามเมอกลาวถงจดเดอดโดยไมระบความดน โดยทว ๆ ไป จะหมายถง จดเดอดทความ

ดน 1 บรรยากาศ ซงเรยกวา จดเดอดปกต (normal boiling point)

ข. แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

เนองจากการทาใหของเหลวเดอดตองใชพลงงาน ทงนเพราะ ของเหลวมแรงยดเหนยวระหวาง

โมเลกล ยงมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมากจดเดอดกจะยงสงมาก ของเหลวทโมเลกลมขวจะมแรงยด

43

เหนยวระหวางโมเลกลมากกวาพวกทไมมขว ทาใหมจดเดอดสงกวา และถาพวกทโมเลกลมขวมพนธะ

ไฮโดรเจนดวยจดเดอดกจะยงสงขน สาหรบของเหลวประเภทโมเลกลไมมขว แรงยดเหนยวระหวาง

โมเลกล คอ แรงวนเดอรวาลสซงขนอยกบมวลโมเลกล พวกทมมวลโมเลกลสงจะมแรงวนเดอรวาลส

มากกวาและมจดเดอดสงกวาพวกทมมวลโมเลกลตา ซงมแรงวนเดอรวาลสนอย สาหรบของเหลวพวก

สารอนทรยซงมไอโซเมอรตางกนไดหลายชนด ไอโซเมอรทมโครงสรางโมเลกลเปนสายตรงจะมจดเดอด

สงกวาไอโซเมอรทมโครงสรางเปนกงหรอมสาขามากจะยงมจดเดอดตา

ตาราง ตวอยางแสดงผลของแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลทมตอจดเดอด

ก. ผลของสภาพขวของโมเลกล

ของเหลว จดเดอด ( 0C) สภาพขว

C5H12

CH3COOCH3

C3H7OH

CH3COOH

36.1

57.5

97.2

118.5

โมเลกลไมมขว

โมเลกลมขว

โมเลกลมขวและมพนธะไฮโดรเจน

โมเลกลมขวและมพนธะไฮโดรเจน

ข. ผลของแรงวนเดอรวาลส (หรอมวลโมเลกล)

ของเหลว มวลโมเลกล จดเดอด ( 0C)

อลเคน

C6H14

C7H16

C8H18

อลกอฮอล

CH3OH

C2H5OH

C3H7OH

86

100

114

32

46

60

68.7

98.4

125.7

64.5

78.3

97.2

44

ค. ผลของโครงสรางโมเลกล

ของเหลว มวลโมเลกล จดเดอด ( 0C)

CH3 - CH2 - CH2 - OH

CH3 - CH - CH2 - OH

CH3

CH3 - CH2 - CH - OH

CH3

74

74

74

74

118

108

99.5

83

ขอแตกตางระหวางการเดอดและการระเหย

การระเหยกลายเปนไอจะเกดขนเฉพาะทผวหนาของของเหลว แตการเดอดจะเกดขนไปทว

ของเหลวมฟองของไอพลานไปหมดทวทงของเหลวนน ฟองเหลานนจะชวยเพมผวหนาของของเหลวทาให

คลายกบวามการระเหยเกดขนทวไปในของเหลว โมเลกลของของเหลวบางสวนจะเขาไปในฟองไอทาให

ฟองของไอใหญขนอยางรวดเรวในขณะทปกขนสผวของของเหลวและออกไปจากของเหลว นอกจากน

โมเลกลของของเหลวทกาลงเดอดจะหลดออกไปจากของเหลวอยางรวดเรวจานวนมาก ทาใหมการผลกดน

บรรยากาศเหนอของเหลวออกไป แลวโมเลกลของไอจงเขาไปแทนทซงตางจากการระเหยทโมเลกลของไอ

คอย ๆแพรปะปนไปกบโมเลกลของอากาศ

ความรอนแฝงของการกลายเปนไอ (Heat of vaporization)

ในขณะทของเหลวกาลงเดอด ของเหลวจะกลายเปนไอออจนหมด โดยทอณหภมไมเปลยนแปลง

ทง ๆทมการใหความรอนแกของเหลวตลอดเวลา ทเปนเชนนเนองจากปรมาณความรอนทของเหลวไดรบ

ในขณะทกาลงเดอดนนถกนาไปใชในการเปลยนสถานะทาใหโมเลกลของของเหลวกลายเปนโมเลกลของ

ไอ ความรอนทใหแกของเหลวจงไมไดใชในการเพมอณหภม แตจะทาใหของเหลวเกดฟองมากยงขนไป

เพมจานวนโมเลกลทมพลงงานสง และทาใหอตราการกลายเปนไอสงขน

ปรมาณความรอนทใชสาหรบทาใหของเหลวจานวนหนงกลายเปนไอทอณหภมคงท เรยกวาความ

รอนแฝงของการกลายเปนไอ ( HV )

เชน H2O ม HV = 40.67 kJ/mol ท 1 atm 100 0C หมายความวา ถาตองการทาใหนา 1 โมล

เปลยนไปเปนไอนาหมดท 1 atm 100 0C จะตองใชพลงงาน 40.67 kJ

45

C2H5OH ม HV = 39.71 kJ/mol ท 1 atm 78.4 0C หมายความวา ถาตองการทาให C2H5OH 1

โมล เปลยนไปเปนไอหมดท 1 atm 78.4 0C จะตองใชพลงงาน 39.71 kJ

ของเหลวตางชนดกนจะมความรอนแฝงของการกลายเปนไอตางกน จดเดอดและความรอนแฝง

ของการกลายเปนไอจะขนอยกบปจจยชนดเดยวกน ของเหลวทมจดเดอดสงจะมความรอนแฝงของการ

กลายเปนไอสงดวย ทงจดเดอดและความรอนแฝงของการกลายเปนไอ ตางกขนอยกบแรงยดเหนยว

ระหวางโมเลกล ของเหลวทมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก จะมความรอนแฝงของการกลายเปนไอสง

ดงนน ของเหลวพวกโมเลกลไมมขว จะมความรอนแฝงของการกลายเปนไอตากวา พวกโมเลกลมขว พวก

ทมพนธะไฮโดรเจนจะมความรอนแฝงของการกลายเปนไอสงกวาพวกทไมมพนธะไฮโดรเจน และ พวกไอ

โซเมอรทมโครงสรางเปนสายตรง จะมความรอนแฝงสงกวาพวกทมกงหรอสาขา

ตาราง ความรอนแฝงของการกลายเปนไอทจดเดอดปกตของของเหลวบางชนด

ของเหลว HV (kJ/mol ) จดเดอดปกต ( K )

แอมโมเนย

เอธลอเธอร

อะซโตน

เมธลอะซเตต

คลอโรฟอรม

เฮกเซน

คารบอนเตตระคลอไรด

เบนซน

ไนโตรเบนซน

ปรอท

กรดแอซตก

นา

โพรพานอล

เอธานอล

23.31

26.03

30.25

30.42

29.46

28.66

29.87

30.75

40.42

59.41

24.31

40.67

39.37

39.71

239.8

307.8

329.4

330.5

334.4

341.9

350.0

353.3

484.1

629.8

391.3

373.2

370.4

351.6

นอกจากความรอนแฝงของการกลายเปนไอจะขนอยกบแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแลว ยง

ขนอยกบอณหภมทเกดไอดวย โดยเปลยนแปลงไปในทางกลบกน ถาอณหภมสงความรอนแฝงของการ

กลายเปนไอตา เนองจากในขณะทอณหภมสงพลงงานจลนของของเหลวยอมสงดวย ทาใหแรงยดเหนยว

ระหวางโมเลกลในของเหลวออนลง เมอใชพลงงานอกไมมากนกกจะทาใหโมเลกลกลายเปนไอได ใน

ทานองเดยวกนถาอณหภมตาความรอนแฝงของการกลายเปนไอจะสง

46

ตาราง ความรอนแฝงของการกลายเปนไอของนาทอณหภมตาง ๆ

จดเดอด ( 0C) HV (kJ/mol )

0

40

80

120

160

200

44.81

43.18

41.59

39.71

37.40

34.85

ความสมพนธระหวางจดเดอด ความรอนแฝงของการกลายเปนไอ และความดนไอ

ปกตของเหลวทมจดเดอดตา จะมความรอนแฝงของการกลายเปนไอตา ดงนนจะระเหยงาย ซงจะ

ทาใหมความดนไอสง ในทางตรงขามของเหลวทมจดเดอดสง จะมความรอนแฝงของการกลายเปนไอสง

และระเหยไดยาก ดงนนความดนไอจงตา

ทอณหภมเดยวกนของของเหลวทมจดเดอดสง จะมคาความดนไอนอยกวาของเหลวทมทมจดเดอด

ตากวา

ในทานองเดยวกน สามารถใชความดนไอเปนเครองชบงแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล และจดเดอด

เชน ของเหลวทมความดนไอสง จะมจดเดอดตา และมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอย แตของเหลวทม

ความดนไอตาจะมจดเดอด และแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก

สมบตของของแขง

ของเหลวทกชนดเมอเยนลงจนถงอณหภมหนงจะกลายเปนของแขง เนองจากของแขงมอนภาคอย

ชดกน ทาใหมชองวางระหวางโมเลกลนอย ดงนนอนภาคทเคยเคลอนทไปมาไดอยางคอนขางอสระจงถก

จากด การทอนภาคของของแขงเคลอนทไดนอยจงทาใหมพลงงานจลนนอย แตอยางไรกตามอนภาคของ

ของแขงกยงคงสนได ในแงของแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล อนภาคของของแขงอยชดกนมากกวา

ของเหลวและกาซ ดงนนจงมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมากกวา และเปนเหตใหของแขงมรปราง

แนนอนไมเปลยนแปลงไปตามภาชนะทบรรจ

47

รป เปรยบเทยบการจดเรยงอนภาคในของแขง ของเหลว และกาซ

สมบตทว ๆ ไปของของแขง อาจจะสรปไดดงน

1. มลกษณะแขงแกรง มรปรางแนนอนไมเปลยนแปลงไปตามภาชนะทบรรจ ทงนเพราะอนภาค

ทประกอบกนเปนของแขงจดเรยงตวอยในตาแหนงตาง ๆ ทแนนอนและชดกน

2. ปรมาตรของของแขงคอนขางคงท การเปลยนแปลงความดนเกอบจะไมมผลตอการเปลยน

ปรมาตรของของแขง สาหรบอณหภมมผลตอของแขงนอยเชนเดยวกน เมอของแขงไดรบความ

รอน จะมการขยายตว เนองจากการสนสะเทอนของอนภาคจะหดตวเมออณหภมลดลง แตการ

ขยายตวและหดตวมคานอยมากเมอเปรยบเทยบกบของเหลวและกาซ

3. ของแขงมความหนาแนนมากกวาของเหลว เพราะมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคมาก ทาใหอย

ชดกนเปนระเบยบทางเรขาคณต

4. ของแขงมการแพรชามาก เมอเปรยบเทยบกบของเหลวและกาซ

5. ของแขงบางชนดเปนตวนาไฟฟาและความรอน บางชนดเปนสารกงตวนาและสารบางชนด

เปนฉนวน

6. ของแขงบางชนดสามารถจดเรยงตวเปนรปทรงทางเรขาคณตทแนนอนไดเรยกวา ผลก บาง

ชนดอาจจะมผลกไดหลายแบบและบางชนดไมสามารถมผลกไดเรยกวา ของแขงอสณฐาน

(Amorphous solid)

การเปลยนสถานะของของแขง

อนภาคของของแขงแมจะอยใกลกนมากและไมเคลอนท แตมการสนอยตลอดเวลา เมอเพม

อณหภมใหแกของแขง จะทาใหโมเลกลมพลงงานจลนเพมขน เกดการสนแรงขนและมการถายเทพลงงาน

จลนใหแกกนจนถงภาวะหนง โมเลกลมพลงงานสงพอทาใหเคลอนทแยกออกจากกนมแรงยดเหนยว

ระหวางโมเลกลนอยลง ของแขงจงเปลยนสถานะเปนของเหลว เรยกการเปลยนแปลงนวา การหลอมเหลว

48

นอกเหนอจากการหลอมเหลวแลว ของแขงยงสามารถเปลยนสถานะใหกลายเปนไอไดโดยไมตอง

ผานสถานะของเหลว เรยกวา การระเหด (Sublimation) เชนการระเหดของแนพธาลน (ลกเหมน)

ไอโอดน , นาแขงแหง (คารบอนไดออกไซดแขง) , การบร และ พมเสน เปนตน

การระเหดสามารถอธบายไดในทานองเดยวกนกบการหลอมเหลวดงน

เนองจากอนภาคของของแขงอยใกลชดกนมากไมเคลอนท แตมการสนสะเทอนตลอดเวลา ทาให

อนภาคเหลานนมโอกาสกระทบกนและมการถายเทพลงงานใหแกกนและกน แตละอนภาคจงมพลงงานไม

เทากน ถงแมวาจะอยทอณหภมและความดนเดยวกน (เชนอณหภมและความดนบรรยากาศหอง) ท

อณหภมหนง ๆบางอนภาคทมพลงงานสงและอยทผวหนาของของแขงจงสามารถเอาชนะแรงยดเหนยว

ระหวางอนภาคในของแขงและหลดออกไปอยในสถานะกาซเลย ซงเรยกวาการระเหดนนเอง

การระเหดจะเกดทผวหนาของของแขงเชนเดยวกบการระเหยของของเหลว ดงนนการระเหดจง

ขนอยกบพนทผวหนาของของแขง นอกจากนยงพบวาการระเหดจะเปนสดสวนโดยตรงกบอณหภม คอ

เมออณหภมเพมขนการระเหดจะเพมขนและเมออณหภมลดลงการระเหดจะลดลง

เนองจากของแขงสามารถระเหดกลายเปนไอได ดงนนจงมความดนไอของของแขง กลาวคอถานา

ของแขงจานวนหนงใสในภาชนะปด อนภาคของของแขงบางสวนจะเปลยนสถานะกลายเปนไอ และอยใน

ทวางเหนอของแขงภายในภาชนะนน เมอเวลาผานไปจานวนอนภาคของไอจะมมากขนทาใหอนภาคทเปน

ไอบางสวนควบแนนกลบมาเปนของแขง และมปรมาณของการควบแนนเพมขนเรอย ๆ เมอถงระยะเวลา

หนงอตราการระเหดจะเทากบอตราการควบแนน ระบบของของแขงนนจะอยในภาวะสมดลไดนามก

เรยกวา สมดลของการระเหด ความดนของไอในภาวะสมดลนนเรยกวา ความดนไอของของแขง

ความดนไอของของแขงมสวนเกยวของโดยตรงกบแรงยดเหนยวระหวางอนภาคของของแขง

ของแขงทมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคนอยจะระเหดไดงายทาใหมความดนไอสง และของแขงทมแรงยด

เหนยวระหวางอนภาคมาก จะระเหดไดยาก จงมความดนไอตา ของแขงทระเหดงายสามารถมความดนไอ

ถง 1 atm กอนทจะถงจดหลอมเหลว แตของแขงทระเหดยากจะมความดนไอถง 1 atm กตอเมอ

หลอมเหลวและอยทจดเดอด อณหภมขณะทของแขงมความดนไอ 1 atm เรยกวา จดระเหดปกต

การจดเรยงอนภาคในของแขง

ของแขงทเกดจากการจดเรยงอนภาคอยางมระเบยบ มรปรางเฉพาะตวเรยกวาผลก ผลกของ

ของแขงแตละชนดจะมผวหนาทเรยบ ซงทามมกนดวยคาทแนนอนและเปนลกษณะเฉพาะตว ผลกทม

ขนาดใหญ เมอทาใหเลกลง เชน โดยการบด สวนเลก ๆ ทเกดขนกยงคงรกษารปผลกแบบเดมอย โดยทวๆ

ไปของแขงชนดเดยวกนจะมการจดเรยงตวของอนภาคเปนแบบเดยวกน ไมวาของแขงนนจะเกดขนตาม

ธรรมชาต หรอสงเคราะหขน ผลกของแขงจะมจดหลอมเหลวคงท และมชวงของการหลอมเหลวสน คอ

เมอใหความรอนแกผลกจนถงอณหภมคาหนง (ทจดหลอมเหลว) ของแขงจะเปลยนสถานะเปนของเหลว

49

ทนททาใหอานจดหลอมเหลวไดแนนอน ผลกของแขงชนดเดยวกนอาจจะมสมบตบางอยางตางกน เชน

ดชนหกเห การนาไฟฟา อาจจะแตกตางกน

การทของแขงมการจดเรยงโมเลกลทตางกน ทาใหเกดผลกทแตกตางกน ซงเปนผลใหสมบตทาง

กายภาพ เชน จดเดอด จดหลอมเหลว และความหนาแนนแตกตางกน

ในกรณทของแขงชนดหนงมผลกไดหลายแบบเรยกวามรป (Polymorphism)

ในกรณของธาตชนดเดยวกน แตมการจดโครงสรางของโมเลกล หรอโครงสรางผลกตางกน ก

เรยกวารป (Allotrope) เชนเดยวกน

ตวอยางเชน ผลกกามะถน ม 2 รป แตละรปมสมบตทางกายภาพตางกนคอ

ก. กามะถนรอมบก (Rhombic Sulfur) เปนผลกเหลยมโปรงใส สเหลองออน มความถวงจาเพาะ

2.06 หลอมเหลวท 112.8 0C ประมาณ (113 0C) ละลายไดดใน CS2 เบนซน หรอนามนสนทรอน ๆ

ไมละลายนา มความคงตวทอณหภมปกต (หรอตากวา 95.5 0C) ดงนนจงเปนรปทคงตวทสดของ

กามะถน

กามะถนรอมบก เตรยมไดโดยนากามะถนมาบดใหเปนผงแลวนาไปละลายใน CS2 กรอง หลงจาก

ปลอยให CS2 ระเหยไปจะไดผลกกามะถนรอมบกแยกออกมา

ข. กามะถนโมโนคลนก (Monoclinic Sulfur) ลกษณะเปนผลกโปรงใส มสเหลองเขมกวา

กามะถนรอมบก เปนของแขงผลกรปเขม มความถวงจาเพาะ 1.96 หลอมเหลวท 119 0C ละลายไดดใน

CS2 แตไมละลายนา กามะถนโมโนคลนกคงตวทอณหภมสงกวา 96 0C ถาอณหภมตากวานจะกลบไป

เปนกามะถนรอมบก ดงนนจงอาจเตรยมกามะถนรอมบกไดจากกามะถนโมโนคลนกโดยการลดอณหภมลง

ใหตากวา 96 0C

กามะถนโมโนคลนก เตรยมไดโดยนากามะถนผงไปละลายในโทลอนรอน ๆ จนไดสารละลาย

อมตว กรอง หลงจากทงไวใหเยนจะไดผลกแยกออกมา

ทงกามะถนรอมบกและกามะถนโมโนคลนก ตางกมสตรโมเลกลเปน S8 เหมอนกน แตมการ

จดเรยงโมเลกลตางกน

50

รป การจดเรยงตาแหนงอะตอมในกามะถนโมโนคลนกและกามะถนรอมบก

รปผลกกามะถนโมโนคลนก และกามะถนรอมบก

นอกจากกามะถนรปผลกทง 2 แบบแลว ยงมกามะถนทไมมรปผลกอกหลายชนด เชน กามะถน

พลาสตก (plastic sulfur) กามะถนขาว (white amorphous sulfur) และกามะถนคอลลอยด (collidal

sulfur)

กามะถนทมลกษณะตาง ๆ ทงทมรปผลกและไมมรปผลกสามารถเปลยนกลบไปกลบมาได จากรป

หนงไปเปนอกรปหนงโดยอาศยอณหภม ดงในแผนภาพตอไปน

นอกจากกามะถนแลว ธาตอน ๆ กมรปรางและสมบตตางกนไดเชน คารบอน ฟอสฟอรส

ออกซเจน ดบก เปนตน

ตาราง สมบตบางประการของรปตาง ๆ ของธาตบางชนด

ชอธาต รป ลกษณะภายนอก จดหลอมเหลว

(0C)

จดเดอด

(0C)

ความหนาแนน

(g/cm3)

การนา

ไฟฟา

คารบอน แกรไฟต

เพชร

ของแขงสดา

ของแขงไมมส

3652

สงกวา 3500

4827

-

2.25

3.51

นา

ฟอสฟอรส ฟอสฟอรส

(ขาวหรอ

ของแขงสขาว

(หรอเหลอง)

44

280 1.82

ไมนา

51

เหลอง) (เปนพษ)

ฟอสฟอรส

แดง

ของแขงสแดง

(ไมเปนพษ)

590 445 2.34

ไมนา

กามะถน รอมบก

โมโนคลนก

ผลกรปเหลยม

ผลกรปเขม

113

119

445 2.07

2.07

ไมนา

ไมนา

ออกซเจน กาซ O2

กาซ O3

กาซไมมส

กาซไมมสแตม

กลนเฉพาะ

-219

-193

-183

-111

1.51*

1.61 *

ไมนา

ไมนา

ดบก ดบกเทา

ดบกขาว

ผลกแบบเพชร

ของแขง

ความถวงจาเพราะ 5.77 คงตวทอณหภมตากวา 13.2 0C

นาไฟฟาไดเลกนอยแบบกงโลหะ

ความถวงจาเพาะ 7.28 คงตวระหวาง 13.2 - 161 0C

นาไฟฟาได

* หมายถง ความหนาแนนในขณะทเปนของเหลว

ในกรณทเปนของแขงตางชนดกนแตมรปผลกเหมอนกนเรยกวา ไอโซมอรฟซม (Isomorphism)

เชน NaCl , NaF , KCl , CaS , MgO ตางกมรปผลกเหมอนกน ในทานองเดยวกน CaF2 , SrCl2 , CdF2

, และ PbF2 ตางกมรปผลกเหมอนกน

ในกรณของแขงนนไมมรปผลกเรยกวา ของแขงอสณฐาน เชน พลาสตก แกว ยาง สารดงกลาวน

จะมสมบตเหมอนของแขงทว ๆ ไป คอมความแขงแกรง มปรมาตรแนนอน รปรางไมขนกบภาชนะบรรจ

เพยงแตขาดลกษณะของการจดเรยงอนภาคตามรปทรงเรขาคณตเทานน พวกของแขงอสณฐานจะมสมบต

เกยวกบดชนหกเห การนาไฟฟาและสมบตอน ๆ เหมอนกนหมด ในทกทศทางและอาจจะมจดหลอมเหลว

ทไมเดนชด คอจะคอย ๆออนตวลงและกลายเปนของเหลวทไหลได ซงทาใหสงเกตจดหลอมเหลวไดยาก

การศกษาเกยวกบโครงสรางของผลกนอกจากจะดภายนอกแลว ยงมการศกษาโครงสรางของการ

จดเรยงอนภาคในผลกดวย สวนใหญจะใชเครองมอเรยกวา X-ray diffraction

เทคโนโลยเกยวกบกาซ ของเหลว และ ของแขง

จากการศกษาสมบตของกาซ ของเหลวและของแขง จะพบวาสมบตตาง ๆ หลายประการทสามารถ

นามาประยกตใชประโยชนได ในชวตประจาวนหรอในกระบวนการอตสาหกรรมได เชน การทา

นาแขงแหง ซงใชประโยชนเกยวกบอตสาหกรรมทเกยวของกบความเยน เชน การแชแขงปลา การทา

52

ไนโตรเจนเหลว ซงใชประโยชนในอตสาหกรรมทเกยวของกบความเยนเชนเดยวกน เชน การแชแขง

อาหาร เปนตน

การทานาแขงแหง

นาแขงแหง (dry ice) คอ คารบอนไดออกไซด (CO2) ทอยในสถานะของแขงทอณหภมประมาณ

-79 0C

กระบวนการทานาแขงแหงพจารณาไดจากแผนภาพตอไปน

รป แผนภาพแสดงกระบวนการทานาแขงแหง

เรมตนนากาซคารบอนไดออกไซดมาทาใหเปนของเหลวกอน โดยกระบวนการ Liquefaction คอ

นากาซดงกลาวมาเพมความดนและลดอณหภม หลงจากไดคารบอนไดออกไซดเหลวแลว จงนามาทาให

แหงและทาใหบรสทธดวยวธการทเหมาะสม จากนนจงนามาเพมความดนและลดอณหภมอกครง จนได

ความดนประมาณ 18 atm และอณหภมประมาณ -25 0C จงอดคารบอนไดออกไซดเหลวนนผานรพรน

จะไดคารบอนไดออกไซดแขง หรอนาแขงแหงทมลกษณะคลายเกลดนาแขงซงสามารถนาไปอดเปนกอน

ได

นาแขงแหงมอณหภมตามาก สามารถระเหดกลายเปนไอไดโดยตรง จงนามาใชประโยชนใน

อตสาหกรรมทเกยวของกบความเยน หรอทตองการอณหภมตา ๆ เชน การแชแขงสตวนา การทาไอศครม

การรกษาผกและผลไมใหสด เปนตน

การทาไนโตรเจนเหลว

ไนโตรเจนเปนกาซทไมมส ไมมกลนและไมมรส ไมวองไวตอการเกดปฏกรยา มจดเดอดประมาณ

-196 0C มจดหลอมเหลวประมาณ -210 0C ละลายนาไดเลกนอย เบากวาอากาศ

53

การทาไนโตรเจนเหลว ใชวธเตรยมจากอากาศ (อากาศมกาซไนโตรเจนประมาณ 79 % และกาซ

ออกซเจนประมาณ 20 % โดยปรมาตร) ผานกระบวนการ Liquefaction โดยการเพมความดนและลด

อณหภมจากนนจงแยกออกซเจนออก จะไดไนโตรเจนเหลว

กระบวนการทาไนโตรเจน พจารณาไดจากแผนภาพตอไปน

รป แผนภาพแสดงกระบวนการทาไนโตรเจนเหลว

เรมตนดดอากาศเขาเครองอดอากาศผานลงในสารละลาย NaOH เพอกาจด CO2 (g)

CO2 (g) + 2 NaOH Na2CO3 + H2O

จากนนจงผานอากาศทกาจด CO2 (g) แลว เขาไปในเครองกรองนามนเพอแยกนามนออก พรอม

กบทาใหแหงดวยสารดดความชน คอ อะลมนา (AL2O3) จะไดอากาศแหงซงมกาซไนโตรเจน และ

ออกซเจน เปนสวนใหญ เมอลดอณหภมลงจนถงประมาณ -183 0C กาซ ออกซเจน จะกลายเปนของเหลว

ออกมากอน แลเมอลดอณหภมตอไปอกจนถงประมาณ -1960C กาซไนโตรเจนจะกลายเปนของเหลว

แยกตวออกมา โดยมกาซไฮโดรเจนและกาซเฉอยเหลออย ซงสามารถนาไปใชประโยชนไดเชนเดยวกน

ไนโตรเจนเปนธาตอาหารของพช จงนาไปใชในการทาปย เชน ปยยเรย (H2NCONH2) และปย

(NH4)2SO4 เปนตน สาหรบไนโตรเจนเหลวมอณหภมตามากจงนาไปใชประโยชนในอตสาหกรรมท

เกยวของกบการทาความเยน เชนการแชแขงแาหารตาง ๆ ในโรงงานหรอในรถบรรทกขณะขนสง รวมทง

ใชมากในทางการแพทย เชน การแชแขงเลอด แชแขงเซลลไขกระดก หรอสวนตาง ๆ ของรางกาย เพอให

เกบรกษาไดนาน

54

datascience.com