ทำไมลูกโป่งถึงลอยได้? พาทำความรู้จัก"แก๊สและสมบัติของแก๊ส" ออกสอบบ่อย!
"แก๊สและสมบัติของแก๊ส" ออกสอบบ่อย!
สวัสดีค่ะ สำหรับคอลัมน์ “รู้ไว้เผื่อออกสอบ” วันนี้พี่มีวิชาเคมีมาฝากน้อง ๆ ชาว Dek-D กันค่ะ และวันนี้เรามาพบกันในเรื่อง “แก๊สและสมบัติของแก๊ส”เป็นอีกเรื่องที่พบได้บ่อยในข้อสอบ วันนี้พี่จะพาน้อง ๆ มาทำความเข้าใจเกี่ยวกับแก๊ส และกฎต่าง ๆ ของแก๊สว่ามีอะไรบ้าง
แก๊สมีกี่แบบ?
- แก๊สอุดมคติ: แก๊สที่ไม่มีอยู่จริง ไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล นักวิทยาศาสตร์กำหนดแก๊สอุดมคติขึ้นเพื่อใช้อธิบายสมบัติของแก๊สต่าง ๆ
- แก๊สจริง: แก๊สที่มีอยู่ตามธรรมชาติจริงตามธรรมชาติ แต่ไม่เป็นไปตามกฎของแก๊สอุดมคติ และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย
สมบัติทั่วไปของแก๊สมีอะไรบ้าง?
- แก๊สไม่มีสี และมีความโปร่งแสง เช่น ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์
- แก๊สเคลื่อนที่ในทุกทิศทางอยู่ตลอดเวลา และรูปร่าง ปริมาตรที่ไม่แน่นอน เช่น ถ้านำแก๊สบรรจุในภาชนะแบบใด แก๊สจะกระจายเต็มภาชนะนั้น ๆ
- แก๊สมีความหนาแน่นน้อยกว่าของแข็ง และของเหลว
- แก๊สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าของแข็ง และของเหลว เป็นสาเหตุให้แก๊สสามารถแพร่ได้รวดเร็วกว่า
อุปกรณ์ที่ใช้วัดความดันแก๊ส เรียกว่า แมนอมิเตอร์ (Manometer)
ตัวแปรของแก๊ส
- ปริมาตรของแก๊ส (V)
- อุณหภูมิ (T)
- ความดัน (P)
- จำนวนโมล (n)
ปริมาตรของแก๊สจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ และความดัน จึงมีการกำหนด มาตรฐานอุณหภูมิ และความดัน ดังนี้ สภาวะที่อุณหภูมิ 273 เคลวิน และความดัน 1 บรรยากาศ
ทฤษฎีจลน์ และการแพร่ของแก๊ส
ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส: การจำลองเพื่อศึกษาโมเลกุลของแก๊สจำนวนหนึ่ง แทนการศึกษาโมเลกุลของแก๊สทั้งหมด
แนวคิดสำคัญ!!อนุภาคของแก๊สมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา เมื่อแก๊สเคลื่อนที่ย่อมทำให้มีพลังงานจลน์ในโมเลกุลด้วย
การแพร่ของแก๊ส
การแพร่ของแก๊สเป็นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลแก๊ส จากบริเวณที่มีความหนาแน่นมากไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นน้อย
กฎการแพร่ของเกรแฮม
อัตราการแพร่ของแก๊สที่เบากว่า (แก๊สที่มีความหนาแน่นของโมเลกุลน้อยกว่า) จะแพร่ได้เร็วกว่าแก๊สที่หนักกว่า (แก๊สที่มีความหนาแน่นของโมเลกุลมากกว่า)
กฎการแพร่ของเกรแฮม กล่าวว่าภายใต้ความดันและอุณหภูมิเดียวกัน อัตราการแพร่ของแก๊สแปรผกผันกับรากที่สองของความหนาแน่นของโมเลกุล
ตัวอย่างที่น้อง ๆ สามารถพบได้ในชีวิตประจำวันเช่น การที่ฉีดน้ำหอมแล้วกลิ่นฟุ้งกระจายไปทั่วห้อง หรือกลิ่นแก๊สที่รั่วไหล และลอยออกไปยังบริเวณอื่น ๆ ได้อย่างรวดเร็วนั้นเองค่ะ
ทฤษฎีของแก๊สอุดมคติ
กฎของบอยล์
ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร และความดันของแก๊สที่อุณหภูมิคงที่
กฏของบอยล์ กล่าวว่าที่อุณหภูมิคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะแปรผกผันกับความดัน
ตัวอย่าง: เมื่อเราบีบลูกโป่งที่มีลมด้านใน เมื่อเราบีบจะเป็นการเพิ่มความดันให้ลูกโป่ง และทำให้ปริมาตรลูกโป่งลดลง ส่งผลให้ลูกโป่งมีขนาดเล็กลงตาม
กฎของชาร์ล
ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรกับอุณหภูมิของแก๊ส
กฏของชาร์ล กล่าวว่าที่ความดันคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะแปรผันกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
ตัวอย่าง: เมื่อแก๊สในบอลลูนได้รับความร้อน ทำให้แก๊สขยายตัวและมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศบริเวณโดยรอบ ส่งผลให้บอลลูนสามารถลอยสูงขึ้นได้
กฎของเกย์-ลูสแซก
ความสัมพันธ์ระหว่างความดัน และอุณหภูมิ
กฎของเกย์-ลูสแซก กล่าวว่าเมื่อจำนวนโมลแก๊สและปริมาตรคงที่ ความดันแก๊สแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
ตัวอย่าง: การนำกระป๋องสเปรย์ไปวางไว้ในที่ที่มีแดดแรง หรือมีความร้อนสูงจะทำให้กระป๋องสเปรย์มีความดันภายในกระป๋องที่สูงขึ้น
กฎรวมแก๊ส
กฎของอะโวกาโดร
ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร กับจำนวนโมลของแก๊ส พบว่าแก๊สที่มีปริมาตรเท่ากัน จะมีจำนวนอนุภาคเท่ากัน
กฎของอะโวกาโดร กล่าวว่าเมื่ออุณหภูมิและความดันคงที่ ปริมาตรแก๊สแปรผันกับจำนวนโมลของแก๊ส
ตัวอย่าง: การใช้แก๊สฮีเลียมเติมเข้าไปในลูกโป่ง จึงทำให้ขนาดลูกโป่งขยายใหญ่ขึ้นเนื่องจากจำนวนโมลในลูกโป่งที่เพิ่มขึ้น
จะรวมกันได้เป็น กฎแก๊สอุดมคติ PV = nRTโดยที่
สมการแก๊สอุดมคติ
รู้หรือไม่? แก๊สในชีวิตประจำวัน
- แก๊สหุงต้มคือ แก๊สปิโตรเลียมเหลว ทุกคนจะคุ้นเคยกันในชื่อ LPG เป็นแก๊สที่ให้ความร้อนคงที่จึงมีการนำมาใช้ในการหุงต้ม และนำไปใช้ในรถยนต์
- แก๊ส NGVคือ แก๊สธรรมชาติอัด และมักนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงรถยนต์ เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่ทดแทนการใช้น้ำมัน
- แก๊สฮีเลียมและแก๊สไฮโดรเจน คือ ใช้ในการบรรจุข้างในลูกโป่ง ทำให้ลูกโป่งสามารถลอยได้ เพราะเป็นแก๊สที่มีน้ำหนักเบากว่าอากาศ
มาทดสอบความรู้กัน!
ทำความเข้าใจเรื่องแก๊สกันไปแล้ว ถึงเวลามาทดสอบความรู้กันแล้วค่ะ ถ้าพร้อมแล้วเริ่มทำได้เลย!
ข้อ 1 (แนวข้อสอบวิชาเคมี โครงการ Dek-D’s Pre-Admission)
ลูกโป่ง 3 ลูก บรรจุแก๊สปริมาตรเท่ากัน
ลูกที่ 1 บรรจุแก๊สแอมโมเนีย (NH₃)
ลูกที่ 2 บรรจุแก๊สไฮโดรเจน (H₂)
ลูกที่ 3 บรรจุแก๊สออกซิเจน (O₂)
นำลูกโป่งแต่ละลูกไปไว้ในกล่องที่มีแก๊สฮีเลียม (He) ความดันใกล้เคียงกับอากาศภายนอก แล้วทิ้งไว้เป็นเวลานานมาก
กำหนดให้ อุณหภูมิของแก๊สทุกชนิดเท่ากันตลอดเวลา
ข้อความใดกล่าวถูกต้อง
1. เมื่อเวลาผ่านไปลูกโป่งลูกที่ 1, 2 และ 3 จะมีขนาดเท่าเดิม
2. เมื่อเวลาผ่านไปลูกโป่งลูกที่ 1, 2 และ 3 จะมีขนาดเท่ากัน
3. เมื่อเวลาผ่านไปลูกโป่งลูกที่ 1 ขนาดเล็กกว่าลูกที่ 2
4. เมื่อเวลาผ่านไปลูกโป่งลูกที่ 3 ขนาดเล็กกว่าลูกที่ 2
5. เมื่อเวลาผ่านไปลูกโป่งลูกที่ 1 ขนาดเล็กกว่าลูกที่ 3
ข้อ 2 (แนวข้อสอบวิชาเคมี)
หากนำลูกโป่งที่เป่าลมแล้วไปแช่ในถังน้ำแข็ง จะเกิดการเปลี่ยนแปลงตามกฎของใคร และมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร?
ก. กฎของบอยล์, ความดันเพิ่มขึ้น ลูกโป่งขยายตัว
ข. กฎของชาร์ล, ปริมาตรลดลง ลูกโป่งหดตัว
ค. กฎของเกย์-ลูสแซก, ความดันลดลง ลูกโป่งหดตัว
ง. กฎของอะโวกาโดร, จำนวนโมลลดลง ลูกโป่งเล็กลง
จ. กฎรวมแก๊ส, ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ เกิดขึ้น
น้องๆ ชาว Dek-D คิดว่าข้อไหนถูกต้อง ถ้ารู้แล้วว่าก็คอมเมนต์ด้านล่างได้เลย!
เป็นอย่างไรกันบ้างคะ? กับวิชาเคมี เรื่องแก๊สและสมบัติของแก๊สที่พี่นำมาฝากน้อง ๆ วันนี้ ครั้งหน้าพี่จะมีวิชาเคมีเรื่องไหนมาฝากน้อง ๆ หรือจะเป็นวิชาอื่น ๆ ฝากชาว Dek-D ทุกคนรอติดตามกันด้วยนะคะ หรือใครอยากให้พี่ทำ“รู้ไว้เผื่อออกสอบ”ในหัวข้อไหนคอมเมนต์บอกกันได้เลยค่ะ :)
สำหรับน้องๆ ที่ยังไม่แม่นเนื้อหา ฟิตความพร้อมก่อนสอบด้วยคอร์สพิชิต TCAS เคมี A-Levelสรุปเนื้อหาเคมี ม.ปลาย 3 ปี ครบถ้วน ตรงตามหลักสูตรล่าสุด สสวท. ตัวอย่างโจทย์จัดเต็มกว่า 340 ข้อ เทคนิคการทำโจทย์แบบเข้าใจจริง เน้นย้ำจุดที่พลาดได้บ่อยๆ คอร์สนี้สอนโดย อ.เต้อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี จุฬาฯ