Upload
sweetsugarcoat
View
1.558
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ชีสชุดนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชาเคมีเพิ่มเติม ระดับชั้น ม.5 ซึ่งได้สรุปเรื่องแก๊สใน 2 ประเด็นหลักต่อไปนี้- สมบัติของแก๊ส - ความสัมพันธ์ของปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิของแก๊ส > กฎของบอยล์ > กฎของชาร์ล > กฎรวมแก๊ส > กฎแก๊สอุดมคติ
Citation preview
เนอหาส าคญในชสประกอบการเรยนวชาเคมชดน - สมบตของแกส - ความสมพนธของปรมาตร ความดน และอณหภมของแกส > กฎของบอยล > กฎของชารล > กฎรวมแกส > กฎแกสอดมคต * ตวอยางโจทยเคมเอนทรานซ * เฉลยตวอยางโจทยเคมเอนทรานซ
สมบตของแกส
1. แกสมรปรางเปนปรมาตรไมแนนอน เปลยนแปลงไปตามภาชนะทบรรจ
บรรจในภาชนะใดกจะมรปรางเปนปรมาตรตามภาชนะนน จงท าใหอนภาคของแกสสามารถ
เคลอนทหรอแพรกระจายเตมภาชนะทบรรจ
2. ถาใหแกสอยในภาชนะทเปลยนแปลงปรมาตรได ปรมาตรของแกสจะขนอยกบอณหภม
ความดนและจ านวนโมล
3. สารทอยในสถานะแกสมความหนาแนนนอยกวาเมออยในสถานะของเหลวและ
ของแขงมาก
4. แกสสามารถแพรได และแพรไดเรวเพราะแกสมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอยกวา
ของเหลวและของแขง
5. แกสตางๆ ตงแต 2 ชนดขนไปเมอน ามาใสในภาชนะเดยวกน แกสแตละชนดจะแพรผสม
กนอยางสมบรณทกสวน นนคอสวนผสมของแกสเปนสารเดยว หรอเปนสารละลาย (Solution)
6. แกสสวนใหญไมมสและโปรงใส เชน แกสออกซเจน (O2) แกสไฮโดเจน (H2)
แกสคารบอนไดออกไซด (CO2) แตแกสบางชนดมส เชน แกสไนโตเจนไดออกไซด (NO2)
มสน าตาลแดง แกสคลอรน (Cl2) มสเขยวแกมเหลอง แกสโอโซน (O3) ทบรสทธมสน าเงนแก
กฎของบอยล ( Boyle’s Law )
เมอทดลองโดยใชกระบอกฉดยาและปดปลายกระบอกฉดยา เมอกดกานกระบอกฉดยาท าใหปรมาตรของแกสในกระบอกฉดยาลดลง และเมอปลอยมอกานกระบอกฉดยาจะเลอนกลบสต าแหนงเดม ในท านองเดยวกนเมอดงกานกระบอกฉดยาขน ท าใหปรมาตรของแกสในกระบอกฉดเพมขน และเมอปลอยมอกานกระบอกฉดยาจะเลอนกลบสต าแหนงเดม สามารถใชทฤษฎจลนของแกสอธบายไดวา เมอปรมาตรของแกสในกระบอกฉดยาลดลง ท าใหโมเลกลของแกสอยใกลกนมากขน จงเกดการชนกนเองและชนผนงภาชนะมากขน เปนผลใหความดนของแกสในกระบอกฉดยาเพมขนเมอเทยบกบตอนเรมตน ในทางตรงกนขามการเพมปรมาตรของแกสในกระบอกฉดยาท าใหโมเลกลของแกสอยหางกน การชนกนเองของโมเลกลของแกสและการชนผนงภาชนะนอยลง ความดนของแกสในกระบอกฉดยาจงลดลง
นกวทยาศาสตรไดท าการทดลองเพอศกษาความสมพนธระหวางปรมาตรกบความดนของแกส โดยควบคมใหอณหภมคงท ไดผลดงตารางตอไปน
จากผลการทดลองในตารางพบวา ผลคณของความดนกบปรมาตร (PV) ของแกสในการทดลองแตละครงมคาคอนขางคงท จากขอมลในตารางพบวาขณะทอณหภมคงท ถาปรมาตรของแกสเพมขนจะท าใหความดนของแกสลดลง และเมอปรมาตรของแกสลดลง ความดนของแกสจะเพมขน
รอเบรต บอยล (Robert Bolye) นกเคมชาวองกฤษ ไดศกษาเกยวกบการเปลยนปรมาตรของ
แกสในป ค.ศ. 1662 (พ.ศ. 2205) และสรปเปนกฎเรยกวา “ กฎของบอยล ” ซงมสาระส าคญดงน
“ เมออณหภมและมวลของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะแปรผกผนกบความดน ”
การทดลอง ครงท
ปรมาตร (V , dm3)
ความดน (P , mmHg)
PV (mmHg. cm3)
1 5.00 760 3.80 x 103
2 10.00 380 3.80 x 103
3 15.00 253 3.80 x 103 4 20.00 191 3.82 x 103
5 25.00 151 3.78 x 103
6 30.00 127 3.81 x 103
7 35.00 109 3.82 x 103
8 40.00 95 3.80 x 103 9 45.00 84 3.78 x 103
ตวอยางท 1 แกสจ านวน 15 g มปรมาตร 10 ลตร ทความดน 150 mmHg เมออณหภมคงท ถาเปลยนความดนเปน 50 mmHg แกสจะมปรมาตรเทาใด
วธท า P1 = 150 mmHg P2 = 50 mmHg V1 = 10 ลตร V2 = ? จากสตร P1V1 = P2V2 150 x 10 = 50 x V2 V2 =
= 30 ลตร ตวอยางท 2 แกสชนดหนงมความดนเรมตนเทากบ 200 mmHg แกสชนดนจะมความดน สดทายเปนเทาใดถาท าใหแกสมปรมาตรลดลงเปนครงหนงของปรมาตรเดม เมออณหภมคงท
วธท า P1 = 200 mmHg P2 = ? mmHg V1 = V1 V2 =
จากสตร P1V1 = P2V2 200 x V1 = P2 x
P2 = = 400 mmHg
กฎของชารล ( Charle’s Law )
ในการทดลองจมกระบอกฉดยาซงบรรจน าจ านวนหนงลงในน ารอน น าในกระบอกฉดยา จะถกดนออก ในทางตรงกนขาม ถาจมกระบอกฉดยาลงในน าเยน น าจากภายนอกจะเขาไปแทนทอากาศในกระบอกฉดยา นนคอ การเพมอณหภมมผลใหปรมาตรของแกสเพมขนและการลดอณหภมมผลใหปรมาตรของแกสลดลงดวย แสดงวาอณหภมมผลตอการเปลยนแปลงปรมาตรของแกส การเปลยนแปลงนใชทฤษฎจลนของแกสอธบายไดวา การเพมอณหภมมผลท าให พลงงานจลนเฉลยของแกสเพมขน โมเลกลของแกสจงเคลอนทเรวขน ท าใหโมเลกลชนกนเองและชนผนงภาชนะมากขน รวมทงพลงงานในการชนกนสงขนดวย เปนผลใหความดนของแกสในกระบอกฉดยาสงขนดวย จงดนน าออกจากกระบอกฉดยาจนความดนของแกสภายในเทากบภายนอก จงสงเกตเหนวาแกสในกระบอกฉดยามปรมาตรเพมขน ในกลบกนเมอลดอณหภม พลงงานจลนเฉลยของแกสในกระบอกฉดยาจะลดลง ท าใหการชนกนเองระหวางโมเลกลของแกสและการชนผนงภาชนะนอยลง รวมทงพลงงานในการชนลดลง ความดนของแกสในกระบอกฉดยาจงต า อากาศภายนอกซงมความดนสงกวาจงดนน าใหเขาไปในกระบอกฉดยา ความดนภายในจงเพมขนจนเทากบความดนภายนอก จงสงเกตเหนวาปรมาตรของแกสในกระบอกฉดยาลดลงจนกระทงคงท จงสรปไดวาอณหภมเปนอกปจจยหนงทมผลตอการเปลยนปรมาตรของแกส
Jacques Charles
จากผลการทดลองพบวาเมอน าขอมลมาเขยนกราฟ จะไดกราฟเสนตรงทมความชนคงทและท าใหคาดคะเนไดวา ถาลดอณหภมของแกสลงเรอย ๆ แกสจะไมมปรมาตร หรอมปรมาตรเปนศนยทอณหภม –273OC แตโดยความเปนจรงแกสจะไมสามารถมปรมาตรเปนศนยได เนองจากเมอลดอณหภมลงเรอย ๆ แกสจะเปลยนสถานะเปนของเหลวกอนทอณหภมจะถง –273OC ซงนกวทยาศาสตรไดก าหนดใหอณหภม –273OC มคาเทากบ 0 K โดยมความสมพนธดงน
เมอทดลองศกษาการเปลยนปรมาตรของแกสเมอเปลยนอณหภม พบความสมพนธระหวางปรมาตรแกสกบอณหภมในหนวยองศาเซลเซยสและในหนวยเคลวน ดงตาราง
จากตารางจะเหนวา เมอเปลยนอณหภมในหนวยเซลเซยสเปนหนวยเคลวน อตราสวนระหวางปรมาตรกบอณหภมเคลวนจะมคาคงท
จาก – อาเลกซองเดร – เซซา ชารล ( Jacqes A.C. Charles ) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ไดศกษาความสมพนธระหวางอณหภมกบปรมาตรแกส ในป ค.ศ.1778 ( พ.ศ.2321 ) และสรปความ สมพนธเปนกฎ เรยกวากฎของชารล ซงมใจความดงน
“ เมอมวลและความดนของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะแปรผนตรงกบอณหภมเคลวน ”
การทดลองครงท
t ( OC ) T ( K ) V (cm3) V/T (cm3/K)
1 10 283 100 0.35 2 50 323 114 0.35 3 100 373 132 0.35 4 200 473 167 0.35
K = 273 + t OC
จากกฎของชารล สามารถเขยนเปนความสมพนธไดดงน
V α T
V = kT
= k ถาให V1 เปนปรมาตรของแกสทอณหภม T1 V2 เปนปรมาตรของแกสทอณหภม T2
เนองจากอตราสวนระหวาง V กบ T คงท ดงนน
เกย – ลสแซกไดท าการทดลองเพมเตมตอไป โดยใหปรมาตรของแกสคงทเพอทจะหาความสมพนธระหวางความดนกบอณหภม ผลทไดคอ ความดนของแกสใด ๆ จะแปรผนตรงกบอณหภมเมอปรมาตรคงท ดงนน
P α T
P = kT
= k
และ
=
=
ตวอยางท 3 แกสชนดหนงมปรมาตร 80 cm3 ทอณหภม 45OC แกสนจะมปรมาตรเทาใดท อณหภม 0 OC ถาความดนคงท
วธท า V1 = 80 cm3 V2 = ? T1 = 273 + 45 = 318 K T2 = 273 + 0 = 273 K
=
V2 =
= 68.68 cm³ ตวอยางท 4 แกสชนดหนงมปรมาตร 30 ลตร ทอณหภม 25 OC ถาความดนคงท แกสนจะ มปรมาตรเทาใดเมออณหภมเปลยนไปเปน 100 OC
วธท า V1 = 30 ลตร V2 = ? T1 = 273 + 25 = 298 K T2 = 273 + 100 = 373 K
=
V2 =
= 37.55 ลตร
เปรยบเทยบกราฟระหวางกฎของบอยลและชารล
กฎของบอยล กฎของชารล
* ท ำควำมเขำใจกนอกนด *
กฎรวมแกส ( Combined gas law )
เมอน ากฎของบอยล กฎของชารล และกฎของเกย-ลสแซก มารวมกนเรยกวา “ กฎรวมแกส ” ( Combined Gas Law ) จากกฎทงสามกฎขางตน น ามารวมไดเปนกฎรวมแกส ดงสมการ
; โดยท m คงท
#. กรณท m ไมคงท ใหคณคา m แตละคา หนาอณหภมของตวมนเอง
กฎของแกสอดมคตหรอแกสสมบรณ ( Ideal gas / Perfect gas law )
จากกฎของบอยล V α 1/P
จากกฎของชารล V α T
จากกฎของอาโวกาโดร V α n
เขยนความสมพนธไดดงน V α nT/ P
โดยท ; V เปนปรมาตรของแกส หนวยเปนลกบาศกเดซเมตร หรอ ลตร
P เปนความดนของแกส หนวยเปน atm
T เปนอณหภมอณหพลวต หนวยเปนเคลวน ( K )
n เปนจ านวนโมลของแกส หนวยเปน mol
R เปนคาคงตวแกสอดมคต ( ประมาณ 0.0821 atm.L/mol.K )
คาคงทของแกส ( gas constant, R ) ค านวณไดจาก standard condition ( STP )
ตวอยางโจทยเคมเอนทรานซ
1)
2)
3)
4)
5)
เฉลยตวอยางโจทยเคมเอนทรานซ 1)
2)
3)
4)
5)