1 ของแขง ของเหลว แกส

ของแขง ของเหลว แกส

สงตางๆโดยทวไปนนจะแบงออกเปนสสารและพลงงาน ซงสสารแตละชนดกจะมคณสมบตทแตกตาง

กนไป เรยกวา สมบตของสาร ถาเกดแบงตามสถานะกจะได 3 ประเภท คอ ของแขง ของเหลว และแกส ซง

สถานะทง 3 ประเภทนนกอาจมการเปลยนแปลงซงกนและกนไดขนอยกบปรมาตร ความดน และอณหภม ซง

โดยทวไปนนสารตางๆทอยในธรรมชาตมกจะด ารงอยในสถานะเดยว เมออยทอณหภมและความดนปกต

1.สถานะของสาร

สถานะของสารทปรากฏเปนแกส ของเหลว หรอของแขงขนอยกบชนดของสาร ทอณหภมปกตสารตาง

ชนดกนอาจมสถานะเหมอนหรอตางกนกได ซงตอนนเราจะศกษาวาอณหภมมผลตอสถานะของสารหรอไม โดย

พจารณาขอมลดงตอไปน

จากตารางพบวา สารแตละชนดจะมจดเดอดและจดหลอมเหลวตางกน จดเดอดและจดหลอมเหลวจง

จดเปนสมบตเฉพาะตวของสารทใชบอกชนดของสารได นอกจากนการเปลยนแปลงของอณหภมจะมผลตอการ

เปลยนแปลงสถานะของสารดวย

2 ของแขง ของเหลว แกส

การพจารณาสถานะของสาร

1. ถาสารนนมจดหลอมเหลวและจดเดอดต ากวาอณหภมหอง สารนนจะมสถานะเปนแกส เชน สาร A จดหลอมเหลว = -200 จดเดอด = -120 2. ถาสารนนมจดหลอมเหลวต ากวาอณหภมหอง แตมจดเดอดสงกวาอณหภมหอง สารนนจะมสถานะเปนของเหลว เชน สาร B จดหลอมเหลว = -20 จดเดอด = 80 3. ถาสารนนมจดหลอมเหลวและจดเดอดสงกวาอณหภมหอง สารนนจะมสถานะเปนของแขง เชน สาร C จดหลอมเหลว = 85 จดเดอด = 420

การถายเทพลงงาน

ในการพจารณาการถายเทพลงงานจะพจารณาเฉพาะ ระบบกบสงแวดลอมเทานน โดยมหลกวาพลงงานจะมการถายเทจากททมระดบพลงงานสงไปสระดบทมพลงงานต ากวา เชนเดยวกบการไหลของน า

-ถามการถายเทพลงงานจาก ระบบไปยงสงแวดลอม จะท าใหสงแวดลอมมอณหภมเพมขน เรยกการเปลยนแปลงนวา คายความรอน (Exothermic Change)

-ถามการถายเทพลงงานจาก สงแวดลอม ไปยงระบบ จะท าใหสงแวดลอมมอณหภม เรยกการเปลยน แปลงนวา ดดความรอน (Endothermic Change)

พลงงานกบการเปลยนสถานะ

การเปลยนสถานะคอ การทของแขงเปลยนเปนของเหลว ของเหลวเปลยนเปนไอ หรอการทไอเปลยนเปนของเหลว หรอของเหลวเปลยนเปนของแขง

3 ของแขง ของเหลว แกส

เมอสารไดรบความรอนขณะทมการเปลยนสถานะ อณหภมของสารจะไมมการเปลยนแปลง โดยจะน า ความรอนทไดรบไปใชเปลยนสถานะ ซงคาพลงงานทน าไปใชในการเปลยนแปลงของสารเรยกวา ความรอนแฝงจ าเพาะของสาร สารแตละชนดจะมคาความรอนแฝงจ าเพาะ 2 คาดวยกน คอ

1. คาความรอนแฝงจ าเพาะของการหลอมเหลว เปนคาพลงงานความรอนทน ามาใชเปลยนสถานะจากของแขงเปนของเหลว

2. คาความรอนแฝงจ าเพาะของการกลายเปนไอ เปนคาพลงงานความรอนทน าไปใชในการเปลยนสถานะจากของเหลวเปนไอ

- น ามคาความรอนแฝงจ าเพาะของการหลอมเหลว 80 แคลอรตอกรม หมายความวาในการท าน าแขง 1 กรม ใหหลอมเหลวเปนน า ตองใชพลงงานความรอน 80 แคลอร - น ามคาความรอนแฝงจ าเพาะของการกลายเปนไอ 600 แคลอรตอกรม หมายความวาในการท าน า 1 กรม อณหภม 100 องศาเซลเซยส ใหเปลยนเปนไอน า 1 กรม อณหภม 100 องศาเซลเซยส ตองใหพลงงานความรอน 600 แคลอร

2.สมบตของของแขง

ธรรมชาตจะพบวามสารทมสถานะเปนของแขงมากกวาสารทมสถานะเปนของเหลวและแกส นอกจากนยงสามารถเปลยนสารทมสถานะเปนของเหลวและแกสใหกลายเปนของแขงไดดวย โดยการลดอณหภมและเพมความดน สารทอยในสถานะของแขงจะมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคมากกวาสารทเปนของเหลวและแกส จงเปนเหตผลหนงทท าใหจดหลอมเหลวและจดเดอดของของแขงสวนใหญมคาสงกวาสารทเปนของเหลวและแกส นอกจากนของแขงยงมสมบตเฉพาะตวทส าคญอกหลายประการ ไดแก

1. มลกษณะแขงแกรง มรปรางแนนอนไมเปลยนแปลงไปตามภาชนะทบรรจ ทงนเพราะอนภาคทประกอบกนเปนของแขงจดเรยงตวอยในต าแหนงตาง ๆ ทแนนอนและชดกน

2. ปรมาตรของของแขงคอนขางคงท การเปลยนแปลงความดนเกอบจะไมมผลตอการเปลยนปรมาตรของของแขง ส าหรบอณหภมมผลตอของแขงนอยเชนเดยวกน เมอของแขงไดรบความรอน จะมการขยายตว เนองจากการสนสะเทอนของอนภาคจะหดตวเมออณหภมลดลง แตการขยายตวและหดตวมคานอยมากเมอเปรยบเทยบกบของเหลวและกาซ

3. ของแขงมการแพรชามาก เมอเปรยบเทยบกบของเหลวและกาซ 4. ของแขงมความหนาแนนมากกวาของเหลว เพราะมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคมากท าใหอยชดกน

เปนระเบยบทางเรขาคณต 5. ของแขงบางชนดเปนตวน าไฟฟาและความรอน บางชนดเปนสารกงตวน าและสารบางชนดเปนฉนวน

4 ของแขง ของเหลว แกส

6. ของแขงบางชนดสามารถจดเรยงตวเปนรปทรงทางเรขาคณตทแนนอนไดเรยกวา ผลกบางชนดอาจจะมผลกไดหลายแบบและบางชนดไมสามารถมผลกไดเรยกวา ของแขงอสณฐาน (Amorphous solid) เชน แกว ยาง พลาสตก

การเปลยนสถานะของของแขง

1. การหลอมเหลว (Melting) เมอของแขงไดรบความรอน อนภาคจะมพลงงานจลนของการสนมากขน จนในทสดความสนสะเทอนรนแรงถงขดทอนภาคหลดออกจากทในแลตทชผลกและเคลอนทไปมาได ความเปนระเบยบของอนภาคภายในของแขงสนสดลง ของแขงจงเปลยนเปนของเหลว อณหภมนนเปนจดหลอมเหลวของของแขง และเปนอณหภมเดยวกนกบอณหภมทของเหลวเปลยนเปนของแขงหรอทเรยกวา จดเยอกแขง

จดหลอมเหลวปกต หมายถง จดหลอมเหลวของของแขงทความดน 1 บรรยากาศ ในระหวางการหลอมเหลว ของแขงอยในสมดลกบของเหลว จดหลอมเหลวของของแขง เปนอณหภมทของแขงและของเหลว

อยรวมกนในสมดล ทอณหภม 0๐C

2.การระเหด (Sublimation) คอปรากฏการณทของแขงเปลยนสถานะกลายเปนไอโดยไมตองเปน

ของเหลวกอน เกดจากการทอนภาคของของแขงอยชดกนอาจมการกระทบกนได จงมการถายเทพลงงานไดซงอนภาคใดมพลงงานจลนสงพอทจะเอาชนะแรงยดเหนยวระหวาโมดลกลของแขง กจะหลดกลายเปนไอ เชน การระเหดของการบร ลกเหมน และไอโอดน เปนตน

5 ของแขง ของเหลว แกส

การจดเรยงตวของอนภาคของของแขง การจดเรยงอนภาคในของแขงแบงตามลกษณะการจดเรยงอนภาคของสารได 2 ชนด คอ 1. ของแขงผลก (Crystalline solid) คอ ของแขงทมโครงสรางประกอบดวยอนภาคเรยงกนอยอยางมระเบยบแบบแผน „ อนภาคเรยงตวกนอยางมระเบยบแบบแผนทางเรขา- คณตเปนสามมต เรยกวา Crystal lattice „ ผวหนาเรยบ มมระหวางผวหนามคาแนนอน „ มจดหลอมเหลวแนนอน „ มสมบตไมเหมอนกนทกทศทาง 2. ของแขงอสณฐาน คอ ของแขงทอนภาคอยปะปนกนอยางไมเปนระเบยบ ไมมรปรางทแนนอน „ อนภาคเรยงตวโดยไมมระเบยบแบบแผน „ ผวหนาไมเรยบ และมมตางๆ กน „ ชวงการหลอมเหลวกวาง „ มสมบตเหมอนกนทกทศทาง จาการศกษาสมบตตางๆของธาต พบวาคารบอนมลกษณะพเศษกวาธาตอนๆ คอมหลายรปเชน ถาน เพชร แกรไฟต ซงอาจมรปผลกหรอไมมผลกกได ขนอยกบการจดเรยงอนภาคภายใน ทงๆทประกอบดวยคารบอนเหมอนกน นอกจากนยงมธาตอนๆอกทมไดหลายรปเชน ก ามะถน ฟอสฟอรส และดบก เปนตน ของแขงชนดตางๆ จลกษณะของผลกและสมบตบางประการทแตกตางกนไป สามารถแบงชนดของผลกได 4 ประเภท ดงตารางขางลาง

6 ของแขง ของเหลว แกส

7 ของแขง ของเหลว แกส

โครงสรางของก ามะถน

ก ามะถนเปนอโลหะทเปนของแขง มสเหลอง โดยหนงโมเลกลประกอบดวย 8 อะตอม ตอกนเปนวงกวาง ก ามะถนมหลายรปเนองจากการจดเรยงตวของอนภาคตางกน แบงเปน 2 ประเภทใหญๆ คอ 1. ก ามะถนรปผลก (Crystalline sulphur) ไดแก ก ามะถนรอมบก ก ามะถนโมโนคลนก 2. ก ามะถนไมมรปผลก (Amorphous sulphur) ไดแก ก ามะถนน านม ก ามะถนพลาสตก ก ามะถนคอลลอยด ในทนเราจะศกษาเฉพาะก ามะถนทเปนรปผลกเทานน คอก ามะถนรอมบกและก ามะถนโมโนคลนก ก ามะถนรอมบก ( Rhombic Sulphur )

เปนก ามะถนทอยในธรรมชาต และเสถยรทอณหภมปกต เปนของแขงสเหลองออน ผลกเปนรปเหลยม

เปนรปอยตว ณ อณหภมปกตคอ นอยกวา96 องศาเซลเซยส มจดหลอมเหลว 112.8๐C จดเดอด 445

๐C ความ

หนาแนน 2.07 g/cm3 สามารถละลายไดในตวท าละลายทไมมขว เชน คารบอนไดซลไฟล ( CS

2) อเทอร เบนซน

และโทลอน แตไมละลายน า ถาอณหภมสงจะเปลยนเปนก ามะถนโมโนคลนก ก ามะถนรอมบก เตรยมไดโดยน าก ามะถนมาบดใหเปนผงแลวน าไปละลายใน CS2 กรองหลงจากปลอย

ให CS2 ระเหยไปจะไดผลกก ามะถนรอมบกแยกออกมา ก ามะถนมอนอคลนก ( Monoclinic Sulphur )

มสถานะเปนของแขงรปผลกเปนรปเขม สามาตรละลายไดในคารบอนไดซลไฟล ( CS2) แตไมละลายน า

ไมน าไฟฟา ผลกนจะคงตวทอณหภมสงกวา 96 ๐C ดงนนจงไมอยตวทภาวะปกต การเปลยนรปของผลก ก ามะถน

สามารถเปลยนกลบไปกลบไปกลบมาระหวางก ามะถนรอมบก และก ามะถนโมโนคลนก เมออณหภมต ากวา 96 ๐

C เรยกอณหภมนวา Transition Temperature

8 ของแขง ของเหลว แกส

การเปลยนแปลงเมอท าการเผาก ามะถน

จากปรากฏการณดงกลาวสามารถอธบายได 2 แบบ คอ 1. โมเลกลของก ามะถนเปนวง 8 อะตอม เมอเผาถงจดหลอมเหลวโมเลกลกยงเปนวงกลม เมอเผาตอ

โมเลกลจะแตกออกเปนสายยาวความหนดจงเพมขน เนองจากสายยาวพนกนเมอเผาตอถงจดเดอดสายยาวจะแตกออกเปนสายสนจนกลายเปนไอ 2. อธบายเชงทฤษฎจลนจากโมเลกลเปน 8 อะตอม เมอเผาท าใหคาพลงงานจลนเพมขน และถาคาพลงงานจลนเพมขนมากพอทจะเอาชนะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไดแลวโมเลกลจะแตกตวออกจากกน ก ามะถนจงกลายเปนของเหลว ถาเผาจนรอนจดพลงงานของโมเลกลจะเพมขนจนชนะแรงดงดดระหวางโมเลกลโมเลกลกจะแตกออกเปนสายๆ สายละ 8 อะตอม แลวตอกนเปนสายยาวก ามะถนเรมจะหนด เมอเผาตอความรอนจะท าใหสายโมเลกลแตกออกเปนสายสนๆ ท าใหก ามะถนหนดนอยลงจนกระทงเดอดและกลายเปนไอในทสด

3.สมบตของของเหลว

ตามทฤษฎจลนไมวาสารจะอยในสถานะใดกตามโมเลกลยอมมการเคลอนท ซงเปนสงทกอใหเกดสมบตตางๆ จากการทโมเลกลของแกสซงอยหางกนมาก ถาอณหภมลดต าลงโมเลกลของแกสกจะเคลอนทชาลงแรงดงดดกจะเพมขน จนกระทงโมเลกลเขามาใกลกนระยะหนงแกสกจะกลายเปนของเหลวซงมคณสมบตดงน 1.ของเหลวมความหนาแนนระหวางโมเลกลมากกวาแกสแตนอยกวาของแขง 2.ของเหลวมรปรางคงท ถาอณหภมคงท และจะเปลยนแปลงไปทละนอย ถาอณหภมและความดนเปลยน 3.ของเหลวมรปรางไมแนนอน ขนอยกบภาชนะทบรรจของเหลวนน 4.ของเหลวมแรงตงผวและความหนด ซงแสดงถงแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล กลาวคอ ถามคามากจะท าใหจดเดอดสงและความดนไอต า ถามคานอยจะท าใหจดเดอดต าและความดนไอสง 5.โมเลกลของของหลวสามารถแพรไปไดเหมอนแกสแตขากวาเนองจากแรงดงดดตากโมเลกลใกลเคยงและบรเวณเคลอนททมจ ากด ตองปะทะโมเลกลตลอดทางจงตองใชเวลามาก เชนการหยดหมกลงในน า 6.ถาผสมของเหลว 2 ชนด 6.1ถาของเหลว 2 ชนดผสมกน ปรมาตรทเกดขนอาจเทาหรอไมเทากบปรมาตรกอนผสมกได 6.2ถาของเหลว 2 ชนดไมผสมกน ปรมาตรกอนผสมยอมเทากบปรมาตรหลงผสม 7.ความดนไมสามารถบบอดของเหลวใหเลกลงได ซงแสดงวาโมเลกลของของเหลวจะตองอยชดกนระยะหนง

9 ของแขง ของเหลว แกส

8.การเคลอนทของของเหลวเปนไปในลกษณะทแตละอนภาคมการกระทบกน เปลยนทหรอเลอยไถลไปบนอนภาคอนทอยใกลเคยงตลอดเวลา การเคลอนทแบบนเรยกวา แบบบราวเนยน (Brownian movement)

การระเหย

การระเหย ( Evaporation) เกดเนองจากโมเลกลมการเคลอนทและชนกนอยตลอดเวลา การชนกนของโมเลกลท าใหบางโมเลกลเคลอนทดวยความเรวสงกจะมพลงงานจลนสง บางโมเลกลเคลอนทดวยความเรวต ากจะมพลงงานจลนต า เมอโมเลกลมพลงงานจลนสงพอทจะเอาชนะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไดกจะหลดออกมาจากของเหลวกลายเปนไอ ซงระเหยจะเกดบรเวณผวหนาของของเหลว การระเหยสามารถจะเกดขนไดทกอณหภมขณะทมของหลวอย ขณะทเกดการระเหยอณหภมของของเหลวจะลดลงเนองจากตองเสยความรอนขณะกลายเปนไอ จงมการถายเทพลงงานจากสงแวดลอมเขาสระบบจงเปนการดดความรอน

ปจจยในการระเหย 1. อณหภม การเพมอณหภมท าใหโมเลกลมพลงงานจลนสงขนโอกาสทจะชนะแรงดงดดระหวางโมเลกลยอมมมากขน 2. พนทผวของของเหลว ท าใหโมเลกลทมพลงงานจลนสงอยทผวมากขนมโอกาสหลดออกจากแรงดงดดระหวางโมเลกลไดมากขน 3. การทของเหลวอยในระบบเปด เปนการปองกนมใหมโอกาสกลบมาควบแนนไดอกและไมใหมความดนไอตอตานโมเลกลทจะระเหยออกไปอก 4. ความดนของบรรยากาศเหนอของเหลว ถามความดนของบรรยากาศต าของเหลวยอมระเหยไดดขน 5. การถายเทของอากาศเหนอของเหลวและการคน กวนของเหลวนน ยอมมผลใหการระเหยดขน

10 ของแขง ของเหลว แกส

ความตงผว

ของเหลวจะประกอบไปดวยอนภาคจ านวนมากทมายดกนในลกษณะทมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล ซงโมเลกลทอยตรงกลางจะมแรงยดเหนยวจากโมเลกลทอยโดยรอบในทกทศทาง โดยเฉพาะโมเลกลทอยผวหนาจะมแรงยดทขางเคยงและดานลางของโมเลกล ท าใหผลรวมของแรงดงมทศทางลงสดานลางเราเรยกแรงดงพวกนวา แรงดงผว ซงจะเปนแรงทดงผวของของเหลวเขามาขางใน เพอใหพนผวของของเหลวเหลอนอยทสด ท าใหของเหลวเสถยรมากขน โดยทวไปจะเปนรปทรงกลม เชน การหยดน าลงบนใบไม ของเหลวแตละชนดจะมแรงดงผวไมเทากน ของเหลวใดมแรงดงผวมากแสดงวาของเหลวนนมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคภายในทแขงแรงมากจะพยายามรกษารปทรงใหคอนขางกลมได ในบางกรณของเหลวกมความจ าเปนตองเพมพนทผว โดยทโมเลกลทอยดานในของของเหลวจะพยายามเคลอนมายงพนผว ในการนโมเลกลเหลานนตองเอาชนะแรงดงดดระหวางโมเลกลทอยรอบ ๆ หรอกลาววาตองท างาน งานทใชในการขยายพนทผวของของเหลว 1 หนวย เรยกวา ความตงผว ( Surface tension ) ความตงผวของของเหลวจะมคามากหรอนอยขนอยกบแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลว กลาวคอ ถาของเหลวใดมแรงยดเหนยวระหวาโมเลกลมากของเหลวนนกจะคาแรงตงผวสงดวย นอกจากนคาความตงผวของสารแตละชนดจะมคาไมเทากน และยงพบวาถาอณหภมเปลยนคาของความตงผวกจะมคาเปลยนดวย

11 ของแขง ของเหลว แกส

ปจจยทมผลตอความตงผว 1. แรงดงดดระหวางโมเลกล ความตงผวจะมากหรอนอยขนอยกบแรงดงดดระหวางโมเลกล ถาแรงดงดดระหวางโมเลกลมาก โมเลกลทผวหนาจะถกดงเขาภายในอยางแรงงานทใชในการขยายพนทผวของของเหลวจะมากตาม ความตงผวกมาก 2. อณหภม ถาอณหภมเพมขนพลงงานจลนของแตละโมเลกลเพมขน แตแรงดงดดระหวางโมเลกลลดลง ท าใหความตงผวลดลง

จากรป เนองจากองคประกอบของแกวสวนใหญเปน SiO2 โมเลกลของน าจงมแรงยดเหนยวกบออกซเจน

ทผนงดานในของหลอดแกวได แรงยดตดระหวางโมเลกลของแกวกบน าแขงแรงมากกวาแรงเชอมแนนระหวางโมเลกลของน ากบน า โมเลกลของน าจงยดตดกบผนงหลอดแกวในลกษณะแผนฟลมบางๆ ความตงผวของน าซงมคาสงจะท าใหผวน าหดตวไดและดงโมเลกลอน ๆ ของน าตามขนไปดวย เปนผลใหระดบน าในหลอดคะปลลารสงกวาระดบน าในบกเกอร

ในกรณของเหลวบางชนด เชน ปรอท จะมลกษณะตรงขามกบน า เนองจากปรอทมแรงเชอมแนนระหวางโมเลกลของปรอทกบปรอทมากกวาแรงยดตดระหวางโมเลกลของปรอทกบแกว ดงนนโมเลกลของปรอททอยบรเวณผวและทตดกบผนงหลอดคะปลลารจะถกดงเขาสภายในหรอใหหางจากผนง จงท าใหปรอทไมเปยกแกว รวมทงท าใหระดบปรอทในคะปลลารต ากวาระดบปรอทในบกเกอรและผวหนามลกษณะโคงนน

ความดนไอกบจดเดอดของของเหลว ถาใสของเหลวในภาชนะ 2 ใบ ใบหนงเปดฝาอกใบหนงปดฝาเมอเวลาผานไปจะสงเกตเหนวา ใบท 1

ของเหลวจะระเหยออกไป สวนใบท 2 ระดบของเหลวเกอบคงท เนองจากโมเลกลของของเหลวระเหยกลายเปน

12 ของแขง ของเหลว แกส

ไออยเหนอระดบของเหลว โมเลกลไอเหลานจะชนฝาภาชนะซงผลรวม ความดนไอองแรงชนตอหนวยพนท เรยกวา ความดนไอ (Vapour pressure) เมอโมเลกลของของเหลวกลายเปนไอจ านวนมากกจะเกดการชนกนเองกลบมาเปนของเหลว ซงเรยกวา การควบแนน (Condensation) และถาเมอใดอตราการกลายเปนไอเทากบการกลนตว เราเรยกวา ของเหลวอยในสภาวะสมดล ซงเปนสมดลไดนามก (Dynamic equilibrium) และความดนไอทเกดขนตอนนเรยกวา ความดนไอสมดลของของเหลว

สมดลไดนามกไมไดหมายความวาระบบจะหยดนง แตจะมการเปลยนแปลงตลอดเวลา จะเหนระดบคงทและมอตราการระเหยเทากบอตราการกลนตว ณ.เวลาเมอสมดล

กราฟแสดงอตราการเปลยนแปลงและภาวะสมดลของของเหลว

13 ของแขง ของเหลว แกส

จดเดอด (Boiling point) หมายถง อณหภมทของเหลวเปลยนสถานะกลายเปนไอ ขณะนนความดนไอของของเหลวเทากบความดนภายนอก (ความดนของบรรยากาศ) ซงเกดจากการใหความรอนกบของเหลวอณหภมของเหลวจะสงขนทนท โมเลกลทมพลงงานจลนมากกสามารถเอาชนะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของของเหลวกลายเปนไอจะเกดฟองของเหลว ทจดเดอดนความรอนทเพมเขาไปในของเหลวจะท าใหโมเลกลของของเหลวระเหยเพมขน แตจะไมท าใหของเหลวมอณหภมสงขนดงนนทจดเดอดอณหภมจะคงท จดเดอดของของเหลวขนอยกบความดนของบรรยากาศ ถาความดนของบรรยากาศ 760 มลลเมตร ของปรอทน าจะเดอดท 100 องศาเซลเซยส ถาความดนของบรรยากาศนอยกวา 760 มลลเมตรปรอท น าจะเดอดทอณหภมต ากวา 100 องศาเซลเซยส ถาความดนของบรรยากาศมากกวา 760 มลลเมตรปรอท น าจะเดอดทอณหภมสงกวา 100 องศาเซลเซยส

ความดนไอขนอยกบ 1. อณหภม ถาอณหภมสง ของเหลวจะกลายเปนไอไดงาย ความดนไอจะเพมขนดวย 2. ชนดของของเหลว ถาของเหลวมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก โอกาสกลายเปนไอยาก ความดนไอกจะต า 3. พนทผวของของเหลว ถามพนทผวมากจะกลายเปนไอไดงาย ความดนไอจะสง

4.สมบตของแกส

กอนทจะท าความเขาใจเรองแกส จ าเปนตองทราบนยามของแกสละไอกอน แกส (Gas) คอ สารทอยในสถานะของแกส ณ.อณหภมและความดนปกต เชน แกสไฮโดรเจน แกส

ออกซเจน แกสเฉอย แกสนออน แกสคารบอนไดออกไซด เปนตน ไอ (Vapour) คอ สารทอยในสถานะของแขง หรอของเหลวแลวมการเปลยนแปลงสถานะไปเมออณหภมและความดนเปลยน เชน ไอน า ไอลกเหมน ไอของไอโอดน เปนตน เมอทราบนยามของแกสและไอแลว ตอไปจ าเปนตองทราบคณสมบตของแกส แกสมคณสมบตดงน 1. แกสมลกษณะฟงกระจายไปทวภาชนะ เนองจากมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอย 2. แกสมปรมาตรและรปรางไมแนนอน ขนอยกบภาชนะทใส 3. โดยทวทวไปแกสจะมลกษณะโปรงใส สวนใหญไมมส เชน แกสออกซเจน แกสไนโตรเจน ยกเวนบางชนดจ าพวกแกสคลอรน (สเขยวออน) แกสไนโตรเจนไดออกไซด (สน าตาลแดง) เปนตน 4. เมอน าแกสมารวมกน 4.1 ไมมปฏกรยาตอกน จ านวนโมเลกลของแกสกอนและหลงจะเทากน

4.2 มปฏกรยาตอกน จ านวนโมเลกลของแกสกอนและหลงอาจเทากนหรอไมเทากนกได ขนอยกบชนดของปฏกรยาเคม

5. แกสมความหนาแนนนอยกวาของเหลวและของแขง

14 ของแขง ของเหลว แกส

6. ปรมาตรของแกสสามารถเปลยนแปลงไดขนอยกบอณหภมและความดน ซงในการบอกปรมาตรของแกสจ าเปนตองบอกอณหภม ความดน และจ านวนโมลดวย

ชนดของแกส

นกวทยาศาสตรไดศกษาสมบตของแกสตางๆและแบงแกสออกเปน 2 ประเภท ดงน 1. แกสอดมคต (Ideal gas) หรอแกสสมบรณ (Absolute gas) เปนแกสทนกวทยาศาสตรสมมตขนมาเพออธบายพฤตกรรมบางอยางของแกส ซงแกสนจะไมมอยจรงในธรรมชาตและจะมพฤตกรรมตางๆเปนไปตามกฎตางๆของแกสทกอยาง 2. แกสจรง (Real gas) เปนแกสทมอยจรงในธรรมชาตจะมพฤตกรรมตางๆไมเปนไปตามกฎตางๆของแกส ซงพบวา จะมสมบตหรอพฤตกรรมตางๆคลายแกสในอดมคตกตอเมอ ตองอยททมอณหภมสงและความดนต า ซงจะท าใหโมเลกลของแกสอยหางกนจนไมมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลจนกลายเปนแกสอดมคต

อณหภม ปรมาตร และความดน

อณหภม (Temperature) มสญลกษณ เปน T (เคลวน) และ t (เซลเซยส) ใชบอกระดบความรอนของสาร แตไมไดบอกใหทราบวาสารนนมปรมาณความรอนเทาใด กลาวคอ สารทรอนเทากน จะมอณหภมเทากน แตอาจจะมปรมาณความรอนเทากน หรอไมเทากนกได ขนอยกบ มวล และ คาความจความรอนของสาร การวดอณหภมมหนายทใชหลายหนวย เชน องศาเซลเซยส เคลวนหรอองศาสมบรณ ฟาเรนไฮด โรเมอร เปนตนแตถาเปนแกสนยมใชเปนเคลวน (K)

ปรมาตร (Volume) เมอพดถงแกสเรามกจะพดเปนปรมาตรมากกวาน าหนก ซงปรมาตรของแกสจะเปลยนแปลงไดตามอณหภมและความดน หนายทใชมากไดแก ลตร ลกบาศกเดซเมตร มลลลตร ลกบาศกเซนตเมตร

15 ของแขง ของเหลว แกส

5

5

1 ลตร = 1 ลกบาศกเดซเมตร = 1000 มลลลตร = 1000 ลกบาศกเซนตเมตร

ความดน (Pressure) คอ ผลรวมของแรงดนตอหนวยพนท ความดนมหลายหนายดวยกน

1 บรรยากาศ = 760 มลลเมตรปรอท = 76 เซนตเมตรปรอท = 760 ทอร = 14.7 ปอนดตอตารางนว = 1.01325 x10 ปาสคาล = 1.0325 x 10 ไดนตอเซนตเมตร เครองมอทใชวดความดนของบรรยากาศ เรยกวา บารอมเตอร (Baromiter) ดงรป เครองมอทใชวดความดนของแกส เรยกวา มาโนมเตอร (Manomiter) ซงม 2 แบบ คอ แบบเปด และ

แบบปด

16 ของแขง ของเหลว แกส

กฎของบอยล (Boyle’s Law)

ในป ค.ศ. 1662 มนกเคมชาวองกฤษชอวา Robert Boyle ไดพบวา เมออณหภมและมวลของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะมสดสวนผกผนกบความดนแกส หรอผลคณของความดนและปรมาตรของแกสมคาคงตวเสมอ ดงสมการ

กฎของชารล (Charles’s Law)

ในป ค.ศ. 1787 มนกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสชอวา Jacques A. Charles ไดพบวา เมออณหภมและมวลของแกสคงท ปรมาตรของแกสจะมสดสวนโดยตรงกบอณหภมเคลวนดงสมการ

17 ของแขง ของเหลว แกส

กฎของเกยลสแซก (Gay Lussac’s Law)

โจเชฟ หลยส เกยลสแซก ชาวฝรงเศส ไดศกษาความสมพนธระหวางความดนและอณหภม พบวาเมอปรมาตรและมวลของแกสคงท ความดนของแกสจะเปนสดสวนโดยตรงกบอณหภมเคลวน บางครงอาจเรยกกฎนวา Amonton ดงสมการ

กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s Law )

ใน ค.ศ. 1811 มนกวทยาศาสตรชาวอตาลทชอวา Amedeo Avogadro ไดศกษาความสมพนธระหวางปรมาตรและจ านวนโมลของแกสพบวา เมออณหภมและความดนคงท ปรมาตรของแกสจะเปนสดสวนโดยตรงกบจ านวนโมลของแกส ดงงสมการ

18 ของแขง ของเหลว แกส

กฎรวมแกส (Gas Law)

เนองจากกฎของบอยลและชารล กลาวถงเฉพาะความสมพนธระหวางปรมาตรกบความดน และปรมาตรกบอณหภม แตการเปลยนแปลงในธรรมชาตอาจเกดขนพรอม ๆ กนดงนนจงมการศกษาความสมพนธระหวางปรมาตร ความดน และอณหภมของแกสในขณะทมวลคงท ดงน

เมอ P คอ ความดนของแกส (atm , mmHg)

V คอ ปรมาตรของแกส (cm3 , dm3)

T คอ อณหภมในหนวยเคลวน (K)

กฎของแกสในอดมคต

ในกฎแกสรวมเปนการศกษาการเปลยนแปลงสมบตของแกสเกยวกบ ความดน ปรมาตร และอณหภม แตยงมสมบตทควรค านงถงอกอยางหนงคอ ปรมาตรหรอจ านวนโมล (n)ของแกสในระบบ จากกฎของอาโวกาโดรซงกลาวไววา “ทอณหภมและความดนเดยวกน แกสทมปรมาตรเทากนจะมจ านวนอนภาคเทากน”นอกจากนจ านวนโมลของแกส ยงมความสมพนธโดนตรงกบ จ านวนอนภาคและปรมาตรของแกสอกดวย กลาวคอแกส 1 โมลจะมจ านวน 6.02 x 1023 อนภาคและปรมาตร 22.4 ลตรหรอลกบาศกเดซเมตรท STP จงสามารถเขยนนยามของกฎอาโวกาโดรไดวา ทอณหภมและความดนคงท ปรมาตรของแกสใด ๆ จะเปนสดสวนโดยตรงกบจ านวนโมลของแกสนน ๆ

19 ของแขง ของเหลว แกส

กฎความดนยอยของดอลตน

กลาววา ทอณหภมเดยวกนเมอน าแกสมาผสมกน โดยไมเกดปฏกรยาเคมพบวาความดนรวมของแกสผสมจะเทากบผลบวกของความดนยอยของแกสผสมนน

การแพรของแกส

จากการศกษาเกยวกบสมบตของแกสพบวาเกยวของกบปรมาตร ความดน และอณหภม นอกจากนยงมสมบตอกอยางหนงคอ การแพร ซงเปนปรากฏการทแกสหรอไอแพรกระจายออกไปจากภาชนะทบรรจอย ซงสามารถพบไดเสมอในชวตประจ าวน เชน การแพรของน าหอม การแพรของแกสม 2 ชนด คอ

1. Diffusion คอ กระบวนการทแกสเคลอนทจากทหนงไปยงอกทหนง โดยมการชนระหวางโมเลกลตลอดเวลา

2. Effusion คอ กระบวนการทกาซเคลอนทจากบรเวณหนงผานรทเลกมากออกส บรเวณอนโดยโมเลกลไมชนกนเอง

20 ของแขง ของเหลว แกส

กฎการแพรของเกรแฮม มใจความสรปไดวา “ทอณหภมและความดนคาหนง อตราการแพรผานของแกสจะแปรผกผนกบรากทสองของความหนาแนนของแกส” โดยเมอเปรยบเทยบระหวางการแพรของแกส 2 ชนด จะไดวา

เมอ R = อตราการแพรผานของแกส

D = ความหนาแนนของแกส

ความแตกตางระหวางอตราเรวในการแพรและอตราเรวในการเคลอนทของแกส

อตราเรวในการแพรของแกสคดจากระยะทางจากจดเรมตนไปจนถงจดสนสดใน แนวเสนตรง สวนอตราเรวในการเคลอนทของแกสคดจากระยะทางทงหมดทแกสเคลอนท ในเวลาเทากน ดงนนอตราเรวในการแพรของแกส จงนอยกวาอตราเรวในการเคลอนทของแกสเสมอ

ปจจยทมผลตออตราการแพรของแกส

1. มวลโมเลกลของแกส “แกสทมมวลโมเลกลนอยกวาจะแพรไดเรวกวา”

2.ความหนาแนนของแกส “แกสทมความหนาแนนนอยกวาจะแพรไดเรวกวา”

21 ของแขง ของเหลว แกส

ทฤษฎจลนของแกส

ทฤษฎจลนของกาซใชอธบายสมบตตาง ๆ ของกาซเกยวกบอณหภม ความดนและปรมาตรไดดงน 1. ปรมาตรของกาซ เนองจากทฤษฎจลนกลาวไววา กาซไมมปรมาตรโมเลกล ดงนนปรมาตรของกาซ กคอปรมาตรของภาชนะทบรรจกาซนนเอง ท าใหกาซมปรมาตรไมแนนอนเปลยนแปลงไปตามขนาดของภาชนะ เนองจากโมเลกลของกาซมขนาดเลกมาก อยหางกนและมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอยมากจนถอไดวาไมมเลย ดงนนเมอบรรจกาซไวในภาชนะใดกตามโมเลกลของกาซจะเคลอนทไปทวทงภาชนะไดอยางอสระจนถอไดวาโมเลกลของกาซอยเตมภาชนะเสมอ กาซจงมปรมาตรไมแนนอนขนอยกบปรมาตรของภาชนะ 2. ความดนของกาซ ทฤษฎจลนกลาววา ความดนของกาซเกดจากโมเลกลของกาซชนกบผนงภาชนะ ท าใหทราบวาความดนของกาซเกดขนไดอยางไรเนองจากโมเลกลของกาซเคลอนทตลอดเวลาอางอสระโดยมทศทางไมแนนอน จงอาจจะชนกนเองบาง ชนกบผนงภาชนะบาง การชนกนเองของโมเลกลของกาซจะไมเกดความดน แตการทโมเลกลของกาซเคลอนทชนผนงของภาชนะท าใหเกดแรงดน ผลรวมของแรงดนทงหมด ทมตอหนงหนวยพนท กคอความดนของกาซนนเอง

ทฤษฎจลนกบกฎของบอยล จากกฎของบอยลทวาเมออณหภมคงท ความดนของกาซจะแปรผกผนกบปรมาตรของกาซ คอถาเพม

ปรมาตรของกาซจะท าใหความดนลดลงและ ถาเพมปรมาตรของกาซจะท าใหความดนเพมขน อธบายไดโดยใชทฤษฎจลนของกาซดงนในขณะทอณหภมคงท โมเลกลของกาซชนดเดยวกนจะเคลอนทดวยความเรวเฉลยคงท เมอท าใหปรมาตรของกาซลดลงโดยทจ านวนโมเลกลเทาเดม โมเลกลทอยในภาชนะจะอดกนแนนมากขน และมโอกาสชนกบผนงบอยครงขน หรอมความดนเพมขนนนเอง และเมอท าใหปรมาตรเพมขนจะกอใหเกดทวางมากขน เปนผลท าใหโมเลกลชนกบผนงภาชนะนอยลง ซงความดนจะลดลง

ทฤษฎจลนกบกฎของชารลส จากกฎของชารลสทวาเมออณหภมคงท ปรมาตรของกาซจะแปรผนตรงกบอณหภมเคลวน คอกาซจะม

ปรมาตรเพมมากขนเมอไดรบความรอน และมปรมาตรลดลงเมอไดรบความเยน อธบายโดยใชทฤษฎจลนดงน เมออณหภมของกาซเพมขนจะท าใหความเรวเฉลยของโมเลกลของกาซเพมขน โมเลกลจงชนกบผนงของภาชนะไดบอยและแรงขน ท าใหความดนภายในภาชนะเพมขน เมอความดนเพมจนมากกวาความดนภายนอก กาซในระบบจะขยายตวออกเพอรกษาความดนใหคงท (ความดนภายในเทากบความดนภายนอก) ปรมาตรของกาซจงเพมขน ในท านองเดยวกนเมอลดอณหภม โมเลกลของกาซจะเคลอนทชาลงท าใหอตราการชนผนงภาชนะลดลง ความดนของระบบจงลดลง ดงนนกาซในระบบจงหดตวลงเพอจะท าใหความดนคงท ปรมาตรของกาซจงลดลง

22 ของแขง ของเหลว แกส

5. เทคโนโลยเกยวกบสถานะตางๆของสาร

จากสมบตของสารในสถานะตางๆ ไมวาจะเปนของแขง ของเหลว หรอแกส กสามารถน ามาประยกตใชในชวตประจ าวน หรอในกระบวนการทางดานอตสาหกรรม

การท าน าแขงแหง

ใชในอตสาหกรรมทตองการอณหภมต า เชน ไอศกรม ผก ผลไม การแชปลา เปนตน ซงการท าน าแขงแหงท าไดดงน

การท าไนโตรเจนเหลว

ใชในอตสาหกรรมแชแขงอาหารประเภทตางๆ หรอใชในการแพทย เชน การแชแขงเลอด เซลลไขกระดก ซงการท าไรโตรเจนเหลวมกรรมวธดงน

23 ของแขง ของเหลว แกส

เอกสารอางอง

เคม ม . 4-6 เลม 2 ส าหรบนกเรยนทเนนวยาศาสตร

http://www.mte.kmutt.ac.th/ https://www.sites.google.com/site/khwamrxnnifisiks/ https://www.sites.google.com/site/khwamrxnnifisiks/ http:/www./chaiyanchem.files.wordpress.com/ http://www.mwit.ac.th/ http://armlove980.blogspot.com/ http://www.myfirstbrain.com/ http://www.electron.rmutphysics.com/