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?

1. แก๊สอุดมคติ : แก๊สที่ไม่มีอยู่จริง ไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล นักวิทยาศาสตร์กำหนดแก๊สอุดมคติขึ้นเพื่อใช้อธิบายสมบัติของแก๊สต่าง ๆ
2. แก๊สจริง : แก๊สที่มีอยู่ตามธรรมชาติจริงตามธรรมชาติ แต่ไม่เป็นไปตามกฎของแก๊สอุดมคติ และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย

สมบัติทั่วไปของแก๊สมีอะไรบ้าง?

1. แก๊สไม่มีสี และมีความโปร่งแสง เช่น ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์
2. แก๊สเคลื่อนที่ในทุกทิศทางอยู่ตลอดเวลา และรูปร่าง ปริมาตรที่ไม่แน่นอน เช่น ถ้านำแก๊สบรรจุในภาชนะแบบใด แก๊สจะกระจายเต็มภาชนะนั้น ๆ
3. แก๊สมีความหนาแน่นน้อยกว่าของแข็ง และของเหลว
4. แก๊สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าของแข็ง และของเหลว เป็นสาเหตุให้แก๊สสามารถแพร่ได้รวดเร็วกว่า

อุปกรณ์ที่ใช้วัดความดันแก๊ส เรียกว่า แมนอมิเตอร์ (Manometer)

ตัวแปรของแก๊ส

1. ปริมาตรของแก๊ส (V)
2. อุณหภูมิ (T)
3. ความดัน (P)
4. 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 กล่าวว่า ภายใต้ความดันและอุณหภูมิเดียวกัน อัตราการแพร่ของแก๊สแปรผกผันกับรากที่สองของความหนาแน่นของโมเลกุล

ทฤษฎีของแก๊สอุดมคติ

ตัวอย่าง : เมื่อเราบีบลูกโป่งที่มีลมด้านใน เมื่อเราบีบจะเป็นการเพิ่มความดันให้ลูกโป่ง และทำให้ปริมาตรลูกโป่งลดลง ส่งผลให้ลูกโป่งมีขนาดเล็กลงตาม

ตัวอย่าง : เมื่อแก๊สในบอลลูนได้รับความร้อน ทำให้แก๊สขยายตัวและมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศบริเวณโดยรอบ ส่งผลให้บอลลูนสามารถลอยสูงขึ้นได้

ตัวอย่าง : การนำกระป๋องสเปรย์ไปวางไว้ในที่ที่มีแดดแรง หรือมีความร้อนสูงจะทำให้กระป๋องสเปรย์มีความดันภายในกระป๋องที่สูงขึ้น

กฎรวมแก๊ส

ตัวอย่าง : การใช้แก๊สฮีเลียมเติมเข้าไปในลูกโป่ง จึงทำให้ขนาดลูกโป่งขยายใหญ่ขึ้นเนื่องจากจำนวนโมลในลูกโป่งที่เพิ่มขึ้น

จะรวมกันได้เป็น กฎแก๊สอุดมคติ PV = nRT โดยที่

สมการแก๊สอุดมคติ

รู้หรือไม่? แก๊สในชีวิตประจำวัน

• แก๊สหุงต้ม คือ แก๊สปิโตรเลียมเหลว ทุกคนจะคุ้นเคยกันในชื่อ LPG เป็นแก๊สที่ให้ความร้อนคงที่จึงมีการนำมาใช้ในการหุงต้ม และนำไปใช้ในรถยนต์
• แก๊ส NGV คือ แก๊สธรรมชาติอัด และมักนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงรถยนต์ เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่ทดแทนการใช้น้ำมัน
• แก๊สฮีเลียม และแก๊สไฮโดรเจน คือ ใช้ในการบรรจุข้างในลูกโป่ง ทำให้ลูกโป่งสามารถลอยได้ เพราะเป็นแก๊สที่มีน้ำหนักเบากว่าอากาศ

เป็นอย่างไรกันบ้างคะ? กับวิชาเคมี เรื่องแก๊สและสมบัติของแก๊สที่พี่นำมาฝากน้อง ๆ วันนี้ ครั้งหน้าพี่จะมีวิชาเคมีเรื่องไหนมาฝากน้อง ๆ หรือจะเป็นวิชาอื่น ๆ ฝากชาว Dek-D ทุกคนรอติดตามกันด้วยนะคะ หรือใครอยากให้พี่ทำ “รู้ไว้เผื่อออกสอบ” ในหัวข้อไหนคอมเมนต์บอกกันได้เลยค่ะ :)

สำหรับน้องๆ ที่ยังไม่แม่นเนื้อหา ฟิตความพร้อมก่อนสอบด้วยคอร์สพิชิต TCAS เคมี A-Level สรุปเนื้อหาเคมี ม.ปลาย 3 ปี ครบถ้วน ตรงตามหลักสูตรล่าสุด สสวท. ตัวอย่างโจทย์จัดเต็มกว่า 340 ข้อ เทคนิคการทำโจทย์แบบเข้าใจจริง เน้นย้ำจุดที่พลาดได้บ่อยๆ คอร์สนี้สอนโดย อ.เต้ อาจารย์ประจำภาควิชาเคมี จุฬาฯ