
แก๊สและสมบัติของแก๊ส
แก๊สและสมบัติของแก๊ส
แก๊ส หรือที่เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ก๊าซ (อังกฤษ: Gas) เป็นหนึ่งในสถานะพื้นฐานทั้งสี่ของสสาร (ที่เหลือ คือ ของแข็ง ของเหลวและพลาสมา) แก๊สบริสุทธิ์ประกอบไปด้วยอะตอมเดี่ยว เช่น แก๊สมีตระกูล ส่วนแก๊สที่เป็นธาตุเคมี จะอยู่ในรูปหลายอะตอม แต่เป็นชนิดเดียวกันเช่น ออกซิเจน หรือเป็นโมเลกุลสารประกอบที่อยู่ในรูปหลายอะตอมและต่างชนิดกัน เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สผสม เป็นแก๊สที่เกิดจากแก๊สบริสุทธิ์หลายชนิดรวมกันเช่นอากาศสิ่งที่แตกต่างระหว่างแก๊สที่ในอุณหภูมิห้องเป็นของเหลวกับแก๊สที่ในอุณหภูมิห้องเป็นของแข็งคือโมเลกุลของแก๊ส และการแยกนี้ทำให้มีแก๊สไม่มีสี ซึ่งทำให้เรามองไม่เห็น การทำงานร่วมกันของอนุภาคของแก๊สมีขึ้นในสนามแม่แหล็กและแรงโน้มถ่วง แก๊สประเภทหนึ่งที่รู้จักกันดีคือ ไอน้ำ แก๊สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมากจะอยู่ห่างกันและแพร่กระจายอยู่ทั่วทั้งภาชนะที่บรรจุทำให้มีรูปร่างเปลี่ยนแปลงตามขนาดและรูปร่างของภาชนะ สมบัติของแก๊ส 1.แก๊สมีรูปร่างเป็นปริมาตรไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะที่บรรจุ บรรจุในภาชนะใดก็จะมีรูปร่างเป็นปริมาตรตามภาชนะนั้น เช่น ถ้าบรรจุในภาชนะทรงกลมขนาด 1 ลิตร แก๊สจะมีรูปร่างเป็นทรงกลมมีปริมาตร 1 ลิตร เพราะแก๊สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมากจึงทำให้อนุภาคของแก๊สสามารถเคลื่อนที่หรือแพร่กระจายเต็มภาชนะที่บรรจุ 2.ถ้าให้แก๊สอยู่ให้ภาชนะที่ได้ ปริมาตรของแก๊สจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดันและจำนวนโมลดังนั้นเมื่อบอกปริมาตรของแก๊สจะต้องบอกอุณหภูมิ ความดันและจำนวนโมล 3.สารที่อยู่ในสถานะแก๊สมีความหนาแน่นน้อยกว่าเมื่ออยู่ในสถานะของแข็งและของเหลวมาก 4.แก๊สสามารถแพร่ได้ และแพร่ได้เร็ว เพราะแก๊สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าของเหลวและของแข็ง 5.แก๊สต่างๆ ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเมื่อนำมาใส่ในภาชนะเดียวกันแก๊สแต่ละชนิดจะแพร่ผสมกันอย่างสมบูรณ์ทุกส่วนนั้นคือส่วนผสมของแก๊สเป็นสารเดียวหรือเป็นสารละลาย 6. แก๊สส่วนใหญ่ไม่มีสีและโปร่งใส่เช่นแก๊สออกซิเจน(O2)แก๊สไฮโดเจน(H2) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2)แต่แก๊สบางชนิดมีสี เช่น แก๊สไนโตเจนไดออกไซด์ (NO2) มีสีน้ำตาลแดง แก๊สคลอรีน(Cl2) มีสีเขียวแกมเหลือง แก๊สโอโซน (O3) ที่บริสุทธิ์มีสีน้ำเงินแก่ เป็นต้น ประเภทของแก๊ส แบ่งออกได้ 2 ประเภท สมบัติทางกายภาพ อนุภาคของควันจะเป็นตัวกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของแก๊สโดยรอบ เนื่องจากแก๊สส่วนใหญ่ไม่สามารถที่จะตรวจสอบสมบัติได้โดยตรง พวกมันจะถูกอธิบายสมบัติโดยใช้สมบัติทางกายภาพสี่ประการ หรือสมบัติมาโครสโกปิก อันได้แก่ ความดัน ปริมาตร จำนวนอนุภาค (นักเคมีแบ่งกลุ่มเป็นโมล) และอุณหภูมิ สมบัติทั้งสี่นี้มักจะถูกสังเกตโดยนักวิทยาศาสตร์ เช่น โรเบิร์ต บอยล์ ฌัก ชาร์ลส์ จอห์น ดอลตัน โฌแซ็ฟ แก-ลูว์ซัก และอาเมเดโอ อาโวกาโดร สำหรับแก๊สแต่ละชนิดในสภาพที่ต่างกัน รายละเอียดของพวกมันได้นำไปสู่ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ท่ามกลางสมบัติเหล่านี้ ซึ่งแสดงได้โดยกฎแก๊สอุดมคติ เมื่อเทียบกับสถานะอื่นๆของสสารแล้ว แก๊สมีความหนาแน่นและความหนืดต่ำ ความดันและอุณหภูมิมีผลต่ออนุภาคภายในแก๊สที่มีปริมาตรแน่นอน กฎของแก๊ส เป็นกฎที่ใช้สำหรับอธิบายสมบัติต่าง ๆ ของแก๊ส ได้แก่ ปริมาตร (V) ความดัน (P) และอุณหภูมิอุณหพลวัต (T) ของแก๊สนั้น ๆ กฎของแก๊สที่เราควรรู้จัก ประกอบด้วยกฎของบอยล์ กฎของชาร์ล และกฎของเก-ลูซัก (บางครั้งเขียนว่า "กฎของเก-ลัสแซก" หรือ "กฎของเกย์ลูสแซก") นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับแก๊ส และได้ตั้งกฎและทฤษฎีขึ้นมามากมายเพื่อที่จะอธิบายสมบัติ กฎของบอยล์ กฎของบอยล์หรือที่เรียกอีกอย่างว่ากฎบอยล์-มาริออตต์ หรือกฎของมาริออตต์ (โดยเฉพาะในฝรั่งเศส) เป็นกฎก๊าซทดลองที่อธิบายว่าความดันของแก๊สมีแนวโน้มลดลงเมื่อปริมาตรของภาชนะเพิ่มขึ้น กฎสมัยใหม่ของบอยล์คือ ความดันสัมบูรณ์กระทำโดยมวลที่ได้รับของแก๊สอุดมคติเป็นสัดส่วนผกผันกับระดับเสียงหมกมุ่นอยู่กับมันถ้าอุณหภูมิและปริมาณของก๊าซยังคงไม่เปลี่ยนแปลงภายในระบบปิด ที่ P คือความดันของก๊าซ ดังสมการ PV = k หรือเขียนได้อีกแบบดังนี้ P1V1 = P2V2 กฏของชารล์ ตั้งชื่อตาม เซซา- ชาร์ล ได้ให้ใจความว่า ถ้าความดันคงตัว ปริมาตรจะแปรแปรผันตรงกับอุณหภูมิอุณหพลวัตของแก๊สนั้นๆ หรือผลหารของปริมาตรกับอุณหภูมิอุณหพลวัตมีค่าคงตัวเสมอ ดังสมการ V เป็นปริมาตรของแก๊ส T เป็นอุณหภูมิอุณหพลวัต หน่วยเป็นเคลวิน
กฎของเก-ลูซัก ตั้งชื่อตาม โจเซฟ หลุยส์ เก-ลูซัก มีใจความสำคัญคล้ายกฎของชาร์ล คือ ถ้าปริมาตรคงตัว ความดันของแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิอุณหพลวัตของแก๊สนั้นๆ
ความแตกต่างระหว่างของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
คุณสมบัติของของแข็ง อนุภาคของแข็งมีการจัดระเบียบสูงและอัดแน่นเข้าด้วยกัน พวกมันไม่สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระเนื่องจากตำแหน่งที่ตายตัว และพวกมันมีรูปร่างและขนาดที่มีลักษณะเฉพาะตัว การจัดเรียงตัวของอะตอมในของแข็งสามารถกำหนดได้จากขนาดของมัน ธาตุต่างๆ มีขนาดอะตอมและโมเลกุลต่างกัน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของแข็งมักจะเป็นพันธะไอออนิกและพันธะโลหะในโลหะ โครงร่างโควาเลนต์ขนาดยักษ์เหล่านี้เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง และแรงยึดเหนี่ยวในโครงร่างนั้นมักจะแรงกว่าของเหลวและก๊าซ สามารถรับผลลัพธ์ที่ไม่ซ้ำใครได้โดยการบรรจุอะตอมที่มีขนาดต่างกัน ตัวอย่างเช่น โซเดียม (Na+) และคลอไรด์ (Cl–) มีขนาดโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ต่างกัน โซเดียมไอออนค่อนข้างเล็กกว่าคลอไรด์ พวกมันถูกผูกมัดด้วยการจัดเรียงอะตอมของ Na และ Cl อย่างสม่ำเสมอ อะตอมของ Na แต่ละอะตอมล้อมรอบด้วย Cl– ion หกตัว ในขณะที่ Cl– ion ทุกอะตอมล้อมรอบด้วย Cl– ion หกตัว มีโครงสร้างลูกบาศก์อยู่ตรงกลางของหน่วยเซลล์ ยังมีช่องว่างระหว่างโซเดียมและคลอรีนเนื่องจากขนาดต่างกัน ตัวอย่างของของแข็ง มีตัวอย่างของแข็งหลายร้อยตัวอย่างซึ่งมีเพียงไม่กี่ตัวอย่าง
ของแข็ง อะตอมหรือไอออนในของแข็งอสัณฐานจะถูกจัดเรียงแบบสุ่มเพื่อให้มีโครงตาข่ายที่ไม่สม่ำเสมอ พวกเขาไม่มีรูปแบบทางเรขาคณิตที่แน่นอนและมักจะเป็นโพลิเมอร์ที่โซ่โมเลกุลยาวถูกผูกมัดผ่านพันธะที่อ่อนแอ นั่นคือเหตุผลที่ของแข็งอสัณฐานไม่มีโครงสร้างที่เป็นระเบียบ ของแข็งอสัณฐานมีคุณสมบัติต่างกัน ตัวอย่างเช่น แก้ว ยาง และพลาสติกเป็นของแข็งอสัณฐาน แก้วมีความแข็งและเปราะ บางครั้งเรียกว่าของเหลวที่เย็นยิ่งยวด ยางและพลาสติกเป็นโพลิเมอร์สังเคราะห์ที่นิ่มและละลายง่าย คุณสมบัติของของแข็งอสัณฐานจะแตกต่างกันเนื่องจากแรงประเภทต่างๆ ซึ่งทำให้พวกมันถูกเรียกว่า 'ของแข็งไม่แท้' ของแข็งที่เป็นผลึก อะตอมของของแข็งที่เป็นผลึกถูกจัดเรียงในรูปแบบที่แน่นอนและเป็นระเบียบ รูปแบบแต่ละหน่วยเรียกว่าเซลล์หน่วย พวกเขาเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของของแข็ง การจัดเรียงตัวของอะตอมในของแข็งที่เป็นผลึกขึ้นอยู่กับขนาดและแรง ของแข็งที่เป็นผลึกคือ 'True Solids' ประเภทของของแข็ง ตามประเภทของแรงในผลึกและของแข็งอสัณฐาน พวกมันแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก: - ของแข็งไอออนิก คุณสมบัติของของเหลว อะตอมและโมเลกุลของของเหลวถูกบรรจุในพื้นที่ที่กำหนดในลักษณะกึ่งจัด พวกมันสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ พวกมันมีแรงดึงดูดที่อ่อนแอเมื่อเทียบกับของแข็งและสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ง่ายตามรูปร่างของภาชนะ โมเลกุลของของเหลวนั้นเรียบง่ายและเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ การกวนในของเหลวทำให้เกิดการผสมกันของโมเลกุลและการผสมจะไม่ทำลายการเรียงตัวของโมเลกุลของของเหลว ของเหลวที่แตกต่างกันไม่อนุญาตให้ผสมกันเนื่องจากมีแรงระหว่างโมเลกุลต่างกัน แรงระหว่างโมเลกุลของของเหลวนั้นอ่อนกว่าพันธะเคมี แรงเหล่านี้มีหน้าที่ทำให้โมเลกุลของของเหลวเกาะติดกัน แรงระหว่างโมเลกุลในของเหลวมีสามประเภท - ปฏิสัมพันธ์ไดโพล-ไดโพล เป็นแรงระหว่างโมเลกุลชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อสปีชีส์ที่มีประจุบวกถูกดึงดูดโดยสปีชีส์ที่มีประจุลบ ตัวอย่างเช่น HCl เป็นโมเลกุลที่มีอันตรกิริยาระหว่างไดโพล-ไดโพล ไฮโดรเจนเป็นอะตอมที่มีประจุบวกในขณะที่อะตอมของคลอรีนเป็นอะตอมที่มีประจุลบ ในกรณีนี้ อะตอมของไฮโดรเจนจะให้อิเล็กตรอนเพื่อสร้างพันธะกับอะตอมของคลอรีน ปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพลเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของคลอรีนของโมเลกุลหนึ่งดึงดูดอะตอมของไฮโดรเจนของอีกโมเลกุลหนึ่ง เนื่องจากอะตอมของคลอรีนมีประจุลบ (อิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง) ในขณะที่อะตอมของไฮโดรเจนมีประจุบวกในโมเลกุล HCl - พันธะไฮโดรเจน เป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนเปล่า (ถูกพันธะกับอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีสูงเช่น F, O, N) ในโมเลกุลหนึ่งถูกดึงดูดโดยอะตอมอิเล็กโทรเนกาติตีอย่างแรงอื่นๆ เช่น ออกซิเจน ฟลูออรีน ไนโตรเจน เป็นต้น - แรงกระจาย โมเลกุลเหล่านั้นที่มีแรงกระจายจะถูกชาร์จชั่วคราว พวกมันเป็นพลังที่อ่อนแอมากและมีอยู่ในโมเลกุลที่เป็นกลาง อิเล็กตรอนจากชั้นนอกสุดเข้ามาใกล้กันในช่วงเวลาสั้นๆ บริเวณที่อิเล็กตรอนอยู่หลังจากเข้ามาใกล้กันจะกลายเป็นประจุไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้พวกมันจึงมีแรงดึงดูดกับโมเลกุลอื่นๆ เพียงเล็กน้อย ตัวอย่างของของเหลว คุณสมบัติของก๊าซ อนุภาคในแก๊สเคลื่อนที่แบบสุ่ม การเคลื่อนที่แบบสุ่มของก๊าซอธิบายผ่านทฤษฎีจลน์โมเลกุลของก๊าซ การชนกันระหว่างโมเลกุลของแก๊สนั้นยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ และนั่นคือเหตุผลที่ส่วนใหญ่ใช้แก๊สในการศึกษาเกี่ยวกับโมเลกุล ก๊าซไม่มีอนุภาคที่มีการจัดระเบียบอย่างดีในลักษณะเฉพาะ โมเลกุลของก๊าซในอุดมคติไม่มีปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตาม ก๊าซจริงมีแรงระหว่างโมเลกุลบางอย่าง เช่น ของแข็งและของเหลว แก๊สมีแรงดึงดูดที่อ่อนมาก เนื่องจากอะตอมหรือโมเลกุลของแก๊สสามารถทำปฏิกิริยาต่อกันได้ในช่วงเวลาสั้นๆ มีการชนกับโมเลกุลอื่นและกับผนังของภาชนะเช่นกัน ก๊าซมีคุณสมบัติเติมช่องว่างในภาชนะซึ่งไม่ใช่ของเหลวหรือของแข็ง อุณหภูมิ ความกดดัน ปริมาณ ตัวอย่างของก๊าซ แนวคิดภูเขาน้ำแข็ง 4 สถานะหลักของสสารคืออะไร? สสารมี 4 สถานะ ตัวอย่างของของแข็ง ของเหลว และก๊าซคืออะไร? - อากาศ อีเทน มีเทน และออกซิเจนเป็นตัวอย่างของก๊าซ - น้ำ แอมโมเนีย และแอลกอฮอล์เป็นตัวอย่างของของเหลว - ไม้ คริสตัล และโลหะเป็นตัวอย่างของของแข็ง ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ มีความลื่นไหลได้อย่างไร? ความลื่นไหลของของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซถูกกำหนดโดยความสามารถในการไหล โดยทั่วไปแล้วความลื่นไหลจะอธิบายได้ว่าเป็นความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปภายใต้ความเค้นที่กระทำ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซที่ไหลได้ง่ายมีระดับความต้านทานต่ำ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ มีคุณสมบัติอย่างไร? ของแข็งมีโครงสร้างที่แข็ง ซึ่งอนุภาคจะสั่นหรือเลื่อนผ่านกันและกันด้วยพลังงานจลน์ที่น้อยที่สุด ของเหลวช่วยให้อนุภาคบางส่วนเคลื่อนที่ได้ แต่ยังคงรักษาพันธะระหว่างโมเลกุลระหว่างกัน ก๊าซมีพลังงานจลน์มาก ทำให้ไหลได้อย่างอิสระในภาชนะใดๆ ที่พวกมันครอบครอง สารชนิดเดียวกันสามารถมีอยู่ในทั้งสามสถานะที่อุณหภูมิและความดันต่างกัน น้ำเป็นตัวอย่างที่ดี น้ำมีอยู่ในรูปของน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 32 องศาฟาเรนไฮต์ (0 องศาเซลเซียส) น้ำที่เป็นของเหลวอยู่ระหว่าง 32 ถึง 212 องศาฟาเรนไฮต์ (0 – 100 องศาเซลเซียส) และไอน้ำที่อุณหภูมิสูงกว่า 212 องศาฟาเรนไฮต์ เงาเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ? เงาไม่ใช่สสาร เนื่องจากสสารสามารถเป็นอะไรก็ได้ที่มีมวลและครอบครองพื้นที่ ธรรมชาติของอะตอม (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) คืออะไร? อะตอมเป็นหน่วยโครงสร้างและหน้าที่ของทุกสิ่ง เป็นอนุภาคที่เป็นกลาง เป็นหน่วยพื้นฐานของสสาร สสารทุกสถานะประกอบด้วยอะตอม ของแข็งมีการจัดเรียงและจัดเรียงเลขอะตอม ของเหลวมีอะตอมที่ดึงดูดกันอย่างหลวมๆ ก๊าซประกอบด้วยอะตอมที่เคลื่อนที่แบบสุ่มเสมอ อะไรทำให้ของแข็งแตกต่างจากของเหลวและก๊าซ?
ของแข็งประกอบด้วยอะตอมที่มีการจัดเรียงตัวเป็นโมเลกุลหรือสารประกอบอย่างสม่ำเสมอและมีการสั่นสะเทือนเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากของเหลวและก๊าซ ยิ่งไปกว่านั้น โครงสร้างเหล่านี้อัดแน่นกว่าเมื่อเทียบกับของเหลวหรือก๊าซ
|