Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
1
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
บทที่ 5
ของแข็ง ของเหลว และแกส
5.1 การถายเทพลังงานกับการ...
2
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
- อธิบายการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ําแข็งเปนไอน้ําและพลังงาน...
3
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
Phase diagram
5.2 สมบัติของของแข็ง
สารที่อยูในสถานะของแข็...
4
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง
การจัดเรียงอนุภาคในของแข็งแบง...
5
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
2. ของแข็งอสัณฐาน คือ ของแข็งที่อนุภาคอยูปะปนกันอยางไมเ...
6
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
ผลึกของกํามะถันมีดังนี้
1. กํามะถันรอมบิก ( Rhombic Sulphu...
7
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
ตาราง แสดงชนิดและสมบัติบางประการของของแข็งที่อยูในรูปผลึก...
8
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง
1. การหลอมเหลว
เมื่อของแข็งไดรั...
9
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
ปจจัยที่มีผลตอความตึงผิว
1) แรงดึงดูดระหวางโมเลกุล ความ...
10
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
ปจจัยในการระเหย
1) อุณหภูมิ การเพิ่มอุณหภูมิทําใหโมเลกุ...
11
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
3) สารชนิดเดียวกันที่อุณหภูมิเทากันยอมมีความดันไอเทากั...
12
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
ทฤษฎีจลนอธิบายปริมาตรของกาซ
สาเหตุที่กาซมีปริมาตรไมแน...
13
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
ก าซ โดยการรวมกฎของบอลยและชารลเขาด เมื่อมวลของกาซคงที...
14
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
กฎของกาซสมบูรณ กาซที่มีปริมาตรเทากันวัดที่อุณหภูมิและ...
15
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
การแพรของกาซ
การแพรของกาซ ( Diffusion of gases ) เปน...
16
เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ
5.5 เทคโนโลยีที่เกี่ องกับสมบัติของของแข็ง ของเหลว และแก...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Solid liquid-gas

466 views

Published on

  • Be the first to comment

Solid liquid-gas

  1. 1. 1 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ บทที่ 5 ของแข็ง ของเหลว และแกส 5.1 การถายเทพลังงานกับการเปลี่ยนแปลงของสาร ในการพิจารณาการถายเทพลังงานจะพิจารณาเฉพาะ ระบบกับสิ่งแวดลอมเทานั้น โดยมีหลักวาพลังงานจะมีการถายเทจากที่ที่มีระดับ พลังงานสูงไปสูระดับที่มีพลังงานต่ํากวา เชนเดียวกับการไหลของน้ํา ถามีการถายเทพลังงานจาก ระบบไปยังสิ่งแวดลอม จะทําใหสิ่งแวดลอมมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น เรียกการเปลี่ยนแปลงแบบ คายความรอน ( Exothermic Change ) ถามีการถายเทพลังงานจาก สิ่งแวดลอม ไปยังระบบ จะทําใหสิ่งแวดลอมมีอุณหภูมิ เรียกการเปลี่ยนแปลงแบบ ดูดความรอน ( Endothermic Change ) พลังงานกับการเปลี่ยนสถานะ การเปลี่ยนสถานะ คือ การที่ของแข็งเปลี่ยนเปนของเหลว หรือของเหลวเปลี่ยนเปนไอ หรือการที่ไอเปลี่ยนเปนของเหลว หรือ ของเหลวเปลี่ยนเปนของแข็ง น้ําแข็ง 0๐ C น้ําเย็น 0๐ C น้ําเดือด 100๐ C ไอน้ําที่ 100๐ C ระบบดูดความรอน ระบบคายความรอน
  2. 2. 2 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ - อธิบายการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ําแข็งเปนไอน้ําและพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไป ดังนี้ เมื่อน้ําแข็งไดรับความรอนจนถึง 0๐ C จะหลอมเหลวเปนน้ําทั้งหมดที่ 0๐ C พลังงานจะ ถูกดูดเขาสูระบบ เพื่อใชในการหลอมเหลว และเมื่อใหความรอนตอไป จนของเหลวเดือดเปนไอที่ 100๐ C ระบบจะดูดพลังงานจาก สิ่งแวดลอมไปใชในการเปลี่ยนสถานะของสาร โดยอุณหภูมิคงที่ เรียกวา ความรอนแฝง ความรอนแฝง ( Latent heat ) หมายถึง ปริมาณความรอนที่ใชในการเปลี่ยนสถานะของ สาร ซึ่งมี 2 ประเภทคือความรอนแฝงของการหลอมเหลว และความรอนแฝงของการกลายเปนไอ ความรอนแฝงของสารแตละชนิดมีคา เฉพาะตัว 1) ความรอนแฝงของการหลอมเหลว (Latent heat of fusion ) หมายถึง ปริมาณความรอนที่ตองใชในการเปลี่ยนสถานะ ของแข็งใหกลายเปนของเหลว ณ จุดหลอมเหลวของสาร 2) ความรอนแฝงของการกลายเปนไอ (Latent heat of vaporization ) ปริมาณความรอนที่ตองใชในการเปลี่ยนสถานะของเหลว ใหกลายเปนไอ ณ จุดเดือดของของเหลวนั้น รูปแสดงการเปลี่ยนสถานะของน้ํา ( ณ ความดัน 1 บรรยากาศ ) - จากรูป ของแข็งเมื่อไดรับพลังงานความรอน จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น จนถึงอุณหภูมิหนึ่ง ที่ของแข็งเริ่มเปลี่ยนสถานะเปนของเหลว อุณหภูมิขณะนั้นคือจุดหลอมเหลวของสาร ขณะที่ของแข็งหลอมเหลวเปนของเหลวทั้งหมดใช พลังงานความรอนแฝง เรียกวา ความรอนแฝงของการหลอมเหลว อุณหภูมิจึงคงที่ เมื่อของเหลวไดรับพลังงานความรอนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะ สูงขึ้นอีก จนถึงอุณหภูมิหนึ่งที่ของเหลวเริ่มเปลี่ยนสถานะเปนไอ อุณหภูมิขณะนั้นคือ จุดเดือดของสาร ขณะที่ของเหลวกลายเปนไอทั้งหมด จะ ใชพลังงานความรอนแฝง เรียกวา ความรอนแฝงของการกลายเปนไอ ดังนั้น ในการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเปนของเหลว และ ของเหลวเปนไอ เปนกระบวนการดูดพลังงานทุกขั้นตอน ในทางตรงกันขาม เมื่อไอควบแนนเปนของเหลว และของเหลวควบแนนเปน ของแข็งเปนกระบวนการคายพลังงานทุกขั้นตอน
  3. 3. 3 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ Phase diagram 5.2 สมบัติของของแข็ง สารที่อยูในสถานะของแข็งจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางอนุภาคมากกวาของเหลวและกาซ จึงเปนเหตุผลหนึ่งที่ทําใหจุดหลอมเหลวและ จุดเดือดของสารในสถานะของแข็งสวนใหญมีคาสูงกวาของเหลวและกาซ นอกจากนี้ของแข็งยังมีสมบัติเฉพาะตัวที่สําคัญอีกหลายประการคือ มีรูปรางแนนอนไมขึ้นอยูกับภาชนะที่บรรจุ มีปริมาตรคงที่ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ไมสามารถไหลไดตามภาวะปกติ เนื่องจากอนุภาค ของแข็งอยูชิดกันมาก การจัดเรียงอนุภาคอยูในตําแหนงที่แนนอน รูปแสดงการจัดเรียงอนุภาคของสาร
  4. 4. 4 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ การจัดเรียงอนุภาคของของแข็ง การจัดเรียงอนุภาคในของแข็งแบงตามลักษณะการจัดเรียงอนุภาคของสารได 2 ชนิด คือ 1. ของแข็งผลึก(Crystalline solid) คือ ของแข็งที่มีโครงสรางประกอบดวยอนุภาคเรียงกันอยูอยางมีระเบียบแบบแผน • อนุภาคเรียงตัวกันอยางมีระเบียบแบบแผนทางเรขาคณิตเปนสามมิติ เรียกวา Crystal lattice หรือ Space lattice • ผิวหนาเรียบ มุมระหวางผิวหนามีคาแนนอน • มีจุดหลอมเหลวแนนอน • มีสมบัติไมเหมือนกันทุกทิศทาง (Anisotropic Substance) Crystalline Solid
  5. 5. 5 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ 2. ของแข็งอสัณฐาน คือ ของแข็งที่อนุภาคอยูปะปนกันอยางไมเปนระเบียบ ไมมีรูปรางที่แนนอน • อนุภาคเรียงตัวโดยไมมีระเบียบแบบแผน • ผิวหนาไมเรียบ และมุมตางๆ กัน • ชวงการหลอมเหลวกวาง • มีสมบัติเหมือนกันทุกทิศทาง (Isotropic Substance) ผลึกของกํามะถัน โมเลกุลของกํามะถันประกอบดวยกํามะถัน 8 อะตอม ตอกันเปนวง โดยอะตอม 1, 3, 5, 7 อยูในระนาบหนึ่งเหนืออะตอม 2, 4, 6, 8 ซึ่ง อยูอีกระนาบหนึ่ง แบบจําลองโมเลกุลของ กํามะถันแสดงไดโดยใชลูกทรงกลม 8 ลูกตอกัน แบบจําลองบอกแตเพียงลักษณะและทิศทาง ที่แตละ อะตอมจัดตัวเองเทานั้น แตไมไดบอกวา กํามะถันอะตอม อยูหางกันเทาไร การเปลี่ยนแปลงของกํามะถันเมื่อไดรับความรอน เมื่อเทกํามะถันเดือดลงในน้ํา จะไดกํามะถันเหนียว มีลักษณะยืดหยุนได เพราะกํามะถันเหนียวมีโมเลกุลลักษณะเปนสาย ซึ่งมีความ ยาวไมเทากันปนกันอยู
  6. 6. 6 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ ผลึกของกํามะถันมีดังนี้ 1. กํามะถันรอมบิก ( Rhombic Sulphur ) เปนกํามะถันที่อยูในธรรมชาติ และเสถียรที่อุณหภูมิปกติ เปนของแข็งสีเหลืองออนผลึก เปนรูปสี่เหลี่ยม มีจุดหลอมเหลว 112.8๐ C จุดเดือด 445 ๐ C ความหนาแนน 2.07 g/cm3 สามารถละลายไดในตัวทําละลายที่ไมมีขั้ว เชน คารบอนไดซัลไฟล ( CS2) อีเทอร เบนซีนและโทลูอีน แตไมละลายน้ํา การเตรียม โดยใชผงกํามะถันละลายใน CS2 หรือโทลูอีน แลวปลอยใหระเหย ก็จะไดผลึกของกํามะถันรอมบิกเปนรูปเหลี่ยม 2. กํามะถันมอนอคลินิก ( Monoclinic Sulphur ) มีสถานะเปนของแข็งรูปผลึกเปนรูปเข็ม ผลึกนี้จะอยูตัวที่อุณหภูมิสูงกวา 96 ๐ C ดังนั้นจึงไมอยูตัวที่ภาวะปกติ การเปลี่ยนรูปของผลึก กํามะถันสามารถเปลี่ยนกลับไปกลับไปกลับมาระหวางกํามะถันรอมบิก และกํามะถันโม โนคลินิก เมื่ออุณหภูมิสูงหรือต่ํากวา 96 ๐ C เรียกอุณหภูมินี้วา Transition Temperature การเตรียม เอากํามะถันผงไปละลายในโทลูอีน ที่รอนจนไดสารละลายอิ่มตัว นํามาตั้งทิ้งไวใหเย็นจะไดผลึกของกํามะถันมอนอ คลินิก รูปผลึกกํามะถัน
  7. 7. 7 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ ตาราง แสดงชนิดและสมบัติบางประการของของแข็งที่อยูในรูปผลึก ลักษณะเฉพาะและ สมบัติ ชนิดของผลึก ชนิดของอนุภาค ภายในผลึก ชนิดของพันธะหรือแรงยึดเหนี่ยว ระหวางอนุภาค สมบัติทั่วไป ตัวอยางของของแข็ง ผลึกโมเลกุล โมเลกุล หรือ อะตอม โมเลกุลมีขั้ว - แรงดึงดูดระหวางขั้ว - พันธะไฮโดรเจน โมเลกุลไมมีขั้วหรืออะตอม - แรงลอนดอน - ออนหรือแข็งปาน กลางเปราะไมมาก - จุดหลอมเหลวต่ํา - ไมนําความรอน และไฟฟา โมเลกุลมีขั้ว - น้ําแข็ง - แอมโมเนีย โมเลกุลไมมีขั้ว - น้ําแข็งแหง - แนฟทาลีน - กํามะถัน - ไอโอดีน ลักษณะเฉพาะและ สมบัติ ชนิดของผลึก ชนิดของอนุภาค ภายในผลึก ชนิดของพันธะหรือแรงยึดเหนี่ยว ระหวางอนุภาค สมบัติทั่วไป ตัวอยางของของแข็ง ผลึกโคเวเลนต รางตาขาย อะตอม พันธะโคเวเลนต - แข็ง - จุดหลอมเหลวสูง - สวนใหญไมนํา ความรอนและไฟฟา - เพชร - แกรไฟต - ควอตซ ผลึกโลหะ อะตอม พันธะโลหะ - แข็ง - จุดหลอมเหลวสูง - นําความรอนและ ไฟฟาไดดี - แมกนีเซียม - เหล็ก - ทองแดง - โซเดียม ผลึกไอออนิก ไอออน พันธะไอออนิก - แข็ง - จุดหลอมเหลวสูง - ไมนําความรอน และไฟฟา - โพแทสเซียม ไนเตรต - ซิลเวอรคลอไรด
  8. 8. 8 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ การเปลี่ยนสถานะของของแข็ง 1. การหลอมเหลว เมื่อของแข็งไดรับความรอน อนุภาคจะมีพลังงานจลนของการสั่นมากขึ้น จนในที่สุดความสั่นสะเทือนรุนแรงถึงขีดที่อนุภาคหลุด ออกจากที่ในแลตทิชผลึกและเคลื่อนที่ไปมาได ความเปนระเบียบของอนุภาคภายในของแข็งสิ้นสุดลง ของแข็งจึงเปลี่ยนเปนของเหลว อุณหภูมินั้นเปนจุดหลอมเหลวของของแข็ง และเปนอุณหภูมิเดียวกันกับอุณหภูมิที่ของเหลวเปลี่ยนเปนของแข็งหรือที่เรียกวา จุดเยือกแข็ง จุดหลอมเหลวปกติ หมายถึง จุดหลอมเหลวของของแข็งที่ความดัน 1 บรรยากาศ ในระหวางการหลอมเหลว ของแข็งอยูใน สมดุลกับของเหลว จุดหลอมเหลวของของแข็ง เปนอุณหภูมิที่ของแข็งและของเหลวอยูรวมกันในสมดุล ที่อุณหภูมิ 0๐ C 2. การระเหิด เนื่องจากอนุภาคของของแข็งอยูใกลกันมาก ทําใหมีโอกาสกระทบกันได จึงมีการถายเทพลังงานใหแกกันที่อุณหภูมิหนึ่งบาง อนุภาคที่ผิวหนาของของแข็งมีพลังงานสูงพอที่จะหลุดเปนไอได ปรากําการณที่ของแข็งเปลี่ยนสถานะเปนไอ โดยไมผานสถานะของเหลว กอน เรียกวา การระเหิด ( Sublimation ) จึงทําใหแนฟทาลีนมีขนาดเล็กลงและหมดไปในที่สุดไดสารที่ระเหิดได นอกจากแนฟทาลีนแลวยังมี การบูร พิมเสน ไอโอดีน เปนตน 5.3 สมบัติทั่วไปของของเหลว 1. ความตึงผิว เนื่องจากโมเลกุลของของเหลวมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน การเคลื่อนที่ของแตละโมเลกุลจึงอยูภายใตอิทธิพลของโมเลกุลอื่นที่อยู ใกลเคียง โมเลกุลที่อยูตรงกลางไดรับแรงดึงดูดจากโมเลกุลอื่นที่อยูลอมรอบเทากันทุกทิศทุกทาง สวนโมเลกุลที่ผิวหนาจะไดรับแรงดึงดูดจาก โมเลกุลที่อยูดานลางและดานขางเทานั้น โมเลกุลที่ผิวหนาจึงถูกดึงเขาภายในของเหลว ทําใหพื้นที่ผิวของของเหลวลดลงเหลอนอยที่สุด จะ เห็นไดจากหยดน้ําที่เกาะบนพื้นผิวที่เรียบและสะอาดจะมีลักษณะเปนทรงกลมซึ่งมีพื้นที่ผิวนอยกวาน้ําที่อยูในลักษณะแผออกไป ของเหลว พยายามจัดตัวเองใหมีพื้นที่ผิวนอยที่สุด เนื่องจากโมเลกุลที่ผิวไมมีแรงดึงเขาทางดานบน จึงมีเสถียรภาพนอยกวาโมเลกุลที่อยูตรงกลาง การลด พื้นที่ผิวเทากับเปนการลดจํานวนโมเลกุลที่ผิวหนา จึงทําใหของเหลวเสถียรมากขึ้น ในบางกรณีของเหลวมีความจําเปนตองเพิ่มพื้นที่ผิว โดยที่โมเลกุลที่อยูดานในของของเหลวจะเคลื่อนมายังพื้นผิว ในการนี้โมเลกุล เหลานั้นตองเอาชนะแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลที่อยูรอบ ๆ หรือกลาววาตองทํางาน งานที่ใชในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หนวย เรียกวา ความตึงผิว ( Surface tension )
  9. 9. 9 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ ปจจัยที่มีผลตอความตึงผิว 1) แรงดึงดูดระหวางโมเลกุล ความตึงผิวจะมากหรือนอยขึ้นอยูกับแรงดึงดูดระหวางโมเลกุล ถาแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลมาก โมเลกุลที่ผิวหนาจะถูกดึงเขาภายในอยางแรงงานที่ใชในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลวจะมากตาม ความตึงผิวก็มาก 2) อุณหภูมิ ถาอุณหภูมิเพิ่มขึ้นพลังงานจลนของแตละโมเลกุลเพิ่มขึ้น แตแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลลดลง ทําใหความตึงผิวลดลง รูปแสดงลักษณะผิวหนา ระดับปรอท และระดับน้ําในหลอดคะปลลารี จากรูปเนื่องจากองคประกอบของแกวสวนใหญเปน SiO2 โมเลกุลของน้ําจึงมีแรงยึดเหนี่ยวกับออกซิเจนที่ผนังดานในของหลอดแกว ได แรงยึดติดระหวางโมเลกุลของแกวกับน้ําแข็งแรงมากกวาแรงเชื่อมแนนระหวางโมเลกุลของน้ํากับน้ํา โมเลกุลของน้ําจึงยึดติดกับผนัง หลอดแกวในลักษณะแผนฟลมบางๆ ความตึงผิวของน้ําซึ่งมีคาสูงจะทําใหผิวน้ําหดตัวไดและดึงโมเลกุลอื่น ๆ ของน้ําตามขึ้นไปดวย เปนผลให ระดับน้ําในหลอดคะปลลารีสูงกวาระดับน้ําในบีกเกอร ในกรณีของเหลวบางชนิด เชน ปรอท จะมีลักษณะตรงขามกับน้ํา เนื่องจากปรอทมีแรงเชื่อมแนนระหวางโมเลกุลของปรอทกับปรอท มากกวาแรงยึดติดระหวางโมเลกุลของปรอทกับแกว ดังนั้นโมเลกุลของปรอทที่อยูบริเวณผิวและที่ติดกับผนังหลอดคะปลลารีจะถูกดึงเขาสู ภายในหรือใหหางจากผนัง จึงทําใหปรอทไมเปยกแกว รวมทั้งทําใหระดับปรอทในคะปลลารีต่ํากวาระดับปรอทในบีกเกอรและผิวหนามี ลักษณะโคงนูน 2. การระเหย เนื่องจากโมเลกุลของของเหลวเคลื่อนที่อยูตลอดเวลา ซึ่งแตละโมเลกุลเคลื่อนที่ดวยความเร็วไมเทากัน ดังนั้นการเคลื่อนที่ของ โมเลกุลอาจมีการขนกันและมีการแลกเปลี่ยนพลังงานกันไดทําใหโมเลกุลหนึ่ง ๆ อาจไดรับพลังงานเพิ่มขึ้น และบางโมเลกุลสูญเสียพลังงาน ลงไป ถาโมเลกุลที่มีพลังงานจลนสูง ๆ อยูที่บริเวณผิวของของเหลว ก็สามารถชนะแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลไดก็จะหลุดออกไป โมเลกุลที่ หลุดออกจากผิวหนาของของเหลวและอยูในสถานะกาซ เรียกกระบวนการดังกลาวนี้วา การระเหย ( Evaporation )
  10. 10. 10 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ ปจจัยในการระเหย 1) อุณหภูมิ การเพิ่มอุณหภูมิทําใหโมเลกุลมีพลังงานจลนสูงขึ้น โอกาสที่จะชนะแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลยอมมีมากขึ้น 2) พื้นที่ผิวของของเหลว ทําใหโมเลกุลที่มีพลังงานจลนสูงอยูที่ผิวมากขึ้นมีโอกาสหลุดออกจากแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลไดมาก ขึ้น 3) การที่ของเหลวอยูในระบบเปด เปนการปองกันมิใหมีโอกาสกลับมาควบแนนไดอีกและไมใหมีความดันไอตอตานโมเลกุลที่จะ ระเหยออกไปอีก 4) ความดันของบรรยากาศเหนือของเหลว ถามีความดันของบรรยากาศต่ําของเหลวยอมระเหยไดดีขึ้น 5) การถายเทของอากาศเหนือของเหลวและการคน กวนของเหลวนั้น ยอมมีผลใหการระเหยดีขึ้น รูปแสดงการระเหยในระบบปดและระบบเปด 3. ความดันไอ เมื่อใสของเหลวไวในระบบปด โมเลกุลของของเหลวที่มีพลังงานมากและชนะแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลดวยกัน ก็จะระเหย กลายเปนไอ อยูเหนือผิวของของเหลวนั้น โมเลกุลของไอที่อยูเหนือผิวของเหลวนั้นจะชนกันเอง ชนกับผิวของภาชนะบาง และควบแนน กลับมาเปนของเหลวบาง เมื่อของเหลวระเหยกลายเปนไอเพิ่มขึ้นจนถึงจํานวนหนึ่งจะทําใหไอนั้นมีความดันคาหนึ่งจนคงที่ ณ ความดันไอที่คง ที่นี้จะมีจํานวนโมเลกุลของไอเหนือขงเหลวมีคาเทาเดิมอยูตลอดเวลา เรียกวาภาวะสมดุล ที่ภาวะสมดุล จํานวนโมเลกุลของของเหลวที่ระเหย ไปเปนไอ และจํานวนโมเลกุลของไอที่ควบแนนกลับมาเปนของเหลวเทากันตลอดเวลา ที่ภาวะสมดุลใด ๆ ที่ยังมีการเปลี่ยนแปลงกลับไป กลับมาไดตลอดเวลา ดวยอัตราเร็วเทากันและผลของการเปลี่ยนแปลง ระบบมีสมบัติคงที่ เรียกวา สมดุลไดนามิก ความดันไอที่อยูเหนือ ของเหลว ณ ภาวะสมดุลนี้เรียกวา ความดันไอ ( Vapor pressure ) ปจจัยที่มีผลตอความดันไอ 1) แรงดึงดูดระหวางโมเลกุลของของเหลว ถาสารที่มีแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลมากความดันไอจะต่ํา เพราะโอกาสที่โมเลกุลจะ ชนะแรงดึงดูดกลายเปนไอนั้นยาก 2) อุณหภูมิ ถาอุณหภูมิของระบบสูง ยอมทําใหโมเลกุลของสารมีพลังงานจลนสูงขึ้นโอกาสที่จะระเหยกลายเปนไอมีมากขึ้นความ ดันไอก็จะเพิ่มขึ้น
  11. 11. 11 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ 3) สารชนิดเดียวกันที่อุณหภูมิเทากันยอมมีความดันไอเทากันเสมอไมวาสารนั้นจะมีปริมาณมากหรือนอยกวากัน นั่นคือ ความดันไอ ไมขึ้นอยูกับปริมาตรของสาร 4) ความดันไอจะเกิดขึ้นที่ภาวะสมดุลเทานั้น ดังนั้นตองพิจารณาในระบบปดเสมอ 5) สารที่มีจุดเดือดต่ําจะมีความดันไอสูง เพราะสารนั้นระเหยงายสวนสารที่มีจุดเดือดสูงความดันไอจะต่ําเพราะสารนั้นระเหยยาก 4. จุดเดือด การเดือด ( Boiling ) เปนขบวนการที่โมเลกุลของของเหลวไดรับพลังงานสูงมากจนกลายเปนไอไดอยางรวดเร็ว และโมเลกุลของ ของเหลวทั่วทุกบริเวณในภาชนะนั้นสามารถที่จะหลุดหนีแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลไดอยางรวดเร็ว การเดือดของของเหลวจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ หนึ่ง ซึ่งจะคงที่สําหรับของเหลวแตละชนิด เรียกวา จุดเดือด ( Boiling point ) ความดันไอของของเหลวขณะเดือดจะมีคาเทากับความดันภายนอกหรือมากกวาซึ่งก็คือความดันบรรยากาศขณะนั้น ความดันของ บรรยากาศจะมีผลตอจุดเดือดของของเหลว คือ ถาเปลี่ยนความดันจะทําใหจุดเดือดของของเหลวเปลี่ยนไปดวย ดังนั้นการบอกจุดเดือดของ ของเหลวชนิดหนึ่ง ๆ จะตองบอกความดันของบรรยากาศดวย เชน จุดเดือดของน้ําเทากับ 100 ๐ C ที่ความดัน 1 บรรยากาศ แตโดยทั่วไปเมื่อ กลาวถึงจุดเดือดโดยไมระบุความดันเราหมายถึงจุดเดือดที่ความดัน 1 บรรยากาศ และเรียกวา จุดเดือดปกติ 5.4 สมบัติของแกส แกสแบงออกได 2 ประเภท คือ 1) แกสสมบูรณ ( Ideal gas ) หรือกาซอุดมคติ หมายถึง กาซที่มีสมบัติเปนไปตามกฎตาง ๆ ของกาซ ไมวาที่ภาวะใด ๆ ก็ตาม ซึ่ง ตามความเปนจริงแลว กาซในธรรมชาตินั้นไมมีที่จะเปนไปตามกฎตาง ๆ ไดทุกประการ แตเปนเรื่องที่นักวิทยาศาสตรไดคิดสมมติขึ้นเพื่อจะ ใชอธิบายพฤติกรรมของกาซตาง ๆ ในธรรมชาติเทานั้น 2) แกสจริง ( Real gas ) หมายถึง กาซที่มีอยูในธรรมชาติทั่ว ๆ ไป ซึ่งจะไมเปนไปตามกฎตาง ๆ ตามกาซสมมติทุกประการ โดย เฉพาะที่อุณหภูมิต่ําและความดันสูงมาก ๆ อยางไรก็ตามกาซจริงจะมีสมบัติใกลเคียงกับกาซสมบูรณไดเมื่ออุณหภูมิสูงและความดันต่ํา ทฤษฎีจลนของแกส ใชอธิบายสมบัติของกาซ เสนอวา 1. แกสประกอบดวยอนุภาคที่มีขนาดเล็กมาก จนถือวาอนุภาคแกสไมมีปริมาตรเมื่อเทียบกับขนาดภาชนะที่บรรจุ 2. โมเลกุลของแกสอยูหางกัน ทําใหแรงดึงดูดและแรงผลักระหวางโมเลกุลนอยมาก จนถือไดวาไมมีแรงกระทําตอกัน 3. โมเลกุลของแกสเคลื่อนที่อยางรวดเร็วในแนวเสนตรง เปนอิสระดวยอัตราเร็วคงที่และไมเปนระเบียบจนกระทั่งชนกับโมเลกุล อื่นหรือชนกับผนังภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและอัตราเร็ว 4. โมเลกุลของแกสที่ชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะ จะเกิดการถายโอนพลังงานใหแกกันไดแตพลังงานรวมของระบบมีคาคงที่ 5. ณ อุณหภูมิเดียวกัน โมเลกุลของแกสแตละโมเลกุลเคลื่อนที่ดวยอัตราเร็วไมเทากัน แตจะมีพลังงานจลนเฉลี่ยเทากัน โดยที่ลังงาน จลนเฉลี่ยของแกสจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน กาซที่มีสมบัติครบถวนตามทฤษฎีจลนเรียกวา กาซสมบูรณ ซึ่งไมมีจริง กาซจริงอาจมี สมบัติใกลเคียงกับกาซสมบูรณได ถาอยูใน ระบบที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ํา กาซ สวนใหญโดยเฉพาะกาซเฉื่อยที่อุณหภูมิหอง ความดัน 1 บรรยากาศ มีสมบัติใกลเคียง กับกาซสมบูรณ
  12. 12. 12 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ ทฤษฎีจลนอธิบายปริมาตรของกาซ สาเหตุที่กาซมีปริมาตรไมแนนอนซึ่งขึ้นอยูกับปริมาตรของภาชนะ เนื่องจากโมเลกุลของกาซมีขนาดเล็ก อยูหางกัน และมีแรงยึด เหนี่ยวระหวางโมเลกุลนอยมากจนถือวาไมมีเลย ดังนั้นเมื่อบรรจุกาซไวในภาชนะใดก็ตามโมเลกุลของกาซจะเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งภาชนะไดอยาง อิสระ กาซจึงมีปริมาตรไมแนนอนขึ้นอยูกับปริมาตรของภาชนะ ทฤษฎีจลนอธิบายความดันของกาซ เนื่องจากโมเลกุลของกาซเคลื่อนที่ตลอดเวลา ชนกันเองบาง ชนกับผนังภาชนะบาง การที่โมเลกุลของกาซเคลื่อนที่ชนผนังภาชนะ ตลอดเวลาทําใหเกิดแรงดัน ผลรวมของแรงดันทั้งหมดที่มีตอหนวยพื้นที่ก็คือความดัน กฎของบอยล เมื่ออุณหภูมิและมวลของกาซคงที่ ปริมาตรของกาซจะแปรผกผันกับความดัน V ∝ 1/P n และ T คงที่ โดย k เปนคาคงที่PV = k1 1 เมื่อมวลและอุณหภูมิคงที่ ผลคูณระหวางความดันกับปริมาตรของแกสในแตละ สภาวะจะมีคาเทากัน P V = P กฎของชารลส เมื่อความดันและมวลของกาซคงที่ ปริมาตรของกาซจะ แปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน 1 1 2V = P V2 3 3 = …= P Vn n = k1 V ∝ T n และ P คงที่ V/T = k2 โดย k เปนคาคงที่2 เมื่อมวลและความดันของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ เคลวิน /TV1 1 = V /T = V /T = …= V /T = k2 2 3 3 n n 2
  13. 13. 13 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ ก าซ โดยการรวมกฎของบอลยและชารลเขาด เมื่อมวลของกาซคงที่ฎรวมก วยกัน วามดันคงที่) ความสัมพันธดังนี้ งที่ เมื่อมวลคงที่) จากกฎของบอยล V ∝ 1/P (เมื่อมวลและอุณหภูมิคงที่) จากกฎของชารล V ∝ T (เมื่อมวลและค ถารวมกฎของบอยลและกฎของชารล จะได V ∝ T/P V = k T/P โดย k3 3 เปนคาค PV = k T (3 PV/T = k3 P1V = P1 2V2 = P3V3 = … = PnVn = k3 (เมื่อมวลคงที่) T1 T2 T3 Tn เมื่อปริมาตรคงที่ ความดันของกาซที่มีมวลคงที่จํานวนหนึ่ง จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวินกฎของเกย-ลุสแซก หลักของอาโวกาโดร ภายใตสภาวะที่อุณหภูมิและความดันคงที่ กาซที่มีปริมาตรเทากันจะมีจํานวนอนุภาคเทากัน หรือที่อุณหภูมิและ ดันคงที่ ปริมาตรของกาซใด ๆ จะแปรผันโดยตรงกับจํานวนโมลของกาซนั้น P ∝ T n คงที่และ V าตรและมวลของแกสคงที่ ความดันของแกสจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ ลวิน P1/T1 = P2/T2 = P3/T3 = …= Pn/Tn = k4 1 1 2 2 3 3 n n 5 P/T = k โดย k4 4 เปนคาคงที่ เมื่อปริม เค ความ V ∝ n T คงที่และ P V/n = k โดย k5 5 เปนคาคงที่ เมื่ออุณหภูมิและความดันของแกสคงที่ ปริมาตรของแกสจะแปรผันตรงกับ านวนโมลของแกสจํ V /n = V /n = V /n = …= V /n = k
  14. 14. 14 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ กฎของกาซสมบูรณ กาซที่มีปริมาตรเทากันวัดที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะมีจํานวนโมเลกุลเทากัน จากกฎของบอยล V = k1/P (เมื่อโมลและอุณหภูมิคงที่) จากกฎของชารล V = k2T ( ื่อโมลและความดันคงที่) ดร V = k5n (เมื่ออุณหภูมิและความดันคงที่) ∝ เม กฎของอาโวกาโ จะได V nT/P V = RnT P PV = nRT เมื่อ R คือคาคงที่ของแกส R = 0.082058 L. . -1. atmmol K-1 ทฤษฎีจลนอธิบายก ของกาซ ) เมื่ออ หภูมิคง ถาเราทํ องกาซลดลง ความดันของอากาศในภาชนะจะเพิ่มขึ้นเพราะ โมเลกุลของกาซจะชนผนัง ภาชนะม ึ้น ทําใหมีแรงดันเพิ่มขึ้น ขาม ถ ิ่มขึ้น ความดันก็จะลดลง ทั้งนี้เพราะโมเลกุลของ อากาศจะ ตุผลที่อากาศมีปริมาตรเพิ่มขึ้น เมื่อไดรับความรอนเพราะ เมื่ออุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้น อัตราเร็วเฉลี่ยของ นังของภาชนะบอย และแรง ทําใหอากาศภายในภาชนะมีแรงดันมากกวาความดันภายนอก ( ซึ่งคงที่ ) อากาศ จึงดันน้ําใ ฎ 1 ุณ ที่ าใหปริมาตรข ากข ในทางตรงกัน าทําใหปริมาตรของอากาศเพ ชนภาชนะดวยความถี่นอยลง 2) เมื่อความดันคงที่ เห อากาศจะเพิ่มขึ้น โมเลกุลจึงชนผ นภาชนะออกใหอากาศมีปริมาตรเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันขาม เมื่ออุณหภูมิของอากาศในภาชนะลดลง จึงมีผลให อัตราเร็วเฉลี่ยของ โมเลกุลลดลงจากเดิมจึงชนไดชาและเบากวาเดิม ดังนั้นความดันของอากาศในภาชนะจึงต่ํากวาความดันของอากาศภายนอก ( ซึ่งคงที่ ) เปนผล ใหความดันภายนอกดันน้ําใหเขาไปในภาชนะทําใหอากาศในภาชนะมีปริมาตรลดลง 3) เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ ทําใหโมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้นโอกาสที่จะชนกันเอง และชนภาชนะก็จะแรงและบอยขึ้น เปนผลใหความดันมาก ขึ้น ( เมื่อปริมาตรยังคงเดิม ) พฤติกรรมของแกสจริง แกสจริงจะมีพฤติกรรมเปนแกสสมบูรณแบบเมื่อความดันต่ํามากและอุณหภูมิสูงมาก สมการกฎของแกสสมบูรณ PV = nRT สมการแวนเดอรวาลส (P + an2 )(V - nb) = nRT V2 a และ b คือ คาคงที่แวนเดอรวาลส
  15. 15. 15 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ การแพรของกาซ การแพรของกาซ ( Diffusion of gases ) เปนการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของกาซตั้งแต 2 ชนิด ขึ้นไป เขาไปในบริเวณหนึ่ง ๆ ที่มีความ เขมขนตางกัน โดยที่โมเลกุลของกาซแตละชนิดสามารถสอดแทรกผสมกลมกลืนกัน หรืออาจชนกันระหวางโมเลกุลของกาซที่เคลื่อนที่ผานนั้น ได ดังรูป (a) รแพรผานของกาซ ( ases ) หมายถึงกระบวนการที่กาซเคลื่อนที่จากบริเวณหนึ่งผานรูที่เล็กมาก ๆ ออกสูบริเวณอื่น ดยโมเลกุลไมชนกันเอง ดังรูป (b) : ที่อุณหภูมิและความดันคาหนึ่ง อัตราการแพรของกาซจะแปรผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุลของ กส เนื่องจากน้ําหนักโมเลกุ r1 และ r2 คือ อัตราการแพรผานของแกสชนิดหนึ่งที่ 1 และ 2 M1 และ M2 คือ มวลตอโมลของแกสชนิดที่ 1 และ 2 กา Effusion of g โ อัตราการแพรผานของกาซ คือ อัตราสวนระหวางระยะทางของกาซที่เคลื่อนที่จากจุดเริ่มตน ไปยังจุดจุดหนึ่งในแนวเสนตรงตอเวลา กฎการแพรผานของแกรหม แ ลของแกสแปรผันตรงกับความหนาแนน จะได 1 2 1 2 2 1 d d M M r r == d และ d คือ มวลตอโมลของแกสชนิดที่ 1 และ 21 2
  16. 16. 16 เอกสารประกอบการสอนวิชาเคมี 2 ว 40122 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ 5.5 เทคโนโลยีที่เกี่ องกับสมบัติของของแข็ง ของเหลว และแกส 1. การทําน้ําแข็งแหง หลักการท คือ เพิ่มความดัน และลดอุณหภูมิ วัตถุดิบที่ใชคือ กาซ CO2 เริ่มจากการนํากาซคารบอนไดออกไซดมาทําใหเปนของเหลว โดยเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิ จากนั้นทําใหคารบอนไดออกไซด บริสุทธิ์และปราศจากความชื้นดวยวิธีการที่เหมาะสมแลวเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิจนกระทั่งมีความดัน 18 atm และอุณหภูมิเทากับ -25 ๐ C แลวอัดคารบอนไดออกไซดเหลวผานรูพรุน คารบอนไดออกไซดเหลวสวนหนึ่งจะระเหยกลายเปนไอโดยดูดความรอนจากโมเลกุลขางเคียง ูมิต่ํากวาจุดเเยือกแข็ง จึงกลายเปนของแข็งที่มีลักษณะเปนเกล็ด เรียกวา น้ําแข็งแหง งแหง ใชเปนสวนผสมในการทําฝนเทียม และใชในอุตสาหกรรมหองเย็น 2. หลั เริ่  แลวผาน อากาศที่ไดเขาเคร ึง 183 ๐ C กาซ ออกซเจนจะกลายเป ยกตัวออกมา : ประโยชน  ยวข ํา ทําใหโมเลกุลของคารบอนไดออกไซดเหลวที่ถูกดูดความรอนมีอุณหภ : ประโยชนของน้ําแข็ การทําไนโตรเจนเหลว กการทํา คือ ลดอุณหภูมิ วัตถุดิบที่ใชคือ อากาศ มจากการดูดอากาศเขาเครื่องอัดอากาศ ผานลงในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซดเพื่อกําจัดกาซคารบอนไดออกไซด ื่องกรองเพื่อแยกน้ํามันออก แลวทําใหแหงดวยสารดูดความชื้น จากนั้นทําใหอากาศแหงมีอุณหภูมิลดลงจนถ นของเหลวแยกตัวออกมากอน และเมื่อลดอุณหภูมิตอไปจนถึง -196 ๐ C ไนโตรเจนจะกลายเปนของเหลวแ ของไนโตรเจนเหลว ใชในโรงงานอุตสาหกรรมตาง ๆ เชน การแชแข็งอาหาร และใชในทางการแพทย

×