กกฎฎก๊ก๊ ก๊ าก๊ าซซอุอุอุอุ ดดมมคคติติ ติติ รายงานเรื่อง เสนอ นางสาวทิพย์ธิดา เอี่ยมสะอาด วิชา เคมี รหัสวิชา ว32223 ภาคเรียนที่ 1 ปีการศึกษา 2566 โรงเรียรีนเทพอุดมวิทวิยา อำ เภอสังสัขะ จังจัหวัดวัสุริสุนริทร์ 1.นางสาวชญาดา สิงหวัฒน์ ชั้น ม.5/1 เลขที่ 8 2.นางสาวจิราพร นันทา ชั้น ม.5/1 เลขที่ 7 3.นางสาวไปรยา กีฬา ชั้น ม.5/1 เลขที่ 10 4.นางสาวปฐมาวดี สุขอุ้ม ชั้น ม.5/1 เลขที่ 25 5.นางสาวศศิธร ลำ ดวนหอม ชั้น ม.5/1 เลขที่ 28 6.นายน้องใหม่ พิศโฉม ชั้น ม.5/1 เลขที่ 31 จัดทำ โดย
คำ นำ รายงานเรื่อรื่ง ก๊าซอุดมคติ (Ideal gas) เล่มนี้จัดทำ ขึ้นเพื่อเป็น ส่วนหนึ่งของวิชา วิชา เคมี รหัสวิชา ว32223 ภาคเรียรีนที่ 1 ปีการ ศึกษา 2566 สอนโดย นางสาวทิพย์ธิดา เอี่ยมสะอาด โรงเรียรีนเทพ อุดมวิทยา อำ เภอสังขะ จังหวัดสุรินริทร์ เพื่อให้ได้ศึกษาหาความรู้ใรู้นเรื่อรื่งราวของ ก๊าซอุดมคติ โดยได้ศึกษา ผ่านแหล่งความรู้ต่รู้ ต่างๆ อาทิ เช่น ตำ รา หนังสือ และ แหล่งความรู้ จากเว็บไซต์ต่างๆ โดยรายงานเล่มนี้ต้องมีเนื้อหาเกี่ยวกับ คุณสมบัติ ของก๊าซอุดมคติจากทฤษฎีจลน์ของก๊าซ และ ทฤษฎีของก๊าซอุดมคติ ผู้จัดทำ คาดหวังเป็นอย่างยิ่งว่าการจัดทำ เอกสารฉบับนี้จะมีข้อมูล ที่เป็นประโยชน์ต่อผู้ที่สนใจศึกษา วิชาเคมี เป็นอย่างดี คณะผู้จัดทำ 1.นางสาวชญาดา สิงหวัฒน์ ชั้น ม.5/1 เลขที่ 8 2.นางสาวจิราพร นันทา ชั้น ม.5/1 เลขที่ 7 3.นางสาวไปรยา กีฬา ชั้น ม.5/1 เลขที่ 10 4.นางสาวปฐมาวดี สุขอุ้ม ชั้น ม.5/1 เลขที่ 25 5.นางสาวศศิธร ลำ ดวนหอม ชั้น ม.5/1 เลขที่ 28 6.นายน้องใหม่ พิศโฉม ชั้น ม.5/1 เลขที่ 31
สารบัญ บั เรื่อง หน้า ก๊าซอุดมคติ คืออะไร? คุณสมบัติของก๊าซอุดมคติจากทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ทฤษฎีของก๊าซอุดมคติ กฎของบอยล์ (Boyle’s Law) กฎของชาร์ลร์ส์ (Charles’s Law) กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s Principle) ตัวอย่าง 1 ตัวอย่าง 2 อ้างอิง 1 2 3 3 4 4 5 6 7
ก๊าซอุดมคติ คืออะไร? ก๊าซ เป็นสถานะของสสารบนโลกนี้ ส่วนใหญ่มนุษย์ไม่สามารถ มองเห็นก๊าซด้วยตาเปล่า เหมือนสถานะของแข็ง และของเหลว แต่ สามารถสัมผัสได้ด้วยประสาทสัมผัสอื่นๆ เช่น การดมกลิ่น และการ สัมผัส ดังนั้น นักวิทยาศสาสตร์จึร์ จึงกำ หนด ก๊าซอุดมคติ ขึ้นมา เพื่อ ศึกษาคุณสมบัติของก๊าซบนโลกนี้ ก๊าซ (Gas) และ ก๊าซอุดมคติ (Ideal gas) คือ 1 ใน 4 สถานะ ทางธรรมชาติของสสารหรือรืสถานะของธาตุและโมเลกุลที่มีแรงยึด เหนี่ยวระหว่างอนุภาคต่ำ ทำ ให้อนุภาคไม่จับกลุ่มรวมกันเป็น โครงสร้าร้งที่มั่นคง แต่สามารถฟุ้งกระจายไปได้ทุกทิศทาง ส่งผลให้ สสารที่อยู่ในสถานะก๊าซมีปริมริาตรและรูปร่าร่งไม่แน่นอน เมื่อ ปราศจากภาชนะบรรจุ ดังนั้น คุณสมบัติของก๊าซโดยทั่วไปจึงขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาวะ แวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความดัน ตัวอย่างของก๊าซในชีวิตประจำ วัน ได้แก่ ก๊าซฮีเลียม (He) ในลูกโปร่งร่และบอลลูน ก๊าซ คาร์บร์อนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซออกซิเจน (O2) ในชั้น บรรยากาศ เป็นต้น 1
ก๊าซอุดมคติ หมายถึง นิยามของก๊าซตามทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์ กำ หนดขึ้น เพื่อใช้อธิบายถึงคุณสมบัติและพฤติกรรมต่าง ๆ ของ ก๊าซในธรรมชาติให้ง่ายต่อการศึกษาและทำ ความเข้าใจ โดยกำ หนดให้ก๊าซอุดมคติมีพฤติกรรมเป็นไปตามทฤษฎีจลน์ของ ก๊าซ (Kinetic Theory of Gases) ไม่ว่าจะอยู่ในสภาพแวดล้อม ใด ทั้งที่ในความเป็นจริงริแล้ว พฤติกรรมของก๊าซในธรรมชาติไม่ สามารถเป็นไปตามกฎต่าง ๆ ได้ทุกข้อ โดยเฉพาะเมื่ออยู่ภายใต้ สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ หรือรืมีความดันค่อนข้างสูง ก๊าซอุดมคติประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กจำ นวนมาก ซึ่งมีมวล ใกล้เคียงหรือรืเทียบเท่าศูนย์ เมื่อนำ ไปเปรียรีบเทียบกับขนาดของ ภาชนะที่ใช้บรรจุ ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าหลายเท่า ก๊าซอุดมคติจึงได้รับรั การอนุมานว่า “มีปริมริาตรเป็นศูนย์” 1. ก๊าซอุดมคติประกอบด้วยอนุภาคหรือรื โมเลกุลขนาดเล็กที่สามารถ ฟุ้งกระจายไปทั่ว จึงมีระยะห่างระหว่างโมเลกุลมากกว่าสสารใน สถานะของเหลวหรือรืของแข็ง ซึ่งส่งผลให้เกิดแรงดึงดูดและแรง ผลักระหว่างโมเลกุลต่ำ จนได้รับรัการอนุมานว่า “ไม่มีแรงดึงดูด หรือรืแรงกระทำ ต่อกัน” เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคหรือรื โมเลกุลของสาร 2. การชนกันของอนุภาคในก๊าซอุดมคติ เรียรีกว่า “การชนกันแบบ ยืดหยุ่นสมบูรณ์” (Perfectly Elastic Collision) ซึ่งหมายถึง การชนกัน โดยไม่เกิดการสูญเสียพลังงานจลน์รวมไปในพลังงาน รูปแบบอื่น ๆ เช่น พลังงานความร้อร้น 3. โมเลกุลของก๊าซอุดมคติมีการเคลื่อนที่อย่างอิสระในแนวเส้นตรง ด้วยอัตราเร็วร็คงที่ ส่งผลให้การเปลี่ยนแปลงทิศทางหรือรือัตราเร็วร็ สามารถเกิดขึ้นได้ เมื่อโมเลกุลของก๊าซเกิดการชนกันเองหรือรืเมื่อ เกิดการพุ่งไปกระทบผนังของภาชนะที่บรรจุ ซึ่งก่อให้เกิดการถ่าย โอนพลังงานให้แก่กัน ในขณะที่พลังงานรวมของระบบยังคงมีค่า เท่าเดิม 4. พลังงานจลน์เฉลี่ยของก๊าซ (Mean Kinetic Energy) จะแปรผัน ตรงกับอุณหภูมิ (ในหน่วยเคลวิน) 5. คุณ คุ สมบัติบั ติของก๊าซอุดมคติจากทฤษฎีจลน์ข น์ องก๊าซ 2
ในธรรมชาติ ก๊าซส่วนใหญ่ไม่ได้มีคุณสมบัติและพฤติกรรมตรง ตามกฎต่าง ๆ ของก๊าซอุดมคติอย่างสมบูรณ์ หรือรืที่เรียรีกกันว่า “ก๊าซจริงริ ” (Real Gas) มีเพียงในบางสภาวะแวดล้อมเท่านั้นที่ก๊าซ จริงริจะมีสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซอุดมคติ หรือรื “ก๊าซสมบูรณ์” อย่าง เช่น ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิค่อนข้างสูงและมีความดันต่ำ ซึ่ง ก๊าซจริงริที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซสมบูรณ์มากที่สุด ณ อุณหภูมิ ห้อง (20-25°C) และความดัน 1 บรรยากาศ (1 atm) คือ ก๊าซใน กลุ่มก๊าซเฉื่อย (Noble Gas) เช่น ฮีเลียม (He) นีออน (Ne) รวม ถึงไฮโดรเจน (H) ทฤษฎีของก๊าซอุดมคติ จากการศึกษาคุณสมบัติของก๊าซ โดยเฉพาะปริมริาณต่าง ๆ เช่น มวล ปริมริาตร ความดัน อุณหภูมิ การนำ ความร้อร้น และการแพร่ พบว่า สภาวะแวดล้อมมีผลโดยตรงต่อสมบัติของก๊าซ ไม่ว่าจะเป็นความดัน อุณหภูมิ และมวล ซึ่งนำ ไปสู่ความสัมพันธ์ระหว่างปริมริาณทั้งหลาย หรือรืที่เรียรีกว่า “กฎของก๊าซ” ซึ่งได้รับรัการพัฒนาปรับรั ปรุงมาจากกฎ และหลักการที่สำ คัญของนักวิทยาศาสตร์ใร์นอดีต ดังนี้ กฎของบอยล์ (Boyle’s Law) คือ กฎของก๊าซที่ถูกตั้งขึ้นตามชื่อ ของนักเคมีฟิสิกส์ชาวอังกฤษ โรเบิร์ตร์บอยล์ (Robert Boyle) ซึ่ง กล่าวว่า “ปริมริาตรของก๊าซใด ๆ ที่มีมวลคงที่จะเกิดการแปรผกผัน กับความดันของก๊าซนั้น ๆ เมื่ออุณหภูมิมีค่าคงที่” V ∝ 1/P P ∝ 1/V หรือ PV = k เมื่อ P = ความดัน, V = ปริมาตร และ k = ค่าคงที่ จึงกล่าวได้ว่าเมื่ออุณหภูมิและมวลของก๊าซคงที่ ผลคูณระหว่างความ ดันกับปริมริาตรของก๊าซใด ๆ จะมีค่าคงที่เสมอ ซึ่งตามกฎของบอยล์ หากความดันของก๊าซเปลี่ยนจาก P1 เป็น P2 ปริมริาตรของก๊าซจะ เปลี่ยนจาก V1 เป็น V2 เช่นกัน ส่งผลให้ผลคูณของความดันกับ ปริมริาตรในภาวะทั้งสองมีค่าเท่ากัน ดังสมการต่อไปนี้ P1V1 = P2V2 3
กฎของชาร์ลส์ (Charles’s Law) คือ กฎของก๊าซที่ถูกตั้งขึ้นตาม ชื่อของนักวิทยาศาสตร์ชร์าวฝรั่งรั่เศส ชาก อะเล็กซอง เซซาร์-ร์ชาร์ลร์ส์ (Jacques Alexandre César-Charles) ซึ่งกล่าวว่า “ปริมริาตร ของก๊าซใด ๆ ที่มีมวลคงที่จะเกิดการแปรผกผันกับอุณหภูมิ (ใน หน่วยเคลวิน) ของก๊าซนั้น ๆ เมื่อความดันมีค่าคงที่” V ∝ T V = kT หรือ V/T = k เมื่อ V = ปริมาตร, T = อุณหภูมิ และ k = ค่าคงที่ เนื่องจากอัตราส่วนระหว่าง V กับ T เป็นค่าคงที่ ดังนั้น V1 T2 = V2 T1 หรือ V1/T1 = V2/T2 กฎของอาโวกาโดร (Avogadro’s Principle) คือ หลักการที่ถูก ตั้งขึ้นตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์ชร์าวอิตาเลียน อาเมเดโอ อาโวกา โดร (Amedeo Avogadro) ซึ่งได้นำ เสนอความสัมพันธ์ระหว่าง ปริมริาตรกับปริมริาณของก๊าซ ในปี ค.ศ. 1811 โดยมีใจความสำ คัญ ว่า “ณ อุณหภูมิและความดันเดียวกัน ก๊าซต่างชนิดที่มีปริมริาตรเท่า กันจะมีจำ นวนโมเลกุลหรือรือนุภาคเท่ากัน” V ∝ n หรือ V/n = k เมื่อ V = ปริมาตร, n = จำ นวนโมลของก๊าซ และ k = ค่าคงที่ ซึ่งหมายความว่าก๊าซทุกชนิดจะมีปริมริาตรเพิ่มขึ้น เมื่อโมเลกุลของ ก๊าซมีจำ นวนเพิ่มขึ้น และหลังจากหลักการดังกล่าวได้รับรัการยอมรับรั ตัวเลข 1 โมลของก๊าซ ซึ่งมีจำ นวนอนุภาคเท่ากับ 6.02 x 1023 จึง ได้รับรัการขนานนามว่า “เลขอาโวกาโดร” (Avogadro Number) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชร์าวอิตาเลียนผู้นี้ 4
และจากกฎทั้ง 3 ข้างต้น นำ มาซึ่งกฎรวมก๊าซ (Combined Gas Law) ดังสมการต่อไปนี้ P1V1/T1 = P2V2/T2 เมื่อ P = ความดัน, V = ปริมาตร และ T = อุณหภูมิ และจากกฎรวมก๊าซ ยังสามารถเปลี่ยนให้กลายเป็นกฎของก๊าซ อุดมคติ โดยอาศัยกฎของอาโวกาโดร ได้ดังสมการต่อไปนี้ PV=nRT เมื่อ P = ความดัน, V = ปริมาตร, n = จำ นวนโมล, R = ค่าคงตัวของก๊าซอุดมคติ และ T = อุณหภูมิ ตัวอย่า ย่ ง 1 ตัวอย่างที่ 1 เมื่อบรรจุแก๊สฮีเลียม 2.0 โมล ในลูกโป่งจะทำ ให้ลูกโปงมี ปริมริาตร 50 ลิตร ถ้าบรรจุก๊าซฮีเลียมลงไปในลูกโป่งเรื่อรื่ย ๆ จนมีปริมริาตร 150 ลิตร โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดัน ลูกโป่งนี้จะมีก๊าซ ฮีเลียมบรรจุอยู่กี่โมล วิธีทำ จาก V1/n1 = V2/n2 เมื่อ V = ปริมริาตร, n = จำ นวนโมลของก๊าซ แทนค่า จะได้ ดังนั้น ลูกโป่งนี้จะมีก๊าซฮีเลียมบรรจุอยู่ 6.0 โมล 5
ตัวอย่า ย่ ง 2 ตัวอย่างที่ 2 ห่วงยางปริมริาตร 5.0 ลิตร มีก๊าซไนโตรเจน(N2) บรรจุอยู่ 0.35 โมล เมื่อ เติมก๊าซไนโตรเจนจนมีจำ นวน 0.70 โมล ปริมริาตรของก๊าซ ในห่วงยางเป็นเท่าใด วิธีทำ จาก V1/n1 = V2/n2 เมื่อ V = ปริมริาตร, n = จำ นวนโมลของก๊าซ แทนค่า จะได้ ดังนั้น ห่วงยางมีปริมริาตร 10 ลิตร 6
อ้างอิง https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7173-gas https://il.mahidol.ac.th/e-media/apchemistry2/gases/web/link/idealgaslaw.htm https://www.scribd.com/document/509816130/ 7
โรงเรียรีนเทพอุดมวิทวิยา อำ เภอสังสัขะ จังจัหวัดวัสุริสุนริทร์