แก๊ส

สมบัติทั่วไปของแก็ส สมบัติทั่วไปของแก็ส ได้แก่

       1. แก๊สมีรูปร่างเป็นปริมาตรไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะที่บรรจุ บรรจุ ในภาชนะใดก็จะมีรูปร่างเป็นปริมาตรตามภาชนะนั้น เช่น ถ้าบรรจุในภาชนะทรงกลมขนาด 1 ลิตร แก๊สจะมีรูปร่างเป็นทรงกลมมีปริมาตร 1 ลิตร เพราะแก็สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาค (โมเลกุล หรืออะตอม) น้อยมาก จึงทำให้อนุภาคของแก๊สสามารถเคลื่อนที่หรือแพร่กระจายเต็มภาชนะที่บรรจุ

        2. ถ้าให้แก๊สอยู่ในภาชนะที่เปลี่ยนแปลงปริมาตรได้ ปริมาตรของแก๊สจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดันและจำนวนโมล ดังนั้นเมื่อบอกปริมาตรของแก๊สจะต้องบอกอุณหภูมิ ความดันและจำนวนโมลด้วย เช่น แก๊สออกซิเจน 1 โมลมีปริมาตร 22.4 dm3 ที่อุณหภูมิ 0 C ความดัน 1บรรยากาศ (STP)

        3. สารที่อยู่ในสถานะแก๊สมีความหนาแน่นน้อยกว่าเมื่ออยู่ในสถานะของเหลวและของแข็งมาก เช่น ไอน้ำ มีความหนาแน่น 0.0006 g/cm3แต่น้ำมีความแน่นถึง 0.9584 g/cm3 ที่100 C

        4. แก๊สสามารถแพร่ได้ และแพร่ได้เร็วเพราะแก็สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าของเหลวและของแข็ง

        5. แก็สต่างๆ ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปเมื่อนำมาใส่ในภาชนะเดียวกัน แก๊สแต่ละชนิดจะแพร่ผสมกันอย่างสมบูรณ์ทุกส่วน นั้นคือส่วนผสมของแก๊สเป็นสารเดียว หรือเป็นสารละลาย (Solution)

        6. แก๊สส่วนใหญ่ไม่มีสีและโปร่งใส่เช่นแก๊สออกซิเจน(O2)แก๊สไฮโดเจน(H2) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2)แต่แก๊สบางชนิดมีสี เช่น แก๊สไนโตเจนไดออกไซด์ (NO2) มีสีน้ำตาลแดง แก๊สคลอรีน(Cl2) มีสีเขียวแกมเหลือง แก๊สโอโซน (O3) ที่บริสุทธิ์มีสีน้ำเงินแก่ เป็นต้น

                                                             

ปริมาตร อุณหภูมิ และความดัน

         การวัดปริมาตรของแก๊ส เนื่องจากแก๊สบรรจุในภาชนะใดก็พุ่งกระจายเต็มภาชนะ ดั้งนั้น ปริมาตรของแก๊ส จึงมักหมายถึงปริมาตรของภาชนะที่บรรจุแก๊สนั้น

         หน่วยของปริมาตร หน่วยของปริมาตร ที่นิยมใช้คือ ลูกบาศก์เดซิเมตร (dm3) หรือลิตร (litre) หรือ ลูกบาศก์เซนติเมตร (cm3) (1 dm3 =1000 cm3)

        อุณหภูมิ (Temperature) เป็นมาตราส่วนที่ใช้บอกระดับความร้อน-เย็นของสาร แต่อุณหภูมิไม่ได้บอกให้ทราบถึงปริมาตรความร้อนของสาร กล่าวคือ สารที่มีอุณหภูมิเท่ากันแสดงว่ามีระดับความร้อนเท่ากันแต่อาจจะมีปริมาตรความร้อนเท่ากันก็ได้ เครื่องมือวัดอุณหภูมิที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือเทอร์โมมิเตอร์

        การวัดอุณหภูมิของแก๊ส การวัดอุณหภูมิมาตราส่วนที่ใช้มีหลายแบบ คือ เซลเซียส

เคลวิน ฟาเรนไฮต์ โรเมอร์และแรงกิน แต่การวัดอุณหภูมิของแก๊สส่วนใหญ่ใช้ มาตราส่วนเคลวิน

(Kelvin Scale) หรือเรียกว่า มาตราส่วนสัมบูรณ์ (Absolute temperature scale) สัญลักษณ์ K และองศาเซลเซียส                  

อุณหภูมิเคลวิน และองศาเซลเซียสมีความสัมพันธ์กันดังนี้

       อุณหภูมิเคลวิน = องศาเซลเซียส + 273.15  เช่น27 องศาเซลเซียส เท่ากับ 300.15 K หาได้ดังนี้อุณหภูมิเคลวิน = 27 + 273.15 = 300.15 K

หมายเหตุ เพื่อความสะดวกในการคำนวณอาจใช้ 273 (ค่าโดยประมาณ) แทน 273.15 การวัดอุณหภูมิของแก๊สส่วนใหญ่ใช้อุณหภูมิเคลวิน (K) เพราะปริมาตรของแก๊สแปรผันตรงกับอุณหภูมิ

                                               

ความดัน (Pressure) หมายถึง แรงที่กระทำต่อหน่วยพื้นที่ ที่ตั้งฉากกับแรงนั้น เนื่องจากความดันของแก๊สเกิดจากโมเลกุลของแก๊สชนผันงภาชนะ เพราะฉะนั้นความดันของแก๊สคือแรงที่โมเลกุลของแก๊สกระทำต่อผนังต่อหนึ่งหน่วนพื้นที่ของภาชนะ และความดันของแก๊สมีค่าเท่ากันหมดไม่ว่าจะวัดที่ส่วนใดของภาชนะ

เครื่องมือวัดความดันของแก๊ส เครื่องมือที่ใช้วัดความดันของแก๊สเรียกว่า มาโนมิเตอร์ (Manometer) ซึ่งมีอยู่ 2 ชนิด คือ

1. ชนิดปลายปิด

2. ชนิดปลายเปิด

ชนิดปลายปิด และปลายเปิด มีลักษณะดังรูป

จากรูป ก. เพราะว่าที่ว่างเหนือปรอทเป็นสุญญากาศ

ดังนั้น ความดันของแก๊ส = h มิลลิเมตรปรอท (mmHg)

จากรูป ข. เพราะว่าปลายข้างเปิดมีความดันของบรรยากาศกดบนปรอท

ดังนั้น ความดันของแก๊ส = ความดันของบรรยากาศ + h มิลิเมตรปรอท (mmHg)

เครื่องมือวัดความดันของบรรยากาศ

    ความดันบรรยากาศ คือความดันของอากาศบนพื้นผิวโลก และความดันของบรรยากาศนี้ขึ้นอยู่กับสถานที่ คือที่พื้นที่ผิวโลกมีความดันมากกว่าในที่สูงๆ เช่น ภูเขา ทั้งนี้เพราะในที่สูงมีอากาศเจือจางกว่า เครื่องมือที่ใช้วัดความดันของบรรยากาศคือ บารอมิเตอร์ (Barometer)

    จากรูป บารอมิเตอร์อย่างง่ายประกอบด้วยหลอดแก้วยาวประมาณ 80 – 100 cm มีปลายข้างหนึ่งเปิด เดิมปรอทในหลอดแก้วจนเต็ม จากนั้นคว่ำหลอดแก้วในภาชนะที่บรรจุปรอทอยู่แล้ว ความสูงของลำปรอทในหลอดแก้จะลดลง ทำให้เกิดที่ว่างซึ่งเป็นสุญญากาศ เรียกว่า ที่ว่างทอริเซลเลียน(Torricellian Vacuum) ลำปรอทยังคงค้างในหลอดแก้งเนื่องจากความดันบรรยากาศที่กดที่ผิวปรอทในภาชนะ จากรูปลำปรอทสูงเท่ากับ h cm เพราะฉะนั้นความดันของบรรยากาศมีค่าเท่ากับ h cmHg เช่น ในที่ซึ่งมีความสูงเท่ากับระดับน้ำทะเลจะมีความดันเท่ากับ 76 cmHg หรือ 760 cmHg หรือ 1 บรรยากาศ (1 atm)

     การวัดความดันของแก๊ส หน่วยที่ใช้วัดความดันได้แก่ บรรยากาศ มิลมิเมตรปรอท นิวตันต่อ ตารางเมตร ปอนด์ต่อตาราง นิ้ว บาร์ ทอร์ สำหรับหน่วยเอสไอ ใช้ปาสคาล (Pascal)

สัญลักษณ์ Pa และหน่วยต่างๆ มีความสัมพันธ์ ดังนี้

1 บรรยากาศ = 760 มิลลิเมตร

= 760 ทอร์ (Torr)

= 14.7 ปอนด์/ตารางนิ้ว (lb/in2)

= 1.01325 x 105 ปาสคาล (Pa)

= 1.01325 x 105 นิวตัน/ตารางเมตร (Nm-2)

= 1.01325 บาร์ (bar)

1 มิลลิเมตรปรอท = 133.3 นิวตัน/ตารางเมตร (Nm-2)

หมายเหตุ การวัดความดันของแก๊สอาจวัดโดยใช้บารอมิเตอร์ก็ได้