1 / 74

Gas

-การวัดปริมาตร อุณหภูมิ และความดัน -กฎของก๊าซ -ก๊าซอุดมคติ -ก๊าซจริง -ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ -ก๊าซผสม -กฎการแพร่ผ่าน. Gas. ก๊าซ. ประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว ตลอดเวลา และไม่เป็นระเบียบ แต่ละอนุภาคอยู่ห่างกันมาก จนอาจถือว่าไม่มีอันตรกิริยาต่อกัน .

ocean
Download Presentation

Gas

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. -การวัดปริมาตร อุณหภูมิ และความดัน -กฎของก๊าซ -ก๊าซอุดมคติ -ก๊าซจริง -ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ -ก๊าซผสม -กฎการแพร่ผ่าน Gas

  2. ก๊าซ ประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว ตลอดเวลา และไม่เป็นระเบียบ แต่ละอนุภาคอยู่ห่างกันมาก จนอาจถือว่าไม่มีอันตรกิริยาต่อกัน

  3. การวัดปริมาตร อุณหภูมิและความดัน (1) • ปริมาตรก๊าซ ปริมาตรภาชนะที่บรรจุก๊าซนั้น • (dm3, l, ml, cm3, m3) • การวัดอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์และไพโรมิเตอร์ • (OC, OF, OR, K) • มาตราส่วนเคลวิน อุณหภูมิสัมบูรณ์ (Absolute temperature) T = 273 + t (OC)

  4. การวัดปริมาตร อุณหภูมิและความดัน (2) • ความดัน(Pressure) • แรงเนื่องจากการชนภาชนะระหว่างโมเลกุลของก๊าซกับผนัง ภาชนะ [N/m3, dyne/cm3, bar, atm, lb/in, torr, mmHg] • บารอมิเตอร์ วัดความดันบรรยายกาศ สูญญากาศ h h Note: ระบุความดันเป็นความสูงของปรอท หน่วยมิลลิเมตร

  5. การวัดปริมาตร อุณหภูมิและความดัน (3) จากP = F/A เมื่อ F = mg , = m/V F = Vg F = r2hg P = (r2hg)/ r2 P = hg P  h

  6. การวัดปริมาตร อุณหภูมิและความดัน (4) มานอมิเตอร์(manometer) วัดความดันก๊าซ Pgas = Patm + Ph Pgas = Ph หรือ Pgas = Patm - Ph Patm ณ ระดับน้ำทะเลทำให้ปรอทในมานอมิเตอร์มีความสูง 760mm ที่ 0 OC เรียกว่า “ความดันมาตรฐานมีค่า = 1 บรรยายกาศ”

  7. กฎของบอยส์ เมื่ออุณหภูมิและมวลของก๊าซคงที่ ปริมาตรของก๊าซจะแปรผกผันกับความดัน เมื่อ T คงที่  PV = ค่าคงที่ (k)

  8. กฎของชาลส์ เมื่อความดันและมวลของก๊าซคงที่ ปริมาตรของก๊าซ จะแปรผันตรง กับ อุณหภูมิเคลวิน เมื่อ P คงที่  V / T = ค่าคงที่ (k)

  9. โดยการรวมกฎของบอลย์และชาร์ลเข้าด้วยกัน เมื่อมวลของก๊าซคงที่ เมื่อโจทย์มีมวลของก๊าซ เมื่อโจทย์มีความหนาแน่นของก๊าซ P = dRT M

  10. กฎของอโวกาโด เมื่อ T และ P คงที่ V / n = ค่าคงที่ (k) V n สมการของสถานะ สมการที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ และ จำนวนโมลของสสาร ใช้อธิบายพฤติกรรม ของสสารทุกชนิด

  11. สถานะของสสาร สำหรับก๊าซอุดมคติ (ideal gas) สมการของสถานะเขียนได้ว่า PV = nRT ซึ่งเรียกว่า “สมการของก๊าซอุดมคติ ”

  12. ปริมาตรโมลาร์ (Vm) ปริมาตรโมลาร์(Vm ) ปริมาตรของก๊าซอุดมคติหนึ่งโมลที่อุณหภูมิ และ ความดันใดๆ มีค่าเท่ากับ V / n (เทอมเดียวกับที่ กล่าวถึงในกฎของอาโวกาโดร) ตรงสภาวะมาตรฐานที่ความดัน 1 บรรยากาศ และ อุณหภูมิ 0 OC (STP) ก๊าซทุกชนิดมีปริมาตรโมลาร์เท่ากันหมด คือ 22.4 ลิตร

  13. การใช้สมการก๊าซอุดมคติการใช้สมการก๊าซอุดมคติ 1. หาค่าตัวแปรตัวใดตัวหนึ่งเมื่อทราบที่เหลืออีก 3 ตัว PV = nRT 2. หามวลโมเลกุล (M) ถ้าทราบมวล (m) ของก๊าซ PV = (m/M) RT 3. หาความหนาแน่นของก๊าซ PM = dRT 4. หาปริมาตรโมลาร์ (Vm)Vm = RT / P

  14. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ (1) ใช้อธิบายสมบัติของก๊าซ เสนอว่า 1.ก๊าซประกอบด้วยโมเลกุลที่มีขนาดเล็กมากอยู่ห่างกัน และไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกัน 2.แต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอยู่ตลอดเวลาด้วย อัตราเร็วคงที่ (ไม่จำเป็นต้องเท่ากัน) จนกระทั่งชนกันเอง หรือชนผนังภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและอาจเปลี่ยนอัตราเร็วด้วย เมื่อ T คงที่ อัตราเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลของก๊าซชนิดหนึ่ง ๆ จะคงที่

  15. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ (2) 3.โมเลกุลของก๊าซมี Ek ค่าหนึ่ง = 1/2 mV2 เมื่อ m คือ MW V คือ อัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของโมเลกุล 4.เมื่อโมเลกุลชนกันหรือชนผนังภาชนะ อาจจะมีการถ่าย พลังงานแต่ไม่มีการสูญเสียพลังานรวม

  16. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ (3) 5.ที่ T เดียวกัน ก๊าซทุกชนิดจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากันพลังงานจลน์เฉลี่ยของก๊าซ T(K)ก๊าซที่มีสมบัติครบถ้วนตามทฤษฎีจลน์เรียกว่า ก๊าซสมบูรณ์ ซึ่งไม่มีจริง ก๊าซจริงอาจมีสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซสมบูรณ์ได้ ถ้าอยู่ในระบบที่ T สูง และ P ต่ำ ก๊าซส่วนใหญ่โดยเฉพาะก๊าซเฉื่อยที่อุณหภูมิห้อง P 1 atm มีสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซสมบูรณ์

  17. ก๊าซผสม (1) กฎของดาลตันความดันของก๊าซผสม (Ptot) เท่ากับผลรวมของความดันย่อย(partial pressure) ของก๊าซแต่ละตัว (Pi) โดยก๊าซแต่ละตัวและก๊าซผสมต้องมีปริมาตรและอุณหภูมิเดียวกัน Ptot V = ntot RT = (n1+n2+…+ni+…)RT Ptot = n1+n2 +…+ni+… = P1+P2+…+Pi+… Ptot = Piเมื่อ Pi = ni RT

  18. ก๊าซผสม (2) หรือ Pi= ni RT/V = ni = xi Ptot ntot RT/V ntot xi = ni / ntot คือ เศษส่วนโมล (mole fraction) ของก๊าซ และ Pi = xiP หาความดันย่อยโดยใช้กฎของบอยส์ จากก๊าซ A ซึ่งมีความดัน P1 ปริมาตร V1 นำมาผสมกับก๊าซอื่น จึงได้ก๊าซผสมที่มีปริมาตร V และความดัน P ฉะนั้นความดันย่อย PA คือ

  19. ก๊าซผสม (3) PAV = P1V1 PA = (P1V1) / V d

  20. ก๊าซผสม (4) สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งก็คือการคำนวณความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซ ซึ่งหาได้จากค่าพลังงานจลน์เฉลี่ยดังนี้

  21. ก๊าซผสม (5) Vrms = รากที่สองของค่าเฉลี่ยของความเร็วกำลังสอง (root-mean-square velocity)

  22. Example ตัวอย่าง ก๊าซมีปริมาตร 400 cm3มีความดัน 0.92 atm และ อุณหภูมิ 21 OC จงหาปริมาตรก๊าซนี้ที่ความดัน 1.5 atm และอุณหภูมิ 21 OC วิธีทำ จากสูตร P1V1 = P2V2 กำหนดให้ P1 = 0.92 atm, V1 = 400 cm3 P2 = 1.5 atm, V2 = ? (0.92 atm)(400 cm3) = (1.5 atm) V2 V2 = 245.33 cm3

  23. Example ตัวอย่าง จงคำนวณหาจำนวนโมลของก๊าซสมบูรณ์แบบที่มีปริมาตร 0.452 L ที่ 87 OC และ 0.620 atm

  24. Example

  25. กฎการแพร่ผ่านของแกรห์มกฎการแพร่ผ่านของแกรห์ม การแพร่ผ่าน(effusion) =กระบวนการที่ก๊าซเคลื่อนที่จากบริเวณหนึ่งผ่านรูที่เล็กมากๆออกสู่บริเวณอื่นโดยโมเลกุลไม่ชนกัน การแพร่ (diffusion)=การที่ก๊าซฟุ้งกระจายที่มีความเข้มข้นสูงไปยังที่ที่มีความเข้มข้นต่ำโดยโมเลกุลก๊าซอาจชนกันได้

  26. โทมัส แกรห์ม พบว่าก๊าซที่มีความหนาแน่นต่ำแพร่ผ่านได้เร็วกว่าก๊าซที่มีความหนาแน่นสูงกว่า กฎอัตราการแพร่ผ่าน (r) ของก๊าซแปรผันอย่างผกผันกับรากที่สองของความหนาแน่น(d)หรือ r1/d

  27. เมื่อเปรียบเทียบการแพร่ผ่านของก๊าซ A และ B ที่สภาวะเดียวกันจะได้ rA/rB = dB/dA จากกฎก๊าซสมบูรณ์แบบนั้น พบว่าความหนาแน่นแปรผันโดยตรงกับน้ำหนักโมเลกุล (M) ดังนั้นจะได้ rA/rB = MB/MA

  28. อัตราการแพร่ผ่านของก๊าซควรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลหรืออัตราการแพร่ผ่านของก๊าซควรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลหรือ rA/rB = vA/vB หรือจากสมการการเปรียบเทียบความเร็วเฉลี่ย ซึ่งจากผลของทฤษฎีจลน์ vA/vB =  MB/MA

  29. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ใช้อธิบายสมบัติของก๊าซเสนอว่า 1. ก๊าซประกอบไปด้วยโมเลกุลที่มีขนาดเล็กมาก อยู่ห่างกัน และไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกัน

  30. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ 2. แต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตลอดเวลาด้วยอัตราเร็วคงที่(ไม่จำเป็นต้องเท่ากัน) จนกระทั่งชนกันเองหรือชนผนังภาชนะซึ่งเป็นการชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ (perfect elastic collision) จึงจะเปลี่ยนทิศทางและอาจเปลี่ยนอัตราเร็วด้วยเมื่อ T คงที่ อัตราเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลของก๊าซชนิดหนึ่งจะคงที่

  31. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ 3. เมื่อโมเลกุลชนกันหรือชนผนังภาชนะอาจจะมีการถ่ายพลังงาน แต่ไม่มีการสูญเสียพลังงานรวม นั้นคือ พลังงานจลน์รวมมีค่าคงที่ สมมุติว่า โมเลกุลของก๊าซมีมวล m เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ดังนั้นพลังงานจลน์ของโมเลกุลนี้ = ½ mv2

  32. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ในกรณีมีก๊าซ N โมเลกุล พลังงานจลน์รวมทั้งหมดของก๊าซแต่ละโมเลกุลคือ Et = 1/2Nmv2 โดย v2 สามารถจำแนกเป็นความเร็วในแกน x,y และ z ได้ดังนี้ v2 = vx2 + vy2 + vz2 v2 = vx2 + vy2 + vz2 v2 = 3vx2 = 3vy2 = 3vz2 : vx2 = v2/3

  33. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ พิจารณาการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซโมเลกุลหนึ่ง ซึ่งมีมวล m เคลื่อนที่ไปในทิศทาง x ด้วยความเร็ว Vx ในกล่องรูปลูกบาศก์ที่มีความยาว a ดังรูป a z x a y a

  34. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ โมเมนตัมของโมเลกุลก๊าซ = mvx เมื่อโมเลกุลนี้ชนผนังAแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ จะกระดอนกลับด้วยความเร็ว –vx และโมเมนตัมของการกระดอนกลับ = m(-vx) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมรวม = mvx– m(-vx) = 2mvx

  35. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ การชนผนัง A แต่ละครั้งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่ไปได้ระยะทาง 2a (ไป-กลับ) ดังนั้นจำนวนการชนของโมเลกุลต่อเวลา = vx / 2a ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมต่อวินาที P= 2mvx (vx/2a) F = mvx2/a เมื่อ Fคือแรงที่เกิดจากการชนกันของโมเลกุลของก๊าซ

  36. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ และหาค่าความดันได้จากแรงต่อหน่วยพื้นที่ P = F/A = mvx2/a.a2 = mvx2/V หรือ PV = mvx2

  37. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ถ้าโมเลกุลของก๊าซNโมเลกุลจะใช้ความเร็วกำลังสองเฉลี่ย vx2ดังนั้นจะได้ PV = Nmvx2 เมื่อแทน vx2 = v2/3 จะได้ PV = Nmv2/3 = nNAmv2/3 = nMv2/3

  38. ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ เมื่อ n= จำนวนโมล = N/NA NA= เลขอโวกาโดร M= น้ำหนักโมเลกุล =NAm

  39. พฤติกรรมของก๊าซ 1. พลังงานจลน์ของก๊าซและสมการก๊าซสมบูรณ์แบบ PV = Nmv2/3 = 2/3N(1/2mv2) = 2/3NEt

  40. พฤติกรรมของก๊าซ เมื่อ Et = พลังงานจลน์เฉลี่ยก๊าซ 1 โมเลกุล PV = 2/3 nNAEt PV = 2/3 n Et เมื่อ Et = พลังงานจลน์เฉลี่ยก๊าซ 1 โมล Et = NAEt

  41. กฎการแบ่งส่วนเท่ากันของพลังงานของโบลซ์มานน์ กล่าวว่า “พลังงานรวมของโมเลกุลเกิดจากพลังงานที่ได้จากการเคลื่อนที่ การสั่น และการหมุน” โดยการเคลื่อนที่ ของโมเลกุลจะเคลื่อนที่ได้อิสระทั้ง 3 ทิศทาง (แกน x,y และ z) เรียกว่า มีองศาของความเป็นอิสระ (degree of freedom) = 3

  42. กฎการแบ่งส่วนเท่ากันของพลังงานของโบลซ์มานน์ จากกฎดังกล่าวพิสูจน์ได้ว่า “การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในแต่ละองศาของความเป็นอิสระมีค่าพลังงานเท่ากับ½ kT ” เมื่อ k = ค่าคงที่ของโบลซ์มานน์ = 1.38066 x10-23JK-1 = (R/NA)

  43. กฎการแบ่งส่วนเท่ากันของพลังงานของโบลซ์มานน์ ฉะนั้นพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ก๊าซ 1 โมเลกุล ( Et ) = 3(1/2kT) และพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ก๊าซ 1 โมล (Et ) = 3NA(1/2kT) = 3/2NAkT

  44. จากทฤษฎีจลน์ PV = 2/3nEt = 2/3n(3/2NAkT) PV = nNAkT แสดงว่า PV = nRT : เมื่อ(NAk = R) และ Et = 3/2NAkT = 3/2RT

  45. สรุปได้ว่า “พลังงานจลน์ของก๊าซเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิและไม่ขึ้นกับP,Vหรือชนิดของก๊าซ”

  46. พฤติกรรมของก๊าซ 2. กฎการแพร่ผ่านของแกรห์ม เมื่อเปรียบเทียบ PV = Nmv2/3 และ PV = nRT จะได้ v2 = 3RT/mNA V2 T ถ้าถอดรากที่สองจะได้ (v2)1/2 T1/2 (v2)1/2 = root-mean-square velocity, vrms

  47. สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งก็คือการคำนวณความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซซึ่งหาได้จากค่าพลังงานจลน์เฉลี่ยดังนี้ Et = NA(1/2mv2)สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งก็คือการคำนวณความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซซึ่งหาได้จากค่าพลังงานจลน์เฉลี่ยดังนี้ Et = NA(1/2mv2) = 1/2Mv2 : (M=NAm) 1/2Mv2 = 3/2RT v2 = (3RT)/M v2 = Vrms = (3RT)/M Vrms = รากที่สองของค่าเฉลี่ยของ ความเร็วกำลังสอง (root-mean-square velocity)

  48. พฤติกรรมของก๊าซ 3. การกระจายความเร็วโมเลกุล  การคำนวณโอกาสที่จะพบโมเลกุลที่มีความเร็วอยู่ในช่วงหนึ่งๆที่อุณหภูมิคงที่ “การแจกแจงของแมกซ์เวลล์-โบลต์มานน์” มีสูตรการคำนวณดังนี้ P(v) = 4(m/2kT)3/2v2(e-mv/kT) 

  49. P(v) คือ โอกาสที่จะพบโมเลกุลที่มี ความเร็วอยู่ในช่วง v กับ v + dv K คือ ค่าคงที่โบลต์มานน์ = R/NA = 1.38x10-23 JK-1 e = 2.71

More Related