เปรียบเทียบอัตราการแพร่ของแก๊ส

หมายถึงกระบวนการที่โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่จากบริเวณหนึ่งผ่านรูเล็ก ๆ ไปสู่อีกบริเวณหนึ่งโดยไม่มีการชนกันของโมเลกุล เช่น การบรรจุแก๊สไฮโดรเจนลงในภาชนะเครื่องปั้นดินเผาที่ไม่ได้เคลือบ มีรูพรุน แล้วตั้งทิ้งไว้ในอากาศ ไฮโดรเจนฟุ้งกระจายภายในภาชนะออกมาข้างนอก และอากาศข้างนอกฟุ้งกระจายเข้าไปในภาชนะโดยมีการผ่านรูเล็ก ๆ ของภาชนะ

 การแพร่ (Diffusion)

หมายถึงกระบวนการที่โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า โดยโมเลกุลมีการชนกันตลอดเวลา

กฎการแพร่ของเกรย์แฮม

Thomas Graham

ในปี ค.ศ.1833 โทมัส เกรแฮม (Thomas Graham) พบว่า “อัตราการแพร่และอัตราการแพร่ผ่านของแก๊สจะแปรผกผันกับรากที่สองของความหนาแน่นของแก๊ส ภายใต้อุณหภูมิและความดันเดียวกัน” และตั้งเป็นกฎ เรียกว่า กฎการแพร่ของเกรแฮม

แก๊ส เป็นหนึ่งในสี่สถานะของสสาร ในภาวะที่อุณหภูมิและความดันเหมาะสม สารหลายชนิดสามรถเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊สได้ ธาตุที่เป็นอโลหะ เช่น ไฮโดรเจน ฟลูออรีน ออกซิเจน ไนโตรเจน แก๊สเฉื่อย และสารประกอบโคเวเลนต์ที่มีมวลโมเลกุลต่ำบางชนิด เช่น;CO , CO2;,;NH3;,;SO2;มีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องโดยปกติแก๊สมักจะหมายถึงสารที่มีสภานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง ส่วนสารที่เป็นของเหลวที่ภาวะปกติ แต่ถูกเปลี่ยนแก๊สจะเรียกว่า;ไอ;(Vapour)แก๊สมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมาก อนุภาคจะอยู่ห่างกันมากเมื่อเปรียบเทียบกับของเหลวและของแข็ง ดังนั้น เมื่อบรรจุแก๊สไว้ในภาชนะ แก๊สจึงแพร่กระจายเต็มภาชนะที่บรรจุ ทำให้มีรูปร่างเปลี่ยนแปลงตามขนาดและรูปร่างของภาชนะ แก๊สมีความหนาแน่นต่ำกว่าของแข็งและของเหลวมาก สามารถบีบอัดให้มีปริมาตรลดลงได้ สมบัติของแก๊ส

สมบัติทั่วไปของแก็ส สมบัติทั่วไปของแก๊ส 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 ;

หมายถึง แรงที่กระทำต่อหน่วยพื้นที่ ที่ตั้งฉากกับแรงนั้น เนื่องจากความดันของแก๊สเกิดจากโมเลกุลของแก๊สชนผันงภาชนะ เพราะฉะนั้นความดันของแก๊สคือแรงที่โมเลกุลของแก๊สกระทำต่อผนังต่อหนึ่งหน่วนพื้นที่ของภาชนะ และความดันของแก๊สมีค่าเท่ากันหมดไม่ว่าจะวัดที่ส่วนใดของภาชนะ

เครื่องมือวัดความดันของแก๊ส เครื่องมือที่ใช้วัดความดันของแก๊สเรียกว่า มาโนมิเตอร์ (Manometer) ซึ่งมีอยู่ 2 ชนิด คือ1. ชนิดปลายปิด2. 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)

แก๊สใดมีอัตราการแพร่เร็วที่สุด

Thomas Graham (คลิ้ก อ่านประวัติ ) เป็นผู้ทดลองพบสมบัติในการแพร่ของแก๊สเมื่อ ค.ศ. 1829 (พ.ศ. 2372) พบว่าอัตราเร็วในการแพร่ของแก๊สใด ๆ จะแปรผกผันกับรากที่ 2 ของมวลโมเลกุลของแก๊ส หรือรากที่ 2 ของความหนาแน่นของแก๊สนั้น ๆ เขียนในรูปของสัญลักษณ์ว่า ... .

อัตราการแพร่ของแก๊สขึ้นอยู่กับอะไร

อัตราการแพร่ของก๊าซ คือ อัตราส่วนระหว่างระยะทางของก๊าซที่เคลื่อนที่จากจุดเริ่มต้น ไปยังจุดจุดหนึ่งในแนวเส้นตรงต่อเวลา กฏการแพร่ผ่านของแกร์ม : ที่อุณหภูมิและความดันค่าหนึ่ง อัตราการแพร่ของก๊าซจะแปรผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุลของแก๊ส

การแพร่ของแก๊สเป็นอย่างไร

การแพร่ผ่าน (effusion) คือปรากฏการณ์ที่แก๊สเคลื่อนที่จากบริเวณหนึ่งที่มีความเข้มข้นของแก๊สสูงกว่า ผ่านรูเล็กๆ ไปยังบริเวณที่มีแก๊ส มีความเข้มข้นน้อยกว่าหรือยังไม่มีแก๊สชนิดนั้นอยู่

อัตราการแพร่ของแก๊สจะแปรผกผันกับสิ่งใด

ในปี ค.ศ.1833 โทมัส เกรแฮม (Thomas Graham) พบว่า “อัตราการแพร่และอัตราการแพร่ผ่านของแก๊สจะแปรผกผันกับรากที่สองของความหนาแน่นของแก๊ส ภายใต้อุณหภูมิและความดันเดียวกัน” และตั้งเป็นกฎ เรียกว่า กฎการแพร่ของเกรแฮม ถ้า r = อัตราการแพร่ของแก๊ส d = ความหนาแน่นของแก๊ส