- อธิบายกำเนิดของ แรงดัน ในแก๊สในแง่ของการชนระหว่างโมเลกุลแก๊สกับผนังภาชนะ
- เข้าใจว่า แก๊สในอุดมคติ มีปริมาตรอนุภาคเป็นศูนย์และไม่มีการดึงดูดระหว่างโมเลกุล
- ระบุและใช้ สมการแก๊สอุดมคติ $pV = nRT$ ในการคำนวณ รวมถึงในการหา $M_r$
สถานะของสาร
Chemistry A-Level · หัวข้อ 4
7:31
สถานะของสสาร
เพชรหลอมเหลวที่สามพันห้าร้อยห้าสิบองศาเซลเซียส ไอโอดีนหลอมเหลวที่หนึ่งร้อยสิบสี่ ทั้งสองทำจากอะตอมของธาตุที่ไม่ใช่โลหะเท่านั้น และใน…
การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ
4.1
สถานะแก๊ส
หลักสูตร
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
แหล่งกำเนิดของความดันแก๊ส
โมเลกุลแก๊สเคลื่อนที่เร็วไปในทุกทิศทาง มันชน — กระแทก — กับผนังภาชนะอย่างต่อเนื่อง การชนแต่ละครั้งผลักผนังไปเล็กน้อย ความดัน ของแก๊สคือผลรวมของการชนหลายครั้งต่อผนังเหล่านี้
*ความดันแก๊ส: โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วเคลื่อนที่ไปทุกทิศทางและชนกับผนัง; แรงผลักเล็กๆ น้อยๆ จำนวนมากรวมกันจนเกิดเป็นความดัน
แก๊สอุดมคติ
แก๊สอุดมคติ เป็นแบบจำลองอย่างง่าย เราสมมติว่าสองสิ่งนี้:
- ตัวอนุภาคเองไม่มีปริมาตร
- ไม่มี แรงระหว่างโมเลกุล ดึงดูดระหว่างอนุภาค
แก๊สจริง adherence model này closely ở áp suất thấp và nhiệt độ cao. Nó behaves least like an ideal gas at high pressure and low temperature, when the particles are squeezed close together and the forces between them start to matter.
*แก๊สอุดมคติเป็นโมเดล: อนุภาคจุดที่ไม่มีแรงระหว่างกัน. แก๊สจริงจะมีพฤติกรรมคล้ายกับโมเดลนี้น้อยที่สุดเมื่อมีความดันสูงและอุณหภูมิต่ำ ซึ่งในขณะนั้นอนุภาคจะแน่นหนาและขนาดจริง serta แรงดึงดูดเริ่มมีผลสำคัญ
สมการแก๊สอุดมคติ
สมการแก๊สอุดมคติ เชื่อมโยงความดัน ปริมาณ ปริมาตร และอุณหภูมิ:
$$pV = nRT$$
โดยที่ $p$ คือความดันในหน่วย Pa, $V$ คือปริมาตรใน $\text{m}^3$, $n$ คือปริมาณสารในโมล, $T$ คืออุณหภูมิใน เคลวิน (K), และ $R$ คือ ค่าคงที่แก๊ส ($8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$).
ควรเปลี่ยนหน่วยก่อนเสมอ: °C เป็น K (บวก 273), และ $\text{cm}^3$ หรือ $\text{dm}^3$ เป็น $\text{m}^3$.
ตัวอย่างวิธีทำ. หาปริมาตรของ $0.50\ \text{mol}$ ของแก๊สอุดมคติที่ $27\ ^{\circ}\text{C}$ และ $100\ \text{kPa}$. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
แปลงหน่วยก่อน: $T = 300\ \text{K}$, $p = 1.00 \times 10^{5}\ \text{Pa}$. แล้ว
$$V = \frac{nRT}{p} = \frac{0.50 \times 8.31 \times 300}{1.00 \times 10^{5}} = 0.0125\ \text{m}^3\ (= 12.5\ \text{dm}^3).$$
ยังสามารถใช้สมการนี้ในการหา มวลโมลาร์ ได้ด้วย เนื่องจาก $n = m/M$:
$$pV = \frac{m}{M}RT \qquad\Rightarrow\qquad M = \frac{mRT}{pV}$$
สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถคำนวณ $M_r$ จากมวล (หรือความหนาแน่น) ของแก๊สได้.
ตัวอย่างวิธีทำ. ขวดเก็บแก๊ส $0.96\ \text{g}$ ใน $600\ \text{cm}^3$ ที่ $100\ \text{kPa}$ และ $27\ ^{\circ}\text{C}$. หามวลโมลาร์ของแก๊สนี้. ($R = 8.31\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$.)
แปลงหน่วย: $V = 6.00 \times 10^{-4}\ \text{m}^3$, $T = 300\ \text{K}$. แล้ว
$$M = \frac{mRT}{pV} = \frac{0.96 \times 8.31 \times 300}{(1.00 \times 10^{5})(6.00 \times 10^{-4})} \approx 40\ \text{g mol}^{-1}.$$
สำรวจ
สถานะแก๊ส
p = k / V
กฎของบอยล์: ที่อุณหภูมิคงที่ ความดัน ∝ 1/ปริมาตร
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| collide/kəˈlaɪd/ | ชนกัน |
| pressure/ˈpreʃə/ | ความดัน |
| ideal gas/aɪˈdɪəl ɡæs/ | แก๊สอุดมคติ |
| intermolecular forces/ˌɪntəməˈlekjʊlə ˈfɔːsɪz/ | แรงระหว่างโมเลกุล |
| real gas/rɪəl ɡæs/ | แก๊สจริง |
| ideal gas equation/aɪˈdɪəl ɡæs ɪˈkweɪʒn/ | สมการแก๊สอุดมคติ |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | เคลวิน |
| gas constant/ɡæs ˈkɒnstənt/ | ค่าคงตัวแก๊ส |
| molar mass/ˈməʊlə mæs/ | มวลโมลาร์ |
| crystalline solid/ˈkrɪstəlaɪn ˈsɒlɪd/ | ของแข็งผลึก |
| giant ionic/ˈdʒaɪənt aɪˈɒnɪk/ | โครงสร้างไอออนขนาดใหญ่ |
| lattice/ˈlætɪs/ | ผลึก (lattice) |
| ion/ˈaɪɒn/ | ไอออน |
| simple molecular/ˈsɪmpl məˈlekjʊlə/ | โมเลกุลขนาดเล็ก |
| molecule/ˈmɒlɪkjuːl/ | โมเลกุล |
| fullerene/ˈfʊləren/ | ฟูลเลนซีน |
| giant molecular/ˈdʒaɪənt məˈlekjʊlə/ | โมเลกุลยักษ์ |
| covalent bonds/ˈkəʊvələnt bɒndz/ | พันธะโคเวเลนต์ |
| silicon(IV) oxide/ˈsɪlɪkən ˈɒksaɪd/ | ซิลิคอน(IV) ออกไซด์ |
4.2
การจับตัวและโครงสร้าง
หลักสูตร
- อธิบายในเชิงง่ายๆ ซึ่ง โครงสร้างแลตทิซ ของ ของแข็งผลึก ที่มี: (a) แลตทิซไอออนขนาดใหญ่ بما其中包括โซเดียมคลอไรด์และแมกนีเซียมออกไซด์ (b) โมเลกุลขนาดเล็ก بما其中包括ไอโอไดน, บัคมินสเตอร์ฟูลเลเรน $\text{C}_{60}$ และน้ำแข็ง (c) โมเลกุลขนาดใหญ่ بما其中包括ซิลิคอน(IV)ออกไซด์, เกรไฟต์ และเพชร (d) โลหะขนาดใหญ่ بما其中包括ทองแดง
- อธิบาย ตีความ และทำนายผลกระทบของโครงสร้างและพันธะประเภทต่างๆ ต่อคุณสมบัติทางกายภาพของสาร بما其中包括 จุดหลอมเหลว, จุดเดือด, การนำไฟฟ้า และ ความสามารถในการละลาย
- ดัดแปลงชนิดของโครงสร้างและพันธะที่มีอยู่ในสารจากข้อมูลที่กำหนดให้
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
พฤติกรรมของสารขึ้นอยู่กับวิธีการที่อนุภาคภายในถูกยึดเกาะกัน มีโครงสร้างหลักของ ของแข็งผลึก อยู่ 4 แบบ
ไอออนขนาดใหญ่
โครงสร้าง ไอออนขนาดใหญ่ เป็นตาข่าย แลตทิซ ที่มีระเบียบของไอออนบวกและไอออนลบ ขนาดใหญ่ ถูกยึดไว้ด้วยแรงดึงดูดอันแข็งแกร่งในทุกทิศทาง ตัวอย่างเช่น โซเดียมคลอไรด์ และแมกนีเซียมออกไซด์
โมเลกุลง่าย
โครงสร้าง โมเลกุลง่าย ประกอบด้วย โมเลกุล ขนาดเล็ก พันธะภายในแต่ละโมเลกุลมีความแข็งแรง แต่แรงระหว่างโมเลกุลระหว่างโมเลกุลนั้นอ่อน ตัวอย่างเช่น ไอดีน ($\text{I}_2$), ฟูลเลอรีน ($\text{C}_{60}$) และน้ำแข็ง
โมเลกุลขนาดใหญ่
โครงสร้าง โมเลกุลขนาดใหญ่ (หรือเรียกว่า โคเวเลนต์ขนาดใหญ่) เป็นเครือข่ายอะตอมขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกันด้วย พันธะโคเวเลนต์ ที่แข็งแกร่ง ตัวอย่างเช่น ซิลิคอน(IV) ออกไซด์, กราไฟต์ และ เพชร
*รูปแบบโคเวเลนต์ขนาดใหญ่สองชนิดของคาร์บอน:-config diamond as a rigid 3D network (very hard); graphite has sliding layers and spare electrons that conduct
โลหะขนาดใหญ่
โครงสร้าง โลหะขนาดใหญ่ เป็นตาข่ายของไอออนโลหะบวกอยู่ใน "ทะเล" ของ อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้ ตัวอย่างเช่น ทองแดง
คุณสมบัติทางกายภาพ
โครงสร้างกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพ:
| โครงสร้าง | จุดหลอมเหลว/จุดเดือด | นำไฟฟ้า? | ความสามารถในการละลายในน้ำ |
|---|---|---|---|
| ไอออนขนาดใหญ่ | สูง | เฉพาะเมื่อหลอมเหลวหรือละลาย | มักจะละลายได้ |
| โมเลกุลง่าย | ต่ำ | ไม่ | มักจะต่ำ |
| โมเลกุลขนาดใหญ่ | สูงมาก | ไม่ (ยกเว้นกราไฟต์) | ไม่ละลาย |
| โลหะขนาดใหญ่ | สูง | ใช่ (ทั้งของแข็งและหลอมเหลว) | ไม่ละลาย |
- จุดหลอมเหลว และ จุดเดือด จะสูงเมื่อต้องทำลายแรงอันแข็งแกร่ง (ไอออน โคเวเลนต์ หรือ โลหะ) และต่ำเมื่อมีเพียงแรงระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอเท่านั้นที่แตกหัก
- การนำไฟฟ้า ต้องการอนุภาคที่มีประจุที่สามารถเคลื่อนที่ได้ — ไอออนที่อิสระ (เมื่อหลอมเหลวหรือละลาย) หรืออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้ กราไฟต์นำไฟฟ้าได้เพราะอิเล็กตรอนบางส่วนของมันเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
- ความสามารถในการละลาย ในน้ำมักสูงสำหรับของแข็งไอออน และต่ำสำหรับของแข็งโมเลกุลและของแข็งโคเวเลนต์ขนาดใหญ่
คุณยังสามารถคิดย้อนกลับได้เช่นกัน: จากจุดหลอมเหลว การนำไฟฟ้า และความสามารถในการละลายของสารที่ไม่ทราบชนิด สามารถสรุปได้ว่ามีโครงสร้างและการจับตัวประเภทใด
สำรวจ
ห้องปฏิบัติการโครงสร้างมหภาค
เปรียบเทียบโครงสร้างมหภาคโดยพิจารณาจากอนุภาคและการพันธะ
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | กราไฟต์ |
| diamond/ˈdaɪəmənd/ | เพชร |
| giant metallic/ˈdʒaɪənt məˈtælɪk/ | โครงสร้างโลหะขนาดใหญ่ |
| delocalised electrons/dɪˈlɒkəlaɪzd ɪˈlektrɒnz/ | อิเล็กตรอนที่กระจายตัว |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | จุดหลอมเหลว |
| boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ | จุดเดือด |
| electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ | การนำไฟฟ้า |
| solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ | ความละลาย |
4.2
ข้อแนะนำสำหรับการสอบ
- ใช้ หน่วย SI ใน $pV = nRT$: ความดันใน Pa, ปริมาตรใน $\text{m}^3$ ($\text{cm}^3 \times 10^{-6}$), อุณหภูมิใน K ($^\circ\text{C} + 273$).
- ระบุ สมมติฐานแก๊สอุดมคติ (ปริมาตรโมเลกุลน้อยมาก ไม่มีแรงระหว่างโมเลกุล) และเมื่อแก๊สจริงเบี่ยงเบน (ความดันสูง อุณหภูมิต่ำ).
- เชื่อมโยงแต่ละคุณสมบัติเข้ากับโครงสร้าง: ไอออนขนาดใหญ่ (จุดหลอมเหลวสูง, นำไฟฟ้าเมื่อหลอมเหลว), โคเวเลนต์ขนาดใหญ่ (จุดหลอมเหลวสูงมาก), โมเลกุลง่าย (จุดหลอมเหลวต่ำ), โลหะขนาดใหญ่ (นำไฟฟ้า, ยืดหยุ่น).
- กราไฟต์นำไฟฟ้าเพราะคาร์บอนแต่ละตัวมี อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้; เพชรไม่มี — เป็นการเปรียบเทียบที่นิยมใช้
บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้
ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที