วิทยาศาสตร์

ปริมาตรของก๊าซในปฏิกิริยาเคมี

ปริมาตรก๊าซในปฏิกิริยาเคมี ก๊าซมีสมบัติฟุ้งกระจายและมีมวลน้อยมาก การวัดมวลโดยตรงทำได้ยากจึงนิยมวัดในหน่วยปริมาตร ซึ่งสามารถอธิบายโดยใช้กฎดังต่อไปนี้ 1. กฎของเกย์ลุสแซกในปี พ.ศ. 2531 โซเซฟ-ลุย-เก-ลูซัก ได้ทดลองวัดปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาพอดีกันและปริมาตรของก๊าซที่ได้จาก ปฏิกิริยาณ อุณหภมิและความดันเดียวกัน แล้วสรุปเป็นกฎการรวมปริมาตรของก๊าซว่า  "ในปฏิกิริยาเคมีที่เป็นก๊าซ อัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน และปริมาตรของก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน  จะเป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อย ๆ" 2. กฎอาโวกาโดรในปี พ.ศ. 2354 อาเมเดโอ อาโวกาโดร  ได้ศึกษากฎของเกย์-ลูสแซกและอธิบายว่าการที่อัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซ ที่เข้าทำปฎิกิริยาและที่ได้จากปฏิกิริยาเป็นเลขจำนวนเต็มน้อยๆคงเป็นเพราะ ปริมาตรของก๊าซมีความสัมพันธ์กับจำนวนอนุภาคที่รวมตัวกันเป็นสารประกอบ  อาโวกาโดรจึงเสนอสมสุติฐานว่า"ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน  ก๊าซทุกชนิดที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน"เช่น  ปฏิกิริยาระหว่างก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซออกซิเจนจนเกิดเป็นไอน้ำ ไฮโดรเจน + ออกซิเจน -------> ไอน้ำ     2 cm3 1 cm3 2 cm 2n โมเลกุล n โมเลกุล 2n โมเลกุล 2 โมเลกุล 1 โมเลกุล 2    หรือ 1 โมเลกุล 1/2 โมเลกุล 1 โมเลกุล    หรือ 2 อะตอม 1 อะตอม 2 อะตอม หมายเหตุอัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซต่าง ๆ ในปฏิกิริยาจะเท่ากับอัตราส่วน โดยโมลของก๊าซต่าง ๆ ในปฏิกิริยาเดียวกันนั้น เช่น N2(g) + 3H2(g) ------> 2NH3(g)อัตราส่วนโดยปริมาตร N2 : H2 : NH3 = 1 : 3 : 2 อัตราส่วนโดยโมล N2 : H2 : NH3 = 1 : 3 : 2 การหาสูตรเอมพิรีคัล สูตรเอมพิริคัล เป็นสูตรที่แสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของธาตุองค์ประกอบ เช่น  ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีสูตรโมเลกุลเป็นH2O2 อัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวนอะตอม  H : O เท่ากับ 1 : 1 สูตรเอมพิริคัลจึงเป็น HO กลูโคสมีสูตรโมเลกุลเป็น C6H12O6  อัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวนอะตอม  C : H : O เท่ากับ 1 : 2 : 1 สูตรเอมพิริคัลจึงเป็น CH2O การหาสูตรเอมพิริคัล มีหลักดังนี้ 1. ต้องทราบว่าสารที่จะหาสูตรเอมพิริคัลประกอบด้วยธาตุใดบ้าง 2. ต้องทราบมวลอะตอมของแต่ละธาตุในสารที่จะหาสูตรเอาพิริคัล 3. ต้องทราบมวลของแต่ละธาตุในสารที่จะหาสูตร 4. ให้ข้อมูลจากข้อ 1, 2 และ 3 หาอัตราส่วนโดยโมล  ด้วยการนำมวลของแต่ละธาตุหารด้วยมวลอะตอมของมันมาเข้าอัตราส่วน 5. สำหรับการปัดจุดทศนิยมของตัวเลขในการหาอัตราส่วนโดยโมล  โดยทำตัวเลขใดตัวเลขหนึ่ง ให้เป็น 1 แล้วจึงปัดจุดทศนิยมด้วยวิธีปัด  0.1 - 0.2 ทิ้ง ถ้าเป็น 0.8 - 0.9 ปัดขึ้นอีก 1 ถ้าเป็น 0.0 - 0.7 ปัดไม่ได้ต้องหาตัวเลขที่ต่ำที่สุดมาคูณตัวเลขของอัตราส่วนโดยโมลให้มีค่า ใกล้กับที่จะปัดจุดทศนิยมได้ แล้วปัดจุดทศนิยมตัวเลขให้เป็นจำนวนเต็ม  อนึ่งการปัดจุดทศนิยม ถ้าตัวเลขปัดจุดทศนิยมไม่ได้ ตัวเลขทุกตัวของอัตราส่วนโดยโมลนั้นก็จะไม่ปัดจุดทศนิยม หาตัวเลข  มาคูณให้ได้ตัวเลขที่จะปัดจุดทศนิยมได้อัตราส่วนโดยโมลที่เป็นจำนวนเต็มได้ สูตรเอมพิริคัล การหาสูตรโมเลกุลของสารทั่วไปสูตรโมเลกุลเป็นสูตรที่แสดงจำนวน อะตอมของธาตุองค์ประกอบที่มีอยู่ใน 1 โมเลกุลของสาร เช่น ไฮโดรเจนมีสูตรโมเลกุลเป็น H2 แสดงว่า 1 โมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจน  2 อะตอม ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีสูตรโมเลกุลเป็น H2O2 แสดงว่า 1 โมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจนและออกซิเจนธาตุละ 2 อะตอม การหาสูตรโมเลกุลของสารทั่วไป มีหลักดังนี้1. ต้องทราบสูตรเอมพิริคัล 2. ต้องทราบมวลโมเลกุลโดยโจทย์กำหนดมาให้ทางตรงหรือทางอ้อมก็ได้ 3. นำข้อมูลที่ได้จากข้อ 1, 2 หาค่า n โดยใช้สูตร (มวลของสูตรเอมพิริคัล) x n = มวลโมเลกุล n = เลขเป็นจำนวนเต็มบวก เช่น 1, 2, 3 การปัดจุดทศนิยมของค่า n ตั้งแต่ 0.5 ขึ้นไป ให้ปัดขึ้นอีกหนึ่ง แต่ถ้าต่ำกว่า 0.5 ก็ปัดทิ้งไป เช่น 3.6 ก็ให้ปัดจุดทศนิยมเป็น4.0 และ 2.2 ปัดจุดทศนิยมเป็น 2.0 การหาสูตรโมเลกุลของก๊าซ และการหาร้อยละ โดยมวลของธาตุจากสูตรเคมี การหาสูตรโมเลกุลของก๊าซ มีหลักการดังนี้ 1. สารทุกชนิดที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเป็นก๊าซหมด และสารที่จะหา สูตรโมเลกุลจะต้องเป็นก๊าซหรือไอเท่านั้น 2. สมมติสูตรโมเลกุลของก๊าซที่จะหาสูตรโดยทราบว่าประกอบด้วยธาตุใดบ้าง 3. ต้องทราบปริมาตรของก๊าซต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกันในปฏิกิริยา  และปริมาตรของก๊าซต้องวัดที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน 4. หาอัตราส่วนโดยปริมาตรก๊าซต่าง ๆ เป็นอย่างต่ำ 5. เปลี่ยนอัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซเป็นอัตราส่วนโดยโมล โดยใช้กฎอาโวกาโดร 6. เขียนสมการของปฏิกิริยาเคมีตามโจทย์บอก  แล้วเข้าสมการพีชคณิตของจำนวนอะตอมทั้งหมด  ทางซ้ายและทางขวาของแต่ละธาตุให้เท่ากัน  จะได้สมการพีชคณิตหลายสมการที่มีตัวแปรหลายตัว จากนั้นก็คำนวณหาสูตรโมเลกุลของก๊าซได้ การหาร้อยละโดยมวลของธาตุจากสูตรเคมี