ปริมาณสารสัมพันธ์

                ปริมาณสารสัมพันธ์  คือ ความสัมพันธ์ระหว่างมวลหรือน้ำหนักของธาตุต่าง ๆ ของสารประกอบในปฏิกิริยาเคมี

ปริมาณสารสัมพันธ์มีประโยชน์ในแง่ของการคาดคะเนปริมาณของสารที่ต้องใช้เป็นสารตั้งต้นเพื่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ต้อง

การ

            3.1 ระบบกับสิ่งแวดล้อม

                ระบบ คือ สิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ภายในขอบเขตที่กำลังศึกษา ส่วนที่อยู่รอบ ๆ ระบบเรียกว่า สิ่งแวดล้อม

ระบบแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ

                1. ระบบปิด (closed system) คือ ระบบที่มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมได้ แต่ถ่ายโอน

หรือแลกเปลี่ยนมวลกับสิ่งแวดล้อมไม่ได้ หรือมวลของระบบคงที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น การต้มน้ำในภาชนะปิดบน

เตาไฟ ระบบคือภาชนะที่มีน้ำบรรจุอยู่ภายใน ส่วนเตาไฟและอากาศที่ล้อมรอบทั้งหมดเป็นสิ่งแวดล้อม ระบบจะรับความ

ร้อนจากเตาไฟแล้วกลายเป็นไอคายพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม (มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงาน) เมื่อชั่งน้ำหนักของ

ภาชนะที่บรรจุน้ำก่อนการต้มและหลังการต้มในภาชนะปิดจะเท่ากัน (มวลของระบบคงที่)

                2. ระบบเปิด (open system) คือ ระบบที่มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนทั้งพลังงานและมวลให้กับสิ่งแวดล้อม หรือ

มวลของระบบไม่คงที่เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น การต้มน้ำในภาชนะเปิดบนเตาไฟ ระบบคือ ภาชนะเปิดที่มีน้ำบรรจุอยู่

เตาไฟและอากาศที่ล้อมรอบทั้งหมดคือสิ่งแวดล้อม ระบบที่มีการรับความร้อนจากเตาไฟและคายความร้อนให้กับสิ่งแวดล้อม

(มีการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงาน) เมื่อชั่งน้ำหนักของภาชนะกับน้ำก่อนการต้มและหลังการต้มจะไม่เท่ากัน (มวลของ

ระบบไม่คงที่)

                3. ระบบโดดเดี่ยว (แยกตัวหรือเอกเทศ) คือ ระบบที่ไม่เกิดการแลกเปลี่ยนพลังงานหรือมวลสารกับสิ่งแวดล้อม เช่น

น้ำร้อนในกระติกน้ำร้อน

            3.2 กฎต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลง

            3.2.1 กฎทรงมวล

                                อองตวน  โลรอง ลาวัวซิเอ ได้ตั้งกฎทรงมวลซึ่งสรุปได้ว่า “มวลของสารทั้งหมดก่อนทำปฏิกิริยาย่อมเท่ากับมวลของสารทั้งหมดหลังทำปฏิกิริยา” กฎนี้จะใช้ได้กับปฏิกิริยาเคมีในระบบปิด ใช้ไม่ได้กับปฏิกิริยาเคมีนิวเคลียร์ เช่น เทียนไข

ในภาชนะปิดใบหนึ่ง มวลของสารทั้งหมดก่อนทำปฏิกิริยาเท่ากับมวลของเทียนไขกับภาชนะ เมื่อจุดเทียนไขในภาชนะปิดนี้

แล้วทำการชั่งมวลใหม่ มวลจะเท่าเดิม (ระบบปิด)

            3.2.2 กฎสัดส่วนคงที่

                                โจเซฟ เพราสต์ ได้ตั้งกฎสัดส่วนคงที่ซึ่งสรุปได้ว่า “ในสารประกอบหนึ่ง ๆ ธาตุต่าง ๆ ที่เป็นองค์ประกอบ

รวมตัวกันด้วยอัตราส่วนโดยน้ำหนักที่คงที่เสมอ” โดยไม่คำนึงถึงว่าสารประกอบนั้นจะมีกำเนิดหรือเตรียมได้โดยวิธีใด

            3.3 มวลอะตอม

                อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุที่สามารถทำปฏิกิริยาเคมีได้ มีรัศมีของอะตอมยาวประมาณ 10^-10 เมตร

อะตอมที่เบาที่สุดมีมวลประมาณ 1.6 x 10^-24 กรัม อะตอมที่หนักที่สุดมีมวลประมาณ 250 เท่า ซึ่งมีค่าน้อยมาก (เป็น

ผลคูณของ 10^-24) มวลอะตอมเหล่านี้จะต้องรวมกันต่อไปเป็นมวลโมเลกุล ซึ่งทำให้ยุ่งยากในการคำนวณ จึงนิยมใช้

มวลเปรียบเทียบที่เรียกว่า มวลอะตอมหรือน้ำหนักอะตอม

                                มวลอะตอมของธาตุ =

                มวลอะตอม  คือ มวลเปรียบเทียบที่บอกให้ทราบว่ามวลของธาตุ 1 อะตอมหนักเป็นกี่เท่าของมวลของ

ธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม

                มวลของธาตุ 1 อะตอม คือ มวลที่แท้จริงของอะตอมนั้น ๆ 1 อะตอม

                มวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม คือ มวลของธาตุที่ถูกใช้เป็นตัวเปรียบเทียบ ซึ่งทุกอะตอมต้องมีค่าเท่ากันหมด

จึงเรียกว่ามวลมาตรฐาน มีค่าเท่ากับ 1.66 x 10^-24 กรัมหรือ 1 amu (atomic mass unit)

                ถ้ากำหนดให้มวลอะตอมของธาตุ H = 1  จากสูตรการหามวลอะตอมของธาตุ มวลของธาตุ H  1 อะตอม

= 1.66 x 10^-24 กรัม ดังนั้นจึงเขียนสูตรใหม่ได้ดังนี้

                                มวลอะตอมของธาตุ =

                (เพราะมวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอมเท่ากับมวลของธาตุไฮโดรเจน 1 อะตอม)

                ในทำนองเดียวกัน ถ้ามวลอะตอมของ C = 12  จากสูตรการหามวลอะตอมของธาตุ มวลของธาตุ C 1 อะตอม

= 12 x 1.66 x 10^-24 กรัม ถ้าใช้มวลของธาตุ C 1 อะตอมเป็นค่ามาตรฐานจะได้สูตร

                                มวลอะตอมของธาตุ  =

                มวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอมต้องคูณด้วย    เพราะมวลของ C  1 อะตอม = 12 x 1.66 x 10^-24 กรัม

                        ต้องทำให้มวลของธาตุมาตรฐานมีค่าเท่ากันหมด และเท่ากับ 1.66 x 10^-24 กรัม

                ในทำนองเดียวกัน ถ้ามวลอะตอมของ O และ N เท่ากับ 16 และ 14 ตามลำดับ จะได้สูตรดังนี้

                                มวลอะตอมของธาตุ =

                                มวลอะตอมของธาตุ =

                นอกจากนี้มวลอะตอมยังคำนวณได้จากมวลเฉลี่ยของบรรดาไอโซโทปที่มีในธรรมชาติ

                                มวลอะตอมเฉลี่ย =

                ลักษณะสำคัญของมวลอะตอม มีดังนี้

                1. มวลอะตอมของธาตุไม่มีหน่วย

                2. มวลอะตอมเป็นค่าเปรียบเทียบ ส่วนมวลของธาตุ 1 อะตอมเป็นมวลที่แท้จริง มีหน่วยเป็นกรัม

                3. มวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม ที่ใช้เป็นตัวถูกเปรียบเทียบของมวลอะตอมมีค่าเท่ากันหมดในทุก ๆ

ธาตุ

                4. คำนวณได้จากสูตรเมื่อทราบมวลของธาตุนั้น 1 อะตอม และคำนวณได้จากไอโซโทปของธาตุนั้น ๆ

            การคำนวณมวลอะตอมของธาตุ

                แบบที่ 1  เมื่อกำหนดมวลของธาตุ 1 อะตอม และมวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอมมาให้

ตัวอย่างที่ 3.1  ธาตุ A 1 อะตอม หนัก 16 หน่วยน้ำหนัก ธาตุ  ¹²C  1 อะตอม หนัก 12 หน่วยน้ำหนัก จงหามวล

อะตอมของธาตุ A

วิธีทำ    จากสูตร มวลอะตอมของธาตุ   =

                                                                  =

                (เมื่อใช้ธาตุ ¹²C 1 อะตอมเป็นธาตุมาตรฐาน)

                                                                  =                = 16

                ดังนั้น มวลอะตอมของธาตุ A  = 16                                                                                                    ตอบ

                แบบที่ 2  เมื่อทราบมวลอะตอมของแต่ละไอโซโทปและปริมาณในธรรมชาติ

ตัวอย่างที่ 3.2 จงหามวลอะตอมเฉลี่ยของแมกนีเซียม เมื่อกำหนดมวลอะตอมและปริมาณของแต่ละไอโซโทป

มาให้ดังต่อไปนี้

                               

ไอโซโทป	มวลอะตอม	ปริมาณในธรรมชาติ (%)
24Mg 25Mg 26Mg	23.9850 24.9858 25.9826	78.70 10.13 11.17

วิธีทำ  มวลอะตอมเฉลี่ย      =

                                                =

                                                = 24.310

                ดังนั้น มวลอะตอมของแมกนีเซียมเท่ากับ 24.310                                                                            ตอบ

                แบบที่ 3 หาจำนวนอะตอมจากมวลอะตอม

ตัวอย่างที่ 3.3 ธาตุแมกนีเซียมมีมวลอะตอม = 24 จงหาจำนวนอะตอมของธาตุแมกนีเซียม 2.4 กรัม

วิธีทำ  มวลอะตอมของธาตุ                 =

                                      24     =

                มวลของธาตุ 1 อะตอม = 24 x 1.66 x 10^-24   กรัม

                หรือ ธาตุ Mg 24 x 1.66 x 10^-24  g คิดเป็น = 1 atom

                        ธาตุ Mg 2.4                         g คิดเป็น =

                                                                                       = 6.02 x 10²²  atom

                ดังนั้น ธาตุแมกนีเซียม 2.4 กรัมมี 6.02 x 10²² อะตอม                                                                      ตอบ

3.4 ขนาดโมเลกุล

                โมเลกุล คือ หน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของธาตุที่สารประกอบที่สามารถอยู่ได้เป็นอิสระ และยังคงแสดงสมบัติ

ของธาตุหรือสารประกอบนั้น ๆ โดยสมบูรณ์ โมเลกุลเกิดจากอะตอมรวมกัน

                โมเลกุลไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจึงทำให้การประมาณขนาดโมเลกุลยุ่งยาก เราจึงสมมติให้โมเลกุล

เป็นวัตถุที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าได้

                สมมติให้โมเลกุล 1 โมเลกุลคือลูกเต๋า 1 ลูก (เมื่อโมเลกุลเป็นรูปลูกบาศก์) นำเอาลูกเต๋าหลาย ๆ ลูกมาเรียงตัว

เป็นชั้นเดียว จะพบว่า

                ความสูงของชั้น = ด้าน 1 ด้านของลูกเต๋า 1 ลูก

                                          = ด้าน 1 ด้านของโมเลกุล (เมื่อโมเลกุลเป็นรูปลูกบาศก์)

                จากสูตร ปริมาตรของรูปสี่เหลี่ยมลูกบาศก์  = (ด้าน)³

                ดังนั้น ปริมาตรของ 1 โมเลกุล = (ความสูงของชั้น)³

                สมมติให้ลูกแก้ว 1 ลูก คือโมเลกุล 1 โมเลกุล (เมื่อโมเลกุลเป็นรูปทรงกลม) นำเอาลูกแก้วหลาย ๆ ลูกมาเรียง

ตัวเป็นชั้นเดียว จะพบว่า

                ความสูงของชั้น   =   เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกแก้ว 1 ลูก

                                            =  เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล 1 โมเลกุล

                จากสูตร ปริมาตรของทรงกลม =         เมื่อ  r คือรัศมีของรูปทรงกลม

                ปริมาตรของ 1 โมเลกุล            =         

                                                                    =

                จะเห็นได้ว่าเมื่อโมเลกุลเป็นรูปลูกบาศก์หรือรูปทรงกลมจะต้องใช้ความสูงของชั้นในการคำนวณในสูตรต่าง ๆ

ดังนั้น ถ้าเราสามารถหาความสูงของชั้นได้ เราจะหาขนาดของโมเลกุลได้ ความสูงของชั้นอาจหาได้จากปริมาตรรวม

ดังสูตร

                                ปริมาตรรวม = พื้นที่หน้าตัด x ความสูงของชั้น

                ในการหาขนาดโมเลกุลของกรดโอเลอิกโดยประมาณทำได้โดยโรยผงชอล็กบาง ๆ ลงบนผิวน้ำในถาดแล้วหยด

สารละลายกรดโอเลอิกในเอทานอลลงไป 1 หยด

                ความเข้มข้นของสารละลายกรดโอเลอิกในเอทานอล a เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร

                เส้นผ่านศูนย์กลางของวงที่หยดลงแผ่ออกได้ d เซนติเมตร

                สารละลายกรดโอเลอิก 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร มี x หยด

                สมมติให้โมเลกุลของกรดโอเลอิกเรียงตัวกันเป็นแผ่นฟิล์มบาง ๆ ชั้นเดียว จงหาปริมาตรของ 1 โมเลกุลโดยประมาณ

เมื่อโมเลกุลเป็นรูปลูกบาศก์หรือรูปทรงกลม

            หารปริมาตรรวม

                ในสารละลายกรดโอเลอิก x หยด คิดเป็น  1 cm³

                ในสารละลายกรดโอเลอิก 1 หยด คิดเป็น      cm³

                ความเข้มข้นของสารละลายกรดโอเลอิก a เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร

                ในการละลายกรดโอเลอิก 100 cm³  มีกรดโอเลอิก = a cm³

                ในสารละลายกรดโอเลอิก     cm³  มีกรดโอเลอิก =       cm³

            หาพื้นที่หน้าตัด

                เมื่อหยดกรดโอเลอิกลงบนน้ำในถาด พื้นที่หน้าตัดจะเป็นวงกลม

                สูตรของพื้นที่วงกลม

                                พื้นที่วงกลม           =

                เส้นผ่าศูนย์กลางของวงแผ่ออกได้ 2 cm³

                                พื้นที่หน้าตัด           =

                                                                =

            หาความสูงของชั้น

                                ปริมาตรรวม          = ความสูงของชั้น x พื้นที่หน้าตัด

                                                                = ความสูงของชั้น x

                                ความสูงของชั้น     =

                เมื่อโมเลกุลเป็นรูปลูกบาศก์

                ปริมาตร 1 โมเลกุล (โดยประมาณ)  =

                เมื่อโมเลกุลเป็นรูปทรงกลม

                ปริมาตรของ 1 โมเลกุล (โดยประมาณ) =

            3.5 มวลโมเลกุล

                เนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็กมากเช่นเดียวกับอะตอม ดังนั้น มวลของโมเลกุลจึงนิยมบอกเป็นค่าเปรียบเทียบ

เช่นกัน

                มวลโมเลกุลของสาร     =

                                                       =

                                                       =

            3.5.1 ลักษณะสำคัญของมวลโมเลกุล

                1. มวลโมเลกุลไม่มีหน่วย เพราะเป็นค่าเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐาน

                2. มวลของสาร 1 โมเลกุล คือมวลที่แท้จริงของโมเลกุลนั้น ๆ 1 โมเลกุล

                3. มวลโมเลกุลคำนวณได้จากมวลอะตอมรวมกัน เพราะโมเลกุลเกิดจากอะตอมรวมกัน หรือได้จากมวลของสาร

1 โมเลกุล เปรียบเทียบค่ามาตรฐาน

                4. มวลมาตรฐานที่ถูกเปรียบเทียบต้องมีค่าเท่ากันหมดในทุก ๆ โมเลกุล

            3.5.2 การคำนวณมวลโมเลกุลของสาร

                แบบที่ 1  เมื่อรู้มวลอะตอมของอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล

                                มวลโมเลกุลของสาร = มวลอะตอมของธาตุในโมเลกุลรวมกัน

ตัวอย่างที่ 3.4   จงหามวลโมเลกุลของ CaSO₄ ^. 2H₂O  กำหนดมวลอะตอมของ Ca = 40, S = 32, O = 16  และ H = 1

วิธีทำ   มวลโมเลกุลของ CaSO₄ ^. 2H₂O  = มวลอะตอมของทุกธาตุใน CaSO₄ ^. 2H₂O รวมกัน

                                                                     = 40+32+(16 x 4)+2(2)+2(16)

                                                                     = 40+32+64+4+32 = 172

                ดังนั้น มวลโมเลกุลของ CaSO₄ ^. 2H₂O = 172                                                                                   ตอบ

                แบบที่ 2 เมื่อทราบมวลของสาร 1 โมเลกุล และมวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม

ตัวอย่างที่ 3.5  จงหามวลโมเลกุลของออกไซด์ของธาตุ X เมื่อออกไซด์ของธาตุ X 10 โมเลกุล หนัก a กรัมและมวลของ

¹²C  1 อะตอม  หนัก b กรัม

วิธีทำ    ออกไซด์ของธาตุ X 1 โมเลกุล หนัก    =         กรัม

                มวลโมเลกุลของออกไซด์ของธาตุ X   =

                                                                            =

                                                                            =         

                ดังนั้น มวลโมเลกุลของออกไซด์ของธาตุ  X  =                                                                                  ตอบ

                นอกจากนี้ยังมีการหาโมเลกุลได้จากวิธีอื่น ๆ อีก เช่น หาจากโมลหรือจากกฎของอาโวกาโดร เป็นต้น

            3.6 โมล

                โมล คือ หน่วยของปริมาณสารหน่วยหนึ่งที่มีความหมายเช่นเดียวกับกรัมโมเลกุล กรัมอะตอมหรือกรัม

ไอออน มีวิธีหาได้ 4 แบบ ดังต่อไปนี้

            3.6.1 จำนวนอนุภาคต่อโมลของสาร

                สสารทุกชนิด 1 โมลมีจำนวน 6.023 x 10²³  อนุภาค (6.023 x 10²³ คือเลขอาโวกาโดร)

                อนุภาค คือ อะตอมโมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน เป็นต้น

-          ธาตุ  เช่น Na 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 10²³ โมเลกุล หรือ 6.023 x 10²³ อะตอม

                       Na⁺ 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 10²³ ไอออน

                         Cl₂ 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 10²³ โมเลกุล หรือ 2 x 6.023 x 10²³ อะตอม ( 1 โมเลกุลมี 2 อะตอม),

Cl^- 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 10²³ ไอออน

-          สารประกอบ  เช่น SO₃ 1 โมล มีจำนวน 6.023 x 10²³ โมเลกุล หรือ 4 x 6.023 x 10²³ อะตอม

(SO₃  1 โมเลกุลประกอบด้วย H 2 อะตอม S 1 อะตอม และ O 4 อะตอม รวมเป็น 7 อะตอม)

            3.6.2 จำนวนโมลกับมวลของสาร

                                                                โมล =

                                                                โมล =

                                                                1     =

                มวลโมเลกุลหรือมวลอะตอม = มวล(กรัม)

                ดังนั้น มวลหรือน้ำหนักของสาร 1 โมล คือมวลโมเลกุลหรือมวลอะตอม ตัวอย่างเช่น O₂  1 โมล หนัก 32 กรัม

จงหามวลโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน เมื่อกำหนดให้มวลอะตอมของ O = 16

                                                                โมล =

                                                                  1   =

                ดังนั้น มวลโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน = 32

                จะเห็นว่ามวลโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนมีค่าเท่ากับน้ำหนักของก๊าซออกซิเจน

            3.6.3 ปริมาตรต่อโมลของก๊าซ

                ก๊าซทุกชนิด 1 โมล มี  22.4 ลูกบาศก์เซนติเมตรที่ STP คือที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (ที่ 0 องศาเซลเซียส

1 บรรยากาศ หรือ 273 เคลวิน 760 มิลลิเมตรของปรอท)

                ตัวอย่างเช่นไอน้ำ 1 โมล มีปริมาตร 22.4 ลูกบาศก์เดซิเมตร ที่ STP

            3.6.4 ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมล อนุภาค มวล และปริมาตร

                สาร 1 โมลจะมีมวลเป็นกรัมเท่ากับมวลอะตอมและมีจำนวนอนุภาคเท่ากับ 6.023 x 10²³ อนุภาค และถ้าสารนั้น

เป็นก๊าซที่ STP จะมีปริมาตรเท่ากับ 22.4 ลูกบาศก์เดซิเมตร

                ตัวอย่างเช่น ไอน้ำ 18 กรัมมีปริมาตร 22.4 ลูกบาศก์เซนติเมตร ที่ STP มีจำนวนอนุภาคเท่ากับ 6.023 x 10²³

อนุภาค

ตัวอย่างที่ 3.6 จงหาปริมาตรที่ STP ของก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) 7.3 กรัม

                                โมล =

                                       =

                ก๊าซ HCl 1 โมล มีปริมาตร 22.4 dm³ ที่ STP

                ก๊าซ HCl 0.2 โมล มีปริมาตร 22.4 x 0.2 = 4.48 dm³ ที่ STP

                ดังนั้น ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ 7.3 g มีปริมาตร 4.48 dm³ ที่ STP

            3.6.5 กฎของอาโวกาโดร

                โมลของก๊าซหาได้จากกฎของอาโวกาโดร กฎของอาโวกาโดรสรุปว่า “ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน (อุณหภูมิและความดัน)

ก๊าซทุกชนิดที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลและจำนวนโมลเท่ากัน เช่น ก๊าซออกซิเจน 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร จะมีจำนวน

โมลและโมเลกุลเท่ากับก๊าซไฮโดรเจน 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน และยังเท่ากับจำนวนโมลและโมเลกุลชองก๊าซอื่น ๆ ที่มีปริมาตรเท่ากันภายใต้อุณหภูมิและความดันเดียวกัน

ตัวอย่างที่ 3.7 ที่สภาวะมาตรฐาน ก๊าซออกซิเจน 1 ลูกบาศก์เดซิเมตร หนัก 1.43 กรัม และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ 1

ลูกบาศก์เดซิเมตร หนัก 1.25 กรัม จงหามวลโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์

วิธีทำ   จากกฎของอาโวกาโดร ก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์มีปริมาตรเท่ากันที่สภาวะมาตรฐานเหมือนกัน

              มีจำนวนโมลและโมเลกุลเท่ากัน

                    จำนวนโมลของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ = จำนวนโมลของก๊าซออกซิเจน

                                                                                       =

                                                                                       =

                                                                                       =

                ดังนั้น มวลโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ = 28                                                                     ตอบ

            3.7 สูตรเคมีและสมการเคมี

            จำนวนโมลหาได้จากกฎของเกย์-ลูสแซกและกฎของอาโวกาโดร การหาจำนวนโมลโดยวิธีนี้เป็นการหาจำนวนโมล

ของสมการเคมี

                กฎของเกย์-ลูสแซกสรุปว่า “ปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยากันและที่ได้จากปฏิกิริยาจะเป็นอัตราส่วนลงตัวน้อย ๆ

ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน”

                ตัวอย่างเช่น ก๊าซไนโตรเจน (N₂) 10  ลูกบาศก์เดซิเมตร ทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซไฮโดรเจน (H₂) 30

ลูกบาศก์เดซิเมตรจะเกิดก๊าซแอมโมเนีย (NH₃) 20  ลูกบาศก์เดซิเมตร

                               

                            10         30         20         dm³       กฎของเกย์-ลูสแซก

                          1         3         2         dm³       (ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน)

                จากกฎของอาโวกาโดร : ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน

                ถ้า  N₂(g)  1  dm³  คิดเป็น 1 โมลหรือ 1 โมเลกุล

                      H₂(g)  1 dm³   คิดเป็น 1 โมลหรือ 1 โมเลกุล

                      H₂(g)  3 dm³   คิดเป็น 3 โมลหรือ 3 โมเลกุล

                      NH₃    1 dm³   คิดเป็น 1 โมลหรือ 1 โมเลกุล

                      NH₃(g)  2 dm³   คิดเป็น 2 โมลหรือ 2 โมเลกุล

                               

1           3         2         โมล (โมเลกุล) กฎของอาโวกาโดร

                                                            (ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน)

                จากกฎของเกย์-ลูกแซกและกฎของอาโวกาโดร สรุปได้ว่า อัตราส่วนอย่างต่ำ (โดยปริมาตร) ของก๊าซที่เข้าทำ

ปฏิกิริยากันและที่ได้จากปฏิกิริยาจะเท่ากับจำนวนโมลหรือจำนวนโมเลกุลของก๊าซนั้น

ลักษณะสำคัญของกฎของเกย์-ลูสแซกและกฎของอาโวกาโดร

1. จำนวนโมลและโมเลกุลของสมการเคมีจะมีค่าเท่ากับปริมาตรของก๊าซที่เข้าทำปฏิกิริยาพอดีกันนั่นเอง

2. จำนวนโมลเหล่านี้คือตัวเลขที่ใช้ในการดุลสมการเคมี

เช่น          4NH₃(g) +3O₂(g)             2N₂(g)+6H₂O(g)

3. จากปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาพอดีกันและที่ได้จากปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน สามารถนำ

ไปใช้หาสูตรโมเลกุลของก๊าซได้ โดยอาศัยหลักการดุลสมการเคมี

ตัวอย่างที่ 3.8 ก๊าซ X 15 ลูกบาศก์เซนติเมตร ทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซ Y 45 ลูกบาศก์เซนติเมตร เกิดก๊าซ Z เพียงอย่างเดียว

30 ลูกบาศก์เซนติเมตร ปริมาตรของก๊าซทั้งหมดวัดที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน  จงหาสูตรโมเลกุลของก๊าซ  Z

วิธีทำ   เมื่อก๊าซ X และ Y ทำปฏิกิริยากันได้ก๊าซ Z เพียงอย่างเดียว ดังนั้น ก๊าซ  Z จะต้องมีธาตุ X และ Y เป็นองค์ประกอบ

            ดังสมการ

                                                                X₂(g) + Y₂(g)           X_aY_b(Z)

                                                                15         45                     30         cm³           (จากกฎเกย์-ลูสแซก)

                                                 1         3                     2          cm³            (ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน)

                                                 1         3                    2          mol       (จากกฎอาโวกาโดร ที่อุณหภูมิและ

                                                                                                                                    ความดันเดียวกัน)

                                                                1X₂(g) + 3Y₂(g)            2 X_aY_b

                เมื่อดุลสมการเคมี จำนวนอะตอมทั้ง 2 ข้างต้องเท่ากัน a = 1, b = 3

                ดังนั้น สูตรของ Z คือ XY₃                                                                                                                     ตอบ

                4. จากสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีของก๊าซที่ดุลแล้ว อัตราส่วนจำนวนโมลหรือจำนวนโมเลกุลจะเท่ากับอัตราส่วน

โดยปริมาตรของก๊าซที่เข้าทำปฏิกิริยากันและที่ได้จากปฏิกิริยา สามารถนำไปใช้หาปริมาตรของก๊าซต่าง ๆ ในปฏิกิริยาเคมี

นั้น  ๆ ได้

ตัวอย่างที่ 3.9 ก๊าซผสมระหว่างก๊าซมีเทน (CH₄) กับก๊าซโพรเพน (C₃H₈) อย่างละ 15 ลูกบาศก์เซนติเมตร จะต้องใช้ก๊าซ

 ออกซิเจนกี่ลูกบาศก์เซนติเมตรจึงจะทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซผสมนี้ กำหนดสมการเคมีของปฏิกิริยาเคมีดังนี้

                                                                CH₄(g) + O₂(g)            H₂O(g) + CO₂(g)                          …………..(1)

                                                                C₃H₈(g) + O₂(g)            H₂O(g) + CO₂(g)                         …………..(2)

วิธีทำ   จากสมการ (1) ดุลสมการได้ดังนี้

                                                CH₄(g) + 2O₂(g)            2H₂O( ) + CO₂(g)      

                                                1          2                      2          1          mol   กฎอาโวกาโดร

                                    1          2                      2          1          mol   และกฎเกย์-ลูสแซก

                CH₄    1   cm³ ทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซออกซิเจน = 2 cm³

                CH₄   15  cm³ ทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซออกซิเจน = 15 x 2 = 30 cm³

จาก (2) ;

                                                C₃H₈(g) + 5O₂(g)            4H₂O(g) + 3CO₂(g)

                                                1              5                              4              3              mol

                                                1              5                              4              3              cm³

C₃H₈   1 cm³ ทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซออกซิเจน = 5 cm³

C₃H₈   15  cm³  ทำปฏิกิริยาพอดีกับก๊าซออกซิเจน = 15 x 5 = 75  cm³

      ต้องใช้ก๊าซออกซิเจนทั้งหมด = 30 = 75 = 105 cm³                                                                    ตอบ