ความแตกต่างที่สำคัญ – แก๊ส vs ไอระเหย
ก๊าซเป็นหนึ่งในสี่ขั้นตอนพื้นฐานของสสารทั้งหมดพร้อมกับเฟสของแข็ง เฟสของเหลวและพลาสมา ก๊าซสามารถแยกความแตกต่างจากเฟสของแข็งและของเหลวได้อย่างชัดเจน เนื่องจากอะตอมมีการเคลื่อนที่อย่างอิสระและกระจายไปทั่วภาชนะไม่เหมือนกับของแข็งหรือของเหลว ก๊าซและไอระเหยดูเหมือนคล้ายกันเนื่องจากความโปร่งใส แต่เป็นขั้นตอนที่แตกต่างกันสองขั้นตอนที่สามารถมีอยู่ได้ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างก๊าซกับไอคือก๊าซมีอยู่ในสถานะทางกายภาพเดียวเท่านั้นในขณะที่ไอสามารถอยู่ร่วมกับสถานะทางกายภาพอื่นได้
แก๊สคืออะไร
ก๊าซในธรรมชาติสามารถสร้างได้จากธาตุเดี่ยวหรืออะตอมรวมกันอย่างไรก็ตามมันเป็นโมเลกุลที่เล็กมาก ตัวอย่างเช่น หากพิจารณากลุ่มของฮาโลเจนในตารางธาตุ ฟลูออรีนและคลอรีนมีอยู่ในรูปของก๊าซ ในขณะที่โบรมีนมีอยู่ในรูปของเหลว และไอโอดีนในรูปของของแข็ง เนื่องจากขนาดของอะตอมเพิ่มขึ้นตามกลุ่มของฮาโลเจนและโมเลกุลขนาดใหญ่ไม่สามารถรับสถานะการเคลื่อนที่แบบอิสระได้เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล
แก๊สคือสารที่มีอยู่ในสถานะเดียวคือเฟสก๊าซ สิ่งนี้เรียกว่าสถานะทางอุณหพลศาสตร์ สถานะทางอุณหพลศาสตร์คือสภาวะของระบบที่อธิบายตามพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ เช่น อุณหภูมิ ความดัน ฯลฯ แก๊สไม่ต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงเฟส ซึ่งหมายความว่ามีอยู่ในรูปของก๊าซเท่านั้นและจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟส เว้นแต่จะได้รับเงื่อนไขพิเศษ. จึงเรียกว่าสารโมโนฟาซิก
แผนภาพต่อไปนี้แสดงตำแหน่งสัมพัทธ์ของเฟสก๊าซและเฟสไอ ในที่นี้เฟสไอจะอยู่ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดวิกฤต เฟสก๊าซอยู่เหนือจุดวิกฤต
รูปที่ 01: ตำแหน่งสัมพัทธ์ของเฟสก๊าซและเฟสไอ
ไอคืออะไร
ไอสามารถกำหนดได้ว่าเป็นสารที่อยู่ในเฟสก๊าซและสามารถอยู่ร่วมกับเฟสของเหลวได้ คำจำกัดความนี้ดูสับสนเล็กน้อย แต่สิ่งที่เกิดขึ้นคือไอระเหยนั้นอยู่ในสภาวะสมดุลกับของเหลว ของเหลวนี้มีโมเลกุลเดียวกันกับไอ ไอเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนเฟสและสามารถเปลี่ยนเฟสได้อีกครั้ง ดังนั้นจึงถูกตั้งชื่อว่าเป็นสารหลายเฟส ไอไม่ได้เป็นสถานะของสสารเหมือนก๊าซ การเปลี่ยนแปลงของก๊าซเป็นของเหลวเกิดขึ้นจากการควบแน่นตามด้วยการก่อตัวของหยดของเหลวและการเติบโตของมัน การคงอยู่ร่วมกันของไอกับเฟสของเหลวนั้นเป็นไปได้เพราะอุณหภูมิเฉลี่ยต่ำกว่าจุดวิกฤต จุดวิกฤตคืออุณหภูมิและความดันที่ไม่สามารถแยกแยะก๊าซและของเหลวได้มีเพียงก๊าซเท่านั้นที่สามารถอยู่เหนือจุดวิกฤต ก๊าซจึงไม่สามารถอยู่ร่วมกับของเหลวได้ ตัวอย่างเช่น ไอน้ำคือไอน้ำที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่อุณหภูมิห้องจะเป็นของเหลว
ตัวอย่างที่ดีของสมดุลไอ-ของเหลวในสภาวะปกติคือสมดุลระหว่างเอทานอลกับไอของมัน แผนภาพต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าทั้งสองเฟสมีความเกี่ยวข้องกันอย่างไร
รูปที่ 02: ส่วนผสมสมดุลไอ-ของเหลวของเอทานอลและน้ำ
แก๊สกับไอต่างกันอย่างไร
แก๊สเทียบกับไอ |
|
| ก๊าซมีได้ในเฟสเดียวของเทอร์โมไดนามิก | ไอสามารถอยู่ร่วมกับเฟสของเหลวได้ |
| สภาพร่างกาย | |
| แก๊สเป็นสภาวะพื้นฐานของสสาร | ไอเป็นสถานะชั่วคราวของการเปลี่ยนแปลงของของเหลวหรือของแข็ง |
| ธรรมชาติ | |
| ก๊าซทั้งหมดไม่ใช่ไอระเหย | ไอระเหยทั้งหมดเป็นก๊าซ |
| คุณสมบัติ | |
| มองไม่เห็นก๊าซ | ไออาจจะมองเห็นได้ (เช่น เห็นไอน้ำเป็นเมฆ) |
| เปลี่ยนเฟส | |
| แก๊สไม่เปลี่ยนเฟส | ไอประสบการณ์เปลี่ยนเฟส |
| กำเนิด | |
| ก๊าซธรรมชาติมักเป็นก๊าซ | ไอเป็นก๊าซชนิดหนึ่งที่เกิดจากของเหลวหรือของแข็ง |
| รูปแบบ | |
| แก๊สไม่ก่อตัว | ไอเกิดขึ้นจากการต้มหรือระเหย |
| จุดวิกฤต | |
| อุณหภูมิของก๊าซอยู่เหนือจุดวิกฤต | อุณหภูมิของไอนั้นต่ำกว่าจุดวิกฤตแต่เหนือจุดเดือดของของเหลวหรือของแข็งนั้น |
| ปักหลัก | |
| ก๊าซไม่ตกลงบนพื้น | ไอระเหยตกลงบนพื้น |
สรุป – แก๊ส vs ไอระเหย
แก๊สอยู่เหนือจุดวิกฤต ส่วนไออยู่ต่ำกว่าจุดวิกฤตไม่มีเฟสของเหลวอยู่เหนือจุดวิกฤต ไอยังมีอยู่ด้านล่างจุดวิกฤต ดังนั้น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแก๊สกับไอก็คือ ก๊าซมีอยู่ในสถานะทางกายภาพเดียวเท่านั้น ในขณะที่ไอสามารถอยู่ร่วมกับสถานะทางกายภาพอื่นได้