الغاز المتالي

[حسن يبدة]

المادة في الحالة الغازية تكون على ما يلي :


أ‌- عنصراً منفرداً مثل معظم اللا فلزات كالنيتروجين والأكسجين والهيدروجين وبعض الهالوجينات مثل

ب‌- الكلور والفلور وكبعض الغازات النبيلة مثل الهيليوم ..

ب – مركباً من عنصرين أو أكثر مثل معظم مركبات اللا فلزات مع بعضها كثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد

أو ثالث أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين وغيرها بالإضافة إلى بعض المركبات الهيدروكربونية الغازية

مثل غاز الميثان والإيثان ...


"*" ~ "*"... خـــواص الغــــازات ... "*" ~ "*"


تتصف جزيئات العناصر الغازية والمركبات الغازية بالصفات التالية :-

1 – تتحرك جزيئات العناصر والمركبات الغازية حركة عشوائية ، وتصطدم مع بعضها ، وقد تتبادل الطاقة فيها

بينها ..



- تتواجد في مسافات كبيرة من بعضها البعض ..


– طاقتها الحركية كبيرة وكثافتها قليلة والتي تتناسب تناسب طردي مع ازدياد درجات الحرارة ..

4 – عامل انضغاطها كبير بالمقارنة بالحالتين السائلة والصلبة ..

وهذه الخاصية لها فوائد عديدة ومنها عند استعمال إطارات العربات التي تنتفخ بضغط الهواء من داخلها .. ويكون الهواء خليطاً

من غازات تسلك فيزيائيًا بنفس طريقة الأكسجين النقي أو النيتروجين النقي أو أي مادة غازية أخرى .. ويمكن

لحجم هواء مقداره مرتين أو ثلاثة مرات من حجم الإطار أن يدفع إلى داخله تحت ضغط .. وإذا ثقب الإطار فإن

الهواء الفائض سيدفع للخارج ويميز هذا السلوك جميع الغازات ..

5 – تتمتع بصفة التميع عند ارتفاع الضغط إلى مستويات عالية جداً وإن كان متفاوتاً تبعاً لنوع العنصر أو المركب الغازي ..



ويمكن تقسيم العناصر الغازية والمركبات الغازية على أساس قوى التجاذب بين الجزيئات والحجم الذي يشغله الغاز إلى نوعين :
أ- الغازات المثالية ولها قوانين خاصة بها ..

ب - الغازات الحقيقية والتي لا تنطبق عليها قوانين الغازات المثالية ..

سلوك الغاز الحقيقي قد يقترب من سلوك الغاز المثالي عندما ينخفض الضغط إلى مقدار صغير جداً أو عندما

ترتفع درجة الحرارة بمقدار كبير أو بكليهما معاً ..

وبالتالي يمكن دراسة سلوك أي غاز ووصفه عن طريق ثلاث متغيرات وهي الحجم ، درجة الحرارة ، الضغط ..

1 - الحجم ..

حجم أي مادة هو عبارة عن الحيز الذي تشغله تلك المادة ... فبالنسبة للغازات يكون حجم الغاز هو نفسه مثل

حجم الوعاء الموجود فيه ..


2- درجة الحرارة ..



التدريج العالمي لقياس درجة الحرارة هو تدريج مطلق بمعنى أنه يبدأ من الصفر المطلق ..

أن الصفر المطلق هو أدنى مدى لدرجة الحرارة ويُسمى هذا التدريج بتدريج كالفن وتستعمل تدريجات أخرى

لدرجات الحرارة مثل التدريج السيليزيوس أو السنتيجرادي وكذلك التدريج الفهرنهيتي ..

هذه الصورة مصغره ... نقره على هذا الشريط لعرض الصوره بالمقاس الحقيقي ... المقاس الحقيقي 600x220 والحجم 10 كيلوبايت .

3- الضغط ..

يتغير الضغط الجوي تبعًا للارتفاع عن مستوى سطح البحر .. ويُعرّف الضغط الجوي القياسي بأنه الضغط الذي

يحمل عموداً من زئبق ارتفاعه 760 ملم عند صفر درجة مئوية عند مستوى سطح البحر ..



:: كيفية قياس ضغط الغاز ::

يمكن استخدام جهاز المانومتر لقياس ضغوط الغازات شرط أن لا يتعدى واحداً من الضغط الجوي ..



.. جهاز المانومتر ..


يتكون المانومتر من أنبوب على شكل حرف U يتصل أحد طرفيه بالإناء المراد قياس ضغط الغاز به بينما يتصل

الطرف الأخر بالجو .. ويوضع زئبق داخل الأنبوب لكي يملأ نصف ارتفاع كل من الطرفين ويقاس ضغط الغاز

داخل الإناء بالفرق بين ارتفاع الزئبق في طرفي الأنبوب مضافاً إليه الضغط الجوي ..

واستعمال المانومتر يكون للضغوط الصغيرة نسبيًا أما في الضغوط العالية فيمكن قياسها بصفيحة رقيقة من معدن

يتمدد تحت ضغط الغاز وهذا التمدد يحرك مؤشر يتحرك على لوحة ذات تدريج تمت معايرته لقياس الضغوط العالية .

هذه الصورة مصغره ... نقره على هذا الشريط لعرض الصوره بالمقاس الحقيقي ... المقاس الحقيقي 600x400 والحجم 28 كيلوبايت .
.. يتبـــــــــــــــــــــع ..

[حسن يبدة]

"*"~"*"...قـــوانين الغـــازات..."*"~"*"



!!*!!...قـــــــانونبـــويل(Boyle’sLaw)...!!*!!






إن اكتشاف ضغط الجو الذي يمكن قياسه بمصطلحات ارتفاع عمود من سائل أدى مباشرة للدراسة الدقيقة

للتغيرات في حجم عينة من غاز نتيجة لتغيرات في الضغط .. فعند درجة حرارة ثابتة كلما زاد الضغط على عينة

من غاز كلما قل الحجم .. ولأن كل الغازات تتبع هذا الطريق سُمي هذا السلوك بقانون الطبيعة ..

وقد عُرض أولاً في عام 1660 م بواسطة روبرت بويل Robert Boyle



وقد عُرف بقانون بويل " Boyle’s Law "

ينص قانون بويل على :

أن حجم كمية معينة من غاز يتناسب عكسيًا مع الضغط ، إذا بقيت درجة الحرارة ثابتة ..





!!*!!...قانونشارل(CharlesLaw)...!!*!!


إذا وضعنا كمية من غاز في إناء وجعلنا ضغط الغاز ثابتاً فإننا نجد أن حجم الغاز يتغير بتغير درجة حرارته ..

قانون شارل " Charles Law "

عند ضغط ثابت فإن الحجم المشغول بواسطة كتلة ثابتة من غاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة ..





::علاقةالضغط بدرجةالحرارة::

!!*!!...قانونجايلوساك...!!*!!


عند ثبات كمية من غاز فإن ضغطه يتناسب طردياً مع درجة حرارته المطلقة ..


ونلمس هذه العلاقة في الحياة اليومية فإطار السيارة يزداد ضغط الهواء فيه بعد رحلة طويلة وفي يوم حار لأن

حركة الإطار من شأنها أن تزيد من حرارة الهواء داخله وهذا يزيد من ضغطه ...

إن العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة عند حجم ثابت لم ترجع بطريقة شائعة لأسم مكتشفها لأنها عرفت

تدريجيًا بعدة مكتشفين .. وقد اكتشف هذه العلاقة كثير من العلماء من أهمهم جاي لوساك " Gay Lussac "

وجويلوم امونتون " Guilaume Amonton " اللذان صمما مقياس الحرارة الغازي على هذا الأساس عام

1703 م .. لذلك فإن ضغط كتلة معينة من غاز تتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة إذا لم يتغير الحجم ..

!!*!!...فرضأفوجادرو...!!*!!


في عام 1811 م وضع أميدو أفوجادرو " Amedeo Avogadro " قانونًا جديداً للغازات وينص على أن :


الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة عند نفس درجة الحرارة والضغط تحتوي على نفس العدد من الجزيئات







علينا أن نعرّف عدد أفوجادور ... وما هو المول ..

عدد أفوجــادو = 6,02×10 أس 23


المول ...

هو كمية عدد أفوجادور من الوحدات سواءً كانت ذرات أيونات ...إلخ ..

ويمكن التعبير عن المول .. أو عدد أفوجادرو ..

بعدة صور حتى يرسخ في أذهان الطلاّب ضخامة هذا العدد .. وحتى يتخيلوا ماذا تعني كلمة مول ..

عندما نقول مول من الأقلام أو مول من الريالات .. أو مول من الكولا ..إلخ ..فالمول عدد كبير جداً ..

فإذا تم توزيع مول من الريالات على عدد سكان العالم ( 6×10 أس 9إنسان) ، فإن نصيب كل فرد منهم يبلغ تقريباً 20 ألف بليون ريال تقريباً ..


وإذافرشنا ملعب كرة قدم بمول من بلورات السكر فإن ارتفاع السكر سيصل إلى 118 كلم ...


إذا قمنا برص مول واحد من شراب الكولا على سطح الكرة الأرضية فسيصل ارتفاعه إلى 200 ميل من الأرض تقريباً ..


إذا فرشنا مول واحد من حبات الذرة " البُشار "ونثرناها على الولايات المتحدة الأمريكية ستغطي كل الولايات
بارتفاع 9 أميال ..




... الظروف القياسية ...


إن دراسة الغازات تستلزم فرض لظروف قياسية معينة وهي درجة حرارة الصفر " صفر س " " 273 كالفن

" وضغط جوي واحد " 760 ملمتر زئبق " ويطلق على هذه الظروف القياسية لدرجة الحرارة والضغط STP

وتقاس كمية الغاز بعدد المولات " n " وفي درجة الحرارة ضغط ثابتين يمكن التعبير عن فرض أفوجادرو

بالعلاقة التالية ..

وتحت ظروف قياسية فإن حجم جزيء جرامي من أي غاز هو 4‚22 لتر ..


!!*!!...القانون العام للغازات...!!*!!


من خلال الجمع بين قانوني بويل وشارل ومبدأ أفوجادرو تعطى لنا علاقة عامة بين الحجم والضغط ودرجة

الحرارة وعدد مولات عينة من غاز وتعرف هذه المعادلة بمعادلة الحالة " معادلة الحالة الغازية " المعادلة المثالية " ..

فيمكن وصف الحالة الغازية بأربعة معطيات وهي كمية الغاز m وحجمه V ودرجة حرارته T وضغطه P

ونعبر عن كمية الغاز بدقة وذلك باستخدام عدد المولات " n " بدلاً من m ..

وبالتالي تعتمد المعطيات الأربعة على بعضها البعض أي أن تغير أي منها يؤثر في الثلاثة الأخرى .. فمثلاً نجد

أن حجم الغاز يتناسب طرديًا مع عدد المولات ومع درجة الحرارة كما أنه يتناسب عكسيًا مع ضغط الغاز ...

ويطلق على هذه المعادلة بالمعادلة المثالية أو العامة للغازات ..



مسائل قانون الغازات وطريقة حلها :-

كما علمنا مما سبق تتميز الحالة الغازية بأنها من الممكن وصفها بدقة إذا علمنا أربع حقائق أو معطيات وهي

كمية الغاز ( الكتلة أو عدد المولات ) وحجمها وضغطها وأخيراً درجة حرارتها ..

وفي جميع المسائل الخاصة بالغازات يحدث تغير بين حالة الغاز الأصلية والحالة النهائية وفي كلتا الحالتين تبقى

بعض المعطيات الخاصة بالغاز ثابتة بينما يتغير الباقي ..

علاقات المول في التفاعلات الغازية وحساباتها ..

إذا اشترك غاز في تفاعل ما وأردنا حساب الكميات المتفاعلة وجدنا أنه يعتمد على أساسين :


الأول : يعتمد على علاقات حجوم الغازات بأوزان المواد المتفاعلة معها ..

الثاني : يعتمد على حساب حجوم الغازات من حجوم غازات متفاعلة معها ...


::الحسابات الحجمية للغازات المتفاعلة::

.. قانون جاي لوساك للحجوم المتحدة ..


قام جاي لوساك في عام 1805 م بدراسة تفاعلات الغازات وأثبت من هذه الدراسة أنه عندما تساهم غازات في

تفاعلات كيميائية ، فإن حجوم الغازات المتفاعلة وتلك الناتجة عن التفاعل " إذا كانت غازية " تكون فيما بينها

بنسبة عددية بسيطة ، شريطة أن تجري كافة القياسات في ظروف درجة الحرارة والضغط نفسها ..



وأطلق على

هذا القانون اسم قانون جاي لوساك للحجوم المتحدة



.. ولقد ساعد ذلك القانون أفوجادرو في عام 1811م على وضع فرضيته ..




!!*!!...قانون دالتون للضغوط الجزئية...!!*!!



لنفرض أن عينة من الغاز التي ندرسها ليست غازاً نقيًا ، وإنما مخلوطًا من غازات مختلفة كما هو الحال في الجو

مثلاً ، أو في تفاعل كيميائي تشترك فيه غازات مختلفة بعضها من المواد المتفاعلة وبعضها من نواتج التفاعل ..

فكيف نجري حساباتنا عن الضغط مثلاً ..؟؟؟

ذلك من خلال قانون دالتون للضغوط الجزئية ...

وينص على أن :

الضغط الكلي لمزيج غازي يساوي مجموع الضغوط الجزئية المستقلة التي يحدثها كل غاز وحسب العلاقة التالية ..


ففي عام 1803 م درس جون دالتون ضغط خليط من الغازات التي لا تتفاعل كيميائيًا فيما بينها ...وقد وجد من

دراسته لأن الضغط الكلي في خليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزيئية لكل غاز...


!!*!!...قانون جراهام لنفاذ الغازات وانتشارها...!!*!!


اكتشف توماس جراهام في عام 1930 م قانون جديد يربط بين كثافة الغاز ونفاذه .. وقال جراهام ..

هذه الصورة مصغره ... نقره على هذا الشريط لعرض الصوره بالمقاس الحقيقي ... المقاس الحقيقي 600x400 والحجم 34 كيلوبايت .

تتناسب سرعة نفاذ غازين تناسباً عكسيًا والجذر التربيعي لكثافة كل منهما ويعبر عن هذا القانون كما يلي :



"*"~"*"...الانحراف عن قوانين الغازات..."*"~"*"

الغازات الحقيقية والمثالية ...

لوحظ عند تطبيق قوانين الغازات أن عدداً قليلاً فقط منها تنطبق عليه القوانين فهناك عدد محدود من الغازات

يطلق عليه الغازات المثالية مثل الهيدروجين والهيليوم اللذين تنطبق عليهما قوانين الغازات دون انحراف ..

الغازات المثالية ..

وهي أن جزيئاتها لا تنجذب إلى بعضها البعض كما يفترض عدم شغلها لأي جزء من الإناء المحتوي على الغاز
..

الغازات الحقيقية ...

أما القسم الغالب من الغازات فإنها تنحرف عن قوانين الغازات بدرجات متفاوتة لأن جزيئاتها تنجذب إلى بعضها

البعض وأن حجمها يحتل جزءاً من الإناء المحتوي على الغاز " وتُسمى بالغازات الحقيقية "...


وقد لوحظ أنه كلما ازداد الضغط وانخفضت درجة الحرارة فإن مدى انحراف الغاز عن قوانين الغازات يزداد

لسببين :


1 – كلما ازداد الضغط اقتربت جزيئات الغاز من بعضها بعضاً وبذلك تتزايد قوى التجاذب بينها .. ونظراً إلى

صغر الحجم الكلي عند الضغوط العالية فإن جزيئات الغاز تحتل نسبة أكبر من الفراغ حولها ..

2- كلما انخفضت درجة الحرارة قلت طاقة الجزيئات الحركية وكبرت قوى التجاذب بينها ...

ويعتمد مدى انحراف الغاز عن قوانين الغازات على طبيعة الغاز فنجد أن غازات الهيدروجين والهيليوم

والنيتروجين والأكسجين لها انحراف قليل نظراً إلى ضعف قوى التجاذب بين جزيئاتها عند الضغط العالي

ودرجة الحرارة العادية .. ولكن غازات مثل الكلور والنشادر تجذب بعضها البعض بدرجة كبيرة وبذلك يكون

انحرافها كبيراً ..


"*"~"*"...نظرية الحركة لجزيئية للغازات..."*"~"*"

جزيئات المادة في حركة والحرارة عبارة عن إظهار لهذه الحركة ..

افتراضات نظرية الحركة:-


1 – تتكون الغازات من جزيئات صغيرة وبعيدة عن بعضها لدرجة أن الحجم الفعلي للجزيئات يكون مهملاً عند

مقارنته بالحيز الموجود بينها ..

2- لا يوجد في الغاز التام قوى تجاذب بين الجزيئات حيث تكون الجزيئات مستقلة تمامًا كل عن الأخرى ..



– جزيئات الغاز في حركة سريعة عشوائية وفي خطوط مستقيمة وهي تتصادم مع بعضها البعض وكذلك مع

جدران الإناء الذي يحتويها وفي كل تصادم لا يحدث فقد لطاقة الحركة ..

هذه الصورة مصغره ... نقره على هذا الشريط لعرض الصوره بالمقاس الحقيقي ... المقاس الحقيقي 600x400 والحجم 53 كيلوبايت .

– متوسط كل من طاقة الحركة وسرعة الجزيئات يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة ..

5- عند درجة حرارة معينة وعندما تكون جزيئات الغازات لها نفس متوسط طاقة الحركة فإن الزيادة في الكتلة

يتبعها نقص في متوسط السرعة ..

:: أهم المصــادر والمــراجع ::


https://web.fccj.org/~ethall/gaslaw/gaslaw.htm


أساسيات الكيمياء " للدكتور/ عماد ذياب "

الكيمياء العامة " تشارلز كينان ، دونالد كلينفلتر ، جيسي وود"

منقووووووول

[الصابرينال]

غاية في الروعة بارك الله فيك و جزاك خيرا
مشكور جدا جدا جدا جدا..... ننتظر المزيد

[fifi.bf]

شـكـــرا بــارك الله فيـــــــك

[sisito]

بارك الله فيك اخي و جزاك خيرا