الحالة الغازية

الحالة الغازية

قوانين الغازات :
عند دراسة العلماء لخواص وسلوك الغازات تجريبياً توصلوا إلى مجموعةٍ من القوانين التي تحكمها ، وسندرسها تباعاً في ما يلي .
القانون الأول :
ماذا يحدث لضغط كمية محددة من الغاز عندما يتغير حجمها مع بقاء درجةالحرارة ثابتة؟
ستتعرف على إجابة هذا السؤال من دراسة هذه الفقرة .
أ. ادرس الجدول التالي الذي يمثل مجموعة من نتائج الاختبارات التي أجراها دارس على غاز الهيليوم، ثم اجب عن الأسئلة التي تليه.
ب. ملاحظة: الاختبارات جرت تحت درجة حرارة ثابتة.

6 5 4 3 2 1
25 ؟ 16 20 5 10 الحجم (لتر)
؟ 1 2.5 2 8 4 الضغط (جوي)


1. ماذا يحدث للحجم إذا زاد الضغط ؟ 2. ماذا يحدث للحجم إذا نقص الضغط؟
3. ماذا يحدث للضغط إذا نقص الحجم؟ 4. ما مقدار الحجم في العمود( 5)؟
5. ما مقدار الضغط في العمود ( 6)؟ 6. ما الذي ساعدك على معرفة مقدار الحجم (عمود 5) والضغط (عمود 6)؟
7. أعط دليلاً يؤكد صحة إجابتك لكل حالة من الحالتين السابقتين (أي الحجم والضغط في السؤال السابق) .
8. لقد درس العلماء غازات أخرى كثيرة لإيجاد علاقة ما بين حجم الغاز وضغطه تحت نفس درجة الحرارة، ووجد أن ما انطبق على الهيليوم انطبق عليها، وكان العالم الإنجليزي بويل أحد من قاموا بذلك ووضع القانون المعروف باسمه "يتناسب حجم كمية من الغاز المحصور تناسباً عكسياً مع ضغطه عند بقاء درجة الحرارة ثابتة".
9. من الجدول احسب في الأعمدة من 1 ـ 6 مقدار: الحجم × الضغط إنه=..........
10. ونحن نعبر عن قانون بويل رياضياً بعدة أشكال منها:
حجم الغاز المحصور × ضغطه = مقداراً ثابتاً .
اقترح واكتب شكلين آخرين يعبران عن قانون بويل رياضياً.
11. حجم كمية من الغاز 30 لتراً وضغطها 4 جوي، كم يصبح حجمها إذا اصبح ضغطها 10 جوي وبقيت درجة الحرارة ثابتة؟
12. . كمية من الغاز موضوعة في وعاء حجمه 500سم3 وضغطها 3 جوي، إذا نقل نـصف الكمية إلى وعاء آخر حجمه 50 سم3 ، فما ضغط الغاز في الوعاء الجديد علماً بأن درجة حرارته لم تتغير.

قوانين الغازات :
القانون الثاني :
ما العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته تحت ضغط ثابت؟

ادرس النشاط التالي واجب عما يطلب منك لتصل إلى العلاقة المطلوبة.
متطلب مسبق: أنظمة قياس درجة الحرارة المستخدمة دولياً.
أ‌. كم درجة تجمد الماء في النظام المئوي أو نظام سلسيوس( Celsius Scale) ؟
ب-. مادرجة غليان الماء في نفس النظام السابق؟
ج. ما درجة تجمد الماء في النظام المطلق والذي نسميه أيضا نظام كلفن ( Kelvin Scale ).
د. ما درجة غليان الماء في نظام كلفن؟
هـ. في الوعاءين نفس كمية الغاز (أي نفس عدد المولات ) .


ما الكمية الأخرى (غير الحجم ) التي يختلف فيها الغاز في الوعاء ع عنه في الوعاء ك؟

قوانين الغازات :
القانون الثاني :
و. ادرس الجدول التالي الذي يربط بين حجم كمية من غاز الهيدروجين ودرجة حرارته المطلقة. تفحص أرقام الجدول واجب عن الأسئلة التي تليه (ضغط الغاز ثابت أثناء الدراسة).
6 5 4 3 2 1
؟ 300 220 750 400 500 درجة الحرارة المطلقة
6.5 ؟ 2.2 7.5 4 5 حجم الغاز باللتر

1. يزيد حجم الغاز كلما ازدادت ............ .
2. إذا انخفضت درجة الحرارة ينقص ........... الغاز.
3. كم حجم الغاز في العمود (5) ؟ كيف عرفت الإجابة ؟
4. كم درجة الحرارة المطلقة في العمود (6)؟ كيف عرفت الإجابة؟
5 . من الجدول وفي الأعمدة من 1 – 6 لاحظ مقدار
6. لقد درست الكثير من الغازات مخبرياً وتجريبياً وتبين أنها تتصرف بنفس الطريقة أي أن حجمها يزداد إذا زادت ......... ......... وينخفض بانخفاضها.
7. لقد وضع العالم الفرنسي شارل (نتيجة لدراسة طويلة) قانوناً يربط بين الحجم ودرجة حرارته المطلقة للغاز "يتناسب حجم كمية من الغاز تناسباً ......... مع درجة حرارته المطلقة.
8 . يعبر عن قانون شارل رياضياً بالعلاقة
اكتب شكلين رياضيين آخرين لهذه العلاقة.

9. حجم كمية من غاز تحت ضغط جوي واحد ودرجة حرارة 300 ْK .
6 لترات كم يصبح حجمها عند درجة حرارة 200 ْK مع بقاء الضغط ثابتاً.
10. حجم كمية من غاز 280 سم3 عند الدرجة 47 ْس، تغيرت درجة حرارتها مع بقاء الضغط ثابتاً، حتى اصبح حجمها 210 سم3. احسب درجة الحرارة الجديدة بنظام سلسيوس.

قوانين الغازات :
القانون الثالث :
ما العلاقة بين ضغط الغاز ودرجة حرارته المطلقة مع بقاء حجمه ثابتاً؟
يمكنك إذا درست الجدول أدناه بعناية ، واذا وضعت لنفسك مجموعة من الأسئلة واجبت عليها أو ناقشتها مع أحد زملائك ، أن تستنتج قانوناً يعرف باسم قانون غاي – لوساك Gay-Lussac ونصه : "يتناسب ضغط كمية من الغاز تناسباً طردياً مع درجة حرارته المطلقة عند ثبات الحجم
".


6 5 4 3 2 1
؟ 2 6 0.25 3 1 الضغط / جوي
400 ؟ 300 12.5 150 50 درجة الحرارة / ْK



اكتب شكلين رياضيين آخرين لهذه العلاقة.
1. عينة من الهواء الجوي محصورة في وعاء تحت درجة حرارة127 ْس، إذا برد الوعاء إلى درجة27 ْس، فكم يصبح ضغط الهواء داخله علماً بأن ضغط الهواء داخل الوعاء قبل التبريد كان 8 جوي؟
قوانين الغازات :
القانون الرابع وهو يأخذ شكلين نستعرضهما تباعاً
1) القانون الجامع للغازات
لنشتق هذا القانون اعتماداً على قانونين سابقين :
) قانون بويل.
1. وبالكلام يتناسب ...........الغاز المحصور تناسباً ...........مع ضغطه عند ثبوت درجة الحرارة.
2. قانون شارل ح  ط وبالكلام يتناسب حجم الغاز تناسباً طردياً مع ......... ........... المطلقة عند ثبوت الضغط.
3. ومن الناحية العملية فان حجم الغاز يتغير بتغير الضغط ودرجة الحرارة معاً، فإذا جمعنا القانونين السابقين معاً حصلنا على :
إذن يمكن أن نكتب :
فإذا وضعنا الثابت موضوع القانون حصلنا على: الثابت = ...............
4. ويمكن كتابة العلاقة السابقة (التي حصلنا عليها في 3 ) عندما نقارن بين حالتين على الشكل :

اكتب شكلين آخرين للعلاقة السابقة.
5. اكمل العبارة التالية: يتناسب حجم كمية من الغاز تناسباً ............مع درجة الحرارة المطلقة وتناسباً ............مع الضغط الواقع عليه.
6. حجم كمية من الغاز 510سم3 تحت 3 جوي ودرجة حرارة67 ْس ، كم يصبح حجمها إذا تغير الضغط واصبح 5 جوي واصبحت درجة الحرارة27 ْس؟
7. كمية من الغاز حجمها 490 لتراً، كم يصبح حجمها إذا تضاعف الضغط الواقع عليها سبع مرات وتضاعفت درجة حرارتها المطلقة ثلاث مرات.
قوانين الغازات :
القانون الرابع :
2) قانون الغاز المثالي
تعرف من البند السابق أن تساوي مقداراً ثابتاً . لقد أجرى العلماء اختبارات كثيرة وعلى غازات عديدة فوجدوا أن
لا يساوي مقداراً ثابتاً .
ادرس الشكل التالي الذي يربط بين الضغط (على المحور السيني) والمقدار ض ح / ط ( على المحور الصادي ) ، من الواضح أن
ض ح / ط ليست مقداراً ثابتاً وأنها تشذ كثيراً كلما ازداد الضغط المطبق على الغاز . ولو درسنا المقدار ض ح / ط وعلاقته بدرجة الحرارة المطلقة سنجد أن هذا المقدار أبعد ما يكون عن الثبات خاصةً عند درجات حرارة منخفضة .

تختلف الغازات في شذوذها عن قوانين الغازات من نوع لاخر. فغاز الهيليوم مثلاً يكاد يكون غازاً مثالياً تنطبق عليه قوانين الغازات في كل الظروف، بينما غاز مثل CO2 وبخار الماء يبتعدان كثيراً جداً عن قوانين الغازات. ان علينا ان نتذكر إن الكثير من الغازات لا تبقى في الحالة الغازية عندما نطبق عليها ضغطاً عالياً وعندما نخفض درجة حرارتها، بل تتحول إلى الحالة السائلة وذلك بسبب التجاذب بين جزيئاتها.

إذن يمكن أن نقول أن الغاز المثالي، هو غاز ينطبق عليه قانون بويل وشارل وقوانين الغازات الأخرى عند جميع الضغوط ودرجات الحرارة. أما الغاز الحقيقي فهو غاز ينطبق عليه قانونا بويل وشارل وقوانين الغازات الأخرى عند درجات حرارة وضغوط ليست عالية جداً وليست منخفضةً جداً ، أما عند ضغوط عالية ودرجات حرارة منخفضة فيكون سلوك الغازات شاذاً كثيراً أو قليلاً عن هذه القوانين وذلك تبعاً لخواص الغاز نفسه .

قوانين الغازات :
القانون الرابع :
2) الغاز المثالي
الغازالمثالي: هو غاز افتراضي لا يمكن تسييله وذلك لانه لا يوجد قوى ........بين جزيئاته.
أيهما اقرب إلى سلوك الغاز المثالي غاز CH4 أم غاز HCl ؟ فسر.

معادلة الحالة للغازات : لنعد قليلاً إلى قوانين الغازات التي درسناها وهي :
3. ح  الكتلة ( أي مع عدد المولات ) وهذه حقيقة بديهية لا تحتاج إلى إثبات . 2. ح  ط 1.

قانون افوجادرو قانون شارل قانون بويل

لنعط عدد المولات الرمز ع. إذن ح  ع فإذا جمعنا العلاقات الثلاث السابقة معاً حصلنا على :



فإذا رمزنا للثابت بالرمز (ر)
فان ح ض = ط ع ر وهذه تعرف بمعادلة الحالة للغازات وهي تجمع بين الحجم والضغط، ودرجة الحرارة ، وعدد المولات ، فإذا عرفنا قيم ثلاثة منها أمكننا حساب قيمة الرابع بسهولة اعتماداً عليها .
أما قيمة الثابت (ر) فقد حسبت مخبرياً ونتيجة التطبيق على أكثر من غاز، والمثال التالي يوضح ذلك:
ـ في إحدى التجارب المخبرية تبين أن حجم مول واحد من أحد الغازات 11.8 لتر، عند الدرجة صفر س وضغط 1.90 جوي. من هذه المعلومات احسب قيمة الثابت (ر) الحل:
الحجم × الضغط = عدد المولات × درجة الحرارة المطلقة × ر
درجة الحرارة المطلقة = 0 + 273
= 273 ْK
11.8 لتر × 1.90 جوي = ا مول ×273 ْ K × ر

سؤال: استخدم قيمة ر التي حسبتها في السؤال السابق لحساب حجم المول الواحد من الغاز في الظروف المعيارية.
-حدد المقصود بالظروف المعيارية قبل ان تحل السؤال.
قوانين الغازات :
القانون الخامس : قانون دالتون للضغوط الجزئية


حجم كل وعاء من الأوعية الأربعة = 1 لتر .
إذا نقلت محتويات الأوعية 1 ، 2 ، 3 إلى الوعاء 4 فكم يكون الضغط داخله ( درجة الحرارة متشابهة في كل الأوعية ولم يحدث عليها تغيير).
الضغط داخل الوعاء (4 ) = لاحظ أن الحجم لم يتغير
= ضغط O2 + ضغط N2 + ضغط Ar
= 0.5 جوي + 0.3 جوي + 0.2 جوي
= 1 جوي
لاحظ لو كان O2 يملأ الوعاء لوحده لكان ضغطه0.5 جوي
N2 يملأ الوعاء لوحدة لكان ضغطه 0.3 جوي
Ar يملأ الوعاء لوحدة لكان ضغطه 0.2 جوي
ينص قانون دالتون :
على أن مجموع الضغوط الجزئية = الضغط الكلي داخل وعاء الخليط .
1. مزجت عينة من غازHe حجمها 500سم3 وضغطها 120 ملم زئبق، مع كمية من غاز الكريبتون حجمها 400 سم3 وضغطها 270 ملم زئبق، في وعاء حجمه 600 سم3 ، فاذا كانت درجة الحرارة في الأوعية الثلاثة نفسها ولم تتغير، فما الضغط في الوعاء الذي يحوي المزيج .
2. شكل آخر لقانون دالتون للضغوط الجزئية :
ما العلاقة بين عدد مولات غاز موجود في مزيج غازي والضغط الذي يحدثه هذا الغاز؟
للإجابة عن هذا السؤال ادرس الشكل التالي ثم اجب عن الأسئلة التي تليه، ان إجابتك ستساعدك في الإجابة عن السؤال المطروح.
الأوعية الأربعة كلها من نفس النوع ولها نفس الحجم. درجة الحرارة في الأوعية الأربعة متساوية. عدد مولات الغاز أو الغازات في الأوعية الأربعة = 10 مولات. قيس الضغط في الأوعية الأربعة فوجد انه متساو فيها جميعاً.
يؤكد هذا المثال وأمثلة أخرى كثيرة شبيهة مبدأ تشابه سلوك الغازات بغض النظر عن نوعها، ففي المثال أعلاه يعتمد الضغط على ........... المولات وليس على نوعها.



يعطينا هذا المثال صورة أخرى لقانون دالتون للضغوط الجزئية ملخصها :
"يتناسب ضغط أحد الغازات الموجود ضمن مزيج غازي طردياً مع كسره المولي"
يعني :

اجب عما يلي :
(1) كم الكسر المولي لغازHe في الوعاء الثالث؟
(2) أي الغازين ضغطه أعلى في الوعاء الثاني؟ فسر كيف عرفت؟
(3) أي غاز له اقل ضغط في الوعاء الرابع؟
(4) افرض (في مثالنا أعلاه ) أن الضغط الكلي داخل كل وعاء = 1000 ملم زئبق. فالمطلوب حساب الضغط الجزئي لغاز .
أ. SO2 في الوعاء الثاني. ب. CO2 في الوعاء الثالث. ج. Ar في الوعاء الرابع.
الإجابات
قوانين الغازات :
القانون السادس : قانون غراهام للانتشار والتدفق
كثيراً ما تنتشر الغازات من فتحة صغيرة كما يحدث عندما يتسرب الهواء من ثقب صغير في إطار سيارة، أو حينما يتسرب غاز الوقود من اسطوانته، حيث نعرف عن تسربه من الرائحة، والرائحة هي نتيجة غاز يضاف لمزيج غازات الوقود لغرض التنبيه. وقد تبين للعلماء انه حينما يتسرب مزيج غازات من فتحة صغيرة، فان الغاز المتسرب (أي المتدفق) لا يكون له نفس تركيب المزيج داخل الوعاء الذي يتسرب منه ، وهذا يعني أن تدفق غازات المزيج لا يحدث بنفس السرعة، وأن السرعة تزداد كلما كان الغاز أخف.
لقد درس العالم غراهام موضوع تدفق الغاز من فتحة صغيرة تجريبياً وقد تبين له أن سرعة انتشار أي غاز تتناسب عكسياً مع الجذر التربيعي لكثافته، وبكلام آخر أسرع الغازات تدفقاً من مزيج غازي هو أخفها أي اقلها كثافة أو اقلها كتلة مولية .

سؤال (1):
بفرض ان الهواء يتكون من مزيج من الغازات التالية: N2 ، O2 ، CO2 ، (بخار الماء) H2O . فرتبها حسب سرعة انتشارها من فتحة صغيرة في إطار سيارة.

سؤال(2):
مزيج غازي من O2 ، SO3 موجود في وعاء ويتسرب متدفقاً من فتحة صغيرة في الوعاء . قارن بين سرعة تدفق الغازين.
قوانين الغازات :
تفسير قوانين الغازات حسب نظرية الحركة الجزيئية

الأوعية الثلاثة أعلاه يحوي الواحد منها 0.1 مول من غاز N2 وعند نفس درجة الحرارة. اجب عما يلي:
1. قارن بين عدد الجزيئات في الوعاء الأول والوعاء الثاني والوعاء الثالث.
2. لو فرضنا أن عدد التصادمات بين جزيئات الغاز وسطح الوعاء الأول = س صدمة في الثانية الواحدة، فكم يكون عدد التصادمات
في الثانية الواحدة في الوعاء الثاني؟
3. ان عدد التصادمات التي يحدثها الغاز على جدران الوعاء هي مقياس ..........
4. اذن يكون ضغط الغاز في الوعاء الأول مثلي ضغط الغاز في الوعاء .........
5. ويكون ضغط الغاز في الوعاء الثالث ثلثي ضغط الغاز في الوعاء .............
6. يفسر ما ناقشناه أعلاه قانون .............. الذي يربط بين حجم الغاز المحصور وضغطه.
7. لو فرضنا أننا سخنا الغاز في الوعاء الثالث وهو مغلق فماذا يحدث للطاقة الحركية للجزيئات؟
8. إن تسخين الغاز والوعاء مغلق يعني أن .................. الغاز لم يتغير .
9. نتيجة لزيادة الطاقة الحركية للجزيئات يزداد عدد وقوة التصادمات مع جدران الوعاء وهذا يعني زيادة في ............... الغاز.
10. يفسر هذا المثال قانون ........... الذي يربط بين درجة حرارة الغاز وضغطه عند ثبات حجمه.
11. إذا رفعنا غطاء الوعاء الثاني وتركناه مفتوحاً ليصبح الضغط داخله مماثلاً للضغط الخارجي، ثم سخناه بعد ذلك قليلاً ( وهو
مفتوح)، فماذا يحدث للغاز في الوعاء من حيث: أ. ضغطه ب. حجمه ج. عدد جزيئاته.
12. يفسر هذا المثال قانون .............. الذي يربط بين الحجم ودرجة الحرارة تحت ضغط ثابت.

:iuiu:

:jkkjhk: