الغـــــازات

1. الغـــــازات

2. اختلاف قوى التجاذب بين جزيئات المادة نتج عنه تواجد المادة في ثلاث حالات وهي الصلبة والسائلة والغازية.

3. بالتسخين تزداد طاقة حركة الجزيئات وتتغلب طاقة الحركة على قوى التجاذب بين الجزيئات ولذلك تتحول المواد بالتسخين من الصلابة إلى السيولة ثم إلى الحالة الغازية. • الغازات تمتزج تماماً مع بعضها البعض بأي نسبة ونوع. • الغازات أيضا تتأثر كثيراً بالضغط ودرجة الحرارة والحجم.

4. الضغـــــــط : • الضغط خاصية تحدد اتجاه سريان الكتلة أي أن المادة تميل للتحرك من مكان الضغط الأعلى إلى المكان ذو الضغط المنخفض. • فمثلا إذا تم ثقب إطار سيارة مملوء بالهواء فان الهواء سينطلق من الإطار ( الضغط الأعلى ) إلى الجو الضغط الأقل.

5. الضغط هو مقدار القوة الواقعة على وحدة المساحة. • الضغط الواقع على أي نقطة في وسط ما يكون متساوياً في جميع الاتجاهات. • يزداد الضغط كلما ازداد عمق الغمر فمثلاً كلما ازداد عمق مياه البحر ازداد الضغط وعلى الغواصين اتخاذ الاجراءات المناسبة حسب الأعماق. • أيضا نلاحظ ارتفاع الضغط الجوي في المناطق المنخفضة عن المناطق المرتفعة.

6. قياس الضغط الجوي : • يقاس الضغط الجوي باستخدام جهاز البارومتر. • يتكون الجهاز من أنبوبة طويلة مغلقة من أحد طرفيها يتم ملؤها بالزئبق ثم تقلب في حوض من الزئبق فيندفع جزء قليل من الزئبق تاركاً فراغاً في أعلى الأنبوبة.

7. فرق الارتفاع بين مستوى الزئبق داخل الأنبوبة وخارجها = 760 مليمتر وهذا الارتفاع يبقى ثابت بغض النظر عن طول الأنبوبة أو قطرها وذلك بسبب تساوي الضغط خارج الأنبوبة ( الضغط الجوي) مع ضغط عمود الزئبق داخل الأنبوبة Patm = PHg • الضغط الجوي : هو الضغط الذي يحمل عموداً من الزئبق ارتفاعه 760 مليمتر عند درجة حرارة الصفر 0° C عند مستوى البحر. • 1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg = 760 torr

8. يختلف طول عمود السائل في البارومتر باختلاف كثافة السائل فمثلاً طول عمود البارومتر المملوء بالزئبق = 76 cm في حين إذا ملء بالماء فيكون ارتفاع العمود 1000 cm ويمكن حساب ارتفاع عمود البارومتر بالنسبة للزئبق حسب المعادلة : d1h1 = d2h2 حيث d كثافة السائل و h ارتفاع السائل في الأنبوبة.

9. مثال: إذا كان لديك بارومتر من الماء بدلاً من الزئبق فكم متراً سيكون ارتفاع الماء في العمود إذا كان الضغط الجوي = 76 cm Hg (كثافة الماء = 1 g/cm3, كثافة الزئبق = 13.6 g/cm3) الحل : d1h1 = d2h2 76 x 13.6 = 1 x h2 h2 = 1000 cm

10. وحدات قياس الضغط : الوحدة العالمية لقياس الضغط هي الباسكال (pa) وتساوي 1 نيوتن / متر2 أما وحدة قياس الضغط الجوي فهي ضغط جوي (atm) وكذلك التور (torr) وهي تساوي : 1 atm = 101 x 103 pa = 760 torr = 760 mmHg

11. قياس ضغط غاز : يقاس ضغط غاز معين محبوس باستخدام جهاز المانومتر وهو عبارة عن أنبوبة على شكل حرف U تملأ بالزئبق يترك أحد طرفيها مفتوحاً بينما يوصل الطرف الآخر بالوعاء الذي يحوي الغاز المراد قياسه.

12. قانون بويل (علاقة الحجم والضغط) قانون تم من خلاله دراسة العلاقة بين حجم الغاز وضغطه عند درجة حرارة ثابتة وكتلة محدودة من الغاز وينص القانون على : يتناسب حجم الغاز عكسياً مع ضغطه عند درجة حرارة وكمية من الغاز ثابتتين. V α 1/P ثابت = PV حيث P هو ضغط الغاز و V هو حجم الغاز والثابت تعتمد قيمته على كمية الغاز ودرجة الحرارة

13. قانون شارل (علاقة الحجم ودرجة الحرارة) ينص القانون على أن : حجم كمية من الغاز عند ضغط ثابت يزداد بازدياد درجة الحرارة. V α T ثابت xT= V ثابت = V/T توصل العالم كلفن إلى أنه لو استطعنا تخفيض درجة حرارة الغازات إلى درجة الصفر المطلق (273.15) وهي درجة نظرية لكان حجم الغاز يساوي صفر. وعليه يصاغ قانون شارل: يتناسب حجم كمية محدودة من الغاز تناسباً طردياً مع درجة الحرارة المطلقة عند ضغط ثابت.

14. قانون جاي لو ساك (علاقة الضغط ودرجة الحرارة) ينص على أن : ضغط الغاز يتناسب تناسباً طردياً مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبات الحجم P α T ثابت xT= P ثابت = P/T توصل جاي لو ساك إلى قانون الحجوم الذي ينص على : عند ضغط ودرجة حرارة ثابتتين فان حجوم الغازات التي تتفاعل مع بعضها البعض تكون بنسبة عددية بسيطة.

15. قانون أفوجادرو: ينص على أن : حجم الغاز عند درجة حرارة وضغط ثابتين يتناسب طردياً مع عدد المولات للغاز. ثابت xn = V حيث n عدد مولات الغاز هذا يعني أن مضاعفة عدد المولات يضاعف حجم الغاز عند نفس الظروف من الحرارة والضغط.

16. الظروف القياسية للغازات (STP): • الظروف القياسية للغاز هو أن يكون عند درجة الصفر المئوي وضغط جوي واحد 1 atm • وقد أثبتت التجارب أن واحد مول من أي غاز عند الظروف القياسية يساوي 22.4 L وأيضاً يحتوي على 6.02 X 1023من جزيئات أو ذرات الغاز ( عدد أفوجادرو )

17. القانون الموحد للغازات : قانون يربط بين القوانين الثلاثة السابقة في قانون واحد يجمع المتغيرات الثلاثة من الحجم والضغط ودرجة الحرارة لكمية ثابتة من غاز معين كما يلي ثابت = PV / T ومن خلاله يمكن دراسة مدى تغير أحد المتغيرات إذا تغير المتغيرين الآخرين من خلال العلاقة P1V1 / T1 = P2V2 / T2

18. مثال 2 : عينة من الغاز ضغطها = 625 تور توجد في إناء حجمه 300 مللتر عند درجة حرارة 25 درجة مئوية. ما مقدار ضغط هذا الغاز إذا وضع في إناء حجمه 500 مللتر عند درجة حرارة 50 درجة مئوية ؟؟ الحل : P1 = 625 torr , V1 = 300 ml , T1 = 25 + 273 = 298 K P2 = ?? , V2 = 500 ml , T2 = 50 + 273 = 323 K P1V1/ T1 = P2V2/ T2 625 x 300 / 298 = P2 x 500 / 323 P2 = 406 torr

19. مثال : يستخدم غاز الارغون في مصابيح الإنارة فإذا سخنت عينة منه حجمها 425 cm3 من 22 إلى 187 درجة مئوية تحت ضغط ثابت. احسب الحجم النهائي الحل : V1 / T1 = V2 / T2 V1 = 452 cm3 , T1 = 22 + 273 = 295 K V2 = ? , T2 = 187 + 273 = 460 K V1 = 452 x 460 / 295 = 705 cm3

20. قانون الغاز المثالي : Vα 1 / P (1) , V α T (2) , V α n (3) يمكن جمع هذه القوانين الثلاثة في قانون واحد V α n T / P V = R n T / P حيث R هو ثابت الغازات , وبإعادة ترتيب القانون يصبح : PV = n R T ( قانون الغاز المثالي ) تعتمد قيمة R على الوحدات المستخدمة إذا كانت وحدة الضغط atm والحجم باللتر و n بالمول ودرجة الحرارة بالكلفن قيمة R = 0.082 L . atm / mol .K

21. مثال : احسب حجم 1 مول من الغاز المثالي عند ضغط جوي 1 atm ودرجة حرارة صفر مئوي أو 273 K الحل : V = n R T / P V = 1 x 0.082 x 273 / 1 V = 22.4 L الظروف السابقة من ضغط ودرجة حرارة هي الظروف القياسية

22. مثال : وعاء يحتوي على غاز O2 حجمه 2.6 cm3 وضغط الغاز به 2.3 atm ودرجة حرارته 26 °C . كم عدد مولات الأكسجين الموجودة في الوعاء؟؟ الحل : n = PV / RT V = 2.6 x 10-3 L , T = 26 + 273 = 299 n = 2.3 x 2.6 x 10-3 / 0.082 x 299 n = 2.4 x 10-4 mol

23. تطبيقات على الغاز المثالي : • حساب كثافة الغاز • حساب الوزن الجزيئي للغاز

24. حساب كثافة غاز : يعبر عن كثافة الغاز بوحدة جم / لتر بدلاً من جم / سم3 المستخدمة كوحدة للتعبير عن كثافة المواد الصلبة والسائلة وذلك لأن كثافة الغاز تحت الظروف العادية قليلة جداً مقارنة بكثافة السوائل والمواد الصلبة. d = m / V n = m / M.wt حيث d = كثافة الغاز , m = كتلة الغاز , V = حجم الغاز M.wt = الوزن الجزيئي للغاز , n = عدد مولات الغاز

25. من قانون الغاز المثالي P V = n R T P V = (m / M.wt) R T m / V = P M.wt / RT d = P M.wt / RT

26. مثال : احسب كثافة غاز الأمونيا NH3 تحت ضغط 725 mmHg ودرجة حرارة 55 °C ؟؟ الحل : d = P M.wt / RT P = 752 / 760 = 0.989 atm T = 55 + 273 = 328 , M.wt = 17 g/mol d = 17 x 0.989 / 0.082 x 328 = 0.603 g/L

27. حساب الوزن الجزيئي للغاز لحساب الوزن الجزيئي يستخدم القانون التالي: M.wt = d R T / P مثال : تبلغ كثافة غاز SF620.8 g/L تحت ضغط 3.57 atm ودرجة حرارة 32 °C. احسب الوزن الجزيئي لهذا الغاز الحل : M.wt = d R T / P M.wt = 20.8 x 0.082 x 305 / 3.57 M.wt = 146 g/mol