نموذج الغاز المثالي والأنماط السلوكية للمركبات الحقيقيةالغازات

قانون بويل. يوضح قانون بويل العلاقة العكسية بين ضغط وحجم الغاز عند درجة حرارة ثابتة. تم اكتشافه من قبل ريتشارد تاونلي وهنري باور ولكن تم تأكيده ونشره من قبل روبرت بويل. ينص ببساطة على أنه عندما يزداد ضغط الغاز المملوء في وعاء فإن الحجم ينخفض. الاشتقاق من معادلة الغاز المثالي. يمثل قانون بويلز الضغط والحجم عند درجة حرارة ثابتة وكمية ثابتة من الغاز. لذلك P=1/V.

معادلة الغاز المثالي هي PV=nRT. يمكن تمثيله بقانون بويل من خلال تحديد درجة حرارة ثابتة وكمية ثابتة من الغاز. في هذه الحالة تصبح nRT ثابتة ويمكننا تمثيلها بـ k. وبالتالي، فإن التغير في حجم الغاز سيؤدي إلى تغير في الضغط. يمكننا القول أن حاصل ضرب الضغط الابتدائي في حجم الغاز يساوي حاصل ضرب الضغط النهائي في حجم الغاز. هل يمكنك أن تتخيل بعض استخدامات هذه المعادلة؟. يتم استخدام هذه المعادلة للتنبؤ بانخفاض حجم الغاز أو ارتفاع ضغطه. تظل كمية الغاز ودرجة الحرارة ثابتة.

مثال 1. عندما يتم الضغط على وعاء مملوء بالغاز بواسطة مكبس، فإن حجمه ينخفض. عندما نجعل الضغط يرتفع، ينخفض الحجم كنتيجة لقانون بويل. هناك حقيقة مفادها أن الأسماك التي تعيش في أعماق البحار تواجه الموت إذا وصلت إلى سطح الماء. ويحدث ذلك بسبب تمدد الغازات المذابة في دمائهم، مما يؤدي إلى الوفاة. دعونا نرى مثالا منهجيا. هنا يمارس الغاز ضغطًا مقداره 4 كيلو باسكال على جدران الحاوية. عندما يتم تفريغ تلك الحاوية داخل حاوية أكبر حجمًا تبلغ 15 لترًا، يزداد الضغط الذي يمارسه الغاز إلى 8 كيلو باسكال. دعونا نجد حجم الحاوية الأولى. نأخذ كمية ثابتة من الغاز ودرجة حرارة ثابتة. لذا فإن حجم الحاوية هو 30 لترًا.

قانون تشارلز. هو قانون الغاز الذي ينص على أن حجم أي غاز مثالي يتناسب مع درجة الحرارة بشكل إيجابي. الحجم يتناسب طرديا مع درجة الحرارة المطلقة للغاز تحت ضغط ثابت. تم نشره من قبل جاك تشارلز. نظرًا لأن هذا القانون يوضح بالتفصيل كيفية زيادة الحجم مع ارتفاع درجة الحرارة، يُشار إليه بقانون الحجوم. وبالتالي فإن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى ارتفاع الحجم أو العكس. ولهذا السبب فإن قانون شارل هو حالة خاصة لقانون الغاز المثالي.

الاشتقاق من معادلة الغاز المثالي. معادلة الغاز المثالي هي PV=nRTولكن في حالة الضغط المستمر nR/p=kحيث k ثابت. ثم v=kt. V و T يتغيران بشكل مباشر. بهذه الطريقة، يعتمد k على الضغط والكمية ووحدة الغاز. في البداية، V1هو الحجم الأولي و T1هي درجة الحرارة الأولية. بعد بعض الارتفاع في درجة الحرارة، يتغير إلى T2والارتفاع في الحجم هو V2. هل تعتقد أن قانون شارل يمكن تطبيقه في الشتاء والصيف؟.

مثال 1. في فصل الشتاء تنخفض درجة الحرارة وبالتالي ينخفض الحجم أيضًا. وهذا يؤدي إلى انكماش قدرة الرئة البشرية. وهذا يؤدي إلى صعوبة أداء الرياضيين بشكل جيد. يجعل البالونات تتقلص. ويقال أنه لا ينبغي ملء خزانات الديزل للمركبات في الطقس الحار. من المستحسن إبقاء الخزان فارغًا بعض الشيء. يرجع ذلك إلى أن درجات الحرارة ترتفع في الطقس الحار، مما يزيد من حجم الغازات في المحركات. وهذا أمر محفوف بالمخاطر للغاية بالنسبة للحياة. إنه مثال جيد لقانون شارل.

دعونا نرى مثالاً منهجيًا لغاز حجمه 250 سم مكعب عند درجة حرارة 10°Cوضغط 1 ضغط جوي. إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 150°Cما هو حجم الغاز؟. أولاً، من الواضح أن الضغط ثابتلذا، بتطبيق قانون شارل. ارتفاع في الحجم V23736 سم مكعب.

قانون أفوجادرو قانون أفوجادرو هو العبارة التي تنص على أنه في نفس الظروف من درجة الحرارة والضغط، فإن نفس الحجم من الغازات المختلفة يحتوي على عدد متساوٍ من الجزيئات. وينقسم حسب النظرية الحركية للغازات مع افتراض الغاز المثالي. ينطبق هذا القانون على الغازات الحقيقية عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المرتفعة. يتم تمثيلها بواسطة NAثابت أفوجادرو 6.02214076x10²³. تم اقتراح هذا القانون من قبل أميديو أفوجادرو.

قانون أفوجادرو مشتق من قانون الغاز المثالي مثل PV=nRTهي معادلة الغاز المثالي. هنا R هو ثابت الغاز، T هي درجة الحرارة بوحدة k و P هو الضغط بوحدة باسكال. لذلك RT/P = k. k ثابت. لذا V=nk. الحجم يتناسب طرديا مع عدد المولات. V=nوهو تمثيل رياضي لقانون أفوجادرو. على سبيل المثال، وزن جزيء الأكسجين هو 32 جرام/مول وله كتلة 32 جرام، ويحتوي على 6.02214076x10²³عدد الجسيمات.

يشير قانون أفوجادرو أيضًا إلى أن ثابت الغاز المثالي له نفس القيمة لجميع الغازات. وبالتالي يتم وصف معادلة القيمة الأولية والنهائية هنا. هل تعرف أي مثال لقانون أفوجادرو؟. دعونا نرى مثالاً منهجيًا حيث يحتوي حجم 5 لتر من الغاز على 15 مول من الجزيئات. إذا تمت زيادة الكمية إلى 27 مول، فما هو الحجم الجديد للغاز؟. نحن نفترض أن الضغط ودرجة الحرارة المطلقة ثابتان.

الحجم المولي. هو حجم 1 مول من الغاز عند درجة الحرارة والضغط القياسيين. يتم تمثيلها بواسطة Vm مع m³/mol. يمكن أيضًا تمثيلها بوحدة سم⁴/مول ووحدة ديسيمتر⁴/مول. يمكن حسابها عن طريق قسمة الكتلة المولية Mحسب الكثافةهذا الحجم المولي لـ 1 مول من الغاز عند STPلها قيمة ثابتة 2241 لترًا. الصيغة هي كما هو موضح. الحجم المولي يتناسب طرديًا مع الكتلة المولية ويتناسب عكسيًا مع كثافة الكتلة.

دعونا نناقش مثالا. يوجد غاز الأكسجين بكثافة 157 جم/لتر. ما هو حجمه المولي عند درجة الحرارة والضغط القياسيين؟. دعونا نذكر أنفسنا بأن Vm=molar mass/density. سيكون 1019 لترًا. التحديد التجريبي. دعونا نجد الحجم المولي للهيدروجين عند درجة الحرارة والضغط القياسيين من خلال التجربة. في هذه التجربة، سنقوم بتحضير الهيدروجين عن طريق تفاعل معدن المغنيسيا مع حمض الهيدروكلوريك.

تتفاعل الأحماض مع المعادن لتكوين ملح معدني وغاز الهيدروجين. يعتبر معدن الماغنيسيا من المعادن شديدة التفاعل. يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين كلوريد المغنيسيوم وغاز الهيدروجين. لدينا شريط صغير من معدن المغنيسيا Mg كتلته 003 لكل 2 جرام. أخذت شريط المتحف ولففته بسلك نحاسينظرًا لأن النحاس لا يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك، فلن ينتج غاز الهيدروجين. دور السلك النحاسي هو تثبيت شريط المغنيسيوم في مكانه أثناء التفاعل. نحن نستخدم أنبوب تجميع الغاز الذي تم توليده بالمليلترات وأعشار المليلتر.

ثم قم بإضافة حوالي 10 مل من 6 مول من حمض الهيدروكلوريك بعناية إلى الأنبوب. كمية حمض الهيدروكلوريك ليست حرجة. ثم قم بملء الأنبوب بالماء بعناية مع الحفاظ على الأنبوب مائلًا بحيث تطفو كمية أقل من الماء الكثيف فوق حمض الهيدروكلوريك. ثم ضع شريطًا متوسطًا في المحلول وثبته في مكانه باستخدام سلك نحاسي. ثم ضع إصبعك على فوهة أنبوب تجميع الغاز. ثم قم بقلب الأنبوب في كوب كبير من الماء. سيتحرك حمض الهيدروكلوريك إلى الأسفل عبر الماء بسبب كثافته العالية.

عندما يصل حمض الهيدروكلوريك إلى معدن المغنيسيوم فإنه ينتج غاز الهيدروجين. سيتم جمع غاز الهيدروجين هذا عن طريق إزاحة الماء. وبما أن المغنيسيوم يتفاعل بشكل كامل، فسوف يترك غاز الهيدروجين ليبقى لعدة دقائق حتى يصل إلى نفس درجة حرارة الهواء المحيط. ثم قم بنقل الأنبوب إلى خزان ماء كبير. ارفع أو اخفض الأنبوب بحيث يصبح مستوى الماء داخل الأنبوب ومستوى الماء خارج الأنبوب هو نفسه. الضغط الخارجي يساوي الضغط الحيوي أو الضغط الجوي، وسوف نلاحظ حجم غاز الهيدروجين من أنبوب تجميع الغاز. سيتم تصحيح هذا الحجم لضغط بخار الماء عن طريق قياس درجة حرارة الماء في الخزان.