بحث عن قوانين الغازات في الكيمياء

ناقش قوانين الغازات في الكيمياءعلى عكس حالات المادة الأخرى الموجودة في الطبيعة ، كانت الغازات لغزًا كبيرًا جدًا للعلماء في دراستهم ، لكن كانت دراستها ضرورة ملحة في علم الكيمياء ، وهي الغازات التي تملأ وتشكل الغلاف الجوي لأرضنا ، وبعد جهد كبير ، وبحلول القرن السابع عشر ، استطاع العلماء دراستها وتقديم القوانين المهمة فيها و وفي مقالتنا اليوم عبر موقعنا سنجري هذا البحث المهم على قوانين الغاز الأساسية ، ونتوسع فيه كل شيء عن هذا البحث.

مقدمة بحث عن قوانين الغازات

الغازات ، أو ما يعرف بالحالة الغازية ، هي إحدى الأجسام الثلاثة التي توجد فيها المادة في الطبيعة ، إلى جانب الحالة الصلبة والحالة السائلة ، وأكثر ما يميز الحالة الغازية والحالة الصلبة والسائلة هو أنه لا يحتوي على شكل أو حجم ثابت ، حيث تتميز الغازات بكثافة أقل من حالات المادة الأخرى ، بالإضافة إلى العديد من الخصائص الأخرى ، لذلك تتميز هذه الحالة من المادة بقوانين خاصة تحددها خصائصها بموجب بعض الظروف ، وهذه القوانين التي توصل إليها علماء الفيزياء هي محور هذا البحث المهم حول الغازات وخصائصها ، بالإضافة إلى الموضوعات الأخرى التي لها تأثير مباشر أو غير مباشر في صياغة هذه القوانين.

ناقش السرعة المتجهية النسبية واللحظية

بحث عن قوانين الغازات

تم إنشاء قوانين الغاز في أوائل القرن السابع عشر لمساعدة العلماء في العثور على الحجم الخامس ، والكمية أو العدد المولي للغاز n ، والضغط P ، ودرجة الحرارة T ، وثابت الغاز R ، وعند الحديث عن مشاكل الغاز ، فإن تتكون قوانين الغاز من أربعة قوانين أساسية ، وهي قانون تشارلز ، وقانون جاي لوساك ، وقانون بويل ، وقانون أفوجادرو ، وكلها سيتم دمجها لاحقًا في معادلة الغاز العامة وقانون الغاز المثالي.

قانون بويل للغازات

سُمي قانون بويل على اسم روبرت بويل ، الذي ذكره لأول مرة في عام 1662. ويتم الحصول على القانون من خلال المعادلة p¹v¹ = p²v²، وينص قانون بويل على أنه إذا كانت درجة الحرارة ثابتة ، فإن الحجم والضغط لهما علاقة عكسية ، لأن زيادة المساحة المتاحة لجزيئات الغاز تسمح لها بالانتشار بعيدًا عن بعضها البعض ، ولكن هذا يقلل من عدد الجسيمات المتاحة للتصادم مع الحاوية وبالتالي ينخفض ​​الضغط ، ويؤدي إلى تقليل حجم الحاوية مما يؤدي إلى تصادم الجزيئات في كثير من الأحيان ، وبالتالي سيزداد الضغط.

قانون جاك تشارلز

والقانون معطى بواسطة المعادلة v¹ / t¹ = v² / t²، وينص هذا القانون على أن حجم ودرجة حرارة الغاز لهما علاقة مباشرة ، فكلما زادت درجة الحرارة ، سيزداد الحجم ، وذلك عندما يظل الضغط ثابتًا ، ويؤدي تسخين الغاز إلى زيادة الطاقة الحركية لـ الجزيئات التي تؤدي إلى تمدد الغاز ، ومن أجل الحفاظ على ثبات الضغط ، لا بد من زيادة حجم الحاوية عند تسخين الغاز.

قانون جاي لوساك

ينص قانون جاي لوساك على أن ضغط كتلة معينة من الغاز يختلف بشكل مباشر مع درجة حرارة كلفن عندما يظل الحجم ثابتًا ، ويتم التعبير عن قانون جاي لوساك في شكل المعادلة P¹ / T¹ = P²T² ، ولكن عند التعامل مع قانون جاي لوساك ، يجب أن تكون وحدة درجة الحرارة دائمًا بوحدة كلفن.

قانون أفوجادرو

أو ما يشار إليه برقم Avogadro ، ويتم إعطاء القانون بواسطة المعادلة p¹ / n¹ = p² / n²، والتي يعود تاريخها إلى عام 1811 ، حيث اقترح العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو فكرة أن الأحجام المتساوية من الغاز عند نفس درجة الحرارة والضغط سيكون لها عدد متساوٍ من الجسيمات ، بغض النظر عن طبيعتها الكيميائية وخصائصها الفيزيائية.

درجة الحرارة والضغط القياسيين

نظرًا لاختلاف درجة الحرارة والضغط من مكان إلى آخر ، يستخدم العلماء في الحسابات والمعادلات نقطة مرجعية قياسية تسمى درجة الحرارة القياسية والضغط STP ، وستكون درجة الحرارة القياسية هي نقطة تجمد الماء – 32 درجة فهرنهايت ، وهي تقابل 0 درجة مئوية أو 273.15 كلفن ، ولكن الضغط القياسي هو ضغط جوي واحد atm ، ويشير إلى الضغط القياسي عند 760 مم زئبق ، وهو وحدة SI للضغط القياسي عند استخدامه هو 1.01 × 10 3 Nm -2 ، وهو الضغط الذي يمارسه الغلاف الجوي على الأرض عند مستوى سطح البحر.

ثابت الغاز المثالي

التي تنص على أن الطاقة الحركية لكل وحدة درجة حرارة لمول واحد من الغاز هي قيمة ثابتة ، يشار إليها أحيانًا باسم ثابت رينو ، وستتغير قيمة R عند التعامل مع وحدة ضغط وحجم مختلفة ، بينما يتم تجاهل عامل درجة الحرارة ، لأن درجة الحرارة ستكون دائمًا بوحدة كلفن بدلاً من النسبة المئوية عند استخدام معادلة الغاز المثالية ، وترتبط قيم R المختلفة وفقًا للوحدات الواردة في السؤال ، لذلك عند اختيار قيمة R ، يجب عليك اختيار القيمة التي يحتوي على الوحدات المناسبة للمعلومات المقدمة ، وفيما يلي بعض قيم R شائعة الاستخدام:

• atm وهو اختصار لوحدة الضغط الجوي: 0.08206 L atm mol-1 K-1
• Tor هو اختصار لوحدة الضغط Tor: 62.364 L Torr mol-1 K-1
• Pa ، وهو اختصار لوحدة ضغط باسكال: 8.3145 م 3 باسكال مول -1 K-1
• J هو اختصار لوحدة ضغط جول: 8.3145 J mol-1 K-1 *

قانون الغاز المثالي

بينما تتحد كل من قوانين أفوجادرو وثابت الغاز المثالي وقوانين بويل وتشارلز معًا لوصف الغاز المثالي النظري ، حيث تكون جميع تصادمات الجسيمات متساوية تمامًا ، فإنها تقترب جدًا من وصف سلوك معظم الغازات ، ولكن هناك رياضيات صغيرة جدًا الانحرافات بسبب الاختلافات في حجم الجسيمات الفعلي والقوى الصغيرة بين الجزيئات في الغازات الحقيقية ، ومع ذلك ، غالبًا ما يتم دمج هذه القوانين المهمة في معادلة واحدة تُعرف باسم قانون الغاز المثالي ، ويتم إعطاء القانون بواسطة المعادلة. PV = nRT، وباستخدام هذا القانون ، يمكن إيجاد قيمة أي من المتغيرات الأخرى ، مثل الضغط والحجم والعدد ودرجة الحرارة ، إلخ.

القانون العام للغازات

والذي يُعرف أيضًا باسم القانون المشترك للغازات ، لأنه يجمع بين القوانين الأساسية الثلاثة السابقة ، وهي قوانين Boyle و Afogadro و Charles ، ويتم التعبير عنها بالمعادلة التالية P¹V¹ / T¹ = P²V² / T²، وتنص معادلة الغاز العامة على أنه بالنسبة للكتلة الثابتة للغاز تحت أي مجموعة من الظروف ، يجب أن تظل قيمة PVT ثابتة ، حيث يتم تحديد العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة لكمية معينة من الغاز.

أمثلة على قوانين الغازات

يتضمن حل أمثلة قوانين الغاز أو أي مشاكل حسابية أخرى عدة خطوات رئيسية ، وهي قراءة المشكلة بعناية لمعرفة المطلوب ، وتحديد القانون المطلوب وبيانات المشكلة المحددة ، وأخيرًا الحل عن طريق استبدال البيانات في القانون للحصول على النتيجة ، والأمثلة المذكورة أدناه متسلسلة بنفس ترتيب الحل:

• المثال الأول: احسب الحجم الذي تشغله 2.5 مول من غاز مثالي عند -23 درجة مئوية و 4.0 ضغط جوي ، بحيث يكون ثابت الغاز المثالي R هو 0.0821 لتر. atm / K. مول.
  • لحساب الحجم V ، نستخدم قانون الغاز المثالي PV = nRT.
  • وفقًا لنص المشكلة ، البيانات هي P = 4.0 ، و n = 2.5 مول ، و T = −23 + 273 = 250.
  • نظرًا لأن PV = nRT ، تم العثور على V من خلال القانون المشتق منه ، وهو V = nRTP.
  • من خلال تبادل البيانات مع الأرقام المعطاة لدينا V = nRTP = 2.5 × 0.0821 × 2504 = 12.8dm3
  • من الممكن أيضًا قياس الضغط بوحدات أخرى ، مثل 760 مم زئبق = 1 ضغط جوي = 101325 نيوتن.

• المثال الثاني: إذا كان لدينا نظام بحجم 1 ميكرون وحجم 2 لتر وخضع لتغيير إلى 3.5 لتر ، فاحسب الضغط الجديد؟
  • يمكننا ببساطة إزالة درجة الحرارة من المعادلة والعودة وفقًا لقانون Boyle الذي ينص على أن p¹v¹ = p²v².
  • وبما أن المجهول هنا هو الضغط الجديد ، فإن الاشتقاق من معادلة بويل سيكون P² = P¹V¹ / V².
  • وبالتعويض عن القيم في المعادلة ، تصبح العملية P² = 1 atm × 2L / 3.5L
  • وستكون النتيجة P² = 0.6 ضغطًا جويًا

• المثال الثالث: 6.2 لترات من الغاز المثالي محتواة عند 3.0 ضغط جوي و 37 درجة مئوية ، ما عدد مولات هذا الغاز؟
  • نظرًا لأن وحدات ثابت الغاز تُعطى باستخدام الغلاف الجوي ، والمولات ، والكلفن ، فمن المهم التأكد من تحويل القيم الواردة في مقاييس درجة الحرارة أو الضغط الأخرى ، ولهذه المشكلة.
  • نحول درجة الحرارة من درجات مئوية إلى كلفن باستخدام المعادلة: T = ° C + 273.
  • مع التعويض يصبح T = 37 + 273 = 310.
  • هنا يمكننا استبدال القيم الموجودة في المعادلة من أجل الحصول على عدد المولات ، وفقًا للاشتقاق من معادلة الغاز المثالية PV = nRT ، بحيث يكون لدينا n = PV / RT.
  • وبالتعويض لدينا n = 3.0 atm x 6.2 l / (0.08206 لتر صراف آلي / مول كلفن × 310 كلفن
  • والنتيجة هي n = 0.75 mol

أنواع الغازات 

توجد العديد من العناصر في الطبيعة كغازات عند درجة حرارة وضغط قياسيين ، بينما يمكن أن تصبح العناصر والمركبات الأخرى غازات في ظل ظروف معينة ، وبشكل عام ، يتم تصنيف الغازات إلى ثلاثة أنواع:

• الغازات الأولية: إنه الغاز الموجود كغازات طبيعية غير مركبة في درجة حرارة وضغط معياريين ، مثل الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين وما إلى ذلك ، والغازات النبيلة أحادية الاتجاه مثل الهيليوم والنيون وغيرها.
• الغازات النقية والمختلطة: تأخذ الغازات النقية عدة أشكال ، فقد تتكون من جسيمات فردية مثل النيون ، أو قد تتكون من غازات ذرية أو غازات نبيلة ، ومن ناحية أخرى ، تتكون الغازات المختلطة من نوعين أو أكثر من الغازات النقية.
• الغازات السامة: ويمكن للغازات السامة أن تسبب الأذى عند استنشاقها أو عند تعرض الناس لها ، أو حتى الموت الفوري.

خصائص الغازات

في علم الفيزياء ، كانت الغازات لغزًا للعلماء الأوائل الذين حيرتهم حرية الحركة وانعدام الوزن الواضح مقارنة بالسوائل والمواد الصلبة ، وفي الواقع ، لم يقرروا أن الغازات تشكل حالة من المادة حتى القرن السابع عشر ، وبعد دراسة دقيقة بدأوا بملاحظة الخصائص المتسقة التي تحدد الغازات ، وهي كالتالي:

• كثافة: تحتوي الغازات على جسيمات متناثرة منتشرة في حجم معين ، وبالتالي فهي أقل كثافة من حالتها الصلبة أو السائلة.
• شكل: ليس للغازات شكل أو حجم محدد ، فالحركة العشوائية لجزيئات الغاز تسمح لها …