بحث عن قوانين الغازات في الكيمياء

لقد بحث في قوانين الغازات في الكيمياء ، على عكس حالات المادة الأخرى الموجودة في الطبيعة ، كانت الغازات سرًا كبيرًا جدًا للعلماء لدراستها ، لكن دراستها كانت ضرورة ملحة في العلم. علم الكيمياء ، لأن الغازات هي التي تملأ وتشكيل الغلاف الجوي لأرضنا ، وبعد جهود كبيرة وفي القرن السابع عشر تمكن العلماء من دراستها وتقديم قوانينها المهمة ، وفي مقالتنا اليوم على موقعنا ، سنجري هذا البحث المهم على قوانين الغاز الأساسية ، وتطوير كل ما يتعلق بهذا البحث.

مقدمة بحث عن قوانين الغازات

الغازات ، أو ما يسمى بالحالة الغازية ، هي إحدى الأجسام الثلاثة التي توجد فيها المادة في الطبيعة ، إلى جانب الحالة الصلبة والحالة السائلة ، وتتميز بكثافة أقل من حالات المادة الأخرى ، بالإضافة إلى العديد من الأجسام الأخرى. لذلك فإن هذه الحالة من المادة تتميز بقوانين خاصة تحددها خصائصها بشروط معينة ، وهذه القوانين التي توصل إليها الفيزيائيون هي محور هذا البحث المهم حول الغازات وقوانينها ، بالإضافة إلى مواضيع أخرى. تؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على صياغة هذه القوانين. راجع أيضًا: إيجاد السرعة النسبية واللحظية

بحث عن قوانين الغازات

تم إنشاء قوانين الغاز في بداية القرن السابع عشر لمساعدة العلماء في العثور على الحجم الخامس ، والكمية أو العدد المولي للغاز n ، والضغط P ، ودرجة الحرارة T وثابت الغاز R. نتحدث عن مشاكل الغاز ، و تتكون قوانين الغاز من أربعة قوانين أساسية ، وهي قانون تشارلز وقانون جاي-لوساك وقانون بويل وقانون أفوجادرو ، وسيتم دمجها جميعًا 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 م ، وتم إعطاء القانون بواسطة المعادلة p¹v¹ = p²v² ، وينص قانون بويل على أنه إذا كانت درجة الحرارة ثابتة ، فإن الحجم والضغط لهما علاقة عكسية ، كزيادة تسمح المساحة المتاحة لجزيئات الغاز لها بالانتشار أكثر ، ولكن هذا يقلل من عدد الجسيمات المتاحة للتصادم مع الحاوية وبالتالي ينخفض ​​الضغط ، ويؤدي تقليل حجم الحاوية إلى تصادم الجزيئات كثيرًا ، وبالتالي يزداد الضغط .

قانون جاك تشارلز

يُعطى القانون من خلال المعادلة v¹ / t¹ = v² / t² ، وينص هذا القانون على أن حجم ودرجة حرارة الغاز لهما علاقة مباشرة ، فعندما تزداد درجة الحرارة ، يزداد الحجم ، أي عندما يظل الضغط ثابتًا ، و يؤدي تسخين الغاز إلى زيادة الطاقة الحركية للجسيمات ، مما يؤدي إلى تمدد الغاز ، ومن أجل الحفاظ على ثبات الضغط ، يجب 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. يتم التعبير عن قانون جاي لوساك في شكل المعادلة P¹ / T¹ = P²T². تكون وحدة درجة الحرارة دائمًا بالكلفن.

قانون أفوجادرو

أو ما يسمى برقم أفوجادرو ، والقانون مُعطى بالمعادلة p¹ / n¹ = p² / n² ، والتي تعود إلى عام 1811 م ، حيث اقترح العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو فكرة أن تكون الأحجام متساوية من الغاز عند نفس درجة الحرارة سيكون للضغط عدد متساوٍ من الجسيمات ، بغض النظر عن طبيعته الكيميائية وخصائصه الفيزيائية.

درجة الحرارة والضغط القياسيين

نظرًا للاختلاف في درجة الحرارة والضغط من مكان إلى آخر ، يستخدم العلماء في الحسابات والمعادلات نقطة مرجعية قياسية تسمى درجة الحرارة والضغط القياسيين (STP) ، ودرجة الحرارة القياسية هي درجة حرارة تجمد الماء – 32 درجة فهرنهايت ، وهذا 0 درجة مئوية أو 273.15 كلفن ، والضغط القياسي هو ضغط جوي واحد ، والضغط القياسي مدرج على أنه 760 مم زئبق ، ووحدة النظام الدولي للضغط القياسي عند استخدامها هي 1.01 × 10 3 نيوتن متر -2 ، وهو الضغط الذي تمارسه الغلاف الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر.

ثابت الغاز المثالي

التي تنص على أن الطاقة الحركية لكل وحدة درجة حرارة لوحدة مول من الغاز هي قيمة ثابتة ، تسمى أحيانًا ثابت رينولت ، وتتغير قيمة R عندما تكون وحدة ضغط وحجم مختلفة ، بينما يتم إهمال عامل درجة الحرارة ، لأن ستكون درجة الحرارة دائمًا بالكلفن بدلاً من مئوية عند استخدام معادلة الغاز المثالية ، وترتبط قيم R المختلفة اعتمادًا على الوحدات الواردة في المشكلة ، لذلك عند اختيار قيمة R ، يجب عليك اختيار قيمة مناسبة وحدات للمعلومات المقدمة. فيما يلي بعض قيم R شائعة الاستخدام:

• atm هو اختصار لوحدة الضغط الجوي: 0.08206 L atm mol-1 K-1
• Tor هو اختصار لوحدة ضغط Torr: 62.364 L Torr mol-1 K-1
• Pa اختصار لوحدة الضغط باسكال: 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1
• J هو اختصار لوحدة جول الضغط: 8.3145 J mol-1 K-1 *

قانون الغاز المثالي

بينما تتحد قوانين أفوجادرو ، ثابت الغاز المثالي ، وقوانين بويل وتشارلز لوصف الغاز المثالي النظري ، بحيث تكون جميع تصادمات الجسيمات متساوية تمامًا ، فإنها تقترب جدًا من وصف سلوك معظم الغازات ، ولكن هناك عدد قليل جدًا من العمليات الحسابية 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 الغازات المثالية ، ويتم إعطاء القانون بواسطة المعادلة PV = nRT ، وباستخدام هذا قانون قيمة أحد المتغيرات الأخرى ، مثل الضغط أو الحجم يمكن العثور عليها أو الرقم أو درجة الحرارة وما إلى ذلك.

القانون العام للغازات

يُعرف أيضًا باسم قانون الغاز المشترك لأنه يجمع بين القوانين الأساسية الثلاثة السابقة ، وهي قوانين Boyle و Avogadro و Charles ، ويتم التعبير عنها في المعادلة التالية P¹V¹ / T¹ = P²V² / T² ، والغاز العام تنص المعادلة بالنسبة لكتلة ثابتة من الغاز تحت أي مجموعة من الظروف ، يجب أن تظل قيمة PVT ثابتة ، لأن العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة يتم تحديدها لكمية معينة من الغاز.

أمثلة على قوانين الغازات

يتضمن حل أمثلة قوانين الغاز أو أي مشكلة حسابية أخرى عدة خطوات رئيسية ، والتي تشمل قراءة المشكلة بعناية لمعرفة ما هو مطلوب ، وتحديد القانون المطلوب وبيانات المشكلة المقدمة ، وأخيرًا الحل عن طريق استبدال البيانات في القانون للحصول على النتيجة ، والأمثلة المذكورة أدناه متسلسلة بنفس الترتيب للحل:

• مثال 1: احسب الحجم الذي تشغله 2.5 مول من الغاز المثالي عند -23 درجة مئوية و 4.0 ضغط جوي ، بحيث يكون R هو ثابت الغاز المثالي البالغ 0.0821 لتر / كلفن. ناعم.
  • لحساب الحجم V ، نستخدم قانون الغاز المثالي PV = nRT.
  • وفقًا لنص المشكلة ، المعلمات هي P = 4.0 ، n = 2.5 مول ، و T = −23 + 273 = 250.
  • نظرًا لأن PV = nRT ، تم العثور على V بواسطة الصيغة المشتقة منه ، وهي V = nRTP.
  • نقل البيانات بالأرقام المحددة ، لدينا V = nRTP = 2.5 × 0.0821 × 2504 = 12.8dm3
  • يمكن أيضًا قياس الضغط بوحدات أخرى ، مثل 760 مم زئبق = 1 ضغط جوي = 101325 نيوتن.

• مثال 2: إذا كان لدينا نظام بحجم 1 ميكرون وحجم 2 لتر ، وخضع لتغيير إلى 3.5 لتر ، فاحسب الضغط الجديد؟
  • يمكننا ببساطة طرح درجة الحرارة من المعادلة والإنتاج وفقًا لقانون Boyle الذي ينص على أن p¹v¹ = p²v².
  • بما أن المجهول هنا هو الضغط الجديد ، فإن اشتقاق معادلة بويل هو P² = P¹V¹ / V².
  • بالتعويض عن القيم في المعادلة ، تصبح العملية P² = 1 atm × 2L / 3.5L
  • والنتيجة هي P² = 0.6 atm

• مثال 3: 6.2 لترات من الغاز المثالي محتواة عند 3.0 ضغط جوي و 37 درجة مئوية. كم عدد مولات الغاز التي يمثلونها؟
  • نظرًا لأن وحدات ثابت الغاز تُعطى باستخدام الأجواء والمولات والكلفين ، فمن المهم التأكد من أن القيم الواردة في درجات الحرارة أو مقاييس الضغط الأخرى قد تم تحويلها ، وهذا بالنسبة لهذه المشكلة.
  • نحول درجة الحرارة من درجات مئوية إلى كلفن باستخدام المعادلة: T = ° C + 273.
  • استبداله يصبح T = 37 + 273 = 310.
  • هنا يمكننا استبدال القيم بالقيم من المعادلة للحصول على عدد المولات ، وفقًا لاشتقاق معادلة الغاز المثالية PV = nRT ، لذلك لدينا n = PV / RT.
  • بالتعويض ، لدينا n = (3.0 atm x 6.2 L) / (0.08206 L atm / mol K x 310 K
  • والنتيجة هي ن = 0.75 مول

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. بشكل عام ، تصنف الغازات إلى ثلاثة أنواع:

• الغازات الأولية: هي تلك الغازات الموجودة كغازات طبيعية غير مجمعة عند درجة حرارة وضغط معياريين ، مثل الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين ، وما إلى ذلك ، والغازات النبيلة أحادية الاتجاه مثل الهيليوم والنيون وغيرها.
• الغازات النقية والمختلطة: تتخذ الغازات النقية أشكالًا عديدة ، يمكن أن تتكون من ذرات فردية مثل النيون ، أو يمكن أن تتكون من غازات ذرية أو غازات نبيلة ، من ناحية أخرى ، تتكون الغازات المختلطة من نوعين أو أكثر من الغازات النقية.
• الغازات السامة: يمكن أن تسبب الغازات السامة ضررًا عند استنشاقها أو تعريضها للناس ، حتى الموت الفوري.

خصائص الغازات

في الفيزياء ، كانت الغازات لغزًا للعلماء الأوائل الذين حيرتهم حرية الحركة وانعدام الوزن الواضح مقارنة بالسوائل والمواد الصلبة ، وفي الواقع ، لم يقرروا تلك الغازات …