حياة

دليل دراسة الغازات

دليل دراسة الغازات



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الغاز هو حالة من المسألة مع عدم وجود شكل أو حجم محدد. الغازات لها سلوكها الفريد حسب مجموعة متنوعة من المتغيرات ، مثل درجة الحرارة والضغط والحجم. في حين أن كل غاز مختلف ، تعمل جميع الغازات في مسألة مماثلة. يبرز دليل الدراسة هذه المفاهيم والقوانين التي تتناول كيمياء الغازات.

خصائص الغاز

بالون الغاز. بول تايلور ، صور غيتي

الغاز حالة مهمة. يمكن أن تتراوح الجسيمات التي تشكل الغاز من الذرات الفردية إلى الجزيئات المعقدة. بعض المعلومات العامة الأخرى التي تنطوي على الغازات:

  • الغازات تفترض شكل وحجم الحاوية الخاصة بهم.
  • الغازات لها كثافة أقل من المراحل الصلبة أو السائلة.
  • يتم ضغط الغازات بسهولة أكبر من المراحل الصلبة أو السائلة.
  • سوف تمتزج الغازات بالكامل وبشكل متساو عندما تقتصر على نفس الحجم.
  • جميع العناصر في المجموعة الثامنة هي الغازات. تعرف هذه الغازات بالغازات النبيلة.
  • العناصر التي هي غازات في درجة حرارة الغرفة والضغط الطبيعي كلها غير المعادن.

الضغط

الضغط هو مقياس لمقدار القوة لكل وحدة مساحة. ضغط الغاز هو مقدار القوة التي يمارسها الغاز على سطح ضمن حجمه. الغازات ذات الضغط العالي تمارس قوة أكبر من الغازات ذات الضغط المنخفض.
وحدة الضغط SI هي pascal (Symbol Pa). الباسكال تساوي قوة 1 نيوتن لكل متر مربع. هذه الوحدة ليست مفيدة للغاية عند التعامل مع الغازات في ظروف العالم الحقيقي ، ولكنها معيار يمكن قياسه وإعادة إنتاجه. تطورت العديد من وحدات الضغط الأخرى بمرور الوقت ، ومعظمها يتعامل مع الغاز الذي نعرفه أكثر شيئًا: الهواء. مشكلة الهواء ، الضغط ليس ثابتًا. يعتمد ضغط الهواء على الارتفاع فوق مستوى سطح البحر والعديد من العوامل الأخرى. استندت العديد من وحدات الضغط في الأصل إلى متوسط ​​ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر ، لكنها أصبحت موحدة.

درجة الحرارة

درجة الحرارة هي خاصية المسألة المتعلقة بكمية الطاقة من الجسيمات المكونة.
تم تطوير العديد من مقاييس درجة الحرارة لقياس هذه الكمية من الطاقة ، ولكن المقياس القياسي SI هو مقياس درجة حرارة كلفن. مقياسان آخران لدرجات الحرارة هما مقياس فهرنهايت (درجة فهرنهايت) ودرجات مئوية (درجة مئوية).
مقياس كيلفن هو مقياس درجة حرارة مطلق ويستخدم في جميع حسابات الغاز تقريبًا. من المهم عند العمل مع مشاكل الغاز تحويل قراءات درجة الحرارة إلى Kelvin.
صيغ التحويل بين مقاييس درجة الحرارة:
K = ° C + 273.15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32

STP - درجة الحرارة والضغط القياسية

STP يعني درجة الحرارة والضغط القياسية. يشير إلى الظروف في 1 جو من الضغط عند 273 كلفن (0 درجة مئوية). يشيع استخدام STP في العمليات الحسابية المرتبطة بكثافة الغازات أو في الحالات الأخرى التي تنطوي على ظروف الحالة القياسية.
في STP ، سيحتل الخلد المثالي للغاز حجم 22.4 لتر.

قانون دالتون للضغوط الجزئية

ينص قانون دالتون على أن الضغط الكلي لمزيج من الغازات يساوي مجموع كل الضغوط الفردية للغازات المكونة وحدها.
Pمجموع = فالغاز 1 + فغاز 2 + فالغاز 3 +…
يُعرف الضغط الفردي للغاز المكون باسم الضغط الجزئي للغاز. يتم حساب الضغط الجزئي بالصيغة
Pأنا = سأناPمجموع
أين
Pأنا = الضغط الجزئي للغاز الفردي
Pمجموع = الضغط الكلي
Xأنا = جزء الخلد من الغاز الفردية
الكسر الخلد ، Xأنا، يتم حسابه بقسمة عدد مولات الغاز الفردية على إجمالي عدد مولات الغاز المختلط.

قانون الغاز في أفوجادرو

ينص قانون أفوجادرو على أن حجم الغاز يتناسب بشكل مباشر مع عدد مولات الغاز عندما يظل الضغط ودرجة الحرارة ثابتين. أساسا: الغاز لديه حجم. أضف المزيد من الغاز ، ويستهلك الغاز حجمًا أكبر إذا لم يتغير الضغط ودرجة الحرارة.
الخامس = kn
أين
V = الحجم k = ثابت n = عدد الشامات
كما يمكن التعبير عن قانون أفوجادرو
الخامسأنا/ نأنا = الخامسF/ نF
أين
الخامسأنا و الخامسF هي المجلدات الأولية والنهائية
نأنا و نF هي العدد الأولي والأخير من الشامات

قانون الغاز بويل

ينص قانون بويل للغاز على أن حجم الغاز يتناسب عكسيا مع الضغط عندما تكون درجة الحرارة ثابتة.
ف = ك / الخامس
أين
P = الضغط
ك = ثابت
الخامس = حجم
يمكن أيضًا التعبير عن قانون بويل
Pأناالخامسأنا = فFالخامسF
حيث Pأنا و PF هي الضغوط الأولية والنهائية Vأنا و الخامسF هي الضغوط الأولية والنهائية
كلما زاد الحجم ، انخفض الضغط أو كلما انخفض الحجم ، سيزداد الضغط.

قانون الغاز تشارلز

ينص قانون تشارلز للغاز على أن حجم الغاز يتناسب مع درجة حرارته المطلقة عندما يكون الضغط ثابتًا.
الخامس = كيلوطن
أين
الخامس = حجم
ك = ثابت
T = درجة الحرارة المطلقة
ويمكن أيضا قانون تشارلز أن يعبر عنه
الخامسأنا/ Tأنا = الخامسF/ Tأنا
حيث الخامسأنا و الخامسF هي المجلدات الأولية والنهائية
تيأنا و تF هي درجات الحرارة المطلقة الأولية والنهائية
إذا تم الحفاظ على الضغط بشكل ثابت وزادت درجة الحرارة ، سيزداد حجم الغاز. عندما يبرد الغاز ، سينخفض ​​الحجم.

غازي لوساك قانون الغاز

ينص قانون الغاز الخاص بشركة Guy-Lussac على أن ضغط الغاز يتناسب مع درجة حرارته المطلقة عندما يكون الحجم ثابتًا.
P = كيلوطن
أين
P = الضغط
ك = ثابت
T = درجة الحرارة المطلقة
ويمكن أيضا أن يتم التعبير عن قانون غي لوساك
Pأنا/ Tأنا = فF/ Tأنا
حيث Pأنا و PF هي الضغوط الأولية والنهائية
تيأنا و تF هي درجات الحرارة المطلقة الأولية والنهائية
في حالة زيادة درجة الحرارة ، سيزداد ضغط الغاز إذا ظل حجم الصوت ثابتًا. عندما يبرد الغاز ، سينخفض ​​الضغط.

قانون الغاز المثالي أو قانون الغاز المجمع

قانون الغاز المثالي ، المعروف أيضًا باسم قانون الغاز المجمع ، هو مزيج من جميع المتغيرات في قوانين الغاز السابقة. يتم التعبير عن قانون الغاز المثالي من خلال الصيغة
PV = nRT
أين
P = الضغط
الخامس = حجم
ن = عدد مولات الغاز
R = ثابت الغاز المثالي
T = درجة الحرارة المطلقة
تعتمد قيمة R على وحدات الضغط والحجم ودرجة الحرارة.
R = 0.0821 لتر · atm / mol · K (P = atm ، V = L و T = K)
R = 8.3145 J / mol · K (الضغط × الحجم هو طاقة ، T = K)
ص = 8.2057 م3· atm / mol · K (P = atm ، V = متر مكعب و T = K)
R = 62.3637 L · Tor / mol · K أو L · mmHg / mol · K (P = torr أو mmHg، V = L و T = K)
قانون الغاز المثالي يعمل بشكل جيد للغازات في ظل الظروف العادية. الظروف غير المواتية تشمل ضغوط عالية ودرجات حرارة منخفضة للغاية.

النظرية الحركية للغازات

النظرية الحركية للغازات هي نموذج لشرح خواص الغاز المثالي. يقدم النموذج أربعة افتراضات أساسية:

  1. يفترض أن حجم الجزيئات الفردية التي تتكون منها الغاز لا يكاد يذكر عند مقارنتها بحجم الغاز.
  2. الجزيئات باستمرار في الحركة. التصادمات بين الجسيمات وحدود الحاوية تسبب ضغط الغاز.
  3. جزيئات الغاز الفردية لا تمارس أي قوى على بعضها البعض.
  4. متوسط ​​الطاقة الحركية للغاز يتناسب طرديا مع درجة الحرارة المطلقة للغاز. الغازات في مزيج من الغازات في درجة حرارة معينة سيكون لها نفس متوسط ​​الطاقة الحركية.

يتم التعبير عن متوسط ​​الطاقة الحركية للغاز بواسطة الصيغة:
KEافي = 3RT / 2
أين
KEافي = متوسط ​​الطاقة الحركية R = ثابت الغاز المثالي
T = درجة الحرارة المطلقة
يمكن العثور على متوسط ​​السرعة أو الجذر لمتوسط ​​السرعة لجزيئات الغاز الفردية باستخدام الصيغة
الخامسالتربيعي = 3RT / M1/2
أين
الخامسالتربيعي = متوسط ​​أو الجذر يعني سرعة مربع
R = ثابت الغاز المثالي
T = درجة الحرارة المطلقة
M = الكتلة المولية

كثافة الغاز

يمكن حساب كثافة الغاز المثالي باستخدام الصيغة
ρ = PM / RT
أين
density = الكثافة
P = الضغط
M = الكتلة المولية
R = ثابت الغاز المثالي
T = درجة الحرارة المطلقة

قانون غراهام للانتشار والانصباب

يعمل قانون غراهام على تقدير معدل الانتشار أو الانصباب للغاز بما يتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي للكتلة المولية للغاز.
ص (M)1/2 = ثابت
أين
ص = معدل الانتشار أو الانصباب
M = الكتلة المولية
يمكن مقارنة معدلات الغازين ببعضهما البعض باستخدام الصيغة
ص1/ ص2 = (م2)1/2/ (M1)1/2

الغازات الحقيقية

قانون الغاز المثالي هو تقريب جيد لسلوك الغازات الحقيقية. القيم التي تنبأ بها قانون الغاز المثالي تكون عادة ضمن 5٪ من قيم العالم الحقيقي المقاسة. فشل قانون الغاز المثالي عندما يكون ضغط الغاز مرتفعًا جدًا أو تكون درجة الحرارة منخفضة جدًا. تحتوي معادلة van der Waals على تعديلين لقانون الغاز المثالي وتستخدم للتنبؤ بشكل أوثق بسلوك الغازات الحقيقية.
معادلة فان دير فال
(ف + و2/الخامس2) (V - ملحوظة) = nRT
أين
P = الضغط
الخامس = حجم
= تصحيح الضغط ثابت فريد من نوعه للغاز
ب = تصحيح حجم ثابت فريد من نوعه للغاز
ن = عدد مولات الغاز
T = درجة الحرارة المطلقة
تتضمن معادلة van der Waals تصحيح الضغط والحجم لتأخذ في الاعتبار التفاعلات بين الجزيئات. على عكس الغازات المثالية ، فإن الجزيئات الفردية للغاز الحقيقي لها تفاعلات مع بعضها البعض ولها حجم محدد. نظرًا لأن كل غاز مختلف ، فإن لكل غاز تصحيحات أو قيم خاصة به لكل من a و b في معادلة van der Waals.

ورقة عمل الممارسة والاختبار

اختبار ما تعلمته. جرب أوراق عمل قوانين الغاز القابلة للطباعة:
ورقة عمل قوانين الغاز
ورقة عمل قوانين الغاز مع الإجابات
ورقة عمل قوانين الغاز مع إجابات وأظهرت العمل
هناك أيضا اختبار ممارسة قانون الغاز مع الإجابات المتاحة.


شاهد الفيديو: A guide to the energy of the Earth - Joshua M. Sneideman (أغسطس 2022).