مذكرة الفصل الأول الغازات مقرر كيمياء 4
الفكرة العامة :
تستجيب الغازات لتغيرات كل من الضغط و درجة الحرارة و الحجم و عدد الجسيمات بطرائق يمكن التنبؤ بها
قوانين الغازات
قانون بويل
قانون بويل P1V1 = P2V2 P : تمثل الضغط V : تمثل الحجم حاصل ضرب ضغط كمية محددة من الغاز في حجمها عند ثبوت درجة حرارتها يساوي كمية ثابتة |
تطبيقات
السؤال : ينفخ غواص وهو على عمق m10 تحت الماء فقاعة هواء حجمها L 0.75 و عندما ارتفعت فقاعة الهواء إلى السطح تغير ضغطها من 2.25atm إلى 1.03atm ما حجم فقاعة الهواء عند السطح ؟
الجواب :
المعطيات V1=0.75 L / P1=2.25atm ? P2= 1.03atm / V2 | الحل : P1V1 = P2V2 V2 = P1 x V1 / P2 = 2.25atmx 0.75L / 1.03atm = 1.6 L قل الضغط بمقدار النصف تقريبا لذا فإن الحجم سيزيد إلى الضعف |
مسائل تدريبية
افترض أن درجة الحرارة و كمية الغاز ثابتان في المسائل الآتية :
إذا كان جحم غاز عند ضغط 99.0Kpa هو 300.0ml واصبح الضغط 188Kpa فما الحجم الجديد ؟
| المعطيات | الحل : |
إذا كان ضغط عينو الهيليوم في إناء حجمه 1.00L هو 0.988atm فما مقدار ضغط هذه العينة إذا نقلت غلى وعاء حجمه 2.00L
| المعطيات | الحل : |
تحد إذا كان مقدار جحم غاز محصور تحت مكبس أسطوانة 145.7Lو ضغطه 1.08atm
فما حجمه الجديد عندما يزداد الضغط بمقدار 25 %
| المعطيات | الحل : |
قانون شارل
السؤال : كيف يرتبط مع درجة الحرارة ؟
الجواب : درس جاك شارل ( 1746-1823 ) الفيزيائي الفرنسي العلاقة بين الحجم و درجة الحرارة حيث لاحظ أن كلا من درجة حرارة و حجم عينة من الغاز يزداد عندما يبقى كل من مقدار العينة و الضغط ثابتين
قانون شارل
| قانون شارل | V1/T1=V2/T2 | تمثل الحجم تمثل درجة الحرارة |
حاصل ضرب ضغط كمية محمددة من الغاز في حجمها عند ثبوت درجة حرارتها يسااوي كمية ثابتة
تمثل V1، T1 في المعادلة أعلاه الظروف الابتدائية في حين تمثل V2، T2 الظروف الجديدة يجب التعبير عن درجة الحرارة بالكلفن Tk=273+Tc
| إذا كان حجم بالون هيليوم 2.32L داخل سيارة مغلقة عند درجة حرارة 40.0C فإذا وقفت السيارة في ساحة البيت في يوم حار و ارتفعت درجة ىالحرارة داخلها إلى 75.0C فما الحجم الجديد للبالون إذا بقي الضغط ثابتا ؟ |
المعطيات V1: 2.32L 277=273+40=T1 T2=273+75=348K ? = V2
| الحل V1/T1=V2/T2 | V2 = V1 X T2 / T1 2.32L× 348K/ 277K 807.36L/277=2.915L
|
مسائل تدريبية
افترض ان الضغط و كمية الغاز ثابتان في المسائل الآتية
السؤال : ما الحجم الذي يشغله الغاز في البالون الموجود عن اليسار عند درجة 250K ؟
| المعطيات | الحل : |
السؤال : شغل غاز عند درجة حرارة 89 حجما مقداره 0.67L عند أي درجة حرارة سيليزية سيزيد الحجم ليصل إلى 10.121 L
| المعطيات | الحل : |
قانون جاي لوساك
السؤال : كيف ترتبط الحرارة مع ضغط الغاز ؟
الجواب :
ينتج الضغط عن اصطدام جسيمات الغاز بجدران الوعاء فكلما ارتفعت درجات الحرارة زاد عدد الاصطدامات و طاقتها لذا تؤدي زيادة الحرارة إلى زيادة الضغط إذا لم يتغير الحجم
انظر الشكل 1-3 ص 16
قانون جاي لوساك
| قانون جاي لوساك | P1/T1=P2/T2 | P تمثل الضغط T تمثل درجة الحرارة |
حاصل قسمة الضغط على درجة الحرارة المطلقة لمقدار محدد من الغاز ذي حجم ثابت يساوي مقدرا ثابتا
تذكر أن درجة الحرارة يجب أن تكون مطلقة K أينما استخدمت في معادلات قوانين الغاز
السؤال : إذا كان ضغط غاز الاكسجين داخل الاسطوانة 5.00atm عند درجة 25.0 ووضعت الاسطوتنة في خيمة على قمة جبل إفرست حيث تكون درجة الحرارة 10.0 فما الضغط الجديد داخل الاسطوانة ؟
| المعطيات | الحل : |
مسائل تدريبية
افترض أن حجم الغاز و مقداره ثابتان في المسائل الآتية :
إذا ضغط إطار سيارة 1.88atm عند درجة حرارة 250C فكم يكون الضغط إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 37.0C ؟
| المعطيات | الحل : |
يوجد غاز هيليوم في اسطوانة حجمها 2L تحت تاثير ضغط جوي مقداره atm1.12 فإذا أصبح ضغط الغاز atm2.56 عند درجة حرارة 36.5 فما قيمة درجة حرارة الغاز الابتدائية
| المعطيات | الحل : |
تحد إذا كان ضغط عينة من الغاز يساوي KPa30.7 عند درجة حرارة 00.0C فكم ينبغي أن ترتفع درجة الحرارة السيليزية للعينة حتى يتضاعف ضغطها ؟
| المعطيات | الحل : |
القانون العام للغازات
يمكن جمع قانون بويل و قانون جاي لوساك في قانون واحد يطلق عليه
القانون العام للغازات
القانون العام للغازات : يحدد العلاقة بين الضغط و درجة الحرارة و الحجم لكمية محددة من الغاز
| القانون العام للغازات | P1V1/T1=P2V2/T2 | P تمثل الضغط V تمثل الحجم T تمثل درجة الحرارة |
إذا كان حجم كمية من غاز ما تحت 110KPa و درجة حرارة 30.0C يساوي 2.00Lو ارتفعت درجة الحرارة إلى 80.0C و زاد الضغط أصبح 440KPa فما مقدار الحجم الجديد ؟
| المعطيات | الحل : |
مسائل تدريبية
افترض أن مقدار الغاز ثابت في المسائل الآتية
تحدث عينة من الهواء في حقنة ضغطا مقداره 1.02atm عند 22.0C و وضعت هذه الحقنة في حمام ماء يغلي ( درجة حرارة 100.0C ) و ازداد الضغط إلى 1.23atm بدفع مكبس الحقنة إلى الداخل مما أدى إلى نقصان الحجم إلى 0.224ml فكم كان الحجم الابتدائي ؟
| المعطيات | الحل : |
يحتوي بالون على 146.0ml من الغاز المحصور تحت ضغط مقداره 1.30atm و زاد الضغط إلى 1.20 atm فهل يتحرك مكبس الاسطوانة إلى أعلى أم إلى أسفل
| المعطيات | الحل : |
قانون الغاز المثالي
الفكرة الرئيسة
يربط قانون الغاز المثالي بين عدد الجسيمات و كل من الضغط و درجة الحرارة و الحجم
مبدأ أفوجادرو
الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تحتوي العدد نفسه من الجسيمات عند درجة الحرارة و الضغط
الحجم و عدد المولات
درست سابقا أن المول الواحد من أي مادة يحتوي على 6.02×1023 من الجسميات . و الحجم المولاري لغاز هو الحجم الذي يشغله 1ml منه عند درجة حرارة 0.0 و ضغط جوي 1atm
وتعرف درجة الحرارة 0.0 و الضغط الجوي 1atm بدرجة الحرارة و الضغط المعيارين هذا و قد بين أفوجادرو أن 1ml من أي غاز يشغل حجمت مقداره 22.4L
حجم المول الواحد من أي غاز في الظروف المعيارية ( درجة حرارة صفر مئوي وضغط جوي واحد) = L 4.22
السؤال : المكون الرئيس للغاز الطبيعي المستخدم في المنازل لاغراض التدفئة و الطهو هو الميثان CH4 احسب حجم 2.00Kg من غاز الميثان في الظروف المعيارية STP
المعطيات كتلة غاز الميثان = /00Kg.2 حجم المول الواحد =L 4.22 | الحل : تحول كتلة الميثان الى عدد موالت = كتلة المادة بالجرام على الكتلة المولية للميثان 2000 g / (12+4)g/mol = 125 mol نستخدم علاقة التحويل 22.4l= 1mol 125mol=xl
|
مسائل تدريبية
ماحجم الوعاء اللازم لاحتواء 0.0459mol من غاز النتيروجين N2في الظروف المعيارية STP
| المعطيات | الحل : X = 0.0459 mol x 22.4 L / 1 mol = 1.02816 L | نستخدم علاقة التحويل
1mol=22.4L 0.0459MOL=XL |
ما كتلة غاز ثاني اكسيد الكربون بالجرامات الموجودة في بالون حجمه 1.0L في الظروف المعيارية STP
لمعطيات : CO2 الكتلة المولية له (12 +2x16) 44g/mo | لحل : الكتلة بالجرام = عدد المولات x الكتلة المولية 44g/mol x 0.0446 mol=1.96 g | 1 mol = 22.4 L X mol = 1.0 L X = 1.0 L x 1mol / 22.4 L = 0.0446 mo |
.قانون الغاز المثالي
علاقة رياضية واحدة تصف العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة وعدد مولات الغاز
| قانون الغاز المثالي | P V = n R T | T | R | n | v | p |
| درجة الحرارة المطلقة | ثابت الغاز المثالي | عدد المولات | الحجم باللتر | الضغط ( ضغط جوي ) |
إن حاصل ضرب الضغط و الحجم في مقدار معين من الغاز عند درجة حرارة ثابتة يساوي مقدرا ثابتا
السؤال : احسب عدد مولات غاز الامونياNH3 الموجودة في وعاء حجمه 3.0 عند 3.0×102 K وضغط ( 1.5atm )
| V | p | T | R | n | ||
| 3.0 L | 1.5 | 3.0×10 2 | 0.0821 | ؟ | n=1.5×3.0/0.0821×3.0×102=0.18mol | n=PV/RT |
مسائل تدريبية ( جدول يبين الضغط الجوي وما يعادله )
| يعادل( جوي ضغط)1 atm | 101.3kpa | 760mmHg | 760toor | ( مربعة بوصة )رطل 14.7 | 1.01bar |
السؤال : ما درجة حرارة 2.49mol من الغاز الموجود في إناء سعته 1.00Lوتحت ضغط مقداره 143KPa
المعطيات : n=2.49mol /V=1.00L/P=143KPa/ R=0.0821 تحويل الضغط الى ضغط جوي 1atm=101.3kpa x = 143kpa x=143kpa×1mol/101.3kpa 1.412atm
| P V = n R T T = P V / n R 1.412×1.0/2.49×0.0821 =1.412/0.204429 =6.91K
|
.