دليل دراسة الكيمياء للغازات

الغاز هو حالة من المواد بدون شكل أو حجم محدد. غازات لها سلوكها الفريد اعتمادًا على مجموعة متنوعة من المتغيرات ، مثل درجة الحرارة والضغط والحجم. في حين أن كل غاز مختلف ، فإن جميع الغازات تعمل في مادة مماثلة. يسلط دليل الدراسة هذا الضوء على المفاهيم والقوانين التي تتناول كيمياء الغازات.

الضغط أ قياس ل مقدار القوة لكل وحدة مساحة. ضغط الغاز هو مقدار القوة التي يمارسها الغاز على سطح داخل حجمه. تمارس الغازات ذات الضغط العالي قوة أكبر من الغازات ذات الضغط المنخفض.
ال SI وحدة الضغط هي باسكال (الرمز Pa). الباسكال تساوي قوة 1 نيوتن لكل متر مربع. هذه الوحدة ليست مفيدة جدًا عند التعامل مع الغازات في ظروف العالم الواقعي ، ولكنها معيار يمكن قياسه وإعادة إنتاجه. تطورت العديد من وحدات الضغط الأخرى بمرور الوقت ، ومعظمها يتعامل مع الغاز الأكثر دراية به: الهواء. مشكلة الهواء ، الضغط ليس ثابتًا. يعتمد ضغط الهواء على الارتفاع فوق مستوى سطح البحر والعديد من العوامل الأخرى. كانت العديد من وحدات الضغط تعتمد في الأصل على متوسط ​​ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر ، ولكنها أصبحت موحدة.

درجة الحرارة هي خاصية للمادة تتعلق بكمية طاقة الجسيمات المكونة.

يعني STP درجة الحرارة القياسية والضغط. يشير إلى الظروف عند 1 جو ضغط عند 273 كلفن (0 درجة مئوية). يستخدم STP بشكل شائع في الحسابات المتعلقة بكثافة الغازات أو في الحالات الأخرى التي تنطوي عليها شروط الدولة القياسية.
في STP ، سيشغل مول من الغاز المثالي حجمًا يبلغ 22.4 لترًا.

قانون دالتون تنص على أن الضغط الكلي لمزيج من الغازات يساوي مجموع جميع الضغوط الفردية للغازات المكونة وحدها.
ص_مجموع = ص_{غاز 1} + ص_{غاز 2} + ص_{غاز 3} + ...
الضغط الفردي للغاز المكون معروف مثل الضغط الجزئي من الغاز. يتم حساب الضغط الجزئي بواسطة الصيغة
ص_أنا = X_أناص_مجموع
أين
ص_أنا = الضغط الجزئي للغاز الفردي
ص_مجموع = الضغط الكلي
X_أنا = الجزء المولي من الغاز الفردي
جزء الشامة ، X_أنا، يتم حسابه بقسمة عدد مولات الغاز الفردي على إجمالي عدد مولات الغاز المختلط.

قانون أفوجادرو تنص على أن حجم الغاز يتناسب طرديا مع عدد الشامات من الغاز عندما يبقى الضغط ودرجة الحرارة ثابتة. أساسا: الغاز لديه حجم. إضافة المزيد من الغاز ، يأخذ الغاز حجمًا أكبر إذا لم يتغير الضغط ودرجة الحرارة.
V = kn
أين
V = الحجم k = ثابت n = عدد المولات
يمكن التعبير عن قانون أفوجادرو أيضًا
الخامس_أنا/ن_أنا = الخامس_F/ن_F
أين
الخامس_أنا و V_F هي مجلدات أولية ونهائية
ن_أنا و_F هي العدد الأولي والأخير من الشامات

قانون الغاز بويل تنص على أن حجم الغاز يتناسب عكسياً مع الضغط عند ثبات درجة الحرارة.
ع = ك / ف
أين
P = الضغط
ك = ثابت
V = الحجم
يمكن التعبير عن قانون بويل أيضًا
ص_أناالخامس_أنا = ص_Fالخامس_F
حيث ص_أنا و ص_F هي الضغوط الأولية والنهائية V_أنا و V_F هي الضغوط الأولية والنهائية
كلما زاد الحجم ، انخفض الضغط أو كلما انخفض الحجم ، سيزداد الضغط.

قانون غاز تشارلز تنص على أن حجم الغاز يتناسب مع درجة حرارته المطلقة عندما يتم الاحتفاظ بالضغط ثابتًا.
V = كيلوطن
أين
V = الحجم
ك = ثابت
T = درجة الحرارة المطلقة
يمكن أيضا التعبير عن قانون تشارلز
الخامس_أنا/ T_أنا = الخامس_F/ T_أنا
حيث V._أنا و V_F هي المجلدات الأولية والنهائية
ت_أنا و ت_F هي درجات الحرارة المطلقة الأولية والنهائية
إذا تم الحفاظ على الضغط ثابتًا وزادت درجة الحرارة ، فسيزداد حجم الغاز. عندما يبرد الغاز ، سينخفض ​​الحجم.

شاب- قانون غازات لوساك تنص على أن ضغط الغاز يتناسب مع درجة حرارته المطلقة عندما يبقى الحجم ثابتًا.
P = كيلوطن
أين
P = الضغط
ك = ثابت
T = درجة الحرارة المطلقة
يمكن أيضًا التعبير عن قانون غي لوساك على أنه
ص_أنا/ T_أنا = ص_F/ T_أنا
حيث ص_أنا و ص_F هي الضغوط الأولية والنهائية
ت_أنا و ت_F هي درجات الحرارة المطلقة الأولية والنهائية
إذا زادت درجة الحرارة ، سيزداد ضغط الغاز إذا تم الحفاظ على الحجم ثابتًا. عندما يبرد الغاز ، سينخفض ​​الضغط.

قانون الغاز المثالي ، المعروف أيضًا كقانون الغاز المشترك، هو مزيج من كل المتغيرات في قوانين الغاز السابقة. ال قانون الغاز المثالي يتم التعبير عنها بواسطة الصيغة
PV = nRT
أين
P = الضغط
V = الحجم
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 جول / مول · ك (الضغط × الحجم طاقة ، T = ك)
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 or mmHg، V = L and T = K)
يعمل قانون الغاز المثالي بشكل جيد للغازات في الظروف العادية. تشمل الظروف غير المواتية ضغوطًا عالية ودرجات حرارة منخفضة جدًا.

قانون الغازات المثالي هو تقريب جيد لسلوك الغازات الحقيقية. عادةً ما تكون القيم التي تنبأ بها قانون الغاز المثالي في حدود 5٪ من القيم الواقعية المقاسة. يفشل قانون الغاز المثالي عندما يكون ضغط الغاز مرتفعًا جدًا أو عندما تكون درجة الحرارة منخفضة جدًا. تحتوي معادلة فان دير والز على تعديلين لقانون الغاز المثالي وتستخدم للتنبؤ عن سلوك الغازات الحقيقية.
معادلة فان دير والز
(P + an²/الخامس²) (V - nb) = nRT
أين
P = الضغط
V = الحجم
أ = ثابت تصحيح الضغط الفريد للغاز
ب = ثابت تصحيح الحجم الفريد للغاز
ن = عدد مولات الغاز
T = درجة الحرارة المطلقة
تشتمل معادلة فان دير والز على 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 تصحيحاته أو قيمه الخاصة لـ a و b في معادلة van der Waals.