القوانين العامة للغازات

أولاً:المقدمة:
ــ منذ القرن السابع عشر وحتى القرن التاسع عشر حازت استجابة الغازات لتغيرات الوسط المحيط بها من اختلاف درجة الحرارة أو الضغط أو الحجم على اهتمام العلماء مما دفعهم إلى دراستها فتم دراسة الصفات العامة للغازات وتم وضع النظرية العامة للغازات وعدد من القوانين سميت قوانين الغازات أخذ منها أربع قوانين تطبق على معظم الغازات أطلق عليها القوانين العامة للغازات.
ــ حالات المادة:تكون المادة موجودة عادة في ثالث حالات وهي:
1- الحالة الغازية: تكون المادة فيها على شكل غاز في الدرجة العادية من الحرارة حيث تكون جزيئات المادة أو ذراتها
متباعدة عن بعضها وليس لها شكل محدد
مثل:غاز الأكسجين الضروري لعملية التنفس وغاز الهيدروجين الذي يدخل في تركيب الماء وغاز النيتروجين الذي يشكل
أعلى نسبة بين غازات الغلاف الجوي
2-الحالة السائلة:تكون فيها المادة على شكل سائل في الدرجة العادية من الحرارةحيث تكون الجزيئات متوسطة البعد عن
بعضهامثل الماء(الذي يعتبر سائلاً شاذاً)
3-الحالة الصلبة :وتكون فيها المادة صلبة في الدرجة العادية من الحرارة حيث تكون الذرات أو الجزيئات قريبة من
بعضها مثل الحديد
وسنتناول دراسة الخواص العامة للغازات.
ثانياً:موضوع البحث
ــ الخواص العامة للغازات:1-نكون قوى التجاذب بين جزيئات الغازات ضعيفة جداً:أي أن القوى التي يؤدي إلى جذب جزيء إلى آخر يكون ضعيفاً جداً
ومرد ذلك إلى البعد بين الذرات.
2-الغازات قابلة للإنضغاط بسهولة:أي أن لها قابلية عالية على الانضغاط حيث تقترب الجزيئات من بعضها.


3-الغازات تتمدد لتملأ كامل الحيز الموجودة فيه وذلك بسبب حركة الغازات.
4-الغازات التي لا تتفاعل مع بعضها قابلة للإختلاط مع بعضها اختلاطاً تاماً وذلك بسبب حركتها الدائمة والعشوائية.
5-قد تحدث إصطدامات بين جزيئات الغازات بسبب حركتها الدائمة.
6-تمارس الغازات ضغطاً عما حولها.
7-يمكن تغيير حجم الغاز بتغيير الضغط أو درجة الحرارة أو بهما معاً
8-كثافة الغازات قليلة بالنسبة لنفس المادة في الحالة الصلبة أو السائلة
9-لا يوجد حد أعلى لمدى درجات الحرارةالتي يمكن للمادة أن توجد خلاله في الحالة الغازية.
10-معظم الغازات عديمة اللون.
11-يوصف سلوك الغازات وفقاً لأربع متغيرات هي الضغط,درجة الحرارة,الحجم,كمية الغاز.
ــ تعريف الغاز المثالي:غاز لا يوجد بين جزيئاته قوى(تنافر) ويعتبر حجم جزيئاته مهملاً بينما تكون كتلته غير مهملة.
ــ تعريف الغاز الحقيقي:غاز يوجد قوى بين جزيئاته ولا يهمل حجم الجزيئات أو كتلتها.
ــ أسس النظرية العامة للغازات:
1-تتكون الغازات من جزيئات صغيرة وبعيدة عن بعضها لدرجة أن الحجم الفعلي للجزيئات يكون مهملا عند مقارنتها بالحيز الموجود بينها ..
2- لا يوجد في الغازات قوى تجاذب بين الجزيئات حيث تكون الجزيئات مستقلة تمامًا كل عن الأخرى ..
3 – تتحرك جزيئات الغاز بحركة سريعة عشوائية وبخطوط مستقيمة وهي تتصادم مع بعضها البعض وكذلك مع جدران الإناء الذي يحتويها وفي كل تصادم لا يحدث فقد لطاقة الحركة ..
4 – متوسط كل من طاقة الحركة وسرعة الجزيئات يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة ..
5- عند درجة حرارة معينة وعندما تكون جزيئات الغازات لها نفس متوسط طاقة الحركة فإن الزيادة فالكتلة يتبعها نقص في متوسط السرعة ..
بعد اكتشاف النظرية الحركية وضعت القوانين العامة للغازات وهي
للعلماء:1-روبرت بويل
2- جاك شارل (ويعرف قانونه بقانون غاي لوساك أو قانون شارل)
3- جون دالتون 4-أميديو أفوغادرو
ولكن ما هذه القوانين؟
1-قانون بويل:
مكتشفه:
روبرت بويل (1627-1691)وهو عالم بريطاني ولد عام 1627 وتوفي في عام 1691 اكتشف العديد من الأشياء ونشر قانونه المتعلق بالغازات إضافة إلى عدد من القوانين التي اكتشفها معه في كتاب اسمه The spring of air وقد نشر هذا الكتاب عام 1660
نصه:
ينص على أنًّ:
أن حجم كمية معينة من غاز يتناسب عكسيًا مع الضغط ، إذا بقيت درجة الحرارة ثابتة ..
ويمثل بالعلاقة التالية:V=K(1\P)
V (Volume): حيث يكون: الحجم ويقدر بالمتر المكعب
P (Pressure):الضغط ويقدر بالملم الزئبقي
K ثابت
ويمكن تمثيله بخط بياني كما في الشكل التالي:

حيث تمثل فيه فاصلة كل نقطة حجم الغاز وترتيب النقطة يمثل ضغط الغاز
فمثلاً النقطة 1تمثل مرحلة من مراحل دراسة الغاز حيث كان ضغط الغاز فيها هو:
بينما كان حجم الغاز هو:
بينما تمثل النقطة2 مرحلة أخرى من مراحل دراسة الغاز حيث كان ضغط الغاز فيها هو:
بينما كان حجم الغاز هو:
ونلاحظ أن الثابت ينتج عن طريق العملية الآتية:
وهو يمثل ميل الخط البياني
2-قانون غاي لوساك:
مكتشفه:
العالم غاي لوساك (عالم فرنسي ولد عام1778 وتوفي عام1850)
وقد أجرى جاك شارل (وهو كيميائي فرنسي ولد في عام 1746 وتوفي في عام 1823 ويعد أول من صمم بالون مملوء بالهيدروجين وقد طار إلى ارتفاع 3كم) دراسات حول هذا القانون وعدل في صياغته لذلك أصبح هذا القانون يعرف باسم قانون شارل أو قانون غاي لوساك.
نصه:
إذا وضعنا كمية من غاز في إناء وجعلنا ضغط الغاز ثابتاً فإننا نجد أن حجم الغاز يتغير بتغير درجة حرارته ..
وهذا النص كما وضعه العالم جاك شارل أما القانون بعدما عدله غاي لوساك فقد أصبح نصه:
عند ثبات كمية من غاز فإن ضغطه يتناسب طردياً مع درجة حرارته المطلقة ..
ويتحدث هذا القانون عن علاقة الحرارة بالضغط
ويمكن تمثيل هذا القانون بالعلاقة التالية: k T = V
حيث:V:الحجم(يقدر باللتر)
k:ثابت يعطى بالعلاقة:
T:درجة الحرارة(تقدر بالكيلفن)
ويمكن تمثيل هذه العلاقة بخط بياني كما في الشكل الآتي:

حيث تمثل فيه فاصلة كل نقطة درجة حرارة الغاز وترتيب النقطة يمثل حجم الغاز
فمثلاً النقطة 1تمثل مرحلة من مراحل دراسة الغاز حيث كان حجم الغاز فيها هو:1لتر
بينما كانت درجة حرارة الغاز:2كلفن
بينما تمثل النقطة2 مرحلة أخرى من مراحل دراسة الغاز حيث كان حجم الغاز فيها هو:1,5لتر
بينما كانت درجة حرارة الغاز:3كلفن
أما الثابت فيحسب عن طريق العلاقة/T=K
أي:1/2=0.5
ويمثل الثابت ميل الخط البياني
3- قانون دالتون:
مكتشفه:جون دالتون وهو كيميائي بريطاني ولد عام 1766 وتوفي عام 1844 وقد اكتشف نظرية في علم الذرة سميت النظرية الذرية وقد بنيت عليها أسس الفيزياء الحديثة.
نصه:
الضغط الكلي لمزيج غازي يساوي مجموع الضغوط الجزئية المستقلة التي يحدثها كل غاز وحسب العلاقة التالية ..
يفسر هذا القانون كيفية معرفة الضغط المطبق على خليط من غازين لا يتفاعلان مع بعضهما عن طريق حساب الضغط المطبق على الغازين كل غاز على حدة ثم جمع المقدارين
ويمثل هذا القانون بالعلاقة التالية:Ptotal= P1 + P2
حيث: P total:الضغط الكلي للغاز.
P1:ضغط الغاز الأول.
P2:ضغط الغاز الثاني.
ويعرف هذا القانون بقانون الضغوط الجزئية.
4-نظرية أفوغادرو:
وضعها العالم أميديو أفوغادرو وهو كيميائي إيطالي ولد عام1776 وتوفي عام 1865 وهو صاحب عدد أفوغادرو.
نصه:
الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة عند نفس درجة الحرارة والضغط تحتوي على نفس العدد من الجزيئات .
وقد وضع هذه النظرية عام 1811 وأصبح يطلق عليها اسم نظرية أفوغادرو.
المصادر:
1-موقع بيوتات الكيمياء التعليمية
2-موسوعة Microsoft Encarta Encyclopedia