قانون الغاز العام: الصيغ والتطبيقات والتمارين - كيمياء - 2025

و قانون الغاز العام هو نتيجة الجمع بين قانون بويل-ماريوت، وقانون شارل وقانون غاي لوساك؛ و في الواقع ، يمكن اعتبار هذه القوانين الثلاثة حالات خاصة من قانون الغاز العام. في المقابل ، يمكن اعتبار قانون الغاز العام بمثابة تخصيص لقانون الغاز المثالي.

يحدد القانون العام للغاز علاقة بين حجم الغاز وضغطه ودرجة حرارته. وبهذه الطريقة ، يؤكد أنه ، في حالة وجود غاز ، فإن ناتج ضغطه بالحجم الذي يشغله مقسومًا على درجة الحرارة التي يوجد بها يظل دائمًا ثابتًا.

توجد الغازات في عمليات مختلفة في الطبيعة وفي عدد كبير من التطبيقات ، سواء الصناعية أو في الحياة اليومية. لذلك ، ليس من المستغرب أن يكون لقانون الغاز العام تطبيقات متعددة ومتنوعة.

على سبيل المثال ، يجعل هذا القانون من الممكن شرح تشغيل الأجهزة الميكانيكية المختلفة مثل مكيفات الهواء والثلاجات ، وتشغيل بالونات الهواء الساخن ، ويمكن حتى استخدامها لشرح عمليات تكوين السحب.

الصيغ

الصيغة الرياضية للقانون هي كما يلي:

P ∙ V / T = K.

في هذا التعبير ، يمثل P الضغط ، و T يمثل درجة الحرارة (بالدرجات الكلفينية) ، و V هو حجم الغاز ، و K تمثل قيمة ثابتة.

يمكن استبدال التعبير السابق بما يلي:

الفوسفور ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

هذه المعادلة الأخيرة مفيدة جدًا لدراسة التغيرات التي تتعرض لها الغازات عند تعديل واحد أو اثنين من المتغيرات الديناميكية الحرارية (الضغط ودرجة الحرارة والحجم).

قانون بويل ماريوت وقانون تشارلز وقانون جاي لوساك

يرتبط كل من القوانين المذكورة أعلاه باثنين من المتغيرات الديناميكية الحرارية ، في حالة بقاء المتغير الثالث ثابتًا.

ينص قانون تشارلز على أن الحجم ودرجة الحرارة متناسبان بشكل مباشر طالما ظل الضغط دون تغيير. التعبير الرياضي لهذا القانون هو كما يلي:

V = K ₂ ∙ T

من جانبه ، ينص قانون بويل على أن الضغط والحجم لهما علاقة عكسية مع بعضهما البعض عندما تظل درجة الحرارة ثابتة. قانون بويل يلخص رياضيا على النحو التالي:

P ∙ V = K ₁

أخيرًا ، ينص قانون جاي لوساك على أن درجة الحرارة والضغط يتناسبان بشكل مباشر مع الحالات التي لا يختلف فيها حجم الغاز. رياضيا ، يتم التعبير عن القانون على النحو التالي:

P = K ₃ ∙ T

في هذا التعبير K ₁ ، K ₂ و K ₃ تمثل ثوابت مختلفة.

قانون الغاز المثالي

يمكن الحصول على قانون الغاز العام من قانون الغاز المثالي. قانون الغاز المثالي هو معادلة حالة الغاز المثالي.

الغاز المثالي هو غاز افتراضي يتكون من جزيئات ذات طابع نقطي. لا تمارس جزيئات هذه الغازات أي قوة جاذبية مع بعضها البعض وتتميز اصطداماتها بأنها مرنة تمامًا. بهذه الطريقة ، تتناسب قيمة طاقتها الحركية طرديًا مع درجة حرارتها.

الغازات الحقيقية التي يشبه سلوكها إلى حد بعيد سلوك الغازات المثالية هي غازات أحادية الذرة عند ضغوط منخفضة ودرجات حرارة عالية.

التعبير الرياضي لقانون الغاز المثالي هو كما يلي:

P ∙ V = n n R ∙ T

هذه المعادلة n هي عدد المولات و R هو الثابت العالمي للغازات المثالية التي تبلغ قيمتها 0.082 atm ∙ L / (mol ∙ K).

التطبيقات

يمكن العثور على كل من قانون الغاز العام وقوانين Boyle-Mariotte و Charles و Gay-Lussac في العديد من الظواهر الفيزيائية. بالطريقة نفسها ، فهي تشرح تشغيل العديد من الأجهزة الميكانيكية المتنوعة للحياة اليومية.

على سبيل المثال ، في قدر الضغط يمكنك مراقبة قانون جاي لوساك. يظل الحجم في الإناء ثابتًا ، لذا إذا زادت درجة حرارة الغازات المتراكمة فيه ، يزداد الضغط الداخلي للقدر أيضًا.

مثال آخر مثير للاهتمام هو منطاد الهواء الساخن. يعتمد عملها على قانون تشارلز. بالنظر إلى أن الضغط الجوي يمكن اعتباره ثابتًا عمليًا ، فإن ما يحدث عندما يسخن الغاز الذي يملأ البالون هو أن الحجم الذي يشغله يزداد ؛ وبالتالي تنخفض كثافته ويمكن أن يصعد البالون.

تمارين محلولة

التمرين الأول

تحديد درجة الحرارة النهائية للغاز الذي يتضاعف ضغطه الأولي بمقدار 3 أجواء حتى يصل إلى ضغط 6 أجواء ، مع تقليل حجمه من حجم 2 لتر إلى 1 لتر ، مع العلم أن درجة الحرارة الأولية للغاز كانت 208 ، 25 ميكرومتر.

المحلول

الاستعاضة في التعبير التالي:

الفوسفور ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

عليك أن:

بالحل من أجل ، نحصل على T ₂ = 208.25 ºK

التمرين الثاني

بالنظر إلى غاز تعرض لضغط قدره 600 مم زئبق ، ويشغل حجمًا 670 مل وعند درجة حرارة 100 درجة مئوية ، حدد ضغطه عند 473 درجة مئوية إذا احتل عند درجة الحرارة هذه حجمًا قدره 1500 مل.

المحلول

بادئ ذي بدء ، من المستحسن (وبشكل عام ، ضروري) تحويل جميع البيانات إلى وحدات من النظام الدولي. وبالتالي ، عليك أن:

P ₁ = 600/760 = 0.789473684 atm تقريبًا 0.79 atm

الخامس ₁ = 0.67 لتر

تي ₁ = 373 ºK

ف ₂ =؟

الخامس ₂ = 1.5 لتر

تي ₂ = 473 ºK

الاستعاضة في التعبير التالي:

الفوسفور ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

عليك أن:

0.79 ∙ 0.67 / 373 = P ₂ 1.5 / 473

بحل P ₂ نحصل على:

P ₂ = 0.484210526 تقريبًا 0.48 ضغط جوي

المراجع

1. سكيافيلو ، ماريو ؛ فيسنتي ريبس ، ليوناردو بالميسانو (2003). أساسيات الكيمياء. برشلونة: الافتتاحية Ariel، SA
2. ليدر ، كيث ، ج. (1993). مطبعة جامعة أكسفورد ، أد. عالم الكيمياء الفيزيائية.
3. قانون الغاز العام. (و). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من es.wikipedia.org.
4. قوانين الغاز. (و). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من en.wikipedia.org.
5. زمدال ، ستيفن س (1998). المبادئ الكيميائية. شركة هوتون ميفلين.