قوانين الغازات
7-1
قوانين الغازات
The Gas Laws
الأهداف
- تكتب العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة والحجم لمقدار ثابت من الغاز.
- تطبق قوانين الغاز على المسائل التي تتضمن الضغط ودرجة الحرارة والحجم لمقدار محدد من الغاز.
مراجعة المفردات
القانون العلمي: يصف علاقة في الطبيعة تدعمها عدة تجارب.
المفردات الجديدة
- قانون بويل
- الصفر المطلق
- قانون شارل
- قانون جاي - لوساك
- القانون العام للغازات
الفكرة الرئيسية
إن تغير الضغط أو درجة الحرارة أو الحجم لكمية ثابتة من غاز سيؤثر على المتغيرين الآخرين.
الربط مع الحياة
ماذا يحدث لغاز في بالون إذا قللت حجمه بالضغط عليه؟ سيشعر بزيادة في المقاومة، وقد تشاهد انتفاخًا في جزء من البالون.
قانون بويل
Boyle’s Law
ضغط الغاز وحجمه مترابطان. وقد وصف العالم الإيرلندي روبرت بويل Robert Boyle العلاقة.
كيف يرتبط الضغط مع الحجم؟
لقد صمم بويل تجربة كالتي في الشكل 7-1، ووضح من خلالها أنه إذا كانت كمية الغاز ودرجة الحرارة ثابتتين فإن مضاعفة الضغط الواقع على الغاز يقلل من حجمه إلى النصف. ومن ناحية أخرى فإن تقليل الضغط الواقع على الغاز إلى النصف يضاعف حجم الغاز. وتعرف العلاقة التي يزيد فيها أحد المتغيرين عندما يقل الآخر بعلاقة التناسب العكسي.
ينص قانون بويل على أن حجم كمية محددة من الغاز يتناسب عكسيًا مع الضغط الواقع عليه عند ثبوت درجة حرارته. يبين الشكل 7-1 العلاقة العكسية بين الضغط والحجم، حيث يتجه المنحنى إلى أسفل.
الشكل 7-1
الصورة التابعة: صفحة262_الشكل_7_1_العلاقة_العكسية_بين_الضغط_والحجم_قانون_بويل.png
عندما يزيد الضغط الخارجي على مكبس الأسطوانة يقل حجم الغاز داخل الأسطوانة. ويوضح الرسم البياني الآتي العلاقة العكسية بين الضغط والحجم.
القيم الموضحة:
- عند ضغط 1.0 atm يكون الحجم 10 L.
- عند ضغط 2.0 atm يكون الحجم 5 L.
- عند ضغط 4.0 atm يكون الحجم 2.5 L.
العلاقات أسفل الأسطوانات:
P₁V₁ = (1 atm)(10 L) = 10 atm · L = ثابت
P₂V₂ = (2 atm)(5 L) = 10 atm · L = ثابت
P₃V₃ = (4 atm)(2.5 L) = 10 atm · L = ثابت
استخدم الرسم البياني
طبق استخدام الرسم لتحديد الحجم إذا كان مقدار الضغط 2.5 atm.
لا حظ أن ناتج ضرب الضغط في الحجم عند كل نقطة في الشكل 7-1 يساوي 10 atm.L؛ لذا يمكنك التحقق من ثبوت هذا الناتج لكل حالة.
قانون بويل
P₁V₁ = P₂V₂
حاصل ضرب ضغط كمية محددة من الغاز في حجمها عند ثبوت درجة حرارتها يساوي كمية ثابتة.
يمثل كل من P₁ و V₁ الضغط والحجم الابتدائيين، في حين يمثل كل من P₂ و V₂ الضغط والحجم النهائيين. وباستعمال قانون بويل يمكن إيجاد الحجم أو الضغط إذا أعطي الحجم والضغط الأوليان وأحد المتغيرين النهائيين.
مثال 7-1
قانون بويل
المسألة
قانون بويل يطبق غواص على عمق 10 m، فقاعة غاز حجمها 0.75 L، وضغطها 2.25 atm. وعندما ارتفعت فقاعة الهواء إلى سطح الماء أصبح ضغطها 1.03 atm. ما حجم الفقاعة الجديد؟
1. تحليل المسألة
بالاعتماد على قانون بويل، ينقص الضغط كلما زاد حجم الغاز، ولذا ينبغي ضرب الحجم الابتدائي في نسبة الضغطين.
المعطيات
V₁ = 0.75 L
P₁ = 2.25 atm
P₂ = 1.03 atm
V₂ = ؟
2. حساب المطلوب
P₁V₁ = P₂V₂
V₂ = P₁V₁ / P₂
V₂ = 0.75 L × 2.25 atm / 1.03 atm
V₂ = 1.6 L
3. تقويم الإجابة
الحجم الجديد أكبر من الحجم الابتدائي تقريبًا؛ لأن الضغط عند سطح الماء أقل من الضغط عند عمق 10 m.
مسائل تدريبية
افترض أن درجة الحرارة وكمية الغاز ثابتان في المسائل الآتية:
- إذا كان حجم غاز عند ضغط 99.0 kPa هو 300.0 mL، وأصبح الضغط 188 kPa، فما حجم الغاز الجديد؟
- إذا كان حجم غاز محصور في إناء 1.00 L، وضغطه 0.988 atm، فما ضغط الغاز عندما يصبح حجمه 2.00 L؟
- تحفيز: إذا كان مقدار حجم غاز محصور في مكبس أسطوانة 145.7 L، وضغطه 1.08 atm، فإن حجمه الجديد تغير بمقدار 25%. احسب ضغطه الجديد.
مختبر المشكلات
تطبيق التفسيرات العلمية
ما علاقة قانون بويل بالتنفس؟
أنت تتنفس 20 مرة في الدقيقة، وتستبدل بغاز ثاني أكسيد الكربون غاز الأكسجين لتحافظ على حياتك. فكيف يتغير الضغط والحجم في رئتيك في أثناء تنفسك؟
التحليل
يسمح النسيج الإسفنجي المرن الذي تتكون منه الرئتان بتمدد الرئتين وانكماشهما؛ لتستجيب لحركة الحجاب الحاجز، وهو العضلة القوية الموجودة أسفلها. فعندما يتحرك الحجاب الحاجز إلى أسفل يزداد حجم الرئتين، وبذلك تتمكن من الشهيق. كما يتناقص حجم الرئتين عندما يتحرك الحجاب الحاجز إلى أعلى، وبذلك تتمكن من الزفير.
التفكير الناقد
- طبق قانون بويل لتفسير السبب الذي يجعل الهواء يدخل إلى الرئتين عند الشهيق ويخرج منهما عند الزفير.
- وضح ما يحدث داخل الرئتين عندما يتعرض الإنسان لضربة على البطن، ويخرج الهواء منه. استخدم قانون بويل لتفسير إجابتك.
- استنتج تفقد بعض أجزاء الرئتين مرونتها وتتضخم، وينتج عن ذلك مرض انتفاخ الرئتين. كيف تستدل من قانون بويل على أن هذا الأمر يؤثر في عملية التنفس؟
- فسر السبب في تعليم الغواصين المبتدئين الذين يحملون جهاز التنفس تحت الماء عدم حبس أنفاسهم في أثناء صعودهم من المياه العميقة.
قانون شارل
Charles’s Law
لاحظت في التجربة الاستهلالية أن محيط البالون قد قل بعد غمره في الماء والثلج. لماذا حدث ذلك؟ لعلك تلاحظ أن كرة القدم تظهر غير منتفخة جيدًا إذا تركتها في مكان بارد فترة من الوقت، في حين تراها منتفخة جيدًا إذا تركت في مكان مشمس. فإذا يختلف مظهر الكرة؟ يمكن الإجابة عن هذه الأسئلة من خلال تطبيق قانون شارل.
كيف يرتبط الحجم مع درجة الحرارة؟
درس جاك شارل 1746-1823م، الفيزيائي الفرنسي، العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة، حيث لاحظ أن كلاً من درجة حرارة وحجم عينة من الغاز يزداد عندما يبقى كل من كمية العينة والضغط ثابتين.
يمكن تفسير هذه الخاصية بناءً على نظرية الحركة الجزيئية؛ فعندما تزداد درجة الحرارة تتحرك جسيمات الغاز وتصطدم أسرع بجدار الإناء الذي توجد فيه وبقوة أكبر. ولأن الضغط يعتمد على عدد وقوة اصطدامات جسيمات الغاز بجدار الإناء، فإن هذا يؤدي إلى زيادة الضغط، وحتى يبقى الضغط ثابتًا لا بد أن يزيد الحجم؛ إذ تحتاج الجسيمات إلى الانتقال إلى مسافات أبعد قبل أن تصطدم بالجدار، مما يقلل من عدد اصطدامات الجسيمات بجدار الإناء.
توضح الأسطوانات في الشكل 7-2 كيف يتغير حجم كمية محددة من الغاز بتسخينه.
الشكل 7-2
الشكل 7-2 عند تسخين الأسطوانة تزداد الطاقة الحركية لجسيمات الغاز، فتدفع الجسيمات المكبس إلى أعلى. يوضح الرسم البياني الآتي علاقة الحجم بدرجة الحرارة السيليزية ودرجة الحرارة المطلقة.
بيانات الرسم الأول
الحجم مقابل درجة الحرارة (°C)
- المحور الرأسي: الحجم (mL)
- المحور الأفقي: درجة الحرارة (°C)
- النقطة الأولى: (-123°C, 300 mL)
- النقطة الثانية: (27°C, 600 mL)
بيانات الرسم الثاني
الحجم مقابل درجة الحرارة (K)
- المحور الرأسي: الحجم (mL)
- المحور الأفقي: درجة الحرارة (K)
- النقطة الأولى: (150 K, 300 mL)
- النقطة الثانية: (300 K, 600 mL)
بيانات الأسطوانتين
الأسطوانة الأولى
- درجة الحرارة: 150 K
- الضغط: 1 atm
- الحجم: 300 mL
[
\frac{V_1}{T_1} = \frac{300\ mL}{150\ K}
]
[
= 2\ mL/K
]
ثابت
الأسطوانة الثانية
- درجة الحرارة: 300 K
- الضغط: 1 atm
- الحجم: 600 mL
[
\frac{V_2}{T_2} = \frac{600\ mL}{300\ K}
]
[
= 2\ mL/K
]
ثابت
وعلى عكس الشكل 7-1 لا يؤثر في المكبس ضغط خارجي بالإضافة إلى الضغط الجوي، فقد بقي المكبس في الشكل 7-2 حر الحركة. وهذا يعني قيام الغاز الموجود في الأسطوانة برفع المكبس إلى أن يتساوى الضغط الواقع عليه مع الضغط الجوي.
وكما تلاحظ يزداد حجم الغاز المحصور عند 1 atm بزيادة درجة الحرارة في الأسطوانة، لذا تكون المسافة التي يتحركها المكبس مقياسًا لزيادة حجم الغاز عندما يسخن.
رسم العلاقة بين درجة الحرارة والحجم
يوضح الشكل 7-2 أيضًا العلاقة بين درجة الحرارة والحجم لمقدار محدد من الغاز تحت تأثير ضغط ثابت. حيث إن منحنى درجة الحرارة والحجم خط مستقيم، فيمكنك توقع درجة الحرارة التي يصبح الحجم عندها 0 L، وذلك بمد الخط إلى درجات حرارة أدنى من الدرجات التي تم قياسها.
في الرسم البياني الأول، درجة الحرارة التي يكون عندها الحجم 0 L تساوي -273°C، لذا فهذه العلاقة خطية، لكنها ليست تناسبًا مباشرًا. فمثلًا يمكنك ملاحظة عدم مرور الخط المستقيم بنقطة الأصل، كما أن مضاعفة درجة الحرارة من 25°C إلى 50°C لا تؤدي إلى مضاعفة الحجم.
بينما رسم البياني في الشكل 7-2 العلاقة بين درجة الحرارة المطلقة بالكلفن (K) والحجم علاقة طردية والتناسب مباشر؛ إذ تقابل درجة الحرارة 0 K حجمًا مقداره 0 mL، وعند مضاعفة درجة الحرارة يتضاعف الحجم. ويعرف الصفر على تدريج كلفن بالصفر المطلق، وهو يمثل أقل قيمة ممكنة لدرجة الحرارة التي تكون عندها طاقة الذرات أقل ما يمكن.
اختبار الرسم البياني
فسر لماذا يوضح الرسم البياني الثاني في الشكل 7-2 تناسبًا طرديًا مباشرًا، في حين أن الرسم البياني الأول لا يوضح ذلك.
استخدام قانون شارل وقانون جاي لوساك
ينص قانون شارل على أن حجم كمية محددة من الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبوت الضغط.
قانون شارل
V₁ / T₁ = V₂ / T₂
حاصل قسمة حجم كمية محددة من الغاز على درجة حرارته بالكلفن عند ثبوت الضغط يساوي كمية ثابتة.
تمثل V₁ و T₁ الحجم ودرجة الحرارة الابتدائيين، في حين تمثل V₂ و T₂ الحجم ودرجة الحرارة النهائيين. وكما في قانون بويل، إذا عرف ثلاثة متغيرات أمكنك حساب المتغير الرابع.
وعند استخدام قانون شارل يجب تحويل درجة الحرارة من السيليزية إلى الكلفن؛ وذلك لأن الصفر المطلق، لا الصفر السيليزي، هو أساس درجة الحرارة في قوانين الغازات.
العلاقة:
T_K = 273 + T_C
مثال 7-2
قانون شارل
المسألة
قانون شارل إذا كان حجم بالون هيليوم 2.32 L في سيارة مغلقة عند درجة حرارة 40.0°C، فإذا وقفت السيارة في منطقة الشمس وارتفعت درجة حرارة الهواء داخلها إلى 75.0°C، فما الحجم الجديد للبالون إذا بقي الضغط ثابتًا؟
1. تحليل المسألة
يتغير حجم عينة الغاز عند تغير درجة الحرارة إذا بقي الضغط ثابتًا؛ لذا يتم التحويل من درجة الحرارة السيليزية إلى الكلفن أولًا، ثم استخدام قانون شارل.
المعطيات
T₁ = 40.0°C
V₁ = 2.32 L
T₂ = 75.0°C
V₂ = ؟
2. حساب المطلوب
حوّل درجات الحرارة إلى كلفن:
T₁ = 273 + 40.0°C = 313.0 K
T₂ = 273 + 75.0°C = 348.0 K
استخدم قانون شارل:
V₁ / T₁ = V₂ / T₂
V₂ = V₁ × T₂ / T₁
V₂ = 2.32 L × 348.0 K / 313.0 K
V₂ = 2.58 L
استخدم قانون شارل لإيجاد (V_2)، وعوض بالقيم المعروفة في المعادلة التي أُعيد ترتيبها.
[
\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}
]
اكتب قانون شارل
[
V_2 = V_1 \left(\frac{T_2}{T_1}\right)
]
جد قيمة (V_2)
[
V_2 = 2.32\ L \left(\frac{348.0\ K}{313.0\ K}\right)
]
عوّض
[
V_1 = 2.32\ L
]
[
T_1 = 313.0\ K
]
[
T_2 = 348.0\ K
]
[
V_2 = 2.32\ L \left(\frac{348.0\ K}{313.0\ K}\right)=2.58\ L
]
اضرب واقسم، والوحدات تُلغى.
3 تقويم الإجابة
كانت الزيادة في درجة الحرارة بالكلفن صغيرة نسبيًا، لذا ستكون الزيادة في الحجم صغيرة أيضًا، وتستخدم وحدة (L) في الإجابة، وهي وحدة الحجم، وهناك ثلاثة أرقام معنوية.
مسائل تدريبية
افترض أن الضغط وكمية الغاز ثابتان في المسائل الآتية:
- ما الحجم الذي يشغله الغاز في البالون الموجود على اليسار عند درجة (250 K)؟
- شغل غاز عند درجة حرارة (89^\circ C) حجمًا مقداره (0.67 L)، عند أي درجة حرارة سيليزية سيزيد الحجم ليصل إلى (1.12 L)؟
- إذا انخفضت درجة الحرارة السيليزية لعينة من الغاز حجمها (3.0 L) من (80.0^\circ C) إلى (30.0^\circ C)، فما الحجم الجديد للغاز؟
- تحفيز: يشغل غاز حجمًا مقداره (0.67 L) عند درجة حرارة (350 K)، ما درجة الحرارة اللازمة لخفض الحجم بمقدار (45%)؟
قانون جاي - لوساك
Gay–Lussac’s Law
لاحظت في التجربة الاستهلالية تطبيقات على قانون شارل، فعند تغير درجة الحرارة يتغير حجم البالون، ولكن ماذا يمكن أن يحدث لو كان البالون صلبًا ثابتًا؟ وإذا كان حجمه ثابتًا فهل هناك علاقة بين درجة الحرارة والضغط؟ يمكنك الإجابة عن هذا السؤال من خلال قانون جاي - لوساك.
كيف ترتبط درجة الحرارة مع ضغط الغاز؟
ينتج الضغط عن اصطدام جسيمات الغاز بجدران الوعاء؛ فكلما ارتفعت درجات الحرارة زاد عدد الاصطدامات وطاقتها. لذا تؤدي زيادة الحرارة إلى زيادة الضغط إذا لم يتغير الحجم.
--
الشكل 7-3
الصورة التابعة: صفحة268_الشكل_7_3_العلاقة_بين_الضغط_ودرجة_الحرارة_قانون_جاي_لوساك.png
عند تسخين الأسطوانة يزداد الضغط الجوي داخلها، وجزيئات الغاز تزداد سرعتها، ويكون حجم الأسطوانة ثابتًا في كل من ضغط الغاز ودرجة حرارته.
القيم الموضحة:
P₁ / T₁ = 1.5 atm / 150 K
P₂ / T₂ = 3.0 atm / 300 K
استخدم الرسم البياني
قارن بين الرسم البياني في الشكل 7-2 والشكل 7-3.
وقد درس جاي لوساك العلاقة بين ضغط الغاز ودرجة حرارته، وقاس الضغط لعينة من الغاز مع تغير درجة الحرارة إذا بقي حجم العينة ثابتًا. وكما في قانون شارل، وجد أن ضغط الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة بالكلفن. لذا يمكن تمثيل قانون جاي لوساك بالصيغة الآتية:
قانون جاي - لوساك
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
حاصل قسمة ضغط كمية محددة من الغاز على درجة حرارته بالكلفن عند ثبوت الحجم يساوي كمية ثابتة.
تمثل P₁ و T₁ الضغط ودرجة الحرارة الابتدائيين، في حين تمثل P₂ و T₂ الضغط ودرجة الحرارة النهائيين.
الكيمياء في واقع الحياة
أواني الضغط الكهربائية
الصورة التابعة: صفحة268_الكيمياء_في_واقع_الحياة_أواني_الضغط.png
أواني الضغط الكهربائية تتحكم بضغط البخار، ودرجة الحرارة، وكمية الماء. وعند تسخين الماء في الأواني المغلقة يرتفع الضغط داخلها، ومن ثم ترتفع درجة غليان الماء، فينضج الطعام.
مثال 7-3
قانون جاي - لوساك
المسألة
قانون جاي - لوساك إذا كان ضغط غاز الأكسجين داخل أسطوانة 5.00 atm عند درجة حرارة 25.0°C، ووضعت الأسطوانة في مجمد فإن درجة الحرارة تصبح -10.0°C. ما الضغط الجديد لهذا الغاز إذا بقي حجم الأسطوانة ثابتًا؟
1. تحليل المسألة
يعطي قانون جاي - لوساك العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة عند ثبوت الحجم. فإذا انخفضت درجة حرارة الغاز المحصور، فإن ضغطه ينخفض أيضًا؛ لذا يجب تحويل درجة الحرارة إلى كلفن.
المعطيات
P₁ = 5.00 atm
T₁ = 25.0°C
T₂ = -10.0°C
P₂ = ؟
2. حساب المطلوب
حوّل درجات الحرارة إلى كلفن:
T₁ = 273 + 25.0°C = 298.0 K
T₂ = 273 + (-10.0°C) = 263.0 K
استخدم قانون جاي - لوساك:
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
P₂ = P₁ × T₂ / T₁
P₂ = 5.00 atm × 263.0 K / 298.0 K
P₂ = 4.41 atm
3. تقويم الإجابة
الضغط النهائي أقل من الضغط الابتدائي، لذا فإن الضغط الناتج منطقي.
مسائل تدريبية
افترض أن الحجم وكمية الغاز ثابتان في المسائل الآتية:
- إذا كان ضغط بالون 1.88 atm عند درجة حرارة 25°C، فكم يكون الضغط إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 37.0°C؟
- عينة من غاز محصور في أسطوانة ضغطها 1.12 atm عند درجة حرارة 21°C، ثم أصبح ضغطها 2.56 atm. ما درجة الحرارة الجديدة؟
- تحفيز: إذا كان ضغط كمية من الغاز النيتروجين 30.7 kPa عند درجة حرارة 0.00°C، فكم ينبغي أن ترتفع درجة الحرارة حتى يتضاعف الضغط؟
الشكل 7-4
الصورة التابعة: صفحة270_الشكل_7_4_بالون_علمي_لدراسة_الغلاف_الجوي.png
تطلق المملكة العربية السعودية ما يزيد على 10 محطات للرصد الجوي، وتستخدم هذه البالونات أجهزة لقياس خصائص الجو، مثل الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح.
وعندما يرتفع البالون يقل الضغط الخارجي، فيزداد حجمه.
القانون العام للغازات
The General Gas Law
يمكن أن يتغير كل من الضغط ودرجة الحرارة والحجم في العديد من التطبيقات العملية؛ لذلك يمكن دمج قوانين بويل وشارل وجاي - لوساك في قانون واحد يسمى القانون العام للغازات.
ويصف القانون العام للغازات العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة والحجم لكمية محددة من الغاز.
القانون العام للغازات
P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂
حيث:
P = الضغط
V = الحجم
T = درجة الحرارة بالكلفن
حيث حاصل ضرب الضغط في الحجم مقسومًا على درجة الحرارة بالكلفن لكمية محددة من الغاز يساوي مقدارًا ثابتًا.
استخدام القانون العام للغازات
يساعدك القانون العام للغازات في حل المسائل التي تتضمن تغير أكثر من متغير واحد. فإذا كانت لديك كمية ثابتة من الغاز فإن القانون العام يسمح بحساب الضغط أو الحجم أو درجة الحرارة عندما تتغير القيم الأخرى.
مهن في الكيمياء
الأرصاد الجوية
الصورة التابعة: صفحة270_مهن_في_الكيمياء_الأرصاد_الجوية.png
الأرصاد الجوية يستخدم الكيميائيون قوانين الغازات لحساب تغيرات الضغط والحجم ودرجة الحرارة للغلاف الجوي. كما تساعدهم هذه القوانين على فهم حركة الهواء والطقس.
مثال 7-4
القانون العام للغازات
المسألة
القانون العام للغازات إذا كان حجم كمية من غاز ما تحت ضغط 110 kPa، ودرجة حرارة 30.0°C يساوي 2.00 L، وارتفعت درجة حرارته إلى 80.0°C، وزاد الضغط وأصبح 440 kPa، فما مقدار الحجم الجديد؟
1. تحليل المسألة
يتغير الضغط والحجم ودرجة الحرارة، لذا يجب استخدام القانون العام للغازات. ومن المتوقع أن يقل الحجم؛ لأن الضغط ازداد كثيرًا.
المعطيات
P₁ = 110 kPa
T₁ = 30.0°C
V₁ = 2.00 L
P₂ = 440 kPa
T₂ = 80.0°C
V₂ = ؟
2. حساب المطلوب
حوّل درجات الحرارة إلى كلفن:
T₁ = 273 + 30.0°C = 303.0 K
T₂ = 273 + 80.0°C = 353.0 K
استخدم القانون العام للغازات:
P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂
حل لإيجاد V₂:
V₂ = P₁V₁T₂ / P₂T₁
V₂ = (110 kPa)(2.00 L)(353.0 K) / (440 kPa)(303.0 K)
V₂ = 0.58 L
3. تقويم الإجابة
الحجم النهائي أقل من الحجم الابتدائي؛ لأن الضغط ازداد بمقدار كبير، وهذا يتفق مع النتيجة.
مسائل تدريبية
افترض أن كمية الغاز ثابتة في المسائل الآتية:
- عينة من الهواء في حقنة ضغطها 1.02 atm عند درجة حرارة 22.0°C، وحجمها 1.02 mL. وضعت هذه العينة في حمام ماء بارد إلى درجة 12.3°C، وازداد الضغط إلى 1.23 atm، وانخفض الحجم إلى 0.900 mL. ما درجة الحرارة الجديدة؟
- يحتوي بالون على 146.0 mL من الغاز المحصور تحت ضغط مقداره 1.30 atm ودرجة حرارة 5.0°C. إذا تغير الضغط إلى 2.0 atm وتغيرت درجة الحرارة إلى 35.0°C، فما الحجم الجديد؟
- تحفيز: إذا كانت درجة الحرارة في الأسطوانة عند 30.0°C، والضغط 1.20 atm، فكم يصبح الضغط في الأسطوانة إذا نقص الحجم إلى الربع؟
الجدول 7-1
قوانين الغازات
الصورة التابعة: صفحة272_الجدول_7_1_قوانين_الغازات.png
| القانون | العلاقة الرياضية | المتغيرات الثابتة |
| ----------------- | --------------------- | ------------------------ |
| قانون بويل | P₁V₁ = P₂V₂ | درجة الحرارة وكمية الغاز |
| قانون شارل | V₁ / T₁ = V₂ / T₂ | الضغط وكمية الغاز |
| قانون جاي - لوساك | P₁ / T₁ = P₂ / T₂ | الحجم وكمية الغاز |
| القانون العام | P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂ | كمية الغاز |
مقياس درجة الحرارة وقوانين الغازات
لا بد أن تكون درجة الحرارة بالكلفن عند استخدام قوانين الغازات؛ لأن هذه القوانين تعتمد على درجة الحرارة المطلقة.
ولتحويل درجة الحرارة السيليزية إلى كلفن:
T(K) = 273 + T(°C)
المطويات
أدخل معلومات من هذا القسم في مطويتك.
التقويم 7-1
الخلاصة
الخلاصة
- ينص قانون بويل على أن حجم كمية محددة من الغاز يتناسب عكسيًا مع الضغط عند ثبوت درجة الحرارة.
- ينص قانون شارل على أن حجم كمية محددة من الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبوت الضغط.
- ينص قانون جاي - لوساك على أن ضغط كمية محددة من الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبوت الحجم.
- يربط القانون العام للغازات بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة لكمية ثابتة من الغاز.
أسئلة التقويم 7-1
- الفكرة الرئيسية: صف العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة والحجم لكمية ثابتة من الغاز.
- اشرح أي القوانين الثلاثة التي درستها تربط كمية ثابتة من الغاز تناسبًا طرديًا أو عكسيًا.
- حدد المتغيرات التي يجب أن تبقى ثابتة عند استخدام قانون بويل، وشارل، وجاي - لوساك.
- طبق: عينة غاز حجمها 1.0 L عند درجة حرارة 25°C وضغط 1.00 atm. احسب الحجم إذا تغير الضغط إلى 2.0 atm وبقيت درجة الحرارة ثابتة.
- احسب: بالون حجمه 1.0 L عند درجة حرارة 22.0°C، إذا أصبح حجمه 1.07 L، فما درجة الحرارة الجديدة؟
- صمم تجربة مناسبة توضح فيها العلاقات بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة وكمية ثابتة من الغاز.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.