القسم ٤ · الحساب الكيميائي: المول والمعادلات والصيغ وقوانين الغازات والكيمياء الحرارية — الموضوع ٤ من ٦
حالة الغاز وقوانينه
مقاييس الحرارة: ثلاثة مقاييس — السيليزيوس °C والكلفن K والفهرنهايت °F؛ وK = °C + 273 (والصفر المطلق = −273 °C = 0 K). فغليان الماء = 100 °C = 373 K = 212 °F، وتجمّده = 0 °C = 273 K = 32 °F. ويُستعمل الزئبق والكحول في موازين الحرارة السائلة.
| القانون | الثابت | العلاقة |
|---|---|---|
| بويل | T ثابتة | P₁V₁ = P₂V₂ (الحجم يتناسب عكسيًّا مع الضغط) |
| شارل | P ثابت | V₁T₁ = V₂T₂ (الحجم يتناسب طرديًّا مع الحرارة) |
| جاي لوساك | V ثابت | P₁T₁ = P₂T₂ (الضغط يتناسب طرديًّا مع الحرارة) |
| القانون العام | — | P₁V₁T₁ = P₂V₂T₂ |
🔑 الحجم المولاري لأيِّ غازٍ في الظروف المعيارية (STP) = 22.4 Lmol؛ وبقانون أفوجادرو: حجمان متساويان من غازين عند الضغط والحرارة نفسيهما يحويان عدد المولات نفسه.
🔑 قانون الغاز المثالي: PV = nRT حيث P الضغط (atm)، V الحجم (L)، n عدد المولات، R ثابت الغازات، T درجة الحرارة (K).
-
الظروف المعيارية (STP): درجة حرارة 0 °C وضغط 1 atm، وفيها يشغل 1 mol من أيِّ غازٍ حجمًا قدره 22.4 L؛ فحجم الغاز V = n × 22.4.
-
حجوم الغازات في المعادلات تتبع النسب المولية نفسها؛ ففي N₂ + 3H₂ → 2NH₃ يُنتج 6 L من N₂ مقدار 12 L من NH₃.
-
الغاز المثالي مقابل الحقيقي: الغاز المثالي هو الذي تنطبق عليه قوانين الغازات تمامًا؛ وتقترب الغازات الحقيقية من سلوكه عند ضغطٍ منخفض ودرجة حرارةٍ مرتفعة (إذ تتباعد الجسيمات وتضعف قوى التجاذب بينها). وعند الصفر المطلق (0 K) تتوقّف حركة الجسيمات نظريًّا.
-
الميوعة (القابلية للجريان وأخذ شكل الوعاء) خاصيةٌ تشترك فيها الغازات والسوائل معًا، بخلاف الحالة الصلبة.
💡 تطبيقات: أوانـي الضغط وتمدّد إطارات السيارة بالحرارة من تطبيقات جاي لوساك (الضغط مع الحرارة عند ثبوت الحجم).
أمثلة على «حالة الغاز وقوانينه»
مثال ١
غاز حجمه 70 cm³ عند ضغط 100 Pa، ما حجمه عند 200 Pa بثبوت درجة الحرارة؟
◎ توقّع الإجابة أولًا: