األول الفصلللغازات العامة الخواص

General properties of Gases

introductionالمقدمة :-

. ثابت حجم له ليس الغاز ان تبين للغازات التجريبية المشاهداتفيه توضع الذي االناء تمال دقائقه ان حيث ثابت شكل له وليس . ان الى يعود ذلك سبب ان شكله كان ومهما حجمه كان مهما

. وان عشوائية وبصورة جدا كبيرة بسرعة تتحرك الغاز دقائقيمكن وال الذي حد الى الكفاية فيه بما كبيرة بينها المسافات

. الدقائق هذه بين الموجود للتجاذب حركتها إعاقةوالصلبة السائلة الحالة مع مقارنتها عند للغازات القليلة الكثافة

. واحد مول ان جدا كبيرة دقائقها بين المسافات ان على اخر دليلعند السائل الم . 100من ضغط وتحت حجما 1م يشغل جو

الظروف 3سم18.8وقدره وعند بخار من نفسها الكمية تحتل بينماقدره حجما المذكورة . 3سم30200نفسها الكمية حجم ان أيمن بأكثر الغاز من في 1600نفسها السائل حجم من مره

. نفسها الظروف ) ( بنفس تقريبا تتصرف بانها للغازات المميزة الخواص من

تماما تختلف وبهذه الحرارة درجة او الضغط تغير عند الطريقةوالصلبة . السائلة المواد من

الغاز 1-2 Gas pressureضغط

. يسلط والغاز المساحة وحده على المسلطة القوة هو الضغطتضغط ) ( ايونات او ذرات او كانت جزيئات دقائقه قبل من قوةالمنطاد . داخل الغاز دقائق تتحرك تحتويه الذي االناء جدار على

الى ) عددها يصل جدا كثيرة اصطدامات وتحصل وبحرية بسهولهالثانية خالل صغير منطاد في التصادمات من الباليين االف

بين ( وكذلك الغاز دقائق بين التصادمات هذه وتكون الواحدة

الشكل ) الحظ المنطاد وجدار كل ( 1-1الدقائق تأثير قوة انبسهوله . قياسها يمكن ال حيث جدا صغيرة تكون منفرد تصادم

قياسها يمكن معتبرة قوة التصادمات من الهائل العدد لهذا ولكنيمثل المنطاد داخل الغاز ضغط تمثل التي هي الضغط PBوهذه

. الغاز يولده الداخلي

المنطاد 1-1شكل داخل ضغطداخل موجود معين غاز من كمية ان أهمية ان نتصور ذلك ولفهم

. من نتمكن لكي الحركة حر مكبس على تحوي أسطوانةثفل وجود من البد األسطوانة داخل الغاز وجود على المحافظة

( وزنه وليكن المكبس فوق نصفه القوة( Fمعين يمثل انه حيثالغاز قبل من المسلطة القوة توازن القوة وهذه المكبس على

األعلى . الى المكبس ترفع لكييمثل الغاز ضغط Fان

A ان العرضي Aحيث المقطع مساحة تمثلللمكبس .

( الباسكال بوحدات الغاز الضغط عن النظام( Paيعبر حسابللواحدات عن SIالعالمي الفرنسي للتعبير المستخدم الرمز وهذا

للوحدات العالمي يعرف. Le systeme Internation d Unitesالنظامالمربع المتر على واحد نيوين بانه الباسكال

1 pa=1Nm-2

1pa= 1kg m-1 S-2

هذه 1-1الجدول من وحده كل ورمز المختلفة الضغط وحداتالوحدات

المختلفة 1-1جدول الضغط وحداتالوحدة العددية الرمزاسم القيمة

Pascalpa1 nm-2باسكال barbarPa 105بار

atmosphereatm101325 Paجو Torr Torrتور

زئبق millimeterملم of mercury

mmHgPa 133.322

انج poundباوند per square inch

psiPa 133.322

الذي ) االناء المحتوى وجدار الغاز دقائق بين ما التصادمات عددالشكل ( الغاز ضغط قيمة تحدد التي هي الغاز فيه 2-1يوجد

عدد . ان حيث محتويين في الضغط بين ما الفرق يوضحالمستوى في المحتوى bالتصادمات في التصادمات عدد من أكثر

a في الضغط يكون في bوبذلك منه .aأكبر

بالضغط 2-1شكل التصادمات عدد عالقة

الجوي 1-2-1 الضغط . the barometerمقياس

غي الغاز ضغط حول السابقة الفقرة في ذكرناه الذي المثالالذي . الضغط وهو الخارج من يقابله ضغط هنالك المنطاد

الداخلي الضغط تأثير مقابل تأثيره ويكون الخارجي الهواء يسلطهالشكل في موضح هو وكما المنطاد في الضغط pA 3-1للغاز يمثل

. المنطاد سطح على الهواء دقائق تسلطه الذي الخارجي

الجوي 3-1شكل الضغط

كل على قوة يسلط األرض سطح فوق الموجود الهواء عمود انقدرها 2سم نيوتن :-1034مكافئة قانون وحسب ألنه وذلك غم

F=Ma 1-1

تمثل و fحيث المسلطة و mالقوة األرضي aالكتلة والتعجيلثا 9.8وقدره 2-م

m= fa=101375 kgm

−1 s−1

9.8ms=10340 kgm−2

=1.034g cm-2

) ( زجاجية انبوبة على الباروميتر الجوي الضغط مقياس يحتويمن ومفتوحه الهواء من ومفرغه األعلى من مغلقة عموديةعلى . الجوي الضغط يعمل السائل من بحوض ومغمورة األسفل

ارتفاع ويستمر المفرغة االنبوبة داخل السائل مستوى رفعاذا الجوي الضغط مع العمود في السائل وزن يتوازن حتى السائل

داخل سيرتفع السائل فان الزئبق هو المستخدم السائل كانالقياسي 760االنبوبة الجوي الضغط الى يعود االرتفاع وهذا سم

. الشكل ويوضح البحر سطح مستوى الضغط 4-1عند مقياسالبارومتر ) (. الجوي

الباروميتر ) (4-1شكل - الجوي الضغط مقياس

من وتتكون الضغط بقياس الخاصة األجهزة من اخر نوع هناكالحرف شكل على زجاجية المانوميتر )Uانبوبة وتسمى

Manometer )أي داخل الغاز ضغط لقياس المانوميتر ويستخدممغلق . محتوى

الشكل في موضح هو كما للمانوميتر مختلفان شكالن 5-1هناكالحظ ) لألنبوبة الثاني الطرف من مغلقا يكون األول النوع ان حيث

القياس ( 5-1الشكل المراد بالمحتوى الغاز ضغط يكون وبهذا االى مساويا .pghضغطه

ان و pحيث المانوميتر سائل كثافة في gتمثل األرضي التعجيلان االنبوبة .hحين طرفي في السائل ارتفاع بين الفرق تمثل

يكون وبذلك مفتوحا االنبوبة من الثاني الطرف يكون الثاني النوعالى مساويا المحتوى في الغاز الضغط pghضغط اليه مضافا

او الضغط من اعلى الغازي المحتوى في الضغط كان اذا الجويpgh المحتوى في الغاز ضغط كان اذا الجوي الضغط من مطروحا

بالشكل ) موضح وكما الجوي الضغط من ب (5-1اقل

النهاية- مغلق مانوميتر ا

الجوي- 1 الضغط من اقل الغاز اكبرمن- 2ضغط الغاز ضغطالجوي الضغط

النهاية – مفتوح مانوميتر بالمانوميترات 5-1شكل أنواع

يساوي البحر سطح مستوى عند االعتيادي الجوي جو 1الضغطيأتي :- كما األخرى بالوحدات ويساوي

1 atm = 760 mmHg

=760 Torr

=1.01325 bar

1013.25 mb=

=14.696 Ib/in2

=101.325n/m2

=101.325pa

=1011.325 kpa

الغاز 1-3 Gas volumeحجم

بجربة الغاز دقائق فيه تتحرك الذي الفراغ بانه الغاو حجم يعرفمن ) مزيج هو الذي الهواء مثل الغازات من مزيج لدينا كان اذانفس ( في الحجم نفس تحتل المختلفة الغازات فان غازات عده

بحرية . التحرك بإمكانها الغازات هذه جميع ان طالما الوقتسحابه تسمى معايرة سحابة فوق يوضعه الغاز حجم قياس يمكن

.Gas buretteالغاز

نظام حسب للحجم القياسية الوحدة المكعب )SIان المتر هوM3 ( )اللتر المتر عادة يستخدم الكيمياء تخصص (Litreوفي

المكعب ) milliliter( mlوالمليليتر ) السنتمتر وحدات او( cm3وان (cc. )واحد مليلتر الى مقاربة وهي كذلك تستخدم

الحرارة 4-1 وكمية الحرارة Temperature and Heatدرجة

بين الخلط الن الحرارة وكمية الحرارة درجة بين نفرق ان يجبالطلبة من الكثير فيه يقع كبير خطا الى يؤدي المفهومين

. اخر وبمعنى الجزيئات سرعة معدل قياس تعني الحرارة درجةتساوي الحرارة درجة ان تقول ) 100عندما من وحدة باي

) اسهل بطريقة تتحرك ان بإمكانها جزيئة كل ان يعني الوحداتحرارتها درجة يكون التي تلك من اسرع ) 50وكذلك ان يجب

الصفر درجة عند تماما تتوقف الجزيئات حركة بان دائما نتذكر . الوقت حتى مستحيال يعد الدرجة هذه الى فرضنا ولو المطلق

ان القادمة الفصول في بالتفصيل ذلك لشرح وسناتي الحاضر ( . الحرارة كمية اما الله الناتج( qشاء الطاقة انتقال تعني فأنها

الحرارة ) درجات بين الفرق (.Tمن

. اخر النظام عن نظام أي فصل عند الحواجز من نوعان هنالكالحراري لإلشعاع بحاجز نظامين فصل تم نالحظ Diathermicفاذا

ان حين في البارد الجسم الى الحار الجسم من الحرارة انتفالالحراري لإلشعاع نفاذ غير بجدار البعض بعضهما عن نظامين عزل

النظامين( .adiabaticأدبياني) ) بين للحرارة انتقال أي نرى ال

نفاذ بجدار معزولين نظامين بين الحرارة انتقال عدم عن يعبرحراري اتزان بانه الحراري .thermal Equilibriumلالشعاع

للثرمودنياميك 1-5 الصفر zeroth low of thermodynamicsقانون

الترمودنياميك قوانين من كغيره للثرموديناميك الصفر قانونالمالحظتين على القانون هذا يعتمد المالحظة على يعتمد األخرى

االتيتين: -نظام لدينا ان النظام Aنفرض مع حراري اتزان حالة في Bوكان

الشكل) النظام ( 6-1الحظ نظام Bوان مع حراري اتزان Cفينظام النظام Aفان مع حراري اتزان حالة في .Cيكون

زمنية ولمدة البعض بعضهما مع متصالن نظامان لدينا كان اذا . النظاميين ان يعني وهذا بينهما تغيرات أي تحصل ال بحيث كافية

حراري اتزان حالة .Thermal Equilibriumفي

للثرمودنياميك 6-1شكل الصفر قانون

. األولى الصيغة منها للثرمويناميك الصفر لقانون صيغ عده هنالكعلى :- تنص والتي

النظام) كان مع Aاذا حراري اتزان اتزان Bو Bفي في كانمع حراري (.CوAفان Cفان Cحراري اتزان حالة في

: على تنص الثانية الصيغة . لها) التي واألنظمة الحرارة درجة تسمى خاصية متزن نظام لكل

حراريا (. متزنة تكون متساوية حرارة درجة

الصيغة 7-1الشكل هذه يوضح

للرمودنياميك 7- 1شكل الصفر لقانون تخطيطي

على : تنص الثالثة الصيغةدرجتي ) فان ز حراري اتزان حالة في نظامين هنالك كان اذا

متساوية ( حرارتهما

المحرار عمل يفسر للثرموديناميك الصفر قانون انThermometer ان افترضنا اذا لذا الحرارة درجة قياس الة Bوهو

الزئبق مثل سائل على تحتوي زجاجية شعرية انبوبة عن عبارة هو . عندما الحرارة درجة ازياد عند يتمدد السائل وهذا الكحول Aاو

مع بتماس معين Bتكون حد الى سيرتفع السائل عمود فانفي السائل كان اذا للثرمودنياميك الصفر قانون الى له Bاستنادا

مع بتماس يوضع عندما نفسه باننا Cاالرتفاع نستنتج ان يجبنجعل عندما تغير أي على نحصل لن تماس Bو Aسوف في

. قياس نستطيع باننا ذلك الى اضف البعض بعضهما مع مباشراالجسام حرارة نعرف لكي الزجاجي العمود في السائل ,Aارتفاع

Cاو .

مستوى ونؤشر مثلج ماء في أوال نضعه المحرار معايرة اردنا اذابالصفر ) السائل ضغط( 0ارتفاع عند يغلي الماء في نضعه 1ثم

العالمة ) ونضع السائل( 100جو ارتفاع اليه يصل الذي المكان فيبين المستوى بين المسافة تقسيم يتم بعدها ثم العمود في

( الى . 100المستويين المقياس( الى يؤدي هذا ان درجةSelsiusالسليلزي scale الحرارة درجة تعلم النظام هذا وفيالمئوية( )θبالعالمة ) بالدرجة عنها ( .°Cويعبر

بالكلفن الثرمودنياميك بنظام الحرارة درجة ((kelvinتقاسالحرارة لدرجة الثرمودنياميك بمقياس المقياس ويسمى

Thermodynamic Terperature scale المقياس بين العالقة ان

بالعالقة يتمثل الحرارة لدرجة الثرمودنياميك ومقياس السليليزياالتية :-

T/K=θ /C°+263.151−2

الغاز 1-6 The gas lawsقوانين

حرارته ودرجة حجمه مع الغاز ضغط عالقة عن نعبر ان يمكناالتية :- بالعالقة عنها ويعبر الحالة بمعادلة الغاز من معينة لكمية

P=f(T,V.n) 1-3

يمثل و pحيث الغاز و fضغط الدالة عن حرارة Tتعبر درجةو للغاز و Vالثرمويناميكية الغاز سنجد . nحجم الغاز الموالت عدد

المذكورة العالقات بان المختلفة الغاز لقوانين دراستنا خالل منالمعادلة 3-1بالمعادلة بانها سنجد كما القوانين لهذه نتيجة هي

االتية العالقة الى ستحول المثالي للغاز بالنسبةPv= n Rt 1-4

بويل 1-6-1 Boyle s lawقانون

بويل ) روبرت االيرلندي العالم سنه ( 1627-1691اكتشف وذلكضغطه 1661 مع الغاز الحجم بين العالقة يحدد الذي القانون

على ينص والذيعند ) الضغط مع عكسيا تناسبا الغاز من ثابته كمية حجم يتناسب

الحرارة ( درجة ثبوتاالتي :- الرياضي بالتعبير القانون عن نعبر ان يمكن

pα 1v1−5

كم ثابتة = Pvية

يمثل و pحيث الغاز من معينة كتله نفسها vضغط الكتلة حجمالحرارة . درجة بثبوت

الشكل الغاز 8-1يمثل من معينة كتله والحجم ضغط بين العالقة . من نالحظ مختلفة حرارية درجات وفي الحرارة درجة ثبوت عند

درجة ثبوت عند الغاز وضغط حجم بين ما عكسية العالقة الرسم . كل الحرارة درجة تغير عند المنحنى موقع تعبير ونالحظ الحرارة

حراريا تماثال يسمى األربعة المنحنيات من Isothermمنحني

الشكل ضرب 6-1في حاصل ان يمكن pvنرى لذا ثابتة يساوياالتي :- على المعادلة نكتب ان

بثبوت 8-1شكل الغاز من معينة كتلة وحجم ضغط بين العالقةمختلفة حرارية درجات وعند الحرارة درجة

المعادلة ضرب 6-1في حاصل ان لذا PVنرى ثابتة كمية يساوياالتي :- الشكل على المعادلة نكتب ان يمكن

P1v1= p2v2 1-7

ان الغاز pحيث من محددة كمية ضغط نفس p2و v1هو ضغطحجمها يكون عندما .v2الكمية

هذا بان بويل قانون على أجريت التي التجارب أوضحت لقدالضغوط عند الحقيقية الغازات على يطبق ان يمكن القانون

. هو او محددة يطبق لقانون مثاال بويل قانون يعد لذا فقط الواطئةالمحددة القوانين .limiting lawsأحد

النظر بغض بويل لقانون الحقيقية الغازات جميع خضوع سبب ان ) يمكن ) واطئا الضغط يكون ان بشرط الكيمائية طبيعتها تأثير عن

الضغوط عند البعض بعضها الغاز دقائق فصل معدل بان تفسيرهيجعلها مما االخر البعض بعضها تأثير يقل لذا جدا كبير الواطئة

. انفرادي بشكل

غايلوساك 1-6-2 قانون او شارل – Charles s law or gayقانونlussac s law

ودرجة الغاز حجم تغير بين العالقة يحدد الذي القانون يسمىشارل ) جاكيوس العالم شارل بقانون الضغط ثبوت عند حرارته

لويس( ) 1823- 1746 جوزيف العالم غايلوساك قانون اوغايلوساك ( 1850-1778غايلوساك نتائج على األول حصل حيث

عام توصل 1787نفسها ان الى حينها في بنشرها يقم لم ولكنه معام نفسها للنتائج القانون 1802غايلوساك ينص بنشرها وقام م

االتي : على

حرارته ) درجة مع طرديا الغاز من معينة كتلة حجم تغير يتناسبالضغط ثبوت ( عند

االتية بالعالقة القانون عن يعبر ان يمكنV=constant ( t+237.1c °¿1−8

ان العالقة الخطية ما بين حجم كتلة معينة من الغاز ودرجة حيث يالحظ بانه8-1حرارته عند ثبوت الضغط موضحة بالشكل

عند مد الخطوط الى الجسم صفر فان نقطة التقاطع مع المحور درجة مئوية 273.15السيني عند الدرجة

عالقة الحجم بدرجة الحرارة9-1شكل متمثل درجة الصفر بالكلفن273.15ان الدرجة الحرارية -

thermodynamicوتسمى درجة حرارة الثرمودنياميكة )

temperature يتم تحويرها اال8-1( وتقاس بالكلفن ز ان المعادلة االتي :-

V=(constany ) x Tثبوت الضغط ( تسمى بالخطوط7-1ان الخطوط المستقيمة الموضحة بالشكل

. ان الصيغة البديلةIsobars)خطوط تساوي الضغط الجوي ( لقانون شارل هي عالقة ضغط الغاز بدرجة حرارته عند ثبوت

الحجم ويمكن ان تمثل بالعالقة الرياضية االتية:-

T X P=(constant )) ثبوت الحجم ( 10-1 هذه العالقة ونالحظ ان مد خطوط الضغط10-1يوضح الشكل

الى نقطة األصل يقطع خط درجة الحرارة عند صفر كلفن .

عالقة الضغط بدرجة الحرارة10-1الشكل

ان تفسير المنطقي لزيادة بازدياد درجة الحرارة عند ثبوت الحجم يمكن ان يكون على أساس ان الزيادة في درجة الحرارة سيؤدي الى زيادة معدل سرعه دقائق الغاز وان الدقائق ستصدم

بالجدار وان زيادة معدل االصطدام بالجدار ستؤدي حتما الىزيادة ضغط الغاز على جدار الوعاء الذي يحتوية .

Avogadro s law قانون افوكادو 1-6-3-1 و 1-6-1من خالل دراستنا لقانون وقانون شارل وغايلوساك

نالحظ باننا ركرنا عند العالقة ما بين ضغط الغاز وحجمة عند6-2 ثبوت درجة الحرارة وبين حجم العاز ودرجة حرارته عند ثبوت

كمية محددة من الغاز ( دعنا في هذه0الضغط ذكرنا عبارة اآلونة ندرس تأثير كمية الغاز بأجراء التجربة البسيطة االتية .

اذا اخذنا انبوبتي اختبار صغيرتين وتم تثبيت كل انبوبة في أسطوانة تماما وحر الحركة )يمكننا ان نفترض بانه ال يوجد أي

11-1احتكاك ما بين المكبس واألسطوانة ( وكما موضح بالشكل ــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــفي بعض المصادر يشار لها باسم قاعدة افوكادرو

Avogadro s principleوليس قانون افوكادرو الن البعض يعتبرها ابانها عباره عن خالصه خبرة ويعتمد مدى تطبيقها

على النموذج قيد الدراسة .

العالقة بين حجم الغاز وكمية الغاز 11-1شكل

غم من صلب ثاني أوكسيد الكاربون الجاف في4.4اذا وصعنا .فان صلبB غم ) ضعف الكمية ( في االنبوبة 8.8 و Aاالنبوبة

CO2بتحول مياسرة الى حالة الغازية ويتمدد داخل االنبوبة ويدخل CO2األسطوانة رافعا المكيس الى األعلى . عندما يتحول صلب

بالكامل الى الحالة الغازية وعند ثبوت درجة حرارة نرى بان A ضعف ارتفاع المكبس في Bارتفاع المكبس في األسطوانة

وبعباره أخرى فان االرتفاع تضاعف نتيجة لمضاعفه كمية الغاز . ان هذه التجربة البسيطة تثبت ان مضاعفة عدد موالت الغاز

مول وفي الحالة الثانية0.1) في حالة األولى كان عدد الموالت مول يؤدي الى مضاعفة حجم الغاز عند0.2كان عدد الموالت

ثبوت درجة الحرارة والضغط وبهذا نستنتج انه ) عند ثبوت درجة الحرارة والضغط يتناسب حجم الغاز طرديا مع

عدد موالت الغاز .( يبين12-1هذه الصيغة هي احد صيغ قاعدة افوكادرو والشكل

العالقة ما بين حجم الغاز مع عدد الموالت عند ثبوت درجة. الحرارة والضغط

(nعدد موالت ) قاعدة افوكادرو12-1شكل

11-1يمكن ان نعبر رياضيا عن هذه العالقة كما في المعادلة N a v 1-11

vكمية ثابتة = n

ان الكمية الثابتة هي نفسها لجميع الغازات عند درجة حرارةوضغط معينين .

ان العالقة المذكورة أعاله محددة ضمن قانون افوكادروAvogadro s law

عند ثبوت درجة الحرارة الضغط فان الحجموم المتساوية من) ( الغازات تحتوي على نفس العدد من الموالت

هذه صيغه أخرى قاعدة افكادرو . vb حجمه bغاز na وعدد موالته ,va وحجمه aاذا كان لدينا الغاز

وعند ثبوت درجة الحرارة ثابت وضغط ثابت .nbوعدد موالته . تحدد المعادلة االتية :-a , bفان العالقة ما بين الغاز

vana

=vbnb1−12

يبين حجم مول واحد من الغازات المعروفة عند2-1الجدول جو (1 كلفن وضغط 298.15الظروف االعتيادية ) درجة حرارة

جدول

الحجم المولي لبعض2-1 الغازات عند الظروف االعتيادية

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ الغاز الحجم

Vm/(dm3 mol -1)

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ 24.78961الغاز المثالي 24.8االمونيا 24.4االركون 24.6ثاني أوكسيد الكاربون

24.8النتروجين 24.8االوكسجين

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

قانون الغاز المثالي1-7

the perfect gas law or the Ideal gas law

ثالثي االبعاد بين العالقة مابين ضغط الغاز وحجمه31-1الشكل ودرجة الحرارة وهو دمج للمفاهيم التي تم ذكرها في قوانين

بويل وشارل وغايلوساك .

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــ mol -1 22.414(STP الحجم عند الظروف القياسية ) 1

العالقة بين ضغط الغاز وحجمه ودرجة الحرارة13-1شكل

عندما نحاول إيجاد عالقة ما بين المتغيرات الموجودة في الشكل وكذلك المعادالت الرياضية التي ذكرها عند التطرق الى1-3

قانون يويل وقانون شارل وغايلوساك وقانون )قاعدة ( افوكادرونجد بانه بإمكاننا الحصول على المعادلة االتية :

pv∝nT 1−13

تم14-1ان ثابت التناسب الذي يمكن وضعه في المعادلة ايجاده تجريبا ووجد بانه ثابت لكل الغازات لذا فقد سمي بثابت

( لذا فان المعادلهR ويرمز له بالحرف ) Gas constantالغاز يمكن كتابتها على الشكل االتي :PV=nRt 1-14

Perfect gas بمعادلة الغاز المثالي 14-1تسمى المعادلة equation او ideal gas

ان معادلة الغاز المثالي تعد من المعادالت المهمة جدا في الكيمياء الفيزيائية وتستخدم في اشتقاق الكثير من المعادالت

الثرمودنيامكية للغازات . كما انها تستخدم لتحديد خواص الغازات عند ظروف محدده على سبيل المثال فان الحجم الموالري

للغاز المثالي عند ظروف المحيط القياسية ) الظروف standardاالعتيادية ( االعتيادية ( من درجة حرارة وضغط

Ambiant temperature and pressure ( ويرمز لها اختصارا SATP) كلفن وضغط298.15والتي تعني ان درجة الحرارة تساوي

يمكن حساب بسهوله من المعادلة105واحد بار ) باسكال( وحسب المعادلة االتية :-24.791أعاله لنجد بانها تساوي

V M=RTP

=8.314 X 10−2 X298.151

=24.791 LMOL−1

كما يمكننا ان نجد قيمة الحجم الموالري عند الظروف القياسية ويرمزstandard temperature and pressureمن حرارة وضغط

( وعندها تكون درجة الحرارة مساوية الىSATPلها اختصارا ) 22.414الصفر المئوي وضغط واحد جو حيث انه يساوي

Lmol-1 وكما في المعادلة االتية

V M=8.206 x10−2 x273.15

1=22.414 LMOL−1

يمكن ان يتم تحوير معادلة الغاز المثالي لغرض تطبيقها في حساب التغير في الظروف عندما تتغير درجة حرارة وضغط كتلة

معينة من غاز مثالي لكي يشغل حجما يختلف عن حجمه األول عند درجةv1فاذا افترضنا ان حجم الغاز في البداية يساوي

وعند تغير الظروف سيصبحP1 وتحت ضغط T1حرارة مقدارها وكما يأتي :-P2 وضغطه T2 عند درجة حرارة V2حجمه

P2V 2T 2

=NRP1V 1T 1

=NR 1−15

ثابتين في كلتا الحالتين فيمكن استنتاج المعادلةR و nوبما ان االتية :

P1V 1T 1

=NR=P2V 2T 2

=NR1−16

Ideal gas and constant الغاز المثالي وثابت الغاز 1-8 اذا وافق الشروطIdeal or perfect gas يعد الغاز مثاليا او تاما

االتية ا- تخضع العالقة بين ضغطه وحجمة ودرجة حرارته الى معادلة

الحالة Pv=nRt 1-17

ب- تعتمد طاقة الغاز على درجة حرارته فقط والتعتمد علىضغطه او حجمه

( للغاز المثالي يجب انHeat capacity ج- السعه الحرارية ) تكون ثابتة ) يطبق هذا الشرط في بعض األحيان (

توجد حالة الغاز المثالي عندما تسلك الجزيئات سلوكا اشبه بنقاط كتله ال تتداخل فيما بينها أي انها ال تنافر وال تتجاذب مع

بعضها البعض وان الطاقة الكلية لهذا الغاز تتمثل بالطاقة الحركية وتناسب مباشرة مع درجة الحرارة المطلقة وبسبب عدم وجود طاقة كامنة . والتي تنشا من القوى الداخلية بين

جزيئات الغاز المثالي . فان طاقة الغاز ال تتغير عند تغير حجمهاو تغير المسافة بين جزيئاته .

( بوحدات فيزياوية مختلفة الRيمكن حساب ثابت الغاز المثالي ) سيما انه يمثل حاصل ضرب وحدات الضغط والحجم مقسوما

على حاصل ضرب وحدات عدد الموالت ودرجة الحرارة المطلقة.18-1المعادلة

R=PVnT1−18

وبما ان حاصل ضرب الضغط والحجم تكافئ وحده الطاقة كماهو مبين ادناه :-

1-)وحده المساحة (Xالضغط = وحده القوة 2وحده المساحة = ) وحدة الطول (

3وحده الحجم = ) وحدة الطول (

3 ) وحدة الطول (X 2- ) وحدة الطول ( X وحدة القوة

R= ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ـــــــــــــــــــــ وحدة درجة الحرارة المطلقة X وحدة عدد الموالت

وبما ان وحده الطول Xوحدة الطاقة = وحدة القوة

لذلك فان

وحدة الطاقة =

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ وحدة درجة الحرارة المطلقة Xوحدة عدد الموالت

تكون :Rأي ان وحدات R 1 مول-1- = وحده الطاقة كلفن

يمكن ان نعبر عن وحدات الطاقة بطرق مختلفة مثل لتر – ضغط – جو –وارك – وسعره حرارية وجول وبذلك يمكن

وحسب الطاقةRالحصول على قيم عددية مختلفة لثابت الغاز المستخدمة .

ا- لتر – ضغط جو : اذا شغل مول واحد من الغاز المثالي حجما كلفن273.15 لتر جو واحد ودرجة حرارة 22.414مقداره

كما يأتي :-16-2 بموجب Rتكون قيمة 1لترـــــــــــــ ضغط جو كلفن -

R=PVnT

=1 x22.4141x 273.15

=0.082054

ب- ارك – يجب ان يعبر هنا عن وحده الضغط بالسنتمتر- غرام – وبما3 وعن وحدة الحجم سم2 ( أي داين سم-cgsثانية وحده )

سم زئبق وكثافة الزئبق =76.0ان الضغط جو واحد = بدرجة الصفر المئوي لذا فان 3 غم سم -13.595

2 داين سم-x 13.595 x 76 980.66ضغط الجو = التعجيل األرضي وبما ان 1 سم ثانية -980.66يمثل

2- داين سمx 10 6 1.0132 ضغط الجو = 1

ملتلتر22414حجم المول واحد من الغاز المثالي يساوي ( ملتلتر يساوي بالحقيقة1.0بالظروف القياسية وان )

عندئذ تصبح3 سم 22414.6 أي الحجم = 3سم1.00027 كما يأتي :-1 مول- 1( بوحدة ارك كلفن -Rقيمة )

R=PVnT

=1.0132 x10622414.6

1x 273.15=0.082054

X1078.314 = R 1 مول-1ارك كلفن- ( بوحدة سعرةRج- سعرة حرارية : يمكن استخراج قيمة )

مول بصورة مباشرة وذلك باستخدام عامل1-الحرارية درجة التحويل االتي :

ارك X 4.148 107 سعره حرارية = 1R=8.314 X 10

7

4.184 X 1071−¿ كلفن¿−1مول ية حرار ¿¿سعرة

د- جول وكليوجول : لقد استخدام نظام جديد في التعبير عن م وسمي هذا النظام بالنظام1910الوحدات الفيزياوية بعد عام

(( واعتمد النظام باستخدام وحدةInternational systemالعالي الجول ومضاعتفتها للتعبير عن وحده الطاقة بدال من الدرجات

( بوحدةRالقديمة التي ذكرت توا . ويمكن استخراج قيمة ) بصورة مباشرة وذلك باستخدام عامل التحويل1الجول كلفن -

االتي :-

جول 4.184 سعرة حرارية = 1 X 4.184 = R 1.987 = 8.314 1- مول1جول كلفن -

( بالكليوR كيلو جول اذ تصبح وحده ) 3-10جول = 1علما بان ( .0.008314 مول مساوية الى ) 1جول كلفن-

قيم ثابت الغاز بالوحدات المختلفة 3-1جدول الوحداتRقيمة

8.314JK-1 mol-1

X 10-2 8.205L atm k-1 mol-1

X 10-2 8.314L bar k-1 mol-1

8.314M3 pa k-1 mol-1

62.364L torr k-1 mol-1

1.9871Cal k-1 mol-1

قانون دالتون للضغوط الجزيئة 1-9Dalton law of partial pressures

ان العالقة ما بين الضغط الكلي لخليط لغازات والضغط المنفــرد المسلط من الغاز الواحد بخليــط من الغــازات عبرعنــه بواســطة

ــنه ــون في س ــغوط1801دالت ــوان للض ــانون دالت ــمي بق م وسDalton law of partial pressuresالجزيئة .

يعرف الضغط الجزئي لكل غاز في الخليط بانه الضغط المسلط من قبل الغاز فيما لو كان وحده يشغل كل حجم الخليط عند

درجة الحرارة لخليطها نفسها اما الضغط الكلي لخليط الغازاتفيكون مساويا الى مجموع الضغوط الجزيئة لمكونات الغازات ز

عند خلط غازات مثالية بعضها البعض في اناء فان كل غاز يســلك سلوكا منفردا او كانه موجود في االناء لوحده بذلك يكون الضغط الكلي عبارة عن مجموع الضغوط المنفردة لكل غاز يسلطه ذلك الغاز فيما لو كان يشغل لوحده ذلك حجم .تــدعى هــذه الضــغوط

( فعند خلط غازينpartial pressuresبالضغوط الجزيئة للغازات ) ( عددnb( و ) PA( في اناء واحد ويمثل كل من ) B( و ) Aمثالين )

( الضــغط الكليpجزيائيات الغاز األول والثاني على التــوالي و ) (PB(و ) PA فان الضــغط الجزيــئي لكــل غــاز أي ) pA+PBالمساوي

يكون مساويا الى ما يأتي:-

PA=( nAnA+nB )P1−19

PB=( nBnB+nB )P1−20

nAيدعى الكسر nA+nB

(Mole fraction بالكسر المولي للغاز ) ( لذلك فان :-Xaويرمز له عادة بالرمز )

pA=XAP

pB=XBP

مجموع الكسور المولية مهما كان عددها يساوي واحد حيث 22-1يمكننا ان نحصل من المعادلة

X b=papT

X b=pbpT1−22

X a+xb=papT

+pbPT

=pa+ pbPT

=pTPT

=11−23

يمثل الضغط الكلي .PTحيث ان يبين عالقة الضغوط الجزئية بالضغط الكلي حسب14-1الشكل

قانون دالتون للضغوط الجزئية 2+ض1الضغط الكلي= ض

xBالكسر المولي

يمثل شكال تخطيطيا لمزيج غازي االوكسجين14-1الشكل والنتروجين

حيث يالحظ ان الضغط الكلي يساوي مجموع الضغطين الجزيئينللغازين عند ثبوت الحجم و درجة الحرارة .

مزيج غازي النتروجين واالوكسجين15-1شكل ( و )n2( و ) n1اذا كانت هنالك ثالثة غازات مولية متساوية الى )

n3 ( في وعاء حجمه ) v( فان الضغط المسلط من قبل الغاز ) n1 ( فيما كان لوحده في الوعاء يساوي )p1 ( وللغاز الثاني )p2)

( بدرجة الحرارة معرفة يكون الضغط الكليp3وللغاز الثالث ) ( مساويا الى :pلخليط الغازات )

P=p1+p2+p3 1-24

على خليط الغازات المثالية وتنحرف23-1تطبيق المعادلة انحرافا ليس كبيرا ما لم23-1الغازات الحقيقية عن المعادلة

تقترب الشروط الى تلك التي فيها بين مول الغاز الى سائل )تسيل الغاز ( اذا سلك كل غاز في الخليط سلوكا مثاليا فمن

p1v=n1RTالممكن كتابه الحالة لكل غاز كاالتي :

P2V=n2RT 1-25

P1+p2+p3+……..) v ( n1+n2+n3…….) RT 1-26

ينتج ماياتي :-26-1 بالمعادلة 1-25وبإدخال المعادلة

PV=(n1+n2+n3+………) RT= n RT 1-27

عدد الموالت الكلية في خليط الغازات.nوتمثل