إن طبيعة الحركة في الغازات تكون جزئيات الغازات متباعدة وقوى التجاذب بينها شبه معدومة، كما أن جزئيات الغاز تمتاز بالحركة السريعة والعشوائية، تتشابه الغازات في سلوكها وتخضع للقوانين نفسها على الرغم من الاختلاف في التركيب الكيميائي.
قوانين الغازات
قوانين الغازات تتضمن ثلاث قوانين، وهي:
قانون بويل
من قوانين الغازات قانون بويل (Boyle’s Law) الذي ينص على: ” يتناسب حجم الغاز المحصور تناسباً عكسياً مع الضغط عند درجة حرارة ثابتة”، ويمكن أن نعبر عن قانون بويل رياضياً: الحجم *الضغط = مقداراً ثابتاً؛ حيث إن الحجم الأول *الضغط الأول =الحجم الثاني *الضغط الثاني.
كما يرمز الحجم (Volume) الأول للغاز الأول والضغط (pressure) الأول للغاز الأول
، بينما يرمز الحجم للغاز الثاني
والضغط الثاني للغاز الثاني
.
.
مثال: تم ضغط 100 سم المكعب () من غاز موجود أصلاً عند ضغط 100 كيلو باسكال إلى ضغط 125 كيلو باسكال عند درجة حرارة ثابتة، فكم يكون الحجم النهائي؟
معطيات المثال: الضغط الأول=100كيلو باسكال، الضغط الثاني =125 كيلو باسكال، الحجم الأول= 100()، الحجم الثاني=؟؟
الحل:
نطبق قانون بويل:
الحجم الأول *الضغط الأول =الحجم الثاني *الضغط الثاني.
100*100=الحجم الثاني *125.
بالتعويض بالعلاقة، نجد أن قيمة الحجم الثاني =80 سم المكعب ().
قانون شارل
قانون شارل (Charles’ Law) من قوانين الغازات المعروفة، الذي ينص على : “يتناسب حجم كمية معينة من غاز ما تناسباً طردياً مع درجة الحرارة المطلقة تحت ضغط ثابت”، ويمكن أن يُعبر عن قانون شارل رياضياً: الحجم /درجة الحرارة المطلقة = مقداراً ثابتاً، عند ثبوت الضغط، بحيث درجة الحرارة المطلقة =(درجة الحرارة بالسلسيوس +273) كلفن.
الحجم الأول /درجة الحرارة المطلقة الأولى =الحجم الثاني/درجة الحرارة المطلقة الثانية.
مثال: عينة غاز تشغل 250 سم المكعب () عند درجة حرارة 27 سْ، ما هو الحجم الذي ستشغله عند درجة حرارة 35 سْ بدون أن يحدث أي تغيير في الضغط؟
معطيات المثال: الحجم الأول =250 سم المكعب ()، الحجم الثاني =؟، درجة الحرارة المطلقة الأولى =27+273=300 كلفن، درجة الحرارة المطلقة الثانية=35 +273=308 كلفن.
الحل:
نطبق قانون شارل:
الحجم الأول/درجة الحرارة المطلقة الأولى =الحجم الثاني/درجة الحرارة المطلقة الثانية.
بالتعويض في قانون شارل:
(250)/(300)=الحجم الثاني/(308).
ومن العلاقة نجد قيمة الحجم الثاني =256.66 سم المكعب ().
قانون غاي -لوساك
من قوانين الغازات المعروفة أيضاً، قانون غاي- لوساك (Gay-Lussac’s law) الذي ينص على: “يتناسب ضغط كمية معينة من الغاز تناسباً طردياً مع درجة الحرارة المطلقة مع بقاء الحجم ثابت”، ويمكن أن نعبر عن قانون غاي -لوساك رياضياً: الضغط/درجة الحرارة المطلقة= مقداراً ثابتاً، عند ثبوت الحجم.
الضغط الأول /درجة الحرارة المطلقة الأولى= الضغط الثاني/درجة الحرارة المطلقة الثانية.
مثال: ما هو ضغط الغاز الذي كان أصلاً 115كيلو باسكال إذا ما خفضت درجة الحرارة من 35 سْ إلى 25 سْ مع بقاء الحجم ثابت؟
معطيات المثال: الضغط الأول =115 كيلو باسكال، الضغط الثاني =؟، درجة الحرارة المطلقة الأولى =35+273=308 كلفن، درجة الحرارة المطلقة الثانية=298 كلفن\
الحل: نطبق قانون غاي -لوساك:
الضغط الأول/درجة الحرارة المطلقة الأولى=الضغط الثاني/درجة الحرارة المطلقة الثانية.
بالتعويض في قانون غاي-لوساك:
(115)/(308)=الضغط الثاني/(298).
من القانون نجد قيمة الضغط الثاني، الضغط الثاني= 111.3 كيلو باسكال.
