تعريف الغازات

تعتبر الغازات أحد حالات المادة (الصلبة ، والسائلة ، والغازية ) ، وتكون المادة في حالاتها الثلاث بنفس التركيب الكيميائي لا يتغير تركيبها عند تحويلها من حالة لأخرى ، وتتحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة عن طريق التكثيف ، وتتحول المادة الصلبة إلى غاز عن طريق عملية التسامي ، ويتحول السائل إلى صلب عن طريق التجميد. [1]

خصائص الغازات

ليس للغازات شكل محدد بل تأخذ شكل الإناء الذي توضع فيه .
تكون الغازات ذات انضغاط شديد .
كثافة الغازات تكون منخفضة جدا .
يوجد فراغات كبيرة بين جزيئات الغاز. [1]

النظرية الحركية الجزيئية للغازات

تعتمد النظرية الحركية الجزيئية للغازات على عدة افتراضات ، كما أنها تتناول النموذج المجهري للغاز ، وتتمثل هذه الافتراضات في الآتي :

يتكون الغاز من جزيئات ضئيلة الحجم وذات حركة عشوائية .
يعتبر حجم الغاز صغير جدا بالنسبة لحجم الحاوية .
غياب قوى الجذب بين الجزيئات ، حيث يعمل كل جزء بشكل مستقل تماما .
التصادمات بين جزيئات الغاز ، وجزيئات الغاز وجدار الكاوية تصادمات مرنة ، مما يؤدي إلى ثبات الطاقة الحركية الكلية .
تتناسب درجة حرارة الغاز مع متوسط الطاقة الحركية لجزيئاته بشكل طردي .
في وقت ما يحدث اختلاف في سرعة جسيمات الغاز ، مما يؤدي إلى إختلاف طاقة الحركية .
في حالة اصطدام الجسيمات تتغير سرعتها لكن يظل توزيع السرعة الخاص بها(توزيع ماكسويل بولتزمان) ثابتا. [1]

مقارنة بين خصائص الغاز الحقيقي والغاز المثالي

أولا: الغاز المثالي هو غاز نظري يتناسب تمامًا مع المعادلة PV = nRT، ويختلف الغاز المثالي عن الغاز الحقيقي من نواحٍ عديدة :

من ناحية التزامها بقوانين الغازات : تلتزم الغازات المثالية بجميع قوانين الغاز بغض النظر عن ضغط درجة الحرارة ، لكنها في الواقع غير موجودة ، ومن هنا جاء مصطلح “المثالي” .
الحجم التي تشغله : لا تشغل الغازات المثالية أي حجم ، على عكس الغازات الحقيقية التي تشغل أحجامًا صغيرة .
القوى الجاذبة : لا تمارس جزيئات الغاز المثالية أي قوى جذابة ، تصادماتهم مرنة فقط .
الغازات الحقيقية مقتطفات قوى صغيرة جذابة .
ضغط الغاز : إن ضغط الغاز المثالي أكبر بكثير من ضغط الغاز الحقيقي لأن جزيئاته تفتقر إلى القوى الجاذبة التي تمنع الجسيمات عند الاصطدام.
سلوكها عند إرتفاع الضغط : يمكن رؤية الاختلافات بين الغازات المثالية ، والغازات الحقيقية بشكل أكثر وضوحًا عندما يكون الضغط مرتفعًا ، مما يتسبب في احتلال جزيئات الغاز حجمًا أصغر أو عندما تكون درجة الحرارة منخفضة ، يسبب انخفاض الطاقة الحركية .
حجم جزيئات الغاز : يمكن أن يكون الاختلاف أكثر وضوحًا أيضًا عندما تكون جزيئات الغاز أكبر ، وعندما تستخلص جزيئات الغاز قوى جذب قوية.
جزيئات الغاز أحادي الذرة أقرب بكثير إلى الغازات المثالية من الجزيئات الأخرى ، لأن جزيئاتها صغيرة جدًا .
الاصطدامات بين الجزيئات : تكون مرنة في الغاز المثالي ، وغير مرنة في الغاز الحقيقي .
الغاز المثالي ، هو غاز افتراضي وليس له وجود في البيئة على عكس الغاز الحقيقي .
الغاز الحقيقي يتفاعل مع الغازات الأخرى ، بينما الغاز المثالي لا يتفاعل .
بسبب الاختلافات بين الغازات المثالية والحقيقية ، أنشأ فان دير فال معادلة للربط بين الاثنين .

ولذلك كثر التساؤل عن

متى يسلك الغاز الحقيقي سلوك الغاز المثالي

. [2]

الخصائص الفيزيائية للغازات المثالية

لا يمكن حدوث تسييل الغاز المثالي بسبب عدم وجود جاذبية للجزئ الغازي بين باقي الجزيئات .
معامل التمدد الحراري (ɑ) يعتمد على درجة حرارة الغازات ولا يعتمد على الطبيعة .
يعتمد معامل الانضغاطية (β) بالمثل على الضغط و، سيكون هو نفسه لجميع الغازات .
عندما يتم رسم الضغط مقابل الحجم عند درجة حرارة ثابتة ، يتم الحصول على منحنى القطع الزائد المستطيل .
عندما يتم رسم PV مقابل الضغط عند درجة حرارة ثابتة ، يتم الحصول على مؤامرة موازية لخط مستقيم .
تقل قيمة Z عند الحد الأدنى ثم تزداد مع زيادة الضغط ، لقد حير الهيدروجين وغاز الهليوم هذا الاتجاه الانضغاطي وارتفع المنحنى مع زيادة الضغط منذ البداية ، يمكن تسييل ثاني أكسيد الكربون بسهولة وينخفض Z بشكل حاد تحت خط الغاز المثالي في منطقة الضغط المنخفض .
إذا كان جزيء الغازات يمر عبر سدادة مسامية من ضغط أعلى إلى ضغط منخفض داخل الحاوية المعزولة ، فلن يكون هناك تغيير في الحرارة أو درجة الحرارة المحددة ، هذا يؤكد أن الغازات المثالية ليس لها جاذبية بين الجزيئات . [3]

الخصائص الفيزيائية للغازات الحقيقية

يمكن تسييل الغاز الحقيقي لأن الجزيء الغازي له خاصية التجاذب بين الجزيئات مما يساعد على اندماج الجزيء .
يعتمد معامل التمدد الحراري (α) على طبيعة الجزيء الغازي .
وجد أيضًا أن معامل الانضغاط (β) يعتمد على طبيعة الغازات .
عندما يتم رسم الضغط مقابل الحجم ، يتم الحصول على منحنى القطع الزائد المستطيل فقط عند درجة حرارة عالية فوق درجة الحرارة الحرجة .
لكن عند درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة (T C ) ، يمكن تسييل الجزيء بعد أن يعتمد ضغط معين على درجة الحرارة ، يمكن أن يكون السائل والغاز خاصية لا يمكن تمييزها في النقطة الحرجة للغازات .
عندما يتم رسم PV مقابل ضغط الغازات الحقيقية ، أو غازات Van der Waals ، يتم الحصول على منحنى Amagat .
تمر الغازات الحقيقية عبر سدادة مسامية من ضغط أعلى إلى ضغط منخفض داخل الحاوية المعزولة ، ويحدث تغير في درجة الحرارة .
تحتوي الغازات الحقيقية على جاذبية بين الجزيئات وعندما تتوسع ، يتعين على الجزيئات أن تنفق المزيد من الطاقة الحركية للتغلب على التجاذب بين الجزيئات مقارنة بالغاز المثالي لذلك تنخفض درجة الحرارة ، وفق

قوانين الغازات

. [3]

صيغة التمدد الحراري وقابلية الانضغاط

الديناميكا الحرارية صيغة معامل التمدد الحراري والانضغاطية من الغاز

بالنسبة للغازات المثالية ذات 1 مول ، PV = RT ، وبالتالي فإن α = R / PV = 1 / T ، لذلك سيكون التمدد الحراري مستقلاً عن الطبيعة وسيكون دالة لدرجة الحرارة فقط ، على سبيل المثال معامل التمدد الحراري لغازات الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون 78 × 10 -7 و 3.49 × 10 -7 على التوالي عند 0 درجة.
عامل الانضغاط (β) = RT / P 2 V = 1 / P، لذلك يجب أن تكون β دالة للضغط فقط ونفس الشيء بالنسبة لجميع الغازات ، لكن من الناحية التجريبية ، وجد أن معامل الانضغاط هو خاصية فردية ، ويظهر ذلك أكثر عند إجراء

تطبيقات على قانون الغاز المثالي

. [3]