الغازات و قوانينها

معظم خصائص الغازات لا تعتمد على نوع الغاز، قد يتكون الغاز من :
* ذرات منفردة كالغاز النبيل مثل الهليوم He والنيون Ne.
* جزيئات عنصرية مثل الهيدروجين H2، النيتروجين N2 والأكسجينO2.
* مركبات مثل ثاني أكسيد الكربون CO2، كلوريد الهيدروجينHCl والامونيا NH3.

الحالة الغازية هي إحدى حالات المادة. للغاز خصائص عديدة منها:
1- قابلية الانضغاط: الغازات سهلة الانضغاط والتمدد لتأخذ شكل وحجم الوعاء الذي يحتويها.
2- كثافة الغازات أقل حوالي ألف مرة من كثافة المواد السائلة والصلبة.
3- تتمدد الغازات بالحرارة.
4- تذوب الغازات في بعضها البعض , بأي نسبة كانت, ذوبانا تاما.
خصائص الغاز يمكن قياسها باستخدام أربعة مقاييس: الضغط (ض) والحجم (ح)، عدد مولات دقائق الغاز(ن) ودرجة الحرارة (ت). خلال القرن الثامن عشر تم جمع هذه الخصائص في بعض القوانين البسيطة التي وصفت الغاز المثالي:
1- قانون بويل: حجم الغاز يتناسب عكسيا مع ضغطه، هذه الصفة يمكن تمثيلها كما يلي
ض α 1/ح أو ض1 ح1=ض2 ح2= ثابت (عند ثبات ن و ت).
2- قانون شارل : حجم الغاز يتناسب طرديا مع درجة حرارته، الوصف الاصطلاحي هو : ح α ت أو ح1 ÷ ح2 = ت1 ÷ ت2= ثابت ( عند ثبات ن و ض).
إذا رسمنا قيم ح في المستوى الديكارتي على المحور الصادي و ت على المحور السيني، سوف نحصل على خط مستقيم، لو مد هذا الخط على استقامته ليقطع محور السينات
(ح = صفر)، ستكون قيمة درجة الحرارة عند هذه النقطة تساوي -273.15 درجة مئوية. هذه الدرجة تسمى درجة حرارة الصفر المطلق. بناء على هذه القياسات، القياس المطلق لدرجة الحرارة والذي يسمى قياس الكلفن(ك) يمكن ربطه بالقياس المئوي (س) كما يلي صفر ك= -273.15 س و 273.15 ك = صفر س إذن ك = س+273.15.
في كل المعادلات التي تقيس خصائص الغازات، درجة الحرارة ت يجب قياسها بالكلفن (ك).
3- قانون أفوجادرو: أحجام متساوية من غازات مختلفة، عند نفس الظروف من درجة حرارة وضغط، تحتوي على نفس عدد المولات من دقائق الغاز (ذرات أو جزيئات).
4- قانون جاي- لوساك: ضغط الغاز يتناسب طرديا مع درجة حرارته. وصف ذلك:
ض α ت أو ض1 ÷ َض2 = ت1÷ت 2= ثابت (عند ثبات (ن و ح)).
5- قانون الغاز المثالي: عند جمع القوانين السابقة في معادلة واحدة نحصل على قانون الغاز المثالي: ح ض = ن ر ت حيث ر هو ثابت الغاز المولي: ر = 8.314 جول/مول. ك أو ر = 0.08206 لتر. ضغط جوي/مول ك.
قانون الغاز المثالي هو أكثر المعادلات استخداما لإجراء حسابات الغازات. معظم الغازات الحقيقية تتصرف مثل الغاز المثالي عندما يكون الضغط منخفض والتركيز قليل.
إنه من المفيد كذلك تعريف الحجم المولي للغاز ح ن: حجم واحد مول من الغاز والذي يساوي تقريبا 22.4 لتر للغاز المثالي عند درجة حرارة 273.15 ك (صفر س) وضغط = 1 ضغط جوي (760 ملم زئبق) حيث تسمى هذه الظروف من حرارة وضغط بالظروف المعيارية.
ح ن يمكن حسابه عند درجة حرارة وضغط مختلفين من خلال قانون الغاز المثالي.