ما هو قانون الغاز المثالي؟
يُعرف قانون الغاز المثالي (بالإنجليزية: Ideal Gas Law) بأنه أحد قوانين الديناميكا الحرارية الشهيرة، وهو قانون رياضي يصف سلوك الغازات المثالية فقط، وهو يربط بين كل من ضغط الغاز (P)، وحجم الغاز (V)، ودرجة حرارة الغاز (T)، وكمية الغاز في العينة المُراد دراستها مُقاسةً بعدد المولات (n)، وهو كالآتي:[١][٢][٣]
PV = nRT
حيث إن:
P: ضغط الغاز، ويقاس بوحدة الباسكال.
V: حجم الغاز، ويقاس بوحدة اللتر.
n: كمية الغاز في العينة، وتقاس بوحدة المول.
R: ثابت الغازات العام، وهو يساوي تقريبًا 8.314 جول / مول·كلفن، أو 0.0821 لتر· وحدة ضغط جوي/ (مول·كلفن)
T: هي درجة حرارة الغاز، وتقاس بوحدة الكلفن.
ما هو الغاز المثالي وما أهم خصائصه؟
الغاز المثالي هو مصطلح يستخدم في علم الفيزياء وعلم الكيميائي كذلك، وهو يصف غازاً وهمياً يسلك سلوكًا مثاليًا للغاية، حيث إن جزيئاته لا تتفاعل مطلقًا مع بعضها البعض، ولا تمتلك حجمًا أيضًا، وقد تم وضع مصطلح الغاز المثالي ليكون وسيلة تساعد في توقع سلوك الغازات الحقيقية، وتبسيط سلوكها العام عندما تكون موجودةً في ظروف معينة، وفيما يأتي توضيح لأهم خصائص الغاز المثالي:[١][٣]
- لا يوجد أي تفاعل بين جزيئات الغاز المثالي، أي أنها لا تتجاذب ولا تتنافر مع بعضها البعض مطلقًا، وتكون فيه جميع التصادمات بين الجزيئات مرنة تمامًا.
- لا تمتلك جزيئات الغاز المثالي حجمًا مطلقًا، أو أن حجمها صغير للغاية ولا يُذكر؛ خاصةً عند مقارنته بالحجم الكلية للغاز.
- تكون حركة جزيئات الغاز المثالي عشوائية وبسرعة عالية كذلك.
لا يوجد أي غاز في الحقيقية يمتلك خصائص الغاز المثالي، إلا أنه مفهوم يساعد على دراسته سلوكها العام فقط، وعلى الرغم من ذلك، فإنه يوجد العديد من الغازات التي تقترب من الغاز المثالي في سلوكها.
ما الفرق بين الغاز المثالي والغاز الحقيقي؟
يكمن الفرق الرئيسي بين الغاز المثالي الوهمي والغازات الحقيقية الموجودة في الطبيعة؛ في سلوك الغاز عندما يتم وضعه ضمن ظروف معينة، وفيما يأتي توضيح لأهم الفروقات بين الغاز المثالي والغاز الطبيعي:[١]
- لا يمتلك الغاز المثالي أي تفاعل أو قوى تجاذب، أو تنافر بين جزيئاته، في حين جزيئات الغاز الطبيعي تتفاعل مع بعضها البعض، وتواجه العديد من القوى، مثل قوة فان دير فالس والروابط الهيدروجينية وغيرها؛ وهذا بدوره يؤثر على خواص الغاز الحقيقي وسلوكه.
- لا تمتلك جزيئات الغاز المثالي حجمًا يُذكر مقارنةً بحجم الغاز الكلي، أي أن الحجم الجزيئي للغاز المثالي يساوي صفر، على خلاف الغاز الحقيقي الذي تمتلك جزيئاته حجمًا محددًا، خاصةً عند الضغط العالي والحرارة المنخفضة.
- ينحرف الغاز الحقيقي عن قانون الغاز المثالي، خاصة عند ظروف معينة، مثل الضغط العالي والحرارة المنخفضة، على خلاف الغاز المثالي الذي يخضع للقانون تمامًا.
مسائل حسابية على قانون الغاز المثالي
فيما يأتي أمثلة توضح كيفية استخدام قانون الغاز المثالي لإيجاد مجهول معين:[٢]
تحتوي حاوية سعتها 2 لتر على 0.5 مول من غاز مثالي بدرجة حرارة 300 كلفن، احسب ضغط الغاز.
المعطيات:
الحجم (V) = 2 لتر
عدد المولات (n) = 0.5 مول
درجة الحرارة (T) = 300 كلفن
باستخدام قانون الغاز المثالي:
PV = nRT
P × 2 = 0.5 × 8.314 × 300
P × 2 = 1,247.1
2/P = 1,247.1
623.55 = P
إذًا ضغط الغاز يساوي 623.55 باسكال.
إذا علمت أن خزان يحتوي على غاز مثالي بحجم 5 لترات، وضغط يساوي 2.5 × 105 باسكال، ودرجة حرارة 350 كلفن، احسب عدد مولات هذا الغاز.
المعطيات:
الحجم (V) = 5 لترات
الضغط (P) = 2.5 × 105 باسكال
درجة الحرارة (T) = 350 كلفن
باستخدام قانون الغاز المثالي:
PV = nRT
2.5 × 105 × 5 = n × 8.314 × 350
12.5 × 105 = n × 2909.9
1250000 = 2909.9 × n
n = 1250000 / 2909.9
n = 429.5
إذًا عدد المولات الغاز يساوي 429.5 مول.
المراجع
- ^ أ ب ت "What is the molar form of the ideal gas law?", khanacademy, Retrieved 19/6/2023. Edited.
- ^ أ ب "Ideal Gas Law Example Problem", thoughtco, Retrieved 19/6/2023. Edited.
- ^ أ ب "Ideal Gas Law", hyperphysics.phy-astr.gsu, Retrieved 19/6/2023. Edited.
