قانون جاي-لوساك: عند ضغط ثابت يتغير حجم الغاز بنسبة طردية مع درجة الحرارة المطلقة.
قانون بويل ماريوت: عند درجة حرارة ثابتة، فإن الضغط الناتج عن كتلة معينة من الغاز يتناسب عكسيا مع حجم الغاز.
قوانين الغاز
لعبت دراسة خصائص المواد الغازية والتفاعلات الكيميائية التي تنطوي على الغازات دورًا مهمًا في تطوير النظرية الذرية الجزيئية، مما جعل قوانين الغاز تستحق اهتمامًا خاصًا.
الدراسات التجريبية لدراسة التفاعلات الكيميائية بين المواد الغازية بقيادة J.-L. جاي لوساك (١٨٠٥) للفتح قانون العلاقات الحجمية: عند درجة حرارة وضغط ثابتين، ترتبط أحجام الغازات المتفاعلة ببعضها البعض وبأحجام منتجات التفاعل الغازية كأعداد صحيحة صغيرة . وهكذا، أثناء تكوين كلوريد الهيدروجين من المواد البسيطة (H 2 + Cl 2 = 2HCl)، ترتبط حجوم المواد المتفاعلة والناتجة ببعضها البعض بنسبة 1: 1: 2، وأثناء تصنيع H 2 O من المواد البسيطة (2H2 + O2 = 2H2O) هذه النسبة هي 2:1:2.
وقد تم شرح هذه النسب في قانون أفوجادرو: تحتوي الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تحت نفس الظروف (درجة الحرارة والضغط) على عدد متساو من الجزيئات. تتكون جزيئات المواد الغازية البسيطة، مثل الهيدروجين والأكسجين والكلور وغيرها، من ذرتين.
لقانون أفوجادرو نتيجتان مهمتان:
الكتلة الجزيئية (نانومتر) للغاز أو البخار (M 1) تساوي حاصل ضرب كثافته النسبية (D) لأي غاز آخر في الكتلة الجزيئية للأخير (M 2).
م 1 = د ∙ م 2;
د = م 1 / م 2 – نسبة كتلة غاز معين إلى كتلة غاز آخر مأخوذة في نفس الحجم ونفس درجة الحرارة ونفس الضغط.
على سبيل المثال، النيتروجين أثقل من الهيليوم بـ 7 مرات، لأن كثافة النيتروجين بالنسبة إلى الهيليوم هي:
دهو (ن2)= م(ن2) / م(ليس) = 28/4 =7
- مولات أي غاز في الظروف العادية (P 0 = 1 ضغط جوي أو 101.325 كيلو باسكال أو 760 ملم زئبق ودرجة الحرارة T 0 = 273.15 كلفن أو 0 درجة مئوية) يحتل حجم 22.4 لتر.
تتميز الحالة الغازية لمادة ذات كتلة معينة بثلاثة عوامل: الضغط ر، مقدار الخامسودرجة الحرارة ت. تم إنشاء العلاقات التالية تجريبيا بين هذه الكميات.
ف2 / ف1 = الخامس 1 / الخامس 2 ، أو الكهروضوئية= ثابت.
ف1/ت1= الخامس2/ت2 ، أو الخامس/ت= ثابت.
ف1/ت1= ص2/ت2 ، أو آر / تي= ثابت.
ويمكن دمج هذه القوانين الثلاثة في قانون واحد قانون الغاز العالمي:
ف 1 ف 1 / ت 1 = ف2ف2/ت2 ، أو РV/T= ثابت.
تم إنشاء هذه المعادلة بواسطة B. Clapeyron (1834). تعتمد قيمة الثابت في المعادلة فقط على كمية المادة الغازية. تم اشتقاق معادلة مول واحد من الغاز بواسطة D.I. مندليف (1874). بالنسبة لمول واحد من الغاز، يسمى الثابت عالميًا ثابت الغازويتم تعيينه ص = 8.314 جول/(مول∙ل)= 0.0821 l∙atm/(mol∙K)
РV=RT,
لكمية تعسفية من الغاز ν يجب ضرب الجانب الأيمن من هذه المعادلة ب ν :
РV= νRTأو РV = (ر / م)RT ,
من اتصل معادلة كلابيرون-منديليف. هذه المعادلة صالحة لجميع الغازات بأي كميات وبجميع القيم ص، فو تحيث يمكن اعتبار الغازات مثالية.
مقياس درجة الحرارة المطلقة.
إذا واصلنا التساوي في المنطقة ذات درجات الحرارة السلبية، فعند نقطة التقاطع مع المحور السيني لدينا
ف = P0(1 + ر) = 0. (21)
ومن ثم درجة الحرارة التي يختفي عندها ضغط الغاز المثالي، ر = -273 درجة مئوية(بتعبير أدق -273.16 درجة مئوية). وقد تم اختيار درجة الحرارة هذه كنقطة بداية لمقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري الذي اقترحه العالم الإنجليزي كلفن. وتسمى درجة الحرارة هذه كلفن صفر (أو الصفر المطلق).
يتم تحديد درجة الحرارة المقاسة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري ت. يسمونها درجة الحرارة الديناميكية الحرارية.منذ نقطة انصهار الجليد عند الضغط الجوي العادي، يؤخذ على النحو 0 ° مع, يساوي 273.16 ك –1 ، الذي - التي
تي = 273.16 + ر. (22)
معادلة كلايبيرون.
دعونا نحصل على شكل آخر من المعادلات التي تصف العمليات متساوية الضغط ومتساوية اللون عن طريق استبدال المعادلتين (18) و (20) درجة الحرارة المقاسة على مقياس مئوية بدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية:
V = V0(1 + ·t) = V0() = V0
تعيين أحجام الغاز في درجات الحرارة T1و T2، كيف V1و V2، دعنا نكتب
V1 = V0, V2 = V0.
وبتقسيم هذه التساويات حدًا بعد حد، نحصل على قانون جاي-لوساك في الصورة V1/V2 = T1/T2
= ثابت. (23)
وبالمثل، نحصل على شكل جديد من قانون تشارلز:
يمكن دمج قوانين تشارلز وجاي لوساك في قانون عام واحد يربط بين المعلمات ص, الخامسو تعند كتلة غازية ثابتة.
في الواقع، لنفترض أن الحالة الأولية للغاز عند م = ثابتتتميز المعلمات V1, ص1, T1، والأخيرة – وفقا لذلك V2, ص2, T2. دع الانتقال من الحالة الأولية إلى الحالة النهائية يتم من خلال عمليتين: متساوي الحرارة ومتساوي الضغط. خلال العملية الأولى، نقوم بتغيير الضغط من ص1على ص2. يُشار إلى الحجم الذي سيشغله الغاز بعد هذا التحول الخامسثم حسب قانون بويل-ماريوت، P1V1 = P2V، أين
(25)
في المرحلة الثانية، خفض درجة الحرارة من T1قبل T2، وسوف يتغير الحجم من القيمة الخامسقبل V2; لذلك وفقا لقانون تشارلز 
أين
(26)
في المعادلتين (25) و(26) الأطراف اليسرى متساوية؛ وبالتالي فإن أصحاب اليمين متساوون 
، أو
, (27)
أي يمكننا أن نكتب ذلك
. (28)
يسمى التعبير (28). معادلة كلابيرون أو قانون الغاز الموحد.
معادلة حالة الغاز المثالي هي معادلة مندليف-كلابيرون.
قيمة الثابت المتضمنة في المعادلة (28) والتي يشار إليها بـ ر، لأن المول الواحد من أي غاز هو نفسه، لذلك يسمى هذا الثابت ثابت الغاز العالمي.
دعونا نجد القيمة العددية رفي SI، والذي نأخذ في الاعتبار أنه، على النحو التالي من قانون أفوجادرو، فإن مولًا واحدًا من أي غاز عند نفس الضغط ونفس درجة الحرارة يشغل نفس الحجم. على وجه الخصوص عندما T0 = 273 كيلووالضغط P0 = 105 باسكالحجم مول واحد من الغاز يساوي V0 = 22.4·10–³ م³. ثم R == 8.31 J/(mol K).
يمكن كتابة المعادلة (28) لمول واحد من الغاز على النحو التالي
ومن المعادلة (29) يسهل الحصول على معادلة لأي كتلة من الغاز. كتلة الغاز مسوف يستغرق حجم الخامس = V0 (م / م)، أين م- كتلة 1 مول، مم– عدد مولات الغاز . ضرب طرفي المعادلة (29) ب مم، نحن نحصل 
.
لأن 
، ثم وصلنا أخيرًا
. (30)
تسمى المعادلة (30) بمعادلة مندليف-كلابيرون وهي المعادلة الأساسية التي تربط معلمات الغاز في حالة التوازن الحراري. لهذا السبب يسمونه معادلة حالة الغاز المثالي.
2. عملية متساوية. V ثابت. تغيير P و T. الغاز يطيع قانون تشارلز . الضغط عند حجم ثابت يتناسب طرديا مع درجة الحرارة المطلقة
3. عملية متساوية الحرارة. T ثابت. يتغير P وV. في هذه الحالة، يخضع الغاز لقانون بويل ماريوت . إن ضغط كتلة معينة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة يتناسب عكسيا مع حجم الغاز.
4. من بين عدد كبير من العمليات في الغاز، عندما تتغير جميع المعلمات، نفرد عملية تخضع لقانون الغاز الموحد. بالنسبة لكتلة معينة من الغاز، يكون حاصل ضرب الضغط والحجم مقسومًا على درجة الحرارة المطلقة ثابتًا.
ينطبق هذا القانون على عدد كبير من العمليات في الغاز، عندما لا تتغير معلمات الغاز بسرعة كبيرة.
جميع القوانين المدرجة للغازات الحقيقية تقريبية. تزداد الأخطاء مع زيادة ضغط الغاز وكثافته.
أمر العمل:
1. جزء من العمل.
1. قم بخفض خرطوم الكرة الزجاجية في وعاء به ماء في درجة حرارة الغرفة (الشكل 1 في الملحق). ثم نقوم بتسخين الكرة (بأيدينا بالماء الدافئ) بافتراض أن ضغط الغاز ثابت، اكتب كيف يعتمد حجم الغاز على درجة الحرارة
خاتمة:………………..
2. قم بتوصيل وعاء أسطواني بالمللي متر بخرطوم (الشكل 2). دعونا نقوم بتسخين الوعاء المعدني والهواء الموجود فيه باستخدام ولاعة. بافتراض أن حجم الغاز ثابت، اكتب كيف يعتمد ضغط الغاز على درجة الحرارة.
خاتمة:………………..
3. اضغط بيديك على الوعاء الأسطواني المتصل بالميلينومتر، مما يقلل حجمه (الشكل 3). بافتراض أن درجة حرارة الغاز ثابتة، اكتب كيف يعتمد ضغط الغاز على الحجم.
خاتمة:……………….
4. قم بتوصيل المضخة بحجرة الكرة وضخ عدة أجزاء من الهواء (الشكل 4). كيف تغير ضغط وحجم ودرجة حرارة الهواء الذي يتم ضخه في الغرفة؟
خاتمة:………………..
5. صب حوالي 2 سم 3 من الكحول في الزجاجة، وأغلقها بسدادة بخرطوم (الشكل 5) متصل بمضخة الحقن. دعونا نصنع بضع مضخات حتى يترك الفلين الزجاجة. كيف يتغير ضغط وحجم ودرجة حرارة الهواء (وبخار الكحول) بعد إزالة الفلين؟
خاتمة:………………..
جزء من العمل.
التحقق من قانون جاي لوساك.
1. أخرج الأنبوب الزجاجي الساخن من الماء الساخن وقم بخفض الطرف المفتوح في وعاء صغير به ماء.
2. أمسك الهاتف عموديًا.
3. عندما يبرد الهواء الموجود في الأنبوب، يدخل الماء من الوعاء إلى الأنبوب (الشكل 6).
4. ابحث عن و
طول الأنبوب وعمود الهواء (في بداية التجربة)
حجم الهواء الدافئ في الأنبوب،
مساحة المقطع العرضي للأنبوب.
ارتفاع عمود الماء الذي دخل الأنبوب عندما برد الهواء الموجود في الأنبوب.
طول عمود الهواء البارد في الأنبوب
حجم الهواء البارد في الأنبوب.
بناءً على قانون جاي-لوساك، لدينا حالتان من الهواء
أو (2) (3)
درجة حرارة الماء الساخن في الدلو
درجة حرارة الغرفة
نحتاج إلى التحقق من المعادلة (3) وبالتالي قانون جاي-لوساك.
5. دعونا نحسب
6. أوجد خطأ القياس النسبي عند قياس الطول، مع الأخذ Dl=0.5 cm.
7. أوجد الخطأ المطلق للنسبة
=……………………..
8. سجل نتيجة القراءة
………..…..
9. ابحث عن خطأ القياس النسبي T، مع الأخذ
10. أوجد الخطأ الحسابي المطلق
11. اكتب نتيجة الحساب
12. إذا تزامن الفاصل الزمني لتحديد نسبة درجة الحرارة (جزئياً على الأقل) مع الفاصل الزمني لتحديد نسبة أطوال أعمدة الهواء في الأنبوب، فإن المعادلة (2) صحيحة والهواء الموجود في الأنبوب يطيع المثليين- قانون لوساك.
خاتمة:……………………………………………………………………………………………………
متطلبات التقرير:
1. عنوان العمل والغرض منه.
2. قائمة المعدات.
3. ارسم صوراً من التطبيق واستخلص استنتاجات التجارب 1، 2، 3، 4.
4. اكتب المحتوى والغرض وحسابات الجزء الثاني من العمل المختبري.
5. اكتب خاتمة للجزء الثاني من العمل المخبري.
6. إنشاء رسوم بيانية للعمليات المتساوية (للتجارب 1،2،3) في المحاور: ; ; .
7. حل المشاكل:
1. حدد كثافة الأكسجين إذا كان ضغطه 152 كيلو باسكال وجذر متوسط مربع سرعة جزيئاته 545 م/ث.
2. كتلة معينة من الغاز عند ضغط 126 كيلو باسكال ودرجة حرارة 295 كلفن تشغل حجمًا قدره 500 لتر. أوجد حجم الغاز في الظروف العادية.
3. أوجد كتلة ثاني أكسيد الكربون في أسطوانة سعة 40 لترًا عند درجة حرارة 288 كلفن وضغط 5.07 ميجا باسكال.
طلب
دعونا نفكر في كيفية اعتماد ضغط الغاز على درجة الحرارة عندما تظل كتلته وحجمه ثابتين.
لنأخذ وعاءً مغلقًا به غاز ونقوم بتسخينه (الشكل 4.2). سنحدد درجة حرارة الغاز باستخدام مقياس الحرارة، والضغط باستخدام مقياس الضغط M.
أولاً، سنقوم بوضع الوعاء في الثلج الذائب ونحدد ضغط الغاز عند 0 درجة مئوية، ومن ثم سنقوم بتسخين الوعاء الخارجي تدريجياً ونسجل القيم الخاصة بالغاز. اتضح أن الرسم البياني للاعتماد على، المبني على أساس هذه التجربة، يبدو وكأنه خط مستقيم (الشكل 4.3، أ). إذا واصلنا هذا الرسم البياني إلى اليسار، فسوف يتقاطع مع المحور السيني عند النقطة A، الموافق لضغط الغاز الصفري.
من تشابه المثلثات في الشكل . 4.3، ولكن يمكنك الكتابة:
إذا أشرنا إلى الثابت بـ y، فسنحصل على
في جوهرها، يجب أن يعبر معامل التناسب y في التجارب الموصوفة عن اعتماد التغير في ضغط الغاز على نوعه.
الكمية التي تميز اعتماد التغير في ضغط الغاز على نوعه أثناء عملية تغير درجة الحرارة عند حجم ثابت وكتلة ثابتة للغاز تسمى معامل درجة حرارة الضغط. يوضح معامل درجة حرارة الضغط أي جزء من ضغط الغاز المأخوذ عند درجة 0 درجة مئوية يتغير ضغطه عند تسخينه
دعونا نشتق وحدة معامل درجة الحرارة y في SI:
من خلال تكرار التجربة الموصوفة لغازات مختلفة عند كتل مختلفة، يمكن إثبات أنه ضمن الأخطاء التجريبية، يتم الحصول على النقطة A لجميع الرسوم البيانية في نفس المكان (الشكل 4.3، ب). في هذه الحالة يكون طول المقطع OA يساوي وبالتالي في جميع الحالات تكون درجة الحرارة التي يجب أن يصبح عندها ضغط الغاز صفر هي نفسها وتساوي ومعامل درجة حرارة الضغط لاحظ أن القيمة الدقيقة لـ y هي عند حل المشكلات، عادةً ما يستخدمون قيمة تقريبية لـ y تساوي
من خلال التجارب، تم تحديد قيمة y لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي ج. تشارلز، الذي وضع في عام 1787 القانون التالي: معامل درجة حرارة الضغط لا يعتمد على نوع الغاز ويساوي لاحظ أن هذا صحيح فقط بالنسبة غازات ذات كثافة منخفضة وتغيرات طفيفة في درجة الحرارة؛ عند ضغوط عالية أو درجات حرارة منخفضة، y يعتمد على نوع الغاز. الغاز المثالي فقط هو الذي يطيع قانون تشارلز بصرامة.
اكتشف الفيزيائي الفرنسي تشارلز قانونًا (عام 1787) يعبر عن اعتماد التغير في ضغط الغاز على درجة الحرارة عند حجم ثابت.
تظهر التجربة أنه عند تسخين الغاز بحجم ثابت، يزداد ضغط الغاز. الكمية العددية التي تقاس بالتغير في وحدة ضغط الغاز المأخوذ عند درجة 0 0 مئوية من التغير في درجة حرارته بمقدار 1 0 درجة مئوية تسمى معامل الضغط الحراري γ.
حسب التعريف معامل الضغط الحراري؟
حيث p 0 هو ضغط الغاز عند 0 درجة مئوية، ص- ضغط الغاز بعد التسخين ل ر°. لنقم بالتجربة التالية (الشكل 13، أ). ضع الوعاء A في الماء مع الثلج مع فتح الصنبور 1 و 2. عندما يبرد الوعاء:: والهواء الموجود فيه إلى 0 درجة مئويةإغلاق الصمام 2. الحالة الأولية للهواء في الوعاء: ر° = 0 درجة مئوية، ص 0 = 1 في.دون تغيير حجم الهواء، ضع الوعاء في الماء الساخن. يسخن الهواء الموجود في الوعاء، ويزداد ضغطه عند درجة الحرارة ر° 1 = 40 درجة مئويةستصبح ع 1 = 1.15 في.معامل الضغط الحراري
ومن خلال تجارب أكثر دقة، وبعد تحديد معامل الضغط الحراري للغازات المختلفة، اكتشف تشارلز أنه عند حجم ثابت، يكون لجميع الغازات نفس معامل الضغط الحراري 
من صيغة معامل الضغط الحراري
سوف نستبدل ر° = T-273°. ثم
استبدال نحصل عليه
لذلك، ص = ص 0 γT.
إذا كان ضغط الغاز عند درجة الحرارة T 1 يتم تعيينه p 1، وعند درجة الحرارة ت2 - ص2، الذي - التي ص 1 = γ 0 ث 1و ص 2 = γ 0 ث 2. وبمقارنة الضغوط نحصل على صيغة قانون شارل:
بالنسبة لكتلة معينة من الغاز عند حجم ثابت، يتغير ضغط الغاز بشكل طردي مع التغير في درجة الحرارة المطلقة للغاز. هذه هي صياغة قانون تشارلز. تسمى عملية تغيير حالة الغاز عند حجم ثابت متساوي اللون.صيغة قانون تشارلز هي معادلة الحالة المتساوية للغاز. كلما ارتفعت درجة حرارة الغاز، زاد متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، وبالتالي زادت سرعتها. وفي هذا الصدد، يزداد عدد تأثيرات الجزيئات على جدران الوعاء، أي الضغط. في التين. 13، ب يظهر رسما بيانيا لقانون تشارلز.
