يعتمد بعض الطلاب على المعلمين لاستخلاص مسائل تتعلق بقوانين الغازات لفهم سلوكياتها، واختيار القانون المناسب لحل كل مسألة. من خلال هذا المقال، سنتناول تعريف قوانين الغازات بالإضافة إلى تقديم مجموعة من المسائل المتعلقة بها بشكل مفصل.
يمكنكم تحميل نسخة من مسائل قوانين الغازات بصيغة PDF من هنا.
ما هي قوانين الغازات؟
لقد وضع العلماء العديد من القوانين على مر الزمن لوصف سلوك الغازات اعتمادًا على مجموعة من العوامل التي تشمل:
- حجم الغاز باللتر.
- ضغط الغاز في الوعاء الذي يوجد فيه.
- درجة الحرارة المطلقة للغاز بالكلفن.
- كمية المادة الغازية أو عدد المولات التي يمثلها الغاز.
مسائل على قوانين الغازات
إليكم بعض المسائل التي تتيح لنا ممارسة الحل بناءً على القانون المعني:
1- حساب الحجم النهائي للغاز
المسألة: ما هو الحجم النهائي (V2) لعينة من الغاز كان حجمها الابتدائي (V1) يساوي 650 سم³ عند 25 درجة مئوية، إذا تم تسخينها إلى 400 درجة مئوية مع ثبات الضغط؟
لحل المسألة، يمكن اتباع الخطوات التالية:
- V1/ T1 = V2/ T2
- تعويض القيم مع تحويل درجة الحرارة من سيليزية إلى كلفن:
- 650 / (25 + 273) = V2 / (400 + 273)
- 650 / 298 = V2 / 673
- V2 = 650 * (673 / 298)
- V2 = 1,468 سم³.
- تحويل الحجم إلى اللتر: V2 = 0.002 لتر
2- حساب عدد مولات الغاز
المسألة: احسب عدد مولات الهيدروجين في 18 لتر من الغاز عند ضغط 70 سم.Hg ودرجة حرارة 27 درجة مئوية، علماً بأن R = 0.0821 L. atm/K. mol.
لحل المسألة، اتبع الخطوات التالية:
- P × v = n × R × T
- تعويض القيم مع تحويل الوحدات حسب النظام العالمي:
- ((0.0821) × (27 + 273))/( n = ((70/67) × 18
- عدد المولات n = 0.673
3- حساب الحجم
المسألة: ما هو حجم الوعاء المطلوب لاحتواء 0.0459 مول من غاز N2 في الظروف المعيارية، علمًا أن قيمة الثابت k = 22.4؟
لمعرفة الحل، اتبع النقاط التالية:
- V = k × n
- تعويض القيم مباشرة حيث V هو حجم الوعاء المطلوب:
- V = 0.0459 × 22.4
- V = 1.3 لتر
ما هو القانون العام للغازات؟
يمكننا الاستفادة من هذا القانون من خلال فهم حركة جزيئات الغاز، والتي تتحرك في مسارات متنوعة وعشوائية، مما يؤدي إلى حدوث تصادمات بينها داخل الوعاء، مما ينتج ضغطًا على سطح الوحدة واحتلال الغاز لحجم معين.
كما أن الجزيئات تكون صغيرة جدًا، مما يجعلها تأخذ حيّزًا ضئيلًا. هنالك العديد من العوامل التي تؤثر على الغازات، بالإضافة إلى عدة قوانين مثل قانون بويل وقانون شارل وقانون جاي، وكلُّ قانون يصف العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة وعدد مولات الغاز.
إليك 30 مثالاً متنوعاً على قوانين الغازات مع حلولها:
1. قانون بويل:
إذا كان حجم 5 لتر من الغاز عند ضغط 2 atm، فما سيكون حجمه عند ضغط 1 atm؟
-
الحل:
P1×V1 = P2×V2
2 atm × 5 L = 1 atm × V2
V2 = 10 L
2. قانون شارل:
إذا كان حجم الغاز 3 لتر عند 300 كلفن، فما سيكون حجمه عند 600 كلفن؟
-
الحل:
V1/T1 = V2/T2
3 L/300 K = V2/600 KV2 = 6 L
3. قانون جاي-لوساك:
إذا كان الضغط 1 atm عند 0 درجة مئوية، فما سيكون الضغط عند 100 درجة مئوية؟
-
الحل:
P1/T1 = P2/T2
1 atm/273 K = P2/373 KP2 ≈ 1.36 atm
4. الغاز المثالي:
ما هو الضغط الناتج عن 2 مول من الغاز في حجم 10 لترات عند درجة حرارة 300 كلفن؟
-
الحل:
PV = nRT → P = nRT/V
P = (2 × 0.0821 × 300)/10 ≈ 4.926 atm
5. حساب المولات:
إذا كان حجم الغاز 5 لترات وضغطه 1 atm عند 273 كلفن، كم مول من الغاز لديك؟
-
الحل:
n = PV/RT = (1 × 5)/(0.0821 × 273) ≈ 0.22 mol
في الختام،
قد استعرضنا بعض المعلومات والأمثلة المتعلقة بقوانين الغاز بمختلف أنواعها، مع تقديم معلومات حول هذه القوانين وكيفية حساب القيم المختلفة المتعلقة بها. يمكنكم الآن استخدام هذه المعلومات لتطبيقها في المسائل والاستفسارات المتعلقة بالغازات.
