تركيز جزيئات الغاز المثالية. الصيغ وعينة المشكلة

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 17:40

للغاز تفاعل عالي مقارنة بالأجسام السائلة والصلبة بسبب المساحة الكبيرة لسطحه النشط والطاقة الحركية العالية للجسيمات المكونة للنظام. في هذه الحالة ، يعتمد النشاط الكيميائي للغاز وضغطه وبعض المعلمات الأخرى على تركيز الجزيئات. لنفكر في هذا المقال في ماهية هذه القيمة وكيف يمكن حسابها.

ما الغاز الذي نتحدث عنه؟

ستنظر هذه المقالة في ما يسمى بالغازات المثالية. يهملون حجم الجسيمات والتفاعل بينها. العملية الوحيدة التي تحدث في الغازات المثالية هي التصادمات المرنة بين الجسيمات وجدران الأوعية. نتيجة هذه الاصطدامات ضغط مطلق

أي غاز حقيقي يقترب بشكل مثالي من خصائصه إذا انخفض ضغطه أو كثافته وزادت درجة حرارته المطلقة. ومع ذلك ، هناك مواد كيميائية ، حتى في كثافات منخفضة وعاليةدرجات الحرارة بعيدة عن الغاز المثالي. ومن الأمثلة الصارخة والمعروفة على هذه المادة بخار الماء. الحقيقة هي أن جزيئاتها (H_{2O) قطبية للغاية (الأكسجين يسحب كثافة الإلكترون بعيدًا عن ذرات الهيدروجين). تؤدي القطبية إلى تفاعل إلكتروستاتيكي كبير بينهما ، وهو انتهاك صارخ لمفهوم الغاز المثالي.}

القانون العالمي لكلابيرون مينديليف

لتكون قادرًا على حساب تركيز جزيئات الغاز المثالي ، يجب التعرف على القانون الذي يصف حالة أي نظام غاز مثالي ، بغض النظر عن تركيبته الكيميائية. يحمل هذا القانون اسم الفرنسي إميل كلابيرون والعالم الروسي دميتري مندليف. المعادلة المقابلة هي:

PV=nRT.

تقول المساواة أن ناتج الضغط P والحجم V يجب أن يكون دائمًا متناسبًا طرديًا مع ناتج درجة الحرارة المطلقة T وكمية المادة n للغاز المثالي. هنا R هو معامل التناسب ، والذي يسمى ثابت الغاز العام. يوضح مقدار الشغل الذي يقوم به 1 مول من الغاز نتيجة للتوسع إذا تم تسخينه بمقدار 1 كلفن (R=8 ، 314 J / (molK)).

تركيز الجزيئات وحسابه

وفقًا للتعريف ، يُفهم تركيز الذرات أو الجزيئات على أنه عدد الجسيمات في النظام ، والذي ينخفض لكل وحدة حجم. رياضيا ، يمكنك كتابة:

c_{N=N / V.}

حيث N هو العدد الإجمالي للجسيمات في النظام.

قبل كتابة معادلة تحديد تركيز جزيئات الغاز ، لنتذكر تعريف كمية المادة n والتعبير الذي يربط قيمة R بثابت Boltzmann k_B:

n=N / N_A؛

ك_B=R / N_A.

باستخدام هذه المساواة ، نعبر عن نسبة N / V من معادلة الحالة العامة:

PV=nRT=>

PV=N / N_A RT=Nk_{B T=>}

c_N=N / V=P / (k_{B T).}

إذن حصلنا على صيغة تحديد تركيز الجزيئات في الغاز. كما ترى يتناسب طرديا مع الضغط في النظام و يتناسب عكسيا مع درجة الحرارة المطلقة

نظرًا لأن عدد الجسيمات في النظام كبير ، فإن التركيز c_Nغير ملائم للاستخدام عند إجراء الحسابات العملية. بدلاً من ذلك ، يتم استخدام التركيز المولي c_{في كثير من الأحيان. يتم تعريفه للغاز المثالي على النحو التالي:}

c_{=n / V=P / (RT).}

مثال على المشكلة

من الضروري حساب التركيز المولي لجزيئات الأكسجين في الهواء في ظل الظروف العادية.

لحل هذه المشكلة ، تذكر أن الهواء يحتوي على 21٪ أكسجين. وفقًا لقانون دالتون ، ينشئ الأكسجين ضغطًا جزئيًا قدره 0.21P₀، حيث P₀=101325 Pa (جو واحد). تفترض الظروف العادية أيضًا درجة حرارة 0^{oC(273.15 ك).}

نعلم جميع المعلمات اللازمة لحساب التركيز المولي للأكسجين في الهواء. نحصل على:

c(O₂)=P / (RT)=0.21101325 / (8.314273، 15)=9.37 مول / م^3.

إذا تم تقليل هذا التركيز إلى حجم 1 لتر ، نحصل على القيمة 0.009 مول / لتر

لفهم عدد جزيئات O₂الموجودة في لتر واحد من الهواء ، اضرب التركيز المحسوب في الرقم N_A. بعد الانتهاء من هذا الإجراء ، نحصل على قيمة ضخمة: N (O₂)=5، 6410^{21جزيئات.}