استخدامات الغاز المثالي

تطبيقات على قانون الغاز المثالي

توضح قوانين الغاز المثالي العلاقة بين درجة الحرارة والضغط والحجم لمزيج من الغازات المثالية. وللقانون عدة تطبيقات في الحياة اليومية، مثل

الوسائد الهوائية: تستخدم قوانين الغاز المثالي لعمل المركبات الموجودة في وسائد الهواء، حيث يتم ملء الوسائد الهوائية بسرعة بغازات مختلفة، وهذه الغازات هي التي تجعلها تتضخم. تمتلئ الوسائد الهوائية بغاز النيتروجين أثناء نفخها من خلال تفاعل مع مادة تعرف باسم (أزيد الصوديوم)، في حين يتفاعل معدن الصوديوم مع نترات البوتاسيوم لإنتاج وتحييد الصوديوم والغاز بشكل كاف، مما يؤدي إلى تضخيم الوسادة الهوائية.

المباني والطائرات: يعتبر قانون الغاز المثالي مفيدا في المباني التجارية حيث يتم تركيب وحدات التهوية في المباني التجارية التي يكون تهوية الهواء فيها غير كافية للحفاظ على توازن كمية الأكسجين وثاني أكسيد الكربون داخل المبنى، كما يتم استخدام قوانين الغاز المثالي في الطيران حيث يجب الحفاظ على التوازن الضغطي المناسب بين الداخل والخارج.

بخاخة الطلاء: تعتمد رشات الطلاء أو البخاخات بشكل عام على قانون بويل، حيث يحتوي صندوق الطلاء على مادتين؛ الأولى هي مواد الطلاء نفسها والثانية هي غاز مضغوط سائل داخل الصندوق. وعلى الرغم من أن الغاز المسال يغلي عند درجة حرارة أدنى من درجة حرارة الغرفة، إلا أنه لا يغلي داخل الصندوق ولا يتحول إلى حالة الغاز، وذلك بسبب إغلاق الصندوق بإحكام. وعند فتح صندوق الطلاء، تتحرر مواد الطلاء ويتدفق الغاز من العلبة، حيث يتحول الغاز المسال إلى حالة غازية ويضغط على مواد الطلاء داخل منطقة الفوهة ويدفع الطلاء للأعلى.

الغوص: تم بناء أجسامنا وجعلها مكرسة للعيش في الضغط الطبيعي وزيادة الضغط يسبب العديد من المشاكل الصحية، وهذا هو السبب في أنه من المهم أن يزداد أو ينخفض الضغط ببطء، وعندما يغوص الغواص إلى الجزء السفلي من الماء، يزداد الضغط وتسبب زيادة الضغط امتصاص دم الغواص لغاز النيتروجين مما يسبب انخفاضا في الحجم، وتنمو جزيئات غاز النيتروجين، وتعود إلى حالتها الطبيعية إذا التزم الغواص بالتسلق ببطء، أما إذا صعد بسرعة فسوف تسبب العديد من المشاكل

هذه المشاكل تتمثل في تحول دم الغواص إلى رغوة وتسبب نفس الفوضى التي تحدث في المياه الغازية، مما يؤدي إلى حدوث آثار جانبية متتالية للغواص، حيث يشعر بألم شديد وفي بعض الحالات الأسوأ يمكن أن يؤدي انخفاض ضغط الجسم المفاجئ إلى وفاة الغواص فورا.

طفاية الحريق: تتكون طفاية الحريق من اسطوانة طويلة مع ذراع مثبت أعلى الأسطوانة لتشغيلها عند الضرورة، وتحتوي على أنبوب ثاني أكسيد الكربون داخل الأسطوانة ويحيط به كمية كبيرة من الماء، مما يخلق ضغطا حول أنبوب ثاني أكسيد الكربون، ويعمل أنبوب سيفون طفاية الحريق عموديا، ويفتح الطرف الآخر من أنبوب ثاني أكسيد الكربون مع آلية تغلق على صمام الإفراج نحو الجزء السفلي من الماء

عند الضغط على الذراع التشغيلية، يتم تفعيل هذه الآلية التي تتصل بصمام الإفراج في أنبوب ثاني أكسيد الكربون، وعند فتح الصمام يتسرب ثاني أكسيد الكربون إلى الماء مما يزيد الضغط عليه.

تعريف قانون الغاز المثالي

مع قانون الغاز المثالي يمكننا استخدام العلاقة بين كميات الغازات (بالمولات) وحجمها (باللتر) لحساب قياس التفاعلات التي تنطوي على غازات إذا كان الضغط ودرجة الحرارة معروفين، وهذا أمر مهم لعدة أسباب حيث تتضمن العديد من ردود الفعل التي تتم في المختبر تكوين أو رد فعل الغاز لذلك يجب أن يكون الكيميائيون قادرين على معالجة المنتجات الغازية والمتفاعلات كميًا بسهولة كما يعالجون المواد الصلبة أو الحلول.

قانون الغاز المثالي

بالنسبة للغازات تختلف الكثافة مع عدد جزيئات الغاز في حجم ثابت ويمكن التلاعب بمعادلة الغاز المثالي لحل مجموعة متنوعة من أنواع مختلفة من المعادلات ولتحديد كثافة الغاز نعيد ترتيب المعادلة إلى (ρ=n/V=P/RT) ويتم التعبير عن كثافة الغاز عموما ب g/L، ضرب الجانبين الأيسر والأيمن من المعادلة يعطي الكتلة المولية، وقانون (g/L =PM/RT) يسمح لنا بتحديد كثافة الغاز عندما نعرف الكتلة المولية.

الفرق بين الغاز المثالي والغاز الحقيقي

الغاز المثالي هو الغاز الذي يتبع قوانين الغاز في جميع ظروف درجة الحرارة والضغط. لتحقيق ذلك، يجب على الغاز الامتثال تاما للنظرية الحركية الجزيئية، حيث تحتاج جزيئات الغاز إلى أن تكون ذات حجم صفر وأن لا تتأثر بأي قوى جذابة بينها. ونظرا لأن أيا من هاتين الشروطين لا يمكن أن يكون صحيحا، فلا يوجد شيء يسمى غاز مثالي. والغاز الحقيقي هو الذي لا يتصرف وفقا لافتراضات النظرية الحركية الجزيئية. ومن المحظوظ أنه في ظروف درجة الحرارة والضغط التي تواجه عادة في المختبر، تميل الغازات الحقيقية إلى التصرف بشكل كبير مثل الغازات المثالية

تتصرف الغازات بشكل مثالي عندما يتم وضع الغاز تحت ضغطٍ عالٍ حيث يتم فرض جزيئات الغاز بجيث تكون أقرب إلى بعضها البعض مع تضاؤل المساحة الفارغة بين الجسيمات، ومع انخفاض المساحة الفارغة يعني أن الافتراض بأن حجم الجسيمات نفسها لا يكاد يذكر هو افتراض غير صحيح وعندما يتم تبريد الغاز تنخفض الطاقة الحركية للجسيمات مما يسبب ابطائها.

إذا كانت سرعة حركة الجسيمات أبطأ، فإن القوى الجذابة بينها أكثر بروزا، وطريقة أخرى للاطلاع عليها هي التبريد المستمر للغاز، مما يجعله يتحول في النهاية إلى سائل، والسائل بالتأكيد ليس غازا مثاليا بعد ذلك، وباختصار، الغاز الحقيقي ينحرف أكثر من الغاز المثالي في درجات الحرارة المنخفضة والضغوط العالية، والغازات مثالية في درجة حرارة عالية وضغط منخفض

لماذا لا يوجد غاز مثالي في الطبيعة؟

يعتبر الغاز المثالي الغاز الذي لا يحتوي على جزيئات ذات أي حجم، وتتم جميع الاصطدامات بين جزيئات الغاز وجدار الحاوية المرنة بطريقة تمامًا مرنة (وهذا يعني عدم فقدان الطاقة الحركية نتيجة الاصطدام)، ولا توجد قوى جزيئية في الغازات المثالية، وإذا كان هناك فإنها صغيرة لدرجة لا يمكن تذكرها.

فكرة الغاز المثالي هي فرضية خالصة، ومثل هذه الغازات غير موجودة في الكون المادي، وعلى الرغم من ذلك، فإن مفاهيم الغاز المثالي تستخدم كأداة لحساب حلول تقريبية مرضية، وتوضيح سبب عدم وجودها في العالم الحقيقي يكمن في التعريف ذاته، حيث إن الغاز المثالي المتكون من جزيئات بدون حجم ليس ممكنا

يتميز الغاز المثالي بأنه يحتوي على مسافة لا نهائية بين جزيئاته، وحجم جزيئاته يساوي الصفر، ولا تنجذب جزيئاته لبعضها البعض، وعندما يتعرض للتصادم في الأماكن الضيقة، يتصرف بمرونة. ويعد مفهومالغاز المثالي نموذجًا مناسبًا لشرح سلوك الغازات عمومًا، ولكنه لا يساعد على فهم التفاعلات الكيميائية بين الغازات المختلفة.