.jpg)
محتویات:
قانون تركيب حجمي گیلوساک (Gay-Lussac’s Law)
فشارهاي جزئي و قانون فشارهاي جزئي دالتون
برای پرش به مطلب مربوط به هر عنوان، بر روی آن عنوان در قسمت بالا کلیک کنید.
اصل آووگادرو بيان مي‌كند كه حجم‌هاي يكسان از گازهاي مختلف تحت شرايط يكسان (دما و فشار برابر) داراي تعداد مولكول‌هاي يكسان هستند. به عبارتي تحت شرايط يكسان حجم گاز به تعداد مولكول‌هاي آن و نه جنس آن بستگي دارد. به عنوان مثال، بر اساس اصل آووگادرو ده لیتر گاز هیدروژن همان تعداد مولكول هیدروژن دارد كه ده لیتر گاز متان در همان دما و فشار مولكول متان دارد.
حجم یک مول از يك گاز يا همان حجم عدد آووگادرو تا از مولكول‌هاي گاز تحت يك شرايط مشخص (دما و فشار مشخص) حجم مولي گاز ناميده مي‌شود و با Vm نمايش داده مي‌شود. حجم مولي گاز همان حجم گاز بخش بر تعداد مول آن است.
باتوجه به اصل آووگادرو، حجم مولی گاز مستقل از جنس گاز است و براي گازهاي مختلف تحت شرايط يكسان برابر است.
حجم مولی گاز تنها تابعي از دما و فشار است و براي دما و فشار مشخص، مقدار مشخصی دارد. واحدهای متداول برای دما درجه سانتیگراد یا سلسیوس و کلوین هستند که دما بر حسب درجه سلسیوس برابر دما بر حسب کلوین بعلاوه 273 است. واحدهای متداول برای فشار اتمسفر (atm)، بار (bar) ، پاسکال (Pa) یا همان نیوتن بر مترمربع، سانتیمتر جیوه (cmHg) و میلیمتر جیوه (mmHg) هستند که بصورت زیر با هم ارتباط دارند:
1atm=101325 Pa=76 cmHg=760 mmHg;1bar=10^5 Pa;
شرايط استاندارد يا دما و فشار استاندارد (Standard Temperature and Pressure or STP) به صورت دماي صفر درجه‌ي سانتيگراد یا 273.15K و فشار تقریبا یک اتمسفر (به طور دقيق‌تر فشار 0.987 اتمسفر یا یک بار یا صد کیلوپاسکال) تعريف مي‌شود. حجم مولي گازها در شرايط دقیق STP برابر 22.7 لیتر و در شرايط تقریبی STP برابر 22.4 لیتر است.
شرايط استاندارد اتاق يا دما و فشار استاندارد اتاق (Standard Ambient Temperature and Pressure or SATP) به صورت دماي 25 درجه سانتیگراد و فشار تقریبا یک اتمسفر (به طور دقيق‌تر فشار 0.987 اتمسفر یا یک بار یا صد کیلوپاسکال) تعريف مي‌شود. حجم مولي گازها در شرايط دقیق SATP برابر 24.8 لیتر و در شرايط تقریبی SATP برابر 24.5 لیتر است.
قانون تركيب حجمي گیلوساک (Gay-Lussac’s Law)
قانون تركيب حجمي گیلوساک بيان مي‌كند كه حجم گازهاي مصرف شده يا توليد شده در يك واكنش شيميايي اگر در فشار و دماي ثابت اندازه‌گيري شده باشند، با نسبت‌هاي اعداد صحيح كوچك بيان مي‌شوند. بعبارت دیگر نسبت حجم گازها در واکنشهای شیمیایی نسبت هایی مثل یک به دو، دو به سه، یک به سه و ... است.
همانطور كه قبلاً نيز ديديم، مواد در يك واكنش شيميايي با تعداد مول‌هايي به نسبت ضرايب استوكيومتري آنها در معادله موازنه شده واکنش توليد يا مصرف مي‌شوند. باتوجه به اصل آووگادرو نيز نسبت حجم گازها همان نسبت تعداد مول آنهاست. بنابراين نسبت حجم گازهاي توليد يا مصرف شده در يك واكنش شيميايي همان نسبت بين ضرايب استوكيومتري گازها در معادله‌ي واكنش است كه معمولاً اعداد صحيح كوچكي هستند. از این رو می توان قانون تركيب حجمي گیلوساک را توجیه کرد.
گاز كامل يا گاز ايده‌آل گازي است كه:
(1) نيروهاي بين مولكولي يا جاذبه و دافعه بين مولكول‌ها نداشته باشد.
(2) حجم مولكول‌ها برابر صفر باشد یا درواقع بتوان مولكول‌ها را به صورت نقاط مادي در نظر گرفت.
مي‌توان نشان داد كه گازهاي كامل در رابطه‌ي زير صدق مي‌كنند:
PV=nRT
در رابطه بالا، P فشار، V حجم، n تعداد مول، T دمای مطلق (دما بر حسب کلوین) و R ثابت جهانی گازها است. مقدار R برابر 0.0821 اتمسفر در لیتر بر کلوین بر مول معادل 8.3143 ژول بر کلوین بر مول است.
به معادله يا رابطه‌اي كه ارتباط بين دما، فشار و حجم يك سيستم را نشان مي‌دهد، معادله‌ي حالت آن سيستم مي‌گويند. به عنوان مثال معادله‌ي بالا معادله‌ي حالت گاز كامل ناميده مي‌شود.
با در دست داشتن سه كميت از چهار كميت فشار، حجم، مول و دما براي گاز كامل مي‌توان كميت چهارم را با استفاده از معادله ي حالت گاز كامل پيدا كرد. بايستي دقت داشته باشيم كه واحدهاي كميت‌هاي ياد شده و واحد ثابت جهاني گازها با همديگر همخواني داشته باشد. در صورتيكه فشار برحسب اتمسفر (atm) و حجم برحسب لیتر (L) باشد، مقدار R برابر 0.0821 اتمسفر در لیتر بر کلوین بر مول در نظر گرفته مي‌شود. در سيستم SI كه فشار برحسب پاسکال (Pa) و حجم برحسب مترمکعب است، مقدار R برابر 8.3143 ژول بر کلوین بر مول در نظر گرفته مي‌شود.
گازهاي حقيقي معمولا داراي نيروي بين مولكولي هستند و همواره حجم مولكول‌هاي آنها غيرصفر است. بنابراين گازهاي حقيقي شرايط گاز كامل را ندارند و در حالت كلي نمي‌توان آنها را گاز كامل محسوب كرد. با اين وجود در فشارهاي نسبتاً پايين و دماهاي نسبتاً بالا مولكول‌هاي گازها به حد كافي از هم دورند، بطوريكه می توان از نيروهاي بين مولكولي آنان و حجم مولكول‌ها در مقابل حجم ظرف چشم پوشيد و بنابراين می توان گازهاي حقيقي را شبيه گاز كامل در نظر گرفت. در محاسبات ما در صورتي كه مسئله اطلاعاتي در مورد ويژگي‌ها و رفتار گازها فراهم نكرده باشد، با گازها به صورت گازهاي كامل برخورد مي‌كنيم.
قانون بويل بيان مي‌كند كه حجم يك نمونه گاز در دماي ثابت با فشار گاز رابطه‌ي معكوس دارد یا بطور معادل، حاصلضرب فشار و حجم برای يك نمونه گاز در دماي ثابت، ثابت است.
در صورتيكه دما و تعداد مول در معادله‌ي حالت گاز كامل ثابت باشند، حاصلضرب فشار و حجم هم ثابت خواهد بود، بنابراین قانون بویل را می توان از روی معادله‌ي حالت گاز كامل بدست آورد.
بنابر قانون شارل حجم يك نمونه گاز در فشار ثابت با دماي مطلق گاز رابطه‌ي مستقيم دارد یا بطور معادل، حجم بخش بر دمای مطلق برای يك نمونه گاز در فشار ثابت، ثابت است.
در صورتيكه فشار و تعداد مول در معادله‌ي حالت گاز كامل ثابت باشند، حجم بخش بر دمای مطلق هم ثابت خواهد بود، بنابراین قانون شارل را می توان از روی معادله‌ي حالت گاز كامل بدست آورد.
قانون آمونتون بيان مي‌كندكه فشار يك نمونه گاز در حجم ثابت با دماي مطلق گاز رابطه‌ي مستقيم دارد یا بطور معادل، فشار بخش بر دمای مطلق برای يك نمونه گاز در حجم ثابت، ثابت است.
در صورتيكه حجم و تعداد مول در معادله‌ي حالت گاز كامل ثابت باشند، فشار بخش بر دمای مطلق هم ثابت خواهد بود، بنابراین قانون آمونتون را می توان از روی معادله‌ي حالت گاز كامل بدست آورد.
در صورتیکه در معادله‌ي حالت گاز كامل، تعداد مول را بصورت جرم بخش بر جرم مولی در نظر بگیریم و سپس جرم بخش بر حجم را چگالی در نظر بگیریم، چگالی گاز کامل برابر حاصلضرب فشار و جرم مولی گاز بر دمای مطلق بر ثابت جهانی گازها بدست خواهد آمد.
در رابطه یاد شده برای سازگار بودن واحدها با هم، معمولا فشار بر حسب اتمسفر، جرم مولی بر حسب گرم بر مول، چگالی بر حسب گرم بر لیتر و ثابت جهانی گازها برابر 0.0821 اتمسفر در لیتر بر کلوین بر مول درنظر گرفته می شود.
گاهي اوقات ما با مخلوطي از گازها سر و كار داريم. در صورتي كه بتوانيم تك تك گازهاي مخلوط را گاز كامل در نظر بگيريم، خواهيم توانست از معادله‌ي حالت گازهاي كامل براي كل مخلوط استفاده كنيم، تنها بايستي بدين نكته توجه كنيم كه كميت‌هایي مثل تعداد مول را براي كل مخلوط و نه فقط يك جزء در نظر بگيريم.
فشارهاي جزئي و قانون فشارهاي جزئي دالتون
براي اجزاي سازنده‌ي يك مخلوط گازي مي‌توان كميت‌هايي مانند فشار جزئي و حجم جزئي را در نظر گرفت. فشار جزئي هر جزء در يك مخلوط گازي برابر فشاري است كه آن جزء اعمال مي‌كند، اگر تمام حجم مخلوط را در همان دماي مخلوط به تنهايي اشغال كند. می توان نشان داد که فشار جزئی یک جز در مخلوط گازی برابر حاصلضرب کسر مولی آن جز و فشار کل است.
قانون فشارهاي جزئي دالتون بيان مي‌كند كه فشار کلی يك مخلوط برابر مجموع فشارهاي جزئي تك تك اجزاي سازنده‌ي مخلوط است (در صورتيكه حجم ظرف و دما يكسان باشد).