يعتمد بعض الطلاب على المعلمين في استخراج مسائل تتعلق بقوانين الغازات لفهم سلوك الغازات وتحديد النوع المناسب من القوانين لاستخدامها في الحل. في هذه المقالة، سنستعرض معنى قوانين الغازات ونقدم عددًا من المسائل المرتبطة بها بشكل تفصيلي.

يمكنك الحصول على نسخة من مسائل قوانين الغازات بصيغة PDF ““.

تعريف قوانين الغازات

على مر العصور، قام العلماء بتطوير مجموعة من القوانين لوصف سلوك الغازات، والتي تشمل عدة عوامل:

• حجم الغاز، يقاس باللتر.
• الضغط الذي يمارسه الغاز داخل الوعاء.
• درجة الحرارة المطلقة للغاز، بوحدة الكلفن.
• حساب كمية المادة الغازية أو عدد المولات التي يحتويها الغاز.

مسائل تطبيقية على قوانين الغازات

سوف نستعرض عددًا من المسائل التي توضح كيفية الحل بناءً على القوانين المعطاة، ومن بين هذه المسائل:

1- حساب الحجم النهائي للغاز

المسألة: ما هو الحجم النهائي (V2) لعينة من غاز حجمها الابتدائي (V1) يساوي 650 سم³ عند درجة حرارة 25 س إذا تم تسخينها إلى 400 س مع ثبات الضغط؟

يمكننا حل المسألة باتباع الخطوات التالية:

• V1 / T1 = V2 / T2
• استبدال القيم مع تحويل درجة الحرارة من سيلسيوس 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 زئبق، ودرجة حرارة 27 س، مع العلم أن (R = 0.0821 L. atm/K. mol).

للحصول على الحل الصحيح، يمكن اتباع الخطوات التالية:

• P × V = n × R × T
• استبدال القيم وتحويل الوحدات حسب النظام العالمي:
• ((0.0821) × (27 + 273))/( n = ((70/67) × 18
• مول n ≈ 0.673

3- حساب الحجم المطلوب

المسألة: ما هو حجم الوعاء الضروري لاحتواء 0.0459 مول من غاز N2 في الظروف المعيارية، مع العلم أن قيمة الثابت k = 22.4؟

لحل هذا السؤال، اتبع الخطوات التالية:

• V = k × n
• استبدال القيم مباشرة حيث V هو الحجم المطلوب لاحتواء 0.0459 مول من غاز النيتروجين في الظروف المعيارية.
• V = 0.0459 × 22.4
• V ≈ 1.3 لتر

ما هو القانون العام للغازات

يتيح لنا هذا القانون فهم حركة جزيئات الغاز، حيث تتحرك هذه الجزيئات بشكل عشوائي وتتصادم مع بعضها، مما يؤدي إلى ضغط الغاز على منطقة معينة واحتلاله لحجم معين.

كما أن الجزيئات تكون عادةً صغيرة في الحجم، مما يجعلها تشغل مساحة ضئيلة. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الغاز، بالإضافة إلى وجود عدة قوانين تُعنى بدراسة الغاز، ومنها قانون بويل، قانون شارل، وقانون جاي. كل قانون من هذه القوانين يصف العلاقة بين الضغط، الحجم، درجة الحرارة، وعدد مولات الغاز.

إليك 30 مثالًا مختلفًا على قوانين الغازات مع الحلول:

1. قانون بويل:

إذا كان حجم 5 لترات 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 لترات عند 300 كلفن، فما سيكون حجمه عند 600 كلفن؟

• الحل:

  V1 / T1 = V2 / T2

  3 L / 300 K = V2 / 600 K

  V2 = 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 K

  P2 ≈ 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

6. قانون الغازات المثالية:

إذا كان لديك 1 مول من غاز مثالي عند درجة حرارة 298 كلفن، فما حجم الغاز عند ضغط 2 atm؟

• الحل:

  V = nRT / P = (1 × 0.0821 × 298) / 2 ≈ 12.2 L

7. المقارنة بين الضغوط:

إذا كان ضغط الغاز 3 atm عند 0 درجة مئوية، فما سيكون ضغطه عند 100 درجة مئوية إذا كانت نسبة الحجم ثابتة؟

• الحل:

  P1 / T1 = P2 / T2 → P2 = P1 × (T2 / T1)

  P2 = 3 × (373 / 273) ≈ 4.1 atm

8. الحرارة والضغط:

إذا كان حجم الغاز 10 لترات عند 1 atm، فما سيكون الضغط إذا تم تسخينه إلى 400 كلفن؟

• الحل:

  P = nRT / V = (1 × 0.0821 × 400) / 10 ≈ 3.28 atm

9. حساب الحجم:

لديك 4 مول من الغاز في درجة حرارة 350 كلفن وضغط 1 atm، ما هو حجم الغاز؟

• الحل:

  V = nRT / P = (4 × 0.0821 × 350) / 1 ≈ 115.9 L

10. الغاز في الطقس:

إذا كان ضغط الغاز في يوم مشمس 1.5 atm وعند هطول المطر ينخفض إلى 1 atm، ما هي التغيرات في درجة الحرارة التي تحدث إذا كان الحجم ثابتًا؟

• الحل:

  P1 / T1 = P2 / T2

  T2 = (T1 / 1.5)

11. الضغط الجوي:

إذا كان لديك غاز في برميل عند ضغط 2 atm، وفتحته إلى ضغط جوي 1 atm، ما هو حجم الغاز بعد فتح البرميل؟

• الحل:

  P1 × V1 = P2 × V2

12. قانون بويل المتسلسل:

إذا كان لديك 1 لتر من الغاز عند ضغط 2 atm، ثم تم الضغط إلى 4 atm، ما هو الحجم الجديد؟

• الحل:

  P1 × V1 = P2 × V2 → V2 = (2 atm × 1 L) / 4 atm = 0.5 L

13. حساب المول في حالة الضغط العالي:

إذا كان لديك غاز عند ضغط 10 atm، حجم 2 لتر، ودرجة حرارة 298 كلفن، كم عدد المولات؟

• الحل:

  n = PV / RT = (10 × 2) / (0.0821 × 298) ≈ 0.82 mol

14. قانون الغازات المعقدة:

غاز له ضغط 1 atm وحجم 5 لترات عند درجة حرارة 273 كلفن، ما هو ضغطه عند 600 كلفن مع بقاء الحجم ثابتًا؟

• الحل:

  P2 = P1 × (T2 / T1) = 1 × (600 / 273) ≈ 2.2 atm

15. الغاز في الحالة السائلة:

كيف يمكن ضغط الغاز السائل إلى الحالة الغازية؟

• الحل: يمكن تحويل الغاز السائل إلى الحالة الغازية بالتحكم في درجة الحرارة والضغط.

16. التغيرات في درجة الحرارة:

إذا كان حجم الغاز 20 لترات عند 200 كلفن، فما سيكون حجمه عند ضغط 3 atm؟

• الحل: يمكن استخدام قانون الغاز المثالي لتحديد الحجم الجديد.

17. الضغط المرتفع:

إذا كان لديك 2 مول من الغاز في وعاء محكم، ما هو الضغط عند 25 درجة مئوية؟

• الحل: يمكن استخدام قانون الغاز المثالي لحساب الضغط.

18. تأثير الضغط على السلوك الغازي:

إذا زاد الضغط إلى الضعف، كيف سيؤثر ذلك على الحجم؟

• الحل: وفقًا لقانون بويل، سيقل الحجم إلى النصف.

19. التفاعل تحت الضغط:

كيف يؤثر الضغط العالي على تفاعلات الغاز؟

• الحل: قد يزيد الضغط العالي من سرعة التفاعل بفضل زيادة كثافة الجزيئات.

20. التغير في الضغط:

إذا تم تقليل حجم الغاز إلى نصفه، ما هو التأثير على الضغط؟

• الحل: سينمو الضغط إلى الضعف.

21. درجة الحرارة كعامل:

إذا زادت درجة الحرارة بمقدار 100 كلفن، كيف يؤثر ذلك على ضغط الغاز؟

• الحل: وفقًا لقانون جاي-لوساك، الضغط سيتزايد إذا كان الحجم ثابتًا.

22. تحويل الغاز إلى سائل:

كيف يمكن تحويل غاز إلى سائل تحت الضغط؟

• الحل: يتم من خلال تطبيق ضغط مرتفع وتقليل درجة الحرارة.

23. الحرارة والضغط في المحركات:

كيف يؤثر الضغط على أداء محرك الاحتراق؟

• الحل: الضغط يؤثر في تحسين كفاءة الاحتراق وزيادة القوة الناتجة.

24. الغازات والارتفاع:

كيف يؤثر الارتفاع عن سطح البحر على ضغط الغاز؟

• الحل: الضغط يقل كلما زاد الارتفاع.

25. الغازات في العلوم التجريبية:

ما هي أهمية دراسة الغازات في المختبرات؟

• الحل: لفهم السلوك الفيزيائي والتفاعل الكيميائي للغازات.

26. تأثير الغاز على البيئة:

كيف يؤثر الضغط الجوي على الطقس؟

• الحل: الضغط المرتفع يمكن أن يؤدي إلى طقس صافٍ، بينما الضغط المنخفض قد يتسبب في العواصف.

27. تجارب على الغازات:

كيف يمكن إجراء تجربة بسيطة لدراسة ضغط الغاز؟

• الحل: باستخدام بالون ومضخة هواء لزيادة الضغط وقياس التغيرات في الحجم.

28. تطبيقات الضغط:

ما هي التطبيقات العملية لقوانين الغازات في الحياة اليومية؟

• الحل: في أنظمة التبريد، المحركات، وتعبئة الغاز.

29. الغازات السامة:

كيف يؤثر الضغط على تركيز الغازات السامة في الهواء؟

• الحل: الضغط العالي يمكن أن يؤدي إلى تركيز أعلى للغازات السامة.

30. استنتاجات حول الغازات:

ما هي الدروس المستفادة من دراسة قوانين الغازات؟

• الحل: تساعد في فهم السلوك الديناميكي للغازات في ظروف مختلفة.

لقد وصلنا إلى نهاية المقال حيث قدمنا فيه معلومات وأمثلة متنوعة حول قوانين الغازات، بما في ذلك شرح القوانين وبعض المسائل المتنوعة مع حلولها، فضلاً عن تعريف القانون العام للغازات.