الغاز المثالي والغاز الحقيقي

بسم الله االرحمن الرحيم


الغاز المثالي والغاز الحقيقي .

الغاز المثالي :

الغاز المثالي أو الغاز الكامل هو نموذج فيزيائي ثرموديناميك لتصرف المادة في الحالة الغازية. يفرض النموذج عدم وجود تفاعل بين جزيئات الغاز وأن جزيئات الغاز نقطية، لذا فإنه مناسب لوصف غازات ذات كثافة منخفضة. هذ النموذج اكتشف في القرن 19.


مواصفات الغاز المثالي:

هذا النموذج يخضع خضوعا مطلقا لقانون بويل-ماريوط. ويخضع أيضا لقانون أفوكادرو
للغاز المثالي شروط وهي على النحو التالي:
حجم جزيئات الغاز مهملة بالنسبة للوعاء الذي يحتويه أي تحت ضغط منخفض.
التصادمات بين جزيئات الغاز تصادمات مرنة.
حركة جزيئات الغاز حركة عشوائية دون مؤثرات خارجية.
فالغاز المثالي هو غاز افتراضي لتسهيل التعامل مع الكثير من المتغيرات في المواضيع التي تتناولها الديناميكا الحرارية. والفرضيات أو الشروط الثلاثة هي التي تجعل الغاز الحقيقي إذا وجد في هذه الظروف يتصرف كغاز مثالي.
حجم جزيئات الغاز مهملة بالنسبة للوعاء الذي يحتويه أي تحت ضغط منخفض:
لا يمكن أن يوجد غاز ندرسه إلا وجد في وعاء وإذا قمنا بحساب حجم جزيئات الغاز وقارناها بحجم الوعاء نجده مهملا وهذا يتحقق عندما يكون ضغط الغاز عن الضغط الجوي أو اقل وعند درجة حرارة الغرفة. أما إذا وجد في ظروف من الضغط العالي مثل غاز في جرة (كغاز الفرن المستخدم للطهي) فهو لن يتصرف كغاز مثالي ولا يمكن أن نهمل حجم الغاز بالنسبة للجرة.
التصادمات بين جزيئات الغاز تصادمات مرنة :
هذا يفترض ان الجزئيات لا تفقد أي من طاقتها عندما تتصادم مع بعضها البعض.
حركة جزيئات الغاز حركة عشوائية دون مؤثرات خارجية:
الحركة العشوائية هي تلك الحركة التي لا تخضع لأي قانون فيزيائي يمكن ان يتنبأ بها وهذه الجزئيات تتحرك بهذه الطريقة ولا يمكن ان نعرف مسار أي جزئ وكيف سيكون لذلك نفترض ان حركة الجزئيات حركة عشوائية.
طبعا هذه الفرضيات تتحقق في ظروف محددة وذلك للاقتراب قدر الإمكان لوضع قانون يحكم متغيرات الغاز (الضغط والحجم ودرجة الحرارة).



قانون الغازات المثالية:

قانون الغازات المثالية في الفيزياء والكيمياء هو قانون يحكم متغيرات الغاز المثالي. ذكر القانون لأول مرة بواسطة العالم الفرنسي بينوا كلابيرون في عام 1834. اشتق القانون من حقيقة أنه في الحالة المثالية لأي غاز، يحتل عدد معين من الجسيمات نفس الحجم، وأن الحجم يتناسب عكسيا مع تغير الضغط والحرارة خطياً.
بالإضافة لأشياء أخرى، يدمج قانون الغازات المثالية قانون شارل وقانون بويل، حيث ينطبق قانون الغاز المثالي على جميع درجات الحرارة والضغوط المتصورة . كما أن الغاز المثالي من المستحيل أن يتحول إلى سائل تحت أي حرارة أو ضغط.
المتغيرات التي منها تعرف كمية الغاز وحالته هي الضغط، الحجم والحرارة طبقا للقانون التالي:

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


حيث:
p: ضغط الغاز
V: حجم الغاز
n: عدد المولات في الغاز
R: ثابت الغازات العام
T: درجة الحرارة المطلقة.


حيث أن قانون الغازات المثالية يتجاهل كلا من الحجم الجزيئي والتفاعلات بين الجزيئات وبعضها، يعد قانون الغازات المثالية أكثر دقة مع الغازات أحادي الذرة في الضغوط المنخفضة ودرجات الحرارة العالية. يكون تجاهل الحجم الجزيئي أقل أهمية كلما ازداد الحجم، أي عند الضغوط المنخفضة. الأهمية النسبية للتفاعلات الجزيئية تضعف بزيادة الطاقة الحرارية أي بزيادة الحرارة.
الغازات أحادية الذرة مثل الهليوم والكريبتون وغيرها هي كلها من الغازات الخاملة حيث لا ترتبط الذرات مع بعضها البعض مكونة جزيئات وإنما تبقى كل ذرة بمفردها. هذا بالمقارنة بغاز ثنائي مثل الأكسجين والنيتروجين والكلور كلجزيئ منها مكون من ذرتين. ومثال على جزيئ ثلاثي الذرات : ثاني أكسيد الكربون وجزيئه يتكون من 1 ذرة كربون و 2 ذرة أكسجين. وتعتبر الجزيئات الأحادية الذرات أبسط أنواع الغازات في الدراسة وتسمي لذلك غاز مثالي. الغازات الثنائية والثلاثية الذرات والجزيئات الأعقد من ذلك يحدث فيها اهتزاز الذرات وكذلك يمكنها "الدوران" حول محور أو أكثر ، مما يصعب دراستها.
وضعت معادلات أكثر تعقيدا مثلا معادلة فان دير فالس والتي تسمح بادخال الحجم الجزيئي والتفاعلات بين الجزيئات في الاعتبار.


والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته