الغاز المثالي

الغاز المثالي:

الغاز 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.
 /1حجم 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 نهم حجم الغاز بالنسبة للجرة.
 /2 التصادمات بين جزيئات الغاز تصادمات مرنة :   هذا يفترض ان الجزئيات لا تفقد أي من طاقتها عندما تتصادم مع بعضها البعض.
 /3 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.
هذه الفرضيات تتحقق في ظروف محددة وذلك للاقتراب قدر الإمكان لوضع قانون يحكم  متغيرات الغاز (الضغط والحجم ودرجة الحرارة).

لقد استنبط قانون الغاز المثالي من النظرية
الحركية للغازات على أساس افتراضين هامين .

1- اعتبر حجم الجسيمات مهملا عند مقارنته بالحجم الكلي للغاز.
2- أهملت قوي التجاذب بين الجزيئات وبين بعضها .

ونظرا لعدم انطباق أي من هذين الافتراضين على الغازات الحقيقية فإن تحيد عن السلوك المثالي . ومن المسلم به أن جزيئات الغاز يجب إن يكون لها حجم محسوس ، والذي ربما يكون هو نفس الحجم الذي تشغله الجزيئات عندما يكون الجسم في الحالة الصلبة .وإذا لم تجذب جزيئات الغاز كلا منها الآخر ، لأصبح من غير المحتمل إمكانية إسالة الغاز إطلاقا ، وفي الحقيقة يمكن تحويل أي غاز إلي سائل باستخدام درجات حرارة منخفضة وضغوط عالية ، وإحدى الخواص الهامة للمائع هو التماسك ، والذي يعزى إلي التجاذب بين الجزيئات . ومن المتوقع أن يظهر هذا التجاذب بدرجة ما في الغاز مثله مثل السائل.

وبجانب قوى التجاذب بين الجزيئات يجب أن تظهر بينها أيضا قوى تنافر .ويتضح ذلك من وجود قطر تصادم محدد وهو عبارة عن تلك المسافة بين الجزيئات التي عندها تصبح قوى التنافر بين الجزيئات كبيرة بحيث تؤدى إلى تغيير أو عكس اتجاه الجزيئات المتحركة) أي من الاتجاه نجو بعضها البعض إلى البعد بعيدا عن بعضها.( إلا أن قوى التنافر تقل بسرعة كبيرة بزيادة المسافة التي تنفصل بين الجزيئات ، في حين تقل قوي التجاذب بسرعة أقل ، ونتيجتاُ لذلك تكون المحصلة هي قوى تجاذب بين زج الجزيئات عندما يكون الجزيئان على مسافة محسوسة من بعضهما ، وتكون المحصلة تنافر عندما يقتربان جدا من بعضهما.

الغاز المثالي والغاز الحقيقي : 

  يمتاز الغاز المثالي بما يلي : يكون الغاز مثاليا إذا توفر شرطان أساسيان:

1. توجد قوى تجاذب بين جزيئات الغاز المثالي. (التجاذب معدوم)                

2. حجم الجزيئات مهمل بالنسبة إلى حجم الحيز الذي تشغله.(أي أن يكون مجموع حجوم الغاز صغيرا جدا بالنسبة إلى حجم الغاز ونعتبر حجم الغاز وكأنه حجم الفراغ).

كذلك يمكن أن - تكون  قيمة     ح x   ض/د      ثابتة عند جميع قيم الضغط ودرجات الحرارة للغاز المثالي.   

ليمكن تسييله مهما ارتفع الضغط الواقع عليه أو انخفضت درجة حرارته.

الغاز الحقيقي:

غاز يكون بعيدا عن سلوك المثالي ويكون ذلك عند ارتفاع الضغط أو انخفاض درجة الحرارة (أو الثنان معا)

- تكون قيمة   ح   x     ض  /د  غير ثابتة للغازات الحقيقية وتتغير مع تغير الضغط لذلك تم اقتراح وجود الغاز المثالي الذي يسمح بقياس مدى انحراف سلوك الغازات الحقيقية عن الغاز المثالي عند جميع قيم الضغط ودرجات الحرارة للغاز المثالي.

- يقترب الغاز الحقيقي في سلوكه من الغاز المثالي عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة العالية والجزيئات غير القطبية ذات الترابط الضعيف وكلما كانت قوى التجاذب أضعف فان سلوك الغاز الحقيقي يكون أقرب إلى سلوك الغاز المثالي.   

تأثير طبيعة الغاز على مدى اقترابه من سلوك الغاز المثالي:

1. الغاز ذو الجزيئات غير القطبية يكون أقرب إلى سلوك الغاز المثالي من القطبي لن التجاذب بين الجزيئات

يكون أقل من القطبي.

2 . الذرات والجزيئات غير القطبية تختلف في مدى قربها من سلوك الغاز المثالي تحت نفس الظروف: الهليوم أقرب إلى الغاز المثالي من النيون

متى يمكن تطبيق الغاز المثالي ومتى لا يمكن تطبيقه؟

حيث أنه من المستحيل تطبيق شرطي الغاز المثالي  تماما- يمكن الاقتراب من تحقيقهما تحت ظروف معينة- لذا يمكن القول  أن الغاز المثالي غير موجود متى يمكن تطبيق الغاز المثالي ومتى لا يمكن تطبيقه؟

بشكل عام إن الغاز يقترب في سلوكه من الغاز المثالي  إذا تجنب درجات الحرارة المنخفضة والضغط

العالي , فحين انخفاض الضغط تكون جزيئات الغاز متباعدة بحيث يمكن إهمال حجمهما نسبة إلى حجم الغاز وكذلك إهمال قوى التجاذب بينها بسبب تباعدها.

كذلك تؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى زيادة سرعة حركة الجزيئات مما يقلل من أهمية قوى التجاذب بين

الجزيئات 

أما حين ارتفاع الضغط أو انخفاض درجة الحرارة فإن الغاز ل يعتبر مثاليا ول يمكن تطبيق قانون الغاز المثالي ويسمى في هذه الحالة بالغاز الحقيقي.

لأنه عند ارتفاع الضغط تتقارب الجزيئات فيزداد تأثير قوى الترابط مما يؤثر على حركة الجزيئات كذلك فإن حجم جزيئات الغاز ل يمكن إهماله لن حجم الغاز يقل بارتفاع الضغط، وحين انخفاض درجات الحرارة يزيد أيضا تأثير قوى التجاذب ول يمكن إهمال حجم جزيئات الغاز بسبب نقص حجم الغاز.    

ما هي شروط الحرارة والضغط التي تعمل عندها قوانين الغازات على الوجه المثل.

ضغط منخفض ودرجة حرارة مرتفعة –بشرط عدم إمكانية تحولها إلى الحالة السائلة :أي التالية أقرب في سلوكها من الغاز المثالي.

(He / HCl) جزيئات(He)  ترتبط بقوى لندن الضعيفة لذا تكون أقرب إلى السلوك المثالي من جزيئات (HCl) التي ترتبط بقوى ثنائية القطب وتتميز بصفات قطبية.

CH4)  أقرب إلى السلوك المثالي جزيء غير قطبي يرتبط بقوى لندن الضعيفة مقارنة مع الماء ( / )

) CH4 H2O

القطبي الذي يرتبط بترابط هيدروجيني

 ينحرف سلوك الغازات الحقيقية عن سلوك الغاز المثالي عند درجات الحرارة المنخفضة والضغط المرتفع؟

  يسهل إسالة غاز المونيا؟

الفروق بين الغاز الحقيقي والمثالي: من حيث حجم الجزيئات وقوى التجاذب وتأثير التصادمات والخضوع للقوانين:

المثالي :

يخضع لقوانين الغازات تحت جميع الظروف من الحرارة والضغط.

لا يمكن وجوده  بعض الغازات تكون قريبة من المثالية .

الحيز الذي يشغله جزيء الغاز مهمل نسبة للحجم الكلي.

قوى التجاذب بين الجزيئات مهملة .

التصادم مرن ول يؤثر في الطاقة الحركية(لا تفقد الطاقة) .

الحقيقي :

يخضع لقوانين الغازات عند حرارة عالية وضغط منخفض.

جميع الغازات حقيقية.

الحيز الذي يشغله جزيء الغاز غير مهمل.

قوى التجاذب بين الجزيئات  موجود ومؤثر.

التصادم غير مرن ويؤثر في الطاقة الحركي.