ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم الأول الغاز المثالي والغاز الحقيقي

أهداف التعلم

1. تعريف الغاز المثالي والغاز الحقيقي وتوضيح الفروقات بينهما.
2. استيعاب معادلة الحالة للغاز المثالي $PV = nRT$ واستخدامها في حساب المتغيرات.
3. حساب معامل الانضغاط $Z = PV ÷ (nRT)$ وتفسير قيمته بالنسبة للغاز المثالي.
4. تحليل تأثير الضغط ودرجة الحرارة على سلوك الغازات الحقيقية عبر مفهوم القوى بين الجزيئات وحجم الجزيئات.
5. قراءة وتفسير مخطط معامل الانضغاط مقابل الضغط لتحديد مناطق $Z < 1$ و$Z > 1$.
6. تطبيق المفاهيم على مواقف عملية (أسطوانة غوص، نيتروجين سائل، طفاية حريق، نقل الغاز الطبيعي).

---

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

معادلة الحالة للغاز المثالي

PV = nRT

النوع: علاقة حالة.
الشروط: صالحة للغازات التي تتصرف كغاز مثالي (ضغط منخفض، درجة حرارة مرتفعة).
الملاحظة: لا تشمل حجم الجزيئات ولا القوى بين الجزيئات.

معامل الانضغاط (Z)

Z = PV ÷ (nRT)

النوع: معامل تصحيح.
الشروط: يُحسب لأي غاز حقيقي لتقييم انحرافه عن السلوك المثالي.
الملاحظة:

• إذا كان $Z = 1$ فإن الغاز يتصرف كغاز مثالي.
• إذا كان $Z < 1$ فإن القوى التجاذبية بين الجزيئات تقلل الضغط الملاحظ.
• إذا كان $Z > 1$ فإن حجم الجزيئات يصبح ملحوظًا ويقلل من قابلية الضغط.

علاقة الضغط والدرجة الحرارة بتأثير القوى بين الجزيئات

• قوى التجاذب: عندما تكون القوى جذابة، يصبح الضغط الملاحظ أقل من المتوقع → $Z < 1$.
• ارتفاع درجة الحرارة: يزيد الطاقة الحركية للجزيئات، مما يضعف تأثير القوى → يقترب $Z$ من 1.

علاقة الضغط والدرجة الحرارة بتأثير الحجم الجزيئي

• ضغط عالي جدًا: يصبح حجم الجزيئات غير قابل للتجاهل، فيصبح الحجم الفعلي أكبر من الحجم المثالي → $Z > 1$.
• ضغط منخفض: يقل عدد الجزيئات في وحدة الحجم، فتقل أهمية حجم الجزيئات → يقترب $Z$ من 1.

---

الخواص والتركيب (الموضوع الأول)

1. الغاز المثالي

   • لا يمتلك حجمًا (حجم الجزيئات = 0).
   • لا توجد قوى تجاذب أو تنافر بين الجزيئات.
   • يتبع دائمًا معادلة الحالة $PV = nRT$.

2. الغاز الحقيقي

   • للجزيئات حجم محدود (حجم غير صفر).
   • توجد قوى تجاذب بين الجزيئات، خاصة عند ضغط متوسط ودرجة حرارة منخفضة.
   • عند ضغط عالٍ يصبح حجم الجزيئات مهمًا، ما يؤدي إلى زيادة الحجم الفعلي مقارنةً بالحجم المثالي.

3. تأثير الضغط

   • ارتفاع الضغط يزيد عدد الجزيئات في وحدة الحجم، وبالتالي يرفع نسبة حجم الجزيئات إلى الحجم الكلي.
   • انخفاض الضغط يقلل هذه النسبة، فيقرب السلوك من المثالية.

4. تأثير درجة الحرارة

   • ارتفاع الحرارة يزيد الحركة الحرارية للجزيئات، مما يقلل من تأثير القوى بين الجزيئات.
   • انخفاض الحرارة يبطئ الحركة، فيزيد من تأثير القوى التجاذبية، وبالتالي يقل الضغط الملاحظ.

---

التطبيقات والاستخدامات (الموضوع الثاني)

---

جدول مقارنة

---

مسائل محلولة

مسألة 1

المعطى: 2 مول من غاز حقيقي عند ضغط $P = 5 × 10⁶ Pa$ ودرجة حرارة $T = 300 K$. معامل الانضغاط في هذه الظروف هو $Z = 0.95$.

المطلوب: حساب الحجم الفعلي للغاز.

الحل:
نستخدم العلاقة المعدلة للغاز الحقيقي:
$PV = Z nRT$ → $V = Z nRT ÷ P$

$$V = 0.95 × 2 , mol × 8.314 , J ÷ (mol·K) × 300 , K ÷ 5 × 10⁶ , Pa$$

$$V ≈ 0.95 × 2 × 8.314 × 300 ÷ 5 000 000$$

$$V ≈ 0.95 × 4 988.4 ÷ 5 000 000$$

$$V ≈ 4 739 ÷ 5 000 000 ≈ 9.48 × 10⁻⁴ , m³$$

إذن الحجم الفعلي ≈ 9.5 × 10⁻⁴ م³.

مسألة 2

المعطى: غاز مثالي يملأ حاوية سعتها $V = 0.02 , m³$ عند ضغط $P = 1 × 10⁵ Pa$ ودرجة حرارة $T = 273 K$.

المطلوب: حساب عدد المولات الموجودة في الحاوية.

الحل: معادلة الحالة للغاز المثالي: $n = PV ÷ (RT)$

$$n = 1 × 10⁵ , Pa × 0.02 , m³ ÷ (8.314 , J ÷ (mol·K) × 273 , K)$$

$$n = 2 000 ÷ (8.314 × 273)$$

$$n = 2 000 ÷ 2 269.622 ≈ 0.882 , mol$$

إذن عدد المولات ≈ 0.88 مول.

---

تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. الافتراض بأن $Z = 1$ دائمًا – لا يُطبق على الغازات الحقيقية عند ضغوط أو درجات حرارة غير مثالية.
2. إهمال تأثير درجة الحرارة – خفض الحرارة يزيد من تأثير القوى التجاذبية، ما قد يؤدي إلى $Z < 1$.
3. خلط بين ضغط الغاز المثالي والضغط الملاحظ – عند حساب $Z$ يجب استخدام الضغط الملاحظ للغاز الحقيقي.
4. قراءة مخطط $Z$ مقابل الضغط بصورة عكسية – المنطقة التي تكون فيها المنحنى فوق الخط الأفقي تمثل $Z > 1$ (تأثير الحجم الجزيئي)، وتحت الخط تمثل $Z < 1$ (قوى التجاذب).

---

قائمة المراجعة

• [ ] تعريف الغاز المثالي والغاز الحقيقي بدقة.
• [ ] معرفة معادلة الحالة للغاز المثالي $PV = nRT$.
• [ ] حساب معامل الانضغاط $Z = PV ÷ (nRT)$ وتفسير قيمته.
• [ ] تمييز تأثير القوى بين الجزيئات (قوة تجاذب → $Z < 1$).
• [ ] تمييز تأثير الحجم الجزيئي (ضغط عالي → $Z > 1$).
• [ ] معرفة الظروف التي تجعل الغاز الحقيقي يقترب من المثالي (ضغط منخفض، حرارة مرتفعة).
• [ ] قراءة مخطط $Z$ مقابل الضغط وتحديد المناطق ذات $Z < 1$ و$Z > 1$.
• [ ] تطبيق المفاهيم على المواقف العملية المذكورة في النص.
• [ ] حل مسائل عددية باستخدام معادلة الحالة ومعامل الانضغاط.
• [ ] مراجعة الوحدات المستخدمة (Pa, m³, K, mol, J).
• [ ] تجنب الأخطاء الشائعة المذكورة في قسم تنبيهات الامتحان.

---

جميع المعادلات دفعة واحدة

PV = nRT  
Z = PV ÷ (nRT)  
V = Z nRT ÷ P          (لغاز حقيقي)  
n = PV ÷ (RT)          (لغاز مثالي)  

---

بالتوفيق في امتحاناتك!