التركيب الجزيئي للغازات الفصل الخامس التركيب الجزيئي للغازات

علاقات الحجم – الكتلة للغازات القسم 5-1 علاقات الحجم – الكتلة للغازات

مؤشرات الأداء : * يذكر نص قانون الحجوم المتحدة . * يذكر نص قانون أفوجادرو . * يعرف الحجم المولي القياسي للغاز، ويوظفه لحساب كتل الغازات وحجومها * يوظف الحجم المولي القياسي في حساب الكتلة المولية للغاز .

قياس حجوم الغازات المتفاعلة ومقارنتها ملاحظة جايلوساك : يمكن ان يتفاعل لتران من الهيدروجين مع لتر واحد من الماء لينتج لتران من بخار الماء عند درجة حرارة وضغط ثابتين. بخار الماء غاز الأكسجين غاز الهيدروجين + 2 L 1 L 2 L حجم واحد حجمان حجمان

أي أن النسب هي : مثلاً : بخار الماء غاز الأكسجين غاز الهيدروجين + 2 L 1 : 2 مثلاً : 2 mL 1 mL 2 mL 400 cm3 200 cm3 400 cm3

ملاحظات لجايلوساك في تفاعلات غازات أخرى : النسب محددة وبسيطة غاز كلوريد الهيدروجين غاز الكلور غاز الهيدروجين + 2 L 1 L 1 L حجم واحد حجمان حجم واحد

نص قانون جايلوساك : يمكن أن يعبر عن حجوم المتفاعلات والنواتج الغازية بنسب عددية بسيطة وذلك عند ثبات درجة الحرارة والضغط .

قانون أفوجادرو : نص قانون أفوجادرو : قدم طريقة لشرح النسب العددية البسيطة لجايلوساك . نص قانون أفوجادرو : الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تحتوي على العدد نفسه من الجزيئات وذلك تحت الشروط نفسها من ضغط ودرجة حرارة .

حسب قانون أفوجادرو : تحت الشروط نفسها من ضغط ودرجة حرارة يتغير حجم أي غاز طردياً مع تغير عدد جزيئاته .

غاز كلوريد الهيدروجين غاز الكلور غاز الهيدروجين + حجمان حجم واحد حجم واحد جزيئان جزيء واحد جزيء واحد وبالتالي تكون المعادلة الموزونة : 2 HCl(g) H2(g) + Cl2(g)

H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) حجمان حجم واحد حجم واحد جزيء واحد جزيء واحد جزيئان

حجم الغاز يتناسب طردياً مع كميته، عند ثبات الضغط ودرجة الحرارة . يفيد قانون أفوجادرو : حجم الغاز يتناسب طردياً مع كميته، عند ثبات الضغط ودرجة الحرارة . حيث الحجم V V n الكمية بالمول n ثابت k V = k n

2H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) جزيئان جزيء واحد جزيئان 2 mol 2 mol 1mol حجم واحد حجمان حجمان

الحجم المولي للغازات : كم عدد الجزيئات في مول واحد من مادة جزيئية؟ ثابت أفوجادرو 1023×6.022 جزيء

كتلة المول عدد الجزيئات 1 mol هيدروجينH2 2.01588g ثابت أفوجادرو أكسجين O2 31.9988g ثابت أفوجادرو هيليوم He 4.0026g ثابت أفوجادرو

حسب قانون أفوجادرو : يشغل مول من أي غاز الحجم نفسه الذي يشغله مول واحد من أي غاز آخر تحت نفس الشروط من درجة الحرارة والضغط بالرغم من اختلاف كتلتيهما . الحجم المولي القياسي : الحجم الذي يشغله مول واحد من غاز تحت شروط STPويساوي 22.4 L

O2 H2 1 mol 1 mol 22.4 L 22.4 L الحجم الحجم 32.00g 2.02g الكتلة الكتلة

مسألة نموذجية 5-1 يُنتج تفاعل كيميائي 0.0680 molمن غاز الأكسجين ما الحجم باللترات الذي تشغله عينة من هذا الغاز تحت شروط STP ؟ 0.0680 mol الحجم باللترات المعطى : عدد مولات O2 = المجهول: حجم O2 لتر تحت STP

عدد مولات H2 المعطى : المجهول: تطبيقية 2 ص 142 تشغل عينة من غاز الهيدروجين حجم14.1L تحت شروط STP ، ما عدد مولات هذا الغاز؟ 14.1L عدد مولات H2 المعطى : حجم H2 تحت STP المجهول:

ما حجم 5mol من غاز النيتروجين تحت شروط STP ما عدد مولات غاز النيون الموجود في حجم قدره 550.0 cm3 تحت شروط STP

كتلة SO2 بالجرام المعطى : المجهول: مسألة نموذجية 5-2 98.0 mL ينتج من تفاعل كيميائي98.0 mL من غاز SO2تحت شروط STP ، ما كتلة الغاز الناتج بالجرامات ؟ كتلة SO2 بالجرام المعطى : حجم SO2 تحت STP المجهول:

حجم NO2 تحتSTP المعطى : كتلة SO2 بالجرام المجهول: تطبيقية 2 ص 143 ما حجم 77.0 g من غاز ثاني أكسيد النيتروجين تحت شروط STP؟ حجم NO2 تحتSTP 77.0 g المعطى : كتلة SO2 بالجرام المجهول:

ما كتلة غاز الأكسجين الناتج من أحد التفاعلات إذا كان حجمهmL 2 ما كتلة غاز الأكسجين الناتج من أحد التفاعلات إذا كان حجمهmL 2.66 x104 تحت شروط STP 4

القسم 5-2 قانون الغاز المثالي

مؤشرات الأداء : * يذكر نص قانون الغاز المثالي . * يشتق ثابت الغاز المثالي مميزاً وحداته . *يحسب الضغط أو الحجم أو درجة الحرارة أو كمية الغاز ،عندما تكون ثلاث كميات منها معروفة باستخدام قانون الغاز المثالي

* يحسب الكتلة المولية أو كثافة غاز باستخدام قانون الغاز المثالي . * يحول قانون الغاز المثالي إلأى قانون بويل أو قانون شارل أو قانون أفوجادرو، ويصف الشروط التي يطبق بها كل قانون .

قانون الغاز المثالي ما الكميات اللازمة لوصف عينة من غاز ؟ 1- الضغط . 2- الحجم . 3- درجة الحرارة . 4- عدد المولات .

الحجم ودرجة الحرارة ثابتين إضافة جزيئات من الغاز الحجم ودرجة الحرارة ثابتين ترمومتر زيادة عدد الجزيئات تؤدي إلى : مقياس الضغط زيادة الضغط .

الضغط ودرجة الحرارة ثابتين إضافة جزيئات من الغاز الضغط ودرجة الحرارة ثابتين زيادة عدد الجزيئات تؤدي إلى : زيادة الحجم .

قانون الغاز المثالي علاقة رياضية تربط بين : حجمه ضغط الغاز و و عدد مولاته درجة حرارته حجمه و

اشتقاق قانون الغاز المثالي يشتق بدمج قوانين بويل وشارل وأفوجادرو 1 V قانون بويل P قانون شارل V T قانون أفوجادرو V n

1 V n × T × P 1 n × T × V = R × P بدمج العلاقات الثلاث السابقة :

وبالترتيب نحصل على معادلة الغاز المثالي : P V = n R T أو n R T V = P

n R T V = P و من المعادلة : عدد المولات *الحجم يتغير طردياً مع درجة الحرارة *الحجم يتغير عكسياً مع الضغط .

ثابت الغاز المثالي R * تعتمد قيمة هذا الثابت على الوحدات المستعملة للضغط والحجم ودرجة الحرارة . * حجم 1مول من غاز مثالي تحت شروط STP(273.15 K , 1 atm ) يبلغ 22.4140 L وباستخدام هذه القيم في قانون الغاز المثالي .

P V R = n T (1atm) (22.41410 L R = (1mol) (273.15 K) atm.L 0.08205784 R = mol.K

تقرب قيمةR إلى L.atm 0.0821 mol.K

قيمة R العددية وحدة R وحدة n وحدة T وحدة V وحدة P mmHg L.mmHg L mol K 62.4 mol.K L.atm mol K L atm 0.0821 mol.K J mol K m3 Pa 8.314 mol.K L.kPa L mol K kPa 8.314 mol.K

عدد المولاتn المعطى : الحجم V درجةالحرارةT المجهول: ضغط النيتروجينatm مسألة نموذجية 5-3 ضغط النيتروجينatm ما الضغط المقيس بـatm الذي تمارسه عينة مقدارها 0.500 molمن غاز النيتروجين في وعاء حجمه 10.0 Lعند درجة حرارة298 K؟ 0.500 mol 298 K 10.0 L عدد المولاتn المعطى : الحجم V درجةالحرارةT المجهول:

عدد المولاتn المعطى : درجةالحرارةT + 273.2 = 293.2 K الضغط P المجهول: مسألة نموذجية 5-4 Lالحجم بـ 0.250 mol ما الحجم بـL الذي يشغله0.250 mol من غاز الأكسجين عند درجة حرارة20.0 0C وضغط 0.974 atm ؟ 20.0 0C 0.974 atm عدد المولاتn المعطى : درجةالحرارةT + 273.2 = 293.2 K الضغط P المجهول:

عينة من غاز مقدارها 17. 54mol وضعت في وعاء حجمه 2 عينة من غاز مقدارها 17.54mol وضعت في وعاء حجمه 2.9 Lعند درجة حرارة200C احسب الضغط الذي تمارسه هذه العينة بال atm ما الحجم الذي يشغله 0.909 mol من النيتروجين عند درجة حرارة1250C وضغط 0.901 atm؟علماً أن N2= 28

المعطى : الحجم V 300 K= 27+ 273.2 درجةالحرارةT الضغط P ك.م مسألة نموذجية 5-5 ما كتلة غاز الكلور Cl2 بالجرام موجود في خزان حجمه10.0 L عند درجة حرارة27 0C وضغط 3.50 atm؟علماً أن Cl2= 70.9 المعطى : 10.0 L الحجم V 300 K= 27+ 273.2 درجةالحرارةT 3.50 atm الضغط P 70.9 g/ mol ك.م كتلة الكلور بالجرام المجهول:

كتلة CO2 المعطى : 0.30 g الحجم V درجةالحرارةT 400 K ك.م المجهول: تطبيقية 3 ص 150 وضعت عينة من CO2كتلته 0.30 g داخل وعاء حجمه 250 mLعند درجة حرارة 400 Kما الضغط الذي يمارسه هذا الغاز؟CO2= 44 0.30 g كتلة CO2 المعطى : 250 mL الحجم V درجةالحرارةT 400 K 44 g/ mol ك.م المجهول: الضغط P

ايجاد الكتلة المولية أو الكثافة انطلاقاً من الغاز المثالي P V = n R T m الكتلة m n = M الكتلة المولية M m R T P V = M

ومن هذه العلاقة يمكن ايجاد الكتلة المولية m R T P V = M m R T M = P V ومن هذه العلاقة يمكن ايجاد الكتلة المولية

m R T M = P V m D = V D R T M = P الكثافة D وبالتعويض في العلاقة أعلاه ينتج D R T M = P

M M P P D = T R T الكتلة المولية طردياً مع و الضغط عكسياً مع وبترتيب العلاقة السابقة M M P P D = T R T ويتضح من هذه العلاقة أن كثافة غاز تتغير الكتلة المولية طردياً مع و الضغط عكسياً مع درجةالحرارة بالكفن

مسألة نموذجية 5-6 ص 150 ما الكتلة المولية لعينة غاز كتلتها 5.16 g وحجمها1.00 L تحت ضغط 0.974 atmوعند درجة حرارة 280C المعطى : 10.0 L الحجم V 301 K= 28+ 273 درجةالحرارةT 0.974 atm الضغط P كتلة الكلور 5.16 g المجهول: ك.مM

m R T M = P V وبالتعويض

المعطى : 0.928 atm الضغطP درجةالحرارةT 36 +273=309 K ك.مM المجهول: تطبيقية 2 ص 151 ما كثافة غاز الأمونياNH3 إذا كان الضغط 0.928 atm ودرجة الحرارة 36.0 0C ؟ المعطى : 0.928 atm الضغطP درجةالحرارةT 36 +273=309 K 17 g/ mol ك.مM المجهول: الكثافة D

M P D = R T وبالتعويض

المعطى : الكثافة D 1.50 atm الضغطP درجةالحرارةT 27 +273=300 K ك.مM تطبيقية 3 ص 151 كثافة غاز 2.0 g/L تحت ضغط 1.50 atm وعند درجة حرارة 27 0C ؟ المعطى : 2.0 g/ L الكثافة D 1.50 atm الضغطP درجةالحرارةT 27 +273=300 K ك.مM المجهول:

D R T M = P وبالتعويض

ما الكتلة المولية لغاز كتلته 20g وعند درجة حرارةºC 20 وتحت ضغط 0 ما الكتلة المولية لغاز كتلته 20g وعند درجة حرارةºC 20 وتحت ضغط 0.980 atm

الحسابات الكيميائية للغازات القسم 5-3 الحسابات الكيميائية للغازات

مؤشرات الأداء : *يطبق قانون جايلوساك لحجوم الغازات المتحدة وقانون أفوجادرو في حساب حجوم الغازات في التفاعلات الكيميائية . *يوظف المعادلة الكيميائية لتحديد النسب الحجمية للمتفاعلات الغازية أو النواتج أو كلتيهما .

مؤشرات الأداء : تابع *يوظف النسب الحجمية وقوانين الغازات في حساب حجوم المتفاعلات والنواتج الغازية وكتلها وكياتها المولية .

2CO(g) + O2(g) 2 CO2(g) جزيئان جزيء واحد جزيئان 2 mol 2 mol 1mol حجم واحد حجمان حجمان النسب الحجمية المتوقعة : حجمان من CO حجم واحد O2

حجم واحد O2 حجمين من CO2 حجمان من CO حجمين من CO2

حسابات الحجم – الحجم تحت نفس الشروط ، تستخدم النسب الحجمية . وبنفس طريقة استخدام النسب المولية التي مرت سابقاً

مسألة نموذجية 5-7 ص 152 يستخدم غاز البروبان أحياناً كوقود للطهي والتدفئة ويتم احتراق البروبان احتراقاً تاماً وفقاً للمعادلة التالية C3H8 + 5 O2 3CO2 +4 H2O أ- ما حجم الأكسجين باللتر اللازم لاحتراق0.350L من البروبان بصورة تامة ؟ ب- ما حجم CO2الناتج ؟ افترض أن الحجوم جميعاً قيست تحت الشروط نفسها من درجة حرارة وضغط .

المعطى : معادلة كيميائية موزونة 0.350 L = الحجمV المجهول : أ- حجمV لـ O2 باللتر ب- حجمV لـ CO2 باللتر

عند احتراق الهيدروجين ينتج بخار الماء وفقا للمعادلة غير الموزونة فما حجم بخار الماء إذا استهلك 12 L من الأكسجين عند درجة حرارة و ضغط ثابتين ؟ H2(g)+O2(g) H2O(g)

حسابات الحجم – الكتلة والكتلة - الحجم كتلة ب مولات ب مولات أ حجم الغاز أ أو حجم ب مولات ب مولات أ كتلة الغاز أ

مسألة نموذجية 5-8 ص 154 يمكن تسخين كربونات الكالسيوم المسماة أيضاً بالحجر الجيري لإنتاج أكسيد الكالسيوم وهو ناتج صناعي متعدد الاستخدامات والمعادلة الكيميائية الموزونة لهذا التفاعل تكتب كالتالي : CaCO3 3CaO +CO2 كم جراماً من كربونات الكالسيوم يجب تفككها لإنتاج 5.0 Lمن ثاني أكسيد الكربون تحت شروط STP Δ

المعطى : معادلة كيميائية موزونة الحجمV 5.0 L من CO2تحت شروط STP المجهول : كتلة CaCO3بالجرامات

مسألة نموذجية 5-9 ص 154 يستخدم التنجستنW في فتيل المصابيح الكهربائية وهو ينتج صناعياً من تفاعل أكسيد التنجستن مع الهيدروجين WO3 +3H2 W +3H2O كم لتراً يلزم من غاز الهيدروجين عند درجة حرارة 350Cوتحت ضغط 0.980 atm للتفاعل التام مع 875 gمن أكسيد التنجستن ؟

المعطى : معادلة كيميائية موزونة كتلة المتفاعل 875 g = WO3 الضغط P لـ 0.980 atm =H2 درجةالحرارة T لـ H2 35 +273=308 K المجهول : حجم (V) الهيدروجين لـ H2 باللتر تحت شروط معلومة وغير قياسية

ما الحجم اللازم من غاز الكلورللتفاعل مع الصوديوم لإنتاج 10 ما الحجم اللازم من غاز الكلورللتفاعل مع الصوديوم لإنتاج 10.4 g من NaCl تحت ضغط 1.63 atmوعند درجة حرارة 38 C الكتل المولية: الكلور= 35.45 والصوديوم= 22.99

القسم 5-4 التدفق والانتشار

*يحدد المعدلات النسبية لتدفق غازين لهما كتلتان موليتان معروفتان . مؤشرات الأداء : *يذكر نص قانون جراهام للتدفق . *يحدد المعدلات النسبية لتدفق غازين لهما كتلتان موليتان معروفتان . *يذكر العلاقة بين سرعات جزيئات غازية معينة وبين كتلها المولية .

الانتشار الامتزاج التلقائي لغازين بسبب حركة جزيئاتهما المستمرة والعشوائية . التدفق عملية المرور العشوائي لجزيئات غاز محصور في وعاء من خلال ثقوب صغيرة في جدران الوعاء .

قانون جراهام للتدفق تعتمد معدلات التدفق والانتشار على السرعات النسبية لجزيئات الغاز . تتناسب سرعة جزيئات الغاز عكسياً مع كتلته. حركة جزيئات الغاز الخفيف أسرع من حركة جزيئات الغاز الثقيل . معدل الطاقة الحركية لجزيئات الغاز يعتمد على درجة حرارته فقط .

الطاقة الحركية = ½ mv2 غازان مختلفانA و B لهما درجة الحرارة نفسها فإن العلاقة التالية بينهما صحيحة : ½ MAvA2 = ½ MBvB2 حيث الكتلة المولية للغاز A MA الكتلة المولية للغاز B MB

سرعة جزيئات الغاز A vA سرعة جزيئات الغاز B vB ½ MAvA2 = ½ MBvB2 بضرب العلاقة بـ 2 ينتج MAvA2 = MBvB2

لمقارنة سرعتي الغازين يعاد ترتيب العلاقة كما يلي : vA2 MB = vB2 MA بأخذ الجذر التربيعي للطرفين vA MB = vB MA

من المعادلة الأخيرة يتبين أن: سرعة جزيئات غازين مختلفين تتناسب عكسياً مع الجذر التربيعي للكتلة المولية لكل منهما . معدل التدفق يتناسب طردياً مع سرعة الجزيئات، فيمكن كتابة المعادلة كالتالي : MB معدل تدفق A = معدل تدفق B MA

نص قانون جراهام للتدفق : يتناسب معدل تدفق الغازات عكسياً مع الجذر التربيعي لكتلها المولية تحت الشروط نفسها من ضغط ودرجة حرارة .

تطبيقات قانون جراهام للتدفق : 1-كثافة الغاز تتناسب طردياً مع كتلته المولية . 2- معدل الانتشار يعتمد على الكتلة المولية للغاز 3- تحديد الكتلته المولية لغاز مجهول . 4- فصل النظائر عن بعضها (نظائر اليورانيوم) بعد تحويلها إلى مركبات غازية ثم إدخالها في أغشية مسامية فتنتشر تبعاً لكثافتها المختلفة.

تطبيقات قانون جراهام للتدفق : كثافة الغاز تتناسب طردياً مع كتلته المولية . وبالتالي نستنتج من قانون جراهام : Bكثافة MB معدل تدفق A = = معدل تدفق B MA Aكثافة

معدل الانتشار يعتمد على : سدادة قطنية HCl(g) سدادة قطنية NH3(g) معدل الانتشار يعتمد على : * الكتلة المولية للغاز . * تركيز الغاز .

H2 MA 2.02 g/mol المعطى : O2 MB 32.00 g/mol المجهول معدل تدفق A مسألة نموذجية 5-10 ص 160 قارن بين معدلي تدفق الهيدروجين والأكسجين الموجودين تحت الشروط نفسها من ضغط ودرجة حرارة . H2 MA 2.02 g/mol المعطى : O2 MB 32.00 g/mol هوية الغازين المجهول معدل تدفق A المعدلان النسبيان للتدفق معدل تدفق B

MB معدل تدفق A = معدل تدفق B MA بالتعويض

المعطى : معدل تدفق A 9 = معدل تدفق B MA 2.02 g/mol المجهول تطبيقية 1 ص 160 تتدفق عينة من الهيدروجين عبر وعاء مسامي بسرعة تفوق 9 مرات سرعة غاز مجهول احسب الكتلة المولية لهذا الغاز ؟ H2 Bيمثل A يمثل الغاز المجهول المعطى : معدل تدفق A المعدلان النسبيان للتدفق 9 = معدل تدفق B MA 2.02 g/mol المجهول الكتلة المولية للغاز B

MB معدل تدفق A = معدل تدفق B MA بالتعويض

المعطى : Ne MA 20.18 g/mol MB 58.10 g/mol المجهول C4H10 تطبيقية 3 ص 160 يتحرك جزيء من غاز النيون بمعدل400m/s عند درجة حرارة معينة احسب معدل سرعة جزيء من غاز البيوتان C4H10عند درجة الحرارة نفسها المعطى : معدل سرعة جزيء النيون 400 m/s Ne MA 20.18 g/mol C4H10 MB 58.10 g/mol المجهول معدل سرعة جزيء البيوتان C4H10

MB معدل تدفق A = معدل تدفق B MA معدل التدفق هو معدل السرعة بالتعويض

س 3 ص130