درسنامه آموزشی شیمی (1) کلاس دهم رشته ریاضی و تجربی
فصل دوم: خواص و رفتار گازها
رفتار گازها
پخش شدن بوی نانتازه، گلاب و دود اسپند در فضای خانه، نشان میدهد که مولکولهای یک مادۀ گازی در هوا منتشر شده و به یاختههای بویایی ما رسیده است. ماده به حالت گاز شکل و حجم معینی ندارد، بلکه به شکل ظرف محتوی آن درمیآید و همۀ فضای ظرف را اشغال میکند. از این رو، حجم یک نمونه گاز با حجم ظرف محتوی آن برابر است (شکل 22).
آ) شکل و حجم یک ماده جامد به شکل ظرف بستگی ندارد.
ب) مایعها به شکل ظرف محتوی آنها در میآیند.
پ) به محض باز کردن شیر در لولۀ رابط بین دو ظرف، گاز در هر دو محفظه پخش میشود.
در درس علوم دریافتید که گاز برخلاف جامد و مایع تراکمپذیر است. بهطوری که اگر به یک نمونه گاز درون سرنگ یا سیلندری با پیستون روان، فشار وارد کنیم، گاز فشردهتر و حجم آن کمتر میشود (شکل 23).
بوی گلهای رز و محمدی ناشی از انتشار مولکولهای گازی از آنها است.
آیا میدانید
ابنسینا دانشمند مسلمان ایرانی، افزون بر فعالیتهای پزشکی، بر روی استخراج عطر گلمحمدی و گل رز که بوی دلپذیری دارد کار میکرد. فعالیتهای این دانشمند سبب شد تا فرایند استخراج عطرهای گیاهی از گلهای دیگر نیز مورد بررسی قرار گیرد.
با هم بیندیشیم (صفحهٔ 77 کتاب درسی)
1- شکل زیر یک نمونه گاز را درون سیلندری با پیستونی متحرک در دماهای گوناگون نشان میدهد.
آ) با افزایش دما، حجم گاز چه تغییری میکند؟ چرا؟
افزایش مییابد، زیرا جنبش مولکولی گازها بیشتر شده است و ذرّات با سرعت بیشتری به حرکت خود ادامه میدهند.
ب) بین حجم یک نمونه گاز و دمای آن در فشار ثابت چه رابطهای هست؟ توضیح دهید.
رابطهی مستقیم وجود دارد، به طوری که با افزایش دما، جنبش ذرات بیشتر شده و فشار بیشتری به دیوارهی ظرف وارد کرده، بنابراین حجم زیاد میشود.
2- شکل زیر دو نمونه از یک گاز را در دما و فشار ثابت نشان میدهد. تفاوت حجم این دو را توضیح دهید.
هرچه مقدار ذرات موجود درون ظرف بیشتر باشد، در دما و فشار ثابت، حجم گاز بیشتر است.
قرار دادن بادکنکهای پر شده از هوا، درون نیتروژن مایع سبب میشود که حجم آنها به شدت کاهش یابد. (چرا؟)
دریافتید که حجم یک نمونه گاز به مقدار، دما و فشار آن وابسته است. بنابراین، با تغییر هریک از این کمیتها، حجم گاز تغییر میکند. برای یافتن رابطه بین حجم و مقدار یک نمونه گاز باید دما و فشار ثابت باشد. براساس قرارداد، شیمیدانها دمای صفر درجۀ سلسیوس و فشار یک اتمسفر را به عنوان شرایط استاندارد (STP) در نظر گرفتهاند. در جدول 2، حجم چند نمونه گاز در این شرایط نشان داده شده است.
| 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | شماره نمونه |
|---|---|---|---|---|---|
| $He$ | $O_2$ | $CO_2$ | $Ne$ | $H_2$ | گاز |
|
|
|
|
|
|
ظرف محتوی گاز |
| 1/0 | 0/50 | 0/50 | 0/25 | 0/25 | (mol) مول |
| 22/4 | 11/2 | 11/2 | 5/6 | 5/6 | (L) حجم |
| 4/0 | 16/0 | 22/0 | 0/50 | 0/50 | (g) جرم |
مطابق دادههای جدول در این شرایط با افزایش شمار مولهای هر گاز، حجم آن افزایش مییابد. از این رو، حجم یک نمونه گاز با شمار مولهای آن رابطهای مستقیم دارد. طبق این رابطه حجم یک مول گاز در STP برابر با 22/4 لیتر است؛ به دیگر سخن، حجم مولی گازها در STP برابر با 22/4 لیتر است.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 78 کتاب درسی)
1- هر ذره را همارز با 0/1 مول در نظر بگیری و در شکل زیر جاهای خالی را پر کنید (N = 14/01 , C = 12/01 , O = 16/00 g mol-1).
$\to 0/1mol=1 (mol)$ (10ذره)
حجم ظرف $22/4L$ میباشد، زیرا یک مول از گازهای مختلف در شرایط $STP$ حجمی حدود $22/4L$ اشغال میکنند.
$1mol\times \frac{6/02\times {{10}^{23}}}{1mol}=6/02\times {{10}^{23}}$
$:2(14/01)=28/02g.mo{{l}^{-1}}$ جرم مولی ${{N}_{2}}$
$1(12/01)+2(16/00)=44/01g.mo{{l}^{-1}}$ جرم مولی $C{{O}_{2}}$
2- هر فرد بالغ به طور میانگین 12 بار در دقیقه نفس میکشد و هر بار 0/5 لیتر هوا به ریههایش وارد میشود.
آ) در یک شبانه روز چند لیتر هوا و چند لیتر اکسیژن وارد ششها میشود؟
لیتر هوا وارد ششها میشود.$\to 8640$ 24 ساعت×60دقیقه $\to $ (لیتر هوا) =(لیتر)$12\times 0/5$ (بار)
لیتر ${{O}_{2}}$ وارد شش میشود. $=1814/4$ (اکسیژن) $\times \frac{21}{100}$ (لیتر هوا) $8640$
ب) چند مول اکسیژن در یک شبانه روز وارد ششها میشود؟ (شرایط را STP فرض کنید)
$1814/4L{{O}_{2}}\times \frac{1mol{{O}_{2}}}{22/4L{{O}_{2}}}=81mol{{O}_{2}}$