أسئلة: الغاز المثالي والغاز الحقيقي

الإجابة الصحيحة: حجم جزيئات الغاز يساوي صفرًا ولا توجد قوى تجاذب بينها

يفترض نموذج الغاز المثالي أن جزيئاته نقاط مادية مهملة الحجم وعديمة قوى التجاذب المتبادلة.

الإجابة الصحيحة: $Z = 1$

بالنسبة للغاز المثالي، تكون العلاقة $PV = nRT$ محققة تمامًا، مما يجعل معامل الانضغاط $Z = \frac{PV}{nRT} = 1$ دائمًا.

الإجابة الصحيحة: قوى التجاذب بين الجزيئات

قوى التجاذب بين الجزيئات تقلل الضغط الفعلي للغاز الحقيقي مقارنة بالمثالي، مما يجعل $PV < nRT$ وبالتالي $Z < 1$.

الإجابة الصحيحة: ضغط منخفض ودرجة حرارة مرتفعة

الضغط المنخفض يقلل تقارب الجزيئات ويقلل أثر الحجم الجزيئي، ودرجة الحرارة المرتفعة تزيد الطاقة الحركية وتقلل أثر قوى التجاذب.

الإجابة الصحيحة: لأن حجم جزيئات الغاز نفسها يصبح غير مهمل مقارنة بحجم الوعاء

عند الضغوط المرتفعة جداً، ينضغط الغاز لدرجة يصبح فيها الحجم الحقيقي للجزيئات نفسها مؤثرًا، مما يجعل الحجم المقاس أكبر من المتوقع للغاز المثالي ($Z > 1$).

الإجابة الصحيحة: $Z = \frac{PV}{nRT}$

يُعرف معامل الانضغاط بالرمز $Z$ ويحسب من العلاقة النسبية $Z = \frac{PV}{nRT}$.

الإجابة الصحيحة: تصحيح قوى التجاذب بين الجزيئات

أضاف العالم فان درفالز الحد المرتبط بالمعامل $a$ لتصحيح النقص الحادث في الضغط الناتج عن وجود قوى تجاذب بين-جزيئية.

الإجابة الصحيحة: $b$

المعامل $b$ يمثل الحجم المستبعد لكل مول من جزيئات الغاز الحقيقي لتصحيح حجم الفراغ المتاح للحركة.

الإجابة الصحيحة: تأثير قوى التجاذب يتغلب على تأثير الحجم الجزيئي

قيمة $Z < 1$ تعني أن الضغط الفعلي أقل من المتوقع، وهذا يحدث عندما تكون قوى التجاذب هي السائدة (مثلما يحدث عند الضغط المعتدل).

الإجابة الصحيحة: غاز النيتروجين

غاز النيتروجين (وكذلك الهيدروجين) غاز حقيقي تملك جزيئاته حجمًا وقوى تجاذب متبادلة.

الإجابة الصحيحة: تزداد الطاقة الحركية وتقل استجابة الجزيئات لقوى التجاذب المتبادلة

ارتفاع الحرارة يزيد سرعة وطاقة الجزيئات، فتتغلب الحركة العشوائية على قوى التجاذب، مقتربًا من السلوك المثالي.

الإجابة الصحيحة: يُطرح منه حجم الجزيئات الحقيقي $nb$

في معادلة فان درفالز، الحجم المتاح للحركة هو $(V - nb)$ حيث يتم استبعاد حجم الجزيئات الصلبة نفسها.

الإجابة الصحيحة: $0.90$

$Z=\frac{PV}{nRT}=\frac{2.0\times10^{6}\times1.12}{8.31\times10^{3}\times300}\approx0.90$، أي أن التجاذب هو الأثر الغالب.

الإجابة الصحيحة: خط أفقي

$PV=nRT$ ثابت عند ثبات $n$ و$T$ مهما تغير $P$.

الإجابة الصحيحة: $Z>1$

الحرارة المرتفعة تضعف أثر التجاذب، والضغط العالي جدًّا يبرز أثر حجم الجزيئات فيصبح الحجم المقاس أكبر من المتوقع.

عند الضغط المعتدل ودرجة الحرارة المنخفضة، تقترب الجزيئات من بعضها البعض فتسود قوى التجاذب بين الجزيئات. هذه القوى تُضعف من شدة اصطدام الجزيئات بجدران الوعاء، مما يجعل الضغط الفعلي المُلاحَظ أقل من الضغط المتوقع للغاز المثالي ($P_{\text{actual}} < P_{\text{ideal}}$)، وبالتالي تصبح قيمة الكسر $Z = \frac{PV}{nRT} < 1$.

يقترب الغاز الحقيقي من السلوك المثالي تحت ظروف **الضغط المنخفض** و**درجة الحرارة المرتفعة**. السبب: عند الضغط المنخفض تتباعد المسافات بين الجزيئات فيكاد ينعدم تأثير حجمها، وعند درجة الحرارة المرتفعة تزداد الطاقة الحركية للجزيئات لدرجة تتغلب فيها على قوى التجاذب بين-الجزيئية.

المعادلة هي: $\left(P + \frac{n^2 a}{V^2}\right)(V - nb) = nRT$ - **المعامل $a$:** يُمثل معيارًا لقوة التجاذب بين جزيئات الغاز ويُستخدم لتصحيح الضغط. - **المعامل $b$:** يُمثل الحجم المستبعد غير القابل للانضغاط لكل مول من جزيئات الغاز ويُستخدم لتصحيح الحجم.

لأنه عند الضغوط العالية جدًا، ينضغط الغاز في حيز ضيق ويصبح الحجم الفعلي لجزيئات الغاز نفسها غير مهمل مقارنة بحجم الوعاء الكلي (إضافة لظهور تأثير قوى التجاذب بشكل معقد)، مما يجعل الغاز الحقيقي ينحرف بشدة عن السلوك المثالي ($Z > 1$)، وقد يؤدي تجاهل هذا الانحراف إلى حسابات غير دقيقة للضغط قد تسبب مخاطر هندسية جسيمة.

- **الغاز المثالي:** يُفترض أن حجم جزيئاته يساوي صفرًا تمامًا، وألا توجد أي قوى تجاذب بين جزيئاته. - **الغاز الحقيقي:** تمتلك جزيئاته حجمًا صغيرًا محددًا وملموسًا، وتوجد بينها قوى تجاذب بين-جزيئية فعلية تؤثر على ضغطها وحجمها.

معامل الانضغاط ($Z$) هو نسبة حاصل ضرب الضغط والحجم الفعليين للغاز إلى القيمة $nRT$ المتوقعة للغاز المثالي، ويُحسب بالعلاقة $Z = \frac{PV}{nRT}$. يعبر عن الانحراف بكونه يساوي الواحد الصحيح للغاز المثالي ($Z=1$)، بينما يبتعد عن الواحد (سواء بالزيادة أو النقصان) للغاز الحقيقي نتيجة تأثير الحجم الجزيئي وقوى التجاذب.