אינטרנט  |  ynet  |  בעלי מקצוע  |  קניות  |  ספקים למשרד

   חדשות תוכן ועדכונים 24 שעות - Ynet


 פורמט להדפסה  הדפס

אתרים נוספים
 מידע נוסף בנושא


ערכים קשורים
 לחץ
 לחץ אוויר
  אוונג'ליסטה טוריצ'לי
 ג'ון דולטון
 רוברט בויל
 ויליאם תומסון, הברון קלווין מלרגס
 ז'וזף-לואי גיי-ליסק
 מול
 אמדאו אבוגדרו
 מולקולה
 נוסחה כימית
 מימן
  ג'יימס קלרק מקסוול
 לודוויג אדוארד בולצמן
 סטטיסטיקה
 תורת הקוונטים
 חמצן
 חנקן
 המראה


תחומים קשורים
 כימיה
 פיסיקה


 
 
 

גז


Gasses

לחץ, טמפרטורה ונפח |  התיאוריה הקינטית של הגזים

גז, חומר המצוי במצב הצבירה הגזי (אחד משלושת מצבי הצבירה הרגילים של החומר). מולקולות במצב הצבירה הגזי נעות במרחב באופן חופשי, וממלאות את מלוא נפחו של המכל שהן מאוחסנות בו.

 

כוחות המשיכה והדחייה (כוחות ון דר ואלס) הפועלים בין מולקולות הגז הם חלשים מאוד, מכיוון שהמרחקים בין המולקולות גדולים. לכן אין לגז צורה קבועה או נפח קבוע. בלחץ אטמוספירי תופסות מולקולות הגזים כאלפית מהנפח הכללי שהן נמצאות בו. שאר הנפח הוא המרווחים שבין המולקולות.

 

כיצד נראים האטומים והמולקולות של גז לעומת אלה של מוצק או נוזל? מצגת באדיבות מדעטק, המוזיאון הלאומי למדע טכנולוגיה וחלל, חיפה    

 
את הגז הראשון, פחמן דו-חמצני (CO2), גילה בתחילת המאה ה-17 הפיסיקאי הבלגי ין בטיסטה פן הלמונט (van Helmont, 1580-1644), אשר קבע כי גז זה (שנוסחתו לא היתה ידועה אז) אינו בוער, וגורם לחנק. במאה ה-17 וה-18 נתגלו גזים רבים, בהם היסודות מימן, חמצן וחנקן. בהדרגה התפתח מושג מצב הצבירה, והובן כי המצב הגזי הוא פועל יוצא של הטמפרטורה: אם כל שאר התנאים קבועים, כל תרכובת תהיה גזית מעל טמפרטורה מסוימת (נקודת הרתיחה הסגולית שלה), ותהפוך מגז לנוזל מתחת לאותה טמפרטורה. אך במצבים מסוימים עשוי גז להפוך במישרין ממוצק לגז; תופעה זו קרויה המראה (סובלימציה). התופעה ההפוכה, בה חומר הופך מגז למוצק, נקרא ריבוץ (דפוזיציה).

 


לחץ, טמפרטורה ונפח

היחידה התקנית למדידת לחץ גזים היא פסקל (1 ניוטון למ"ר). כשמדובר בגזים, מקובל להשתמש גם ביחידות אחרות: אטמוספירה תקנית (101,325 פסקל), המייצגת את לחץ האוויר על פני כדור הארץ בגובה פני הים; מ"מ כספית (יחידה זו מתייחסת לגובהו של עמוד הכספית בברומטר); ובָּר

(105 פסקל). 1 אטמוספירה = 1.013 בר או 1,013 מיליבר = 760 מ"מ כספית = 1 ק"ג לסמ"ר בקירוב. מ"מ כספית נקרא גם "טור" (torr), על שם אוונג'ליסטה טוריצ'לי, ממציא ברומטר הכספית.

ערבוב שני גזים (או יותר) הנמצאים באותו לחץ אינו גורם לשינוי בנפחם. הלחץ הכללי בתערובת שווה לסכום הלחצים החלקיים של כל הגזים המצויים בה (זהו חוק הלחצים החלקיים של דולטון). למשל: אם נערבב שני גזים שונים, שאוחסנו בכלים נפרדים בלחץ של אטמוספירה אחת, יתרום כל אחד מן הגזים שבתערובת לחץ של 0.5 אטמוספירה.

ההבדל העיקרי בין גזים לבין מוצקים ונוזלים הוא בכך שנפחה של כמות מסוימת של גז הוא פועל יוצא של הטמפרטורה ושל הלחץ שהגז נמצא בהם. למשל, שינוי הלחץ מאטמוספירה אחת לשתי אטמוספירות גורם להקטנת נפחה של כמות מסוימת של גז ב-50%. שינוי הטמפרטורה מ-0º ל-100º (צלזיוס) גורם להגדלת נפחה ב-36.6%.

בתנאים של לחץ וטמפרטורה רגילים, כל הגזים מתנהגים באופן דומה; התנהגות זו מתוארת ע"י חוקי הגזים האידיאליים. הנפח של כמות מסוימת של גז תלוי בשלושה גורמים: לחץ הגז, הטמפרטורה שלו ומספר המולקולות בו. בטמפרטורה קבועה, תלותו של נפח הגז בלחץ מבוטאת ע"י חוק בויל, הקרוי גם חוק מריוט, ולפיו הנפח V של מסה מסוימת של גז עומד ביחס הפוך ללחץ P, כלומר: PV=k (כאשר k הוא מספר קבוע כלשהו). חוק שרל מגדיר את התלות בין נפח הגז לטמפרטורה שלו בלחץ קבוע. עפ"י חוק זה, הנפח של מסה מסוימת של גז עומד ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת שלו (T, הנמדדת בסולם קלווין). הצרפתי גיי-ליסק מצא כי התוצאה של חימום כמות מסוימת של גז ב-1º צלזיוס היא שנפח הגז גדל ב-1/273 מהנפח ההתחלתי שלו. עפ"י החוק המשותף לשרל ולגיי-ליסק, אם נפחו של גז מסוים ומספר המולים שלו אינם משתנים, הנפח עומד ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת, V=kT.

עפ"י חוק אבוגדרו, נפחים של גזים הנמצאים בתנאים תקניים (0º צלזיוס, לחץ של 1 אטמ') או שווים, מכילים מספר שווה של מולקולות. מספר המולקולות בגרם-מולקולה (או מספר האטומים בגרם-אטום) של גז (או של כל תרכובת אחרת) הוא מספר אבוגדרו, 6.0221367 x 1023 מולקולות.

גיי-ליסק קבע גם כי נפחיהם של גזים המגיבים זה עם זה, ונפח הגז הנוצר בגלל תגובה זו (אם נמדדו באותם התנאים), מתייחסים זה לזה כמספרים קטנים ושלמים. כך נפתחה הדרך לפיתוח הנוסחאות הכימיות המשמשות אותנו כיום: אם נפח נתון של גז חנקן ושלושה נפחים של מימן מספקים נפח אחד של גז אמוניה, אפשר לתאר את האמוניה כמורכבת מחלק אחד חנקן ושלושה חלקים מימן, או בסימון המקובל: NH3.

את כל החוקים שפורטו לעיל, המתייחסים לגז אידיאלי, אפשר לאחד לנוסחה כללית, הנקראת נוסחת הגז האידיאלי: P .PV=nRT = הלחץ שגז מסוים נמצא בו; V = נפחו של אותו גז; n = מספר המולים; R = קבוע הגזים; T = טמפרטורה מוחלטת. נפחו של מול אחד של גז אידיאלי בתנאים תקניים הוא 22.4 ליטר. גודלו של קבוע הגזים, שנמצא בדרך הניסוי, הוא 8.314J K-1mol-1.

 


התיאוריה הקינטית של הגזים

שני מדענים דגולים במאה ה-19, הבריטי ג'יימס קלרק מקסוול והגרמני לודוויג בולצמן, היו אחראים לפיתוחה של התיאוריה הקינטית של הגזים, המתארת את מולקולות הגז כשרויות בתנועה מתמדת, וכך מתנגשות זו בזו ועם דפנות הכלי שהגז מאוחסן בו. האנרגיה הקינטית של מולקולה הנעה בטמפרטורה T היא:



כאשר m = מסת המולקולה; V = מהירותה. מסות המולקולות של אותו גז שוות למעשה, אבל לא כן מהירויותיהן. לכל מולקולה יכולה להיות מהירות אחרת, ומכיוון שמספרן עצום ורב, אין דרך למדוד את מהירויותיהן אלא בשיטות סטטיסטיות. התיאוריה הקינטית של הגזים הכניסה למעשה את הסטטיסטיקה לפיסיקה, ופתחה את הדרך למכניקה הסטטיסטית בכלל, ולשימוש המרובה שעושה מכניקת הקוונטים בסטטיסטיקה, בפרט. בתיאור זה של המולקולות של גז המתרוצצות בכלי, הטמפרטורה של הגז היא ביטוי לממוצע האנרגיות של המולקולות שלו, והלחץ הוא ביטוי לממוצע התנעים של פגיעותיהן בדפנות הכלי שבו נמצא הגז.

עפ"י חוק מקסוול-בולצמן, הדן בהתפלגות המולקולות במהירויות שונות, האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולה היא



כאשר K = קבוע בולצמן, 1.381x10-23J K-1; ואילו T = טמפרטורה מוחלטת. המהירות הסבירה ביותר עבור מולקולה היא:



התנהגותם של הגזים האמיתיים שונה מהתנהגותם של הגזים האידיאליים, שעבורם נקבעו החוקים הנ"ל; בגזים אידיאליים, ההתנגשויות נחשבות אלסטיות לחלוטין, והמולקולות נחשבות כאילו אין להן נפח משל עצמן. בפועל אין המצב כך, ועל כן הוכנסו למשוואת הגז האידיאלי תיקונים שמטרתם לתאר מצב מציאותי יותר. תיקונים אלה כוללים שני קבועים אופייניים לכל תרכובת נתונה, a ו-b, שערכיהם נקבעים בדרך הניסוי. המשוואה המתוקנת נקראת משוואת ון דר ואלס:



 





חזרה לעמוד הקודם
חזרה לעמוד הראשי של האנציקלופדיה

חדשות
דעות
כלכלה
ספורט
צרכנות
תרבות ובידור
רכילות Pplus
מחשבים
בריאות
ירוק
יהדות
תיירות
רכב
אוכל
יחסים
סרטים
הוט
כלכליסט
משחקים
מקומי
לימודים
מדע
לאישה
דרושים
ynet-shops
ynettours
winwin
בעלי מקצוע
ביגדיל
 

אודות ועזרה
כתבו אלינו
עזרה
מדיניות פרטיות
תנאי שימוש
מפת האתר
ארכיון
מרכזי המבקרים
Israel News
 
אודות האתר
RSS
הפוך לדף הבית
ynet בסלולר
ניוזלטרים
פרסמו אצלנו
אנציקלופדיה
באבלס
ערוצי תוכן
חדשות
כלכלה
ספורט
תרבות
בריאות
מחשבים
נופש
Xnet
Yschool
יהדות
דעות
צרכנות
תיירות
אוכל
רכב
בעלי חיים
שופינג לאשה
כיכר השבת
יחסים
אסטרולוגיה
מעורבות
ירוק
לאשה
דילים
ynetArt
kick
כלכליסט
בלייזר
רכילות Pplus
מנטה
משחקים
mynet
מפות
פרוגי
כלים ושירותים
קניות
מניות
דרושים
מחירון רכב
דירות להשכרה
קופונים
זיכרונט
ידיעות בתי ספר
ידיעות אחרונות
דירות למכירה
לוח רכב
יד שניה
בעלי מקצוע
משחקים Games
עברית
דירות חדשות


YIT  - פיתוח אינטרנט ואפליקציותApplication delivery by radwarePowered by Akamaiהאתר פועל ברישיון אקו"םהאתר פועל ברישיון תל"יאקטיב טרייל
-nc  כל הזכויות שמורות לידיעות אינטרנט ©