Чӣ тавр фишори газро ҳисоб кардан мумкин аст
Фишори газ як мафҳуми муҳим дар физика ва химия аст, ки дар ҳаёти ҳаррӯза - аз чархҳои мошин ва силиндрҳои гази моеъ то аэрозолҳо ва равандҳои лабораторӣ - зуд-зуд пайдо мешавад. Фаҳмидани тарзи ҳисоб кардани фишори газ ба мо кӯмак мекунад, ки пешгӯӣ кунем, ки газ ҳангоми тағирёбии ҳаҷм, тағйирёбии ҳарорат ё афзоиши миқдори он чӣ гуна рафтор хоҳад кард. Дар ин мақола таърифи фишори газ, воҳидҳои истифодашуда ва формулаҳои асосии истифодашуда барои ҳисоб кардани он, дар баробари мисолҳо, баррасӣ мешавад.
1. Фаҳмидани фишори газ
Фишори газ қувваест, ки зарраҳои газ ҳангоми бархӯрд бо деворҳои зарф ба як воҳиди масоҳат таъсир мерасонанд. Гарчанде ки газ "сабук" ва ноаён ба назар мерасад, зарраҳои газ босуръат ва тасодуфан ҳаракат мекунанд. Ин бархӯрдҳои доимӣ фишорро ба вуҷуд меоранд.
Аз нигоҳи математикӣ, фишор чунин муайян карда мешавад:
P = F / A
Маълумот:
– P = фишор
– F = қувва
– A = масоҳати ҳавопаймо (масоҳат)
Аммо, дар амалияи ҳисобҳои газ (хусусан дар химия ва физика), фишор бештар бо истифода аз муодилаи гази идеалӣ ё дигар қонунҳои газ ҳисоб карда мешавад.
2. Воҳидҳои фишори гази маъмулан истифодашаванда
Фишори газро бо воҳидҳои гуногун ифода кардан мумкин аст. Воҳидҳои маъмултарини зерин инҳоянд:
1. Паскал (Па)
Воҳидҳои СИ. 1 Па = 1 Н/м².
2. Килопаскал (кПа)
1 кПа = 1000 Па.
3. Атмосфера (атмосфера)
Дар химия маъмулан истифода мешавад.
1 атм = 101325 Па ≈ 101,3 кПа.
4. мм симоб ё Торр
Аксар вақт дар таҷрибаҳои фишори хун ва вакуум истифода мешаванд.
1 атм = 760 мм симоб = 760 Торр.
5. бар
Аксар вақт дар муҳандисӣ истифода мешаванд.
1 бар = 100 кПа.
Табдилдиҳии воҳидҳо барои ҳисобҳои мувофиқ муҳим аст. Масалан, агар шумо аз муодилаи гази идеалӣ истифода баред ва R-ро дар воҳидҳои L·atm/mol·K истифода баред, пас фишор бояд бо атм, ҳаҷм бо литр ва ҳарорат бо Келвин бошад.
3. Қонунҳои асосии газ барои ҳисоб кардани фишор
а) Қонуни Бойл (фишор ва ҳаҷм)
Қонуни Бойл мегӯяд, ки дар ҳарорати доимӣ ва миқдори доимии газ, фишор ба ҳаҷм мутаносиб аст:
P₁V₁ = P₂V₂
Маълумот:
– P₁, V₁ = фишори ибтидоӣ ва ҳаҷми
– P₂, V₂ = фишор ва ҳаҷми ниҳоӣ
Конто:
Газ дар поршен бо фишори 2 атм ва ҳаҷми 3 литр ҷойгир аст. Газ то он даме ки ҳаҷми он дар ҳарорати доимӣ 1,5 литр шавад, фишурда мешавад. Фишори ниҳоӣ чанд аст?
Формуларо истифода баред:
P₁V₁ = P₂V₂
2 атм × 3 л = P₂ × 1,5 л
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 атм
Пас, фишори ниҳоӣ 4 атмосфера аст.
б) Қонуни Гей-Люссак (фишор ва ҳарорат)
Агар ҳаҷм ва миқдори газ доимӣ боқӣ монанд, фишор ба ҳарорати мутлақ (Келвин) мутаносиб аст:
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Маълумот:
– Т бояд дар Келвин (К) бошад, на дар Селсий.
Конто:
Фишори газ дар силиндр дар ҳарорати 27°C 1,5 атм аст. Силиндр то 127°C гарм карда мешавад, аммо ҳаҷми он доимӣ мемонад. Фишори ниҳоӣ чанд аст?
Табдил додани ҳарорат ба Келвин:
T₁ = 27 + 273 = 300 K
Т₂ = 127 + 273 = 400 К
Шумора:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 атм
Фишори ниҳоӣ 2 атм аст.
в) Қонуни гази омехта (Бойл + Чарлз + Гей-Люссак)
Агар миқдори газ доимӣ боқӣ монад, аммо фишор, ҳаҷм ва ҳарорат ҳама метавонанд тағйир ёбанд:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
Ин махсусан барои ҳолатҳое муфид аст, ки тағирёбии ҳарорат ва ҳаҷмро дар як вақт дар бар мегиранд.
Конто:
Фишори газ 1 атм, ҳаҷми он 2 л ва ҳарорати он 300 К аст. Сипас он ба ҳаҷми 3 л ва ҳарорати он 450 К тағйир меёбад. Фишори ниҳоӣ чанд аст?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 атм
Фишори ниҳоӣ 1 атм боқӣ мемонад.
4. Ҳисоб кардани фишор бо муодилаи гази идеалӣ
Муодилаи гази идеалӣ формулаи маъмултарин барои ҳисоб кардани фишори газ ҳангоми маълум будани шумораи молҳо мебошад:
PV = nRT
Агар шумо хоҳед, ки фишорро ҳисоб кунед:
P = (nRT) / V
Маълумот:
– P = фишор
– V = ҳаҷм
– n = шумораи молҳои газ
– R = доимии газ
– Т = ҳарорат (К)
Арзиши R аз воҳидҳои истифодашуда вобаста аст. Маъмултарин истифодашавандаҳо инҳоянд:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 Ҷ/мол·К (агар Па ва м³ истифода шаванд)
Конто:
0,5 мол газ дар зарфи 10 литр бо ҳарорати 27°C ҷойгир аст. Фишор дар атмосфера чанд аст?
Тағйир додани ҳарорат:
Т = 27 + 273 = 300 К
P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
P = (12,309) / 10
P = 1,2309 атм
Пас, фишори газ ≈ 1,23 атм.
5. Фишори қисман дар омехтаҳои газ (Қонуни Далтон)
Агар зарф омехтаи якчанд газро дар бар гирад, фишори умумӣ ба ҷамъи фишорҳои қисман ҳар як газ баробар аст:
Ҷамъи P = P₁ + P₂ + P₃ + …
Фишори қисмании гази i-ро бо формулаи зерин ҳисоб кардан мумкин аст:
Пул = x × Пул ҷамъ
ки дар он xᵢ касри мол аст:
xᵢ = nᵢ / n_total
Конто:
Дар зарф 2 мол N₂ ва 1 мол O₂ мавҷуд аст. Фишори умумӣ 3 атм аст. Фишори қисман O₂ чанд аст?
n_ҷамъ = 2 + 1 = 3 мол
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_ҷамъ = (1/3) × 3 атм = 1 атм
Фишори қисман O₂ = 1 атм.
6. Маслиҳатҳои муҳим барои пешгирӣ аз хатогиҳо ҳангоми ҳисоб кардани фишори газ
1. Ҳамеша ҳарорати Келвинро истифода баред
T(K) = T(°C) + 273.
2. Пеш аз ҳисоб кардан воҳидҳоро мувофиқ кунед.
Агар R дар L·atm бошад, ҳаҷми литр ва фишори атмро истифода баред.
3. Санҷед, ки оё раванд доимӣ аст
Бойл: ҳарорати доимӣ.
Гей-Люссак: ҳаҷми доимӣ.
Чарлз: фишори доимӣ (гарчанде ки дар ин ҷо муфассал баррасӣ нашудааст).
Газҳои омехта: ҳама чиз метавонад тағйир ёбад.
4. Вақте ки молҳо маълуманд, муодилаи гази идеалиро истифода баред.
Агар ба шумо массаи газ дода шавад, аввал онро ба молҳо табдил диҳед:
n = m / Ҷаноб
5. Ба матни савол диққат диҳед
Масалан, дар найчаи сахти пӯшида (ҳаҷми собит), гармкунӣ мувофиқи Гей-Люссак фишорро зиёд мекунад.
Хулоса
Чӣ тавр ҳисоб кардани фишори газ аз шароити система вобаста аст: оё ҳарорат доимӣ мемонад, ҳаҷм доимӣ мемонад ё ҳамаи тағирёбандаҳо тағйир меёбанд. Барои ҳолатҳои оддӣ, қонунҳои Бойл ва Гей-Люссак муфиданд. Барои ҳолатҳои умумӣ, муодилаи гази якҷоя ва муодилаи гази идеалӣ воситаҳои асосӣ мебошанд. Агар газҳо омехта бошанд, қонуни Далтон барои муайян кардани фишорҳои умумӣ ва қисман истифода мешавад. Бо фаҳмидани формулаҳо, воҳидҳо ва қадамҳои табдилдиҳӣ, шумо метавонед масъалаҳои гуногуни фишори газро зудтар ва дақиқтар ҳал кунед.
Агар хоҳед, ман метавонам версияи ин мақоларо бо саволҳои амалии бештар (масалан, 10-15 савол) дар баробари шарҳҳои зина ба зина тартиб диҳам.
