ጋዝ ከፈሳሽ እና ጠጣር አካላት ጋር ሲወዳደር ከፍተኛ የሆነ አፀፋዊ ምላሽ አለው ምክንያቱም የንቁ ገፅ ስፋት እና ስርዓቱን በሚፈጥሩት ቅንጣቶች ከፍተኛ የእንቅስቃሴ ሃይል ምክንያት። በዚህ ሁኔታ የጋዝ ኬሚካላዊ እንቅስቃሴ, ግፊቱ እና አንዳንድ ሌሎች መመዘኛዎች በሞለኪውሎች ክምችት ላይ ይመረኮዛሉ. በዚህ ጽሑፍ ውስጥ ይህ ዋጋ ምን እንደሆነ እና እንዴት እንደሚሰላ እንመርምር።
ስለ ምን ጋዝ ነው እየተነጋገርን ያለነው?
ይህ ጽሁፍ ጥሩ የተባሉትን ጋዞች እንመለከታለን። የንጥቆችን መጠን እና በመካከላቸው ያለውን መስተጋብር ቸል ይላሉ. በጥሩ ጋዞች ውስጥ የሚከሰት ብቸኛው ሂደት በእቃዎች እና በመርከቦች ግድግዳዎች መካከል የመለጠጥ ግጭቶች ናቸው. የእነዚህ ግጭቶች ውጤት ፍፁም ጫና ነው።
የማንኛውም እውነተኛ ጋዝ ግፊቱ ወይም መጠጋቱ ከተቀነሰ እና ፍፁም የሙቀት መጠኑ ከጨመረ በንብረቶቹ ውስጥ ጥሩ አቀራረቦች። ቢሆንም, ዝቅተኛ እፍጋቶች እና ከፍተኛ ላይ እንኳ ኬሚካሎች አሉየሙቀት መጠኑ ከተገቢው ጋዝ በጣም የራቀ ነው። የዚህ ዓይነቱ ንጥረ ነገር አስደናቂ እና የታወቀ ምሳሌ የውሃ ትነት ነው። እውነታው ግን ሞለኪውሎቹ (H2O) ከፍተኛ የዋልታ (ኦክስጅን ከሃይድሮጅን አተሞች የኤሌክትሮን እፍጋትን ያስወግዳል) ናቸው። ፖላሪቲ በመካከላቸው ወደ ከፍተኛ ኤሌክትሮስታቲክ መስተጋብር ይመራል፣ ይህ ደግሞ የሃሳባዊ ጋዝ ጽንሰ-ሀሳብን የሚጥስ ነው።
የክላፔሮን-ሜንዴሌቭ አጠቃላይ ህግ
የአንድ ሃሳባዊ ጋዝ ሞለኪውሎች ክምችትን ለማስላት አንድ ሰው የኬሚካላዊ ውህደቱ ምንም ይሁን ምን የማንኛውም ተስማሚ የጋዝ ስርዓት ሁኔታን ከሚገልጸው ህግ ጋር መተዋወቅ አለበት። ይህ ህግ ፈረንሳዊውን ኤሚል ክላፔሮን እና የሩሲያ ሳይንቲስት ዲሚትሪ ሜንዴሌቭን ስም ይዟል. ተጓዳኝ እኩልታው፡ ነው
PV=nRT.
እኩልነት እንደሚለው የግፊት P እና የመጠን V ምርት ሁል ጊዜ ፍፁም የሙቀት መጠን T እና ለተመሳሳይ ጋዝ ከሚለው ንጥረ ነገር መጠን ጋር በቀጥታ ተመጣጣኝ መሆን አለበት። እዚህ R የተመጣጠነ ተመጣጣኝነት (coefficient of proportionality) ነው, እሱም ሁለንተናዊ ጋዝ ቋሚ ተብሎ ይጠራል. በ 1 K (R=8, 314 J/(molK)) ከተሞቀ 1 ሞል ጋዝ በመስፋፋቱ ምክንያት የሚሰራውን የስራ መጠን ያሳያል።
የሞለኪውሎች ክምችት እና ስሌቱ
እንደ ትርጉሙ የአተሞች ወይም ሞለኪውሎች ክምችት በስርአቱ ውስጥ ያሉት ቅንጣቶች ብዛት ሲሆን ይህም በአንድ ክፍል መጠን ይወድቃል። በሂሳብ የሚከተለውን መፃፍ ትችላለህ፡
cN=N/V.
N በስርአቱ ውስጥ ያሉት አጠቃላይ የንጥሎች ብዛት የት ነው።
የጋዝ ሞለኪውሎችን መጠን ለመወሰን ቀመር ከመጻፍዎ በፊት የንጥረ ነገሩን መጠን እና የ R እሴትን ከቦልትማን ቋሚ kB ጋር የሚዛመደውን አገላለጽ እናስታውስ።:
n=N/NA;
kB=R/NA።
እነዚህን እኩልነቶች በመጠቀም የN/V ሬሾን ከአለም አቀፍ የመንግስት እኩልታ እንገልፃለን፡
PV=nRT=>
PV=N/NART=NkBT=>
cN=N/V=P/(kBT)።
ስለዚህ በጋዝ ውስጥ የሚገኙትን የንጥረ ነገሮች መጠን ለመወሰን ቀመር አግኝተናል። እንደምታየው በሲስተሙ ውስጥ ካለው ግፊት ጋር በቀጥታ የሚመጣጠን እና ከፍፁም የሙቀት መጠን ጋር የተገላቢጦሽ ነው።
በስርአቱ ውስጥ ያሉት የንጥሎች ብዛት ትልቅ ስለሆነ ትኩረቱ cN ተግባራዊ ስሌቶችን በሚሰራበት ጊዜ ለመጠቀም ምቹ አይደለም። በምትኩ፣ የሞላር ማጎሪያው c በብዛት ጥቅም ላይ ይውላል። ለተገቢ ጋዝ እንደሚከተለው ይገለጻል፡
c=n/V=P/(R T)።
ችግር ምሳሌ
የኦክስጅን ሞለኪውሎች በአየር ውስጥ ያሉ ሞለኪውሎች በተለመዱ ሁኔታዎች ውስጥ ያለውን የሞላር ክምችት ማስላት ያስፈልጋል።
ይህን ችግር ለመፍታት አየር 21% ኦክሲጅን እንደያዘ ያስታውሱ። በዳልተን ህግ መሰረት ኦክስጅን 0.21P0 ሲሆን P0=101325 ፓ(አንድ ከባቢ አየር) ይፈጥራል። መደበኛ ሁኔታዎች 0 oC የሙቀት መጠን ይወስዳሉ(273.15 ኪ)።
በአየር ላይ ያለውን የኦክስጂን ሞላር ክምችት ለማስላት ሁሉንም አስፈላጊ መለኪያዎች እናውቃለን። እናገኛለን:
c(ኦ2)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273፣ 15)=9.37 mol/m3።
ይህ ትኩረት ወደ 1 ሊትር መጠን ከተቀነሰ ዋጋውን 0.009 ሞል/ሊት እናገኛለን።
ስንት O2 ሞለኪውሎች በ1 ሊትር አየር ውስጥ እንደሚገኙ ለመረዳት የተሰላውን ትኩረት በ NA ያባዙት። ይህን አሰራር ከጨረስን በኋላ ትልቅ እሴት እናገኛለን፡ N(O2)=5, 641021ሞለኪውሎች።
