המצב הגזי


המול והממב הגזי

המול והמצב הגזי

כשדנים במצב הגזי יש לדעת שהנפח שהחומר תופס במצב גז, גדול בהרבה מהנפח שלו במצב צבירה מוצק או נוזל.
ניקח לדוגמא מול מים H2O שהם 18 גרם מים:
גם במצב מוצק וגם במצב נוזל, הנפח של מול אחד של מים הוא כמעט זהה כ-18 מ"ל (מיליליטר) מים. כדי שנבין במה מדובר, 18 מ"ל מים הם 3 וחצי כפיות מים.
אבל אם המים יתאדו, בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי, 1 מול מים יתפוס נפח של כ-25,000 מ"ל, שהם 25 ליטר. לשם המחשה, זהו נפח השווה לנפחן של 25 שקיות חלב או ⅔16 בקבוקי קולה. הנפח שהגז תופס במקרה זה הוא פי 1,388 מנפח הנוזל.

מה הם הגורמים המשפיעים על הנפח שיתפוס הגז?

ראשית כל, מספר המולים של הגז: ככל שמספר המולים של הגז גדול יותר, הוא תופס נפח גדול יותר ולהפך.
אבל ישנם עוד שני גורמים חשובים, והם הטמפרטורה והלחץ האטמוספרי.
השפעת הטמפרטורה על נפח הגז
ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, חלקיקי הגז נעים מהר יותר ותופסים נפח גדול יותר ולהפך.
כלומר, קיים יחס ישר בין הטמפרטורה לבין נפח הגז.
השפעת הלחץ על נפח הגז
ככל שהלחץ הפועל על הגז גדול יותר, כך יקטן הנפח שהגז יתפוס ולהפך.
כלומר, קיים יחס הפוך בין הלחץ לבין נפח הגז.

שני היבטים אלו, וגם התלות במספר המולים של הגז, באים לידי ביטוי בנוסחה המתארת את הקשר בין הגדלים המאפיינים את הגזים והם: מספר המולים, הלחץ, הטמפרטורה ועוד גודל קבוע R (קבוע הגזים, כמו ש-\pi הוא מספר קבוע).
אנו לא נשתמש בנוסחה, אבל נראה נציג אותה כאן: PV = nRT נוסחה זו נקראת משוואת המצב של הגזים האידאלים.

כאמור, לא נצטרך לבצע חישובים על פי נוסחה זו. אבל מתוך נוסחה זו נובעים מספר דברים, אחד מהם הוא שאותה כמות של גזים הנמצאים באותם התנאים של טמפרטורה ולחץ יתפסו את אותו הנפח. נאמר זאת בדרך אחרת: 1 מול גז בתנאי טמפרטורה ולחץ מסוימים יהיה לו אותו הנפח כמו למול אחד של כל גז אחר באותם תנאי טמפרטורה ולחץ (הנפח לא תלוי בגודל המולקולה במצב גזי, כי בין המולקולות ישנו מרחק גדול והנפח הנמדד הוא הנפח הכולל בו נמצאים הגזים, ולא נפח המולקולות עצמן).
נפח של מול אחד של גז בתנאים מסוימים נקרא נפח מולרי, והוא יסומן כך:
Vm (V הוא סימול לנפח).
הנפח המולרי נמדד ביחידות של ליטר למול:
מולליטר, ובאנגלית Lmol.
למשל, בתנאים הנקראים תנאי תקן (S.T.P.) הנפח המולרי הוא 22.4 Lmol.
זאת אומרת שכל מול גז תופס בתנאים אלה 22.4 ליטר בדיוק. כעת נוכל לשאול, למשל, מה יהיה הנפח של 8 מול גז בתנאי תקן.

נפח (ליטר) מספר מולים (מול)
22.4 1
179.2 ליטר \begin{matrix} \times \frac { 22.4 }{ 1 }  \\ \longrightarrow  \end{matrix} 8

תשובה: 8 מול גז בתנאי תקן יתפסו נפח של 179.2 ליטר.

נוכל לשאול כעת: מה יקרה לנפח הגז אם נחמם אותו?
התשובה תהיה: נפח הגז יגדל, שכן עליית הטמפרטורה מעלה את מהירות התנועה של חלקיקי הגז ולכן הם מתפשטים לנפח גדול יותר.
נחזור לשאלה הראשונה. את נפח הגז (V) מצאנו על ידי הכפלת הנפח המולרי (Vm) במספר המולים.

V = n x Vm

לחילופין נוכל לרשום את הנוסחה באופן הזה:

n=\frac { V }{ Vm }

 

כאמור, בתנאי תקן הנפח המולרי הוא Vm=22.4Lmol.
מצב אחר שעלינו להכיר הוא תנאי החדר: לחץ של 1 אטמוספרה וטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. בתנאי החדר 1 מול גז יתפוס נפח של 24.5 ליטר (נעגל את המספר ל-25 ליטר) .
למעשה, בכל שינוי של הטמפרטורה או של הלחץ, יתקבל Vm אחר. כמובן שאין צורך לזכור את כולם, או לדעת את ערכיהם בעל פה. יש לזכור רק את שני המצבים: תנאי תקן ותנאי החדר.

אם נסכם את נושא המולים עד כאן נוכל לכתוב את הדיאגרמה הזו:

המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים