صف كيف تؤثر كتلة جسيم الغاز في معدل انتشاره وتدفقه
خصائص الغازات
للإجابة على هذا السؤال يجب توضيح مجموعة من المفاهيم وعلى أساسها تتم الإجابة:
- الغازات: إحدى حالات المادة الثلاث، بالإضافة إلى الحالة السائلة والصلبة تتميز بالآتي:
- تكون روابط الذرات أو الجزيئات في ما بينها ضعيفة والمسافات متباعدة.
- لا يقاوم الغاز محاولة تغيير شكله ويأخذ شكل الفراغ الذي يوضع فيه، لذا ليس له حجم ثابت.
- تمتلك جزيئات الغاز طاقة حركية عالية تجعلها تتحرك في أكثر من اتجاه بحركة عشوائية بخطوط مستقيمة وبدون توقف.
- الغازات قابلة للانضغاط بشكل كبير، وسريعة الانتشار في حال تقليل الضغط الواقع عليها.
الكتلة
تعريفها العام مقدار ما يحويه الجسم من مادة.،بالنسبة للغازات تقاس بإحدى الوحدات الآتية:
- الأجزاء من الغرام: في حال قياس الكتلة الجزيئية للمادة، بمعنى مقدار ما يحتويه الجزيء من مادة، وهذه الوحدة قليلة الاستخدام في الوقت الحالي.
- غم /مول: في حال قياس الكتلة المولية والتي تعرف على أنّها كتلة المادة التي تحتوي على عدد من الذرات يساوي عدد الذرات في 12 غراماً من الكربون، بمعنى أن نحضر 12 غراماً من الكربون ونعدّ ذراته، ثم نجمع نفس العدد من جزيئات الغاز الذي نرغب بحساب الكتلة المولية له مثلاً جزيئات الأكسجين أو ذرات الهيليوم ووزنها ويكون الوزن الذي حصلنا عليه هوالكتلة المولية.
تعريفات مساعدة
الحجم: مقدار ما تشغله المادة من حيز، يقاس بوحدة م3 أو اشتقاقاتها. أو اللتر للسوائل.الضغط: مقدار القوة العمودية الواقعة على وحدة مساحة، وتقاس بوحدات الباسكال أو نيوتن/م2. الانتشار: عملية تصف توزّع الذرات أو الجزيئات للغازات بحيث تملأ الفراغ، منها يتشكل حجم الغاز ومنها يتشكل ضغطه على محيطه.
من التعريفات أعلاه نلاحظ ارتباط ضغط الغاز وحجمة بانتشاره، وراقب العلماء علاقة كل من الضغط والحجم عن طريق مراقبة سرعة الانتشار بالكتلة المولية وتبين لهم علاقة سمّيت باسم قانون جراهام.
قانون جراهام
يسمّى بقانون الانتشار وأيضاً قانون التدفّق، هو قانون يربط بين انتشار الغاز والكتلة المولية، والاسم جراهام ينسب إلى واضع القانون وهو العالم الكيميائي توماس جراهام وذلك في منتصف القرن التاسع عشرة، ينص القانون على أنّ: معدل تدفّق الغازات يتناسب عكسياً مع الجذر التربيعي للكتلة المولية لها.
من هذا القانون يتّضح أنّ العلاقة بين الكتلة والانتشار عكسية وليست طرديه كلما زادت الكتلة قلّ الانتشار وكلّما قلّت الكتلة زاد الانتشار.
معدل سرعة الغاز أ α ا / الجذر التربيعي للكتلة المولية للغاز أ ( α = علاقة طردية)
معدل سرعة الغاز أ / معدل سرعة الغاز ب = الجذر التربيعي (الكتلة المولية للغاز ب / الكتلة المولية للغازأ)
