الحسابات المتعلقة بحجوم الغازات

عرفت أن هناك نسباً محددة لأعداد مولات المواد في التفاعلات الكيميائية وبالمثل؛ فقد وجد أن التفاعلات تتم بين الغازات بنسب حجمية محددة؛ إذا قيست حجوم الغازات المتفاعلة في الظروف نفسها من الضغط ودرجة الحرارة. فقد وجد –مثلاً- أن
الشكل (4-11): تتفاعل الغازات بنسب حجمية محددة.حجمين من غاز الهيدروجين يتفاعلان تماماً مع حجم واحد من غاز الأكسجين وينتج من ذلك حجمان من بخار الماء انظر الشكل (4-11). وكذلك؛ يتفاعل حجم واحد من غاز الكلور مع حجم واحد من غاز الهيدروجين فينتج حجمان من غاز كلوريد الهيدروجين.
فمثلاً: إذا كان حجم غاز الكلور لتراً واحداً فإنه يحتاج للتفاعل مع لتر واحد من غاز الهيدروجين، وينتج بذلك لتران من غاز كلوريد الهيدروجين؛ تحت الظروف نفسها من الضغط ودرجة الحرارة.
تأمل الشكل (4-11)، ما نسب أعداد مولات الغازات في التفاعل؟ هل تختلف هذه النسب عن نسب حجوم الغازات؟
من الواضح أن النسبة بين أعداد المولات هي نفسها النسبة بين الحجوم؛ فبما أن المول الواحد من أي غاز يحتوي على العدد نفسه من الجزيئات (عدد أفوغادرو)؛ فإنك تتوقع أن المول الواحد من أي غاز سيكون له الحجم نفسه (تحت الظروف نفسها من الضغط ودرجة الحرارة).
لقد وجد عملياً أن حجم المول الواحد من أي غاز يساوي 22.4 لتراً في الظروف المعيارية (درجة حرارة صفر°س وضغط جوي واحد). ويعرف هذا الحجم (22.4لتر) بالحجم المولي وهو ثابت لجميع الغازات.
فإذا كان لـديك مـول واحد من غاز الهيدروجين (2غ) فإنه يشغل حجماً مقداره 22.4 لتر (ويحتوي هذا الحـجم على 6.022 × 10 23 جزيئاً من جزيئات الهيدروجين) وكذلك، فإن مولاً واحداً من غاز الأكسجين (32غ) يشغل الحجم نفسه (22.4 لتر)، ويحتوي على العدد نفسه من جزيئات الأكسجين (مع ملاحظة قياس حجوم الغازات في الظروف المعيارية).

سؤال

أ- ما الحجم الذي يشغله 0.25غ من غاز الهيدروجين؟
ب- باللون مملوء بغاز الهيليوم حجمه 48.8 لتراً. ما عدد مولات الهيليوم فيه؟
(اعتبر حجوم الغازات في الظروف المعيارية).

ونظراً لوجود علاقة بين حجم الغاز وعد مولاته؛ فإنه من المناسب –في التفاعلات الغازية- استخدام حجوم الغازات للتعبير عن كتلتها بدلاً من التعبير بوحدة الغرام.
وفيما يأتي بعض الأمثلة على الحسابات المتعلقة بحجوم الغازات في التفاعلات الكيميائية:
مثال (14): ما حجم غاز الأكسجين (في الظروف المعيارية) اللازم لإنتاج 9غ من بخار الماء؟

الحل:
الكتلة المعلومة هي كتلة بخار الماء؛ فالخطوة الأولى هي تحويل هذه الكتلة إلى مولات:

مثال (15): ينتج غاز الأمونيا NH 3 بتفاعل الهيدروجين والنتروجين حسب المعادلة الآتية:

أ- احسب حجم الهيدروجين (في الظروف المعيارية) اللازم للتفاعل مع 4.48 لتر من غاز النتروجين.
ب- احسب كمية الأمونيا NH 3 الناتجة تحت الظروف نفسها؛ 1- بالمللترات 2- بالغرامات.
الحل:
أ-
من المعادلة الموزونة تجد أن عدد مولات NH 3 الناتجة = ضعفي عدد مولات N 2
أي أن عدد مولات الناتجة = 2 × 0.2 مول = 0.4 مول.

ب- من المعادلة الموزونة تجد أن عدد مولات NH 3 الناتجة = ضعفي عدد مولات N 2
أي أن عدد مولات الناتجة = 2 × 0.2 مول = 0.4 مول.

مثال (16): احسب حجم غاز H2 المنطلق (في الظروف المعيارية) من تفاعل 1.2 غ من المغنسيوم مع 100 مل من
محلول HCI ذي التركيز 0.8 مول / لتر حسب المعادلة الآتية:

الحل:
لاحظ أن كتلتي الحمض والمغنيسيوم معلومتان، لذا فإن الخطوة الأولى هي تحديد المادة المحددة للتفاعل.

يظهر من المعادلة الموزونة أن المول الواحد من +H يحتاج إلى 0.5 مول Mg. وبالنظر إلى نسبة المولات الموجودة يتضح أنه يوجد 0.625 مول Mg مقابل كل مول واحد من +H ؛ وبناء على ذلك يكون Mg، هو المادة الفائضة، وتكون كـمية +H ( ج0.08 مول) هي المحددة للتفاعل.
من المعادلة الموزونة تجد أن عدد مولات H 2 الناتجة = نصف عدد مولات +H