قانون دالتون للغازات لتفسير سلوك الغازات وبشكل أدق لمزيج الغازات، ينص على أنَّ الضغط الكلي لخليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية لكل غاز من الخليط، إذا وضعت هذه الغازات بنفس الشروط، بشرط ألا تتفاعل الغازات مع بعضها.

قدّم هذا القانون العالم البريطاني جون دالتون عام 1801، كما قدم دالتون عدد من الاكتشافات وأهمها النظرية الذرية، وقانون النسب المتضاعفة، واكتشف مرض عمى الألوان الذي كان يعاني منه، ومن أهم مؤلّفاته نظامٌ جديد للفلسفة الكيميائيّة سنة 1808، كما اعتمد على فكرة ديمقريطس حول انقسام المادّة وبُنيتها المجهريّة وافترض أنّ ذرات النوع الكيميائيّ الواحد تكونُ متماثلةً فيما بينها ولها نفسُ الكتلة، بينما ذرّات الأنواع المختلفة تكون بدورها مختلفة واعتبر أن الذرة متعادلة كهربائيًا.

أما قانون دالتون فهو أحد قوانين الغازات المثالية، والقانون الرياضي هو

P1،P2………Pn تمثل الضغط الجزئي لكل غاز من الخليط.

عندما يختلط غاز i في خليط من الغازات وكانت نسبته Yi في الخليط، يمكن تقدير ضغطه الجزئي Pi في الخليط وفقًا للمعادلة

حيث أن P هو الضغط الكلي للخليط.

مع الأخذ بعين الاعتبار بأن تلك المعادلة تمثل حالة مثالية، حيث لا يحدث تفاعل بين جزيئات الغاز ما عدا التصادم المرن.

وإذا كان عدد ذرات الغاز المفترض i تساوي ni وكان عدد الذرات أو الجزيئات الكلية للخليط n Total وتكون العلاقة بالشكل التالي:

أهمية قانون دالتون:

  • تستخدم الضغوط الجزئية للغازات لتحديد كمية الغاز الناتج عن تفاعل ما، ويستخدم في حساب حجم وضغط كل غاز وهذا مهم في الصناعات الكيميائية، حاليًا تستخدم تقنيات متطورة للحساب ولكن كلها تعتمد على قانون دالتون.
  • لا ينطبق قانون دالتون في عدد من الحالات، عند تعرض الغازات ضغوط عالية، وفي حال كانت الضغوط عالية لدرجة تحول الغاز لسائل، كما تتصرف الغازات الحقيقية بشكل مثالي في ظروف محددة فقط عند ضغط منخفض ودرجة حرارة مرتفعة، أما عند ارتفاع الضغط ودرجات الحرارة المنخفضة لا يسري القانون، فمن المحتمل أن تتفاعل الغازات مع بعضها.
  • كما أنّ الضغط الجزئي لأحد غازات في الخليط يساوي الضغط الكلي مضروبًا بالجزء المولي لهذا الغاز.
  • إن الهواء الجوي مزيج من النيتروجين والماء والأكسجين وثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى بكميات ضئيلة، لا تتغير التراكيز النسبية للغازات حتى مع تغير الضغط والحجم الكلي للغازات، قانون دالتون فيما يتعلق بالهواء الجوي:

  • إن قانون دالتون دقيق فقط في الغازات المثالية.
  • قانون دالتون في التنفس: تتدفق الغازات من مناطق الضغط المرتفع إلى الضغط المنخفض، لذا فإن الضغوط الجزئية للغازات في الهواء المستنشق والحويصلات الهوائية تحدد سبب دخول الأوكسجين إلى الحويصلات الهوائية، وترك غاز ثاني أكسيد الكربون، إن التركيز النسبي للغازات أي ضغوطها الجزئية، لا تتغير حتى لو تغير حجم وضغط خليط الغاز، وسيكون الهواء المستنشق في الرئتين بنفس التركيز النسبي للغازات مثل الهواء الجوي، وفي الرئتين، يحدد التركيز النسبي للغازات معدل انتشار كل غاز عبر الأغشية السنخية.

أكمل القراءة

ينص قانون دالتون – أو ما يسمى قانون الضغوط الجزئية – على ما يلي:

إجمالي الضغط الذي يمارسه مزيج من الغازات في خليط = مجموع الضغوط الجزئية للغازات الفردية المكوِّنة للخليط

ولكن ما هو الضغط الجزئي؟ الضغط الجزئي هو الضغط الذي يمكن أن يمارسه كل غاز من الغازات الممزوجة، إذا احتلّ وحده حجم الخليط عند نفس درجة الحرارة، أي إذا لم تتفاعل الغازات الفردية كيميائيًا مع بعضها، وهنا لا تؤثر على بعضها البعض، فيمكننا إيجاد الضغط الجزئي لكل غاز.

قانون دالتون للغازات

ذكر الكيميائي الإنكليزي جون دالتون هذه العلاقة التجريبية عام 1801، وهي مشتقة من النظرية الحركية للغازات على افتراض التعامل مع غاز مثالي، وعدم حدوث أي تفاعل كيميائي بين الغازات المكونة كما قلنا. بناءً على النظرية الحركية للغازات، في حال جعلنا الغاز ينتشر في حاوية ما، فإنه سينتشر لملء الفراغ الموجود دون أي تجاذب بين جزيئات الغازات؛ بمعنى آخر، ستكون الجزيئات متباعدة وكأنها تعمل بشكل مستقل.

يمكن تحديد ضغط الغاز المثالي من خلال تصادمه مع جدار الحاوية، بما أنه لن يتصادم مع الغازات الأخرى، وسيتمدد كل غاز بشكل مفرد دون التأثير على ضغط غاز آخر، لذا، يمكننا استنتاج أن ضغط غاز معين من هذا الغاز يعتمد على عدد مولات هذا الغاز، وحجم ودرجة حرارة النظام ككل. بشكل عام، يصلُح قانون دالتون للغازات الحقيقية عند ضغوط منخفضة بدرجة كافية، ودرجات عالية من الحرارة.

والآن، لنتعرف على المعادلة العامة لقانون دالتون. نظرًا لوجود الغازات في حاوية واحدة، فإن الحجم هو V، ودرجة الحرارة للغازات المختلفة الموجودة هي نفسها T. بحسب ما ذكرناه في الأعلى، يمارس كل غاز ضغطه الخاص على النظام، وفي النهاية، نضيف كل غاز إلى الغازات الأخرى لإيجاد الضغط الكلي لخليط الغازات في الحاوية، والمعادلة المعبّرة كما في الشكل:

حيث Ptotal هي الضغط الكلي، وPA هي الضغط الجزئي للغاز A، وPB الضغط الجزئي للغاز B وهكذا في حال كان لدينا غاز C وD و…

من قانون الغاز المثالي لدينا:

إذا عرفنا التركيب المولي للغاز، نكتب:

ومرةً أخرى، استنادًا إلى النظرية الحركية للغازات وقانون الغاز المثالي، يمكننا تطبيق قانون دالتون على عدد المولات، بنفس الطريقة والقانون، يجب أن يساوي العدد الإجمالي لمولات الغازات، مجموع عدد مولات الغازات الفردية المكونة للخليط. هنا، الضغط ودرجة الحرارة والحجم، كلها ثابتة، ويمكننا إيجاد الحجم الكلي بنفس الطريقة:

بالنسبة لمخاليط الغازات، يمكن إدخال كمية نعرفها جميعًا في الكيمياء، والتي هي الجزء المولي أو الكسر الجزيئي، تعبير كيميائي يصف نسبة تواجد مادة معينة في خليط من المواد، ويمكننا تعريفها على أنها عدد مولات مادة معينة في خليط مقسومًا على العدد الإجمالي للمولات لجميع المواد الموجودة. رياضيًا، نعبّر عن الكسر المولي لمادة A في خليط مع B وC كما يلي:

والجزء المولي من B وC:

ينتج عن جمع معادلة الكسر المولي للغاز A ومعادلة الضغط الجزئي ما يلي:

إذًا بعبارة أخرى، فإن ضغط الغاز في خليط الغازات هو نِتاج الجزء المولي لكل غاز والضغط الكلي للخليط.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هما قانونا دالتون للغازات"؟