الحالة القياسية للمادة STP

 

الحالة القياسية للمادة Standard State of Matter

تعرف الحالة القياسية للمادة بأنها الحالة الفيزيائية (صلبة، سائلة، غازية) التي توجد عندها المادة بشكل تكون فيه أكثر استقرارا عند ضغط جوي واحد (atm1) ودرجة حرارة (C° 25) وهي بالكالفن (K°298) وهي تمثل درجة حرارة الغرفة تقريبا.

 

الشروط القياسية

Standard (Normal) Conditions (SC) Standard Temperature Pressure (STP)

ويقصد بها درجة حرارة تساوي (273K°=0C°) وضغط يساوي (atm1).

 

 

المتغيرات التي تعتمد عليها خواص الغازات

حالة الغاز توصف من خلال أربعة متغيرات تحكم تصرفه هي : الكتلة عدد المولات (n)، الحجم (V)، الضغط (P) ، درجة الحرارة (T). وبتحديد ثلاثة من هذه المتغيرات فإن المتغير الرابع يتحدد تلقائية، وبالتالي فإن حالة الغاز تتحدد من خلال تحديد ثلاثة من المتغيرات الأربع

 

 

1) درجة الحرارة Temperature (T)

درجة الحرارة صفة فيزيائية تعتبر مقياسا لدرجة سخونة المادة أو برودتها، بحيث أنها تستخدم لتحديد اتجاه انتقال الحرارة بين جسمين. وتنتقل الطاقة الحرارية من منطقة درجة الحرارة العالية الى منطقة درجة الحرارة المنخفضة. فعندما توضع مادة ساخنة وأخرى باردة ملاصقتين لبعضهما، فإن المادة الساخنة تصبح أبرد، والباردة تصبح أسخن. ويفسر ذلك بأنه ناتج عن سريان طاقة حرارية من الجسم الساخن الى الجسم البارد. ويقال أن الجسم الساخن له درجة حرارة أعلى، والجسم البارد له درجة حرارة أدني. وبذلك فإن درجة الحرارة تحدد اتجاه سريان الحرارة وأن الحرارة تسري من منطقة ذات درجة حرارة أعلى الى واحدة ذات درجة حرارة ولتحديد درجة الحرارة على أي ثرمومتر يجب تثبيت نقطتين على تدريج الثرمومتر، ويتم اختيارها بين النقطتين بطريقة اختيارية تماما، وجرت العادة على اختيار نقطتي تجمد وغليان الماء العاديتين (عند ضغط واحد جو) لهاتين النقطتين.

 

 

2) الكتلة Mass أو الكمية (Quantity)

الكتلة هي مقياس لكمية المادة، وبالتالي فهي تعبر عن كمية الغاز الموجودة، وفي النظام العالمي للوحدات (SI) وحدة الكتلة هي الكيلو جرام kg وكثيرا ما يعبر عن كمية المادة في حالة الغازات بوحدة المول (mol). ويحسب عدد المولات (n) بعدة طرق سبقت الإشارة إليها في الفصل الأول (طرق التعبير عن التركيز) وهي تحسب إما من خلال معرفة الوزن الجزيئي (الكتلة المولية) (Mw) أو من خلال عدد الجزيئات (N) أو من خلال المولارية (M) :

وفي خليط الغازات يعبر عن كمية الغاز بالضغط الجزئي.

 

 

3) الحجم Volume ) V )

حجم أي مادة ما هو الحيز الذي تشغله هذه المادة. والغاز يشغل أي حيز متاح له، وبالتالي حجم عينة من الغاز هو نفسه حجم الإناء الذي يحتويها. وبما أن الغازات تمتزج بحرية مع بعضها بعضا، فإنه عندما يتواجد عدة غازات في مزيج، يكون حجم كل منها نفس الحجم الممثل من قبل المزيج بأكمله. وفي النظام العالمي للوحدات يقاس الحجم بالمتر المكعب ³m . وهناك وحدات شائعة الإستعمال لقياس الحجم هي اللتر وتساوي ³m0.001 ، والسنتمتر المكعب = m^3-10⁶، والدسيمتر المكعب = m³0.001 ويمكن كتابة العلاقة بين هذه الوحدات كما يلي :

ويقاس حجم الغاز بوجوده على سائل، شريطة عدم ذوبانه في هذا السائل أو عدم تفاعله معه. وأكثر السوائل استخداما في هذا الغرض هو سائل الماء، ولمزيد من الدقة في العمل المخبري يستخدم سائل الزئبق.

والحديث عن حجم الغاز بدون درجة الحرارة لا معنى له، إذ أن الحجم يتغير بتغير درجة الحرارة وهذه يمكن قياسها باستخدام موازين الحرارة وبالنسبة للسوائل والأجسام الصلبة فإن الحجم لا يتغير كثيرا بتغير الضغط أو درجة الحرارة. وبذلك فإنه لكي يمكن وصف الكمية التي يجري استعمالها من جسم صلب أو سائل، مثل عدد المولات، فإنه يكفي عادة تحديد الحجم فقط بالنسبة للعينة. وبالنسبة للغازات، لا يكون ذلك كافيا. وكمثال، فإن (ml1) من الهيدروجين عند ضغط ودرجة حرارة معينتين، سوف يحتوي عددا مختلفا من المولات، وتكون له كتلة مختلفة عن (ml 1) عند أي ضغط ودرجة حرارة آخرين. ولكي يمكن تثبيت عدد المولات في حجم معين لغاز، فإنه من الضروري معرفة ضغطه، ودرجة حرارته.

وعندما تخلط الأجسام الصلبة، أو السوائل ببعضها، فإن الحجم الكلي يساوي تقريبا مجموع الحجوم الأصلية. ولكن لا يكون ذلك ضروريا بالنسبة للغازات. فمثلا إذا أضيف البروم الغازي في زجاجة مملوءة بالهواء، فإن غاز البروم البني ينتشر خلال الزجاجة كلها، بحيث أن كلا من الهواء والبروم يشغلان الآن نفس الحجم الذي

احتوى أولا الهواء فقط. وحيث أن جميع الغازات يمكنها أن تختلط بأي نسبة ، فإنه يقال أنها قابلة للإمتزاج.

 

 

4) الضغط Pressure ) P )

كما تحدد درجة الحرارة اتجاه سريان الحرارة فإن الضغط عبارة عن خاصية تحدد اتجاه سريان كتلة. وما لم تكن مجبرة في ناحية أخرى، فإن المادة تميل الى التحرك من مكان تكون فيه عند ضغط أعلى الى مكان ذي ضغط أقل. فمثلا عندما يهرب الهواء من إطار سيارة، فإنه يتحرك من منطقة ذات ضغط أعلى الى واحدة ذات ضغط أدني.

ويعد الضغط أكثر خواص الغازات سهولة في القياس وهو صفة مهمة من صفات الغاز حيث اكتشفت هذه الصفة منذ قديم الزمان. فمثلا عند ملا البالون المطاطي نلاحظ تضخم وتوسع البالون تدريجيا حتى يأخذ شكلا معينا فالضغط هو السبب الأساس في هذه الظاهرة

تعمل الغازات ضغطا على أي سطح تتلامس معه وذلك بسبب أن جزيئات الغازات تكون في حركة دائمة وعشوائية وبالتالي تتصادم مع هذا السطح. لقد استطاع الإنسان أن يتلاءم فسيولوجيا مع ضغط الهواء حوله للدرجة التي لا يشعر بوجوده، مثله مثل الأسماك التي لا تعي ضغط الماء عليها. هنالك عدة طرق لتوضيح وجود الضغط الجوي. أحد هذه الأمثلة هو مقدرتنا على شرب السوائل عبر الأنبوب الورقي (straw). إن شفط (sucking) الهواء من الأنبوب الورقي يخلق فراغا عادة ما يملأ سريعة نسبة لأن السائل في الإناء يدفع لداخل الأنبوب الورقي بواسطة الضغط الجوي.

 

 

 

 

المصادر

1.      أحمد عبد العزير العويس و سليمان حماد الخويطر و عبد العزيز إبراهيم الواصل و عبد العزيز عبد الله السحيباني ، الكيمياء العامة ، دار الخريجي، الرياض، 1996م.

2.      جوردن م بارو، الكيمياء الفيزيائية، ترجمة أحمد محمد عزام، دار ماجروهيل، 1998م.

3.      سليمان حماد الخويطر و عبد العزيز عبد الله السحيباني، الثرموديناميك الكيميائي، دار الخريجي، الرياض، 1998م.

4.     سمير مصطفى المدني، أساسيات الكيمياء العامة، جامعة الملك سعود - النشر العلمي و المطابع، الرياض، 1998م.

5.      الكيمياء العامة - احمد بن عبدالعزيز العويس و آخرون- دار الخريجي للنشر و التوزيع ط2. 1996م.

6.     سمير مصطفى المدني ، كتاب أساسيات الكيمياء العامة ، ( منشورات جامعة الملك سعود1997 م.

7.      حسن محمد الحازمي و محمد إبراهيم الحسن ، كتاب الكيمياء العضوية ، مكتبة الخريجي 1990م.

8.     Ralph H. Petruccii and William S. Harwood, General Chemistry, Principle and Modern Applications, Prentice-Hall, New Gersey, 1997.

9.     James E. Brady and John R. Holum, Chemistry, The study of Matter and its Changes, Wiley, New York, 1993.

10.  Petter Atkins and Loretta Jones, Chemistry, Matter and Change, 3d Edition, W.H. Freedman and Co., New York, 1997.

11.    James E. Brady, General Chemistry, Principles and Structure, 5th Edition, Wiley, New York, 1990.

12.   David E. Goldberg, Schaum's Outline Series, Theory and Problems of Chemistry Foundations, International Editions, McGraw-Hill, New York, 1991.

13.   James E. Brady and John R. Holum, Fundamentals of Chemistry, 34 Edition, Wiley, New York, 1988.

14.  Raymond Chang, Chemistry, 5th Edition, International Edition, McGraw-Hill, New York, 1994.

15.   R. Abu-Etta, Y. Essa and A. El-Ansary, General Chemistry, Cairo University Press, 1998.

16.   P.W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford Press, Oxford, UK, 1982.

17.   G.M. Barrow. Physical Chemistry, MacGraw-Hill, New York, USA, 1996.

18.  Maurice Wahba, Hanna A. Rizk, Introduction to Physical Chemistry, Anglo Egyptian, 1978.

19.   Robert A. Alberty and Robert J. Silby, Physical Chemistry, Wiley, New York, 1992.

20. Whitten, etal , General Chemistry with Qualitative Analysis , 3rd ed., Saunders college publishing