أهمية الغازات في حياتنا

كتابة شيماء طه آخر تحديث: 07 سبتمبر 2020 , 00:28

الغلاف الجوي للأرض عبارة عن غطاء رقيق من الغازات والجسيمات الدقيقة – تسمى معًا الهواء، وبدون هواء ستكون الأرض مجرد صخرة هامدة أخرى تدور حول الشمس، وعلى الرغم من أننا نادرًا ما ندرك ذلك ، إلا أن الهواء يحيط بنا، ونحن أكثر إدراكًا للهواء عندما يتحرك ، ويخلق الرياح مثل كل الغازات حيث يشغل الهواء مساحة.

تلك انواع الغازات وخصائصها التي يتكون منها الهواء تتجمع بالقرب من سطح الأرض أكثر من الارتفاعات العالية، وتحتاج جميع الكائنات الحية إلى بعض الغازات الموجودة في الهواء لدعم الحياة، وعلى وجه الخصوص ، تعتمد جميع الكائنات الحية على الأكسجين للتنفس – حتى النباتات تتطلب الأكسجين للبقاء على قيد الحياة في الليل أو عندما تكون الشمس محجوبة.

كما تحتاج النباتات أيضًا إلى ثاني أكسيد الكربون في الهواء لعملية التمثيل الضوئي، وفي كل الأحوال الجوية تحدث في الغلاف الجوي، كما أن للجو العديد من الأدوار المهمة الأخرى وتشمل هذه العوامل تعديل درجات حرارة الأرض وحماية الكائنات الحية من أشعة الشمس الأكثر ضررًا. [1]

أهمية الغلاف الجوي

بدون الغلاف الجوي ، سيكون كوكب الأرض أشبه بالقمر أكثر من الكوكب الذي نعيش عليه اليوم، لأن الغلاف الجوي للأرض إلى جانب المياه السائلة الوفيرة على سطح الأرض ، هي مفاتيح المكان الفريد لكوكبنا في النظام الشمسي، حيث يعتمد الكثير مما يجعل الأرض استثنائية على الغلاف الجوي. 

أهمية الغازات 

  • من خلال بحث عن الغازات يتضح أنه لا غنى عنها للحياة على الأرض والتي يستحيل العيش فيها بدون الغلاف الجوي ، ستكون الأرض هامدة، لذا نضع أغلب 
  • ويعتبر ثاني أكسيد الكربون (CO2) والأكسجين (O2) من أهم الغازات للكائنات الحية.
  • يعد ثاني أكسيد الكربون أمرًا حيويًا للاستخدام من قبل النباتات في عملية التمثيل الضوئي ، حيث تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون والماء لتحويل طاقة الشمس إلى طاقة غذائية.
  • هذه الطاقة الغذائية على شكل سكر الجلوكوز (C6H12O6). تنتج النباتات أيضًا O2.
  • يعتبر التمثيل الضوئي مسؤولاً عن كل الأكسجين الموجود حاليًا في الغلاف الجوي تقريبًا.

التفاعل الكيميائي لعملية التمثيل الضوئي هو:

  • 6CO2 + 6H2O + طاقة شمسية → C6H12O6 + 6O2 من خلال إنتاج الأكسجين والغذاء ، أوجدت النباتات بيئة مواتية للحيوانات.
  • في التنفس ، تستخدم الحيوانات الأكسجين لتحويل السكر إلى طاقة غذائية يمكنها استخدامها.
  • تمر النباتات أيضًا بالتنفس وتستهلك بعض السكريات التي تنتجها.

التفاعل الكيميائي للتنفس هو:

  • C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + طاقة قابلة للاستخدام لاحظ أن التنفس يشبه التمثيل الضوئي في الاتجاه المعاكس.
  • في عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى O2 وفي التنفس ، يتم تحويل O2 إلى CO2 ألخ . [2]

أنواع الغازات الطبيعية وخصائصها

الغاز هو شكل من أشكال المادة ليس له شكل أو حجم محدد، ويمكن أن تتكون الغازات من عنصر واحد ، مثل غاز الهيدروجين (H2) ؛ قد تكون أيضًا مركبًا مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) أو حتى خليط من عدة غازات مثل الهواء ومن أهم الأمثلة على الغازات فيما يلي قائمة بـ 10 غازات واستخداماتها:

  • الأكسجين (O2): الاستخدامات الطبية ، اللحام.
  • النيتروجين (N2): إخماد الحريق ، يوفر جو خامل .
  • هيليوم (رجال): بالونات ، معدات طبية.
  • الأرجون (Argon): اللحام ، يوفر جوًا خاملًا للمواد ثاني أكسيد.
  • الكربون (CO2): مشروبات غازية.
  • الأسيتيلين (C2H2): اللحام.
  • البروبان (C3H8): وقود للتدفئة ، و شوايات الغاز.
  • البيوتان (C4H10): وقود لـ الولاعات والمشاعل .
  • أكسيد النيتروز (N2O): دافع للجلد والتخدير.
  • الفريون (مختلف مركبات الكربون الكلورية فلورية): سائل تبريد لـ مكيفات الهواء والثلاجات والمجمدات. [3]

أحجام الغازات مقابل أحجام السوائل أو المواد الصلبة

  • يمكن توضيح الفرق بين حجم الغاز وحجم السائل أو الصلب الذي يتكون منه بالأمثلة التالية.
  • غرام واحد من الأكسجين السائل عند نقطة غليانه (-183 درجة مئوية) يبلغ حجمه 0.894 مل.
  • تبلغ نفس كمية غاز O2 عند درجة حرارة 0 مئوية والضغط الجوي حجم 700 مل ، وهو ما يقرب من 800 مرة أكبر.
  • ويتم الحصول على نتائج مماثلة عند مقارنة أحجام المواد الصلبة والغازات.
  • حيث يبلغ حجم غرام واحد من ثاني أكسيد الكربون الصلب 0.641 مل.
  • وعند 0 درجة مئوية والضغط الجوي ، تبلغ نفس كمية غاز ثاني أكسيد الكربون 556 مل ، وهو أكبر من 850 ضعفًا.
  • كقاعدة عامة ، يزداد حجم السائل أو الصلب بمعامل حوالي 800 عندما يشكل غازًا.
  • وكثيرا ما تستخدم عواقب هذا التغيير الهائل في الحجم للقيام بالعمل.
  • يعتمد المحرك البخاري ، الذي أحدث الثورة الصناعية ، على حقيقة أن الماء يغلي ليشكل غازًا (بخارًا) بحجم أكبر بكثير.
  • لذلك فإن الغاز يتسرب من الحاوية التي تم تكوينه فيها ويمكن جعل البخار المتسرب يقوم بعمله.
  • يتم تطبيق نفس المبدأ عند استخدام الديناميت لتفجير الصخور.

وفي عام 1867 ، اكتشف الكيميائي السويدي ألفريد نوبل أن المتفجرات السائلة شديدة الخطورة المعروفة باسم النتروجليسرين يمكن امتصاصها في الطين أو نشارة الخشب لإنتاج مادة صلبة أكثر استقرارًا، وبالتالي هو الأكثر أمانًا للاستخدام، وعندما يتم تفجير الديناميت ، يتحلل النتروجليسرين لإنتاج خليط من غازات ثاني أكسيد الكربون ، H2O ، N2 ، و O2. وهكذا [4]

4 C3H5N3O9(l)---->12 CO2(g)+10 H2O(g)+6 N2(g)+O2(g)

خصائص الغازات

ومن أهم خصائص الغازات خاصة لأن 29 مولًا من الغاز يتم إنتاجها مقابل كل أربعة مولات من السائل التي تتحلل ، وكل مول من الغاز يحتل حجمًا أكبر بحوالي 800 مرة من مول سائل ، فإن هذا التفاعل ينتج عنه موجة صدمة تدمر أي شيء في جوارها.

وتحدث نفس الظاهرة على نطاق أصغر بكثير عندما نقوم بتحضير الفشار، لأن عندما يتم تسخين حبات الفشار بالزيت ، تتحول السوائل داخل النواة إلى غازات، والضغط الذي يتراكم داخل النواة هائل وينفجر النواة في النهاية.

الضغط مقابل القوة

حجم الغاز هو أحد خصائصه المميزة، بخاصية مميزة أخرى هي الضغط الذي يمارسه الغاز على محيطه، حيث تعرض الكثير منا لأول مرة لضغط الغاز عندما ركبنا إلى محطة الوقود المجاورة لفحص ضغط إطارات دراجتنا.

واعتمادًا على نوع الدراجة التي لدينا ، أضفنا الهواء إلى الإطارات حتى يقرأ مقياس الضغط ما بين 30 و 70 رطلاً لكل بوصة مربعة (رطل / بوصة 2 أو رطل لكل بوصة مربعة)، ويمكن الحصول على خاصيتين مهمتين للضغط من هذا المثال.

  1. يصبح ضغط الغاز أكبر مع إضافة المزيد من الغاز إلى الحاوية.
  2. يقاس الضغط بوحدات (مثل رطل / بوصة 2) التي تصف القوة التي يمارسها الغاز مقسومة على المنطقة التي يتم توزيع هذه القوة عليها.

ويمكن تلخيص الاستنتاج الأول في العلاقة التالية ، حيث P هي ضغط الغاز و n هي كمية الغاز في الحاوية. [5]

قوانين الغازات في الكيمياء

قانون جاي لوساك

عندما تزداد درجة حرارة عينة من الغاز في حاوية صلبة ، يزداد ضغط الغاز أيضًا، وتؤدي الزيادة في الطاقة الحركية إلى اصطدام جزيئات الغاز بجدران الحاوية بقوة أكبر ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط.

واكتشف الكيميائي الفرنسي جوزيف جاي لوساك (1778-1850) العلاقة بين ضغط الغاز ودرجة حرارته المطلقة، وينص قانون جاي لوساك على أن ضغط كتلة معينة من الغاز يختلف بشكل مباشر مع درجة الحرارة المطلقة للغاز ، عندما يظل الحجم ثابتًا.

لذا فإن قانون جاي لوساك مشابه جدًا لقانون تشارلز ، والفرق الوحيد هو نوع الحاوية في حين أن الحاوية في تجربة قانون تشارلز مرنة ، فهي جامدة في تجربة قانون جاي-لوساك. [6]

تشبه التعبيرات الرياضية لقانون جاي-لوساك تلك الموجودة في قانون تشارلز:

ويوضح الرسم البياني للضغط مقابل درجة الحرارة أيضًا علاقة مباشرة. عندما يتم تبريد الغاز عند حجم ثابت ، ينخفض ​​ضغطه باستمرار حتى يتكثف الغاز إلى سائل.

الغاز في غالبه الهباء الجوي تحت ضغط 3.00 ضغط جوي عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، ومن الخطورة التخلص من عبوات الأيروسول عن طريق الحرق. ماذا يمكن أن يكون الضغط في الهباء عند درجة حرارة 845 درجة مئوية؟

المحلول 

P1 = 3.00 ضغط جوي

T1 = 25 درجة مئوية = 298 كلفن

T2 = 845 درجة مئوية = 1118 ك

مجهول P2 =؟ atm

وعن طريق استخدام قانون جاي لوساك لحل الضغط المجهول (P2).

  1. تم تحويل درجات الحرارة أولاً إلى كلفن.
  2. ثم حل أولاً ، وأعد ترتيب المعادلة جبريًا لإيجاد قيمة P2. P2 = P1 × T2T1 (14.5.2) .
  3. الآن استبدل الكميات المعروفة في المعادلة وحلها. P2 = 3.00 طن متري × 1118 كيلو 298 كيلو = 11.3 طن متري (14.5.3).
  4. فكر في النتيجة، حيث يزداد الضغط بشكل كبير بسبب الزيادة الكبيرة في درجة الحرارة. [7]

خلاصة القول إن الضغط ودرجة الحرارة عند الحجم الثابت يتناسبان بشكل مباشر.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق