مجموعة من القوانين الفيزياكيميائية

1996 معالجة مياه الفضلات الصناعية

أ.د أحمد فيصل أصفري

KFAS

القوانين الفيزياكيميائية الفيزياء

– قانون حفظ الكتلة: ينص قانون حفظ الكتلة على أن مجموع أوزان المواد المتفاعلة يساوي مجموع أوزان المواد الناتجة. أو بصيغة أخرى: في تفاعل ما يكون عدد الذرات في كل عنصر، أو مركب هو نفسه قبل وبعد التفاعل.

 

– قانون النسب الثابتة: ينص قانون النسب الثابتة على أن الاتحاد بين العناصر المشكلة لمركب ما يتم وفق نسبة ثابتة.

كل مركب كيميائي مهما اختلفت طرق استحضاره، يتكون دوماً من نفس العناصر متحدة مع بعضها بنسب وزنية ثابتة تساوي نسب الأوزان الذرية للعناصر المشكلة للمركب.

 

مثلاً، يتحد النحاس بالأوكسجين في أكسيد النحاس CuO بنسبة ثابتة تساوي (63.6 /16)، والكربون مع الأوكسجين في أول أوكسيد الكربون CO بنسبة (12/ 16)، وفي ثاني أوكسيد الكربون بنسبة (12/ 32).

وبعد أن وضع آينشتاين معادلته المشهورة (أ – 46)، أصبح من المناسب تعديل قانون حفظ الكتلة إلى قانون تكافؤ المادة والطاقة، والذي ينص على أن:

مجموع المادة والطاقة في الكون ثابت، مع إمكانية تحويل أحداهما إلى الأخرى.

 

– قانون النسب المتكافئة: ينص قانون النسب المتكافئة على أنه إذا كان هناك عنصران مثل A و B، وكان بالإمكان أن يتحدا مع عنصر ثالث C كل على انفراد، فإن وزناً معيناً من C يتحد مع أوزان مختلفة من A و B بنفس النسبة التي يتحدان بها أو بأحد مضاعفاتها.

مثلاً، يتحد الهيدروجين مع الأوكسجين في الماء H₂O بنسبة (2/16 = 1/8)، ويتحد الهيدروجين مع الكبريت في كبريت الهيدروجين بنسبة (2/32 = 1/16)، أي أن نسبة وزني الأوكسجين والكبريت اللذين يتحدان بوزن ثابت من الهدروجين تساوي (16/32 = 8/16)، وهذه النسبة تساوي نصف النسبة التي يتحدان بها لتشكيل ثاني أوكسيد الكبريت SO₂. أي أن المواد تتفاعل مع بعضها البعض بنسب أوزانها المكافئة.

 

– قانون أفوكادرو: ينص قانون أفوكادرو على أن الحجوم المتساوية من الغازات تحتوي تحت نفس الظروف من حرارة وضغط على نفس العدد من الجزيئات.

لقد قاس أفوكادرو عدد الجزيئات في المول الواحد لأي غاز فوجد أنه مقدار ثابت يساوي (6.023 × 10 ²³) جزيء لكل مول. كما وجد بأن الحجم المولي لأي غاز في الظروف القياسية ثابت ويساوي (22.4) لتر/مول.

 

– قانون العمل أو القدرة:  يرمز للعمل بـ W، وينص قانون العمل أو القدرة على أن العمل يساوي جداء القوة F بالانتقال d وواحدته الجول:

حيث v سرعة انتقال القوة المؤثرة.

 

– قانون دولونغ وبتي: جداء الحرارة النوعية للعنصر بوزنه الذري ثابت ويساوي تقريباً (6.4).

– قانون الاستطاعة: يرمز للاستطاعة بـ P وهي: العمل المنجز خلال ثانية واحدة، وواحدتها الواط:

 

– القانون الأول في الثرموديناميك: يعبر القانون الأول في الثرموديناميك عن حفظ الطاقة، وينص على أنه يمكن تحويل الطاقة من شكل لآخر، ولكن لا يمكن الحصول عليها من لا شيء ولا يمكن إفناؤها.

– الإنتروبية: تعبر الإنتروبية عن الاتجاه الطبيعي لأية جملة نحو الفوضى أو العشوائية وعدم الانتظام.

إن حالات الفوضى هي أكثر احتمالاً من حالات النظام والترتيب. للإنتروبية علاقة حميمة بدرجة الحرارة.

 

– القانون الثاني في الثرموديناميك: ينص القانون الثاني في الثرموديناميك على أن أي تحول تلقائي في الكون يترافق مع ازدياد في الإنتروبية الكلية للجملة المتحولة والمحيط.

– القانون الثالث في الثرموديناميك: ينص القانون الثالث في الثرموديناميك على أن إنتروبية أية مادة بللورية نقية تساوي الصفر في درجة حرارة الصفر المطلق.

 

– قانون الشحنة الكهربائية أو قانون فراداي: يمكن التعبير عن قانون الشحنة الكهربائية أو قانون فراداي كما يلي:

إذا رمزنا لشدة التيار الكهربائي بالأمبير بـ I وللزمن بالثواني بـ t تكون كمية الشحنة الكهربائية بالكولوم q خلال الزمن t في موصل مساوية:

حيث يعبر I عن معدل سريان الشحنات الكهربائية بالنسبة للزمن، أو شدة التيار (أمبير).

 

إن نواقل الشحنات الكهربائية تكون إما إلكترونات، كما في حالة الموصلات المعدنية، أو أيونات موجبة أو سالبة.

كما في حالة محاليل ومصاهير العديد من الأملاح الأيونية الذوابة في الماء (الكتروليتات) كمحاليل كلور الصوديوم وكبريتات النحاس ونترات الفضة.

 

– قانون القوة المحركة الكهربائية: يعبر عن القوة المحركة الكهربائية أحياناً بالجهد الكهربائي، وهي تمثل العمل الكهربائي اللازم لنقل (1) كولوم من نقطة إلى أخرى في المادة، وتقاس بواحدة الفولت V ويرمز لها بـ e:

تزداد قيمة الجهد الكهربائي بازدياد المقاومة الكهربائية، كما أثبت ذلك العالم أوم Ohm في قانونه:

حيث:

 = فرق الجهد أو القوة المحركة الكهربائية بالفولت.

I = شدة التيار بالأمبير.

R = المقاومة بالأوم.

 

– قانون بويل: ينص قانون بويل على أن حجم كمية من الغاز يتناسب عكساً مع الضغط المطبق عليه عند ثبات درجة الحرارة:

 

– قانون شارلز: ينص قانون شارلز على أن حجم كمية غاز يتناسب طرداً مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبات الضغط:

يزداد حجم كمية معينة من غاز بمقدار (1/ 273) من حجمه في درجة صفر مئوية لكل ارتفاع يبلغ درجة مئوية واحدة، وينقص بنفس المقدار لكل انخفاض قدره درجة مئوية واحدة، وذلك عند ثبات الضغط.

فإذا تابعنا تبريد الغاز إلى (-273^° م) يصبح حجمه مساوياً للصفر، حيث سميت هذه الدرجة الصفر المطلق. لكن بما أن حجم الغاز لا يمكن أن يساوي الصفر مهما بلغت درجة تبريده لأن المادة لا تفنى، فإن جميع الغازات تتحول إلى سوائل قبل أن تبلغ الحرارة الدرجة (-273^° م).

كذلك لوحظ بأن ضغط الغاز يزداد بازدياد درجة الحرارة تحت حجم ثابت بنفس النسبة التي يزداد فيها الحجم عند ثبات الضغط، ويمكن أن نعرف درجة الصفر المطلق (-273^° م) بأنها: الدرجة التي يتلاشى عندها الغاز عند ثبات حجمه.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]