שלום ,
מימן קל פי

שלום ,
מימן קל פי 15 מהאוויר והליום פי 7.
אם ברצוני להרים 100 קג באוויר, איזה נפח של גז (אחד מהשניים) אצטרך ?
אודה לכם מאוד אם תוכלו לעזור לי בשאלה.

התרוממותו של כדור פורח מתבססת על התופעה הבאה: גז שצפיפותו קטנה מזו של האוויר הסובב אותו עולה כלפי מעלה. ממלאים כדור פורח בגז כזה, והוא מתרומם באוויר. הקנת צפיפות הגז נעשת ע"י חימום, כלומר העלאת הטמפרטורה שלו. מסת הכדוק מפעילה כוח של F=mg בהשפעת הכבידה כלפי מטה. עם הכוח שמפעיל הגז יהיה יותר גדול ממסת הכדור הפורח, אזי הוא יתרומם.

לשם חישוב כמות הגז הדרושה צריך להכיר את חוקי הגזים:

ההבדל העיקרי בין גזים לבין מוצקים ונוזלים הוא בכך שנפחה של כמות מסוימת של גז הוא פועל יוצא של הטמפרטורה ושל הלחץ שהגז נמצא בהם. למשל, שינוי הלחץ מאטמוספירה אחת לשתי אטמוספירות גורם להקטנת נפחה של כמות מסוימת של גז ב-50%. שינוי הטמפרטורה מ-0º ל-100º (צלזיוס) גורם להגדלת נפחה ב-36.6%.

בתנאים של לחץ וטמפרטורה רגילים, כל הגזים מתנהגים באופן דומה; התנהגות זו מתוארת ע"י חוקי הגזים האידיאליים. הנפח של כמות מסוימת של גז תלוי בשלושה גורמים: לחץ הגז, הטמפרטורה שלו ומספר המולקולות בו. בטמפרטורה קבועה, תלותו של נפח הגז בלחץ מבוטאת ע"י חוק בויל, הקרוי גם חוק מריוט, ולפיו הנפח V של מסה מסוימת של גז עומד ביחס הפוך ללחץ P, כלומר: PV=k (כאשר k הוא מספר קבוע כלשהו). חוק שרל מגדיר את התלות בין נפח הגז לטמפרטורה שלו בלחץ קבוע. עפ"י חוק זה, הנפח של מסה מסוימת של גז עומד ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת שלו (T, הנמדדת בסולם קלווין). הצרפתי גיי-ליסק מצא כי התוצאה של חימום כמות מסוימת של גז ב-1º צלזיוס היא שנפח הגז גדל ב-1/273 מהנפח ההתחלתי שלו. עפ"י החוק המשותף לשרל ולגיי-ליסק, אם נפחו של גז מסוים ומספר המולים שלו אינם משתנים, הנפח עומד ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת, V=kT.

עפ"י חוק אבוגדרו, נפחים של גזים הנמצאים בתנאים תקניים (0º צלזיוס, לחץ של 1 אטמ'') או שווים, מכילים מספר שווה של מולקולות. מספר המולקולות בגרם-מולקולה (או מספר האטומים בגרם-אטום) של גז (או של כל תרכובת אחרת) הוא מספר אבוגדרו, 6.0221367 x 1023 מולקולות.

גיי-ליסק קבע גם כי נפחיהם של גזים המגיבים זה עם זה, ונפח הגז הנוצר בגלל תגובה זו (אם נמדדו באותם התנאים), מתייחסים זה לזה כמספרים קטנים ושלמים. כך נפתחה הדרך לפיתוח הנוסחאות הכימיות המשמשות אותנו כיום: אם נפח נתון של גז חנקן ושלושה נפחים של מימן מספקים נפח אחד של גז אמוניה, אפשר לתאר את האמוניה כמורכבת מחלק אחד חנקן ושלושה חלקים מימן, או בסימון המקובל: NH3.

את כל החוקים שפורטו לעיל, המתייחסים לגז אידיאלי, אפשר לאחד לנוסחה כללית, הנקראת נוסחת הגז האידיאלי: P .PV=nRT = הלחץ שגז מסוים נמצא בו; V = נפחו של אותו גז; n = מספר המולים; R = קבוע הגזים; T = טמפרטורה מוחלטת. נפחו של מול אחד של גז אידיאלי בתנאים תקניים הוא 22.4 ליטר. גודלו של קבוע הגזים, שנמצא בדרך הניסוי, הוא 8.314J K-1mol-1.

התשובה ניתנה על ידי מצוות מידעני KOL

---