حاسبة ضغط بخار قانون راؤول

المقدمة

تعتبر حاسبة قانون راؤول أداة أساسية للكيميائيين ومهندسي الكيمياء والطلاب الذين يعملون مع المحاليل وضغط البخار. تطبق هذه الحاسبة قانون راؤول، وهو مبدأ أساسي في الكيمياء الفيزيائية يصف العلاقة بين ضغط بخار محلول ونسبة المولات لمكوناته. وفقًا لقانون راؤول، فإن الضغط البخاري الجزئي لكل مكون في محلول مثالي يساوي ضغط البخار للمكون النقي مضروبًا في نسبة المولات له في المحلول. هذا المبدأ مهم لفهم سلوك المحاليل، وعمليات التقطير، والعديد من التطبيقات الأخرى في الكيمياء والهندسة الكيميائية.

ضغط البخار هو الضغط الذي يمارسه بخار في حالة توازن ديناميكي حراري مع أطواره المكثفة عند درجة حرارة معينة. عندما يحتوي المذيب على مذيب غير متطاير، ينخفض ضغط بخار المحلول مقارنة بالمذيب النقي. يوفر قانون راؤول علاقة رياضية بسيطة لحساب هذا الانخفاض في ضغط البخار، مما يجعله مفهومًا لا غنى عنه في كيمياء المحاليل.

تتيح لك حاسبة ضغط بخار قانون راؤول تحديد ضغط بخار المحلول بسرعة ودقة من خلال إدخال نسبة المولات للمذيب وضغط بخار المذيب النقي. سواء كنت طالبًا تتعلم عن الخصائص المولية، أو باحثًا يعمل مع المحاليل، أو مهندسًا يقوم بتصميم عمليات التقطير، توفر لك هذه الحاسبة طريقة مباشرة لتطبيق قانون راؤول على احتياجاتك الخاصة.

صيغة قانون راؤول والحساب

يتم التعبير عن قانون راؤول بالمعادلة التالية:

$P_{solution} = X_{solvent} \times P^{\circ}_{solvent}$

حيث:

• $P_{solution}$ هو ضغط بخار المحلول (يتم قياسه عادةً بالكيلو باسكال، أو مم زئبقي، أو أتموسفير)
• $X_{solvent}$ هو نسبة المولات للمذيب في المحلول (بلا أبعاد، تتراوح من 0 إلى 1)
• $P^{\circ}_{solvent}$ هو ضغط بخار المذيب النقي عند نفس درجة الحرارة (بالوحدات نفسها للضغط)

يتم حساب نسبة المولات ($X_{solvent}$) كالتالي:

$X_{solvent} = \frac{n_{solvent}}{n_{solvent} + n_{solute}}$

حيث:

• $n_{solvent}$ هو عدد مولات المذيب
• $n_{solute}$ هو عدد مولات المذاب

فهم المتغيرات

1. نسبة المولات للمذيب ($X_{solvent}$):

   • هذه كمية بلا أبعاد تمثل نسبة جزيئات المذيب في المحلول.
   • تتراوح من 0 (مذيب نقي) إلى 1 (مذيب نقي).
   • مجموع جميع نسب المولات في محلول يساوي 1.

2. ضغط بخار المذيب النقي ($P^{\circ}_{solvent}$):

   • هذا هو ضغط بخار المذيب النقي عند درجة حرارة معينة.
   • إنه خاصية داخلية للمذيب تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة.
   • تشمل الوحدات الشائعة الكيلو باسكال (kPa)، أو مليمتر زئبقي (mmHg)، أو أتموسفير (atm)، أو تور.

3. ضغط بخار المحلول ($P_{solution}$):

   • هذا هو ضغط بخار المحلول الناتج.
   • يكون دائمًا أقل من أو يساوي ضغط بخار المذيب النقي.
   • يتم التعبير عنه بنفس وحدات ضغط بخار المذيب النقي.

حالات وحدود قانون راؤول

يمتلك قانون راؤول العديد من الحالات الهامة والحدود التي يجب أخذها في الاعتبار:

1. عندما $X_{solvent} = 1$ (مذيب نقي):

   • يساوي ضغط بخار المحلول ضغط بخار المذيب النقي: $P_{solution} = P^{\circ}_{solvent}$
   • يمثل هذا الحد الأقصى لضغط بخار المحلول.

2. عندما $X_{solvent} = 0$ (لا يوجد مذيب):

   • يصبح ضغط بخار المحلول صفرًا: $P_{solution} = 0$
   • هذه حد نظري، حيث يجب أن يحتوي المحلول على بعض المذيبات.

3. محاليل مثالية مقابل غير مثالية:

   • ينطبق قانون راؤول بشكل صارم على المحاليل المثالية.
   • غالبًا ما تنحرف المحاليل الحقيقية عن قانون راؤول بسبب التفاعلات الجزيئية.
   • تحدث الانحرافات الإيجابية عندما يكون ضغط بخار المحلول أعلى من المتوقع (تشير إلى تفاعلات ضعيفة بين المذاب والمذيب).
   • تحدث الانحرافات السلبية عندما يكون ضغط بخار المحلول أقل من المتوقع (تشير إلى تفاعلات قوية بين المذاب والمذيب).

4. اعتماد درجة الحرارة:

   • يتغير ضغط بخار المذيب النقي بشكل كبير مع درجة الحرارة.
   • تكون حسابات قانون راؤول صالحة عند درجة حرارة معينة.
   • يمكن استخدام معادلة كلاوزيوس-كلابيرون لضبط ضغوط البخار لدرجات حرارة مختلفة.

5. افتراض المذاب غير المتطاير:

   • الشكل الأساسي لقانون راؤول يفترض أن المذاب غير متطاير.
   • بالنسبة للمحاليل التي تحتوي على مكونات متطايرة متعددة، يجب استخدام شكل معدل من قانون راؤول.

كيفية استخدام حاسبة قانون راؤول

تم تصميم حاسبة ضغط بخار قانون راؤول لتكون بديهية وسهلة الاستخدام. اتبع هذه الخطوات البسيطة لحساب ضغط بخار محلولك:

1. أدخل نسبة المولات للمذيب:

   • أدخل قيمة بين 0 و 1 في حقل "نسبة المولات للمذيب (X)".
   • يمثل هذا نسبة جزيئات المذيب في المحلول الخاص بك.
   • على سبيل المثال، تعني قيمة 0.8 أن 80% من الجزيئات في المحلول هي جزيئات مذيب.

2. أدخل ضغط بخار المذيب النقي:

   • أدخل ضغط بخار المذيب النقي في حقل "ضغط بخار المذيب النقي (P°)".
   • تأكد من ملاحظة الوحدات (تستخدم الحاسبة الكيلو باسكال بشكل افتراضي).
   • تعتمد هذه القيمة على درجة الحرارة، لذا تأكد من استخدام ضغط البخار عند درجة الحرارة المطلوبة.

3. عرض النتيجة:

   • ستحسب الحاسبة تلقائيًا ضغط بخار المحلول باستخدام قانون راؤول.
   • يتم عرض النتيجة في حقل "ضغط بخار المحلول (P)" بنفس الوحدات مثل إدخالك.
   • يمكنك نسخ هذه النتيجة إلى الحافظة الخاصة بك من خلال النقر على أيقونة النسخ.

4. تصور العلاقة:

   • تتضمن الحاسبة رسمًا بيانيًا يوضح العلاقة الخطية بين نسبة المولات وضغط البخار.
   • يتم تمييز حسابك المحدد على الرسم البياني لفهم أفضل.
   • تساعد هذه التصور في توضيح كيف يتغير ضغط البخار مع نسب المولات المختلفة.

التحقق من صحة الإدخال

تقوم الحاسبة بإجراء فحوصات التحقق من صحة على مدخلاتك:

• التحقق من صحة نسبة المولات:

  • يجب أن تكون رقمًا صالحًا.
  • يجب أن تكون بين 0 و 1 (شاملة).
  • ستؤدي القيم خارج هذا النطاق إلى ظهور رسالة خطأ.

• التحقق من صحة ضغط البخار:

  • يجب أن تكون رقمًا إيجابيًا صالحًا.
  • ستؤدي القيم السلبية إلى ظهور رسالة خطأ.
  • يُسمح بالصفر ولكن قد لا يكون ذا معنى في معظم السياقات.

إذا حدثت أي أخطاء في التحقق من الصحة، ستعرض الحاسبة رسائل خطأ مناسبة ولن تتقدم في الحساب حتى يتم توفير مدخلات صحيحة.

أمثلة عملية

دعنا نمر عبر بعض الأمثلة العملية لتوضيح كيفية استخدام حاسبة قانون راؤول:

المثال 1: محلول مائي من السكر

افترض أن لديك محلول من السكر (سكروز) في الماء عند 25 درجة مئوية. نسبة المولات للماء هي 0.9، وضغط بخار الماء النقي عند 25 درجة مئوية هو 3.17 كيلو باسكال.

المدخلات:

• نسبة المولات للمذيب (الماء): 0.9
• ضغط بخار المذيب النقي: 3.17 كيلو باسكال

الحساب: $P_{solution} = X_{solvent} \times P^{\circ}_{solvent} = 0.9 \times 3.17 \text{ kPa} = 2.853 \text{ kPa}$

النتيجة: ضغط بخار محلول السكر هو 2.853 كيلو باسكال.

المثال 2: خليط الإيثانول والماء

اعتبر خليطًا من الإيثانول والماء حيث نسبة المولات للإيثانول هي 0.6. ضغط بخار الإيثانول النقي عند 20 درجة مئوية هو 5.95 كيلو باسكال.

المدخلات:

• نسبة المولات للمذيب (الإيثانول): 0.6
• ضغط بخار المذيب النقي: 5.95 كيلو باسكال

الحساب: $P_{solution} = X_{solvent} \times P^{\circ}_{solvent} = 0.6 \times 5.95 \text{ kPa} = 3.57 \text{ kPa}$

النتيجة: ضغط بخار الإيثانول في الخليط هو 3.57 كيلو باسكال.

المثال 3: محلول مخفف جدًا

بالنسبة لمحلول مخفف جدًا حيث نسبة المولات للمذيب هي 0.99، وضغط بخار المذيب النقي هو 100 كيلو باسكال:

المدخلات:

• نسبة المولات للمذيب: 0.99
• ضغط بخار المذيب النقي: 100 كيلو باسكال

الحساب: $P_{solution} = X_{solvent} \times P^{\circ}_{solvent} = 0.99 \times 100 \text{ kPa} = 99 \text{ kPa}$

النتيجة: ضغط بخار المحلول هو 99 كيلو باسكال، وهو قريب جدًا من ضغط بخار المذيب النقي كما هو متوقع لمحلول مخفف.

حالات استخدام قانون راؤول

يمتلك قانون راؤول العديد من التطبيقات عبر مجالات الكيمياء والهندسة الكيميائية والتخصصات ذات الصلة:

1. عمليات التقطير

تعتبر عمليات التقطير واحدة من أكثر التطبيقات شيوعًا لقانون راؤول. من خلال فهم كيفية تغير ضغط البخار مع التركيب، يمكن للمهندسين تصميم أعمدة تقطير فعالة لـ:

• تكرير النفط لفصل النفط الخام إلى عدة كسور
• إنتاج المشروبات الكحولية
• تنقية المواد الكيميائية والمذيبات
• تحلية مياه البحر

2. التركيبات الصيدلانية

في علوم الصيدلة، يساعد قانون راؤول في:

• توقع ذوبان الأدوية في مذيبات مختلفة
• فهم استقرار التركيبات السائلة
• تطوير آليات الإفراج المتحكم فيه
• تحسين عمليات الاستخراج للمكونات الفعالة

3. العلوم البيئية

يستخدم علماء البيئة قانون راؤول لـ:

• نمذجة تبخر الملوثات من المسطحات المائية
• توقع مصير ونقل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)
• فهم تقسيم المواد الكيميائية بين الهواء والماء
• تطوير استراتيجيات التنظيف للمواقع الملوثة

4. التصنيع الكيميائي

في التصنيع الكيميائي، يعتبر قانون راؤول ضروريًا لـ:

• تصميم أنظمة التفاعل التي تشمل الخلطات السائلة
• تحسين عمليات استرجاع المذيبات
• توقع نقاء المنتج في عمليات التبلور
• تطوير عمليات الاستخراج والتسرب

5. البحث الأكاديمي

يستخدم الباحثون قانون راؤول في:

• دراسة الخصائص الديناميكية الحرارية للمحاليل
• التحقيق في التفاعلات الجزيئية في الخلطات السائلة
• تطوير تقنيات فصل جديدة
• تدريس المفاهيم الأساسية في الكيمياء الفيزيائية

بدائل لقانون راؤول

بينما يعتبر قانون راؤول مبدأً أساسيًا للمحاليل المثالية، توجد العديد من البدائل والتعديلات للأنظمة غير المثالية:

1. قانون هنري

بالنسبة للمحاليل المخففة جدًا، غالبًا ما يكون قانون هنري أكثر ملاءمة:

$P_i = k_H \times X_i$

حيث:

• $P_i$ هو الضغط الجزئي للمذاب
• $k_H$ هو ثابت هنري (محدد لزوج المذاب-المذيب)
• $X_i$ هو نسبة المولات للمذاب

يعتبر قانون هنري مفيدًا بشكل خاص للغازات المذابة في السوائل وللمحاليل المخففة جدًا حيث تكون التفاعلات المذيب-المذاب غير ملحوظة.

2. نماذج معامل النشاط

بالنسبة للمحاليل غير المثالية، يتم تقديم معاملات النشاط ($\gamma$) لحساب الانحرافات:

$P_i = \gamma_i \times X_i \times P^{\circ}_i$

تشمل نماذج معامل النشاط الشائعة:

• معادلات مارغوليس (للمخاليط الثنائية)
• معادلة فان لار
• معادلة ويلسون
• نموذج NRTL (السائل غير العشوائي ذو السائل الثنائي)
• نموذج UNIQUAC (النموذج الكيميائي الشامل)

3. نماذج معادلة الحالة

بالنسبة للخلطات المعقدة، خاصة عند الضغوط العالية، تستخدم نماذج معادلة الحالة:

• معادلة بنغ-روبنسون
• معادلة سوافي-ريدليش-كونغ
• نماذج SAFT (نظرية السوائل المرتبطة إحصائيًا)

توفر هذه النماذج وصفًا أكثر شمولاً لسلوك السوائل ولكنها تتطلب المزيد من المعلمات والموارد الحاسوبية.

تاريخ قانون راؤول

سُمي قانون راؤول على اسم الكيميائي الفرنسي فرانسوا-ماري راؤول (1830-1901)، الذي نشر أولى نتائجه حول انخفاض ضغط البخار في عام 1887. كان راؤول أستاذًا في الكيمياء في جامعة غرونوبل، حيث أجرى أبحاثًا واسعة حول الخصائص الفيزيائية للمحاليل.

مساهمات فرانسوا-ماري راؤول

تضمنت أعمال راؤول التجريبية قياس ضغط بخار المحاليل التي تحتوي على مواد مذابة غير متطايرة. من خلال التجارب الدقيقة، لاحظ أن الانخفاض النسبي في ضغط البخار كان متناسبًا مع نسبة مولات المذاب. أدى هذا الملاحظة إلى صياغة ما نعرفه الآن بقانون راؤول.

نُشرت أبحاثه في عدة أوراق، وكانت الأكثر أهمية هي "Loi générale des tensions de vapeur des dissolvants" (القانون العام لضغوط بخار المذيبات) في Comptes Rendus de l'Académie des Sciences في عام 1887.

التطور والأهمية

أصبح قانون راؤول أحد المبادئ الأساسية في دراسة الخصائص المولية - الخصائص التي تعتمد على تركيز الجسيمات بدلاً من هويتها. جنبًا إلى جنب مع خصائص مولية أخرى مثل ارتفاع نقطة الغليان، وانخفاض نقطة التجمد، والضغط الأسموزي، ساعد قانون راؤول في تأسيس الطبيعة الجزيئية للمادة في وقت كانت فيه نظرية الذرة لا تزال تتطور.

اكتسب القانون أهمية أكبر مع تطور الديناميكا الحرارية في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. قام جي. ويلارد غيبس وآخرون بتضمين قانون راؤول في إطار ديناميكي حراري أكثر شمولاً، مما أسس علاقته مع الجهد الكيميائي والكمية المولية الجزئية.

في القرن العشرين، مع تحسين فهم التفاعلات الجزيئية، بدأ العلماء في التعرف على حدود قانون راؤول للمحاليل غير المثالية. أدى ذلك إلى تطوير نماذج أكثر تعقيدًا تأخذ في الاعتبار الانحرافات عن المثالية، مما وسع فهمنا لسلوك المحلول.

اليوم، لا يزال قانون راؤول حجر الزاوية في تعليم الكيمياء الفيزيائية وأداة عملية في العديد من التطبيقات الصناعية. تجعل بساطته منه نقطة انطلاق ممتازة لفهم سلوك المحاليل، حتى عند استخدام نماذج أكثر تعقيدًا للأنظمة غير المثالية.

أمثلة على الشيفرات لحسابات قانون راؤول

إليك أمثلة على كيفية تنفيذ حسابات قانون راؤول في لغات البرمجة المختلفة:

1' صيغة Excel لحساب ضغط بخار قانون راؤول
2' في الخلية A1: نسبة المولات للمذيب
3' في الخلية A2: ضغط بخار المذيب النقي (kPa)
4' في الخلية A3: =A1*A2 (ضغط بخار المحلول)
5
6' دالة VBA في Excel
7Function RaoultsLaw(moleFraction As Double, pureVaporPressure As Double) As Double
8    ' التحقق من صحة المدخلات
9    If moleFraction < 0 Or moleFraction > 1 Then
10        RaoultsLaw = CVErr(xlErrValue)
11        Exit Function
12    End If
13    
14    If pureVaporPressure < 0 Then
15        RaoultsLaw = CVErr(xlErrValue)
16        Exit Function
17    End If
18    
19    ' حساب ضغط بخار المحلول
20    RaoultsLaw = moleFraction * pureVaporPressure
21End Function
22

1def calculate_vapor_pressure(mole_fraction, pure_vapor_pressure):
2    """
3    حساب ضغط بخار محلول باستخدام قانون راؤول.
4    
5    المعلمات:
6    mole_fraction (float): نسبة المولات للمذيب (بين 0 و 1)
7    pure_vapor_pressure (float): ضغط بخار المذيب النقي (kPa)
8    
9    العائدات:
10    float: ضغط بخار المحلول (kPa)
11    """
12    # التحقق من صحة المدخلات
13    if not 0 <= mole_fraction <= 1:
14        raise ValueError("يجب أن تكون نسبة المولات بين 0 و 1")
15    
16    if pure_vapor_pressure < 0:
17        raise ValueError("لا يمكن أن يكون ضغط البخار سالبًا")
18    
19    # حساب ضغط بخار المحلول
20    solution_vapor_pressure = mole_fraction * pure_vapor_pressure
21    
22    return solution_vapor_pressure
23
24# مثال على الاستخدام
25try:
26    mole_fraction = 0.75
27    pure_vapor_pressure = 3.17  # kPa (الماء عند 25 درجة مئوية)
28    
29    solution_pressure = calculate_vapor_pressure(mole_fraction, pure_vapor_pressure)
30    print(f"ضغط بخار المحلول: {solution_pressure:.4f} kPa")
31except ValueError as e:
32    print(f"خطأ: {e}")
33

1/**
2 * حساب ضغط بخار محلول باستخدام قانون راؤول.
3 * 
4 * @param {number} moleFraction - نسبة المولات للمذيب (بين 0 و 1)
5 * @param {number} pureVaporPressure - ضغط بخار المذيب النقي (kPa)
6 * @returns {number} - ضغط بخار المحلول (kPa)
7 * @throws {Error} - إذا كانت المدخلات غير صحيحة
8 */
9function calculateVaporPressure(moleFraction, pureVaporPressure) {
10    // التحقق من صحة المدخلات
11    if (isNaN(moleFraction) || moleFraction < 0 || moleFraction > 1) {
12        throw new Error("يجب أن تكون نسبة المولات رقمًا بين 0 و 1");
13    }
14    
15    if (isNaN(pureVaporPressure) || pureVaporPressure < 0) {
16        throw new Error("يجب أن يكون ضغط البخار النقي رقمًا إيجابيًا");
17    }
18    
19    // حساب ضغط بخار المحلول
20    const solutionVaporPressure = moleFraction * pureVaporPressure;
21    
22    return solutionVaporPressure;
23}
24
25// مثال على الاستخدام
26try {
27    const moleFraction = 0.85;
28    const pureVaporPressure = 5.95; // kPa (الإيثانول عند 20 درجة مئوية)
29    
30    const result = calculateVaporPressure(moleFraction, pureVaporPressure);
31    console.log(`ضغط بخار المحلول: ${result.toFixed(4)} kPa`);
32} catch (error) {
33    console.error(`خطأ: ${error.message}`);
34}
35

1public class RaoultsLawCalculator {
2    /**
3     * حساب ضغط بخار محلول باستخدام قانون راؤول.
4     * 
5     * @param moleFraction نسبة المولات للمذيب (بين 0 و 1)
6     * @param pureVaporPressure ضغط بخار المذيب النقي (kPa)
7     * @return ضغط بخار المحلول (kPa)
8     * @throws IllegalArgumentException إذا كانت المدخلات غير صحيحة
9     */
10    public static double calculateVaporPressure(double moleFraction, double pureVaporPressure) {
11        // التحقق من صحة المدخلات
12        if (moleFraction < 0 || moleFraction > 1) {
13            throw new IllegalArgumentException("يجب أن تكون نسبة المولات بين 0 و 1");
14        }
15        
16        if (pureVaporPressure < 0) {
17            throw new IllegalArgumentException("لا يمكن أن يكون ضغط البخار النقي سالبًا");
18        }
19        
20        // حساب ضغط بخار المحلول
21        return moleFraction * pureVaporPressure;
22    }
23    
24    public static void main(String[] args) {
25        try {
26            double moleFraction = 0.65;
27            double pureVaporPressure = 7.38; // kPa (الماء عند 40 درجة مئوية)
28            
29            double solutionPressure = calculateVaporPressure(moleFraction, pureVaporPressure);
30            System.out.printf("ضغط بخار المحلول: %.4f kPa%n", solutionPressure);
31        } catch (IllegalArgumentException e) {
32            System.err.println("خطأ: " + e.getMessage());
33        }
34    }
35}
36

1#' حساب ضغط بخار محلول باستخدام قانون راؤول
2#'
3#' @param mole_fraction نسبة المولات للمذيب (بين 0 و 1)
4#' @param pure_vapor_pressure ضغط بخار المذيب النقي (kPa)
5#' @return ضغط بخار المحلول (kPa)
6#' @examples
7#' calculate_vapor_pressure(0.8, 3.17)
8calculate_vapor_pressure <- function(mole_fraction, pure_vapor_pressure) {
9  # التحقق من صحة المدخلات
10  if (!is.numeric(mole_fraction) || mole_fraction < 0 || mole_fraction > 1) {
11    stop("يجب أن تكون نسبة المولات رقمًا بين 0 و 1")
12  }
13  
14  if (!is.numeric(pure_vapor_pressure) || pure_vapor_pressure < 0) {
15    stop("يجب أن يكون ضغط البخار النقي رقمًا إيجابيًا")
16  }
17  
18  # حساب ضغط بخار المحلول
19  solution_vapor_pressure <- mole_fraction * pure_vapor_pressure
20  
21  return(solution_vapor_pressure)
22}
23
24# مثال على الاستخدام
25tryCatch({
26  mole_fraction <- 0.9
27  pure_vapor_pressure <- 2.34  # kPa (الماء عند 20 درجة مئوية)
28  
29  result <- calculate_vapor_pressure(mole_fraction, pure_vapor_pressure)
30  cat(sprintf("ضغط بخار المحلول: %.4f kPa\n", result))
31}, error = function(e) {
32  cat("خطأ:", e$message, "\n")
33})
34

1function solution_vapor_pressure = raoultsLaw(mole_fraction, pure_vapor_pressure)
2    % RAOULTS_LAW حساب ضغط بخار محلول باستخدام قانون راؤول
3    %
4    % المدخلات:
5    %   mole_fraction - نسبة المولات للمذيب (بين 0 و 1)
6    %   pure_vapor_pressure - ضغط بخار المذيب النقي (kPa)
7    %
8    % الإخراج:
9    %   solution_vapor_pressure - ضغط بخار المحلول (kPa)
10    
11    % التحقق من صحة المدخلات
12    if ~isnumeric(mole_fraction) || mole_fraction < 0 || mole_fraction > 1
13        error('يجب أن تكون نسبة المولات بين 0 و 1');
14    end
15    
16    if ~isnumeric(pure_vapor_pressure) || pure_vapor_pressure < 0
17        error('لا يمكن أن يكون ضغط البخار النقي سالبًا');
18    end
19    
20    % حساب ضغط بخار المحلول
21    solution_vapor_pressure = mole_fraction * pure_vapor_pressure;
22end
23
24% مثال على الاستخدام
25try
26    mole_fraction = 0.7;
27    pure_vapor_pressure = 4.58;  % kPa (الماء عند 30 درجة مئوية)
28    
29    result = raoultsLaw(mole_fraction, pure_vapor_pressure);
30    fprintf('ضغط بخار المحلول: %.4f kPa\n', result);
31catch ME
32    fprintf('خطأ: %s\n', ME.message);
33end
34

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هو قانون راؤول؟

ينص قانون راؤول على أن ضغط بخار محلول يساوي ضغط بخار المذيب النقي مضروبًا في نسبة المولات للمذيب في المحلول. يتم التعبير عنه رياضيًا كالتالي P = X × P°، حيث P هو ضغط بخار المحلول، وX هو نسبة المولات للمذيب، وP° هو ضغط بخار المذيب النقي.

متى ينطبق قانون راؤول؟

ينطبق قانون راؤول بدقة أكبر على المحاليل المثالية، حيث تكون التفاعلات الجزيئية بين جزيئات المذيب والمذاب مشابهة لتلك بين جزيئات المذيب نفسها. يعمل بشكل أفضل للمحاليل ذات المكونات الكيميائية المماثلة، والتركيزات المنخفضة، وعند درجات حرارة وضغوط معتدلة.

ما هي حدود قانون راؤول؟

تشمل الحدود الرئيسية: (1) ينطبق بشكل صارم على المحاليل المثالية، (2) غالبًا ما تظهر المحاليل الحقيقية انحرافات بسبب التفاعلات الجزيئية، (3) يفترض أن المذاب غير متطاير، (4) لا يأخذ في الاعتبار تأثيرات درجة الحرارة على التفاعلات الجزيئية، و(5) ينكسر عند الضغوط العالية أو بالقرب من النقاط الحرجة.

ما هو الانحراف الإيجابي عن قانون راؤول؟

يحدث الانحراف الإيجابي عندما يكون ضغط بخار المحلول أعلى من المتوقع وفقًا لقانون راؤول. يحدث هذا عندما تكون التفاعلات بين المذيب والمذاب أضعف من التفاعلات بين المذيب والمذيب، مما يؤدي إلى هروب المزيد من الجزيئات إلى المرحلة البخارية. تشمل الأمثلة خليط الإيثانول والماء وحلول البنزين والميثانول.

ما هو الانحراف السلبي عن قانون راؤول؟

يحدث الانحراف السلبي عندما يكون ضغط بخار المحلول أقل من المتوقع وفقًا لقانون راؤول. يحدث هذا عندما تكون التفاعلات بين المذيب والمذاب أقوى من التفاعلات بين المذيب والمذيب، مما يؤدي إلى هروب عدد أقل من الجزيئات إلى المرحلة البخارية. تشمل الأمثلة خليط الكلوروفورم والأسيتون وحلول حمض الهيدروكلوريك والماء.

كيف تؤثر درجة الحرارة على حسابات قانون راؤول؟

تؤثر درجة الحرارة مباشرة على ضغط بخار المذيب النقي (P°) ولكن لا تؤثر على العلاقة التي يصفها قانون راؤول نفسه. مع زيادة درجة الحرارة، يزيد ضغط بخار المذيب النقي بشكل أسي وفقًا لمعادلة كلاوزيوس-كلابيرون، مما يزيد بدوره ضغط بخار المحلول بشكل متناسب.

هل يمكن استخدام قانون راؤول للمخاليط التي تحتوي على مكونات متطايرة متعددة؟

نعم، ولكن بشكل معدل. بالنسبة للمحاليل التي تحتوي على مكونات متعددة متطايرة، يساهم كل مكون في ضغط البخار الكلي وفقًا لقانون راؤول. يكون ضغط البخار الكلي هو مجموع هذه الضغوط الجزئية: P_total = Σ(X_i × P°_i)، حيث تمثل i كل مكون متطاير.

كيف يرتبط قانون راؤول بارتفاع نقطة الغليان؟

يشرح قانون راؤول ارتفاع نقطة الغليان، وهي خاصية مولية. عندما يضاف مذاب غير متطاير إلى مذيب، ينخفض ضغط بخار المذيب وفقًا لقانون راؤول. نظرًا لأن الغليان يحدث عندما يساوي ضغط البخار ضغط الهواء، فإن درجة حرارة أعلى مطلوبة للوصول إلى هذه النقطة، مما يؤدي إلى ارتفاع نقطة الغليان.

كيف يمكنني تحويل بين وحدات الضغط المختلفة في حسابات قانون راؤول؟

تشمل تحويلات وحدات الضغط الشائعة:

• 1 atm = 101.325 kPa = 760 mmHg = 760 torr
• 1 kPa = 0.00987 atm = 7.5006 mmHg
• 1 mmHg = 1 torr = 0.00132 atm = 0.13332 kPa تأكد من أن ضغط بخار المذيب النقي وضغط بخار المحلول معبر عنهما بنفس الوحدات.

كيف يستخدم قانون راؤول في عمليات التقطير؟

في التقطير، يساعد قانون راؤول في توقع التركيب البخاري فوق خليط سائل. سيكون للمكونات ذات ضغوط البخار الأعلى تركيزات أعلى في المرحلة البخارية مقارنة بالمرحلة السائلة. هذه الاختلافات في التركيب البخاري والسائل هي ما يجعل الفصل ممكنًا من خلال دورات التبخير والتكثيف المتعددة في عمود التقطير.

المراجع

1. أتكينز، ب. ودي باولا، ج. (2014). الكيمياء الفيزيائية لأتكينز (الطبعة العاشرة). مطبعة جامعة أكسفورد.

2. ليفين، إ. ن. (2009). الكيمياء الفيزيائية (الطبعة السادسة). مطبعة ماكغرو هيل.

3. سميث، ج. م. وفان نيس، هـ. ج. وآبوت، م. م. (2017). مقدمة في الديناميكا الحرارية للهندسة الكيميائية (الطبعة الثامنة). مطبعة ماكغرو هيل.

4. براوزنيتس، ج. م. وليختنثالير، ر. ن. ودي أزيفيدو، إ. ج. (1998). الديناميكا الحرارية الجزيئية للتوازن في الطور السائل (الطبعة الثالثة). مطبعة برنتيس هول.

5. راؤول، ف. م. (1887). "Loi générale des tensions de vapeur des dissolvants" [القانون العام لضغوط بخار المذيبات]. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences، 104، 1430–1433.

6. ساندلر، س. إ. (2017). الديناميكا الحرارية الكيميائية والبيوكيميائية والهندسية (الطبعة الخامسة). مطبعة جون وايلي وأولاده.

7. "قانون راؤول." ويكيبيديا، مؤسسة ويكيميديا، https://en.wikipedia.org/wiki/Raoult%27s_law. تم الوصول إليه في 25 يوليو 2025.

8. "ضغط البخار." كيمياء ليبريتيكس، https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Physical_Properties_of_Matter/States_of_Matter/Phase_Transitions/Vapor_Pressure. تم الوصول إليه في 25 يوليو 2025.

9. "الخصائص المولية." أكاديمية خان، https://www.khanacademy.org/science/chemistry/states-of-matter-and-intermolecular-forces/mixtures-and-solutions/v/colligative-properties. تم الوصول إليه في 25 يوليو 2025.

جرب حاسبة ضغط بخار قانون راؤول اليوم لتحديد ضغط بخار محاليلك بسرعة ودقة. سواء كنت تدرس لامتحان، أو تجري بحثًا، أو تحل مشاكل صناعية، ستوفر لك هذه الأداة الوقت وتضمن حسابات دقيقة.