قوانين الغازات

الغازات

تُعدّ الغازات إحدى حالات المادة الثلاث، والتي تتألف من عدد كبير من الجزيئات المتحركة بطريقة فوضوية في جميع الاتجاهات، حيث تتصادم هذه الجزيئات مع بعضها البعض ومع الجدران الحاوية لها، وينتج عن تلك التصادمات التي لا حصر لها ضغط الغاز، وفي حالة تواجد هذه الجزيئات في الفضاء، فإنّها تنتشر بشكل عشوائي وفي اتجاهات تعسفية وبسرعات ​​تحددها درجة حرارة الغاز، وفيما يجدر ذكره أنّ الغاز يظهر ثابتًا بالعين البشرية؛ وذلك بسبب التصادمات الكثيرة والتي تحدث كل ثانية على جميع أقسام الجدران، وسيتحدث هذا المقال عن قوانين الغازات.^[١]

قوانين الغازات

تُعرف قوانين الغازات بأنّها مجموعة من القوانين الموضحة للعلاقة بين الضغط والحجم ودرجة حرارة الغازات، وتم تطويرها في نهاية القرن الثامن عشر، وتتضمن قوانين الغازات: قانون بويل، وقانون شارل، وقانون غاي ـ لوساك، والقانون العام للغازات، وقانون أفوجادروا، وسيتم ذكر معلومات عن هذه القوانين فيما يأتي:^[٢]

• قانون بويل: درس العالم روبرت بويل العلاقة بين الحجم والضغط الغاز عنذ ثبات درجة الحرارة، ووضع قانونه المُسمى بقانون بويل عام 1662م، والذي ينص على أنّ حجم كتلة معينة من الغاز يتناسب عكسيًا مع ضغطه عند درجة حرارة ثابتة، ويمكن تمثيل القانون رياضيًا بالعلاقة الآتية: P2V2= P1V1 حيث إنّ P تُعبّر عن الضغط، وV عن حجم الغاز.
• قانون شارل: وضع العالم جاك شارل قانونه عام 1787م، والذي ينص على أنّ حجم كمية معينة من الغاز تحت تأثير ضغط ثابت يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة، وذلك بافتراض أنّ النظام مغلق، ويُعبّر عن هذا القانون رياضيًا بالعلاقة الآتية: V1/ T1= V2/T2، حيث إنّ V هو حجم الغاز، وT درجة الحرارة المطلقة.
• قانون غاي-لوساك: وُضع قانون غاي ـ لوساك عام 1808م، والذي ينص على أنّه إذا وُضعت كمية من الغاز في وعاءٍ مغلقٍ ذي حجم ثابت، فإنّ ضغط الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة، ويُعبّر عن هذا القانون رياضيًا بالعلاقة الآتية: P1/ T1= P2/ T2، حيث إنّ P هو ضغط الغاز، وT هي درجة الحرارة المطلقة.
• القانون العام للغازات: يتم الحصول على القانون العام للغازات من خلال الجمع بين قانون بويل وقانون تشارلز وقانون غاي-لوساك، حيث يُظهر القانون العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة لكتلة ثابتة من الغاز، ويتم التعبير عنه رياضيًا بالعلاقة الآتية: P1 V1 / T1= P2 V2/ T2
• قانون أفوجادرو: يُعدّ قانون أفوجادروا أحد قوانين الغازات والذي ينص على أنّ الحجم الذي يشغله الغاز يتناسب طرديًا مع عدد جزيئات الغاز، ويُعبّر القانون عن الحجم المولي للغاز و الذي يصل إلى 22.4 لتر، ويتم التعبير عن هذا القانون رياضيًا كالآتي: V1/ n1= V2/n2، حيث إنّ n تُعبّر عن عدد جزيئات الغاز أو عدد مولات الغاز.

خصائص الغازات

تمتلك الغازات كثافة أقل من الحالات الأخرى للمادة، كالمواد الصلبة والسائلة، كما أنّها لا تمتلك شكلًا ولا حجمًا ثابتيْن، وهناك قدر كبير من المساحة الفارغة بين الجزيئات كما ذكر سابقًا، والتي تمتلك الكثير من الطاقة الحركية، حيث إنّها تتحرك بسرعة كبيرة وتصطدم ببعضها البعض، مما يجعلها تنتشر حتى يتم توزيعها بالتساوي في جميع أنحاء المكان الموجودة فيه،^[٣] وتُعزى الخصائص الأكثر دقة للغازات مثل التوصيل الحراري و اللزوجة أيّ مقاومة التدفق والانتشار إلى الجزيئات نفسها التي تحمل الكميات الميكانيكية من الطاقة والزخم والكتلة، وتسيطر هذه الكميات على معدل النقل والتصادمات بين هذه الجزيئات، حيث تكون مساراتها في أشكال ملتوية، ويمكن التحكم في هذه التصادمات أيضًا بواسطة القوى بين الجزيئات، كما يتم وصفها بواسطة قوانين الميكانيكا.^[١]

المراجع

1. ^ ^{أ ب} "Gas", www.britannica.com, Retrieved 06-01-2019. Edited.
2. ↑ "Gas laws ", www.wikiwand.com, Retrieved 06-01-2019. Edited.
3. ↑ "Properties of Matter: Gases", www.livescience.com, Retrieved 06-01-2019. Edited.