محتويات
تهتز جسيمات المادة الغازية في مكانها
تهتز جسيمات المادة الغازية دون المجهرية لتكون جسيمات سريعة في الحركة، وفي المادة الغازية تتباعد الجزيئات الخاصة بالذرات وهي صغيرة جداً لا يُعرف عنها الكثير، وعلى سبيل المثال يتواجد أكثر من 100 نوع من الذرات، وهي مرئية ومتعارف عليها من الجدول الدوري، ونتحدث عن الذرات لأنها تبقى في وحدة متناهية الصغر تسمى الجزيئات، وهناك انحرافات رياضية قد تسبب الاختلاف في حجم الجسيمات بين الجزيئات في المادة الغازية، ولهذا تم دمج القوانين في معادلة قانون الغاز المثالي من أجل ايجاد المتغيرات الخاصة بالضغط أو الحجم أو درجة الحرارة.[1]
خصائص المادة الغازية
- حالة المادة الغازية.
- المادة الغازية ودرجة الحرارة.
- المادة الغازية قابلة للقياس.
حالة المادة الغازية: المادة الغازية هي حالة مادة ليس لها شكل أو حجم، وتتميز الغازات بدرجة كثافة أقل من حالات المادة الأخرى من المادة الصلبة أو السائلة، وتعرف المادة الغازية بوجود قدر كبير بين الجسيمات، يحتوى على ما يسمى الطاقة الحركية التي لا تنجذب لبعضها البعض، ومن المعلوم عن المادة الغازية أن لها جزيئات على هيئة جسيمات تتحرك بسرعة متصادمة مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى انتشارها وتوزيعها في الحاوية الساكنة بها، رغم أن المادة الغازية أو الغاز ليس من المواد التي يمكن احتوائها، فعندما يتم حصر المادة الغازية في الحاوية، تقل مساحة الانتشار الخاصة بالجزيئات، فتمارس قوة أكبر على الحجم الداخلي للحاوية، فيما يسمى الضغط أي أن المادة الغازية تصبح مضغوطة.
المادة الغازية ودرجة الحرارة: وفقاً لجامعة بوردو يمكن أن يتم تحويل الغاز إلى مادة سائلة، عن طريق الضغط مع وجود شرط هام وهو عدم الوصول إلى درجة الحرارة الحركة، فلا يمكن أن يتم تسييل البخار بغض النظر عن الضغط المتواجد وهنا يتم تسمية الضغط المتواجد بالضغط الحرج اللازم لتسييل الغاز عند درجات الحرارة الحرجة.
المادة الغازية قابلة للقياس: الغازات من المواد التي لها خصائص قابلة للقياس عن طريق درجة الحرارة والضغط الذي يشار إليه في المعادلات، وغالباً ما يشار مقياس كلفن لعدد الجسيمات ويتم التعبير عنها بحرف (v)، الذي يتضمن درجة حرارة الغاز، ولأن الحرارة والضغط يختلفان من مكان لآخر، استخدم العلماء ما يسمى مرجعية القياس لجسيمات المادة الغازية، ويتم ذكرها بالآتي فدرجة الحرارة في المعادلات والحسابات هي درجة حرارة قياسية، عند نقطة تجمد الماء وهي 32 درجة، أما الضغط القياسي هو ضغط جوي عند مستوى سطح البحر، ولهذا وجدت قوانين تشير إلى المادة الغازية من درجة حرارة للغاز وضغطه وقد طور العلماء قوانين متعددة لوصف العلاقات فيما بينهم.
جسيمات المادة الغازية
- قانون بويل.
- قانون تشارلز( قانون جاي لوساك).
- رقم أفوجادرو.
هناك قوانين تخص درجة حرارة المادة الغازية تؤثر في الغاز والضغط مما أدى لبحث العديد من العلماء عن وصف العلاقات فيما بينهم، فتقترب القوانين من وصف معظم الغازات.
قانون بويل: روبرت بويل هو كيميائي تحدث عن درجة الحرارة الثابتة وعلاقتها العكسية بالحجم والضغط، فكلما زاد الحجم انخفض الضغط وهذا ما يسمى قانون بويل الذي تأكد للباحثين من خلاله أن زيادة مساحة جزيئات الغاز تنتشر بشكل مختلف ومتعدد، مما يسبب قلة عدد الجسيمات التي يحدث لها تصادم في الحاوية، مما يسبب انخفاض الضغط، ومع تقليل حجم الحاويات يحدث تصادم في الجسيمات ،مما يسبب زيادة الضغط مثل ما يحدث في إطارات الهواء، فعندما تمتلئ بالهواء تتجمع الجزيئات الغازية معاً.
قانون تشارلز (قانون جاي لوساك): هو كيميائي فرنسي، له بحث تحدث فيه عن درجة الحرارة وحجم المادة الغازية التي يتم الاحتفاظ بها عند الضغط الثابت، وهنا تشير معظم المعادلات المستخدمة إلى قانون تشارلز أو قانون جاي لوسك عن جسيمات المادة الغازية، ونص القانون على حجم ودرجة الحرارة للغاز والعلاقة المباشر بينهم، فكلما زادت درجة الحرارة زاد الحجم مع ثبات الضغط، مما يؤدي لتسخين المادة الغازية وزيادة الطاقة الحركية لجسيمات الغاز، مما يسبب تمدد الغاز لكي يحافظ على ثبات الضغط ولهذا يجب زيادة حجم الحاوية عند تسخين الغاز، وهنا شرح قانون جاي لوسك قاعدة هامة جداً وهي أنه لا يجب تسخين حاوية مغلقة أبداً، فلا يمكن زيادة درجة الحرارة دون زيادة الحجم لاستيعاب الغاز، لأن تراكم الضغط داخل الحاويات يسبب انفجارها نتيجة انفجار جسيمات الغاز.
رقم أفوجادرو: اقترح العالم الإيطالي قانون عن الطبيعة الخاصة بالمادة الغازية، وتحدث فيه عن الأحجام المتساوية من الغاز عند نفس الدرجة بغض النظر عن الخصائص الكيميائية والفيزيائية، والطاقة الحركية لكل وحدة من درجات الحرارة هي قيمة ثابتة، فعندما تقترب درجة حرارة المواد من الغليان فإن تمدد جزيئات الغاز لا يحدث بانتظام.[2]
حركة جزيئات المادة الغازية
الغاز هو إحدى الحالات الأساسية للمادة ينتج عنها خصائص مختلفة ومتعددة ومن المميزات الرائعة في الغازات أنها لا تحتوي على بنية على الإطلاق، فليس لها حجم أو شكل محدد، في حين أن المواد الصلبة هي مواد عادية لها حجم وشكل محدد، وتتكيف المادة الغازية في أي حاوية تبعاً لحجم الحاوية لا الشكل، كما عُرف عن الصورة الحركية لجزيئات المادة الغازية، إنها بنية تمتلك ما يسمى النطاق الجزيئي، وتتكون من عدد كبير من حركات الجزيئات في شكلها العشوائي فتنتقل بشكل عشوائي، في اتجاهات عشوائية نتيجة الضغط الذي يتم ممارسته والحفظ في جدران الحاوية.
المسافة بين جزيئات المادة الغازية
تتعدد الظواهر الفيزيائية، ولهذا من الهام والمفيد أن يتم تحديد المقادير العددية، وهناك العديد من الخصائص التي وجب تحديد قيمة لها من أجل التعرف على طبيعة الجزيئات الغازية، وتتضمن تلك المميزات أو الخصائص الحجم ومتوسط السرعة من أجل الفصل بين الجزيئات في درجة الحرارة والضغط، وتم اثبات أن الجزيئات لها أحجام يتم ترتيبها عن طريق وحدات الأنجستروم ويتم قياس ذلك بحوالي ( 6*10 23) جزئ في مول واحد، ويتم تعريف ذلك بكمية المادة التي تساوي الكتلة بالجرام، ومن أسهل الخصائص التي يمكن أن يتم تحديدها هي متوسط المسافة بين الجزيئات مقارنة بالقطر وهنا يتم استخدام الماء بحوالي 100 درجة مئوية مع الضغط الجوي مع قياس ظروف نقطة الغليان (H2O) ، فيتم تحويلها إلى بخار مما يجعلها تشغل حجما يساوي 1.67 * 10 3 سم3 .
متوسط سرعة جزيئات المادة الغازية: من السهل أن يتم تقدير متوسط السرعة لجزيئات المادة الغازية، فالغاز هو مجرد اضطراب لضغط بسيط، يحدث في الجسيمات، وهنا يجب أن تظهر متوسط السرعة الجزيئية للغاز على أن تكون أكبر من سرعة الصوت في الغاز، ومن هنا يمكن الوصول إلى أن الحجم يختلف باختلاف مكعب الكثافة، كما أن نسبة متوسط المسافة التي تصل إليها المادة الغازية الموجودة في السائل تساوي الجذر التكعيبي ل 1600، أما إذا وجدت جزيئات في السائل تلامس كلا من ناحية إلى أخرى تكون نسبة الفصل للقطرالجزيئي في الغاز عادية.[3]
