ما هي خصائص الغازات وقوانينها؟

الغاز هو أحد حالات المادة، ومثل السوائل فإن الغازات موائع أي أن لها قابلية للسريان ولا تقاوم تغيير شكلها، بالرغم من أن لها لزوجة، ما هي خصائصها وقوانينها؟

137- الغازات: خصائصها وقوانينها
--------
الغاز هو أحد حالات المادة، ومثل السوائل فإن الغازات موائع أي أن لها قابلية للسريان ولا تقاوم تغيير شكلها، بالرغم من أن لها لزوجة.

وعلى غير ما يحدث في السوائل، فإن الغازات حرة لا تشغل حجماً ثابتاً ولكنها تملأ أي فراغ يتاح لها.

وطاقة حركة الغازات هي ثاني أهم شيء في حالات المادة (بعد البلازما). ونظراً لزيادة طاقة حركة الغازات فإن جزيئات وذرات الغاز تميل لأن تشغل كل حجم متاح لها، بل النفاذ أيضا خلال حائل من مادة مسامية، ويزداد ذلك بزيادة طاقة حركتها.

ويوجد مفهوم خاطئ يتعلق بأن اصطدام الجزيئات ببعضها ضروري لمعرفة ضغط الغاز، ولكن الحقيقة أن سرعاتها العشوائية كافية لتحديد ضغطها. الاصطدامات بين الجزيئات مهمة فقط للتفاعلات الكيميائة حيث تفسر نظرية التصادم حدوث تفاعل بين جزيئات مادتين. كما يصف توزيع ماكسويل-بولتزمان توزيع سرعات الجزيئات في الغاز واعتمادها على درجة الحرارة ويأخذ الحركة الحرارية للغاز في الحسبان.

تختلف حركة جسيمات الغاز عن حركة جسيمات السوائل التي تتلامس. فعند تواجد جسيمات، مثل حبيبات غبار في غاز نجد أنها تتحرك في حركة براونية، ونشاهد ذلك أحيانا في شعاع الشمس وحركة الغبار في الهواء.

وحيث أنه لا توجد تقنية حالية تمكننا من ملاحظة حركة جسيم غازي (ذرة أو جزيء)، فإن الحسابات النظرية فقط تعطي تصورا عن كيفية تحركهم، ولكن حركة ذرات غاز أو غاز مكون من جزيئات (الأكسجين أو النيتروجين حيث يتكون كل منهما من ذرتين مرتبطتين) فهي تختلف عن الحركة البراونية. والسبب في هذا أن الحركة البراونية تتضمن حركة جسيم غبار تحت تأثير محصلة اصطدامات ذرات الغاز بها.

ويتكون جسيم الغبار غالباً من مليارات الذرات. ويتحرك في أشكال حادة عشوائيا.

تتميز جميع الغازات بالخواص الفيزيائية التالية:
• تأخذ شكل وحجم الإناء الموجودة فيه.
• جميع الغازات قابلة للضغط.
• تختلط الغازات مع بعضها البعض بشكل تام عند وجودها في إناء واحد.
• كثافة الغازات أقل بكثير من كثافة المواد الصلبة والسائلة.

قوانين الغازات، هي علاقات رياضية، توضح تأثر الغاز بالمؤثرات الخارجية الواقعة عليه، كالضغط ودرجة الحرارة، والحجم المحصور فيه.

• قانون شارل:
عند رفع درجة حرارة الغاز، عند ضعطٍ ثابت، فإنّ حجمه يزداد، وعند خفض درجة الحرارة مع ثبات الضغط أيضاً يقل حجم الغاز، إذاً فالعلاقة طرديّة بين درجة حرارة الغاز وحجمه، وينصّ قانون شارل على أن: "حجم كمية معينة من الغاز تحت ضغط ثابت تتغير طردياً مع درجة الحرارة". والذي معادلته:
(V1\T1= V2\T2)

V1 هي حجم الغاز عند درجة الحرارة الأولى.

V2 هي حجم الغاز عند درجة الحرارة الثانية.

• قانون بويل:
عند تثبيت درجة حرارة الغاز، وزيادة الضغط الواقع عليه، فإنّ حجمه سيقِّل، وعند تخفيف الضغط الواقع عليه، فإنّ حجمه سيزداد، أمّا إذا تمّ حصر الغاز في مساحةٍ أصغر أي جعلنا حجمه يقل، سيزداد ضغط هذا الغاز، وعند تكبير المساحة المحصور فيها، سيزيد حجمه، وينصّ قانون بويل على أنه: "عند درجة حرارة معينة، فإنّ ضغط كمية معينة من غاز ما يتناسب عكسياً مع حجم الحيز"، والذي معادلته: (P1×V1= P2×V2)

V1 هي حجم الغاز عند ضغط الغاز الأول: P1
V2 هي حجم الغاز عند ضغط الغاز الثاني: P2

• قانون غاي-لوسا:
عند رفع درجة حرارة الغاز، عند حجمٍ ثابت، فإنّ ضغطه يزداد، وعند خفض درجة الحرارة مع ثبات الحجم أيضاً يقل ضغط الغاز، إذاً فالعلاقة طرديّة بين درجة حرارة الغاز وضغطه، ،وينص غاي لوساك على "إذا وضعت كمية من الغاز في وعاء مغلق ذي حجم ثابت فإن ضغط الغاز يتناسب طردياً مع درجة الحرارة" . والذي معادلته:
(P1\T1= P2\T1)

P1 هي ضغط الغاز عند درجة الحرارة الأولى.
P2 هي ضغط الغاز عند درجة الحرارة الثانية.

يمكن جمع القوانين الثلاثة السابقة بعلاقةٍ واحدة وهي:
(V1×P1\T1= V2×P2\T2)

• قانون الغاز المثالي
(PV=n×R×T)

P: الضغط، بوحدة ضغط جوي.
V: حجم الغاز، بوحدة لتر.
n: عدد المولات في الغاز
R: ثابت الغاز العام، وهو: 0.0821 لتر×ضغط جوي / مول×كلفن.
T: درجة حرارة الغاز بالكلفن.

• قانون أفوجادرو:
"تحتوي أحجام متساوية من غازات مختلفة عند نفس درجة الحرارة والضغط على عددٍ متساوٍ من الجزيئات"، والذي معادلته:
( V\n=R)

V: هي حجم الغاز.
n: عدد مولات الغاز.
R: ثابت الغاز.

تستخدم هذه القوانين في علم الديناميكا الحراريّة؛ لإيجاد الحسابات للعديد من التطبيقات في حياتنا اليوميّة.

إعداد: أ. أسماء حربي.
تدقيق: زكرياء لوطفي.
#فيزيائي
#الفيزياء_للجميع