كيف تكون الجسيمات في الغاز
كيف تكون الجسيمات في الغاز
تكون الجسيمات في الغاز
متباعدة وحرة الحركة
.
هناك العديد من أنواع العناصر التي توجد في الطبيعة على شكل غازات، منها الهيدروجين والأكسجين، بالإضافة إلى العديد من العناصر الأخرى التي درسها الكيميائيون ودرسوا خصائصها وخصائص جسيماتها المختلفة، والغازات هي أحد أنواع العناصر الموجودة في الطبيعة، وتتميز بأنها سريعة الانتشار، كما تتميز بجسيماتها المتباعدة والمنتشرة، وكل نوع من الغازات يختلف عن غيره، ولكنه متشابه في أن جزيئاته حرة وتتحرك بحرية، والروابط بينها ضعيفة، وتحتوي الغازات على جسيمات نشطة وتترتب في الطبيعة بشكل متباعد بسبب تمددها وملئها لأي مساحة تشغلها، كما تكون جسيمات الغاز أضعف من أي جسيمات خاصة بالمواد الأخرى كالصلبة والسائلة.[1]
حركة جسيمات الغاز
تتميز حركة الجسيمات في الغازات بأنها
حركة عشوائية تمامًا، وتعرف بالحركة البراونية .
تتحرك الجسيمات في الغازات بشكل مستقل عن بعضهم البعض وبشكل عشوائي في خطوط مستقيمة، وعند الإصطدام يقومون بتغيير اتجاه حركتهم بطريقة عشوائية تمامًا، لذلك فهي لا تمتلك أي شكل أو حجم محدد فتملء أي مساحة توجد بها، ويرجع هذا الاستقلال الذاتي لحركة الجسيمات في الغاز إلى قوى الارتباط الضعيفة للغاية وسط الجزيئات لذلك تكون جزيئات الغاز في حركة مستمرة وترتبط بسرعة عالية وبالتالي تمتلك طاقة حركية عالية، كما أن جسيمات الغاز لا تظهر أي ترتيب معين ولا متماسك ولا أي نمط من أنماط البنية المنتظمة.[2]
خواص الغازات
- ليس لها شكل أو حجم محدد.
- قابلة للإنضغاط.
- تمدد الغاز.
- الإنتشار.
- كثافته منخفضة.
ليس لها شكل أو حجم محدد
:
ليس للغازات شكل أو حجم محدد، فالحركة العشوائية لجزيئات الغاز تسمح لها بالتمدد أو الانكماش لتحمل حجم الإناء الذي يوجد به، لذلك يشير حجم الغاز إلى مساحة هذا الإناء التي يمكن أن تتحرك فيها جزيئاته، وتؤدي هذه الخاصية إلى احتلال الغازات مساحة أكبر مما لو كانت في حالتها السائلة أو الصلبة، كما تتقلص وتتوسع بكميات يمكن التنبؤ بها اعتمادًا على التغيرات في درجة الحرارة والضغط.
قابلة للإنضغاط
:
الغازات قابلة للإنضغاط بسبب كثافتها المنخفضة و جزيئاتها المتباعدة عن بعضها البعض، وهذا يسمح للجزيئات بالتحرك بحرية لتناسب فجوات المسافة بينهم، فعند الضغط عليها يتضاءل جزء كبير من هذه المسافة وتقترب الجزيئات وبالتالي يقل حجم الحجم، وهو ما يسمى بـ”ضغط الغازات”، كما تؤدي خفض درجة الحرارة أيضًا إلى تقليل كمية الطاقة في الجزيئات فتقل حركتهم بشكل كبير مما يؤدي إلى تقليل حجم الغاز.
تمدد الغاز
:
كما ذكرنا أن الضغط على الغاز يجعله ينكمش، ومن جهة أخرى فإن الغاز يتمدد في المساحات الكبيرة وتؤدي حرية جزيئات الغاز إلى اتخاذ شكل أي إناء توضع فيها وتملئه، بالإضافة إلى أن زيادة درجة الحرارة تجعل الجزيئات تكتسب طاقة حركة فتبتعد عن بعضها وتزداد سرعة حركتها ويكبر حجمها.
الإنتشار
:
كما نعلم أنه يوجد مسافات كبيرة بين جزيئات الغازات مما يجعل الجزيئات سريعة الإنتشار إذا تم خلط غازان أو أكثر مع بعضهما البعض، فتمر جزيئات الغاز الأول في المسافات البينية للغاز الثاني والعكس ويختلطان بشكل سريع ومتجانس، وهو ما يسمى بـ “عملية الإنتشار”.
كثافته منخفضة
:
تحتوي الغازات على جزيئات مشتتة في حجم معين وبالتالي فهي أقل كثافة من حالتها الصلبة أو السائلة، بالإضافة إلى أن الغازات تحتوي على مسافات بينية كبيرة بين الجزيئات مما يقلل من كثافتها، وتؤدي الكثافة المنخفضة إلى سيولة الغازات والسماح لجزيئاتها بالتحرك بسرعة أكبر وبشكل عشوائي.[3]
قوانين الغازات
- قانون بويل.
- قانون تشارلز (جاي لوساك).
- رقم أفوجادرو.
- قانون ثبات الغاز.
قانون بويل
:
ينص قانون بويل للغازات على أن “حجم الغاز والضغط الواقع عليه بينهما علاقة عكسية عند ثبوت درجة الحرارة، أي أن كلما زاد الضغط قل حجم الغاز والعكس”، وسمي هذا القانون بقانون بويل نسبة للعالم روبرت بويل الذي ذكر هذا القانون لأول مرة في عام 1662م في جامعة كاليفورنيا، كما ذكر بويل أن المساحة المتاحة للغازات تسمح بإنتشار الجزيئات بعيدًا عن بعضهم البعض، ويقلل من عدد الجزيئات المتصادمة مع جدار الحاوية، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الواقع على الغاز، وعندما يتم تقليل حجم الحاوية التي تحتوي على كمية غاز معينة يزداد الضغط الواقع على الغاز، على سبيل المثال؛ عندما نملء بالون بالغاز يزداد حجم البالون مع دخول المزيد من الغاز ويزداد الضغط.
قانون تشارلز (جاي لوساك
):
ينص القانون على أن “حجم الغاز ودرجة حرارته بينهما علاقة طردية عند ثبوت الضغط” حيث عند زيادة درجة الحرارة يزداد حجم الغاز ويتمدد إذا كان الضغط ثابتًا، على سبيل المثال؛ عند تسخين الغاز تزداد الطاقة الحركية للجزيئات ويتمدد الغاز ويزداد حجمه، وللحفاظ على الضغط ثابتًا يتم زيادة حجم الإناء الموضوع به الغاز عند تسخينه، وتم تسمية القانون بهذا الاسم نسبةً إلى الكيميائي والفيزيائي الفرنسي جوزيف لويس جاي-لوساك الذي ذكر القانون في عام 1802، حيث نشر ورقة قد وصف فيها العلاقة الطردية بين حجم الغاز ودرجة حرارته عند ضغط ثابت، وقد شرح لنا هذا القانون سبب عدم تسخين حاوية مغلقة؛ فزيادة درجة الحرارة بدون أن نزيد المساحة المتاحة للغاز يجعل الغاز يتمدد وقد يتسبب في إنفجار الحاوية.
رقم أفوجادرو
:
ويشير قانون
رقم أفوجادرو
إلى أن “الأحجام المتساوية من الغاز عند نفس درجة الحرارة والضغط سيكون لها عدد متساوٍ من الجسيمات بعيدًا عن طبيعتها الكيميائية والفيزيائية”، ويرجع هذا القانون إلى العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو لعام 1811م.
قانون ثبات الغاز
:
ويشير القانون إلى أن “الطاقة الحركية لكل مول واحد من الغاز هي قيمة ثابتة”، ويسمى القانون باسم Regnault نسبةً إلى الكيميائي الفرنسي Henri Victor Regnault، الذي قام بدراسة خصائص المادة الحرارية، وذكر أن المادة عندما تقترب من نقطة الغليان تتمدد جزيئات الغاز بشكل غير منتظم.[4]