تعرف حالات المادة قديما بثلاثة حالات ألا وهي الحالة الصلبة والحالة السائلة والحالة الغازية وعندما تم التعرف عليها واثبات أنها ثلاث حالا فقط وتوافر أشكالها في الطبيعة، بدأ العلماء في عمل بعض الابحاث العلمية التي تثبت خصائص كل نوع من حالات المادة وما يميزها عن غيرها. ونعرض لكم الآن قانون بويل المختص في دراسة خصائص الحالة الغازية للمادة تحت درجات حرارة وضغط وحجم معين سواء كانت بالزيادة أو النقصان،

يعتبر

قانون بويل

من أهم قوانين الغازات حيث أنه اشتق منه قانون الغاز المثالي الشهير في عالم الكيمياء، وهو قانون يصف التغيرات التي تحدث في حجم الغاز عند تغير الضغط.

لماذا سمي قانون بويل بهذا الاسم ؟

يسمي

قانون بويل بهذا الاسم نظرا لأن أول من اثبت صحته ونشر نتائج أبحاثه وتجاربه هو الفيلسوف الأيرلندي روبرت بويل وتم ذلك في عام 1662 كما سمي هذا القانون مسبقا بقانون الطبيعة.

قصة قانون بويل

لم يكن الكيميائي الإيرلندي بويل هو المكتشف الأول لهذا القانون، فقد سبقه في اكتشافه كيميائيون آخرون، حيث قام كلا من هنري باور ورتشارد تونيل في عامي 1660 و1661 بعدة تجارب على عينات من الهواء تحت ضغط أقل من

الضغط الجوي

، واكتشف أن حاصل ضرب ضغط الهواء في حجمه يعطي نتيجة ثابتة دائما.

وفي العام التالي قام العالم الإنجليزي

روبرت هوك

بعدة تجارب شبيهه لتجربة هنري باور على عينة من الهواء تحت ضغط أعلى من الضغط الجوي، والتي جاءت نتائجها متوافقة تماما مع النتائج السابقة، وبعدها جاء الإيرلندي بويل الذي أكد نتائج تجارب زملائه، ونشرها عام 1662 ميلادي، كما اشتهرت كتابات العالم الفرنسي آدمي ماريوت الذي نشر تجاربه الخاصة على الغازات عام 1679 ميلادي، وعرف بعدها بقانون ماريوت في قارة أوروبا.

نص قانون بويل

يتناسب حجم الغاز عكسيا مع ضغط عينة الغاز عند درجة حرارة ثابتة، حيث عندما يزداد حجم الغاز عند نقصان الضغط الواقع عليه، ويقل حجمه بزيادة الضغط الواقع عليه، وحجم الغاز في ضغطه يظل رقم ثابت.

عمل بويل على اثبات علاقة أخرى بين حجم الهواء والكثافة، ووجد أن هناك علاقة عكسية بينهما، بمعني أنه عندما تقل كثافة الهواء يزداد حجمه.

نص المعادلة الرياضية لقانون بويل هي

pv= k

حيث p هو ضغط الغاز، v هو حجم الغاز، k هو رقم ثابت وتعتمد على نظام الوحدات الذي يعتمد عليه كلا من الضغط والحجم.

العلاقة بين قانون بويل والنظرية الحركية للغازات الحقيقية

تتصرف معظم الغازات بطريقة مثالية الغازات عند درجة حرارة الغرفة، وبالخروج عن الطريقة المثالية يبدأ أن نلاحظ حقيقة سلوك الغاز عند ارتفاع الضغط وانخفاض درجات الحرارة، وهنا تظهر نظرية الغاز الحقيقي والخروج عن السلوك المثالي للغاز وقياس مدي الانحرافية وعامل الانضغاط عن الغاز المثالي حيث ينص قانون الغاز المثالي على pv=nRT

حيث P هو ضغط الغاز، v هو حجم الغاز، n هو عدد مولات الغاز، R هو الثابت العام للغازات والذي يختلف رقمه بناء على الوحدات المستخدمة، T وهي درجة الحرارة التي تم عندها التجربة.

وهو ما اشتق منه العديد من الكتب والاثباتات العلمية لكبار العلماء الذين عرفوا على مر التاريخ ونذكر على سبيل المثال منها

البرت أينشتاين

حيث أظهر أينشتاين في عام 1905 كيف تطبق النظرية الحركية وتنطبق على نظرية الحركة البراونية في السوائل الغراونية وهي السوائل التي تكون جزيئاتها معلقة ولكن لا تري بالعين المجردة، و لودفيغ بولتزمان الذي جمع بينها واستخدم

قوانين نيوتن

للحركة مع التطبيق على المستوى الجزيئي للغازات.