نظرية الحركة الجزيئية للغازات

الغاز هو إحدى حالات المادة الثلاث، ويتميز بخصائص معينة تختلف عن باقي حالات المادة، بحيث تكون جزئيات الغاز متباعدة وقوى التجاذب بينها شبه معدومة، كما أن جزئيات الغاز تمتاز بالحركة السريعة والعشوائية، وهناك نظرية وضعت من أجل تفسير قوانين الغازات تُعرف بنظرية الحركة الجزيئية.

فرضيات نظرية الحركة الجزيئية

• يتألف الغاز من جزئيات أو ذرات متباعدة عن بعضها البعض تشغل حيزاً كبيراً، مقارنة بالحجم الفعلي لجزئيات الغاز نفسها وأن معظم الحيز الذي يحتله الغاز عبارة عن فراغ.

• جزئيات الغاز في حركة دائمة وعشوائية، ويتحرك كل جزيء في خط مستقيم ما لم يصطدم مع جزيء آخر أو مع جدار الإناء الموجود فيه.

• يتناسب متوسط الطاقة الحركية للجزئيات طردياً مع درجة الحرارة المطلقة، إذ أن الطاقة الحركية للجزيء الذي كتلته ك وسرعته ع هي: إذا رمزنا للكتلة بالرمز ك والسرعة (speed) بالرمز S، يكتب قانون الطاقة الحركية للجزيء بالصورة التالية: الطاقة الحركية= (1)/(2) * كتلة *.

• لا تتأثر حركة الجزيء بوجود الجزئيات الأخرى أو بالإناء الموجود فيه الا عندما يحدث تصادم بين ذلك الجزيء أو الجزئيات الأخرى، أو بينه وبين جدار الإناء الموجود فيه، وفي حالة التصادم قد يفقد أحد الجزئيات طاقة وقد يكسب الجزيء الآخر طاقة، ولكن مجموع طاقتيهما تبقى ثابتة، أي أنها تصادمات مرنة وهكذا فإن الطاقة الكلية للجزئيات تبقى ثابتة. حيث أن متوسط الطاقة الحركية = مجموع الطاقة الحركية لجميع الجزئيات مقسوماً عدد الجزئيات.

استنتاجات نظرية الحركة الجزيئية

• رفع درجة الحرارة يسبب ارتفاعاً في متوسط الطاقة الحركية للجزئيات ومن ثم زيادة في متوسط سرعة الجزئيات، بحيث عندما يصبح زيادة في متوسط السرعة يمكن نرمز للسرعة (speed) بعد الزيادة بالرمز Z على سبيل المثال الذي يرمز للسرعة بعد الزيادة، حسب العلاقة التالية: متوسط الطاقة الحركية= (1)/(2) * كتلة * ().

• إن زيادة سرعة الجزئيات يعني زيادة في عدد التصادمات مع الجدار الداخلي للإناء الموجود فيه، وأيضاً زيادة في قوة هذه التصادمات وهذا من شأنه زيادة الضغط الداخلي للغاز.

أمثلة على أنواع الغاز

• غاز الأوزون.

• غاز الهيدروجين.

• بخار الماء.

• الهواء الموجود في الجو.

المقارنة بين الحالة الغازية والصلبة والسائلة

يمكن المقارنة بين الحالة الغازية والصلبة والسائلة كالتالي:

• في الحالة الغازية: تكون الجزئيات لها أشكال معينة، وأحجام معينة، وتأخذ شكل الإناء الخاص بها.

• في الحالة الصلبة: فإن لها أشكال معينة، وأحجام ثابتة.

• في الحالة السائلة: لها أشكال معينة، بينما تتميز بأن لها أحجام ثابتة، بحيث ما يميز السائل عن الغاز بوجود قوى التجاذب الأقوى بين جزئيات السائل، مما يجعل حركة جزئيات السائل محدودة أقل مما هي في حالة الغاز الذي يمتاز بعدم وجود التجاذب بين جزئياته، بحيث تكون معدومة تقريباً.