التسلسل التاريخي لمعادلة الحالة

قانون بويل 1662[عدل]
ربما كان قانون بويل هو أول تعبير عن معادلة الحالة وكان في صورة بسيطة. ففي عام 1662 قام الفيزيائي الإيرلندي "بويل " بعدة تجارب مستخدما أنبوبا زجاجيا مشكلا بشكل J وكان الأنبوب مغلقا من أحد أطرافه. وضع بويل كمية من الزئبق في الأنبوب بحيث انحصر جزء من الهواء في الطرف المغلق. ثم قام بقياس حجم الهواء المحصور ، ثم أزاد كمية الزئيق وفي كل مرة كان يقيس ارتفاع عمود الهواء المحصور واستطاع تعيين ضغط الهواء المحصور. ولاحظ "بويل" أن حجم الهواء المحصور يتناسب عكسيا مع الضغط. وصاغ تلك العلاقة في معادلة وهي :
pV = \mathrm{constant}.\,\!
هذه العلاقة تقول أن حاصل ضرب حجم الغاز في ضغطه يكون دائما ثابتا.
قام بويل بقياس ضغط الغاز في تجربته بارتفاع عمود الزئبق. لهذا نقيس الضغط بوزن عمود الزئبق. ويعادل 1 ضغط جوي وزن عمود من الزئبق ارتفاعه نحو 76 سنتيمتر. ونستخدم حاليا وحدات أخرى لقياس الضغط ، منها بار وباسكال إلى جانب سنتيمتر زئبق.
قانون جاي-لوساك 1787[عدل]
في عام 1787 وجد العالم الفيزيائي الفرنسي "جاك شارلز " أن غازات مثل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون تتمدد بنفس نسبة تمدد الهواء عندما ترتفع درجة حرارة الغرفة إلى 80 درجة مئوية. وقام العالم الكيميائي والفيزيائي الفرنسي لويس جوزيف غي ـ لوساك عام 1802 بنشر مقالة علمية عن نتائج تجارب قام بها وبين أنه توجد علاقة خطية بين تغير الحجم ودرجة الحرارة:
V \sim T \qquad \qquad \frac{V}{T} = \text{const} \qquad \qquad \frac{V_1}{V_2} = \frac{T_1}{T_2}
قانون دالتون 1801[عدل]
يقول قانون دالتون عن الضغط الجزئي أن ضغط مخلوط غازات يساوي مجموع ضغوط الغازات المكونة للمخلوط.
ويعبر عن ذلك رياضيا بالنسبة لعدد n من الغازات المعادلة :

p_\text{total} = p_1+p_2+\cdots+p_n = p_\text{total} = \sum_{i=1}^n p_i.
قانون الغاز المثالي (1834)[عدل]
في عام 1834 قرن العالم الفيزيائي "إميل كلابيرون" قانون بويل و"قانون جاي-لوساك" وحصل على أول صيغة لقانون الغاز المثالي. وفي أول الأمر صاغ القانون في الصورة:
(pVm = R(TC + 267
حيث عبر عن درجة الحرارة بالدرجات المئوية ، ووضع الثابت R ثابت الغازات العام. ثم تبين بعد ذلك أن الرقم المستخدم يجب أن يكون 15و273 ، وبذلك عرّف الصفر المطلق لدرجة لحرارة بالنسبة إلى الصفر المئوي [ الصفر المئوي يعادل 273.15 كلفن. ]
فتصبح المعادلة الدقيقة :
\ pV_m = R (T_C+273.15).
تتنبأ المعادلة بحجم "صفري" عند درجة الصفر المطلق ، إذأن الحجم لا يمكن أن يكون سالبا الإشارة (أقل من الصفر). كما يشكل استنباط القانون من قياسات معملية أساسا لمقياس درجة الحرارة بالكلفن ، حيث استنبطت درجة الصفر المطلق وعُينت عن طريق تمديد القياسات العملية إلى وصول الحجم إلى قيمة الصفر.
معادلة الحالة طبقا لفان دير فالس[عدل]
{مقالة رئيسية : معادلة فان دير فالس}
في عام 1873 صاغ فان در فال أول معادلات الحالة حيث افترض حجما معينا تشغله جزيئات.[1] واستطاع صياغة معادلة فان دير فالس للحالة.
ويمكن كتابة المعادلة كالآتي:
\left(p + \frac{a}{V^2_m}\right)\left(V_m - b \right) = RT
حيث:
Vm - الحجم المولي وهو حجم 1 مول من الغاز تحت الظروف القياسية للضغط (1 ضغط جوي) ودرجة الحرارة (25 درجة مئوية).
T - حرارة
p - ضغط
R - ثابت الغازات العام
a - معامل تعديل الضغط بسبب الجاذب بين الجزيئات ،
b - معامل تعديل الحجم حيث الجزيئات لها حجم وليست نقطية.