قوانين الغازات

لقد وجد العالم روبرت بويل (1660 م) عند دراسته لكمية معينة من الغاز عند درجة ثابتة ان هناك علاقة عكسية بين حجم الغاز وضغطه. وبناء عليه يمكن تلخيص ملاحظات بويل التجريبية بما يعرف بقانون بويل:

"عند درجة حرارة معينة, فإن ضغط كمية معينة من غاز ما يتناسب عكسيا مع حجم تلك الكمية".

ونعبر عن ذلك رياضيا على النحو التالي:





حيث يمثل V حجم الغاز, ويمثل P ضغطه...

وعليه يمكن كتابة هذه العلاقة على النحو التالي:

PV = const.

تسمى الغازات التي يتغير حجمها وضغطها وفقا لقانون بويل بالغازات المثالية (الكاملة)... حيث اننا نجد في الواقع ان الغازات تتبع مسارا مختلفا خاصة عند الضغوط المرتفعة... بحيث يكون حجمها أقل مما هو متوقع ويعزى ذلك الى قوى التجاذب بين الجزيئات, لذا فهي تسمى بالغازات الحقيقية...


قانون شارل وجي لوساك:

لقد درس العالم جاك شارل عام 1787 العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة لكمية معينة من الغاز عند ضغط ثابت... فوجد ان هناك علاقة طردية بين الحجم ودرجة الحرارة... ولقد تم اثبات ذلك من قبل العالم جي لوساك عام 1802 والتي تتلخص بما يلي:

"ان حجم كمية معينة من الغاز تحت ضغط ثابت تتغير طرديا مع درجة الحرارة"





ويمكن كتابتها على النحو التالي:

V/T = const.

حيث ان V تمثل حجم الغاز , و T تمثل درجة الحرارة...


قانون جي لوساك:

درس العالم جي لوساك العلاقة بين الضغط لكمية معينة من الغاز في حجم ثابت, مع درجة حرارة هذا الغاز... حيث وجد انه كلما زادت درجة حرارة الغاز فإن ضغطه يزداد... وبناء على ذلك فقد توصل الى القانون التالي:

"اذا وضعت كمية من الغاز في وعاء مغلق ذي حجم ثابت فإن ضغط الغاز يتناسب طرديا مع درجة الحرارة".

ونعبر عن ذلك رياضيا على النحو التالي:





او:

P/T = const.

حيث ترمز P الى ضغط الغاز, و T الى درجة حرارته...


قانون افوجادرو:

لقد عمل العالم اميدو افوجادرو على ايجاد العلاقة بين حجم وكمية معينة من الغاز تحت ضغط ودرجة حرارة ثابتين... ومن خلال ابحاثه استنتج ما يلي:

"تحتوي احجام متساوية من غازات مختلفة عند نفس درجة الحرارة والضغط على عدد متساو من الجزيئات".

وهو ما يعرف بقانون افوجادرو:





او:

N/V = const.

حيث ترمز N الى عدد جزيئات او ذرات الغاز, و V الى حجم الغاز...

ولقد تبين بعد ذلك ان مولا واحدا من الغاز يحتوي على عدد ثابت من الجزيئات هو عدد افوجادرو ويساوي 23^10 * 6.023 ... لذلك يمكن التعبير عن كمية الغاز بعدد المولات n .


قانون الغازات المثالية:

اذا اخذنا تغير حجم الغاز بالنسبة للضغط ودرجة الحرارة وكمية الغاز نجد ما يلي:


قانون بويل:





قانون شارل وجي لوساك:





قانون افوجادرو:





من هنا يمكن ايجاد علاقة عامة بين الحجم وهذه المتغيرات:








حيث ترمز R الى ثابت الغاز العام وتساوي R = 0.082... ومنه يمكن كتابة قانون الغازات المثالية على النحو التالي:





وسمي هذا القانون بقانون الغازات المثالية لأن الغازات لا تتبع في مسارها قانون الغازات المثالية عند كل الشروط