الغازات والنظرية الجزيئية الحركية

تاريخ النظرية الجزيئية الحركية

كان الفيلسوف اليوناني لوكريتيوس مؤيدًا لشكل مبكر من النظرية الذرية، على الرغم من تجاهل هذا إلى حد كبير لعدة قرون لصالح النموذج الفيزيائي للغازات المبني على الأعمال غير الذرية لأرسطو . وبدون نظرية المادة كجسيمات صغيرة، لم يتم تطوير النظرية الحركية ضمن هذا الإطار الأرسطي.

قدم عمل دانييل برنولي النظرية الحركية للجمهور الأوروبي، في كتابه الهيدروديناميكي عام 1738 . في ذلك الوقت، لم تكن حتى مبادئ مثل الحفاظ على الطاقة قد تم تأسيسها، وبالتالي لم يتم اعتماد الكثير من مناهجه على نطاق واسع.

 على مدى القرن التالي، أصبحت النظرية الحركية مقبولة على نطاق واسع بين العلماء، كجزء من الاتجاه المتزايد نحو العلماء لتبني النظرة الحديثة للمادة باعتبارها مكونة من ذرات.

كان أحد العناصر الأساسية في التأكيد التجريبي للنظرية الحركية، والذرية عمومًا، مرتبطًا بالحركة البراونية. هذه هي حركة جسيم صغير معلق في سائل، والذي يبدو تحت المجهر وكأنه يهتز بشكل عشوائي.

في ورقة بحثية نالت استحسانا كبيرا عام 1905، شرح ألبرت أينشتاين الحركة البراونية من حيث الاصطدامات العشوائية مع الجسيمات التي تشكل السائل. كانت هذه الورقة نتيجة عمل أينشتاين في أطروحة الدكتوراه ، حيث أنشأ صيغة انتشار من خلال تطبيق الأساليب الإحصائية على المشكلة.

وقد تم إجراء نتيجة مماثلة بشكل مستقل من قبل الفيزيائي البولندي ماريان سمولوتشوسكي، الذي نشر عمله في عام 1906. وقد قطعت هذه التطبيقات للنظرية الحركية معًا شوطًا طويلًا في دعم فكرة أن السوائل والغازات (وعلى الأرجح المواد الصلبة أيضًا) تتكون من جزيئات صغيرة جدا.

مسلمات النظرية الجزيئية الحركية للغازات:

1-تتكون الغازات من عدد كبير من الجزيئات الصغيرة (الذرات والجزيئات). هذه الجزيئات صغيرة جدًا مقارنة بالمسافة بين الجزيئات. يعتبر حجم الجسيم الفردي ضئيلا، ومعظم الحجم الذي يشغله الغاز هو مساحة فارغة.

2-وتكون هذه الجزيئات في حركة عشوائية مستمرة، مما يؤدي إلى اصطدامها ببعضها البعض وبجدران الوعاء. عندما تصطدم جزيئات الغاز بجدران الوعاء، تنقل بعض الجزيئات إلى الجدران.

في الأساس، يؤدي هذا إلى إنتاج قوة يمكن قياسها. لذا، إذا قسمنا هذه القوة على المساحة، فسنعرفها على أنها الضغط.

3-تكون التصادمات بين الجزيئات والجدران مرنة تمامًا، مما يعني أنه عندما تتصادم الجزيئات، فإنها لا تفقد الطاقة الحركية. الجزيئات لا تتباطأ أبدًا وستبقى بنفس السرعة.

4-ويتغير متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئات الغاز مع تغير درجة الحرارة؛ أي أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة، ارتفع متوسط ​​الطاقة الحركية للغاز.

5-لا تمارس الجزيئات أي قوة تجاذب أو تنافر مع بعضها البعض إلا أثناء التصادمات.

قانون الغاز المثالي

تعتبر النظرية الحركية للغازات مهمة، حيث أن مجموعة الافتراضات المذكورة أعلاه تقودنا إلى استخلاص قانون الغاز المثالي، أو معادلة الغاز المثالي، التي تربط الضغط ( p )، والحجم ( V )، ودرجة الحرارة ( T )، من حيث ثابت بولتزمان ( k ) وعدد الجزيئات ( N ).

معادلة الغاز المثالي الناتجة هي:  pV = NkT

المراجع:

1- موقع https://byjus.com/jee/kinetic-theory-of-gases/ أطلعت عليه بتاريخ 12/10/2023.

2- موقع  https://www.thoughtco.com/kinetic-theory-of-gases-2699426أطلعت عليه بتاريخ 13/10/2023.

3- موقع  https://www.toppr.com/guides/chemistry/states-of-matter/kinetic-molecular-theory-of-gases/أطلعت عليه بتاريخ 13/10/2023.