الكيمياء الفيزيائيهالكيمياء

الغازات والنظرية الجزيئية الحركية

النظرية الحركية للغازات هي إحدى النظريات الأساسية في علم الفيزياء والكيمياء التي تهتم بدراسة سلوك الغازات على مستوى الجزيئات.

الغازات والنظرية الجزيئية الحركية

النظرية الحركية للغازات هي إحدى النظريات الأساسية في علم الفيزياء والكيمياء التي تهتم بدراسة سلوك الغازات على مستوى الجزيئات. تعتمد هذه النظرية على فكرة أن الغاز يتألف من جزيئات صغيرة تتحرك بسرعات عالية وتتفاعل مع بعضها البعض ومع جدران الحاوية التي يكون الغاز داخلها.

تتحرك الجسيمات دون المجهرية (الذرات أو الجزيئات) التي يتكون منها الغاز باستمرار في حركة عشوائية، ولا تتصادم باستمرار مع بعضها البعض فحسب، بل أيضًا مع جوانب أي حاوية يوجد بها الغاز. وهذه الحركة هي التي تنتج الخواص الفيزيائية للغاز مثل الحرارة والضغط .

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.

توفر النظرية الجزيئية الحركية النموذج المجهري للغازات وتعطينا صورة لسلوك الغازات

توفر النظرية الجزيئية الحركية النموذج المجهري للغازات وتعطينا صورة لسلوك الغازات

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

وفقا للنظرية الحركية للغازات، فإن الطاقة الحركية للجزيئات تتناسب طرديا مع درجة الحرارة. يتم أخذ درجة الحرارة هنا على أنها درجة الحرارة المطلقة. 

عند حجم ثابت، يزداد ضغط الغاز مع زيادة درجة الحرارة. وذلك لأنه مع زيادة درجة الحرارة، تزداد الطاقة الحركية للجزيئات. إن زيادة الطاقة الحركية للجزيئات تجعلها تصطدم بجدران الوعاء في كثير من الأحيان، مما يؤدي إلى زيادة الضغط على جدران الوعاء.

من مسلمات النظرية الجزيئية الحركية، نفهم الآن الطبيعة الأساسية للجزيئات في الحالة الغازية. تدعم النظرية الحركية قوانين الغاز المختلفة. تساعد النظرية الحركية للغازات في تفسير الملاحظات التجريبية لقوانين الغازات.

أهمية النظرية الجزيئية الحركية للغازات:

  1. توضيح الخصائص العيانية:تساعد النظرية في فهم الخصائص العيانية للغازات مثل الضغط وحجم الحاوية ودرجة الحرارة.

  2. الربط بين المستوى المجهري والعياني:تعزز النظرية التفاهم حول كيفية تفاعل الجزيئات على مستوى مجهري يمكن أن يفسر التغيرات التي نلاحظها على مستوى الظواهر العيانية.
  3. فهم الظواهر الحركية:تساعد في فهم ظواهر مثل الحركة البراونية، حيث يمكن تفسير تلك الظواهر بواسطة حركة الجزيئات.
  4. تقدم أساسًا للتكنولوجيا:فهم النظرية الحركية يلعب دورًا هامًا في تطوير التكنولوجيا، خاصة في مجالات الطاقة والتكنولوجيا الكيميائية.

في النهاية، يمثل فهمنا للنظرية الحركية للغازات أساسًا أساسيًا في فهمنا للسلوك الحراري والديناميات الجزيئية للمواد، ويسهم في تطور العلوم الطبيعية والتكنولوجيا.

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.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى