يستخدم نظرية الحركة الجزيئية لشرح سلوك الغازات، فالغازات كانت موضوع اهتمام العلماء الذين سعوا لفهم حركتها الخاصة وتطوير فروض حولها. هناك عدة نظريات تفسر الحركة الجزيئية للغازات.
ما هي نظرية الحركة الجزيئية لتفسير سلوك الغازات؟
- النظرية الحركية الجزيئية لشرح سلوك الغازات تتعلق بحركة الجزيئات `العشوائية` غير المنتظمة، والتي تحدث عند تشكلها في درجات حرارة محددة.
- عندما يرتفع درجة الحرارة، تزداد سرعة جزيئات الغاز، ويذكر أن وزن الجزيئات يؤثر على سرعتها؛ فالجزيئات الخفيفة تتحرك بسرعة أكبر في نفس درجة الحرارة للجزيئات الثقيلة للغاز.
- على سبيل المثال، عندما توضع جزيئات الهيدروجين الخفيفة في درجة حرارة معينة، تزداد سرعتها مقارنة بجزيئات الأكسجين الثقيلة التي توضع في نفس درجة الحرارة.
- تكون العلاقة بين حركة الجزيئات في الغازات ودرجات الحرارة محكومة بمبرهنة التوزيع المتساوي.
شاهد أيضًا: من أول من استخدم الغازات السامة في الحروب ؟
ما هي فروض نظرية حركة الجزيئات لحركة الغازات؟
هناك عدد من الافتراضات المتعلقة بنظرية الحركة الجزيئية لتفسير سلوك الغاز عند زيادة درجة الحرارة، وتشمل ما يلي:
- يتكون الغاز من جسيمات صغيرة عدة، وعند جمعها مع بعضها يتكون حجم أصغر بكثير من الإناء الذي يوضع فيه.
- ويشير ذلك إلى أن المسافة بين كل جسيم وآخر في المادة الغازية أكبر بكثير من المقياس الخاص بالجزء المكون للغاز نفسه.
- تفترض النظرية أن الجسيمات المكونة للغاز تمتلك نفس الكتلة.
- وتفترض النظرية أيضا أن العدد المقدر في جزيئات الغاز كبير جدا، بحيث يمكن معالجته بالطريقة الإحصائية.
- الجزيئات المكونة للغاز في حركة بشكل دائم، وهذه الحركة هي حركة سريعة وعشوائية.
- يفترض أن النظرية تفترض أن جزيئات الغاز مرنة للغاية وذات شكل كروي، ويعود ذلك إلى تصادم تلك الجزيئات مع بعضها البعض ومع الجدار الذي يحتويه الإناء، وهذا يدل على أن هذه التصادمات مرنة.
- لا توجد تفاعلات أو قوى بين الجزيئات الموجودة في الغاز، مما يشير إلى ضعف التأثيرات بينها بحيث تكاد تكون غير ملحوظة، أي أن التصادمات هي الوحيدة الموجودة بينهم.
نتائج افتراضات النظرية
توجد عدة نتائج تم التوصل إليها من خلال الفروض التي وضعتها النظرية، وهي كالتالي:
- يمكن تجاهل التأثيرات الخاصة بالنظرية النسبية وعدم النظر إليها أيضا.
- بالإضافة إلى إمكانية تجاهل تأثيرات ميكانيكا الكم، حيث يكون متوسط المسافة بين جزيئات الغاز أكبر بكثير من طول موجة دي برولي، يمكننا التعامل مع جزيئات الغاز كأجسام عادية.
- بناء على ما سبق ذكره وتطابق الشروط على جزيئات الغازات، يمكن التعامل مع حركة هذه الجزيئات باستخدام الميكانيكا الكلاسيكية.
- وهذا يوضح أن المعادلات الخاصة بحركة الجزيئات تكون معكوسة مع الزمن، أي أنها تصادم عكسي مع الزمن.
- في حالة وجود اصطدام بين كرتين في لعبة البلياردو، على سبيل المثال كرة أ وكرة ب، ستكون سرعة الكرة الأولى هي ع أ وسرعة الكرة الثانية هي ع ب. ونتيجة للاصطدام بينهما، ستتكون سرعتان جديدتان، الأولى هي ع أ* والثانية هي ع ب*.
- وفي الزمن هنا، العكوسية تشير إلى إمكانية بدء عملية التصادم بالعكس، حيث يكون هناك تغير في السرعات قبل التصادم (عند ع) و(عند ب)، وعند التصادم تنتج سرعة (عند أ) وسرعة (عند ب). هذه العكوسة تنطبق على زوايا الحركة سواء قبل أو بعد التصادم.
- الطاقة التي تنتجها حركة الجزيئات في الغاز تعتمد فقط على درجات الحرارة.
- تعتبر الفترة الزمنية لاصطدام الجزيئات بجدار الإناء صغيرة جدا مقارنة بالاصطدامات المتتالية، وبالتالي يمكن تجاهلها.
- حدث تطور في دراسة حركة الجزيئات بواسطة درجات الحرارة، وأخذت أحجام الجزيئات في الاعتبار، مما أدى إلى وصف خواص هذه الغازات بطرق دقيقة جدا ومتعددة، ويتجلى ذلك في `معادلة بولتزمان`.
شاهد أيضًا: احتباس الغازات في القولون
تفسير سبب استخدام نظرية الحركة الجزيئية لشرح سلوك الغازات
- تفسر نظرية الحركة الجزيئية درجة الحرارة والضغط على المستوى الجزيئي.
- حيث أن ضغط الغاز هو عبارة عن ناتج التصادمات بين الجزيئات وبين جدران الإناء الذي يوجد به الغاز، ويتوقف قوة هذا الضغط على سرعة الجزيئات وكذلك نشاط الجزيء، بالإضافة إلى المعدل الذي تم التصادم به مع الإناء.
- أما بالنسبة للدرجة المطلقة للغاز، فهي مقياس لمتوسط الطاقة لحركة الجزيئات.
- هذا يشير إلى أنه عند وضع غازين في نفس درجة الحرارة، فإن جزيئاتهما تتمتع بنفس طاقة الحركة.
- وبناء على ذلك، تزداد طاقة حركة الجزيئات عند ارتفاع درجة الحرارة.
- تفسير النظرية يعتبر أن الجزيئات الموجودة في الغاز تتحرك بسرعات مختلفة في لحظات مختلفة، وذلك يعود إلى حقيقة أن سرعة الجزيء تختلف عندما يكون في حالة منفردة.
- في بعض الأحيان عندما تكون سرعة الجزيئات عالية، تحدث انحرافات في مسارها.
- بالإضافة إلى ذلك، توضح هذه النظرية لحركة الجزيئات فهم قوانين الغاز، حيث تفسر حركة جزيئات الغاز وتلك القوانين هي:
1- تأثير زيادة الحجم في وجود درجة حرارة ثابتة
- في حالة أن درجة حرارة الغاز ثابتة، فإن متوسط حركة جزيئات الغاز يبقى ثابتا أيضا ولا يحدث أي تغيير لها.
- عند زيادة الحجم، يحدث تحرك للجزيئات على مسافات أطول بين التصادمات، وفي هذه الحالة ينخفض معدل التصادم بين جدران الحاوية في فترة زمنية، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط.
2- تأثير زيادة درجة الحرارة عندما يكون الحجم ثابتا
- في حالة ارتفاع درجة الحرارة، يشير ذلك إلى زيادة في متوسط طاقة حركة الجزيئات.
- فإذا لم يحدث أي تغيير في حجم الجزيء في الغاز، فسيتسبب ذلك في زيادة تصادم الجزيئات مع جدران الحاوية خلال فترة زمنية.
- عندما تتصادم الجزيئات بشكل قوي مع جدران الحاوية، يحدث زيادة في الضغط، وهذه النظرية تفسر السبب الرئيسي لزيادة الضغط.
ما هي الصفات العامة للغازات؟
يوجد عدد من الصفات التي توضح ماهية الغازات ومن هذه الصفات:
- الغازات تتميز بكثافتها المنخفضة لأن حجم الجزيئات الغازية صغير جدا وتبعد بعضها البعض بفوارق كبيرة جدا بسبب ضعف الروابط بينها، مما يجعل حجم الغاز يتألف بشكل رئيسي من الفراغ.
- تمتلك الغازات القدرة على التمدد والانضغاط بناء على حجم الوعاء الذي يتم وضع الغاز فيه، فقد يكون كمية الغاز قليلة جدا وتوضع في وعاء كبير، مما يؤدي إلى امتلاء الوعاء بسبب تمدد جزيئات الغاز، والعكس صحيح أيضا.
- وكذلك، لديها القدرة على الانتشار في أوساط مختلفة، وذلك بسبب عدم وجود سرعة ثابتة لجزيئات الغاز، بالإضافة إلى انتشارها في الوسط الذي توجد فيه، وأيضا لديها القدرة على التدفق.
شاهد أيضًا: بحث عن الغازات وخصائصها العامة بالتفصيل
في ختام رحلتنا المفصلة حول تفسير سبب استخدام نظرية الحركة الجزيئية لشرح سلوك الغازات، قمنا بتقديم جميع المعلومات المتعلقة بنظرية حركة الجزيئات، وننتظر تعليقاتكم.
