شرح سبب استخدام النظرية الحركية الجزيئية لشرح سلوك الغازات. الغازات هي مواد سعى العلماء كثيرًا حتى يتمكنوا من تحديد حركتها وافتراضها، وهناك بعض النظريات التي تشرح الحركة الجزيئية للغازات.
ما نظرية الحركة الجزيئية التي تفسر سلوك الغازات؟
- النظرية الحركية الجزيئية، التي تشرح سلوك الغازات، هي الحركة غير المنضبطة للجزيئات “العشوائية” التي تحدث نتيجة تكوينها في درجات حرارة معينة.
- نظرًا لأن سرعة جزيئات الغاز تزداد مع زيادة درجة الحرارة، يجب ملاحظة أن سرعة الجزيئات تتأثر بوزن الجزيء، لأن الجزيئات الخفيفة تزيد من سرعتها عند نفس درجة حرارة جزيئات الغاز الثقيل.
- على سبيل المثال، تزيد جزيئات الهيدروجين الخفيفة عند درجة حرارة معينة من سرعتها مقارنة بجزيئات الأكسجين الثقيلة عند نفس درجة الحرارة.
- والعلاقة التي تحكم الحركة الجزيئية للغازات ودرجات الحرارة يتم التحكم فيها من خلال “نظرية التوزيع المتساوي”.
شاهدي أيضاً: من كان أول من استخدم الغازات السامة في الحروب؟
ما هي الافتراضات التي تقوم عليها نظرية الحركة الجزيئية لحركة الغاز؟
تضع النظرية الحركية الجزيئية عددًا من الافتراضات التي تفسر سلوك الغاز عند درجة حرارة أعلى:
- يتكون الغاز من عدد من الجسيمات الصغيرة، وعندما ترتبط هذه الجسيمات ببعضها البعض، يكون الحجم الإجمالي أصغر بكثير من الحاوية التي وُضعت فيها.
- يشير هذا إلى أن المسافة بين كل جسيم في مادة غازية أكبر بكثير من المقياس المكون للغاز نفسه.
- تفترض النظرية أن الجسيمات التي يتكون منها الغاز لها نفس الكتلة.
- تقترح النظرية أيضًا أن عدد جسيمات الغاز المراد تقديرها كبير جدًا بحيث لا يمكن التعامل معها إحصائيًا.
- الجزيئات التي يتكون منها الغاز تتحرك باستمرار، وهذه الحركة سريعة وعشوائية.
- تقترح النظرية أن الجزيئات التي يتكون منها الغاز مرنة جدًا ولها شكل كروي، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هذه الجزيئات تتصادم مع بعضها البعض، وكذلك مع جدار الحاوية التي توجد بها، وهذا يشير إلى أن هذه الاصطدامات مع “تصادمات مرنة.
- لا يوجد تجاذب أو قوة بين الجزيئات الموجودة في الغاز مع بعضها البعض، مما يشير إلى أن التأثيرات بينهما ضعيفة جدًا بحيث لا تكاد تذكر، مما يعني أنها تصادمات فقط.
نتائج فرضيات النظريات
وهناك عدد من النتائج التي تحققت من خلال الفرضيات التي طرحها للنظرية وهي:
- يمكن التغاضي عن التأثيرات الخاصة للنسبية وإهمالها.
- يمكن أيضًا تجاهل تأثيرات ميكانيكا الكم نظرًا لأن متوسط المسافة بين جزيئات الغاز أكبر بكثير من “الطول الموجي لـ de Broglie”، لذلك يمكن التعامل مع جزيئات الغاز كأشياء عادية.
- نظرًا لما ذكرناه سابقًا وإمكانية تطبيق الشرطين على جزيئات الغاز، يمكن اعتبار حركة هذه الجزيئات باستخدام الميكانيكا الكلاسيكية.
- هذا يدل على أن معادلات حركة الجزيئات هي عكس الزمن، “أي أنه تصادم عكس الزمن”.
- إذا افترضنا أن كرتين من كرات البلياردو تصادمتا، فليكن كل منهما كرة A وكرة B، فالسرعة الأولى هي Aa والسرعة الثانية Bb، فإن التصادم بينهما يعطي سرعتين جديدتين هما A * A * والأخرى هي AB *.
- ويظهر الانعكاس الزمني هنا أن عملية التصادم يمكن أن تبدأ في الاتجاه المعاكس، حيث ع *، ع ب *، وعندما يخلق الاصطدام سرعة ع وسرعة ع ب، وهذا الانعكاس ينطبق على زوايا الحركة، سواء كانت كان قبل الاصطدام أو بعده.
- تعتمد الطاقة الناتجة عن حركة الجزيئات في الغاز على درجة الحرارة فقط.
- الوقت المقدر للجسيمات لتصطدم بجدار الحاوية التي توجد فيها صغير جدًا مقارنة بوقت الاصطدامات المتتالية، لذلك يمكن تجاهله.
- تم إجراء تطورات لدراسة حركة الجزيئات من خلال درجات الحرارة، وتم أخذ أحجام الجزيئات في الاعتبار، مما دفع العلماء إلى وصف خصائص هذه الغازات بأكثر من طريقة، وهي دقيقة للغاية، وهذا ما تم تأكيده في ” معادلة بولتزمان “.
انظر أيضًا: احتباس الغازات في الأمعاء الغليظة
اشرح سبب استخدام النظرية الحركية الجزيئية لشرح سلوك الغازات
- تشرح نظرية الحركة الجزيئية درجة الحرارة والضغط على المستوى الجزيئي.
- لأن ضغط الغاز هو نتاج الاصطدامات بين الجزيئات وجدران الحاوية التي تحتوي على الغاز، فإن قوة هذا الضغط تعتمد على سرعة الجزيئات، وكذلك على نشاط الجزيء، بالإضافة إلى السرعة التي بها اصطدمت الحاوية.
- أما بالنسبة للدرجة المطلقة للغاز، فهو مقياس لمتوسط طاقة حركة الجزيئات.
- يشير هذا إلى أنه عندما يكون هناك غازان في نفس درجة الحرارة، فإن الجزيئات لها نفس معدل الطاقة الحركية.
- وفقًا لذلك، مع زيادة درجة الحرارة، تزداد الطاقة الحركية للجزيئات.
- توضح النظرية أن الجزيئات في الغاز تتخذ سرعات مختلفة في أوقات مختلفة، وهذا يرجع إلى حقيقة أنه عندما يكون الجزيء بمفرده، فإن سرعته مختلفة.
- وأحيانًا، إذا كانت الجسيمات سريعة جدًا، فإنها تنحرف عن مسارها.
- بالإضافة إلى ذلك، تشرح نظرية الحركة الجزيئية هذه فهم قوانين الغاز، لذا فهي تشرح حركة جزيئات الغاز، وهذه القوانين:
1 تأثير زيادة الحجم عند درجة حرارة ثابتة
- إذا كانت درجة الحرارة التي يتعرض لها الغاز ثابتة، فإن متوسط حركة الجزيئات في الغاز يظل ثابتًا أيضًا ولا يتغير.
- في حالة زيادة الحجم، يؤدي ذلك إلى تحرك الجسيمات لمسافات طويلة بين الاصطدامات، وفي هذه الحالة يؤدي معدل الاصطدام بين جدران الوعاء خلال فترة زمنية إلى انخفاض في الضغط.
2 تأثير زيادة درجة الحرارة عند الحجم الثابت
- في حالة ارتفاع درجة الحرارة، يشير هذا إلى زيادة متوسط الطاقة الحركية للجسيمات.
- إذا لم يتغير حجم الجزيئات في الغاز، فإن هذا يؤدي إلى مزيد من التصادمات بين الجزيئات وجدران الوعاء لكل وحدة زمنية.
- بالإضافة إلى ذلك، عندما تصطدم الجسيمات بقوة بجدران الوعاء، مما يؤدي إلى هذه النظرية التي تعمل على تفسير سبب زيادة الضغط.
ما هي الخصائص العامة للغازات؟
هناك عدد من الخصائص التي تصف ماهية الغازات، بما في ذلك:
- تعتبر الغازات من المواد منخفضة الكثافة لأن حجم الجسيمات التي يتكون منها الغاز صغير جدًا والمسافة بينها كبيرة جدًا بسبب الروابط الضعيفة، وهذا يتسبب في تكوين حجم الغاز بشكل أساسي من الفراغ.
- الغازات لديها القدرة على التمدد والتقلص من خلال حجم الحاوية التي تحتوي على الغاز. من الممكن تمامًا أن تتناسب كمية صغيرة جدًا من الغاز مع حاوية كبيرة لأنها تشغل الحاوية بأكملها بسبب تمدد جزيئاتها والعكس صحيح.
- كما أن لها القدرة على الانتشار في وسائط مختلفة لأن جزيئات الغاز ليس لها سرعة ثابتة وتنتشر في الوسط الذي توجد فيه، بالإضافة إلى قدرتها على التدفق.
انظر أيضًا: دراسات تفصيلية للغازات وخصائصها العامة
في نهاية رحلتنا التفصيلية حول موضوع شرح سبب استخدام النظرية الحركية الجزيئية لشرح سلوك الغازات، قدمنا جميع المعلومات حول النظرية الحركية للجزيئات وننتظر تعليقاتكم.