كيف يمكن قياس الحالة الغازية؟ وما هي وحدات قياسها؟

عزيزي السائل، كنت قد شاهدت منذ مدة مقطع فيديو يتحدث عن قياس المادة، وتبين أنه من الصعب قياس المادة في حالتها الغازية، ما لم يتم ضغطها ضمن حيّز مُعيّن، وذلك لأنّ ذراتها تتحرك عشوائيًا ويصعُب فهم سُلوكها، حيث وضع العُلماء مجموعة من القوانين التي تُمكّنهم من قياس المادة الغازية، وذلك تبعًا لنظرية قاموا بتطويرها تُسمى بنظرية "الحركة الجُزيئية"، وسأدرج في ما يأتي أهم هذه القوانين حسب النظرية الجُزيئية.

1. قانون بويل (Boyle's Law)

وهو من أهم قوانين الغازات التي توضح العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه، ويعبر عن قانون بويل من خلال الآتي:

حجم الغاز = ثابت التناسب / ضغط الغاز

وبالرموز:

V = k /p

حيث أنّ:

v: حجم الغاز ويقاس بوحدة اللتر.

k: ثابت التناسب.

P: ضغط الغاز ويقاس بوحدة (atm)

يتناسب حجم الغاز عكسيًا مع الضغط؛ إذ إن زيادة الضغط تؤدي إلى نُقصان حجم الغاز والعكس صحيح، وذلك عند ثبات درجة الحرارة وكمية الغاز.

ضغط الغاز

جُسيمات الغاز في حركة مستمرة ينشأ عنها تصادم مع بعضها أو مع جدران الوعاء، وبالتالي ينشأ ضغط الغاز بحيث يُعرف بأنّه القوة المؤثرة في وحدة المساحة.

من أهم خصائص المواد الغازية أنّها قابلة للانضغاط ، فالمسافة بين جزيئات المادة في الحالة الغازية كبيرة جداً، بينما قوى التجاذب بينها قليلة وشبه معدومة، وعند تعرُّضها لضغط مُعين، فإنّ المسافة بين الجزيئات تقل وتنشأ بينها قوة تجاذب، أما وحدات قياس الضغط فهي كما يأتي:

1. ضغط جوي (atm).
2. ملم زئبق (mmHg).
3. كيلوباسكال (KPa).

حجم الغاز

يُعرف حجم الغاز بأنّه حجم الوعاء الموجود فيه ويُقاس بوحدة اللتر أو المليلتر.

1. قانون أفوجادرو (Avogadro's Law)

يُبين هذا القانون العلاقة بين حجم الغاز وكميته عند ثبات الضغط ودرجة الحرارة، ويُعبر عنه بالمعادلة الرياضية الآتية:

v1 /n1 = v2 /n2

حيث إن:

v1: حجم الغاز قبل تعرضه لأي تغير (زيادة عدد مولاته)، ويقاس بوحدة اللتر أو ميلي لتر.

n1: عدد مولات الغاز قبل الزيادة، ووحدته مول.

v2: حجم الغاز بعد الزيادة، ووحدته لتر أو ميلي لتر.

n2: عدد مولات الغاز بعد الزيادة، ووحدته مول.

1. قانون كثافة الغاز

يُمكنك قياس كثافة المادة الغازية من خلال القانون الآتي:

d = Mr × P / R ×T

حيث إن:

d: كثافة المادة الغازية وتقاس بوحدة غرام / لتر

Mr: الكتلة المولية تقاس بوحدة غرام/ مول.

P: الضغط ووحدته (atm).

R: ثابت الغاز العام = 8.3145 مول/ جول/ كلفن.

T: درجة الحرارة، وتُقاس بوحدة كِلفن.