لا وجود لقوى تجاذب في الغاز المثالي

يعد الغاز المثالي هو نموذج علمي كيميائي يصف حالة لحالات الغاز في درجة ضغط وحرارة منخفضين نسبياً دون التعرض لأي مؤثر إضافي، ولكن هل فعلاً لا وجود لقوى تجاذب في الغاز المثالي، حقيقة الأمر أن قوة التجاذب بن ذرات الغاز الواحد هي التي تكسبه خواصه الفيزيائية، فإذا انعدمت قوى التجاذب تقريباً انعدمت الخواص الفيزيائية للغاز، وما سيحدث هو التعامل مع كل ذرة من الهواء على حد، وهذا يصل بنا إلى الوضع في الفضاء أكثر منه غاز يتم مراقبته، وهذا لا يحدث في الغاز المثالي، وعلى الرغم من صفاته الفيزيائية الغريبة نسبياً عن الغازات العادية، إلا أنه توجد قوى تجاذب في الغاز المثالي.

ما هو الغاز المثالي

يفرض العلماء نموذجاً لعدم وجود تفاعل بين جزيئات الغاز، وكانت جزئيات الغاز منتشرة على شكل نقطي غير مترابطة، هذا النموذج الفيزيائي الثرموديناميكي لتصرف المادة في الحالة الغازية هو الغاز المثالي. وهذا النموذج مناسب لوصف غازات ذات كثافة منخفضة، مثل الغازات الخاملة، والتي لا تكوّن جزيئات، وتكون ذراتها منفردة.

الصفات الفيزيائية للغاز المثالي

يختص الغاز المثالي بثلاث خصائص فيزيائية تميز حركة جزيئاته وذراته، وسيتم عرضها فيم يلي.

حجم جزيئات الغاز المثالي تكون مهملة بالنسبة للوعاء الذي يحتويه أي تحت ضغط منخفض

نستطيع جميعاً دراسة أي نوع من الغازات بصورة واضحة إذا كان محفوظا في وعائه الخاص، فلا يمكن دراسة الهواء المحيط بنا وتحليله دون وضعه في وعاء خاص، وفي حالة الغاز المثالي، إذا قمنا بمقارنة حجم الوعاء بالنسبة لحجم الغاز داخله، نجد أن حجم الغاز المثالي مهمل مقارنة بحجم الوعاء، وهذا يحدث في حالة وجود الغاز المثالي تحت درجة ضغط الضغط الجوي العادي، وفي درجة حرارة الغرفة، أما في حالة عدم توفر شرط من الاثنين،فلن يتصرف الغاز المثالي بهذا الشكل، فإن تم ضغطه بطريقة ما أو تغيير في درجة حرارته ستتغير صفته الفيزيائية.

جزيئات الغاز المثالي تتصادم فيما بينها تصادم مرن

يميز العلماء نموذج الغاز المثالي بصفة قد تكون من المستحيل حدوثها على سطح الأرض في مستويات الفيزياء التطبيقية العادية، وهذه الميزة هي عدم فقد أي طاقة حركة عند التصادم بين الجزيئات، وهذه الميزة لا تحدث في الفيزياء التطبيقية إلا في حالات نادرة الحدوث تقريباً.

تتحرك جزيئات الغاز المثالي حركة عشوائية في حالة عدم التعرض لمؤثرات خارجية

يستكمل العلماء تمييز الغاز المثالي بميزة أخرى لا تتحقق في الواقع أبداً، وهي أن تتحرك جزيئات الغاز المثالي حركة عشوائية غير خاضعة لأي قانون فيزيائي أو قوة من القوى المختلفة، فلا يمكن أن يتنبأ بحركة جزيئات الغاز على هذا الشكل، ولا تحديد مسار لأي جزيء، وهذه الفرضيات لا تحدث إلا في ظروف محددة.

قانون الغاز المثالي أو معادلة الحالة الحرارية للغاز المثالي

يصف ذلك القانون سلوك غاز مثالي عند تغير درجة الحرارة مثلاً، وتم حساب ووضع ذلك القانون عن طريق العديد من التجارب الناتجة من قوانين الغازات، ثم استطاع العالم لودفيغ بولتزمان عن طريق حساب الاحتمالات لتفسير سلوك الغاز على أساس بنية جسيمات الغاز.

يقوم القانون بوصل معادلة الغاز العامة ودوال حالته وعلاقة تلك الدوال ببعضها وهي تحوي درجة الحرارة والضغط وحجم جزيئات الغاز، وذلك القانون في الكيمياء والفيزياء بصيغ متعددة، ولكنه في مختلف صيغه له مدلول واحد وهو

بحيث يكون ثابت الغازات العام هو: 

وفي تلك المعادلات

1. P وتمثل الضغط.
2. V تمثل الحجم المولي.
3. T تمثل درجة الحرارة بالكلفن.
4. R تمثل ثابت الغازات العام.
5. n عدد المولات أو أجزاء المول.

اهمية قانون الغاز المثالي

لقانون الغاز المثالي العديد من التطبيقات التي يتم استخدامها في العديد من الاستخدامات المنتشرة في حياتنا اليومية، ومن ضمن تلك التطبيقات ما يلي.

أسطوانات الغاز والأمن الصناعي

يستخدم قانون الغاز المثالي في معرفة النسب المتوازنة فيما بين الغازات التي يتم ضغطها وتعبئتها في الوحدات الهوائية بها، والتي تستخدم في العديد من الاستخدامات في الأمن الصناعي بمختلف أنواعه، وفي المجال الطبي وتوفير الأكسجين للمرضي ولحالات ضيق التنفس، إضافة إلى أسطوانات مطفأة الحريق، بالإضافة إلى حساب كيفية الحفاظ على ضغط متوازن للغازات داخل الطائرات في الجو.

الوسادة الهوائية

يتم تصنيع وتحضير الوسائد الهوائية التي تستخدم في حالات تصادم السيارات للحفاظ على حياة السائقين، عن طريق قانون الغاز المثالي.

ما الفرق بين الغاز المثالي والغاز الحقيقي

يعمل نموذج الغاز المثالي على توفير أنماط ثابتة للخواص الفيزيائية للغاز الحقيقي، ولكن هذا لا يمنع أن هناك فروق قوية وجوهرية بين النظرية وهو الغاز المثالي وبين الحقيقة وهو الغاز الحقيقي، فأبسطها أن الغاز المثالي يحتفظ بخصائصه في مختلف الظروف، أما الغاز الحقيقي فتتغير خواصه بتغير المؤثرات المحيطة به من حرارة وضغط، إضافة إلى العديد من الفوارق بين النوعين من الغازات، سنعرضها لكم على النحو الآتي.

الغاز المثالي	الغاز الحقيقي
لا يمتلك حجمًا محددًا	ذو حجم محدد
يوجد جاذبية فيما بين الجزيئات	لا يوجد جاذبية فيما بين الجزيئات
غاز افتراضي، إذ لا يمكن تواجده في البيئة بشكل حقيقي	يتواجد في البيئة بشكل حقيقي
يتميز بضغط عالٍ	ذو ضغط أقل مما عليه الحال في الغاز المثالي
PV = nRT	p + ((n2 a )/V2)(V – n b ) = nRT