الغازات
في علم الكيمياء، تُعرَّف المادة بالحالة التي تتواجد فيها الذرات أو الجزيئات في الطبيعة. وتوجد المادة في ثلاث حالات رئيسية: الحالة الصلبة، الحالة السائلة، والحالة الغازية.
تعتبر الغازات شكلًا من أشكال المادة، وهي موائع تمامًا كما هو الحال مع السوائل. يُطلق عليها اسم “موائع” نظرًا لقدرتها على الانتقال من مكان إلى آخر، بالإضافة إلى قدرتها على ملء الوعاء الذي وُضعت فيه بغض النظر عن حجمه.
توجد الغازات في الطبيعة على هيئة جزيئات ثنائية، حيث يمكن أن تكون مكونة من ذرات من نفس النوع، مثل الغازات النبيلة التي تشمل عناصر المجموعة الثامنة من الجدول الدوري (مثل الأرجون والنيون)، بالإضافة إلى غازات أخرى مثل الأكسجين والنيتروجين واليود. كما يمكن أن تتكون من ذرّات من أنواع مختلفة، كما هو الحال مع غاز ثاني أكسيد الكربون (المكون من الأكسجين والكربون)، وأول أكسيد النيتروجين (المكون من الأكسجين والنيتروجين)، وغاز الميثان (المكون من الهيدروجين والكربون) وغيرها.
خصائص الغازات
- تتكون الغازات من جزيئات متباعدة في بنيتها، مما يسمح لها بالحركة العشوائية السريعة في جميع أنحاء الحيز الذي توجد فيه، ويؤدي ذلك إلى حدوث تصادمات بينها ينتج عنها تبادل للطاقة. وهذا يفسر سرعة انتشار رائحة العطر في الغرفة بمجرد رش العطر في أي زاوية.
- تتسم العلاقة بين المسافة الكبيرة بين جزيئات الغاز ودرجة الحرارة بأنها علاقة طردية؛ حيث كلما ارتفعت درجة الحرارة المؤثرة على الغاز، زادت المسافات بين الجزيئات مما يؤدي إلى تقليل كثافة الغاز، والعكس صحيح.
- تُظهر الغازات عمومًا قابلية للانضغاط في عبوات أو أسطوانات، كما هو الحال في أسطوانات الغاز المنزلي.
- تمتلك الغازات القدرة على التميع، مما يعني أنها يمكن أن تتحول إلى شكل سائل يعرف بالغاز المسال.
دراسة سلوك الغازات
يمكن فهم سلوك الغازات من خلال دراسة ثلاثة متغيرات رئيسية:
- الحجم: يتغير حجم الغاز حسب الوعاء الذي يُخزن فيه. فعلى سبيل المثال، كمية الغاز التي تملأ غرفة معينة هي نفسها التي يمكن تعبئتها في أسطوانة أو زجاجة، حيث يتكيف الغاز ليأخذ شكل الحيز المتاح له.
- درجة الحرارة: يؤثر تغير درجة الحرارة على الغاز بشكل طردي؛ فالحرارة تؤثر على الروابط بين جزيئاته، مما يؤدي إلى زيادة حركة الجزيئات عند ارتفاع درجة الحرارة، وتقليلها عند انخفاضها.
- الضغط: يتأثر الغاز بالضغط المطبق عليه؛ حيث كلما زاد الضغط على جزيئات الغاز، زادت التقارب بينها مما يؤدي إلى تقليص الحجم، وعندما يقل الضغط، يزداد حجم الغاز.
قياس ضغط الغاز
يمكن قياس ضغط الغازات باستخدام جهاز يدعى المانوميتر، الذي يكون على شكل حرف U. حيث يكون أحد طرفي حرف U مفتوحًا بينما الآخر متصل بالوعاء الذي يحتوي على الغاز المراد قياس ضغطه. يُستخدم المانوميتر لقياس ضغط الغاز الذي لا يتجاوز مقدار الضغط الجوي.