الحالة الغازيّة
تكون المادة في الحالة الغازيّة عبارة عن عنصر منفرد مثل الكلور والفلور وبعض الغازات النبيلة مثل الهيليوم، ومعظم اللافلزات مثل الأكسجين والنيتروجين وبعض الهولوجينات، وقد يكون مركباً مكوّناً من عنصرين أو أكثر مثل مركبات اللافلزات مع بعضها، مثل ثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد النيتروجين، وثالث أكسيد الكبريت، وبعض المركبات الهيدروكربونية الغازية.
تتصف جزيئات العناصر والمركبات الغازية بتحركاتها العشوائية، واصطدامها مع بعضها، وبكثافتها القليلة، وطاقتها الحركية الكبيرة، وعامل ضغطها الكبير، وصفة التميع عند ارتفاع الضغط لمستويات عالية جداً، ويقسم الغاز بشكل عام إلى نوعين أحدهما مثالي، والآخر حقيقي، ولكل منهما قوانينه الخاصة به.
قانون بويل
هو أحد أهم قوانين الغازات، وبناء عليه تم اشتقاق قانون الغاز المثالي، وهو قانون يصف التغيرات في حجم عينة من الغاز التي تحصل عند تغير الضغط، فهو يتناسب عكسياً مع ضغط عينة الغاز عند درجة حرارة ثابتة، حيث يزداد حجم الغاز عند نقصان الضغط الواقع عليه، ويقل حجمه بزيادة الضغط الواقع عليه، وهذا ما يفسر الحركات العجيبة لجزيئات الهواء عند تفريغ الهواء، وهو ما يعني تقليل ضغط الغاز للسائل الموضوع في مكان التفريغ، وبسبب سلوك كل الغازات للطريق نفسه، سُمي قانون بويل سابقاً بقانون الطبيعة، والذي نُشر للمرة الأولى بواسطة الكيميائي الإيرلندي روبرت بويل عام 1660 ميلادي.
ضغط الغاز في قانون بويل
يظل حاصل ضرب ضغط الغاز في حجمه ثابتاً بناءً على نص قانون بويل، وذلك ما لم يحدث تغير في درجة الحرارة أو عدد الجسيمات داخل الإناء، وتُصاغ هذه العلاقة بالرموز، على النحو الآتي:
- ض ح= ثابت.
- عند ثبوت درجة الحرارة ينص قانون بويل على أنّ الضغط يتضاعف إذا نقص الغاز إلى نصف حجمه عند درجة حرارة ثابت.
- ض= 1|ح، حيث إنّ:
- عند ض1 و ح1 يصبح: ض1 ح1= ثابت.
- عند ض² و ح² يصبح: ض² ح²= ثابت.
- الناتج يصبح إذن: ض1 ح1 = ض² ح².
- ض: ضغط غاز ما، ويقاس بعدة وحدات منها: مم زئبق، ضغط جوي، باسكال، تور، وغيرها.
- ح: حجم غاز ما، ويقاس بعدة وحدات منها: اللتر، دسم، سم³ وغيرها.
- ملاحظة: عمل بويل علاقة أخرى بين حجم الهواء والكثافة، ووجد أنّ هناك علاقة عكسيّة بينهما، حيث تقلّ كثافة الهواء عند زيادة حجمه.
اكتشاف ضغط الغاز في السابق
لم يكن الكيميائي الإيرلندي بويل هو المكتشف الأول لهذا القانون، فقد سبقه في اكتشافه هذا كيميائيون آخرون، حيث قام كلّ من الإنجليزيين هنري باور ورتشارد تونيل في عامي 1660 و1661 ميلادي، بعدة تجارب على عينات من الهواء، تحت ضغط أقل من الضغط الجوي، واكتشفا أنّ حاصل ضرب ضغط الهواء في حجمه يعطي نتيجة ثابتة دوماً.
في الفترة نفسها تقريباً، قام الإنجليزي روبرت هوك بعدة تجارب مشابهة على الهواء، تحت ضغط أعلى من الضغط الجوي، والتي جاءت نتائجها متوافقة تماماً مع نتائج الكيميائيين السابقين، وتبعهما الإيرلندي بويل الذي أكد نتائج تجارب زملائه، ونشرها عام 1662 ميلادي، كما اشتهرت كتابات العالم الفرنسي آدمي ماريوت الذي نشر تجاربه الخاصة على الغازات عام 1679 ميلادي، ولهذا السبب يُعرف قانون بويل في بريطانيا، وأمريكا الشمالية بقانون ماريوت في قارة أوروبا.
