الغاز

نظرية الحركة الحرارية للغازات

كان تطور الحركة الحرارية وفهم الغازات وسلوكها الباعث على تقدم الكيمياء والفيزياء منذ اكتشافت روبيرت بويل وصياغته لسلوكها في قانون بويل في عام 1662. ثم حدث تقدم سريع حتى القرن التاسع عشر ، واستطاع العلماء وصف الغاز كالأتي :
1-تتألف الغازات من أعداد كبيرة من الجسيمات المتناهية في الصغر والبعيدة عن بعضها مقارنة بحجمها. وينتج عن ذلك ان معظم الحجم الذي يحتله الغاز هو عبارة عن فراغ , وهذا يعلل الكثافة المنخفضة للغازات.
2- تتصادم جسيمات الغاز بعضها البعض بسبب حركتها السريعة العشوائية ، وبارتفاع درجة الحرارة تزداد سرعات الجزيئات ،وتشتد الاصطدامات ويزداد معد الاصطدامات . في نفس الوقت تصطدم جسيمات الغاز بجدار الوعاء الذي يحتويها وتظهر لنا في صورة الضغط. التصادم مرن أي لا يحصل فقدان في الطاقة الكلية للغاز . كل مافي الأمر تنتقل السرعات بين الجسيمات مثلما تنتقل سرعات كرات البلياردو.
3- تكون جسيمات الغاز في طاقة حركة دائمة سريعة وعشوائية وفي جميع الاتجاهات.
4- لا توجد قوى تجاذب أو تنافر بين جزيئات الغاز (افتراض الغاز المثالي) .

معادلة الغاز المثالي

مقال تفصيلي :غاز مثالي
أو معادلة الحالة الحرارية لغاز مثالي وهي تصف غازا مثاليا وسلوكه عند تغير درجة الحرارة مثلا. وقد شكلت تلك المعادلة كنتيجة لنتائج تجارب عديدة (قوانين الغازات).ثم استطاع لودفيغ بولتزمان عن طريق حساب الاحتمالات (ترموديناميكا إحصائية ) تفسير سلوك الغاز عل أساس بنية جسيمات الغاز .
تصف معادلة الغاز العامة دوال حالة غاز مثالي وعلاقات تلك الدوال بعضها ببعض من : درجة الحرارة ، والضغط و حجم الغاز ، وهي:

حيث:
[1]
ثابت الغازات العام ، كما أن :
p الضغط
V الحجم المولي
T درجة الحرارة بالكلفن
R ثابت الغازات العام
n عدد المولات (أو أجزاء المول ).
بواسطة المعادلة العامة للغازات بالإضافة إلى قوانين الديناميكا الحرارية يمكننا وصف عمليات الحركة الحرارية للغازات المثالية بطريقة الرياضيات .

معادلة الغاز الحقيقي

مقال تفصيلي : غاز حقيقي
الغاز الحقيقي (بالإنجليزية: Real gas) هو غاز ليس غاز مثالي بتميز بصفات لا يمكن معالجتها بواسطة قانون الغازات المثالية. ولكي نفهم سلوك الغازات الحقيقية وهي تقابلنا باستمرار في حياتنا العملية حيث أها تشغل المحركات ، كما انها تؤثر على الطقس فلا بد من اتخاذ الصفات الآتية في الاعتبار:
لها تأثيرات ضغطية
حرارة نوعية متغيرة
تأثير فان دير فالس (حيث للجزيئات أحجام تختلف عن الصفر) ،
تأثيرات ترموديناميكية في حالة عدم التوازن ،
تؤثر على تفكك الجزيئات وتؤثر على التفاعلات الكيميائية
بأخذ تلك المؤثرات في العتبار أو بعضها توجد عدة صيغ لحالة العاز الحقيقي ، نؤتي منها على سبيل المثال :

معادلة فان دير فالس
مقال تفصيلي :معادلة فان دير فالس
تتعامل مع الغازات الحقيقية باعتبار الكتلة المولية ووحجمها المولي:

حيث:
P الضغط,
T [[درجة الحرارة بالكلفن,
R ثابت الغازات ,
الحجم المولي Vm.
a و b إحداثيان يُعينان عمليا لكل غاز ، وأحيانا يجري تعيينهما من النقطة الحرجة (Tc) والضغط الحرج (Pc) مع استخدام العلاقتين :