الغازات
تعتبرُ الغازات أحدَ أشكال الموادّ الأربعة وحالاتها الفيزيائيّة، حيث تُقسم حالات المادّة في الطبيعة اعتماداً على درجة التباعد بين الجزيئات المكوّنة لها إلى الحالة الصلبة، والسائلة والغازيّة، والبلازما، وتمثّلُ الحالة الغازيّة الوضعَ الوسطيّ بين الحالة السائلة وحالة البلازما، حيث تكونُ جزيئات الموادّ في الحالة الغازيّة ذات روابطَ ضعيفة ومتباعدة أكثرَ منها في جميع الحالات الأخرى، الأمر الذي يسمح بانتشارها بطريقةٍ أسرع من الحالات الأخرى أيضاً، كما تكونُ كثافتها قليلة جداً وذات شفافية عالية أيضاً، إضافة لذلك أنّها ذات طاقة عالية جداً، الأمر الذي يسمحُ بحركتها بطريقة سريعة، ويزيدُ من قابليّتها للانضغاط نتيجةَ للتباعد بين جزيئاتها.
يمكنُ تعريف الضغط بشكل عامّ بأنّه مقدار القوّة العموديّة الواقعة على وحدة المساحة، ويُقاس بوحدة (الباسكال) التي تعادل (1 نيوتن/متر2)، أمّا ضغط الغاز فهو وزنُ عمود الهواء الواقع على وحدة المساحة، والتي يبلغُ قدرها سنتيمتراً مربّعاً، فالغاز في الحالة الطبيعيّة يكون ضغطه قليلاً جداً بسبب المسافة الكبيرة بين جزيئاته وضعف الروابط بينها، ونتيجة للتغيرات والعوامل التي يمرّ بها الغاز، فإنّه بات بالإمكان ضغط جزيئاته بشكل أكبر منه في الحالة الطبيعيّة، وقد يمكن تمثيل هذه العوامل في قانون خاصّ بالغازات المثاليّة، وهو: ح ض = ر ن د بحيث أنّ:
- ح: حجم الغاز.
- ض: الضغط الواقع على وحدة المساحة.
- د: درجة الحرارة المطلقة.
- ن: عدد المولات.
- ر: الثابت العامّ للغازات.
نستنتجُ من القانون السابق أنّ ضغط الغازات في الطبيعة يتأثّرُ بالكثير من العوامل، والتي من ضمنها درجة الحرارة، حيث إنّ العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة هي علاقة طرديّة، فعندما تزدادُ درجة الحرارة يزدادُ الضغط، وعندما تقلّ درجة الحرارة يقلّ ضغط الغازات، كما أنّ ضغط الغازات يتأثّر بحجم الغاز وتكون العلاقة عكسيّة بينهما، فعندما يقلّ حجم الغاز يزدادُ الضغط، والعكس صحيح.
كيفية ضغط الغاز
تعتمدُ الغازات في حالتها الطبيعيّة على خاصّيتيْن من الخصائص الفيزيائيّة، هما خاصيّة الانتشار وخاصيّة الضغط والانحصار، حيث إنّ هناك حاجة كبيرة لدراسة الموائع، التي تتمثّلُ في الحالة السائلة والغازيّة، فخاصيّة الضغط تعتمدُ بشكل رئيسي على عنصريْن مهمّين، هما الوزن والحجم.
أمّا فيما يتعلّقُ بالطريقة التي يتمّ بها ضغط الغاز، فهناك الكثير من التجارب الكيميائيّة والفيزيائيّة التي وجدت العديد من هذه الطرق، فكان منها طريقة تبريد الغاز، حيث يعملُ على تقارب الجزيْئات وتقوية الروابط بينها، على خلاف تسخين الغاز الذي يُحدِثُ تمدّداً للجزيئات وزيادة المسافة والتباعد بينها، أمّا الطريقة الثانية فهي دفع الغاز في حجوم صغيرة بأوزان وكميّات كبيرة، وتعتمدُ كلتا الطريقتين اعتماداً كبيراً على الفهم الصحيح لمعادلات برنولي الفيزيائيّة.
كما يجبُ الانتباه بأنّه عند تجميدِ جزيئات الغاز فإنّ التغيّرَ سيكون كبيراً جداً، وأكبر من عمليّة التبريد في الحالة السائلة، فعند القيام بتسخين سائل ما فإنّ الروابط بين الجزيئات ستتضعف ويتحوّلُ إلى غاز، وبالتالي الوصول إلى نتيجتيْن هما الحصول على وزن مماثل ولكن بحجم أكبر؛ نتيجة لانتفاخ العبوّة وانفجارها بفعل الضغط، أو أن يتمّ فتح العبوّة وترك الذرات تأخذُ مجالاً أكبرَ خلال عمليّة التمدّد، الأمر الذي يؤدّي لانخفاض الوزن حينها.
