يعلم جميعنا أن المادة يمكن أن تتواجد في حالة من ثلاث: الحالة الصلبة والحالة السائلة والحالة الغازية.

في الحالة الغازية تكون جزئيات المادة صغيرة جدًا ولا تكون مترابطة مع بعضها البعض ويعود هذا إلى كبر المسافة بينها وضعف قوة التماسك.

بشكل عام فإن المادة في الحالة الغازية تتأثر بدرجة حرارة المحيط وبالضغط وبالحجم وبسبب هذه العلاقة ظهرت العديد من القوانين الكيميائية المتعلقة بالغازات ومن أهمها وأكثرها شهرة: قانون أفوجادرو.

اقترح الكيميائي الإيطالي أميديو افوجادرو فرضية عام 1811 وقد استنتج أنه يوجد علاقة بين حجم وكمية الغاز في حال كان كلّ من الضغط والحرارة قيمتين ثابتتين. واشتهر أميديو أفوجادرو بهذه الفرضية التي رفضها الكثير من العلماء حينها لكنها لقت قبولًا بعد وفاته.

وقد كان أفوجادرو أول عالم يدرك أن العناصر يمكن أن توجد على شكل جزئيات بدلًا من المفهوم الذي كان سائدًا حينها والذي يقول أن العناصر لا يمكن أن تتواجد إلا بشكل ذرات فردية. وفي أوائل القرن التاسع عشر كانت أفكار العلماء المتعلقة بالجسيمات التي نسميها الآن ذرات وجزئيات محدودة للغاية وغالبًا غير صحيحة إلا أن أميديو أفوجادرو أبدى اهتمامًا لا مثيل له باكتشاف كيفية عمل جزئيات المادة الأساسية.

تقول الفرضية أو المبدأ: “في حال وجود ظروف متساوية من حيث الضغط ودرجة الحرارة، تحتوي حجوم الغاز المتساوية على عدد الجزئيات نفسه”. وهناك صيغة أخرى للقانون: “في نفس درجة الحرارة والضغط، يتناسب حجم الغاز طرديًا مع عدد المولات الغازية”.

ولتوضيح هذا المبدأ، إليك المثال التالي: في حال كان لدينا 10 ليتر من الأوكسجين و10 ليتر من الهيليوم وكانت درجة الحرارة نفسها والضغط نفسها فهما يحتويان على العدد ذاته من الجزئيات.وهذا القانون ينطبق على الغازات المثالية فحسب.

ومن الجدير بالذكر أن العديد من التجارب قد أثبتت دقة فرضية  أفوجادرو ونسبة الخطأ فيها هي بين +2 و -2 بالمئة. ومن أهم استنتاجات هذا القانون هو أنه يوجد ثابت عام للغازات ويسمى أيضًا “ثابت أفوجادرو” أو “عدد أفوجادرو” وهو عدد الذرات التي تتواجد في 12 غرام من الكربون.

قد تتساءل عن سبب اختيار الكربون على وجه الخصوص، بالطبع لم يكن الاختيار عشوائيًا أو عن طريق الصدفة، بل اختيرت ذرة الكربون لأن الذرات الأكثر انتشارًا من حيث العدد في الطبيعة هي ذرات الكربون، كما أنه يمكن قياس كتلة الكربون بشكل دقيق ولأن وزن مول الكربون معروف.

أما الصيغة الرياضية لقانون أفوجادرو فهي:

حجم الغاز = كمية الغاز * ثابت الغاز.

مع العلم أن ثابت الغاز = الحجم مقسومًا على الكمية.

عند الحديث عن قانون أفوجادرو فمن المهم معرفة مفهوم المول وارتباطه بقانون أفوجادرو: يمكن تعريف المول على أنه كمية المادة التي تحتوي قيمة تساوي عدد أفوجادرو من نوع معين من الأيونات أو الجزيئات أو الذرات.

تعتبر عملية التنفس عند البشر والحيوانات مثالًا رائعًا على قانون أفوجادرو، فعندما يستنشق البشر الهواء فإن الزيادة في الكمية المولية للهواء في الرئتين يصاحبها زيادة في حجم الرئتين (تتمدد الرئتان).

ومن الأمثلة الشائعة أيضًا لقانون أفوجادرو هي انكماش إطارات السيارات. فعندما يخرج الهواء الموجود ضمن الإطارات ينخفض عدد مولات الهواء الموجودة في الإطار وينتج عن ذلك انخفاض في الحجم الذي يشغله الغاز مما يؤدي إلى فقدان الإطار لشكله الأصلي وبذلك ينكمش.

أكمل القراءة

يُشار إليه أحيانًا بفرضية أفوجادرو أو مبدأ أفوجادرو، وهو قانونٌ كيميائيٌّ يرتبط بالغاز وينصّ على أنّه: تحت ظروف متشابهة من الحرارة والضغط تحوي كمياتٌ متساويةٌ من جميع الغازات على نفس عدد الجزيئات. تعود تسمية القانون بهذا الاسم إلى العالم الفيزيائي الإيطالي أميديو أفوجادرو (Amadeo Avogadro).

ما هو قانون أفوجادرو؟

وبالتالي يمكن القول أن عدد الجزيئات في حجم ما من غاز مثالي لا يتعلق بحجمها أو الكتلة المولية للغاز. يعطى قانون أفوجادرو بالعلاقة التالية:

K= V/n

حيث أن:

  • K  ثابت الغاز.
  • V : حجم الغاز.
  • n : عدد مولات الغاز.

شكّل اكتشاف أن حجم الغاز يتناسب طرديًا مع عدد المولات (عام 1811) عاملًا حاسمًا في صياغة العلاقات والمعادلات للجزيئات البسيطة في وقتٍ كان فيه التمييز بين الجزيئات والذرات أمرًا صعبًا وليس مفهومًا.

قانون أفوجادرو في حياتنا:

ما هو قانون أفوجادرو؟

ما من أحد منا لم ينفخ بالونًا، وهذا يعتبر أبسط مثالٍ عن تغيير حجم الغاز. أثناء نفخ البالون فإننا نضيف كميةً من جزيئات الغاز إلى البالون الذي ينتفخ بدوره لاستيعاب الغاز المتدفق عمليًا من الرئتين. نفس العملية تتكرر عمد نفخ إطارات السيارات والدراجات.

قانون الغاز المثالي:

لكل من ضغط الغاز ودرجة حرارته والكمية المأخوذة منه تأثير متبادل فيما بينهم. باعتبار الآلية متشابهة لعمل الغازات المختلفة يمكن صياغة معادلةٍ واحدةٍ تعبّر عن هذه الخصائص وهي معادلة الغاز المثالي. في الحقيقة تضم هذه المعادلة أربعة قوانينٍ وهي:

  • قانون تشارلز (1787 الذي وضح كيف أن الغاز يتمدد بالتسخين).
  • قانون أفوجادرو.
  • قانون بويل (1662 الذي بين كيف أن ضغط الغاز يزداد بنقصان حجم الوعاء الموضوع فيه).
  • قانون جاي-لوساك (1808 الذي ينص على أن ضغط كمية من غاز يتناسب مع الحرارة المطلقة للغاز مع بقاء حجمه ثابتًا).

وبالتالي يُعبّر عن قانون الغاز المثالي كما يلي:

PV = nRT

حيث:

  • P  يمثّل الضغط.
  • V يمثّل حجم الغاز.
  • N يمثّل عدد الجزيئات في مولٍ واحدٍ من الغاز في الشرطيين النظاميين.
  • R هو عدد ثابت يسمى “ثابت الغاز المثالي” ويعطي دومًا ب 8.314 J/mol ˖ K .
  • T تمثل درجة الحرارة والتي تعطى عادةً بالكلفن.

التأثير التاريخيّ لقانون أفوغادرو:

أظهرت الدراسات التجريبية التي أجراها تشارلز فريديريك جيرهارد (كيميائي فرنسي) وأوغست لوران (كيميائي فرنسي ساهم في تأسيس الكيمياء العضوية) حول الكيمياء العضوية أن قانون أفوغادرو وضح أن لجزيئات الغاز الواحد نفس الحجم. بالرغم من ذلك، أظهرت التجارب المرتبطة ببعض المواد (اللاعضوية) بعض الاستثناءات الظاهرية للقانون والتي حلّت بواسطة العالم الكيميائي الإيطالي ستانيسلاو كانيزارو الذي أعلن في مؤتمر كارلسروه عام 1860، بعد أربع سنوات من وفاة أفوجادرو أن سبب هذه الاستثناءات كان بسبب الانفصال الجزيئي عند درجات حرارة معينة، وأن قانون أفوجادرو لم يحدد الكتل الجزيئية فحسب، بل الكتل الذرية أيضًا.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو قانون أفوجادرو؟"؟