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

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