النظرية الجزيئية الحركية: المسلّمات الأساسية

إن معادلة الغاز المثالي، والتي هي تجريبية، تصف سلوك الغازات من خلال إقامة علاقات بين خصائصها الظاهرة للعين المجردة. على سبيل المثال، ينص قانون تشارلز’ على أن الحجم ودرجة الحرارة مرتبطان بشكل مباشر. لذلك، تتوسع الغازات عند تسخينها عند ضغط ثابت. ورغم أن قوانين الغاز تفسر كيف تتغير الخصائص الظاهرة للعين المجردة بالنسبة إلى بعضها البعض، فإنها لا تفسر الأساس المنطقي وراء تغير ذلك.

النظرية الجزيئية الحركية هي نموذج مجهري يساعد في فهم ما يحدث لجسيمات الغاز على المستوى الجزيئي أو الذري عند تغير ظروف مثل الضغط أو درجة الحرارة. في عام 1857 نشر رودولف كلاوسيوس شكلاً كاملاً ومُرضياً للنظرية، بحيث قام بالتفسير بشكل فعال قوانين الغاز المختلفة من خلال المسلّمات التي تم تطويرها على أساس مئات من الملاحظات التجريبية لسلوك الغازات.

وتتمثل السمات البارزة لهذه النظرية فيما يلي:

1. تتكون الغازات من جسيمات (ذرات أو جزيئات) في حركة مستمرة، تنتقل في خطوط مستقيمة وتغير اتجاهها فقط عندما تتصادم بجزيئات أخرى أو بجدران وعاء حاوي.
   افحص عينة من غاز الأرجون في درجة الحرارة والضغط القياسية. سيتوضح أن 0.01% فقط من الحجم يتم احتلاله بواسطة الذرات التي يبلغ متوسط المسافة بينها 3.3 نانومتر (نصف القطر الذري للأرغون هو 0.097 نانومتر) بين ذرتي الأرجون. المسافة أكبر بكثير من أبعادها الخاصة بها.
2. الجزيئات المكوّنة للغاز ضئيلة للغاية مقارنة بالمسافات بينها. لذلك، فإن الحجم المجمع لجميع جسيمات الغاز لا يذكر بالنسبة إلى الحجم الإجمالي للوعاء الحاوي. وتُعتبر الجسيمات “نقاطاً” ذات كتلة  لا تُذكَر ولكنها بحجم مهمَل.
3. ينتج الضغط الذي يمارسه غاز في وعاء حاوي عن التصادمات بين جزيئات الغاز وجدران الوعاء الحاوي.
4. لا تفرض جزيئات الغاز قوى جذّابة أو منفّرة لبعضها البعض أو على جدران الأوعية الحاوية؛ وبالتالي، فإن تصادمات هذه الجزيئات مرنة (لا تنطوي على فقدان للطاقة).
   أثناء التصادمات المرنة، تنتقل الطاقة بين جسيمات الاصطدام. وبالتالي، يظل متوسط الطاقة الحركية للجسيمات ثابتاً ولا يتغير مع الوقت.
5. يتناسب متوسط الطاقة الحركية لجزيئات الغاز مع درجة حرارة كلفن للغاز.
   كل الغازات، بغض النظر عن كتلتها الجزيئية، لها نفس متوسط الطاقة الحركية في نفس درجة الحرارة.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.5 The Kinetic-Molecular Theory.