مختبر الغاز المثالي
جزيئات ترتد وفيزياء حقيقية: ينشأ الضغط من تصادمات الجدران بينما يتحقق P·V = n·R·T مباشرةً.
هذه ديناميكا جزيئية حقيقية — لا ضغط مصطنع. تطير الجزيئات وترتد ارتدادًا مرنًا عن الجدران، ويُقاس الضغط من الدفع الذي تنقله إلى الجدران (وهو يطابق القيمة النظرية N·k_B·T/A). سخّن الغاز لتسريع الجزيئات، واسحب المكبس لتغيير الحجم، وأضف جزيئات، وراقب كيف يبقى P·V = n·R·T متوازنًا عند R = 8.314 J/(mol·K).
درجة حرارة الغرفة
نقطة انطلاق هادئة قرب 300 K في صندوق متوسط الحجم. يرتد نحو 1 مول من الجسيمات لترى كيف يبقى P·V = n·R·T ثابتًا.
القراءات
الصيغ والمصادر
P·V = n·R·T (R = 8.314 J/mol·K)
P from wall-collision impulse (measured)
½m⟨v²⟩ ∝ T (kinetic theory)
Boyle P∝1/V · Charles V∝T · Gay-Lussac P∝T
الوحدات والثوابت خلف هذا الغاز
المعادلة pV = nRT تحمل أربع وحدات دفعة واحدة — الباسكال واللتر والكلفن والمول. ومنذ 2019 لم يعد ثابت الغازات R يُقاس أصلًا: فهو حاصل ضرب رقمين يثبّتهما النظام الدولي بالتعريف.
من أين يأتي R
الحجم الذي يشغله مول واحد من أي غاز مثالي
| الحالة | درجة الحرارة | الضغط | الحجم المولي |
|---|---|---|---|
| المرجع الحالي للاتحاد الدولي (IUPAC) | 273.15 K | 100 kPa | 22.711 L/mol |
| 1 atm — الظروف القياسية في المنهج | 273.15 K | 101.325 kPa | 22.414 L/mol |
| درجة حرارة الغرفة (25 °C) | 298.15 K | 101.325 kPa | 24.465 L/mol |
| ماء يغلي (100 °C) | 373.15 K | 101.325 kPa | 30.620 L/mol |
يُحسب لحظيًا من V/n = R·T/p بقيمة ثابت الغازات المولي المضبوطة من صفحة الثوابت لدينا. والجواب لا يتعلق بنوع الغاز — وهذا بالضبط معنى «مثالي». والصف الثاني، 22.414 L/mol، هو الرقم 22.4 L/mol الذي يُحفظ في الثانوية عند الظروف القياسية (0 °C وضغط جوي واحد). انتبه: يعتمد الاتحاد الدولي 100 kPa منذ 1982، وعندها يصير الحجم 22.7 L/mol بفارق نحو 1.3 %. لا تخلط بينهما.
ثابت الغازات لم يعد رقمًا مقيسًا منذ 2019
ثبّتت مراجعة النظام الدولي عام 2019 ثابت بولتزمان (الذي يعرّف الكلفن) وثابت أفوغادرو (الذي يعرّف المول). وثابت الغازات حاصل ضربهما، R = N_A · k_B، فورث انضباطهما — 8.314 462 618… J mol⁻¹ K⁻¹، بلا أي عدم يقين متبقٍّ للقياس.
انظر الثوابت السبعة التي تعرّف النظام الدولي →