የአየር ህግጋት

ዓይነተኛ አየር አተሞች በመያዣቸው ውስጥ በነሲብ ሲዘዋወሩ

የአየር ህግጋት በአየር ይዘት፣ ትኩሳት እና ግፊት መካከል የሚገኙትን ቋሚ ተዛምዶዎች ያመላክታል። የተለያዩ አይነት አየር ሞለኪሎች ተመሳሳይ የሞለኪል ስብጥር ስላላቸው የሚከተሏቸው ህግጋት ከሞላ ጎደል አንድ አይነት ናቸው። እኒህ ህግጋት ከ17ኛው እስከ 18ኛው ክፍለ ዘመን በተለያዩ ተማሪዎች የተገኙ ነበሩ።

የቦይለ ህግ

የቦይለ ህግ እሚያሳየው፣ ቋሚ ትኩሳት ያለው አየር፣ የግፊቱ እና ይዘቱ ብዜት ምንጊዜም ቋሚ እንደሆነ ነው። ይህ ጥናት በ1662 በፈረንሳዊው ቦይለ ታተመ። በሒሳብ ሲቀመጥ

${\displaystyle PV=k_{1}\,}$

እዚህ ላይ P ግፊት ሲሆን (Pa), V ደግሞ መጠነ ይዘት ነው (m³) ፣ k₁በአንጻሩ joule የሚለካ ሲሆን፣ ቋሚ ቁጥር ነው።

የቻርለስ ህግ

የቻርለስ ህግ ወይንም የይዞታ ህግ፡ በማይለዋወጥ ቋሚ ጫና ስር ያለ አየር የይዘቱ መጠን ከፍጹም ሙቀቱ (በዲግሪ ኬልቪን) ጋር ቀጥተኛ ዝምድና አለው። ይህ ህግ በ1670ዓ.ም. የተገኘ ሲሆን በቀላሉ ሲተነተን ለምሳሌ አንድ የተወሰነ አየር በፊኛ ውስጥ ተደርጎ ቢሰጥ፣ የፊኛው ይዘት እንደ አየሩ ትኩሳት መጨመርና መቀነስ አብሮ ይጨምራል ይቀንሳል። ህጉ በሒሳብ ቀመር ሲቀመጥ እንዲህ ይሆናል፦

${\displaystyle V=k_{2}T\,}$

እዚህ ላይ T የሚወክለ የአየሩን ፍጹም ትኩሳት (በኬልቪን) ሲሆን፣ k₂ (በ m³·K⁻¹) የቀጥተኛ ዝምድናው ማዋደጃ ቋሚ ቁጥር ነው።

ጌይ-ሉዛክ ህግ

ጌይ-ሉዛክ ህግ ወይንም የግፊት ህግ በዩሴፍ ሉዊ ጌይ ሉዛክ 1801 ዓ.ም. ላይ ይተገኘ ሲሆን፣ አንድ የታመቀ አየር በከባቢው አማቂ እቃ ላይ የሚያሳርፈው ግፊት ከአየሩ ፍጹም ትኩሳት ጋር ቀጥተኛ ዝምድና አለው።

በሒሳብ ቀመር ሲጻፍ፡

${\displaystyle P=k_{3}T\,}$

የአቮጋድሮ ህግ

የአቮጋድሮ ህግ የሚለው የአየር ይዘት በውስጡ ከሚገኘው የሞለኪዩል ብዛት (ሞል)ጋር ቀጥተኛ ተዛምዶ አለው ነው። ሞላር ይዘት የሚለው ጽንሰ ሐሳብ ከዚህ ህግ ይመነጫል፣ ይሄውም በደንበኛ ትኩሳትና ግፊት ውስጥ ያለ አየር የሚኖረው የይዘት መጠን ነው፣ እርሱም 22.4 dm³ (ወይም ሊትር ) ነው። በአጠቃላይ መልኩ የአቮጋድሮ ህግ እንዲህ በሒሳብ ይጻፋል፡

${\displaystyle V=k_{4}n\,}$

እዚህ ላይ n የአየሩን ሞል ብዛት ሲለካ የሚሰላውም በውስጡ ያለውን ሞለኪዩሎች ብዛት ለአቮጋድሮ ቁጥር በማካፈል ነው።

የተቀናጀ እና የዓይነተኛ አየር ህግጋት

የተቀናጀ የአየር ህግ ወይንም አጠቃላይ የአየር ህግ ከላይ የተጠቀሱትን የመጀመሪያዎቹ ሦስት ህግጋትን በማዋሃድ ይፈጠራል። ሕጉ አንድ ቋሚ ክብደት ያለውን አየር ግፊት፣ ይዘትና፣ የትኩሳት መጠን ተዛምዶ ያሳያል።

${\displaystyle PV=k_{5}T\,}$

ለምሳሌ፦ አንድ በአየር የተሞላ ፊኛ ፍሪጅ ውስጥ ቢገባ፣ ውስጡ ያለው ትኩሳት እየቀነሰ ስለሚሄድ መጠነ ይዘቱ እየቀነሰና አየሩ በፊኛው ላይ የሚያደርገው ግፊት እየቀነሰ ይሄዳል፤ ስለሆነም ፊኛው ተኮማተረ ይባላል። ይ ፊኛ እንደገና ወደ ውጭ ወጥቶ ትኩሳቱ እየጨመረ ሲሄድ እንደገና እየተነፋፋ ይሄዳል።

የአቮጋድሮ ህግ ከተቀናጀው ህግ ጋር ሲጣመር የዓይነተኛ አየር ህግን ይሰጣል። በሒሳብ ቋንቋ ሲጻፍ፡

${\displaystyle PV=nRT\,}$

R እዚህ ላይ የአየር ቋሚ ቁጥር ሲባል፣ ዋጋውም 8.314472(15) J·K⁻¹·mol⁻¹

ይሄው ህግ በተመሳሳይ ሁኔታ እንዲህ ይጻፋል፦

${\displaystyle PV=kNT\,}$

እዚህ ላይ

k የቦልትዝማን ቋሚ ቁጥር ሲሆን ዋጋውም (1.381×10⁻²³ J·K⁻¹ ) ነው

N ደግሞ የሞለኪሎቹ ብዛት ነው

በዚህ ህግ መሰረት የአንድ አየር ግፊት፣ ትኩሳት እና ይዘት ከታወቀ የዚያ አየር ሞለኪል ብዛትን ማስላት ይቻላል ማለት ነው።

እኒህ ህግጋትና እኩልዮሾች በትክክል የሚሰሩት ለዓይነተኛ አየር ሲሆን በተለያዩ የሞለኪሎች ግንኙነቶች ምክንያት ለእውን አየር የመስራት ሃይላቸው በጥቂቱ የተዳከመ ነው። የሆኖ ሆኖ በመደበኛ ግፊትና ትኩሳት ውስጥ የሚገኙ አብዛኞች የአየር አይነቶች ከሞላ ጎደል ህጉን ይከተላሉ።

የህጉ ፋይዳዎች እንዲህ ይከተላሉ፡

1. ትኩሳትና ግፊት ካልተለወጡ፣ የአየር መጠነ ይዘት ካሉት የሞለኪል ብዛት ጋር ቀጥተኛ ዝምድና አለው (ማለት የሞለኪሉ ብዛት ሲጨምር የሚይዘውም የኅዋ መጠን ይጨምራል)
2. ትኩሳትና መጠነ ይዘት ካልተለወጡ፣ አየሩ የሚያሳርፈው ግፊት ከሞለኪሉ ብዛት ጋር ቀጥተኛ ዝምድና አለው
3. ትኩሳትና የሞለኪል ብዛት ካልተለወጡ፣ የአየሩ ግፊት ከመጠነ ይዘቱ ጋር ተገልባጭ ዝምድና አለው (ማለት የአየር ይዘት ሲቀንስ የሚያሳርፈው ግፊት እየጨመረ ይሄዳል)
4. ትኩሳቱ ቢቀያየርና የሞለኪሉ ብዛት በአለበት ቢቀጥል፣ የአየሩ ግፊት ወይንም የአየሩ መጠነ ይዘት (ወይንም ሁለቱም)፣ ከትኩሳቱ ጋር ቀጥተኛ ዝምድና ይኖራቸዋል።

ዋቢ መጻሕፍት

• Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. (2002). Modern Chemistry. Holt, Rinehart and Winston. ISBN 0-03-056537-5. 
• Guch, Ian (2003). The Complete Idiot's Guide to Chemistry. Alpha, Penguin Group Inc.. ISBN 1-59257-101-8. 
• Zumdahl, Steven S (1998). Chemical Principles. Houghton Millfin Company. ISBN 0-395-83995-5.