الشذوذ عن القانون العام للغازات وتأثير قوى التجاذب والتنافر

اشتقت قوانين الغاز المثالي من النظرية الحركية استناداً إلى نقطتين مهمتين: الأولى اهمال حجم الجزيئات بالمقارنة مع حجم الغاز الكلي، والثانية عدم تجاذب الجزيئات مع بعضها البعض. ولأن كلتا النقطتين لا يمكن تطبيقهما على الغازات الحقيقية لذا تظهر انحرافا عن السلوك المثالي، وبالامكان اختزال حجم الغاز بواسطة زيادة الضغط والتبريد حتى يتم تسييله ثم يتصلب في النهاية. ففي الحالة الصلبة هنالك مقاومة ملحوظة لأية محاولة أخرى في الانضغاط ، ومن الواضح أن جزيئات الغاز لها حجم يمكن تقديره ومن المحتمل أن يكون بنفس درجة الحجم المحتل لجزيئات معينة في الحالة الصلبة.
إذا كانت جزيئات الغاز لا تجذب بعضها البعض فإن تسييل الغازات يصبح مستحيلا ، ولكن في الحقيقة يمكن لأي غاز أن يتحول إلى سائل باستخدام درجات الحرارة الواطئة والضغوط العالية. إن إحدى الخواص الجوهرية للسائل هي التلاصق أو التماسك والتي تعزي إلى التجاذب بين الجزيئات . إن ظاهرة التجاذب الجزيئي واضحة جلية في الغاز كما هو الحال في السائل، وهناك دليل مباشر على وجود التجاذب حصل عليه العالمان جول وتومسون سنة 1852 م عندما امررا تياراً من الغاز بضغط ثابت خلال انبوب يحتوي على سداد مسامي (Porous plug) من الحرير أو القطن الماص ، إذ لوحظ بأن الغاز المنبثق من السداد بصورة عامة يكون ابرد من الغاز الداخل للانبوب.
إن تغير درجة الحرارة المعروفة بتأثير جول وثومسون (Joule and Thomson effect) هو السبب بنقصان السرعة ومن ثم الطاقة الحركية للجزيئات ، ويحصل هذا لأن الطاقة يجب أن تفقد للتغلب على قوى التجاذب الجزيئية عندما يتمدد الغاز خلال مروره عبر السداد المسامي، هذا وفضلا عن تجاذب الجزيئات مع بعضها البعض يجب أن تكون هنالك قوى تنافر بين الجزيئات وهذا واضح من وجود قطر تصادم معرف ويمثل هذا القطر بوجود المسافة التي بها تصبح قوى التنافر كبيرة بحيث ينعكس اتجاه حركة الجزيئات، أي من نحو بعضها البعض ثم تتجه بعيدا عن بعضها البعض. تنخفض قوى التنافر بسرعة عالية جدا عند زيادة البعد بين الجزيئات وأسرع بكثير من انخفاض قوى التجاذب. ونتيجة لهذا يتكون تجاذب بين جزيئين عندما تكون المسافة بينهما مسافة معينة وتتنافر عندما تكونان قريبتين جدا من بعضهما البعض.
الشكل 2-18 يوضح ان قوى التجاذب والتنافر تساوي صفر عندما يكون معامل الانضغاطية مساويا الى 1 ( حالة الغاز المثالي كما تم توضيحه سابقا ) . ان ارتفاع قيمة معامل الانضغاطية مع ازدياد الضغط الى اكثر من 1 لبعض الغازات يعني زيادة قوى التنافر مابين الجزيئات وهذا