غاز أحادي الذرة

في الفيزياء والكيمياء ، يُشتق مصطلح "أحادي الذرة" من كلمتي "أحادي" و"ذري"، ويعني " ذرة واحدة ". ويُستخدم عادةً لوصف الغازات : فالغاز أحادي الذرة هو غاز لا ترتبط ذراته ببعضها. ومن الأمثلة على ذلك، في الظروف القياسية من درجة الحرارة والضغط، جميع الغازات النبيلة ( الهيليوم ، والنيون ، والأرجون ، والكريبتون ، والزينون ، والرادون )، مع العلم أن جميع العناصر الكيميائية تكون أحادية الذرة في الحالة الغازية عند درجات حرارة عالية كافية (أو ضغوط منخفضة جدًا). ​​ويكون السلوك الديناميكي الحراري للغاز أحادي الذرة أبسط بكثير مقارنةً بالغازات متعددة الذرات، لأنه خالٍ من أي ^طاقة دورانية أو اهتزازية . [ ^{1 ]}

العناصر الكيميائية الوحيدة التي تستقر على شكل ذرات منفردة (أي أنها ليست جزيئات ) عند درجة الحرارة والضغط القياسيين هي الغازات النبيلة . وهي: الهيليوم ، والنيون ، والأرجون ، والكريبتون ، والزينون ، والرادون . تتميز الغازات النبيلة بامتلاء غلاف تكافؤها الخارجي، مما يجعلها خاملة نسبيًا. ^{[ 2 ]} ورغم وصف هذه العناصر تاريخيًا بأنها خاملة تمامًا، فقد تم تصنيع مركبات كيميائية باستخدام جميعها باستثناء النيون والهيليوم. ^{[ 3 ]}

عندما يتم تجميعها مع الغازات ثنائية الذرة المتجانسة مثل النيتروجين (N2 ₎ ، تسمى الغازات النبيلة "الغازات العنصرية" لتمييزها عن الجزيئات التي هي أيضًا مركبات كيميائية .

الحركة الوحيدة الممكنة لذرة في غاز أحادي الذرة هي الحركة الانتقالية (الإثارة الإلكترونية غير مهمة عند درجة حرارة الغرفة). وبالتالي، وفقًا لنظرية التوزيع المتساوي للطاقة ، تُعطى الطاقة الحركية لذرة واحدة من غاز أحادي الذرة عند درجة الحرارة الديناميكية الحرارية T بالعلاقة التالية:${\displaystyle {\frac {3}{2}}k_{\text{B}}T}$حيث kB هو ثابت بولتزمان . يحتوي مول واحد من الذرات على _عدد أفوجادرو (${\displaystyle N_{\text{A}}}$) من الذرات، بحيث تكون طاقة مول واحد من ذرات غاز أحادي الذرة هي${\displaystyle {\frac {3}{2}}k_{\text{B}}TN_{\text{A}}={\frac {3}{2}}RT}$، حيث R هو ثابت الغازات .

في عملية كظيمة ، يكون للغازات أحادية الذرة معامل غاما مثالي ( Cp _/ Cv ₎ يساوي 5/3، مقابل 7/5 للغازات ثنائية الذرة المثالية حيث يساهم الدوران (وليس الاهتزاز عند درجة حرارة الغرفة) أيضًا. كذلك، بالنسبة للغازات أحادية الذرة المثالية: ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}