Gaz — właściwości, rodzaje, zastosowania i znaczenie
Przegląd gazów jako stanu skupienia: cechy molekularne, typy (mono- i wieloatomowe), mieszaniny, prawa gazowe, zastosowania przemysłowe i aspekty bezpieczeństwa oraz środowiska.
Gaz to jeden ze stanów skupienia materii charakteryzujący się dużą swobodą ruchu cząstek i brakiem stałego kształtu czy objętości. W klasyfikacji stanów materii gaz przeciwstawiany jest zwykle cieczy i ciału stałemu; różnice wynikają z sił międzycząsteczkowych i odległości pomiędzy cząstkami. W gazie odległości między cząsteczkami są na tyle duże, że oddziaływania są słabe, a właściwości makroskopowe zależą przede wszystkim od zderzeń i ruchu cząstek.
Galeria obrazów
9 Obrazy
Właściwości i podstawy mikroskopowe
- Ruch i zderzenia: według kinetycznej teorii gazów cząsteczki poruszają się swobodnie i zderzają się ze sobą oraz ze ściankami naczynia, co generuje ciśnienie; odniesienie do koncepcji cząstek można znaleźć pod cząsteczki.
- Porównanie stanów: w odróżnieniu od cieczy cząsteczki gazu nie tworzą uporządkowanych struktur, a w porównaniu z ciałami stałymi nie występują trwałe wiązania utrzymujące kształt.
- Skład chemiczny: gaz może składać się z pojedynczych atomów atom, cząsteczek tego samego pierwiastka lub związków chemicznych molekuły złożone.
Gazy dzieli się na monoatomowe, jak neon, oraz na diatomowe i poliatomowe, na przykład wodór (dwuatomowy) czy dwutlenek węgla (molekularny złożony). W praktyce wiele układów występuje jako mieszaniny różnych gazów — znanym przykładem jest powietrze.
Mieszanina gazów powstaje, gdy różne składniki nie reagują i swobodnie współistnieją; termin mieszanka obejmuje zarówno proste mieszaniny laboratoryjne, jak i atmosferę ziemską. Skład powietrza suchym zwykle podaje się orientacyjnie: około powietrza zawiera ~78% azotu azot, ~21% tlenu tlen oraz blisko 1% gazów szlachetnych jak argon, a do tego śladowe ilości dwutlenku węgla i innych gazów.
Pod względem opisów matematycznych gazy w wielu sytuacjach przybliża prawo gazu doskonałego PV = nRT, natomiast rzeczywiste odchylenia uwzględniają modele takie jak równanie van der Waalsa. W praktyce istotne są też zjawiska dyfuzji, efuzji oraz zależność temperatury od średniej energii kinetycznej cząsteczek — informacje pomocnicze często znajdują się w źródłach dotyczących stanów skupienia i kinetycznej teorii.
Gazy mają kluczowe zastosowania: jako paliwa i surowce (np. gaz ziemny, głównie metan), media grzewcze, gaz do oddychania w medycynie i nurkowaniu (czysty tlen), gazy ochronne w spawalnictwie, a także w oświetleniu i reklamie (np. neon). Z drugiej strony niektóre gazy mają znaczenie środowiskowe — CO2 i metan uczestniczą w efekcie cieplarnianym i zmianach klimatu — oraz mogą być niebezpieczne: gazy trujące były stosowane jako broń chemiczna podczas konfliktów, zwłaszcza I wojny światowej (historia użycia), i obecnie są zakazane lub ściśle regulowane.
Podsumowując, gaz to wszechobecny i wszechstronny stan materii o unikalnych właściwościach dynamiki cząsteczkowej. Zrozumienie jego zachowania — od podstaw kinetyki po prawa makroskopowe — jest niezbędne w nauce, technice i ochronie środowiska.
Charakterystyka fizyczna
Wszystkie gazy mogą płynąć, jak ciecze. Oznacza to, że molekuły poruszają się niezależnie od siebie. Większość gazów jest bezbarwna, jak wodór. Cząsteczki gazu będą się rozprzestrzeniać, lub rozpraszać, w celu wypełnienia całej przestrzeni w dowolnym pojemniku, takim jak butelka lub pokój. W porównaniu z cieczami i ciałami stałymi, gazy mają bardzo niską gęstość i lepkość. Nie widzimy bezpośrednio większości gazów, ponieważ nie są one kolorowe. Można jednak zmierzyć ich gęstość, objętość, temperaturę i ciśnienie.
Ciśnienie
Ciśnienie jest miarą tego, jak dużą siłę popychającą coś wywiera na inny przedmiot. W gazie jest to zazwyczaj gaz pchający pojemnik na przedmiot lub, jeśli gaz jest ciężki, coś wewnątrz gazu. Ciśnienie jest mierzone w paskalach. Ze względu na trzecie prawo Newtona możemy zmienić ciśnienie gazu poprzez przyłożenie siły do obiektu, który go zawiera. Na przykład, ściskanie butelki z powietrzem w środku powoduje wzrost ciśnienia (daje większe ciśnienie) powietrza w środku.
Mówiąc o gazie, ciśnienie jest często związane ze zbiornikiem. Duża ilość gazu w małym zbiorniku miałaby bardzo wysokie ciśnienie. Niewielka ilość gazu w dużym zbiorniku miałaby niskie ciśnienie. Gaz może sam wytwarzać ciśnienie, gdy jest go dużo. Ciężar gazu tworzy ciśnienie na wszystko, co znajduje się pod nim, w tym na inny gaz. Na planecie nazywa się to ciśnieniem atmosferycznym.
Temperatura
Temperatura gazu jest taka, jaka jest gorąca lub zimna. W fizyce zwykle mierzy się ją w kelwinach, chociaż w innych miejscach używa się więcej stopni Celsjusza. W gazie średnia prędkość (jak szybko się poruszają) cząsteczek jest zależna od temperatury. Im szybciej cząsteczki gazu poruszają się, tym bardziej zderzają się lub rozbijają o siebie. Zderzenia te uwalniają energię, która w gazie występuje w postaci ciepła. I odwrotnie, jeśli temperatura wokół gazu stanie się gorętsza, wtedy cząsteczki gazu zamienią energię cieplną na energię kinetyczną, co sprawi, że będą poruszać się szybciej i że gaz stanie się gorętszy.
Zmiany państwa
Gaz może przechodzić przez dwie różne zmiany stanu. Jeśli temperatura jest wystarczająco niska, gaz może się skraplać i zamieniać w ciecz. Czasami, jeśli temperatura jest wystarczająco niska, może przejść przez osadzanie, gdzie zmienia się prosto w ciało stałe. Zazwyczaj gaz musi najpierw skondensować się do postaci ciekłej, a następnie zamarznąć, aby stać się ciałem stałym, ale jeśli temperatura jest bardzo niska, może on pominąć etap ciekły i natychmiast stać się ciałem stałym. Spowodowane jest to mrozem na ziemi w zimie. Para wodna (gaz) przedostaje się do powietrza, które jest bardzo zimne i natychmiast staje się lodem z powodu osadzania.
Powiązane strony
- Gaz idealny
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest gaz?
O: Gaz to jeden z czterech stanów skupienia materii, w którym cząsteczki poruszają się swobodnie i nie są ze sobą połączone.
P: Czym różnią się cząsteczki w gazie od cząsteczek w cieczy?
O: W gazie cząsteczki nie są ze sobą połączone, podczas gdy w cieczy cząsteczki są luźno połączone lub stykają się ze sobą.
P: Czym różnią się cząsteczki w gazie od cząsteczek w ciele stałym?
O: W gazie wiązania molekularne są słabe, podczas gdy w ciele stałym wiązania molekularne są silne, utrzymując cząsteczki razem w jednym kształcie.
P: Czy gaz ma tylko jedną objętość, tak jak ciecz lub ciało stałe?
O: Nie, gaz może się rozszerzać, aż wypełni pojemnik, w którym się znajduje, w przeciwieństwie do cieczy lub ciała stałego.
P: Jakie są różne rodzaje cząsteczek gazu?
O: Istnieją czyste gazy z pojedynczymi atomami, gazy elementarne z więcej niż jednym takim samym atomem związanym razem oraz gazy złożone z wieloma rodzajami atomów razem.
P: Czy może Pan podać przykład gazu jednoatomowego?
O: Tak, przykładem gazu jednoatomowego jest neon.
P: Co to jest mieszanina gazów?
O: Mieszanina gazów zawiera mieszankę dowolnego z rodzajów gazów wymienionych powyżej, takich jak powietrze, które składa się w 87% z azotu, 0,2% tlenu, 13,7% argonu i dwutlenku węgla w śladowych ilościach.
Powiązane artykuły
Autor
AlegsaOnline.com Gaz — właściwości, rodzaje, zastosowania i znaczenie Leandro Alegsa
URL: https://pl.alegsaonline.com/art/37672
Źródła
- mistupid.com : "Composition of Air"
- newton.dep.anl.gov : "Colours of Gases"
- id.mind.net : "Heat and temperature"