GAZY: WŁAŚCIWOŚCI, ZACHOWANIE, KSZTAŁT, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Te gazy są te wszystkie substancje lub związki, których stany agregacji są słabe i rozrzucone, przy dużym stopniu zależy od temperatury i ciśnienia, warunków nad nimi. Są prawdopodobnie drugą po plazmie najbardziej rozpowszechnioną formą materii w całym Wszechświecie.

Na Ziemi gazy tworzą warstwy atmosfery, od egzosfery po troposferę i powietrze, którym oddychamy. Chociaż gaz jest niewidoczny, gdy jest rozpraszany przez duże przestrzenie, takie jak niebo, jest wykrywany przez ruch chmur, obroty łopatek młyna lub opary wydychane z naszych ust w zimnym klimacie.

Gazy można zaobserwować w kominach przemysłowych lub domowych, a także w wieżach dymnych emanujących z wulkanów. Źródło: Pxhere.

Podobnie, przechodząc do negatywnych aspektów środowiskowych, obserwuje się to w czarnym dymie z rur wydechowych pojazdów, w słupach dymu wież zlokalizowanych w fabrykach lub w dymie unoszącym się podczas płonącego lasu.

Stoisz również w obliczu zjawisk gazowych, gdy widzisz opary wydobywające się z kanałów ściekowych, w pasmach bagien i cmentarzy, w bulgoczących wewnątrz akwariów, w bukietach balonów z helem, które są wypuszczane do nieba, w tlen uwalniany przez rośliny w wyniku ich fotosyntezy, a nawet przy odbijaniu i wzdęciach.

Wszędzie, gdzie obserwuje się gazy, oznacza to, że nastąpiła reakcja chemiczna, chyba że są one związane lub przyswajane bezpośrednio z powietrza, głównego źródła gazów (powierzchownie) na planecie. Wraz ze wzrostem temperatury wszystkie substancje (pierwiastki chemiczne) przekształcają się w gazy, w tym metale, takie jak żelazo, złoto i srebro.

Niezależnie od chemicznej natury gazów, łączy je duża odległość dzieląca ich cząstki (atomy, cząsteczki, jony itp.), Które poruszają się chaotycznie i arbitralnie w danej objętości lub przestrzeni.

Właściwości gazów

Różnice w cząsteczkach stałych, ciekłych i gazowych

Fizyczny

Fizyczne właściwości gazów różnią się w zależności od rodzaju substancji lub związku. Gazy są powszechnie kojarzone z brzydkim zapachem lub gniciem, ze względu na zawartość siarki lub lotne aminy. Podobnie, są one wizualizowane za pomocą zielonkawych, brązowych lub żółtawych zabarwień, które onieśmielają i dają zły omen.

Jednak większość gazów, a przynajmniej najbardziej rozpowszechnionych, jest w rzeczywistości bezbarwnych i bezwonnych. Chociaż są nieuchwytne, można je wyczuć na skórze i oprzeć się ruchom, tworząc nawet lepkie warstwy na ciałach, które przez nie przechodzą (jak to ma miejsce w przypadku samolotów).

Wszystkie gazy mogą podlegać zmianom ciśnienia lub temperatury, które ostatecznie zamieniają je w odpowiednie ciecze; to znaczy ulegają kondensacji (jeśli są schłodzone) lub upłynniają (jeśli są „wciśnięte”).

Kondensacja; ze stanu gazowego do ciekłego

Z drugiej strony gazy są zdolne do rozpuszczania się w cieczach i niektórych porowatych ciałach stałych (takich jak węgiel aktywny). Bąbelki są wynikiem nagromadzenia się gazów, które jeszcze nie rozpuściły się w ośrodku i wydostały się na powierzchnię cieczy.

Przewodność elektryczna i cieplna

W normalnych warunkach (bez jonizacji ich cząstek) gazy słabo przewodzą ciepło i elektryczność. Jednakże, gdy są obciążone wieloma elektronami, pozwalają na przepływ prądu, tak jak to widać podczas wyładowań atmosferycznych podczas burz.

Z kolei przy niskich ciśnieniach i pod działaniem pola elektrycznego niektóre gazy, zwłaszcza szlachetne lub doskonałe, zapalają się, a ich światła są wykorzystywane do projektowania reklam i plakatów nocnych (neony), a także w słynnych elektryczne lampy wyładowcze w latarniach ulicznych.

Jeśli chodzi o przewodnictwo cieplne, wiele gazów zachowuje się jak izolatory termiczne, więc ich włączenie do wypełnienia włókien, tkanin lub paneli szklanych zapobiega przechodzeniu przez nie ciepła i utrzymuje stałą temperaturę.

Istnieją jednak gazy, które są dobrymi przewodnikami ciepła i mogą powodować gorsze oparzenia niż ciecze lub ciała stałe; na przykład, jak to się dzieje z gorącą parą upieczonych babeczek (lub empanad) lub z dyszami pary wydostającymi się z kotłów.

Reaktywność

Generalnie reakcje z udziałem gazów lub tam, gdzie one występują, są klasyfikowane jako niebezpieczne i uciążliwe.

Ich reaktywność zależy ponownie od ich chemicznej natury; Jednak przy rozszerzaniu i przemieszczaniu z wielką łatwością należy zachować większą ostrożność i kontrolę, ponieważ mogą one wywołać drastyczny wzrost ciśnienia, który zagrozi konstrukcji reaktora; Nie wspominając o tym, jak łatwopalne lub niepalne są te gazy.

Zachowanie się gazów

Makroskopowo można uzyskać wyobrażenie o zachowaniu się gazów, obserwując ewolucję dymu, pierścieni lub literackich „języków” papierosów w powietrzu. Podobnie, gdy eksploduje granat dymny, interesujące jest szczegółowe omówienie ruchu tych różnokolorowych chmur.

Jednak takie obserwacje podlegają działaniu powietrza, a także temu, że w dymie zawieszone są bardzo drobne cząstki stałe. Dlatego te przykłady nie wystarczą, aby wyciągnąć wnioski dotyczące rzeczywistego zachowania gazu. Zamiast tego przeprowadzono eksperymenty i opracowano kinetyczną teorię gazów.

Molekularnie i idealnie, cząstki gazowe zderzają się ze sobą sprężyście, mając przemieszczenia liniowe, obrotowe i wibracyjne. Mają powiązaną średnią energię, która pozwala im swobodnie podróżować po dowolnej przestrzeni bez prawie interakcji lub zderzenia z inną cząstką, gdy objętość wokół nich wzrasta.

Jego zachowanie byłoby mieszaniną nieregularnych ruchów Browna i niektórych zderzeń niektórych kul bilardowych, które nieustannie odbijają się między sobą a ścianami stołu; jeśli nie ma ścian, rozproszy się w nieskończoność, chyba że powstrzyma je siła: grawitacja.

Postać gazów

Gazy, w przeciwieństwie do cieczy i ciał stałych, nie mają znaczenia typu skondensowanego; to znaczy agregacja lub spójność jego cząstek nigdy nie jest w stanie zdefiniować kształtu. Dzielą się z płynami tym, że całkowicie zajmują objętość pojemnika, który je zawiera; jednak brakuje im napięcia powierzchniowego i powierzchniowego.

Jeśli stężenie gazu jest wysokie, gołym okiem można zobaczyć jego „języki” lub już opisane formy makroskopowe. Te prędzej czy później znikną z powodu działania wiatru lub zwykłej ekspansji gazu. Dlatego gazy pokrywają wszystkie zakamarki ograniczonej przestrzeni, tworząc wysoce jednorodne systemy.

Otóż, teoria dogodnie traktuje gazy jako kule, które prawie nie zderzają się ze sobą; ale kiedy to robią, odbijają się elastycznie.

Te sfery są szeroko od siebie oddzielone, więc gazy są praktycznie „pełne” próżni; stąd jego wszechstronność do przechodzenia przez najmniejszą szczelinę lub szczelinę oraz łatwość w ich znacznym ściskaniu.

Dlatego bez względu na to, jak zamknięta jest instalacja piekarni, przechodząc obok masz pewność, że będziesz cieszyć się aromatem świeżo upieczonego chleba.

Ciśnienie gazu

Można by sądzić, że ponieważ kulki lub cząsteczki gazu są tak rozproszone i oddzielone, nie są w stanie wytworzyć żadnego nacisku na ciała lub przedmioty. Atmosfera jednak udowadnia, że ​​takie przekonanie jest fałszywe: ma masę, wagę i zapobiega parowaniu lub wrzeniu cieczy znikąd. Temperatury wrzenia mierzy się pod ciśnieniem atmosferycznym.

Ciśnienie gazu staje się bardziej wymierne, jeśli dostępne są manometry lub jeśli są one zamknięte w pojemnikach o nieodkształcalnych ściankach. Zatem im więcej cząstek gazu znajduje się wewnątrz pojemnika, tym większa liczba zderzeń między nimi a jego ścianami.

Cząstki te, zderzając się ze ścianami, naciskają na nie, ponieważ wywierają na ich powierzchnię siłę proporcjonalną do ich energii kinetycznej. To tak, jakby idealne kule bilardowe zostały rzucone w ścianę; jeśli jest ich wiele, które uderzyłyby w nie z dużą prędkością, może nawet pęknąć.

Jednostki

Istnieje wiele jednostek, które towarzyszą pomiarom ciśnienia gazu. Niektóre z najbardziej znanych to milimetry słupa rtęci (mmHg), np. Torr. Istnieją te z międzynarodowego układu jednostek (SI), które definiują paskal (Pa) w odniesieniu do N / m ² ; a od niego kilo (kPa), mega (MPa) i giga (GPa) pascal.

Objętość gazu

Gaz zajmuje i rozszerza się w całej objętości pojemnika. Im większy pojemnik, tym objętość gazu też będzie; ale zarówno jego ciśnienie, jak i gęstość spadną dla tej samej ilości cząstek.

Z drugiej strony sam gaz ma powiązaną objętość, która zależy nie tyle od jego natury lub struktury molekularnej (idealnie), ale od panujących w nim warunków ciśnienia i temperatury; to jest jego objętość molowa.

W rzeczywistości objętość molowa różni się w zależności od gazu, chociaż różnice są niewielkie, jeśli nie są to duże i niejednorodne cząsteczki. Na przykład objętość molowa amoniaku (NH ₃ , 22,079 L / mol) w 0 ° C i 1 atm różni się od helu (He, 22,435 L / mol).

Wszystkie gazy mają objętość molową, która zmienia się w funkcji P i T, i bez względu na wielkość ich cząstek, ich liczba jest zawsze taka sama. Stąd w rzeczywistości pochodzi z tak znanej liczby Avogadro (N _A ).

Główne prawa dotyczące gazu

Zachowanie gazów badano od wieków poprzez eksperymenty, dogłębne obserwacje i interpretację wyników.

Takie eksperymenty umożliwiły ustalenie szeregu praw, które połączone w to samo równanie (równanie gazów doskonałych) pomagają przewidzieć reakcje gazu na różne warunki ciśnienia i temperatury. W ten sposób istnieje zależność między jego objętością, temperaturą i ciśnieniem, a także liczbą jego moli w danym układzie.

Wśród tych praw są cztery następujące prawa: Boyle, Charles, Gay-Lussac i Avogadro.

Prawo Boyle'a

Zwiększenie ciśnienia poprzez zmniejszenie objętości pojemnika. Źródło: Gabriel Bolívar

Prawo Boyle'a mówi, że przy stałej temperaturze objętość gazu doskonałego jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia; to znaczy, im większy pojemnik, tym niższe ciśnienie, na które jego ścianki będą oddziaływać ta sama ilość gazu.

Charles Law

Chińskie lampiony lub balony życzeń. Źródło: Pxhere.

Prawo Charlesa mówi, że przy stałym ciśnieniu objętość gazu doskonałego jest wprost proporcjonalna do jego temperatury. Balony demonstrują prawo Charlesa, ponieważ jeśli są ogrzewane, to trochę bardziej się nadmuchują, podczas gdy jeśli są zanurzone w ciekłym azocie, opróżniają się, ponieważ objętość gazu w nich się kurczy.

Prawo Gay-Lussaca

Prawo Gay-Lussaca mówi, że przy stałej objętości ciśnienie gazu doskonałego jest wprost proporcjonalne do jego temperatury. W dobrze zamkniętym kotle, jeśli gaz jest stopniowo podgrzewany, za każdym razem ciśnienie w nim będzie większe, ponieważ ściany kotła nie odkształcają się ani nie rozszerzają; to znaczy, że jego objętość się nie zmienia, jest stała.

Prawo Avogadro

Wreszcie prawo Avogadro mówi, że objętość zajmowana przez gaz doskonały jest wprost proporcjonalna do liczby jego cząstek. Zatem, jeśli mamy jeden mol cząstek (6,02 · 10 ²³ ), wówczas będziemy mieli molową objętość gazu.

Rodzaje gazów

Gazy palne

Są to te gazy, których składniki działają jak paliwa, ponieważ są wykorzystywane do produkcji energii cieplnej. Niektóre z nich to gaz ziemny, gaz płynny i wodór.

Gazy przemysłowe

Są to te wytwarzane gazy, które są sprzedawane publicznie do różnych zastosowań i zastosowań, takich jak między innymi w służbie zdrowia, żywności, ochronie środowiska, metalurgii, przemyśle chemicznym, bezpieczeństwie. Niektóre z tych gazów to między innymi tlen, azot, hel, chlor, wodór, tlenek węgla, propan, metan, podtlenek azotu.

Gazy obojętne

Są to te gazy, które w określonych warunkach temperatury i ciśnienia nie powodują reakcji chemicznych lub są bardzo słabe. Są to neon, argon, hel, krypton i ksenon. Stosowane są w procesach chemicznych, w których niezbędne są pierwiastki niereaktywne.

Przykłady pierwiastków i związków gazowych

Jakie są pierwiastki gazowe układu okresowego w warunkach ziemskich?

Po raz pierwszy, atom wodoru (H), który stanowi H ₂ cząsteczek . Następuje hel (He), najlżejszy gaz szlachetny; a następnie azot (N), tlen (O) i fluor (F). Te ostatnie trzy również tworzą cząsteczki dwuatomowe: N ₂ , O ₂ i F ₂ .

Po fluorze pojawia się neon (Ne), szlachetny gaz występujący po helu. Poniżej fluoru mamy chlor (Cl) w postaci cząsteczek Cl ₂ .

Następnie mamy resztę gazów szlachetnych: argon (Ar), krypton (Kr), ksenon (Xe), radon (Rn) i oganeson (Og).

Dlatego w sumie składa się z dwunastu pierwiastków gazowych; jedenaście, jeśli wykluczymy wysoce radioaktywny i niestabilny oganeson.

Związki gazowe

Oprócz pierwiastków gazowych zostaną wymienione niektóre typowe związki gazowe:

-H ₂ S, siarkowodór, odpowiedzialny za zapach zgniłych jaj

-NH ₃ , amoniak, ostry zapach wyczuwalny w używanych mydłach

-CO ₂ , dwutlenek węgla, gaz cieplarniany

-NO ₂ , dwutlenek azotu

-NO, tlenek azotu, gaz uważany za wysoce toksyczny, ale odgrywający ważną rolę w układzie krążenia

-SO ₃ , trójtlenek siarki

-C ₄ H ₁₀ , butan

-HCl, chlorowodór

-O ₃ , ozon

-SF ₆ , sześciofluorek siarki

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Właściwości gazów. Odzyskany z: chemed.chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Gaz. Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 grudnia 2018). Gazy - ogólne właściwości gazów. Odzyskany z: thinkco.com
5. Męski zegarek zdrowotny Harvard. (2019). Stan gazu. Odzyskany z: health.harvard.edu
6. Elektroniczne edytory chłodzenia. (1 września 1998). Przewodnictwo cieplne gazów. Odzyskany z: electronics-cooling.com