Газы это в химии кратко
Обновлено: 02.07.2024
Газ — одно из агрегатных состояний вещества.
В химии газом называют вещество, имеющее газообразное агрегатное состояние, состоящее из подвижных частиц, которые характеризуются слабыми связями друг с другом.
Идеальный газ — математическая модель, которая предполагает, что можно пренебречь потенциальной энергией взаимодействия молекул по сравнению с их кинетической энергией, а также что суммарный объём молекул газа мал и им можно пренебречь.
Паром называют газообразное состояние вещества, которое устойчиво в жидкой или твердой форме. Сильно перегретый пар является реальным газом. Его свойства не сильно отличаются от идеального газа. Поэтому в термодинамическом описании реальных газов и паров различают два состояния — насыщенные и перегретые пары. Реальным газом называют также диапазон газообразного состояния вещества от насыщенного пара до перегретого и сильно разреженного.
Какие бывают, классификация
Газы классифицируют по различным признакам.
По месторождению
Природные газы, которые добывают из чисто газовых месторождений, почти не содержащих нефти.
Попутные газы. Они растворены в нефти и добываются вместе с ней.
Газы газоконденсатных месторождений. Они находятся в пластах под давлением и содержат керосиновые или соляровые фракции нефти.
По горючести
Газы-окислители не являются горючими, но поддерживают горение в качестве окислителя. Жир или смазка вместе с окислителями являются самовоспламеняющимися комбинациями. К одним из самых распространенных газов этого типа относятся: воздух кислород, окись и двуокись азота, фтор, хлор.
Нейтральными или инертными газами называют те, которые не поддерживают горение и не горят сами по себе. Их свойства используют для тушения пожаров в тех условиях, где использование воды невозможно. Наиболее распространенные инертные газы: азот, аргон, гелий, ксенон, неон, углекислый газ. Все газы этой группы при стандартном давлении и температуре являются одноатомными.
Горючими газами называют те, которые в смеси с воздухом или кислородом возгораются или взрываются при необходимой концентрации смеси. Список наиболее распространенных горючих газов: аммиак, арсин, бутан, водород, угарный газ, метан, пропан, пропилен, силен, циклопропан, этан, этилен.
Свойства газообразных веществ
Почти все газы невозможно наблюдать органами чувств человека, поэтому они описываются с помощью макроскопических характеристик: давления, объема, количества частиц (моль) и температуры. Детальное изучение этих свойств учеными привело к установлению математической связи между ними, которая выражена в уравнении состояния идеального газа.
Газ, как и любое другое вещество обладает массой, то есть имеет вес.
Плотность определяется как отношение массы тела к занимаемому им объему. Плотность некоторых газов: бромметан — 1,732 ( 0 ° C , г / с м 3 ), азот — 1,2505 ( к г / м 3 ), озон 2,22 ( к г / м 3 ).
Особенность газа в том, что он заполняет все доступное пространство, но не образует поверхности. Также они всегда смешиваются. Свойства газа не зависят от направления, что говорит о том, что это изотропное вещество. Газ обладает высокой сжимаемостью.
Молекулы газа движутся беспорядочно. Это можно экспериментально доказать диффузией и броуновским движением. Процесс самодиффузии происходит в газе очень быстро.
Реакции между веществами в газообразном состоянии довольно сложно проводить, так как необходимо обеспечивать контролируемую подачу и отвод газов, следить за давлением. Примерами химических процессов, протекающих с участием газом, могут быть реакции восстановления металлов из оксидов водородом или окисление металлов кислородом.
Например, реакцию натрия с кислородом, в результате которой получается смесь оксида и пероксида натрия.
При недостаточном количестве воздуха происходит неполное сгорание газов, вследствие чего образуются оксид углерода или угарный газ, несгоревшие горючие углеводороды и атомный углерод или сажа.
Изменение состояния газа
Повышение температуры ведет к расширению газов. Если температура при сжатии ниже критической, газ может перейти в жидкое состояние. Также существуют газы, которые при охлаждении переходят в твердое состояние, минуя жидкую фазу.
В обычном состоянии газы являются плохими проводниками электрического тока. Но в ионизированном состоянии их проводимость увеличиваются. Способность проводить ток зависит от напряжения не линейно, так как степень ионизации меняется по сложному закону. Различают термическую ионизацию и ионизацию электрическим разрядом.
Плазма — ионизированный газ; газ состоящий из ионов, образовавшихся из нейтральных атомов или молекул. Одно из четырёх классических агрегатных состояний вещества.
С течением времени состояние газа меняется, это называется термодинамическим процессом. Особое внимание уделяется изопроцессам. В ходе их протекания не изменяется один из трех параметров (давление, объем, температура). Соответственно выделяют:
Соединение, находящееся в одном из основных агрегатных состояний, при котором составные частицы слабо связаны между собой, называется газом или газообразным веществом. Частицы газа движутся хаотично и в некоторых случаях могут переходить в жидкое и твёрдое состояния.
Получение
Существуют вещества, которые при нормальных условиях сохраняются в газообразном агрегатном состоянии. Их можно разделить на две группы:
- простые – азот, кислород, хлор;
- сложные – аммиак, метан, углекислый газ.
Газы выделяют из атмосферы или природного газа путём окисления и адсорбции примесей.
Образованию газообразного состояния веществ способствует изменение нормальных условий. Жидкие или твёрдые вещества нагревают, тем самым разрушая химические связи и высвобождая отдельные молекулы в воздух. Например, жидкая вода при нагревании легко превращается в водяной пар, а твёрдый йод выделяет фиолетовые пары.
Рис. 1. Фиолетовые пары йода.
В лабораториях газ получают путём разложения (сжигания) сложных веществ или реакцией жидких и твёрдых соединений. Способы получения некоторых газов:
Полученный газ обнаруживают разными способами. Например, пропускают через жидкость и наблюдают за изменением цвета, прозрачности (известковое молочко мутнеет в присутствии углекислого газа). Некоторые газы поддерживают горение или, наоборот, тушат тлеющую лучину.
Физические свойства
Молекулы газообразного вещества постоянно движутся, а расстояние между ними значительно превышает их диаметр. Благодаря такому расположению частиц газы не имеют формы, легко смешиваются и сжимаются.
Газообразные соединения приобретают форму сосуда, в котором находятся. Ударяясь о стенки сосуда с определённой скоростью, газы создают давление. Чем интенсивнее молекулы воздействуют на сосуд, тем выше давление.
Различные газообразные соединения смешиваются между собой в любых пропорциях. Природный газ – это смесь метана, водорода, сероводорода, углекислого газа, азота, гелия. Атмосфера состоит из смесей простых и сложных газообразных веществ – азота, кислорода, водорода, углекислого газа, водяного пара.
Рис. 3. Соотношение газов в атмосфере.
При сжатии объём газов становится значительно меньше. Например, объём кислорода уменьшается в 200 раз.
Описание некоторых газообразных веществ представлено в таблице.
Формула
Физические свойства
Нахождение в природе
Самый лёгкий газ, легче воздуха в 14,5 раз. Не имеет вкуса, запаха, цвета. Плохо растворяется в воде (18,8 мл/100 г), но хорошо растворяется в металлах, особенно в палладии. Сжижается при -252,76°C
В земной коре – 1 %, незначительное количество в атмосфере. Большая часть водорода присутствует в виде соединений
Не имеет вкуса, цвета, запаха. Немного тяжелее воздуха. Плохо растворяется в воде (4,9 мл/100 г) и спирте (2,78 мл/100 г), но хорошо растворяется в жидком серебре. Сжижается при -182,98°C
47 % земной коры состоит из кислорода. Моря и пресные водоёмы содержат 85 % кислорода. В атмосфере – 20 %
Бесцветный газ без запаха. Плохо растворим в воде (2,3 мл/100 г). Атомы азота связаны тройной трудно разрываемой связью. Сжижается при -195,8°C
Жёлто-зелёный газ с запахом. Легко сжижается уже при -34°C. При давлении в 0,8 МПа и комнатной температуре становится жидким. Плохо растворяется в воде (1,48 мл/100 г), хорошо растворяется в бензоле и хлороформе
Наиболее распространённый галоген. В природе встречается только в составе минералов
Бесцветный газ, не имеющий запаха при малых концентрациях. В большом количестве имеет кислый запах. В 1,5 раза тяжелее воздуха. Кристаллизуется при -78,3°С. Жидкое состояние получают при комнатной температуре и давлении в 6 МПа
В атмосфере содержится меньше 1 %
Бесцветный газ с резким запахом. В два раза тяжелее воздуха. Хорошо растворяется в воде
Образуется путём разложения азотсодержащих веществ
За счёт свободного движения молекул газ равномерно распространяется в ограниченном пространстве. Такое явление называется диффузией. Яркий пример диффузии – распространение запахов. При приготовлении пищи на кухне запах постепенно распространяется по всей квартире.
Что мы узнали?
Газ – вещество, состоящее из хаотично движущихся частиц – молекул или атомов. Газообразные соединения можно получить выделением из атмосферы путём адсорбции и окисления. Также газ получают из жидких и твёрдых веществ путём изменения условий или взаимодействием простых и сложных веществ. Газы не имеют формы, легко смешиваются между собой и равномерно распределяются в закрытом пространстве. Наиболее распространённый газ в атмосфере – азот. Самый лёгкий газ.
Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas , восходит к др.-греч. χάος ) — агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.
Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром.
Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма [1] и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).
Газообразное состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т. д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. К газам иногда [уточнить] относят не только системы из атомов и молекул, но и системы из других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму .
Содержание
Некоторые частные случаи
-
— газ, в котором взаимодействие между молекулами сводится к парным столкновениям, причём время межмолекулярного столкновения много меньше среднего времени между столкновениями. Идеальный газ является простейшим модельным объектом молекулярной физики.
Уравнение состояния идеального газа
-
— газ, в котором учитывается взаимодействие между молекулами. Уравнение состояния реального газа часто строится методами теории возмущений, при этом отличие от уравнения состояния идеального газа описывается набором вириальных коэффициентов. — частный случай реального газа с достаточно простым модельным уравнением состояния. Важнейшим свойством газа ван-дер-Ваальса является существование в такой простой модели фазового перехода газ-жидкость.
- Частично или полностью ионизованный газ называется плазмой.
Также газом часто кратко называют природный газ.
Этимология
Физические свойства
Индивидуальная газовая постоянная
Сжимаемость
Сжимаемость z — это отношение удельного объёма газа к удельному объёму идеального газа с такой же молярной массой. Как правило, это число чуть меньше единицы, при этом наиболее значительно отклоняется от неё в близи линии насыщения и для достаточно сложных органических газов, например, для метана при стандартных условиях [3] .
Рассчитать коэффициент сжимаемости можно несколькими способами:
Теплоёмкость
Теплоёмкость газа сильно зависит от характера процесса, который с ним протекает. Наиболее часто используются изохорная теплоёмкость и изобарная ; для идеального газа .
Теплопроводность
Теплопроводность газов — явление направленного переноса тепловой энергии за счет столкновения частиц газа без переноса вещества.
Вязкость
В отличие от жидкостей, кинематическая вязкость газов с ростом температуры растёт, хотя для динамической вязкости зависимость менее выражена. Также вязкость обратно пропорциональна давлению.
Число Прандтля
для газов обычно немного меньше единицы.
Проводимость
Газы — очень плохие проводники, но в ионизированном состоянии газ способен проводить электрический ток [4] . Проводимость газа зависит от напряжения нелинейно, поскольку степень ионизации изменяется по сложному закону. Основных способов ионизации газа два: термическая ионизация и ионизация электрическим ударом. Кроме того, существует так называемый самостоятельный электрический разряд (пример — молния).
Термическая ионизация
Термическая ионизация — придание атомам достаточной кинетической энергии для отрыва электрона от ядра и последующей ионизации вследствие повышения температуры газа и тепловое движение атомов газа, приводящее к столкновениям и превращением их в кинетическую энергию. Температуры, необходимые для ионизации газов, очень высоки (например, для водорода этот показатель составляет 6 000 К). Этот тип ионизации газов распространен преимущественно в природе.
Ионизация электрическим ударом
При низкой температуре газ также может проводить ток, если мощность его внутреннего электрического поля превышает некоторое пороговое значение. Пороговое значение в данном случае — достижение электроном под действием электрического поля достаточной кинетической энергии, необходимо для ионизации атома. Далее электроны снова разгоняются электрическим полем для ионизации и ионизируют два атома и т. д. — процесс становится цепным. В конечном итоге все свободные электроны достигнут позитивного электрода, позитивные ионы — негативного электрода. Данный тип ионизации распространен преимущественно в промышленности.
Интересные факты
- Любое вещество на высоких температурах и в инертной среде является газом.
См. также
Примечания
Ссылки
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 13 мая 2011.
Газообразная воздушная среда – непременное условие жизни человека, незаметное в повседневной жизни.
Именно поэтому к изучению газов наука обратилась совсем недавно.
Первые газовые законы были открыты в начале XIX в.
В начале XIX в. французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак исследовал физико-химические свойства.
Поясню это на простых примерах.
В наше время это кажется очевидным, однако во времена Гей-Люссака простые вещества считались состоящими из единичных атомов, и, следовательно, по представлениям тех времён, после соединения водорода и хлора объем смеси должен был уменьшиться в два раза, хотя на деле он не изменяется.
Проблему решил итальянский химик Амедео Авогадро (1776-1856) . На основании того, что молекулы газа находятся на далеком расстоянии друг от друга, он сделал вывод, что размер и сложность молекул газа не сказывается на занимаемом объеме.
Таким образом, в равных объемах разных газов содержится равное число молекул. Это было многократно подтверждено экспериментально и сейчас называется законом Авогадро.
Закон Авогадро
1. один моль любого газа при равных условиях (температура и давление) занимает один и тот же объем.
2. один моль любого газа при нормальных условиях (t=0°С и давлении 10 5 Па = 100 кПа= 1 бар) занимает один и тот же объем, равный 22,41 литрам.
Величина 22,41 л/моль (22,41 м 3 /моль) называется моляным объемом газа и обозначается Vm
При нормальных условиях (температура 0 °С и давление 1 атмосфера) 1 моль абсолютно любого газа занимает объем 22,41 л, неважно водород это с молярной массой 1 г/моль или элегаз с молярной массой 146 г/моль.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Элегаз – гексафторид серы SF6, тяжелый бесцветный газ без вкуса и запаха, почти безвредный, поэтому его используют для демонстрации способности тяжелого газа изменять человеческий голос до баса. Однако это не самый тяжелый газ – есть газы с молярной массой до 300 г/моль, но они сложны в получении, токсичны и поэтому представляют исключительно научный интерес
На основании этого закона становится ясно: в химической реакции, в которой участвуют газообразные вещества, коэффициенты перед веществами можно читать не только как моли, но и как их объёмы.
С именем Амедео Авогадро так же связана постоянная Авогадро, которая в определенной степени перекликается с Законом Авогадро, но говорит о числе частиц в одном моле вещества. Об этом более подробно можно почитать на нашем уроке по химии "Валентность. Степень окисления. Количество вещества".
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Воздух как смесь газов
Человечество живет на дне воздушного океана, масса которого составляет приблизительно 5,15 х 10 15 тонн.
Работы по изучению свойств воздуха начались в XVII веке. В древности воздух считали простым веществом.
Впервые доказал, что воздух – смесь газов, шотландский химик Джозеф Блэк.
Изучением воздуха занимались многие учёные в разное время.
Вклад учёных в изучение воздуха
Вклад в изучение воздуха
Изучение физических свойств воздуха
Доказательство, что воздух – смесь газов
Определение доли кислорода в воздухе
Открытие инертных газов
В настоящее время химический состав воздуха подробно изучен.
Содержание в воздухе азота, кислорода, инертных газов практически постоянно.
Содержание паров воды и углекислого газа может колебаться.
Если присмотреться внимательнее, то может показаться странным, что по отношению ко всем инертным газам (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон) в воздухе аномально много аргона.
Так же, если посмотреть на ячейку аргона в периодической таблице Менделеева, можно заметить, что молярная масса аргона больше, чем следующего за ним калия.
Эти два факта связаны между собой. Дело в том, что из всего содержащегося в природе калия 0,0117 % имеет атомную массу 40.
Этот изотоп калия является радиоактивным. В результате радиоактивного распада образуется аргон с той же атомной массой – 40.
Переменным компонентом является наличие и количество пылевых частиц.
В 1 мл комнатного воздуха содержится до 300 миллионов пылинок.
Из природных факторов увеличению числа пыли способствуют извержения вулканов.
Однако это не сравнится с загрязнением воздуха в результате деятельности человека – выбросов промышленных предприятий, сжигания твердого топлива, взрывов при строительных работах, открытой разработке месторождений полезных ископаемых.
Для сравнения различных газов с воздухом по массе рассчитали его среднюю молярную массу.
Для такого расчёта нужно взять молярные массы каждого входящего в состав воздуха газа и умножить их на содержание этого газа в воздухе. Молярная масса воздуха приблизительно равна 29 г/моль.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Изотоп – разновидность атома химического элемента с таким же зарядом ядра, но с другой атомной массой.
Читайте также: