Какие свойства присущи газу

Физические законы и параметры газов являются основополагающими для создания вакуумных систем. Даже при крайне низких значениях давлений, используемых в вакуумной технике, физические процессы, протекающие в газах, подчиняются общим газовым законам. Необходимость создания вакуума обычно связана с потребностью уменьшения концентрации молекул газа или частоты их столкновений с поверхностью сосуда. Газовые процессы в вакуумных системах можно, как правило, рассматривать с точки зрения законов идеального газа, а некоторые общие физические процессы вакуумных систем могут быть описаны с помощью статических и динамических свойств газов. Физические процессы, протекающие в газах при низком давлении, а также различные параметры и свойства газового потока рассмотрены ниже.

Параметры состояния газа

Если взять образец газа, то для описания его состояния достаточно знать три из четырех параметров. Этими параметрами являются давление, объем, температура и количество газа.

Давление – это сила, с которой газ воздействует на единицу площади поверхности сосуда. В СИ единицей измерения давления является паскаль, или ньютон на квадратный метр (Н/м2). В вакуумной технике также используется единица измерения миллиметр ртутного столба, или Торр: 1 мм рт. ст. = 133 Па (1 Па = 7,5 мм рт. ст.).

Объем – мера пространства, которое занимает газ; обычно он задается размерами сосуда. Единицей объема в СИ является кубический метр (м3), однако для обозначения быстроты откачки и потока газа, а также других величин широко используются литры.

Температура газа при давлении ниже 1 Торр главным образом определяется температурой поверхностей, с которыми он соприкасается. Как правило, газ находится при комнатной температуре. При выводе уравнений, описывающих состояние газов, для измерения температуры используют Кельвины (К).

Количество газа в данном объеме измеряется в молях.

Моль – число граммов газа (или любого вещества), равное его молекулярной массе. Моль содержит 6,02 х 1023 молекул. Один моль любого газа при 0 °С и давлении 760 Торр занимает объем, равный 22,4 л. Масса 1 моля газа равна его молекулярной массе в граммах.

Молярный объем является универсальной постоянной. Экспериментально установлено, что он составляет 22,414 л при 760 Торр и 0 °С. Поскольку 1 моль любого газа при температуре 0 °С и давлении 760 Торр занимает объем 22,4 л, из этого соотношения можно рассчитать молекулярную концентрацию любого объема газа, если известны его температура и давление. Например, 1 см3 воздуха при 760 Торр и 0 °С содержит 2,7 x 1019 молекул; в то время как при давлении 1 Торр и температуре 0 °С 1 см3 воздуха содержит 3,54 x 1016 молекул.

Газовые законы

Газовые законы устанавливают соотношения между физическими параметрами состояния газа (давление, объем, температура и количество газа) при постоянном значении одного из параметров. Эти законы справедливы для идеального газа в котором объем всех молекул является незначительным по сравнению с объемом газа, и энергия притяжения между молекулами является незначительной по сравнению с их средней тепловой энергией. Это означает, что данное вещество (в данном случае газ) находится в газообразном состоянии при температуре, которая достаточно высока для его конденсации. К газам, по своим свойствам близким к идеальным при комнатной температуре, относятся 02, Ne, Аг, СО, Н2 и NO.
Ниже приведены общие формулировки газовых законов.
Закон Бойля – произведение давления на объем рУ, где р – давление газа, V – его объем, является постоянной величиной для данной массы газа при постоянной температуре.
Закон Гей-Люссака – величина V/T, где Т- абсолютная температура газа, является постоянной для данной массы газа при постоянном давлении.
Закон Авогадро – равные объемы различных газов при одинаковых температуре и давлении содержат одно и то же количество молекул. Из этого закона можно получить важное соотношение между числом молей газа и давлением, которое создает газ.
Основное уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) устанавливает зависимость между давлением, объемом и температурой для данной массы газа, т. е. теми параметрами, которые необходимы для описания состояния газа:

$$pV=MRT, (1.1)$$

где R – универсальная газовая постоянная данного газа, R = 8,31 ДжДмоль К) (62,4 Торр-л/(моль x К)); М – это число молей в объеме V
Данный закон будет справедлив и для большинства газов, которые при низких давлениях ведут себя как идеальные газы.

Закон парциальных давлений Дальтона – общее давление, создаваемое смесью газов, равняется сумме парциальных давлений, создаваемых отдельными компонентами смеси.

Парциальное давление, создаваемое одним компонентом смеси газов, – это давление, создаваемое этим компонентом, если бы он занимал весь объем.

Закон Авогадро – равные объемы идеального газа при постоянных температуре и давлении содержат одно и то же количество молекул.

Число Авогадро – число молекул в 1 моле газа или любого вещества, является универсальной постоянной и составляет 6,023 • 1023.

Число Лошмидта – число молекул в кубическом сантиметре газа при атмосферном давлении и температуре 0 °С. Это универсальная постоянная, равная 2,637 x 1019.
Для 1 моля газа при атмосферном давлении и температуре 0 °С (273,2 К), занимающего объем V = 22,414 л, R= 8.31 Дж/(моль x К) или в тепловых единицах R/J= 1,99 кал/К (У – механический эквивалент теплоты, J = 4,182 Дж кал). Следовательно, количество теплоты 1,99 кал будет повышать температуру 1 моля любого идеального газа на 1 К, или после повышения температуры 1 моля любого идеального газа на 1 К увеличение энергии газа составит 8,31 Дж.

Неидеальные газы

Примерами некоторых распространенных неидеальных газов являются аммиак, этан, бензол, диоксид углерода (углекислый газ), пары ртути, SO и S02. Газовые законы должны описывать физические процессы, протекающие в любом газе при температуре выше критической. При критической температуре, Тс, газ начинает конденсироваться. Ниже этой критической температуры имеет место давление паров над жидким конденсатом, которое называется давлением пара. Если газ конденсируется (его объем уменьшается), давление изменяться не будет, но большее количество газа будет переходить в жидкую фазу. По мере снижения температуры над жидкостью будет присутствовать меньшее количество молекул, при этом давление паров также будет снижаться.

Природный газ — газообразные углеводороды, образующиеся в недрах земли. Его относят к полезным ископаемым, а составляющие используются в качестве топлива.

Свойства и состав природного газа

Природный газ горюч и взрывоопасен в соотношении примерно с 10% объемом воздуха. Он легче воздуха в 1,8 раз, бесцветен и не имеет запаха, эти свойства обусловлены высоким содержанием газообразных алканов (СН4 — С4Н10). В составе природного газа преобладает метан (СH4), он занимает от 70 до 98%, остальной объем заполнен его гомологами, углекислым газом, сероводородом, меркаптанами, ртутью и инертными газами.

Классификация природных газов

Существует всего 3 группы:

• Первая из них — почти исключающие содержание углеводородов с более чем двумя углеродными соединениями, так называемые сухие газы, получаемые исключительно в месторождениях, предназначенных только для добычи газов.
• Вторая — газы, добываемые одновременно с первичным сырьем. Это сухой, сжиженный газы и газовый бензин, смешанные между собой.
• К третьей группе относятся газы, состоящие из сухого газа и значительного объема тяжелых углеводородов, из коих выделяют бензиновые, лигроиновые и керосиновые. К тому же в составе присутствует незначительное количество других веществ. Добываются эти вещества из газоконденсатных месторождений.

Свойства составляющих веществ

Четыре первых члена гомологического ряда при обычных условиях — горючие газы, не обладающие цветом и запахом, взрывоопасны и горючи:

Метан

Первое вещество ряда алканов наиболее устойчиво к температурам. Оно малорастворимо в воде и легче воздуха. Горение метана в воздухе знаменуется появлением голубого пламени. Самый мощный взрыв происходит, при смешивании одного объема метана с десятью объемами воздуха. При других объемных соотношениях тоже происходит взрыв, но меньшей силы. Помимо этого, человеку может быть нанесен непоправимый вред при вдыхании газа высокой концентрации.

Метан может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.

Применение:

Его используют в качестве промышленного топлива и сырья. Метан применяют для получения ряда важных продуктов — водорода, фреонов, муравьиной кислоты, нитрометана и многих других веществ. С помощью для производства метилхлорида и его гомологичных соединений, метан подвергают хлорированию. При незаконченном сгорании метана получается мелкодисперсный углерод:

CH4 + O2 = C + 2H2O

Формальдегид появляется посредством протекания реакции окисления, а при реакции с серой — сероуглерод.

Разлом углеродных связей метана под воздействием температур и тока реализует получение ацетилена, используемого в промышленности. Синильная кислота производится посредством окисления метана с аммиаком. Метан — производное водорода в генерации аммиака, а также получения синтез-газа происходит с его участием:

CH4 + H2O —> CO+ 3H2

Используемого для связки углеводородов, спиртов, альдегидов и других веществ. Метан активно используют в качестве горючего для транспортных средств.

Этан

Углеводород предельного ряда С2Н6 — это бесцветное вещество в газообразном состоянии, слабо освещающее при горении. Растворяется в спирте в отношении 3:2, как говорится, «подобное в подобном», но почти нерастворим в воде. При температуре свыше 600° С, в отсутствие ускорителя реакции этан разлагается на этилен и водород:

CH4 + H2O —> CO+ 3H2

Этан не используют топливной промышленности, основная цель его использования в промышленности — получение этилена.

Пропан

Этот газ плохо растворяется водой и является широко используемым видом топлива. Он производит много тепла при сгорании, практичен в использовании. Пропан — побочный продукт процесса kracking в нефтепромышленности.

Бутан

Имеет малую токсичность,специфический запах, обладает одурманивающими свойствами, вдыхание бутана вызывает асфиксию и сердечную аритмию, негативно влияет на нервную систему. Появляется при крекинге попутного нефтяного газа.

Применение:

Неоспоримыми достоинствами пропана являются низкая стоимость простота транспортировки. Пропан-бутановую смесь используют в качестве топлива в населенных пунктах, где не подведен природный газ, при обработке легкоплавких материалов с небольшой толщиной, вместо ацетилена. Пропан зачастую применим при заготовке сырья и переработке металлолома. В быту сферой необходимости является отопление помещений и приготовление пищи на газовых плитах.

Помимо предельных алканов в состав природного газа входят:

Азот

Азот состоит из двух изотопов 14A и 15A, используется для поддержания давления в скважинах при бурении. Для получения азота сжижают воздух и разделяют его разгонкой, этот элемент составляет 78% состава воздуха. В основном его используют для производства аммиака, из которого получают азотную кислоту, удобрения и взрывчатые вещества.

Диоксид углерода

Соединение, переходящее при атмосферном давлении из твердого (сухой лед) в газообразное состояние. Оно выделяется при дыхании живых существ, также содержится в минеральных источниках и воздухе. Диоксид углерода является пищевой добавкой, используется в баллонах огнетушителей и пневматическом оружии.

Сероводород

Очень токсичный газ — самый активный из серосодержащих соединений, а потому очень опасен для человека прямым воздействием на нервную систему. Бесцветный газ в нормальных условиях, характеризующийся сладковатым вкусом и отвратительным запахом протухших яиц. Хорошо растворим в этаноле, в отличие от воды. Из него получают серу, серную кислоту и сульфиты.

Гелий

Это уникальный продукт, медленно накапливающийся в коре Земли.Его получают методом глубокой заморозки содержащих гелий газов. В газообразном состоянии — инертный газ, не обладающий внешним выражением. Гелий в жидком состоянии, также не имеющая ни запаха, ни цвета, но может поражать живые тканей. Гелий не токсичный, не может взорваться или воспламениться, однако при высоких концентрациях в воздухе вызывает удушье. Его используют при работе с металлами и в качестве наполнителя воздушных шаров и дирижаблей.

Аргон

Благородный негорючий, не ядовитый, не имеющий вкусовых и цветовых качеств. Добывается как эскортный разделению воздуха на кислород и азот газ. Используется для вытеснения воды и кислорода, с целью продлить срок хранения продуктов питания, его также используют при сварке металлов и резке.

Некоторые из основных характеристики газов они представляют собой отсутствие сцепления их частиц, их низкую плотность, изменчивость их объема и отсутствие определенной формы.

газ это одно из трех состояний, в которое может трансформироваться материя. Это одно из агрегатных состояний, в которое может быть преобразовано вещество, вызванное изменениями температуры и давления в условиях, в которых оно находится..

В сочетании с жидкостью он получает номинал жидкость, потому что молекулы, которые его составляют, легко движутся под действием малых сил, в отличие от твердый.

Термин «газ» был придуман в семнадцатом веке фламандским химиком Яном Баптистом ван Гельмонтом, который имел в виду дифференцировать его главную характеристику – хаос..

Газ происходит от греческого слова Kaos, что означает беспорядок. Газ характеризуется беспорядком, в котором находятся частицы, которые его составляют..

Тела, которые находятся в газообразном состоянии, имеют ряд специфических характеристик, которые делают их состояние испарения из-за различных свойств.

Основные характеристики газов

1. Ваши частицы не прикреплены

Одной из основных характеристик газов является то, что составляющие их частицы или молекулы не объединяются и не притягиваются друг к другу. Они отличаются от твердых тел, в которых молекулы связаны и не обмениваются друг с другом своим положением.

В отличие от этого, в газах молекулы слабо взаимодействуют между собой, очень рассредоточены между ними. Кроме того, его движение беспорядочное, постоянное и с большой скоростью.

Частицы внутри газов находятся в состоянии хаоса, в котором гравитация не влияет на них. Они не представляют собой абсолютное расстройство, но в значительной степени.

2. Они не имеют определенной формы

Поскольку частицы газа рассеяны между собой, расстояния, которые отделяют их друг от друга, чрезвычайно велики по сравнению с их размером..

Это свойство приводит к тому, что газы имеют тенденцию занимать все пространство контейнера, в котором они находятся, приобретая свою одинаковую форму. Газ не имеет определенной формы, потому что по своей природе он приобретает форму пространства, в котором он находится..

При попадании газообразной массы внутрь контейнера определенного размера и формы ее частицы, находящиеся в состоянии беспорядка и движущиеся с большой скоростью, будут охватывать все пространство внутри него, продолжая оставаться в том же состоянии..

3. Они занимают больший объем, чем твердые вещества и жидкости

Как продукт всех вышеупомянутых свойств, газы также характеризуются тем, что они занимают большее пространство или имеют больший объем, чем твердые вещества и жидкости..

Твердые тела имеют свой объем, то есть их объем определяется их собственными компонентами, которые не меняют своего положения..

С другой стороны, в газах, поскольку частицы отделены друг от друга, их объем определяется пространством, в котором они расположены, который всегда больше, чем общий размер их частиц..

4. Они имеют низкую плотность

В веществе, находящемся в газообразном состоянии, уровень плотности значительно ниже, чем в жидком или твердом состоянии..

Напомним, что плотность – это масса, которая существует в единице объема. Поскольку молекулы, составляющие газообразное вещество, разделены и распределены между собой, количество молекул – или вещества – существующее в данном объеме, намного меньше, чем в жидком и твердом состояниях..

5. Они легко сжимаются

Как в газах, молекулы имеют большое расстояние, которое отделяет их друг от друга, они могут быть сжаты с большой легкостью, в отличие от твердых веществ-.

6. Есть разные типы

Некоторые типы газов, классифицированные в соответствии с их использованием, следующие:

• Горючие газы: это те газы, компоненты которых функционируют как топливо, поэтому они используются для производства тепловой энергии. Некоторые из них – природный газ, сжиженный нефтяной газ и водород.
• Промышленные газы: это те промышленные газы, которые продаются населению для различных целей и применений, таких как здравоохранение, пищевая промышленность, охрана окружающей среды, металлургия, химическая промышленность, безопасность и другие. Некоторыми из этих газов являются кислород, азот, гелий, хлор, водород, монооксид углерода, пропан, метан, закись азота и другие..
• Инертные газы: это те газы, которые при определенных условиях температуры и давления не вызывают химической или очень низкой реакции. Это неон, аргон, гелий, криптон и ксенон. Они используются в химических процессах, в которых необходимы нереактивные элементы.

7. Они считаются текучими

Газы в сочетании с жидкостями считаются текучими из-за поведения молекул, которые их составляют..

Основной характеристикой жидкостей является то, что их молекулы не являются связными, и, следовательно, они не имеют фиксированного положения или стабильной формы, а скорее они адаптируются к пространству, где они расположены..

Молекулы жидкости обладают способностью менять свое положение при приложении к ним силы, движение, которое называется «текучесть». Следовательно, газ считается жидкостью.

8. Они химически активны

Высокая скорость, с которой они движутся и сталкиваются друг с другом в газообразном состоянии, облегчает контакт между различными веществами..

Поэтому мы склонны считать, что газ является химически активным, поскольку при соединении нескольких веществ в газообразном состоянии увеличивается скорость, с которой они вступают в контакт, и, следовательно, увеличивается скорость, с которой они вызывают химическую реакцию.

источники

1. DRAPER, J. (1861). Учебник по химии [Интернет]. Получено 22 июля 2017 г. в Интернете: books.google.com
2. Энциклопедия Britannica (s.f). Газ (состояние вещества) [Интернет]. Получено 22 июля 2017 года в Интернете: britannica.com
3. ГАЛЕГО, А .; GARCINUÑO, R.; MORCILLO, M. & VÁSQUEZ, M. (2013). Базовая химия [Интернет]. Получено 22 июля 2017 г. в Интернете: books.google.com
4. Океанская издательская группа (1998). Студенческая энциклопедия Репетитор – Том 5. Испания: океан.
5. Википедия. Википедия Свободная энциклопедия [Интернет]. Получено 22 июля 2017 года в Интернете: wikipedia.org.