Какими свойствами обладает газообразное состояние

На сегодняшний день известно о существовании более чем 3 миллионов различных веществ. И цифра эта с каждым годом растет, так как химиками-синтетиками и другими учеными постоянно производятся опыты по получению новых соединений, обладающих какими-либо полезными свойствами.

Часть веществ – это природные обитатели, формирующиеся естественным путем. Другая половина – искусственные и синтетические. Однако и в первом и во втором случае значительную часть составляют газообразные вещества, примеры и характеристики которых мы и рассмотрим в данной статье.

газообразные вещества примеры

Агрегатные состояния веществ

С XVII века принято было считать, что все известные соединения способны существовать в трех агрегатных состояниях: твердые, жидкие, газообразные вещества. Однако тщательные исследования последних десятилетий в области астрономии, физики, химии, космической биологии и прочих наук доказали, что есть еще одна форма. Это плазма.

Что она собой представляет? Это частично или полностью ионизированные газы. И оказывается, таких веществ во Вселенной подавляющее большинство. Так, именно в состоянии плазмы находятся:

межзвездное вещество;
космическая материя;
высшие слои атмосферы;
туманности;
состав многих планет;
звезды.

Поэтому сегодня говорят, что существуют твердые, жидкие, газообразные вещества и плазма. Кстати, каждый газ можно искусственно перевести в такое состояние, если подвергнуть его ионизации, то есть заставить превратиться в ионы.

Газообразные вещества: примеры

Примеров рассматриваемых веществ можно привести массу. Ведь газы известны еще с XVII века, когда ван Гельмонт, естествоиспытатель, впервые получил углекислый газ и стал исследовать его свойства. Кстати, название этой группе соединений также дал он, так как, по его мнению, газы – это нечто неупорядоченное, хаотичное, связанное с духами и чем-то невидимым, но ощутимым. Такое имя прижилось и в России.

Можно классифицировать все газообразные вещества, примеры тогда привести будет легче. Ведь охватить все многообразие сложно.

По составу различают:

простые,
сложные молекулы.

К первой группе относятся те, что состоят из одинаковых атомов в любом их количестве. Пример: кислород – О2, озон – О3, водород – Н2, хлор – CL2, фтор – F2, азот – N2 и прочие.

Ко второй категории следует относить такие соединения, в состав которых входит несколько атомов. Это и будут газообразные сложные вещества. Примерами служат:

сероводород – H2S;
хлороводород – HCL;
метан – CH4;
сернистый газ – SO2;
бурый газ – NO2;
фреон – CF2CL2;
аммиак – NH3 и прочие.

твердые жидкие газообразные вещества

Классификация по природе веществ

Также можно классифицировать виды газообразных веществ по принадлежности к органическому и неорганическому миру. То есть по природе входящих в состав атомов. Органическими газами являются:

первые пять представителей предельных углеводородов (метан, этан, пропан, бутан, пентан). Общая формула CnH2n+2;
этилен – С2Н4;
ацетилен или этин – С2Н2;
метиламин – CH3NH2 и другие.

К категории газов неорганической природы относятся хлор, фтор, аммиак, угарный газ, силан, веселящий газ, инертные или благородные газы и прочие.

Еще одной классификацией, которой можно подвергнуть рассматриваемые соединения, является деление на основе входящих в состав частиц. Именно из атомов состоят не все газообразные вещества. Примеры структур, в которых присутствуют ионы, молекулы, фотоны, электроны, броуновские частицы, плазма, также относятся к соединениям в таком агрегатном состоянии.

Свойства газов

Характеристики веществ в рассматриваемом состоянии отличаются от таковых для твердых или жидких соединений. Все дело в том, что свойства газообразных веществ особенные. Частицы их легко и быстро подвижны, вещество в целом изотропное, то есть свойства не определяются направлением движения входящих в состав структур.

Можно обозначить самые главные физические свойства газообразных веществ, которые и будут отличать их от всех остальных форм существования материи.

Это такие соединения, которые нельзя увидеть и проконтролировать, ощутить обычными человеческими способами. Чтобы понять свойства и идентифицировать тот или иной газ, опираются на четыре описывающих их все параметра: давление, температура, количество вещества (моль), объем.
В отличие от жидкостей газы способны занимать все пространство без остатка, ограничиваясь лишь величиной сосуда или помещения.
Все газы между собой легко смешиваются, при этом у этих соединений нет поверхности раздела.
Существуют более легкие и тяжелые представители, поэтому под действием силы тяжести и времени, возможно увидеть их разделение.
Диффузия – одно из важнейших свойств этих соединений. Способность проникать в другие вещества и насыщать их изнутри, совершая при этом совершенно неупорядоченные движения внутри своей структуры.
Реальные газы электрический ток проводить не могут, однако если говорить о разреженных и ионизированный субстанциях, то проводимость резко возрастает.
Теплоемкость и теплопроводность газов невысока и колеблется у разных видов.
Вязкость возрастает с увеличением давления и температуры.
Существует два варианта межфазового перехода: испарение – жидкость превращается в пар, сублимация – твердое вещество, минуя жидкое, становится газообразным.

Отличительная особенность паров от истинных газов в том, что первые при определенных условиях способны перейти в жидкость или твердую фазу, а вторые нет. Также следует заметить способность рассматриваемых соединений сопротивляться деформациям и быть текучими.

свойства газообразных веществ

Подобные свойства газообразных веществ позволяют широко применять их в самых различных областях науки и техники, промышленности и народном хозяйстве. К тому же конкретные характеристики являются для каждого представителя строго индивидуальными. Мы же рассмотрели лишь общие для всех реальных структур особенности.

Сжимаемость

При разных температурах, а также под влиянием давления газы способны сжиматься, увеличивая свою концентрацию и снижая занимаемый объем. При повышенных температурах они расширяются, при низких – сжимаются.

Под действием давления также происходят изменения. Плотность газообразных веществ увеличивается и, при достижении критической точки, которая для каждого представителя своя, может наступить переход в другое агрегатное состояние.

виды газообразных веществ

Основные ученые, внесшие вклад в развитие учения о газах

Таких людей можно назвать множество, ведь изучение газов – процесс трудоемкий и исторически долгий. Остановимся на самых известных личностях, сумевших сделать наиболее значимые открытия.

Амедео Авогадро в 1811 году сделал открытие. Неважно, какие газы, главное, что при одинаковых условиях их в одном объеме их содержится равное количество по числу молекул. Существует рассчитанная величина, имеющая название по фамилии ученого. Она равна 6,03*1023 молекул для 1 моль любого газа.
Ферми – создал учение об идеальном квантовом газе.
Гей-Люссак, Бойль-Мариотт – фамилии ученых, создавших основные кинетические уравнения для расчетов.
Роберт Бойль.
Джон Дальтон.
Жак Шарль и многие другие ученые.

Строение газообразных веществ

Самая главная особенность в построении кристаллической решетки рассматриваемых веществ, это то, что в узлах ее либо атомы, либо молекулы, которые соединяются друг с другом слабыми ковалентными связями. Также присутствуют силы ван-дер-ваальсового взаимодействия, когда речь идет о ионах, электронах и других квантовых системах.

Поэтому основные типы строения решеток для газов, это:

атомная;
молекулярная.

Связи внутри легко рвутся, поэтому эти соединения не имеют постоянной формы, а заполняют весь пространственный объем. Это же объясняет отсутствие электропроводности и плохую теплопроводность. А вот теплоизоляция у газов хорошая, ведь, благодаря диффузии, они способны проникать в твердые тела и занимать свободные кластерные пространства внутри них. Воздух при этом не пропускается, тепло удерживается. На этом основано применение газов и твердых тел в совокупности в строительных целях.

частицы газообразного вещества

Простые вещества среди газов

Какие по строению и структуре газы относятся к данной категории, мы уже оговаривали выше. Это те, что состоят из одинаковых атомов. Примеров можно привести много, ведь значительная часть неметаллов из всей периодической системы при обычных условиях существует именно в таком агрегатном состоянии. Например:

фосфор белый – одна из аллотропных модификаций данного элемента;
азот;
кислород;
фтор;
хлор;
гелий;
неон;
аргон;
криптон;
ксенон.

Молекулы этих газов могут быть как одноатомными (благородные газы), так и многоатомными (озон – О3). Тип связи – ковалентная неполярная, в большинстве случаев достаточно слабая, но не у всех. Кристаллическая решетка молекулярного типа, что позволяет этим веществам легко переходить из одного агрегатного состояния в другое. Так, например, йод при обычных условиях – темно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Однако при нагревании сублимируются в клубы ярко-фиолетового газа – I2.

строение газообразных веществ

К слову сказать, любое вещество, в том числе металлы, при определенных условиях могут существовать в газообразном состоянии.

Сложные соединения газообразной природы

Таких газов, конечно, большинство. Различные сочетания атомов в молекулах, объединенные ковалентными связями и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, позволяют сформироваться сотням различных представителей рассматриваемого агрегатного состояния.

Примерами именно сложных веществ среди газов могут быть все соединения, состоящие из двух и более разных элементов. Сюда можно отнести:

пропан;
бутан;
ацетилен;
аммиак;
силан;
фосфин;
метан;
сероуглерод;
сернистый газ;
бурый газ;
фреон;
этилен и прочие.

Кристаллическая решетка молекулярного типа. Многие из представителей легко растворяются в воде, образуя соответствующие кислоты. Большая часть подобных соединений – важная часть химических синтезов, осуществляемых в промышленности.

Метан и его гомологи

Иногда общим понятием “газ” обозначают природное полезное ископаемое, которое представляет собой целую смесь газообразных продуктов преимущественно органической природы. Именно он содержит такие вещества, как:

метан;
этан;
пропан;
бутан;
этилен;
ацетилен;
пентан и некоторые другие.

В промышленности они являются очень важными, ведь именно пропан-бутановая смесь – это бытовой газ, на котором люди готовят пищу, который используется в качестве источника энергии и тепла.

физические свойства газообразных веществ

Многие из них используются для синтеза спиртов, альдегидов, кислот и прочих органических веществ. Ежегодное потребление природного газа исчисляется триллионами кубометров, и это вполне оправданно.

Кислород и углекислый газ

Какие вещества газообразные можно назвать самыми широко распространенными и известными даже первоклассникам? Ответ очевиден – кислород и углекислый газ. Ведь это они являются непосредственными участниками газообмена, происходящего у всех живых существ на планете.

Известно, что именно благодаря кислороду возможна жизнь, так как без него способны существовать только некоторые виды анаэробных бактерий. А углекислый газ – необходимый продукт “питания” для всех растений, которые поглощают его с целью осуществления процесса фотосинтеза.

С химической точки зрения и кислород, и углекислый газ – важные вещества для проведения синтезов соединений. Первый является сильным окислителем, второй чаще восстановитель.

Галогены

Это такая группа соединений, в которых атомы – это частицы газообразного вещества, соединенные попарно между собой за счет ковалентной неполярной связи. Однако не все галогены – газы. Бром – это жидкость при обычных условиях, а йод – легко возгоняющееся твердое вещество. Фтор и хлор – ядовитые опасные для здоровья живых существ вещества, которые являются сильнейшими окислителями и используются в синтезах очень широко.

Источник

Агрегатные состояния веществ, их характеристика

В зависимости от внешних условий (температуры и давления) каждое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидкомили газообразном.Эти состояния называются агрегатными состояниями.Для некоторых веществ характерно только два или даже одно агрегатное состояние. Например, нафталин, йод при нагревании в обычных условиях из твердого состояния переходят в газообразное, минуя жидкое. Такие вещества, как белки, крахмал, каучуки, имеющие огромные макромолекулы, не могут существовать в газообразном состоянии.

Газы не имеют постоянной формы и постоянного объема. Жидкости имеют постоянный объем, но не имеют постоянной формы. Твердые характеризуются постоянством формы и объема.

Характеристика газообразного состояния вещества

Для газов характеры следующие свойства:

– равномерное заполнение всего предоставленного объема;

– малая плотность по сравнению с жидкими и твердыми веществами и большая скорость диффузии;

– сравнительно легкая сжимаемость.

Эти свойства определяются силами межмолекулярного притяжения и расстоянием между молекулами.

В газе молекулы находятся на очень большом расстоянии друг от друга, силы притяжения между ними ничтожно малы. При низких давлениях расстояния между молекулами газа настолько велики, что по сравнению с ними размером молекул, а, следовательно, объемом молекул в общем объеме газа можно пренебречь. При больших расстояниях между молекулами практически отсутствуют силы притяжения между ними. Газ в таком состоянии называется идеальным.При нормальных условиях Т=273 0К (0 0С) и p=101,325 кПа реальные газы независимо от природы можно считать идеальными иприменять к ним уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона-Менделеева):

PV = n RT, (2.1)

где Р– давление газа,

V – объем газа,

n – количество вещества,

R – универсальная газовая постоянная (в единицах СИ R =8,314 Дж/мольК),

Т – абсолютная температура.

Реальные газы при высоких давлениях и низких температурах не подчиняются уравнению состояния идеального газа, так как в этих условиях начинают проявляться силы взаимодействия между молекулами и уже нельзя пренебрегать собственным объемом молекул по сравнению с объемом тела. Для математического описания поведения реальных газов используют уравнение Ван-дер-Ваальса:

(р + n2 a/V2) (V – nb) = vRT, (2.2)

где а и b – постоянные,

a/V2 – поправка на взаимное притяжение,

b – поправка на собственный объем молекул,

n– число молей газа.

С увеличением давления и понижением температуры расстояния между молекулами уменьшаются, а силы взаимодействия увеличиваются так, что вещество из газообразного состояния может перейти в жидкое. Для каждого газа существует предельная критическая температура,выше которой газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим давлением,а объем одного моля газа при этих условиях критическим объемом.

Какими свойствами обладает газообразное состояние

Рис. 1. Изотермы реального газа

Состояние газа при критических параметрах называют критическим состоянием.В критическом состоянии исчезает различие между жидкостью и газом, они имеют одинаковые физические свойства.

Переход газа в жидкость можно показать графически. На рисунке 1 приведена графическая зависимость между объемом и давлением при постоянных температурах. Такие кривые называются изотермами.У изотерм можно выделить три участка: АВ, ВС, CD при низких температурах. АВ – соответствует газообразному состоянию, ВС – отвечает переходу газа в жидкость, CD – характеризует жидкое состояние. С повышением температуры участок ВС уменьшается и превращается в точку перегиба К, называемую критической точкой.

Сжиженные газы находят большое промышленное применение. Жидкий СО 2 используется для газирования фруктовых и минеральных вод, приготовления шипучих вин. Жидкий SO2 используют как дезинфицирующее средство для уничтожения плесневых грибков в подвалах, погребах, винных бочках, бродильных чанах. Жидкий азот широко применяют в медицине и биологии для получения низких температур при консервировании, замораживании крови и биологических тканей. Жидкие газы удобнее транспортировать.

Источник

Сибирский Государственный Университет

Путей Сообщения

Кафедра «Естествознание»

Доклад на тему:

«Агрегатные состояния вещества»

Выполнила:

Студентка гр.МЛ-111

Сотова А.И.

Проверил:

доцент

Марков В.А.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………………………………………………………………..2

2. Газообразное состояние вещества:

2.1 Изопроцессы…………………………………………………………………………………………………………………….2,3

2.2 Особенности газов под высоким давлением…………………………………………………………………….3

2.3 Особенности газов при нагревании……………………………………………………………………………………3

2.4 Физические свойства газов…………………………………………………………………………………………………3

3. Жидкое состояние вещества:

3.1 Физические свойства жидкостей……………………………………………………………………………………….4

4. Твёрдые тела:

4.1 Аморфные тела…………………………………………………………………………………………………………………..5

4.2 Кристаллическое состояние тел……………………………………………………………………………………….. 5

5. Плазма:

5.1 Физические свойства плазмы………………………………………………………………………………………….5,6

5.2 Получение плазмы……………………………………………………………………………………………………………..6

6. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое……………………………………………6,7

7. Конденсат Бозе-Эйнштейна……………………………………………………………………………………………………..7

8. Список используемой литературы…………………………………………………………………………………………..8

9. Приложение

Введение

Агрегатные состояния вещества – это состояния одного и того же вещества, переходам между которыми соответствуют скачкообразные изменения свободной энергии, энтропии, плотности и других физических параметров вещества.Агрегатное состояние вещества зависит от физических условий, в которых оно находится, главным образом от температуры и от давления. Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость

и газ. Четвёртым агрегатным состоянием вещества считают плазму.Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы или конденсат Бозе -Эйнштейна.

Газообразное состояние вещества

-состояние вещества, в котором частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия; кинетическая энергия теплового движения его частиц (молекул, атомов) значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, поэтому частицы движутся почти свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. Любое вещество можно перевести в газообразное, изменяя

давление и температуру(т.е. газ не имеет форму,но имеет объём).

В газообразном состоянии всё вполне прозрачно — чем дальше частицы газа находятся друг от друга, тем меньше их взаимное отталкивание и тем меньше общая потенциальная энергия газа. Поэтому газу энергетически выгодно равномерно заполнить весь выделенный ему объём. Этим же объясняется и низкое давление на стенки разреженных газов — ведь межмолекулярные расстояния там велики, и сила отталкивания, передающаяся на стенки в виде давления газа,мала.Итак, Д.Г.зависит:
Во-первых, давление зависит от степени сжатия газа, т. е. от того, сколько молекул газа находится в данном объеме. Например, нагнетая в автомобильную шину все больше воздуха или сжимая (уменьшая объем) закрытую камеру, мы заставляем газ все сильнее давить_на_стенки_камеры.Во-вторых, давление зависит от температуры газа. Известно, например, что мяч становится более упругим, если его подержать вблизи нагретой печи.
Обычно изменение давления вызывается обеими причинами сразу: и изменением объема, и изменением температуры. Но можно осуществить процесс так, что при изменении объема температура будет меняться ничтожно мало или при изменении температуры объем практически останется неизменным.Состояние массы газа полностью определено, если известны его давление, температура и объем. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния. Для произвольной массы газа состояние газа описывается уравнением Менделеева—Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V — объем, m — масса, М — молярная масса, R — универсальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R = 8,31 ДжДмоль • К)).( Уравнение Менделеева—Клапейрона показывает, что возможно одновременное изменение 3-х параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра. Особую роль в физике и технике играют 3 процесса: изотермический, изохорный и изобарный.
2.1 Изопроцесс– процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермический процесс- процесс, протекающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля—Мариотта: pV = const.

Изохорный процесс –процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля: V = const, p/T = const.

Изобарный процесс- процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T = const при р = const и называется законом Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически.

2.2Особенности газов под высоким давлением:Высокое давление газа означает большую силу взаимного отталкивания частиц газа, а следовательно, весьма высокую концентрацию его частиц. Поскольку сила отталкивания при этом велика, велико и давление на стенки сосуда, в котором находится газ, велика и потенциальная энергия этого газа, которая сразу проявится в виде его взрывного расширения, лишь стоит ограничивающим стенкам утратить необходимую прочность.Так как расстояния между частицами газа при высоком давлении относительно невелики, то силы отталкивания существенны в любом месте пространства между ними.

2.3Особенности газов при нагревании:При нагревании газа увеличивается скорость теплового движения его частиц, а значит и кинетическая составляющая его давления. Поэтому при росте температуры поведение любого газа начинает всё более походить на поведение разреженных газов, хотя абсолютное давление при этом растёт за счёт возрастания кинетической составляющей.Когда температура становится достаточно высокой, происходит тепловая ионизация частиц газа, они превращаются в ионы, а газ переходит в фазу плазмы.

2.4Физ.св-ва газов:

ü сжимаемость -отношение удельного объёма газа к удельному объёму идеального газа с такой же молярной массой.

ü Теплоёмкостьгаза сильно зависит от характера процесса, который с ним протекает

ü Вязкость.В отличие от жидкостей, кинематическая вязкость газов с ростом температуры растёт, хотя для динамической вязкости зависимость менее выражена. Также вязкость обратно пропорциональна давлению.

ü Проводимость.Газы — очень плохие проводники, но в ионизированном состоянии газ способен проводить электрический ток. 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).

ü 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.

Источник