Gaas on üks neljast kõige levinumast olekust. Gaasis liiguvad molekulid vabalt ja on üksteisest sõltumatud. See eristab seda vedelikust, kus molekulid on lõdvalt seotud. Samuti erineb see tahkest ainest, kus sidemed on tugevad ja hoiavad molekule koos.

Puhta gaasi puhul võib iga molekul koosneda ühest aatomist. See võib olla elementaarne, kus iga molekul koosneb mitmest samast aatomist, mis on omavahel seotud. See võib olla ühendid, kus molekulid koosnevad mitmest aatomitüübist. Üheaatomilise gaasi näide on neoon, elementaarse gaasi näide on vesinik ja ühendgaasi näide on süsinikdioksiid.

Gaasisegu sisaldab mis tahes eespool nimetatud gaasiliikide segu, näiteks õhk, mis koosneb 78% lämmastikust, 20% hapnikust ja 2% argoonist ja süsinikdioksiidist.

Mürkgaase kasutati I maailmasõjas keemiarelvana, kuid hiljem keelustati need. Maagaas on metaani ja teiste gaaside looduslik segu.

Aineolek ja molekulaarne liikumine

Gaasid on ainete olek, kus osakesed (molekulid või aatomid) liiguvad ruumis vabalt, korda- või korrapäratust puudub. See liikumine annab gaasile omaduse hajuda kiiresti kogu kättesaadavasse ruumi. Kui gaas on suletud konteinerisse, täidab see konteineri kogu ruumala ja rõhk sõltub temperatuurist, gaasi kogusest ja konteineri ruumalahutusest.

Gaaside peamised omadused

  • Hajumine ja difusioon: gaasid segunevad üksteisega kiiresti, kuna osakeste liikumine on suur ja vaba.
  • Surutavus: gaase on võimalik kokku suruda (komprimeerida) ning muuta nende tihedust suurendades rõhku.
  • Elastsus (rõhk ja maht): gaasi rõhk sõltub otseselt temperatuurist, kogusest ja ruumalahutusest (vt gaasi seadused).
  • Madala tihedusega: võrreldes vedelike ja tahkistega on gaaside tihedus tavaliselt palju väiksem.
  • Reaktsioonivõime: mõned gaasid on väga reaktiivsed (nt hapnik, vesinik), teised inertsed (nt heelium, neoon).

Gaaside kirjeldavad seadused

Gaaside käitumist kirjeldavad mitmed lihtsustatavad seadused ja mudelid:

  • Boyle'i seadus: temperatuur püsival väärtusel on gaasi rõhk pöördvõrdeline ruumalahutusega (p × V = konst).
  • Charles'i seadus: rõhk püsival väärtusel on gaasi ruumalahutus võrdeline absoluuttemperatuuriga (V ∝ T).
  • Ideaalgaasi seadus: pV = nRT, kus p on rõhk, V maht, n moolide arv, R gaasikonstant ja T absoluutne temperatuur. See mudel kehtib hästi lahjendatud ja kõrgel temperatuuril gaaside puhul.
  • Reaalsed gaasid: väga kõrge rõhu või madala temperatuuri korral ei käitu gaasid ideaalselt — nende käitumist kirjeldavad täpsemad mudelid (nt van der Waalsi võrrand).

Segud ja osarõhk

Gaasisegudes, nagu õhk, paneb iga gaas oma osarõhu. Daltoni seaduse kohaselt on täisrõhk võrdne iga komponendi osarõhkude summaga. See seletab, miks näiteks hapniku kontsentratsioon õhus mõjutab kättesaadavat hapnikku hingamisel.

Näited ja kasutusvaldkonnad

  • Igapäevaelu: looduslik gaas (kütteks), kokkupuute gaasid nagu hapnik ja süsinikdioksiid, gaasilised puhastus- ja keevitusgaasid.
  • Tööstus: keemiatööstuses lähteained, jahutusagensid, õhu eraldamine tüüpideks (lämmastik, hapnik), sünteesi- ja protsessigaasid.
  • Meditsiin: hapnikravi, anesteetikumid (gaasilised või aurustunud), diagnostilised gaasid.
  • Teadus ja tehnoloogia: laboratoorsed gaasid, pooljuhtide tootmises kasutatavad kõrge puhtusastmega gaasid, raketitehnika kütused ja oksüdeerijad.

Ohutus ja ohtlikkus

Mõned gaasid on toksilised, plahvatusohtlikud või lämmastavad. Näited ja tähelepanekud:

  • Mürgised gaasid: mõned gaasid on äärmiselt mürgised isegi madalates kontsentratsioonides — tuleb kasutada sobivaid andureid ja isikukaitsevahendeid.
  • Plahvatusoht: kergestisüttivad gaasid (nt metaan, vesinik) võivad moodustada õhuga plahvatusohtliku segu.
  • Lämmastus: inertsed gaasid suurtes kontsentratsioonides võivad välja lükata hapniku ja põhjustada lämbumist.
  • Tundlikkus ja tuvastamine: mõned ohtlikud gaasid on lõhnatud (nt gaasikütte gaasid lisatakse lõhna), teised on lõhnatudud ja nõuavad spetsiaalseid detektoreid.

Mõõtmine ja eraldamine

Gaaside kontsentratsiooni ja identiteeti mõõdetakse mitmete meetoditega: gaasianalüsaatorid, massspektromeetria, gaasikromatograafia ja elektro- või optilised andurid. Gaaside eraldamiseks kasutatakse destillatsiooni (õhu vedeldamine ja fraktsioneerimine), adsorptsiooni, molekulaarsõelumist ja keemilisi absorbeerivaid protsesse.

Kokkuvõte

Gaasid moodustavad olulise osa meie igapäevaelust ja tööstusest. Nende vabadus liikumisel, surutavus ja võime seguneda teevad neist mitmekülgsed tööriistad, kuid ka potentsiaalse ohuallika — seetõttu on mõistmine nende omadustest ning ohutusnõuetest oluline nii majapidamises kui ka tööstuses.