Mis on gaas? Aineolek, omadused ja näited
Avasta, mis on gaas: aineoleku omadused, molekulide käitumine, näited (neoon, vesinik, CO2), gaasisegud ja ohud — selge, põhjalik ülevaade.
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.
Illustratsioon gaasi molekulide juhuslikust liikumisest, ilma et nad oleksid üksteisega seotud.
Füüsilised omadused
Kõik gaasid võivad voolata nagu vedelikud. See tähendab, et molekulid liiguvad üksteisest sõltumatult. Enamik gaase on värvitu, nagu vesinik. Gaasiosakesed levivad ehk hajuvad, et täita kogu ruum mis tahes mahutis, näiteks pudelis või ruumis. Võrreldes vedelike ja tahkete ainetega on gaasidel väga väike tihedus ja viskoossus. Enamikku gaasidest ei saa me otseselt näha, sest nad ei ole värvilised. Siiski on võimalik mõõta nende tihedust, mahtu, temperatuuri ja rõhku.
Surve
Rõhk on mõõt, mis näitab, kui palju survet avaldab miski teisele objektile. Gaasi puhul on see tavaliselt gaas, mis surub objekti mahutit või, kui gaas on raske, midagi gaasi sees. Rõhku mõõdetakse paskalites. Newtoni kolmanda seaduse tõttu saame gaasi rõhku muuta, rakendades jõudu gaasi sisaldavale objektile. Näiteks pudelit, mille sees on õhk, pigistades tekib rõhk (annab suurema rõhu) selles olevale õhule.
Gaasist rääkides on rõhk sageli seotud mahutiga. Palju gaasi väikeses mahutis oleks väga kõrge rõhk. Väike kogus gaasi suures mahutis oleks madala rõhuga. Gaas võib ise tekitada rõhku, kui seda on palju. Gaasi kaal tekitab rõhu kõigele selle all olevale, sealhulgas ka teisele gaasile. Planeedil nimetatakse seda atmosfäärirõhuks.
Temperatuur
Gaasi temperatuur näitab, kui kuum või külm see on. Füüsikas mõõdetakse seda tavaliselt kelvinites, kuigi mujal kasutatakse rohkem Celsiuse kraade. Gaasis on molekulide keskmine kiirus (kui kiiresti nad liiguvad) seotud temperatuuriga. Mida kiiremini liiguvad gaasimolekulid, seda rohkem nad põrkuvad ehk põrkuvad üksteise vastu. Need kokkupõrked vabastavad energiat, mis gaasis tekib soojuse kujul. Kui aga temperatuur gaasi ümber muutub kuumemaks, siis muudavad gaasiosakesed soojusenergia kineetiliseks energiaks, mistõttu nad liiguvad kiiremini ja gaas muutub kuumemaks.
Riigi muutused
Gaas võib läbida kaks erinevat oleku muutust. Kui temperatuur on piisavalt madal, võib gaas kondenseeruda ja muutuda vedelikuks. Mõnikord, kui temperatuur on piisavalt madal, võib see läbida sadestumise, kus see muutub otse tahkeks. Tavaliselt peab gaas kõigepealt kondenseeruma vedelikuks ja seejärel tahkeks muutuma jäätudes, kuid kui temperatuur on väga madal, võib ta vedeliku staadiumi vahele jätta ja muutuda kohe tahkeks. See põhjustab talvel maapinnal esinevat külma. Veeaur (gaas) satub väga külma õhku ja muutub sadestumise tõttu koheselt jääks.
Seotud leheküljed
- Ideaalne gaas
Küsimused ja vastused
K: Mis on gaas?
A: Gaas on üks neljast aine olekust, kus molekulid liiguvad vabalt ja ei ole üksteisega seotud.
K: Mille poolest erinevad molekulid gaasis molekulidest vedelikus?
V: Gaasis ei ole molekulid üksteisega seotud, samas kui vedelikus on molekulid omavahel lõdvalt seotud või üksteist puudutavad.
K: Mille poolest erinevad molekulid gaasis molekulidest tahkes kehas?
V: Gaasis on molekulaarsed sidemed nõrgad, samas kui tahkes kehas on molekulaarsed sidemed tugevad, mis hoiavad molekule ühes vormis koos.
K: Kas gaasil on ainult üks ruumala nagu vedelikul või tahkel ainel?
V: Ei, erinevalt vedelast või tahkest ainest võib gaas paisuda, kuni ta täidab mis tahes mahuti, milles ta on.
K: Milliseid erinevaid gaasimolekule on olemas?
V: On olemas puhtad gaasid, milles on üksikud aatomid, elementaarsed gaasid, milles on seotud rohkem kui üks sama aatom, ja liitgaasid, milles on palju erinevaid aatomeid koos.
K: Kas te oskate nimetada ühe aatomilise gaasi näite?
V: Jah, näide monoatomaarsest gaasist on neoon.
K: Mis on gaasisegu?
V: Gaasisegu sisaldab mis tahes eespool nimetatud gaasitüüpide segu, näiteks õhk, mis koosneb 87% lämmastikust, 0,2% hapnikust, 13,7% argoonist ja süsinikdioksiidist jälgedes.
Otsige