גזים: תכונות, התנהגות, צורה, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

הגזים הם כול אותם חומרים או תרכובות אשר מדינות צבירה חלשות מפוזר, בעוד תלוי מאוד בתנאי טמפרטורה ולחץ השולטים עליהם. הם אולי צורת החומר השנייה בשכיחותה ביקום כולו לאחר פלזמה.

על פני כדור הארץ, גזים מהווים את שכבות האטמוספרה, מהאקוספירה ועד הטרופוספירה והאוויר שאנו נושמים. אף שגז אינו נראה כאשר הוא מפוזר בחללים גדולים, כמו השמים, הוא מתגלה על ידי תנועת עננים, פניות הלהבים של טחנה, או על ידי האדים שנשפים מפינו באקלים קר.

ניתן לראות את הגזים בארובות תעשייתיות או ביתיות, כמו גם במגדלי העשן הנובעים מהרי געש. מקור: Pxhere.

כמו כן, בהיבט הסביבתי הסביבתי, הוא נצפה בעשן השחור מצינורות הפליטה של ​​כלי הרכב, בעמודי העשן של המגדלים הממוקמים במפעלים, או בעשן המוגבה כאשר יער בוער.

גם אתם מתמודדים עם תופעות גזים כשאתם רואים אדים שיוצאים מהביוב, בשבלולי ביצות ובתי קברות, בבעבוע בתוך מיכלי הדגים, בלוני הליום שמשתחררים לשמיים, בשמים חמצן שמשתחרר על ידי צמחים כתוצאה מפוטוסינתזה שלהם, ואפילו בגיהוק ובמצבים גזים.

בכל מקום בו נצפים גזים פירושו כי הייתה תגובה כימית, אלא אם כן הם קבועים או נטמעים ישירות מהאוויר, המקור העיקרי לגזים (באופן שטחי) על פני כדור הארץ. עם עליית הטמפרטורות, כל החומרים (יסודות כימיים) יהפכו לגזים, כולל מתכות כמו ברזל, זהב וכסף.

ללא קשר לאופי הכימי של גזים, כולם חולקים במשותף את המרחק הגדול המפריד בין חלקיקיהם (אטומים, מולקולות, יונים וכו '), הנעים בצורה כאוטית ושרירותית דרך נפח או חלל נתון.

מאפייני גזים

הבדלים במולקולות מוצקות, נוזליות וגז

גוּפָנִי

התכונות הפיזיקליות של גזים משתנות בהתאם לאיזה חומר או תרכובת מדובר. גזים מקושרים בדרך כלל לריחות רעים או למצב של סתימה, בגלל תכולת הגופרית שלהם, או בגלל נוכחותם של אמינים נדיפים. באופן דומה, הם מדמיינים צבעוניות ירקרקה, חומה או צהבהבה, המפחידות ומעניקות סימן רע.

עם זאת, רוב הגזים, או לפחות השופרים ביותר, הם למעשה חסרי צבע ונטולי ריח. למרות שהם חמקמקים, הם יכולים להיות מורגשים על העור והם מתנגדים לתנועה, ואפילו יוצרים שכבות צמיגות בגופים העוברים דרכם (כמו שקורה במטוסים).

כל הגזים יכולים לחוות שינויים בלחץ או בטמפרטורה שבסופו של דבר הופכים אותם לנוזלים שלהם; כלומר, הם סובלים מעיבוי (אם מקוררים) או נוזלים (אם "נלחצים").

הִתְעַבּוּת; ממצב גזי למצב נוזלי

מצד שני, גזים מסוגלים להתמוסס בנוזלים וכמה מוצקים נקבוביים (כמו פחמן פעיל). בועות הן תוצאה של הצטברות גזים שטרם התמוססו במדיום ונמלטים אל פני הנוזל.

מוליכות חשמלית ותרמית

בתנאים רגילים (ללא יינון של חלקיקיהם) גזים הם מוליכים ירודים של חום וחשמל. עם זאת, כאשר הם נלחצים באמצעות אלקטרונים רבים, הם מאפשרים זרם לעבור דרכם, כפי שנראה בברק במהלך סערות.

לעומת זאת, בלחצים נמוכים ונתונים לשדה חשמלי, כמה גזים, בעיקר האצילים או המושלמים, נדלקים ואורותיהם משמשים לעיצוב פרסומות וכרזות לילה (אור ניאון), כמו גם במפורסם מנורות פריקה חשמליות בפנסי רחוב.

לגבי מוליכות תרמית, גזים רבים מתנהגים כמבודדים תרמיים, ולכן שילובם במילוי סיבים, בדים או לוחות זכוכית, מסייע במניעת מעבר של חום דרכם ושומר על הטמפרטורה קבועה.

עם זאת, ישנם גזים שהם מוליכי חום טובים, ויכולים לגרום לכוויות חמורות יותר מאלו הנגרמים על ידי נוזלים או מוצקים; למשל, כפי שקורה עם האדים החמים של הקאפקייקס האפויים (או האמפנדות), או עם סילוני הקיטור שנמלטים מהדוודים.

תגובתיות

באופן כללי, תגובות הכרוכות בגזים, או במקומות בהן הן מתרחשות, מסווגות כמסוכנות ומסורבלות.

התגובה שלהם תלויה, שוב, באופיים הכימי; עם זאת, כאשר מתרחבים ונעה בקלות רבה, יש להפעיל טיפול ושליטה גדולים יותר מכיוון שהם יכולים לעורר עלייה דרסטית בלחץ המסכנת את מבנה הכור; זה לא לדבר על כמה גזים דליקים או לא דליקים הם.

התנהגות גזים

מקרוסקופית ניתן לקבל מושג על התנהגותם של גזים על ידי עדות לעשן כיצד עשן, טבעות או "לשונות" ספרותיות של סיגריות מתפתחות באוויר. באופן דומה, כאשר רימון עשן מתפוצץ, מעניין לפרט את תנועת העננים הצבעוניים הללו.

עם זאת, תצפיות מסוג זה נתונות לפעולת האוויר, וגם לעובדה שישנם חלקיקים מוצקים עדינים מאוד המותלים בעשן. לכן, דוגמאות אלה אינן מספיקות בכדי להגיע למסקנה ביחס להתנהגותו האמיתית של גז. במקום זאת, נערכו ניסויים והתפתחה התיאוריה הקינטית של גזים.

באופן חלקי, באופן אידיאלי, חלקיקים גזים מתנגשים זה בזה באופן אלסטי, עם תזוזות ליניאריות, סיבוביות ורעידות. יש להם אנרגיה ממוצעת נלווית, המאפשרת להם לנוע בחופשיות בכל חלל בלי כמעט לתקשר או להתנגש עם חלקיק אחר ככל שהנפח סביבם גדל.

התנהגותה עשויה להיות תערובת של התנועה הבראונית הלא שגרתית, ושל התנגשויות של כמה כדורי ביליארד המקפצים ללא הרף זה לזה לקירות השולחן; אם אין קירות, הם יתפזרו לאינסוף, אלא אם כן הם נעצרים על ידי כוח: כוח משיכה.

צורה של גזים

גזים, בניגוד לנוזלים ומוצקים, אינם עניינים מהסוג המעובה; כלומר הצבירה או הלכידות של חלקיקיה לעולם לא מצליחה להגדיר צורה. הם חולקים עם נוזלים את העובדה שהם תופסים לחלוטין את נפח המכל שמכיל אותם; עם זאת, הם חסרים מתח פנים ומשטח.

אם ריכוז הגז גבוה, ניתן לראות בעין בלתי מזוינת את "לשונותיו" או את הצורות המקרוסקופיות שכבר תוארו. אלה, במוקדם או במאוחר, בסופו של דבר ייעלמו עקב פעולת הרוח או עצם התרחבות הגז. הגזים מכסים אפוא את כל פינות החלל המצומצם שמקורם במערכות הומוגניות מאוד.

כעת, התיאוריה מחשיבה בנוחות גזים כספירות שכמעט ולא מתנגשות עם עצמן; אבל כשהם עושים זאת הם חוזרים לאלסטיות.

תחומים אלה מופרדים זה מזה באופן נרחב, כך שהגזים למעשה "מלאים" בוואקום; מכאן שהגמישות שלה לעבור דרך החריץ או הפיסול הקלים ביותר, והקלות ביכולת היכולת לדחוס אותם משמעותית.

זו הסיבה, לא משנה כמה מתקן מאפייה סגור, אם תלכו בשכנות בטוח שתיהנו מהניחוח של לחם טרי שנאפה.

לחץ של גז

ניתן להאמין שמכיוון שתחומי הגז או חלקיקיהם מפוזרים כל כך ומופרדים, הם אינם מסוגלים לייצר לחץ על הגופים או העצמים. עם זאת, האווירה מוכיחה כי אמונה כזו היא שקרית: יש לה מסה, משקל ומונעת מנוזלים להתאדות או לרתיחה משום מקום. נקודות הרתיחה נמדדות בלחץ אטמוספרי.

לחצי הגז הופכים לכימות יותר אם קיימים מדי מדי מדידה, או אם הם סגורים במכלים עם קירות לא מעוותים. לפיכך, ככל שיש יותר חלקיקי גז בתוך המכל, כך גדל מספר ההתנגשויות בינם לבין קירותיו.

כאשר חלקיקים אלה מתנגשים בקירות הם לוחצים עליהם, כשהם מפעילים כוח פרופורציונלי לאנרגיה הקינטית שלהם על פני השטח. זה כאילו כדורי הביליארד האידיאליים נזרקו על הקיר; אם ישנם רבים שפגעו בהם במהירות גבוהה, זה יכול אפילו להישבר.

יחידות

ישנן יחידות רבות המלוות מדידות לחץ של גז. כמה מהידועים שבהם הם מילימטרים של כספית (mmHg), כמו טור. ישנם כאלה של מערכת היחידות הבינלאומית (SI) המגדירה את הפסקאל (Pa) במונחים של N / m ² ; וממנו, הקילו (קפ"א), מגה (מגה) וגיגה (גפה) פסקל.

נפח של גז

גז תופס ומתרחב לאורך נפח המכולה. ככל שהמכל גדול יותר, נפח הגז יהיה מדי; אך גם לחץ והצפיפות שלו יפחתו באותה כמות של חלקיקים.

לעומת זאת, לגז עצמו יש נפח קשור שאינו תלוי כל כך באופי או במבנה המולקולרי שלו (באופן אידיאלי), אלא בתנאי הלחץ והטמפרטורה השולטים בו; זהו נפח הטוחן שלו.

במציאות, הנפח הטוחני משתנה מגז למשנהו, אם כי הווריאציות קטנות אם אינן מולקולות גדולות והטרוגניות. לדוגמה, הנפח הטוחני של אמוניה (NH ₃ , 22.079 ליטר / מול) בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס ו -1 אטמטר, שונה מזה של הליום (He, 22.435 L / mol).

לכל הגזים נפח טוחן שמשתנה כפונקציה של P ו- T, ולא משנה כמה גדולים החלקיקים שלהם, מספרם תמיד זהה. מכאן שלמעשה זה נגזר על ידי הידוע המספר של אבוגדרו (N _A ).

חוקי הגז העיקריים

התנהגות הגזים נחקרה במשך מאות שנים באמצעות ניסויים, תצפיות מעמיקות ופירוש התוצאות.

ניסויים אלה אפשרו לקבוע סדרה של חוקים, שנאספו באותה משוואה (זו של גזים אידיאליים), עוזרים לחזות את תגובותיו של גז לתנאים שונים של לחץ וטמפרטורה. באופן זה, יש קשר בין נפח, טמפרטורה ולחץ שלו, כמו גם מספר שומותיו במערכת נתונה.

בין החוקים הללו ניתן למנות את הארבעה הבאים: בויל, צ'ארלס, גיי-לוסאק ואבוגדרו.

חוק בויל

עלייה בלחץ על ידי הפחתת נפח המכולה. מקור: גבריאל בוליבר

החוק של בויל קובע כי בטמפרטורה קבועה, נפח הגז האידיאלי הוא ביחס הפוך ללחץ שלו; כלומר ככל שהמיכל גדול יותר כך הלחץ שקירותיו יחוו מאותה כמות גז נמוך יותר.

חוק צ'ארלס

פנסים סיניים או בלוני משאלה. מקור: Pxhere.

החוק של צ'רלס קובע כי בלחץ מתמיד נפח הגז האידיאלי הוא ביחס ישיר לטמפרטורה שלו. בלונים מדגימים את החוק של צ'רלס, מכיוון שאם הם מחוממים הם מתנפחים עוד קצת, ואילו אם הם שקועים בחנקן נוזלי, הם מתפוגגים מכיוון שנפח הגז בתוכם מתכווץ.

חוק הומואים-לוצק

החוק של גיי-לוסץ קובע כי בנפח קבוע, לחץ הגז האידיאלי הוא ביחס ישיר לטמפרטורה שלו. בקדרה סגורה היטב, אם גז מחומם בהדרגה, בכל פעם שהלחץ בתוכו יהיה גדול יותר, מכיוון שקירות הקדרה אינם מעוותים או מתרחבים; כלומר הנפח אינו משתנה, הוא קבוע.

חוק אבוגדרו

לבסוף, החוק של אבוגדרו קובע כי הנפח שתופס גז אידיאלי עומד ביחס ישיר למספר חלקיקיו. לפיכך, אם יש לנו שומה אחת של חלקיקים (6.02 · 10 ²³ ), יהיה לנו את הנפח הטוחני של הגז.

סוגי גזים

גזים דליקים

הם אותם גזים שמרכיביהם מתפקדים כדלקים, מכיוון שהם משמשים לייצור אנרגיה תרמית. חלקם הם גז טבעי, גז נפט נוזלי ומימן.

גזים תעשייתיים

מדובר בגזים המיוצרים המשווקים לציבור לשימושים ויישומים שונים, כגון בריאות, מזון, שמירה על איכות הסביבה, מטלורגיה, תעשייה כימית, מגזרי אבטחה ועוד. חלק מהגזים הללו הם חמצן, חנקן, הליום, כלור, מימן, פחמן חד חמצני, פרופאן, מתאן, תחמוצת החנקן, בין היתר.

גזים אינרטיים

אלה הם הגזים שבתנאי טמפרטורה ולחץ ספציפיים אינם מייצרים תגובה כימית או נמוכה מאוד. הם ניאון, ארגון, הליום, קריפטון וקסנון. הם משמשים בתהליכים כימיים בהם יש צורך ביסודות שאינם מגיבים.

דוגמאות ליסודות ותרכובות גזים

מהם היסודות הגזים בטבלה המחזורית בתנאי כדור הארץ?

ראשית יש לנו מימן (H), היוצר מולקולות H ₂ . הליום (הוא), הגז האצילי הקל ביותר, עוקב; ואז חנקן (N), חמצן (O) ופלואור (F). השלושה האחרונים הללו יוצרים גם מולקולות דיאטומיות: N ₂ , O ₂ ו- F ₂ .

אחרי פלואור מגיע ניאון (Ne), הגז האצילי שעוקב אחרי הליום. מתחת לפלואור יש לנו כלור (Cl), בצורה של מולקולות Cl ₂ .

בשלב הבא יש לנו את שאר הגזים האצילים: ארגון (Ar), קריפטון (Kr), קסנון (Xe), ראדון (Rn) ואוגנסון (אוג).

לכן הם בסך הכל שנים עשר יסודות גזים; אחת-עשרה אם אנו מוציאים את הכלל מהאוגנסון הרדיואקטיבי והלא יציב.

תרכובות גזים

בנוסף לאלמנטים גזים, תרכובות גזים נפוצות יופיעו ברשימה:

-H ₂ S, מימן גופרתי, אחראי לריח של ביצים רקובות

-NH ₃ , אמוניה, אותה ארומה חריפה הנתפסת בסבונים משומשים

-CO ₂ , פחמן דו חמצני, גז חממה

-NO ₂ , חנקן דו חמצני

-NO, חנקן חד-חמצני, גז האמין שהוא רעיל ביותר אך ממלא תפקיד חשוב במחזור הדם

-SO ₃ , טריפוקסיד גופרית

-C ₄ H ₁₀ , בוטאן

-HCl, מימן כלוריד

-O ₃ , אוזון

-SF ₆ , hexafluoride גופרית

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. תכונות הגזים. התאושש מ: chemed.chem.purdue.edu
3. ויקיפדיה. (2019). גַז. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (05 בדצמבר 2018). גזים - תכונות כלליות של גזים. התאושש מ: thoughtco.com
5. שעון הבריאות לגברים של הרווארד. (2019). מצב הגז. התאושש מ: health.harvard.edu
6. עורכי קירור אלקטרוניקה. (1 בספטמבר 1998). המוליכות התרמית של גזים. התאושש מ: electronics-cooling.com