الغازات: الخصائص ، السلوك ، الشكل ، الأمثلة - كيمياء - 2024

و الغازات كلها تلك المواد أو المركبات التي هي ضعيفة ومتفرقة الدول التجميع، في حين تعتمد اعتمادا كبيرا على درجة الحرارة والضغط الشروط التي تحكم عليها. ربما تكون ثاني أكثر أشكال المادة وفرة في الكون بأسره بعد البلازما.

على الأرض ، تشكل الغازات طبقات الغلاف الجوي ، من الغلاف الخارجي إلى طبقة التروبوسفير والهواء الذي نتنفسه. على الرغم من أن الغاز يكون غير مرئي عندما ينتشر عبر مساحات كبيرة ، مثل السماء ، فإنه يتم اكتشافه من خلال حركة السحب ، أو دوران شفرات الطاحونة ، أو بواسطة الأبخرة المنبعثة من أفواهنا في المناخات الباردة.

يمكن ملاحظة الغازات في المداخن الصناعية أو المنزلية ، وكذلك في أبراج الدخان المنبثقة من البراكين. المصدر: Pxhere.

وبالمثل ، بالذهاب إلى الجوانب البيئية السلبية ، لوحظ في الدخان الأسود المنبعث من أنابيب عادم المركبات ، أو في أعمدة الدخان للأبراج الموجودة في المصانع ، أو في الدخان المتصاعد عند احتراق الغابة.

أنت أيضًا تواجه ظواهر غازية عندما ترى أبخرة تخرج من المجاري ، في خيوط المستنقعات والمقابر ، في الفقاعات داخل خزانات الأسماك ، في بالونات الهيليوم التي تنطلق في السماء ، في الأكسجين الذي تطلقه النباتات نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، وحتى في التجشؤ وانتفاخ البطن.

أينما لوحظت الغازات يعني وجود تفاعل كيميائي ، ما لم يتم تثبيتها أو استيعابها مباشرة من الهواء ، المصدر الرئيسي للغازات (ظاهريًا) على الكوكب. مع ارتفاع درجات الحرارة ، ستتحول جميع المواد (العناصر الكيميائية) إلى غازات ، بما في ذلك المعادن مثل الحديد والذهب والفضة.

بغض النظر عن الطبيعة الكيميائية للغازات ، فإنها تشترك جميعًا في المسافة الكبيرة التي تفصل بين جزيئاتها (الذرات والجزيئات والأيونات وما إلى ذلك) ، والتي تتحرك بشكل عشوائي وتعسفي عبر حجم أو مساحة معينة.

خصائص الغازات

الاختلافات في الجزيئات الصلبة والسائلة والغازية

جسدي - بدني

تختلف الخصائص الفيزيائية للغازات اعتمادًا على المادة أو المركب المتضمن. ترتبط الغازات بشكل شائع بالروائح الكريهة أو التعفن ، إما بسبب محتواها من الكبريت ، أو بسبب وجود الأمينات المتطايرة. وبالمثل ، يتم تصورها بألوان مخضرة أو بنية أو صفراء ، والتي تخيف وتعطي نذير شؤم.

ومع ذلك ، فإن معظم الغازات ، أو على الأقل الأكثر وفرة ، هي في الواقع عديمة اللون والرائحة. على الرغم من أنها بعيدة المنال ، إلا أنه يمكن الشعور بها على الجلد ومقاومة الحركة ، حتى أنها تخلق طبقات لزجة على الأجسام التي تمر من خلالها (كما يحدث مع الطائرات).

يمكن أن تتعرض جميع الغازات لتغيرات في الضغط أو درجة الحرارة تؤدي في النهاية إلى تحويلها إلى سوائل خاصة بها ؛ أي أنها تعاني من التكثيف (إذا تم تبريدها) أو التميع (إذا تم الضغط عليها).

تركيز؛ من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة

من ناحية أخرى ، الغازات قادرة على الذوبان في السوائل وبعض المواد الصلبة المسامية (مثل الكربون المنشط). تحدث الفقاعات نتيجة تراكمات الغازات التي لم تذوب في الوسط بعد وهربت إلى سطح السائل.

الموصلية الكهربائية والحرارية

في الظروف العادية (بدون تأين جزيئاتها) ، تكون الغازات موصلة رديئة للحرارة والكهرباء. ومع ذلك ، عند الضغط عليها بالعديد من الإلكترونات ، فإنها تسمح للتيار بالمرور من خلالها ، كما يظهر في البرق أثناء العواصف.

من ناحية أخرى ، عند الضغط المنخفض وتعرض لمجال كهربائي ، تضيء بعض الغازات ، خاصة النبيلة أو المثالية منها ، وتستخدم مصابيحها في تصميم الإعلانات والملصقات الليلية (ضوء النيون) ، وكذلك في الشهيرة مصابيح التفريغ الكهربائي في فوانيس الشوارع.

فيما يتعلق بالتوصيل الحراري ، تتصرف العديد من الغازات كعوازل حرارية ، لذا فإن دمجها في حشو الألياف أو الأقمشة أو الألواح الزجاجية يساعد على منع الحرارة من المرور من خلالها والحفاظ على ثبات درجة الحرارة.

ومع ذلك ، هناك غازات جيدة التوصيل للحرارة ويمكن أن تسبب حروقًا أسوأ من تلك التي تسببها السوائل أو المواد الصلبة ؛ على سبيل المثال ، كما يحدث مع البخار الساخن للكب كيك المخبوز (أو إمباناداس) ، أو مع نفاثات البخار التي تخرج من الغلايات.

التفاعلية

بشكل عام ، التفاعلات التي تحتوي على غازات ، أو حيثما تحدث ، تُصنف على أنها خطيرة ومرهقة.

فعاليتها تعتمد ، مرة أخرى ، على طبيعتها الكيميائية ؛ ومع ذلك ، عند التمدد والتحرك بسهولة كبيرة ، يجب توخي قدر أكبر من العناية والتحكم لأنها يمكن أن تؤدي إلى زيادات كبيرة في الضغط مما يعرض بنية المفاعل للخطر ؛ ناهيك عن مدى قابلية الاشتعال أو الغازات غير القابلة للاشتعال.

سلوك الغازات

بالميكروسكوب يمكن للمرء الحصول على فكرة عن سلوك الغازات من خلال مشاهدة كيفية تطور الدخان أو الحلقات أو "الألسنة" الأدبية للسجائر في الهواء. وبالمثل ، عندما تنفجر قنبلة دخان ، من المثير للاهتمام تفصيل حركة هذه الغيوم الملونة المختلفة.

ومع ذلك ، فإن مثل هذه الملاحظات تخضع لتأثير الهواء ، وكذلك لحقيقة وجود جزيئات صلبة دقيقة جدًا معلقة في الدخان. لذلك ، لا تكفي هذه الأمثلة للوصول إلى استنتاج بشأن السلوك الحقيقي للغاز. وبدلاً من ذلك ، أجريت تجارب وتم تطوير النظرية الحركية للغازات.

من الناحية الجزيئية والمثالية ، تتصادم الجسيمات الغازية بمرونة مع بعضها البعض ، مع وجود إزاحات خطية ودورانية وذبذبية. لديهم متوسط ​​طاقة مرتبط ، مما يسمح لهم بالسفر بحرية عبر أي مساحة دون أن يتفاعلوا أو يصطدموا بجسيم آخر مع زيادة الحجم من حولهم.

سيكون سلوكها مزيجًا من الحركة البراونية غير المنتظمة ، وبعض تصادمات بعض كرات البلياردو التي ترتد باستمرار بين بعضها البعض وجدران الطاولة ؛ إذا لم تكن هناك جدران ، فإنها ستنتشر إلى ما لا نهاية ، إلا إذا تم إعاقتها بقوة: الجاذبية.

شكل الغازات

الغازات ، على عكس السوائل والمواد الصلبة ، ليست من النوع المكثف ؛ أي أن تجميع أو تماسك جسيماتها لا ينجح أبدًا في تحديد الشكل. يتشاركون مع السوائل حقيقة أنهم يشغلون حجم الحاوية التي تحتوي عليها ؛ ومع ذلك ، فإنها تفتقر إلى التوتر السطحي والسطحي.

إذا كان تركيز الغاز عالياً ، فيمكن رؤية "ألسنته" أو الأشكال العيانية الموصوفة بالفعل بالعين المجردة. هذه ، عاجلاً أم آجلاً ، ستختفي بسبب عمل الرياح أو مجرد تمدد الغاز. لذلك ، تغطي الغازات جميع أركان المساحة المحدودة التي تنتج أنظمة متجانسة للغاية.

الآن ، تعتبر النظرية الغازات على أنها كريات يصعب تصادمها مع نفسها ؛ لكن عندما يفعلون ذلك ، يرتدون بمرونة.

يتم فصل هذه المجالات على نطاق واسع عن بعضها البعض ، وبالتالي فإن الغازات عمليا "ممتلئة" بالفراغ ؛ ومن هنا تعدد استخداماته في المرور عبر أصغر شق أو شق ، وسهولة القدرة على ضغطها بشكل كبير.

لهذا السبب ، بغض النظر عن مدى إغلاق أحد المخبوزات ، إذا كنت تمشي في الجوار ، فمن المؤكد أنك ستستمتع برائحة الخبز الطازج.

ضغط الغاز

يمكن الاعتقاد أنه نظرًا لتشتت كرات أو جزيئات الغاز وفصلها بشكل كبير ، فإنها غير قادرة على توليد أي ضغط على الأجسام أو الأشياء. ومع ذلك ، يثبت الغلاف الجوي أن هذا الاعتقاد خاطئ: فهو يمتلك كتلة ووزنًا ويمنع السوائل من التبخر أو الغليان من العدم. يتم قياس نقاط الغليان عند الضغط الجوي.

تصبح ضغوط الغاز أكثر قابلية للقياس الكمي في حالة توفر أجهزة قياس الضغط ، أو إذا تم وضعها في حاويات ذات جدران غير قابلة للتشوه. وبالتالي ، كلما زاد عدد جزيئات الغاز داخل الحاوية ، زاد عدد التصادمات بينها وبين جدرانها.

عندما تصطدم هذه الجسيمات بالجدران ، تضغط عليها ، لأنها تمارس قوة تتناسب مع طاقتها الحركية على سطحها. يبدو الأمر كما لو أن كرات البلياردو المثالية ألقيت على الحائط ؛ إذا كان هناك الكثير الذي ضربهم بسرعة عالية ، فقد ينكسر.

الوحدات

هناك العديد من الوحدات المصاحبة لقياسات ضغط الغاز. من أشهرها ملليمترات من الزئبق (mmHg) ، مثل torr. هناك تلك الخاصة بالنظام الدولي للوحدات (SI) التي تحدد باسكال (Pa) من حيث N / m ² ؛ ومنه الكيلو (kPa) ، ميجا (MPa) والجيجا (GPa) باسكال.

حجم الغاز

يحتل الغاز ويتوسع في جميع أنحاء حجم الحاوية. كلما زاد حجم الحاوية ، سيكون حجم الغاز أيضًا ؛ لكن كل من ضغطها وكثافتها سينخفضان بنفس كمية الجسيمات.

من ناحية أخرى ، يحتوي الغاز نفسه على حجم مرتبط به لا يعتمد كثيرًا على طبيعته أو تركيبته الجزيئية (بشكل مثالي) ، ولكن على ظروف الضغط ودرجة الحرارة التي تحكمه ؛ هذا هو حجمها المولي.

في الواقع ، يختلف الحجم المولي من غاز إلى آخر ، على الرغم من أن الاختلافات صغيرة إذا لم تكن جزيئات كبيرة وغير متجانسة. على سبيل المثال ، يختلف الحجم المولي للأمونيا (NH ₃ ، 22.079 لتر / مول) عند 0 درجة مئوية و 1 ضغط جوي ، عن حجم الهيليوم (He ، 22.435 لتر / مول).

تحتوي جميع الغازات على حجم مولي يتغير كدالة لـ P و T ، وبغض النظر عن حجم جزيئاتها ، فإن عددها دائمًا هو نفسه. ومن ثم فهو مشتق في الواقع مما يعرف برقم أفوجادرو (N _A).

قوانين الغاز الرئيسية

تمت دراسة سلوك الغازات لعدة قرون من خلال التجارب والملاحظات المتعمقة وتفسير النتائج.

جعلت مثل هذه التجارب من الممكن وضع سلسلة من القوانين التي ، مجتمعة في نفس المعادلة (تلك الخاصة بالغازات المثالية) ، تساعد على التنبؤ باستجابات الغاز لظروف مختلفة من الضغط ودرجة الحرارة. بهذه الطريقة ، توجد علاقة بين حجمها ودرجة حرارتها وضغطها ، بالإضافة إلى عدد مولاتها في نظام معين.

من بين هذه القوانين الأربعة التالية: بويل ، تشارلز ، جاي لوساك وأفوجادرو.

قانون بويل

زيادة الضغط عن طريق تقليل حجم الحاوية. المصدر: غابرييل بوليفار

ينص قانون بويل على أنه عند درجة حرارة ثابتة ، يتناسب حجم الغاز المثالي عكسًا مع ضغطه ؛ أي أنه كلما زاد حجم الحاوية ، انخفض الضغط الذي تتعرض له جدرانه من نفس كمية الغاز.

تشارلز لو

الفوانيس الصينية أو بالونات الرغبات. المصدر: Pxhere.

ينص قانون تشارلز على أنه عند الضغط المستمر ، يتناسب حجم الغاز المثالي طرديًا مع درجة حرارته. تُظهر البالونات قانون تشارلز ، لأنه إذا تم تسخينها فإنها تنتفخ أكثر قليلاً ، بينما إذا غُمرت في النيتروجين السائل ، فإنها تنكمش لأن حجم الغاز بداخلها يتقلص.

قانون مثلي الجنس لوساك

ينص قانون جاي لوساك على أنه عند الحجم الثابت ، يكون ضغط الغاز المثالي متناسبًا طرديًا مع درجة حرارته. في مرجل مغلق جيدًا ، إذا تم تسخين الغاز بشكل تدريجي ، في كل مرة يكون الضغط داخله أكبر ، لأن جدران المرجل لا تتشوه أو تتوسع ؛ أي أن حجمه لا يتغير ، إنه ثابت.

قانون أفوجادرو

أخيرًا ، ينص قانون أفوجادرو على أن الحجم الذي يشغله الغاز المثالي يتناسب طرديًا مع عدد جزيئاته. وبالتالي ، إذا كان لدينا مول واحد من الجسيمات (6.02 × 10 ²³) ، فسيكون لدينا الحجم المولي للغاز.

أنواع الغازات

غازات قابلة للاشتعال

إنها تلك الغازات التي تعمل مكوناتها كوقود ، لأنها تستخدم لإنتاج الطاقة الحرارية. بعضها غاز طبيعي وغاز البترول المسال والهيدروجين.

الغازات الصناعية

هي تلك الغازات المصنعة ، التي يتم تسويقها للجمهور لاستخدامات وتطبيقات مختلفة ، مثل الصحة والغذاء وحماية البيئة والمعادن والصناعات الكيماوية وقطاعات الأمن وغيرها. بعض هذه الغازات هي الأكسجين والنيتروجين والهيليوم والكلور والهيدروجين وأول أكسيد الكربون والبروبان والميثان وأكسيد النيتروز وغيرها.

الغازات الخاملة

إنها تلك الغازات التي لا تنتج أي تفاعل كيميائي أو تفاعل منخفض للغاية في ظل ظروف درجة حرارة وضغط معينة. هم النيون والأرجون والهيليوم والكريبتون والزينون. يتم استخدامها في العمليات الكيميائية التي تكون فيها العناصر غير التفاعلية ضرورية.

أمثلة على العناصر والمركبات الغازية

ما هي العناصر الغازية للجدول الدوري تحت ظروف الأرض؟

لدينا أولاً الهيدروجين (H) ، والذي يشكل جزيئات H ₂. يتبع الهيليوم (هو) أخف الغازات النبيلة ؛ ثم النيتروجين (N) والأكسجين (O) والفلور (F). تشكل هذه الثلاثة الأخيرة أيضًا جزيئات ثنائية الذرة: N ₂ و O ₂ و F ₂.

بعد الفلور يأتي النيون (ني) ، الغاز النبيل الذي يتبع الهيليوم. تحت الفلور لدينا الكلور (Cl) ، على شكل جزيئات Cl ₂.

بعد ذلك لدينا بقية الغازات النبيلة: الأرجون (Ar) ، الكريبتون (Kr) ، الزينون (Xe) ، الرادون (Rn) والأوغانسون (Og).

لذلك ، هم ما مجموعه اثني عشر عنصرًا غازيًا ؛ 11 إذا استبعدنا oganeson عالي النشاط الإشعاعي وغير المستقر.

المركبات الغازية

بالإضافة إلى العناصر الغازية ، سيتم سرد بعض المركبات الغازية الشائعة:

-H ₂ S، كبريتيد الهيدروجين، المسؤولة عن رائحة البيض الفاسد

- NH ₃ ، الأمونيا ، تلك الرائحة النفاذة التي تدركها الصابون المستخدم

-co ₂ ، ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز الدفيئة

- NO ₂ ، ثاني أكسيد النيتروجين

- NO ، أول أكسيد النيتروجين ، وهو غاز يعتقد أنه شديد السمية ولكنه يلعب دورًا مهمًا في الدورة الدموية

- SO ₃ ، ثالث أكسيد الكبريت

-C ₄ H ₁₀ ، البيوتان

-HCl ، كلوريد الهيدروجين

-O ₃ ، الأوزون

-SF ₆ ، سادس فلوريد الكبريت

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. خصائص الغازات. تم الاسترجاع من: chemed.chem.purdue.edu
3. ويكيبيديا. (2019). غاز. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (05 ديسمبر 2018). الغازات - الخصائص العامة للغازات. تم الاسترجاع من: thinkco.com
5. ساعة هارفارد لصحة الرجال. (2019). حالة الغاز. تم الاسترجاع من: health.harvard.edu
6. محرري تبريد الإلكترونيات. (1 سبتمبر 1998). الموصلية الحرارية للغازات. تم الاسترجاع من: electronics-cooling.com