Газоподібні речовини: приклади та властивості

На сьогоднішній день відомо про існування більш ніж 3 мільйонів різних речовин. І цифра ця з кожним роком зростає, оскільки хіміками-синтетики та іншими вченими постійно виробляються досліди одержання нових сполук, що володіють якими-небудь корисними властивостями.

Частина речовин - це природні мешканці, що формуються природним шляхом. Інша половина - штучні і синтетичні. Однак і в першому і в другому випадку значну частину складають газоподібні речовини, приклади і характеристики яких ми і розглянемо в даній статті.

Агрегатні стани речовин

З XVII століття прийнято було вважати, що всі відомі сполуки здатні існувати в трьох агрегатних станах: тверді, рідкі, газоподібні речовини. Проте ретельні дослідження останніх десятиліть в області астрономії, фізики, хімії, космічної біології та інших наук довели, що є ще одна форма. Це плазма.

Що вона собою являє? Це частково або повністю іонізовані гази. І виявляється, таких речовин у Всесвіті переважна більшість. Так, саме у стані плазми знаходяться:

• міжзоряний речовина;
• космічна матерія;
• вищі шари атмосфери;
• туманності;
• складу багатьох планет;
• зірки.

Тому сьогодні кажуть, що існують тверді, рідкі, газоподібні речовини і плазма. До речі, кожен газ можна штучно перевести в такий стан, якщо піддати його іонізації, тобто змусити перетворитися на іони.

Газоподібні речовини: приклади

Прикладів розглянутих речовин можна привести масу. Адже гази відомі ще з XVII століття, коли ван Гельмонт, натураліст, вперше отримав вуглекислий газ і став досліджувати його властивості. До речі, назва цієї групи з`єднань також дав він, так як, на його думку, гази - це щось невпорядковане, хаотичне, пов`язане з духами і чимось невидимим, але відчутним. Таке ім`я прижилося і в Росії.

Можна класифікувати всі газоподібні речовини, приклади тоді привести буде легше. Адже охопити все різноманіття складно.

За складом розрізняють:

• прості,
• складні молекули.

До першої групи належать ті, що складаються з однакових атомів в будь-якому їх кількості. Приклад: кисень - Про₂, озон - О₃, водень - Н₂, хлор - CL₂, фтор - F₂, азот - N₂ та інші.

До другої категорії слід відносити такі сполуки, до складу яких входить кілька атомів. Це і будуть газоподібні складні речовини. Прикладами служать:

• сірководень - H₂S;
• хлороводень - HCL;
• метан - CH_4-
• сірчистий газ - SO₂;
• бурий газ - NO₂;
• фреон - CF₂CL₂;
• аміак - NH₃ та інші.

Класифікація за природою речовин

Також можна класифікувати види газоподібних речовин за належністю до органічних і неорганічних світу. Тобто за природою входять до складу атомів. Органічними газами є:

• перші п`ять представників граничних вуглеводнів (метан, етан, пропан, бутан, пентан). Загальна формула C_nH_{2n + 2};
• етилен - З₂Н₄;
• ацетилен або Етін - З₂Н₂;
• метиламін - CH₃NH₂ та інші.

До категорії газів неорганічної природи відносяться хлор, фтор, аміак, чадний газ, силан, звеселяючий газ, інертні чи благородні гази та інші.

Ще однією класифікацією, якої можна піддати розглядаються з`єднання, є розподіл на основі входять до складу частинок. Саме з атомів складаються не всі газоподібні речовини. Приклади структур, в яких присутні іони, молекули, фотони, електрони, броунівський частинки, плазма, також відносяться до з`єднань в такому агрегатному стані.

Властивості газів

Характеристики речовин в розглянутому стані відрізняються від таких для твердих або рідких сполук. Вся справа в тому, що властивості газоподібних речовин особливі. Частинки їх легко і швидко рухливі, речовина в цілому изотропное, тобто властивості не визначаються напрямком руху входять до складу структур.

Можна позначити найголовніші фізичні властивості газоподібних речовин, які і будуть відрізняти їх від всіх інших форм існування матерії.

1. Це такі сполуки, які не можна побачити і проконтролювати, відчути звичайними людськими способами. Щоб зрозуміти властивості та ідентифікувати той чи інший газ, спираються на чотири описують їх все параметра: тиск, температура, кількість речовини (моль), обсяг.
2. На відміну від рідин гази здатні займати весь простір без залишку, обмежуючись лише величиною судини або приміщення.
3. Всі гази між собою легко змішуються, при цьому в цих з`єднань немає поверхні розділу.
4. Існують більш легкі і важкі представники, тому під дією сили тяжіння і часу, можливо побачити їх поділ.
5. Дифузія - одна з найважливіших властивостей цих сполук. Здатність проникати в інші речовини і насичувати їх зсередини, здійснюючи при цьому абсолютно невпорядковані рухи всередині своєї структури.
6. Реальні гази електричний струм проводити не можуть, однак якщо говорити про розріджених і іонізований субстанціях, то провідність різко зростає.
7. Теплоємність і теплопровідність газів невисока і коливається у різних видів.
8. В`язкість зростає із збільшенням тиску і температури.
9. Існує два варіанти міжфазового переходу: випаровування - рідина перетворюється на пару, сублімація - тверда речовина, минаючи рідкий, стає газоподібним.

Відмітна особливість парів від істинних газів в тому, що перші за певних умов здатні перейти в рідину або тверду фазу, а другі ні. Також слід зауважити здатність розглянутих з`єднань пручатися деформацій і бути текучими.

Подібні властивості газоподібних речовин дозволяють широко застосовувати їх в самих різних галузях науки і техніки, промисловості і народному господарстві. До того ж конкретні характеристики є для кожного представника строго індивідуальними. Ми ж розглянули лише загальні для всіх реальних структур особливості.

Стисливість

При різних температурах, а також під впливом тиску гази здатні стискатися, збільшуючи свою концентрацію і знижуючи обіймав обсяг. При підвищених температурах вони розширюються, при низьких - стискаються.

Під дією тиску також відбуваються зміни. Щільність газоподібних речовин збільшується і, при досягненні критичної точки, яка для кожного представника своя, може наступити перехід в інший агрегатний стан.

Основні вчені, які зробили внесок у розвиток вчення про гази

Таких людей можна назвати безліч, адже вивчення газів - процес трудомісткий і історично довгий. Зупинимося на найвідоміших особистостях, які зуміли зробити найбільш значущі відкриття.

1. Амедео Авогадро в 1811 році зробив відкриття. Неважливо, які гази, головне, що при однакових умовах їх в одному обсязі їх міститься рівну кількість по числу молекул. Існує розрахована величина, що має назву за прізвищем ученого. Вона дорівнює 6,03 * 10²³ молекул для 1 моль будь-якого газу.
2. Фермі - створив вчення про ідеальний квантовому газі.
3. Гей-Люссак, Бойль-Маріотт - прізвища вчених, що створили основні кінетичні рівняння для розрахунків.
4. Роберт Бойль.
5. Джон Дальтон.
6. Жак Шарль і багато інших вчених.

Будова газоподібних речовин

Найголовніша особливість у побудові кристалічної решітки розглянутих речовин, це те, що у вузлах її або атоми, або молекули, які з`єднуються один з одним слабкими ковалентними зв`язками. Також присутні сили ван дер Ваальсових взаємодії, коли йдеться про іонах, електронах і інших квантових системах.

Тому основні типи будови решіток для газів, це:

• атомна;
• молекулярна.

Зв`язки всередині легко рвуться, тому ці сполуки не мають постійної форми, а заповнюють весь просторовий об`єм. Це ж пояснює відсутність електропровідності і погану теплопровідність. А ось теплоізоляція в газів хороша, адже, завдяки дифузії, вони здатні проникати в тверді тіла і займати вільні кластерні простору всередині них. Повітря при цьому не пропускається, тепло утримується. На цьому засновано застосування газів і твердих тіл в сукупності в будівельних цілях.

Прості речовини серед газів

Які за будовою і структурі гази відносяться до даної категорії, ми вже обмовляли вище. Це ті, що складаються з однакових атомів. Прикладів можна навести багато, адже значна частина неметалів з усієї періодичної системи при звичайних умовах існує саме в такому агрегатному стані. Наприклад:

• фосфор білий - одна з аллотропних модифікацій даного елемента;
• азот;
• кисень;
• фтор;
• хлор;
• гелій;
• неон;
• аргон;
• криптон;
• ксенон.

Молекули цих газів можуть бути як одноатомними (благородні гази), так і багатоатомними (озон - О₃). Тип зв`язку - ковалентний неполярний, в більшості випадків достатньо слабка, але не у всіх. Кристалічна решітка молекулярного типу, що дозволяє цим речовинам легко переходити з одного агрегатного стану в інший. Так, наприклад, йод при звичайних умовах - темно-фіолетові кристали з металевим блиском. Однак при нагріванні сублимируются в клуби яскраво-фіолетового газу - I₂.

До слова сказати, будь-яка речовина, у тому числі метали, за певних умов можуть існувати в газоподібному стані.

Складні сполуки газоподібної природи

Таких газів, звичайно, більшість. Різні поєднання атомів в молекулах, об`єднані ковалентними зв`язками і ван-дер-ваальсовими взаємодіями, дозволяють сформуватися сотням різних представників розглянутого агрегатного стану.

Прикладами саме складних речовин серед газів можуть бути всі сполуки, що складаються з двох і більше різних елементів. Сюди можна віднести:

• пропан;
• бутан;
• ацетилен;
• аміак;
• силан;
• фосфін;
• метан;
• сірковуглець;
• сірчистий газ;
• бурий газ;
• фреон;
• етилен та інші.

Кристалічна решітка молекулярного типу. Багато хто з представників легко розчиняються у воді, утворюючи відповідні кислоти. Велика частина подібних сполук - важлива частина хімічних синтезів, здійснюваних в промисловості.

Метан та її гомологи

Іноді загальним поняттям "газ" позначають природне корисна копалина, яке являє собою цілу суміш газоподібних продуктів переважно органічної природи. Саме він містить такі речовини, як:

• метан;
• етан;
• пропан;
• бутан;
• етилен;
• ацетилен;
• пентан і деякі інші.

У промисловості вони є дуже важливими, адже саме пропан-бутанова суміш - це побутовий газ, на якому люди готують їжу, який використовується в якості джерела енергії і тепла.

Багато хто з них використовуються для синтезу спиртів, альдегідів, кислот та інших органічних речовин. Щорічне споживання природного газу обчислюється трильйонами кубометрів, і це цілком виправдано.

Кисень і вуглекислий газ

Які речовини газоподібні можна назвати самими широко поширеними і відомими навіть першокласникам? Відповідь очевидна - кисень і вуглекислий газ. Адже це вони є безпосередніми учасниками газообміну, що відбувається у всіх живих істот на планеті.

Відомо, що саме завдяки кисню можливе життя, так як без нього здатні існувати тільки деякі види анаеробних бактерій. А вуглекислий газ - необхідний продукт "харчування" для всіх рослин, які поглинають його з метою здійснення процесу фотосинтезу.

З хімічної точки зору і кисень, і вуглекислий газ - важливі речовини для проведення синтезів сполук. Перший є сильним окислювачем, другий частіше відновник.

Галогени

Це така група сполук, в яких атоми - це частинки газоподібної речовини, з`єднані попарно між собою за рахунок ковалентного неполярной зв`язку. Однак не всі галогени - гази. Бром - це рідина при звичайних умовах, а йод - легко переганяється тверда речовина. Фтор і хлор - отруйні небезпечні для здоров`я живих істот речовини, які є найсильнішими окислювачами і використовуються в синтезах дуже широко.