Gáz

A részecskék véletlenszerű hőmozgása, vagyis diffúziója. A mozgás teljesen rendezetlen, vagyis nincs benne semmi rendszer vagy periodicitás.

A gázrészecskék elektromos mező hiányában szabadon mozognak

Agázforma az anyag egyikhalmazállapota.Ha a hőmérséklet magasabb a kritikus hőmérsékletnél, gázról beszélünk; különbengőzről.Ha a halmaz részecskéi egymástól távol vannak, ideális esetben a köztük lévő kölcsönhatások – vagyis a vonzó és taszító erők – teljes mértékben elhanyagolhatók (ezek az ún.ideális gázok,azonban ez nagyon ritka). Mint afolyadékok,a gázok isfluidumok:képesek áramlani és nem állnak ellent a deformációnak, habár vanviszkozitásuk.A folyadékokkal ellentétben a gázok nem öltik fel az őket tartalmazó test formáját, hanem igyekeznek a rendelkezésükre álló teret teljesen kitölteni. A gázokban meglévőmozgási energiaa gázrészecskék – melyek lehetnek atomok (általában nemesgázok, mint a hélium, neon stb.), elemmolekulák (pl. kétatomos oxigén, nitrogén, bróm) vagy vegyületmolekulák (pl. szén-dioxid, nitrogén-oxidok) – nagy sebessége és állandó, véletlenszerű mozgása (diffúzió) miatt a második legnagyobb a halmazállapotok között (aplazmaután). Ezen magasabb kinetikus energiaszint miatt a gázok atomjai/molekuláiszinte teljesen rugalmasan visszapattannak az őket tároló anyag felületéről és egymásról is. Ez a folyamat a kinetikus energia növelésével erősödik. A gázok állapotát alapvetően a négy fő állapotjelzővel tudjuk meghatározni: anyomás,atérfogat,ahőmérsékletés azanyagmennyiségsegítségével.

Elterjedt tévhit, hogy a gázoknyomásáta gázmolekulák egymásnak ütközésével magyarázzák, de valójában véletlenszerű sebességük elegendő a nyomás értékének meghatározásához. A kölcsönös ütközések csupán aMaxwell–Boltzmann-eloszlásmegalapozásához voltak fontosak.

Szóhasználat

Tetszőleges anyag általánosított fázisdiagramja. Kék vonal: szilárd–légnemű fázishatár. Piros vonal: folyadék–légnemű fázishatár (telített gőz). Zöld vonal: szilárd–folyadék fázishatár.

A „gáz” szó valószínűlegJan Baptist van Helmontflamandkémikustól ered, aki a 17. század eleji nyelvújításkor használta először. A „gáz” a görög χάος (káosz,utalva a káoszelméletre) szó flamand kiejtése, vagyis pusztán az akkorialkímiaiszokásoknak megfelelő átirata.A szó ilyen formájú megalkotásban valószínűleg befolyásoltaParacelsusmunkássága.

Egy másik, alternatív történet szerint van Helmont agahstvagygeist(jelentésük szellem vagy lélek) szavak eltorzított formájaként vezette be. Ez jól tükrözné a kor azon felfogását, mely szerint a gázok természetfeletti "képességekkel" bírnak, mint például a lángok kioltása és halál okozása, és melyek főként a "bányákban, kutak mélyén, temetőkben és magányos helyeken lakoznak."

Az angol nyelvű irodalomban agasszótlégnemű halmazállapotértelmében sokszor (gyűjtőfogalomként) használják. További félreértések alapja lehet, hogy az amerikai angolban a köznapi beszédben agasa folyékony halmazállapotú, autó-üzemanyagként szolgálóbenzintis jelenti. A szakmai szóhasználat ennél pontosabb:

angol	magyar
gas	gáz
vapor	gőz
steam	vízgőz

Elemi gázok

A normálállapotban (0 °C=273,15 K normál hőmérsékleten és 1 atm=101,325 kPa légköri nyomáson) stabilis gáz halmazállapotú kémiai anyagok közül egyetlen elemből épülnek fel a következők:

• a kétatomos molekulákból ahidrogén(H₂), anitrogén(N₂), azoxigén(O₂), illetve ahalogénekközül afluor(F₂) és aklór(Cl₂);
• anemesgázok(„egyatomos molekulák” ), vagyis ahélium(He), aneon(Ne), azargon(Ar), akripton(Kr), axenon(Xe) és aradon(Rn).

Ezek együtt alkotják az „elemi gázok” csoportját. Az alkotó kémiai elemektől való megkülönböztetés érdekében (főként angol nyelvterületen) használják még a „molekuláris gázok” elnevezést is.

Fizikai tulajdonságok

Állapotjelzők, állapotegyenletek

A gázok legfontosabb tulajdonságait, azállapotukatalapvetően a négy legfontosabb rájuk jellemző adattal, négyállapotjelzőveltudjuk leírni:nyomás,térfogat,hőmérséklet,anyagmennyiség.A köztük (bizonyos körülmények között) fennálló matematikai kapcsolatokat próbálják meg leírni a különbözőállapotegyenletek,a kezdetlegesebbek és az általánosabbak is. Ezen egyenletek megfelelő állapotok esetén elég pontosan működnek, azonban teljesen általános, minden körülmény esetén tökéletesen működő állapotegyenletet nem ismerünk.

A nyomás azt mutatja meg, hogy adott felületre mekkoraerővelhat (mekkora nyomást gyakorol rá) az adott gáz. A nyomás a gázrészecskék diffúziójának következménye, melynek során folyamatosan rugalmasan ütköznek a felülettel. A térfogat – mintextenzív mennyiség– a gáz térbeli kiterjedését mutatja meg; a hőmérséklet pedig az anyag belső energiáját. Az anyagmennyiség a jelen levő részecskék mennyiségét állapítja meg,mólokbankifejezve (1 mól kb. 6,022045·10²³részecskének felel meg).

A következőkben jelölje a nyomás Pa-ban (pascal) kifejezett értékét$p$,a térfogat m³-ben (köbméter) kifejezett értékét$V$,az abszolút (kelvinben mért) hőmérsékletet$T$,a hőmérséklet °C-ban kifejezett értékét$t$,a mólszámmal kifejezett anyagmennyiséget pedig$n$.

Állapotegyenletek fejlődése

Az első gázegyenletetRobert Boyleangol tudós 1662-ben megfigyelések útján rögzítette. Az egyenlet kimondja, hogy állandó anyagmennyiség és hőmérséklet mellett a gáz nyomása fordítottan arányos a térfogatával (vagyis a gázt összenyomva, nagyobb lesz a nyomás; kitágítva pedig kisebb), ami úgy is megfogalmazható, hogy a nyomás és a térfogat szorzata állandó. Ugyanerre az eredményre jutott 1679-benEdme Mariottefrancia tudós is. Ezért magyar nyelvterületenBoyle–Mariotte-törvénynek hívjáka fenti állítást leíró$p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$egyenletet.

1787-benJacques Charlesfrancia természettudós kísérleti úton megállapította, hogy állandó nyomáson adott mennyiségű ideális gáz esetén a térfogat egyenesen arányos a hőmérséklettel$\left(V\sim T\right)$,vagyis${\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}$– ez aCharles-törvény.1802-ben a franciaJoseph Louis Gay-Lussachasonló eredményt publikált, több kísérleti bizonyítékot mutatva be, majd 1809-ben felállította saját összefüggését: állandó térfogatú, adott mennyiségű ideális gáz esetén a nyomás egyenesen arányos a hőmérséklettel$\left(p\sim T\right)$,vagyis${\frac {p_{1}}{T_{1}}}={\frac {p_{2}}{T_{2}}}$– ez aGay-Lussac-törvény.

1811-benAmedeo Avogadroolasz fizikus felállította a ma nevét viselőAvogadro-törvényt: ideális gáz térfogata egyenesen arányos az anyagmennyiségével$\left(T\sim n\right)$,vagyis${\frac {V_{1}}{n_{1}}}={\frac {V_{2}}{n_{2}}}$.

Az úgynevezettegyesített gáztörvénya Boyle–Mariotte-törvény és a Gay-Lussac-törvény együtteséből áll elő:${\frac {p_{1}V_{1}}{T_{1}}}={\frac {p_{2}V_{2}}{T_{2}}}$.Ezzel együtt az Avogadro-törvény megadja azáltalános gáztörvényt: ideális gázokra fennáll a$pV=nRT$összefüggés, ahol R=8,314 J/mol·K azegyetemes gázállandó.

A későbbiekben a nem ideális gázokra számos összetettebb egyenletet felállítottak, ezek közül a legfontosabbak:Van der Waals-egyenlet, Redlich–Kwong egyenlet, Berthelot-egyenletek, Dieterici-egyenlet, Clausius-egyenlet, Virial-egyenlet, Peng–Robinson-egyenlet, Wohl-egyenlet, Beattie–Bridgeman-egyenlet, Benedict–Webb–Rubin-egyenlet.Jellemzőjük, hogy mindegyikben szerepelnek kísérletileg meghatározott, különböző paraméterek/konstansok.

Hivatkozások

Források

• ↑ Georgia State University:Georgia State University:Hyper Physics.(Hozzáférés: 2014. március 25.)
• ↑ Gray:Gray, Theodore.Kémia elemek - Kalandozás a Világegyetem atomjai között.Budapest: Officina '96 Kiadó (2011).ISBN 978-615-5065-06-4
• ↑ Lewis:Gaseuos State.Lewis, Antony. (Hozzáférés: 2014. március 25.)
• ↑ NASA:Animated Gas Lab.National Aeronautics and Space Administration (NASA). [2010. november 22-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2014. március 25.)
• ↑ Northwestern Michigan College:The Gaseous State.Northwestern Michigan College. [2008. december 17-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2014. március 25.)
• ↑ Veszprémi:Veszprémi, Tamás.Általános kémia.Budapest: Akadémiai Kiadó (2011)
• ↑ Villányi:Villányi, Attila.Kémia 9., Általános kémia.Budapest: Műszaki Könyvkiadó (2013)

További források

• Anderson, John D.:Modern Compressible Flow: Third Edition; New York, McGraw-Hill (2004); ISBN=0-07-124136-1
• Anderson, John D.:Fundamentals of Aerodynamics: Fourth Edition; New York, McGraw-Hill (2007); ISBN=0-07-295046-3
• Hill, Philip; Peterson, Carl:Mechanics and Thermodynamics of Propulsion: Second Edition;Addison-Wesley (1992); ISBN=0-201-14659-2
• Laurendeau, Normand M.:Statistical Thermodynamics: Fundamentals and Applications; Cambridge University Press (2006)

Kapcsolódó szócikkek

AWikimédia CommonstartalmazGáztémájú médiaállományokat.