ガス：プロパティ、動作、形状、例 - 化学 - 2024

ガスは、全ての物質又はその集合状態弱く散乱される化合物であり、それらの上支配する温度および圧力条件に大きく依存しています。それらはおそらく、プラズマに次いで、宇宙全体で2番目に豊富な物質です。

地球では、ガスは外気圏から対流圏、そして私たちが呼吸する空気まで、大気の層を構成しています。ガスは、空などの広い空間を通って拡散すると見えなくなりますが、雲の動き、ミルのブレードの回転、または寒い気候で口から吐き出される蒸気によって検出されます。

ガスは、産業用または家庭用の煙突だけでなく、火山から発する煙の塔でも観測できます。出典：Pxhere。

また、環境への悪影響として、車両の排気管からの黒煙、工場内にある塔の煙柱、森林が燃えたときに発生する煙などが見られます。

また、下水道から出る蒸気、沼地や墓地の小枝、水槽内の泡、空に放出されるヘリウム風船、光合成の結果として、さらにげっぷや鼓腸でさえも植物によって放出される酸素。

ガスが観測される場所はどこでも、化学反応があったことを意味します。それらが空気から直接固定または同化されない限り、惑星上の主なガス源（表面上）です。温度が上昇すると、すべての物質（化学元素）は、鉄、金、銀などの金属を含むガスに変わります。

ガスの化学的性質に関係なく、それらはすべて、それらの粒子（原子、分子、イオンなど）を分離する大きな距離を共有します。それらは、所定の体積または空間を無秩序にかつ任意に移動します。

ガスの性質

固体、液体、気体分子の違い

物理的

ガスの物理的特性は、含まれる物質または化合物によって異なります。ガスは、硫黄分または揮発性アミンの存在が原因で、悪臭や腐敗とよく関連しています。同様に、それらは緑がかった、茶色または黄色がかった色で視覚化され、それは威嚇して悪い予兆を与えます。

しかし、ほとんどのガス、または少なくとも最も豊富なガスは、実際には無色無臭です。それらはとらえどころのないものですが、皮膚上に感じられ、動きに抵抗することができ、（飛行機のように）通過するボディに粘性の層を作成します。

すべてのガスは、圧力または温度の変化を経験する可能性があり、最終的にそれらをそれぞれの液体に変えます。つまり、それらは結露（冷却されている場合）または液化（「押されている場合」）を受けます。

結露; 気体状態から液体状態へ

一方、気体は、液体や一部の多孔性固体（活性炭など）に溶解できます。気泡は、媒体にまだ溶解しておらず、液体の表面に逃げるガスの蓄積の結果です。

電気および熱伝導率

通常の状態（粒子のイオン化なし）では、ガスは熱と電気の伝導体としては不十分です。ただし、嵐中の稲妻に見られるように、多くの電子でストレスがかかると、電流が流れるようになります。

一方、低圧で電場に曝されると、一部のガス、特に高貴なガスや完璧なガスが点灯し、ライトが広告や夜のポスター（ネオンライト）のデザインや有名な街灯の放電ランプ。

熱伝導率に関しては、多くのガスは断熱材として機能するため、繊維、布地、ガラスパネルの充填材に組み込むことで、熱がガスを通過するのを防ぎ、温度を一定に保ちます。

ただし、熱の伝導が良いガスがあり、液体や固体によるものよりもひどい火傷を引き起こす可能性があります。たとえば、焼きたてのカップケーキ（またはエンパナーダ）の高温蒸気、またはボイラーから漏れる蒸気ジェットで発生します。

反応性

一般に、ガスを含む反応、またはガスが発生する場所は、危険で扱いにくいものとして分類されます。

それらの反応性は、再び、それらの化学的性質に依存します。ただし、拡張や移動が非常に簡単な場合は、原子炉の構造を危険にさらす圧力の急激な上昇を引き起こす可能性があるため、細心の注意と制御を行う必要があります。これは、引火性ガスまたは不燃性ガスがいかにあるかは言うまでもありません。

ガスの挙動

巨視的には、煙、リング、またはタバコの文学的な「舌」が空気中でどのように進化するかを観察することで、ガスの挙動のアイデアを得ることができます。同様に、煙の手榴弾が爆発するとき、これらの異なる色の雲の動きを詳しく説明するのは興味深いです。

しかしながら、そのような観察は空気の作用の影響を受けやすく、煙の中に非常に細かい固体粒子が浮遊しているという事実もあります。したがって、これらの例は、ガスの実際の動作に関する結論に到達するには不十分です。代わりに、実験が行われ、気体の運動論が発展した。

分子的および理想的には、気体の粒子は互いに弾性的に衝突し、線形、回転、および振動変位をします。それらには関連する平均エネルギーがあり、周囲のボリュームが増加しても、他の粒子とほとんど相互作用したり衝突したりすることなく、あらゆる空間を自由に移動できます。

その振る舞いは、不安定なブラウン運動と、お互いとテーブルの壁の間で絶え間なく跳ね返るいくつかのビリヤードボールのいくつかの衝突の混合となるでしょう。壁がない場合は、力、つまり重力に拘束されない限り、無限に拡散します。

ガスの形態

気体は、液体や固体とは異なり、凝縮タイプの問題ではありません。つまり、その粒子の凝集または凝集が形状を定義することはできません。それらは、液体を含む容器の体積を完全に占めるという事実を液体と共有します。ただし、それらには表面張力と表面張力がありません。

ガス濃度が高い場合、その「舌」またはすでに説明されている巨視的な形は肉眼で見ることができます。これらは、遅かれ早かれ、風の作用やガスの単なる膨張のために消えてしまいます。したがって、ガスは限られたスペースの隅々までカバーし、非常に均一なシステムを生み出します。

さて、理論は都合よくガスをそれ自体とほとんど衝突しない球体と見なします。しかし、そうすると弾性的に跳ね返ります。

これらの球体は互いに大きく分離されているため、ガスは実質的に真空で満たされています。したがって、わずかなスリットや亀裂を通過するその多様性、およびそれらを大幅に圧縮できることの容易さ。

そのため、ベーカリー施設がどんなに閉じていても、隣を歩くと焼きたてのパンの香りが確実に楽しめます。

ガスの圧力

ガスの球または粒子が非常に分散して分離されているため、物体または物体に圧力を発生させることができないと考えられます。しかし、大気はそのような信念が誤っていることを証明します。それは質量、重量を持ち、液体がどこからでも蒸発または沸騰するのを防ぎます。沸点は大気圧で測定されます。

圧力計が利用可能である場合、またはそれらが変形できない壁を備えた容器に封入されている場合、ガス圧力はより定量化可能になります。したがって、コンテナ内のガス粒子の数が多いほど、ガス粒子とその壁との衝突回数が多くなります。

これらの粒子は、壁に衝突すると、表面に運動エネルギーに比例した力を及ぼすため、壁に押し付けられます。まるで壁に理想的なビリヤードボールが投げられたかのようです。高速でヒットするものが多ければ壊れる可能性もあります。

単位

ガスの圧力の測定を伴う多くのユニットがあります。最もよく知られているのは、トルのような水銀のミリメートル（mmHg）です。パスカル（Pa）をN / m ²で定義する国際単位系（SI）のシステムがあります。そして彼からは、キロ（kPa）、メガ（MPa）、ギガ（GPa）パスカル。

ガスの体積

ガスが容器の容積全体を占め、膨張します。コンテナが大きくなると、ガスの体積も大きくなります。しかし、その圧力と密度の両方が同じ量の粒子で減少します。

一方、ガス自体には、その性質や分子構造に（理想的には）それほど依存しないが、それを支配する圧力と温度の条件に依存する関連体積があります。これは、そのモル体積です。

実際には、モル体積はガスごとに異なりますが、大きくて不均一な分子でなければ、変化はわずかです。例えば、モルアンモニアの体積（NH ₃ 0で、22.079 L /モル）℃、1気圧、ヘリウム（He、22.435 L /モル）とは異なります。

すべてのガスは、PとTの関数として変化するモル体積を持ち、それらの粒子の大きさに関係なく、それらの数は常に同じです。したがって実際にはアボガドロ数（N知られているものによって得_A）。

主なガス法

ガスの挙動は、実験、詳細な観察、結果の解釈を通じて何世紀にもわたって研究されてきました。

このような実験により、一連の法則を確立し、同じ方程式（理想的なガスの方程式）にまとめることで、圧力と温度のさまざまな条件に対するガスの応答を予測できます。このようにして、その体積、温度、圧力、および特定のシステムでのモル数には関係があります。

これらの法律には、ボイル、チャールズ、ゲイルサック、アボガドロの4つがあります。

ボイルの法則

容器の容積を減らすことによる圧力の増加。出典：GabrielBolívar

ボイルの法則によれば、一定の温度では、理想気体の体積はその圧力に反比例します。つまり、コンテナーが大きいほど、同じ量のガスから壁にかかる圧力が低くなります。

チャールズ・ロウ

中国のランタンまたは風船を願っています。出典：Pxhere。

チャールズの法則は、一定の圧力では、理想的なガスの体積はその温度に正比例すると述べています。バルーンはチャールズの法則を示しています。加熱されると少し膨らみ、液体窒素に浸されると内部のガスの体積が収縮するため収縮します。

ゲイ・ルサック法

ゲイ-ルサックの法則は、一定の体積では、理想気体の圧力はその温度に正比例することを述べています。密閉式の大釜では、ガスが徐々に加熱されると、大釜の壁が変形したり膨張したりしないため、ガスの内部の圧力が大きくなります。つまり、その体積は変化せず、一定です。

アボガドロの法則

最後に、アボガドロの法則は、理想的なガスが占める体積はその粒子の数に正比例することを述べています。したがって、1モルの粒子（6.02・10 ²³）がある場合、ガスのモル体積になります。

ガスの種類

可燃性ガス

これらは、熱エネルギーの生産に使用されるため、燃料として機能するガスです。それらのいくつかは、天然ガス、液化石油ガス、および水素です。

産業ガス

それらは、とりわけ健康、食品、環境保護、冶金学、化学工業、セキュリティ部門などのさまざまな用途や用途のために公衆に販売されるそれらの製造ガスです。これらのガスの中には、酸素、窒素、ヘリウム、塩素、水素、一酸化炭素、プロパン、メタン、亜酸化窒素などがあります。

不活性ガス

それらは、特定の温度および圧力条件下で化学反応を起こさないか、非常に低いガスです。それらはネオン、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノンです。非反応性元素が必要な化学プロセスで使用されます。

ガス状元素と化合物の例

地球条件下での周期表の気体要素は何ですか？

まず、水素（H）があり、H ₂分子を形成します。最も軽い希ガスであるヘリウム（He）が続きます。次に、窒素（N）、酸素（O）、およびフッ素（F）。これら最後の3つは、N ₂、O _2、およびF _2の2原子分子も形成します。

フッ素がネオン（Ne）になった後、ヘリウムに続く希ガス。フッ素の下には、Cl ₂分子の形の塩素（Cl）があります。

次に、残りの希ガス：アルゴン（Ar）、クリプトン（Kr）、キセノン（Xe）、ラドン（Rn）、およびオガネソン（Og）があります。

したがって、それらは合計12のガス状要素です。高度に放射性で不安定なオガネソンを除外すると11。

ガス状化合物

ガス状元素に加えて、いくつかの一般的なガス状化合物がリストされます：

-H ₂ S、硫化水素、腐った卵のにおいの原因

-NH ₃、アンモニア、使用済み石鹸で知覚される刺激的な香り

-CO ₂、二酸化炭素、温室効果ガス

-NO ₂、二酸化窒素

-NO、一酸化窒素、非常に有毒であると考えられているが循環系で重要な役割を果たすガス

-SO ₃、三酸化硫黄

-C ₄ H ₁₀、ブタン

-HCl、塩化水素

-O ₃、オゾン

-SF ₆、六フッ化硫黄

参考文献

1. ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。（2008）。化学 （第8版）。CENGAGEラーニング。
2. ガスの特性。回収元​​：chemed.chem.purdue.edu
3. ウィキペディア。（2019）。ガス。から回復：en.wikipedia.org
4. ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2018年12月5日）。ガス-ガスの一般的な特性。から回復：thoughtco.com
5. ハーバードメンズヘルスウォッチ。（2019）。ガスの状態。回復：health.harvard.edu
6. エレクトロニクス冷却エディター。（1998年9月1日）。ガスの熱伝導率。回収元​​：electronics-cooling.com