Урок 10 Получить доступ за 75 баллов Понятие о газах

Газообразная воздушная среда – непременное условие жизни человека, незаметное в повседневной жизни.

Именно поэтому к изучению газов наука обратилась совсем недавно.

Термин «газ» происходит от греческого слова «хаос» и отражает научное представление о структуре газа.

Первые газовые законы были открыты в начале XIX в.

В начале XIX в. французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак исследовал физико-химические свойства.

В результате он сформулировал закон кратных отношений: «при постоянной температуре и постоянном давлении объемы газов, вступающих в реакцию, относятся друг к другу и к объемам газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа».

Поясню это на простых примерах.

В наше время это кажется очевидным, однако во времена Гей-Люссака простые вещества считались состоящими из единичных атомов, и, следовательно, по представлениям тех времён, после соединения водорода и хлора объем смеси должен был уменьшиться в два раза, хотя на деле он не изменяется.

Проблему решил итальянский химик Амедео Авогадро (1776-1856). На основании того, что молекулы газа находятся на далеком расстоянии друг от друга, он сделал вывод, что размер и сложность молекул газа не сказывается на занимаемом объеме.

Таким образом, в равных объемах разных газов содержится равное число молекул. Это было многократно подтверждено экспериментально и сейчас называется законом Авогадро.

Закон Авогадро

1.    один моль любого газа при равных условиях (температура и давление) занимает один и тот же объем.

2.    один моль любого газа при нормальных условиях (t=0°С и давлении 10⁵ Па = 100 кПа= 1 бар) занимает один и тот же объем, равный 22,41 литрам.

Величина 22,41 л/моль (22,41 м³/моль) называется моляным объемом газа и обозначается V_m

При нормальных условиях (температура 0 °С и давление 1 атмосфера) 1 моль абсолютно любого газа занимает объем 22,41 л, неважно водород это с молярной массой 1 г/моль или элегаз с молярной массой 146 г/моль.

На основании этого закона становится ясно: в химической реакции, в которой участвуют газообразные вещества, коэффициенты перед веществами можно читать не только как моли, но и как их объёмы.

С именем Амедео Авогадро так же связана постоянная Авогадро, которая в определенной степени перекликается с Законом Авогадро, но говорит о числе частиц в одном моле вещества. Об этом более подробно можно почитать на нашем уроке по химии "Валентность. Степень окисления. Количество вещества".

Человечество живет на дне воздушного океана, масса которого составляет приблизительно 5,15 х 10¹⁵ тонн.

Работы по изучению свойств воздуха начались в XVII веке. В древности воздух считали простым веществом.

Впервые доказал, что воздух – смесь газов, шотландский химик Джозеф Блэк.

Изучением воздуха занимались многие учёные в разное время.

Вклад учёных в изучение воздуха

В настоящее время химический состав воздуха подробно изучен.

Содержание в воздухе азота, кислорода, инертных газов практически постоянно.

Содержание паров воды и углекислого газа может колебаться.

Если присмотреться внимательнее, то может показаться странным, что по отношению ко всем инертным газам (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон) в воздухе аномально много аргона.

Так же, если посмотреть на ячейку аргона в периодической таблице Менделеева, можно заметить, что молярная масса аргона больше, чем следующего за ним калия.

Эти два факта связаны между собой. Дело в том, что из всего содержащегося в природе калия 0,0117  % имеет атомную массу 40.

Этот изотоп калия является радиоактивным. В результате радиоактивного распада образуется аргон с той же атомной массой – 40.

Переменным компонентом является наличие и количество пылевых частиц.

В 1 мл комнатного воздуха содержится до 300 миллионов пылинок.

Из природных факторов увеличению числа пыли способствуют извержения вулканов.

Однако это не сравнится с загрязнением воздуха в результате деятельности человека – выбросов промышленных предприятий, сжигания твердого топлива, взрывов при строительных работах, открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Для сравнения различных газов с воздухом по массе рассчитали его среднюю молярную массу.

Для такого расчёта нужно взять молярные массы каждого входящего в состав воздуха газа и умножить их на содержание этого газа в воздухе. Молярная масса воздуха приблизительно равна 29 г/моль.

С газообразными веществами мы сталкиваемся постоянно: они очень широко применяются в технике и в быту.

В основе применения газов лежат их свойства: как общие (способность изменять форму и объём), так и специфические конкретных веществ (горючесть или инертность, легкость, действие на организм человека).

Например, в качестве рабочего тела в двигателях используют только газообразные вещества именно из-за их способности изменять форму и объём.

Газ в рабочем объеме двигателя сжимают, после чего он стремится увеличить объем до первоначального состояния, совершая при этом работу. Использование жидкости в подобных условиях вызовет лишь незначительное изменение объема.

В качестве топлива для двигателей используют в основном пропан.

Отдельно стоит указать инертные газы – простые вещества VIII группы периодической системы химических элементов Менделеева: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Области их применения связаны с их инертностью – неспособностью вступать в химические реакции.

Эти газы применяют в основном в газоразрядных трубках из-за их способности светиться при приложении к ним электрического напряжения.

Таким образом, аргон широко используют при сварке металлов.

Каждый газ при этом светится своим цветом.

Гелий (He) как самый легкий инертный газ обладает уникальными свойствами:

• предельно низкая температура кипения
• очень низкая вязкость

Эти свойства послужили причиной для очень обширного применения гелия в технике.