Газообразные вещества
Соединение, находящееся в одном из основных агрегатных состояний, при котором составляющие частицы слабо связаны между собой, называется газом или газообразным веществом. Частицы газа движутся хаотично и в некоторых случаях могут переходить в жидкое и твердое состояния.
Содержание
Получение
Есть вещества, которые в нормальных условиях остаются в газообразном агрегатном состоянии. Их можно разделить на две группы:
- простые – азот, кислород, хлор;
- сложные — аммиак, метан, углекислый газ.
Газы выделяют из атмосферы или природного газа путем окисления и адсорбции примесей.
Формированию газообразного состояния веществ способствует изменение нормальных условий. Жидкие или твердые вещества нагреваются, что приводит к разрыву химических связей и высвобождению отдельных молекул в воздух. Например, жидкая вода при нагревании легко превращается в водяной пар, а твердый йод выделяет фиолетовые пары.
Рис. 1. Пурпурные пары йода.
В лабораториях газ получают разложением (сгоранием) сложных веществ или реакцией жидких и твердых соединений. Способы получения некоторых газов:
- водород: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑;
- кислород: 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑;
- углекислый газ: CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑;
- аммиак: NH4Cl + NaOH = NaCl + H2O + NH3↑.
Рис. 2. Получение кислорода.
Образовавшийся газ обнаруживают различными способами. Например, пропускают через жидкость и наблюдают изменение цвета, прозрачность (известковое молоко мутнеет в присутствии углекислого газа). Некоторые газы способствуют горению или, наоборот, гасят факел, горящий без пламени.
Физические свойства
Молекулы газообразного вещества постоянно движутся и расстояние между ними много больше их диаметра. Благодаря такому расположению частиц газы бесформенны, легко перемешиваются и сжимаются.
Газообразные соединения принимают форму сосуда, в котором они находятся. Ударяясь о стенки емкости с определенной скоростью, газы создают давление. Чем интенсивнее действуют молекулы на сосуд, тем больше давление.
Различные газообразные соединения смешиваются друг с другом в любой пропорции. Природный газ представляет собой смесь метана, водорода, сероводорода, двуокиси углерода, азота и гелия. Атмосфера состоит из смесей простых и сложных газообразных веществ: азота, кислорода, водорода, углекислого газа, паров воды.
Рис. 3. Доля газов в атмосфере.
При сжатии объем газов становится намного меньше. Например, объем кислорода уменьшается в 200 раз.
Описание некоторых газообразных веществ представлено в таблице.
|
Газ |
Формула |
Физические свойства |
Быть на природе |
|
Водород |
Н2 |
Самый легкий газ, в 14,5 раз легче воздуха. Не имеет вкуса, запаха, цвета. Мало растворим в воде (18,8 мл/100 г), но хорошо растворим в металлах, особенно в палладии. Сжижается при -252,76 ° C |
В земной коре: 1%, в атмосфере небольшое количество. Большая часть водорода находится в виде соединений |
|
Кислород |
О2 |
Не имеет вкуса, цвета, запаха. Чуть тяжелее воздуха. Мало растворим в воде (4,9 мл/100 г) и спирте (2,78 мл/100 г), но хорошо растворим в жидком серебре. Сжижается при -182,98 °C |
47% земной коры составляет кислород. Моря и пресная вода содержат 85% кислорода. В атмосфере — 20 % |
|
Азот |
N2 |
Бесцветный газ без запаха. Мало растворим в воде (2,3 мл/100 г). Атомы азота связаны тройной связью, которую трудно разорвать. Сжижается при -195,8 °C |
В атмосфере — 78%. Один из самых распространенных элементов, встречающихся за пределами Земли входит в состав белка |
|
Хлор |
Cl2 |
Зеленовато-желтый газ с запахом. Он легко разжижается даже при -34°C. При давлении 0,8 МПа и комнатной температуре становится жидким. Мало растворим в воде (1,48 мл/100 г), растворим в бензоле и хлороформе |
Самый распространенный галоген. В природе встречается только в минералах |
|
Углекислый газ |
СО2 |
Бесцветный газ без запаха при низких концентрациях. В больших количествах имеет кисловатый запах в 1,5 раза тяжелее воздуха. Кристаллизуется при -78,3°С. Жидкое состояние получается при комнатной температуре и давлении 6 МПа |
В атмосфере содержится менее 1 % |
|
Аммиак |
NH3 |
Бесцветный газ с резким запахом. В два раза тяжелее воздуха хорошо растворим в воде |
Образуется при разложении азотсодержащих веществ |
Благодаря свободному движению молекул газ равномерно распределяется в ограниченном пространстве. Это явление называется диффузией. Ярким примером диффузии является распространение запахов. При приготовлении пищи на кухне запах постепенно распространяется по всей квартире.