Gáz

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
A részecskék véletlenszerű hőmozgása, vagyis diffúziója. A mozgás teljesen rendezetlen, vagyis nincs benne semmi rendszer vagy periodicitás.
A gázrészecskék elektromos mező hiányában szabadon mozognak

A gáz forma az anyag egy halmazállapota. Ha a hőmérséklet magasabb a kritikus hőmérsékletnél, gázról beszélünk; ha alacsonyabb, akkor pedig gőzről.[* 1][* 2] 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 a folyadékok, a gázok is fluidumok: képesek áramlani és nem állnak ellent a deformációnak, habár van viszkozitásuk. A folyadékokkal ellentétben a gázok nem öltik fel az őket tartalmazó test formáját, hanem igyekszenek az általuk elfoglalt teret teljesen kitölteni. A gázokban meglévő mozgási energia a gázrészecskék -melyek lehetnek atomok (például a nemesgázokban, mint a hélium), elemmolekulák (például a kétatomos oxigén) vagy vegyületmolekulák (pl. szén-dioxid) nagy sebessége és állandó, véletlenszerű mozgása (diffúzió) miatt a második legnagyobb a halmazállapotok között (a plazma után). Ezen magasabb kinetikus energiaszint miatt a gázok atomjai és molekulái szinte teljesen rugalmasan visszapattannak az őket tároló anyag felületéről, és egymásról. Ez a folyamat a kinetikus energia növelésével erősödik. A gázok állapotát alapvetően a négy fő állapotjelzővel tudjuk meghatározni; ezek a nyomás, a térfogat, a hőmérséklet és az anyagmennyiség.[1][2]

Elterjedt tévhit, hogy a gázok nyomását a gázmolekulák egymásnak ütközésével magyarázzák, de valójában csupán véletlenszerű sebességük elegendő a nyomás értékének meghatározásához. A kölcsönös ütközések csupán a Maxwell–Boltzmann-eloszlás megalapozásához voltak fontosak.

Szóhasználat[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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

A „gáz” szó valószínűleg Jan Baptist van Helmont flamand kémikustól ered, aki a 17. század eleji nyelvújításkor használta először. A „gáz” a görög χάος (káosz, utalva a káoszelméletre) szó flamand kiejtése, vagyis pusztán az akkori alkímiai szokásoknak megfelelő átirata.[3] A szó ilyen formájú megalkotásban valószínűleg befolyásolta Paracelsus munkássága.[* 3][4]

Egy másik, alternatív történet szerint van Helmont a gahst vagy geist (jelentésük szellem vagy lélek) szavak eltorzított formájaként vezette be. Ez jól tükrözi a kor felfogását 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."[5]

Az angol nyelvű irodalomban a gas szót légnemű halmazállapot értelmében sokszor (gyűjtőfogalomként) használják. További félreértések alapja lehet, hogy az amerikai angolban a köznapi beszédben a gas a folyékony halmazállapotú, autó-üzemanyagként szolgáló benzint is jelenti. A szakmai szóhasználat ennél részletesebb:

angol magyar
gas gáz
vapor gőz
steam vízgőz

Elemi gázok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az egyedüli kémiai elemek, melyek normálállapotban (0 °C-on = 273,15 K; légköri nyomáson = 101.325 kPa) és gáz halmazállapotban stabilisak, a kétatomos molekulák közül a hidrogén (H2), a nitrogén (N2), az oxigén (O2), illetve kettő halogének közül, a fluor (F2) és a klór (Cl2). Ezek az "egyatomos molekulákat" alkotó nemesgázokkal együtt -ezek a hélium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xenon (Xe) és a radon (Rn)- alkotják az "elemi gázok" csoportját. A molekuláktól való megkülönböztetés érdekében (főként angol nyelvterületeken) használják még a "molekuláris gázok" elnevezést is.[6][2]

Fizikai tulajdonságok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Állapotjelzők, állapotegyenletek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A gázok legfontosabb tulajdonságait, az állapotukat alapvetően a négy legfontosabb rájuk jellemző adattal, négy állapotjelzővel tudjuk leírni. Ezek matematikai kifejezéséhez használjuk az állapotegyenleteket. Ezen négy tulajdonság a nyomás, a térfogat, a hőmérséklet, és az anyagmennyiség. A köztük bizonyos körülmények között fennálló kapcsolatokat próbálja meg leírni az összes állapotegyenlet, a legkezdetlegesebbek és a legjobbak is. Ezek az egyenletek megfelelő állapotok esetén elég pontosan működnek, azonban teljesen tökéletes, minden körülmény esetén működő állapotegyenletet nem ismerünk.

A nyomás azt mutatja meg, hogy adott felületre mekkora erővel hat, mekkora erővel nyom az adott gáz. A nyomás a gázrészecskék diffúziójának a következménye, melynek során folyamatosan rugalmasan ütköznek a felülettel. A térfogat -mint extenzív mennyiség- a gáz térbeli kiterjedését mutatja meg; a hőmérséklet az anyag belső energiáját. Az anyagmennyiség a részecskék száma mólokban mérve (1 mol=6,022045·1023 részecske).

Állapotegyenletek fejlődése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az első gázegyenletet Robert Boyle angol tudós 1662-ben rögzítette megfigyelései alapján. Az egyenlet kimondja, hogy állandó anyagmennyiség és hőmérséklet mellett a gáz nyomása fordítottan arányos a térfogatával (vagyis ha a gázt összenyomjuk, nagyobb lesz a nyomása; ha kitágítjuk, akkor kisebb). Ugyanerre az eredményre jutott 1679-ben Edme Mariotte francia tudós is. Éppen ezért magyar nyelvterületen Boyle–Mariotte-törvénynek hívják[* 4] a fenti állítást leíró egyenletet:

\qquad\qquad {p_1V_1} = {p_2V_2}

Az 1800-as években történt a következő előrelépés, mikor is Joseph-Louis Gay-Lussac és Jaques-Alexandre-Cesar Charles francia természettudósok a gázok hőtágulását tanulmányozták, rájöttek, hogy a térfogat egyenesen arányos a hőmérséklettel:

{P}\propto{T}

Továbbá:

 {V} = {kt+b}

Ezek szerint a térfogat nemcsak arányos a hőmérséklettel, de egyenlő a hőmérséklet és egy k arányossági tényező szorzatával, ha ahhoz hozzáadunk egy b állandót. Ebből következik, hogy:

V=V_0(1+\beta t)

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Megjegyzések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Szuperkritikus állapot pedig akkor lép fel, ha a nyomás és a hőmérséklet is magasabb a kritikusnál.
  2. A gáz nem tévesztendő össze a pára fogalmával. Ez látszólag légnemű anyag, azonban finoman eloszlatott folyadékcseppeket (vízcseppeket) tartalmaz (két komponensű, diszperz rendszer), ilyen például a köd és a felhő is.
  3. Parascelus a khaos szót többek között okkult értelemben is (például a "lélek elemeinek" megnevezésére) használta
  4. Angol nyelvterületen Boyle-törvény; francia nyelvterületen pedig Mariotte-törvény az egyenlet neve

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Veszprémi 110-116. oldal
  2. ^ a b Villányi 45-51. oldal
  3. Jan Baptist van Helmont:Ortus medicinae; (Amszterdam; Hollandia) 1652 (első kiadás: 1648). A gáz szó először az 58. oldalon jelenik meg, ahol ezt írja: "… Gas (meum scil. inventum) …". Az 59. oldalon pedig: "… in nominis egestate, halitum illum, Gas vocavi, non longe a Chao …" (...szükségünk van egy névre, és én ezt a gőzt gáznak neveztem el, mely szó nem áll messze a "káosztól"...).
  4. Harper, Douglas: "gas"; Online Etymology Dictionary
  5. John William Drape. A textbook on chemistry. New York: Harper and Sons 
  6. Gray 5-17. oldal

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • 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). (Hozzáférés: 2014. március 25.)
  • Northwestern Michigan College: The Gaseous State. Northwestern Michigan College. (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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • 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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Gáz témájú médiaállományokat.