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

A gáz forma az anyag egyik halmazállapota. Ha a hőmérséklet magasabb a kritikus hőmérsékletnél, gázról beszélünk; ha alacsonyabb, akkor pedig gőzről. 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 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.

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

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. A szó ilyen formájú megalkotásban valószínűleg befolyásolta Paracelsus munkássága.

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."

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

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.

Fizikai tulajdonságok

Állapotjelzők, állapotegyenletek

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

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 a fenti állítást leíró egyenletet:

$\qquad \qquad {p_{1}V_{1}}={p_{2}V_{2}}$

Az 1800-as években történt a következő előrelépés, mikor is Joseph Louis Gay-Lussac és Jacques 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

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 az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. március 25.)
• ↑ Northwestern Michigan College: The Gaseous State. Northwestern Michigan College. [2008. december 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (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

A Wikimédia Commons tartalmaz Gáz témájú médiaállományokat.