A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A gáz forma az anyag egyik halmazállapota. Ha a hőmérséklet magasabb a kritikus hőmérsékletnél, gázról beszélünk; különben gőzről.[* 1][* 2] 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 igyekeznek a rendelkezésükre álló teret teljesen kitölteni. A gázokban meglévő mozgási energia a gázrészecskék – melyek lehetnek atomok (általában nemesgázok, mint a hélium, neon stb.), elemmolekulák (pl. kétatomos oxigén, nitrogén, bróm) vagy vegyületmolekulák (pl. szén-dioxid, nitrogén-oxidok) – 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/molekulái szinte teljesen rugalmasan visszapattannak az őket tároló anyag felületéről és egymásról is. Ez a folyamat a kinetikus energia növelésével erősödik. A gázok állapotát alapvetően a négy fő állapotjelzővel tudjuk meghatározni: a nyomás, a térfogat, a hőmérséklet és az anyagmennyiség segítségével.[1][2]
Elterjedt tévhit, hogy a gázok nyomását a gázmolekulák egymásnak ütközésével magyarázzák, de valójában véletlenszerű sebességük elegendő a nyomás értékének meghatározásához. A kölcsönös ütközések csupán a Maxwell–Boltzmann-eloszlás megalapozásához voltak fontosak.
Szóhasználat
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 tükrözné a kor 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 pontosabb:
angol | magyar |
---|---|
gas | gáz |
vapor | gőz |
steam | vízgőz |
Elemi gázok
A normálállapotban (0 °C=273,15 K normál hőmérsékleten és 1 atm=101,325 kPa légköri nyomáson) stabilis gáz halmazállapotú kémiai anyagok közül egyetlen elemből épülnek fel a következők:
- a kétatomos molekulákból a hidrogén (H2), a nitrogén (N2), az oxigén (O2), illetve a halogének közül a fluor (F2) és a klór (Cl2);
- a nemesgázok („egyatomos molekulák”), vagyis a hélium (He), a neon (Ne), az argon (Ar), a kripton (Kr), a xenon (Xe) és a radon (Rn).
Ezek együtt alkotják az „elemi gázok” csoportját. Az alkotó kémiai elemektől való megkülönböztetés érdekében (főként angol nyelvterületen) használják még a „molekuláris gázok” elnevezést is.[6][2]
Fizikai tulajdonságok
Állapotjelzők, állapotegyenletek
A gázok legfontosabb tulajdonságait, az állapotukat alapvetően a négy legfontosabb rájuk jellemző adattal, négy állapotjelzővel tudjuk leírni: nyomás, térfogat, hőmérséklet, anyagmennyiség. A köztük (bizonyos körülmények között) fennálló matematikai kapcsolatokat próbálják meg leírni a különböző állapotegyenletek, a kezdetlegesebbek és az általánosabbak is. Ezen egyenletek megfelelő állapotok esetén elég pontosan működnek, azonban teljesen általános, minden körülmény esetén tökéletesen működő állapotegyenletet nem ismerünk.
A nyomás azt mutatja meg, hogy adott felületre mekkora erővel hat (mekkora nyomást gyakorol rá) az adott gáz. A nyomás a gázrészecskék diffúziójának következménye, melynek során folyamatosan rugalmasan ütköznek a felülettel. A térfogat – mint extenzív mennyiség – a gáz térbeli kiterjedését mutatja meg; a hőmérséklet pedig az anyag belső energiáját. Az anyagmennyiség a jelen levő részecskék mennyiségét állapítja meg, mólokban kifejezve (1 mól kb. 6,022045·1023 részecskének felel meg).
A következőkben jelölje a nyomás Pa-ban (pascal) kifejezett értékét , a térfogat m3-ben (köbméter) kifejezett értékét , az abszolút (kelvinben mért) hőmérsékletet , a hőmérséklet °C-ban kifejezett értékét , a mólszámmal kifejezett anyagmennyiséget pedig .
Állapotegyenletek fejlődése
Az első gázegyenletet Robert Boyle angol tudós 1662-ben megfigyelések útján rögzítette. Az egyenlet kimondja, hogy állandó anyagmennyiség és hőmérséklet mellett a gáz nyomása fordítottan arányos a térfogatával (vagyis a gázt összenyomva, nagyobb lesz a nyomás; kitágítva pedig kisebb), ami úgy is megfogalmazható, hogy a nyomás és a térfogat szorzata állandó. Ugyanerre az eredményre jutott 1679-ben Edme Mariotte francia tudós is. Ezért magyar nyelvterületen Boyle–Mariotte-törvénynek hívják[* 4] a fenti állítást leíró egyenletet.
1787-ben Jacques Charles francia természettudós kísérleti úton megállapította, hogy állandó nyomáson adott mennyiségű ideális gáz esetén a térfogat egyenesen arányos a hőmérséklettel , vagyis – ez a Charles-törvény. 1802-ben a francia Joseph Louis Gay-Lussac hasonló eredményt publikált, több kísérleti bizonyítékot mutatva be, majd 1809-ben felállította saját összefüggését: állandó térfogatú, adott mennyiségű ideális gáz esetén a nyomás egyenesen arányos a hőmérséklettel , vagyis – ez a Gay-Lussac-törvény.
1811-ben Amedeo Avogadro olasz fizikus felállította a ma nevét viselő Avogadro-törvényt: ideális gáz térfogata egyenesen arányos az anyagmennyiségével, vagyis .
Az úgynevezett egyesített gáztörvény a Boyle–Mariotte-törvény és a Gay-Lussac-törvény együtteséből áll elő: . Ezzel együtt az Avogadro-törvény megadja az általános gáztörvényt: ideális gázokra fennáll a összefüggés, ahol R=8,314 J/mol·K az egyetemes gázállandó.
A későbbiekben a nem ideális gázokra számos összetettebb egyenletet felállítottak, ezek közül a legfontosabbak: Van der Waals-egyenlet, Redlich–Kwong egyenlet, Berthelot-egyenletek, Dieterici-egyenlet, Clausius-egyenlet, Virial-egyenlet, Peng–Robinson-egyenlet, Wohl-egyenlet, Beattie–Bridgeman-egyenlet, Benedict–Webb–Rubin-egyenlet. Jellemzőjük, hogy mindegyikben szerepelnek kísérletileg meghatározott, különböző paraméterek/konstansok.
Hivatkozások
Megjegyzések
- ↑ Szuperkritikus állapot pedig akkor lép fel, ha a nyomás és a hőmérséklet is magasabb a kritikusnál.
- ↑ 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.
- ↑ Parascelus a khaos szót többek között okkult értelemben is (például a "lélek elemeinek" megnevezésére) használta
- ↑ Angol nyelvterületen Boyle-törvény; francia nyelvterületen pedig Mariotte-törvény az egyenlet neve
Jegyzetek
- ↑ Veszprémi 110-116. oldal
- ↑ a b Villányi 45-51. oldal
- ↑ 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"...).
- ↑ Harper, Douglas: "gas"; Online Etymology Dictionary
- ↑ John William Drape. A textbook on chemistry. New York: Harper and Sons, 178. o.
- ↑ Gray 5-17. oldal
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). . (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
- 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 lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.