מהו מצב גזי:
מצב גזי נקרא מצב של חומר המורכב מקיבוץ האטומים והמולקולות בעלות כוח משיכה מועט זה לזה או בהרחבה, מה שאומר שהם לא יכולים להיות מאוחדים לחלוטין.
חומר במצב גזי נקרא גז. המילה גז נובעת מהקול הלטיני ביי שפירושו "כאוס". טבע אותו הכימאי יאן בפטיסטה ואן הלמונט במאה ה -17.
המצב הגזי הוא אחד ממצבי הצבירה של החומר, יחד עם מצבי הנוזל, המוצק, הפלזמה ובוס-איינשטיין.
מים בתהליך אידוי או רתיחה.
כמה דוגמאות של חומר במצב גזי הם:
- גז חמצן (O2);
- גז פחמן דו חמצני (CO2);
- גז טבעי (משמש כדלק);
- גזים אצילים כגון הליום (הוא); ארגון (Ar); ניאון (Ne); קריפטון (Kr); קסנון (Xe), ראדון (Rn) ואוגנסון (Og).
- חנקן (N2);
- אדי מים.
מים הם היסוד היחיד שניתן למצוא בכל מצבי הצבירה של החומר באופן טבעי (מוצק, נוזלי וגזי).
מאפייני המצב הגזי
גזים שונים במיכלים שלהם.
במצב הגזי, אנרגיית ההפרדה בין מולקולות לאטומים עולה על כוח המשיכה ביניהן, מה שמוליד סדרה של מאפיינים או תכונות של גזים.
- גזים מכילים פחות חלקיקים מאשר נוזלים ומוצקים.
- החלקיקים נפרדים באופן נרחב זה מזה, ולכן האינטראקציה שלהם קטנה.
- החלקיקים נמצאים בתנועה מתמדת ולא מסודרת.
- לגזים אין צורה או נפח מוגדרים.
- כאשר יש התנגשויות בין חלקיקים, הם משנים כיוון ומהירות בצורה כאוטית, מה שמגדיל את מרחקם ונפח הגז.
- רוב הגזים הם בלתי מוחשיים, חסרי צבע וחסרי טעם.
- הגזים יכולים לתפוס את כל הנפח שיש להם.
- ניתן לדחוס גזים לצורת המכל שלהם.
שינויים במצב החומר הגזי
שינויים במצב החומר הגזי. שימו לב גם להפרדה בין חלקיקים בהתאם למצב החומר.
על פי משתני הטמפרטורה והלחץ, ניתן לייצר תהליכי טרנספורמציה של חומר ממצב צבירה כזה או אחר. שינויי החומר הכרוכים במצב הגזי הם הבאים:
עיבוי או נזילות
זהו המעבר מהמצב הגזי למצב הנוזלי. זה קורה כאשר גז נתון לירידה בטמפרטורה, מה שמפחית את תנועת החלקיקים ומעודד אותם להתכווץ יחד עד שהם הופכים לנוזלים. אנו יכולים להצביע על שתי דוגמאות יומיומיות עם מים: 1) כאשר עננים הופכים למשקעים. 2) כאשר כוס עם משקה קר מייצרת טיפות מים מבחוץ על ידי עיבוי האוויר החם מהאטמוספרה.
אידוי או רתיחה
זוהי הפיכה ממצב נוזלי למצב גזי. זה קורה כאשר נוזל נתון לעליית טמפרטורה עד שהוא מגיע לנקודת הרתיחה. ניתן לראות דוגמא כאשר המים רותחים במחבת עד שהם מתאדים.
הַאֲצָלָה
זהו השינוי ממצב מוצק למצב גזי מבלי לעבור דרך המצב הנוזלי. סובלימציה מתרחשת בזכות טמפרטורות כה קיצוניות שאינן מאפשרות היווצרות נוזלים. דוגמה לסובלימציה נמצאת בקרח יבש המשתחרר לאדים מבלי לעבור את המצב הנוזלי.
סובלימציה הפוכה או בתצהיר
זהו השינוי ממצב מוצק למצב גזי מבלי לעבור דרך המצב הנוזלי. דוגמה לסובלימציה הפוכה היא הצטברות כפור על הקרקע.
גורמים המשפיעים על גזים
כאשר האוויר (הגז) בתוך הבלון מחומם, הוא גדל בנפחו ולכן עולה.
התנהגות הגזים מושפעת מהמשתנים הבאים:
- נפח (V): הוא החלל שתופס חומר גזי, הנמדד בליטר (L). לגז יהיה נפח גדול יותר או פחות בהתאם להפרדה בין החלקיקים והשטח הזמין להרחבה.
- לחץ (P): הוא הכוח המופעל לאזור. מקורו של הלחץ הוא ממשקל האוויר, ולכן ככל שגז עולה גבוה יותר, כך הוא חווה פחות לחץ בגלל פחות אוויר. במקרה של גזים, הלחץ נמדד באטמוספרות (atm).
- טמפרטורה (T): הוא מדד האנרגיה הקינטית המופקת בין חלקיקי הגז, הנמדדת ביחידות קלווין (K). אם גוף קר של חומר מתקרב לגוף חם, הגוף הקר יעלה את הטמפרטורה שלו.
גורמים אלה קשורים בתורם לאלמנטים אחרים הטמונים בגזים כגון:
- כַּמוּת: הוא כמות המסה של חומר גזי ונמדדת בשומות (n).
- צְפִיפוּת: מתייחס לקשר שבין נפח למשקל.
- מצבי החומר.
- הִתְעַבּוּת
- אידוי
חוקי גזים או חוקים של המדינה הגזית
חוקי הגז נקראים מודלים פרשניים המתארים את הקשר בין המשתנים השונים המשפיעים על התנהגות הגזים (טמפרטורה, לחץ, כמות ונפח). ישנם ארבעה חוקי גז, שכל אחד מהם מתמקד בהיבטים שונים של גזים. אלה ידועים בשם:
- חוק בויל: עוסק בקשר בין לחץ ונפח.
- חוק צ'ארלס: קובע את הקשר בין טמפרטורה ונפח.
- חוק גיי-לוסאק: לחקור את הקשר בין לחץ לטמפרטורה.
- חוק אבוגדרו: שוחח על הקשר בין נפח למספר שומות.
השילוב בין ארבעת החוקים הללו מוליד את חוק הגז האידיאלי.
חוק הגז האידיאלי
גזים אידיאליים הם אלה שלחלקיקים שלהם אין משיכה או דחייה, כלומר אין כוחות בין-מולקולריים מושכים. גזים אידיאליים נקראים כך מכיוון שהם למעשה הנחה תיאורטית.
חוק הגז האידיאלי מיוצג על ידי הנוסחה הבאה:
PV = nRT = NkT
איפה:
- P: לחץ
- V: נפח
- n: מספר השומות
- R: קבוע גז אוניברסלי (8.3145 J / mol k)
- N: מספר מולקולות
- k: הקבוע של בולצמן (8.617385 x 10-5 eV / k)
- T: טמפרטורה
חוק הגז האידיאלי מתייחס ללחץ, נפח, טמפרטורה ומסה של גז בו זמנית בתנאים סטנדרטיים.
