KHÍ: THUỘC TÍNH, HÀNH VI, HÌNH DẠNG, VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025

Các chất khí là tất cả những chất hoặc hợp chất có trạng thái tập hợp yếu và phân tán, đồng thời phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ và áp suất chi phối chúng. Chúng có lẽ là dạng vật chất phong phú thứ hai trong toàn bộ Vũ trụ sau plasma.

Trên Trái đất, các chất khí tạo nên các lớp của khí quyển, từ tầng ngoài đến tầng đối lưu và không khí mà chúng ta hít thở. Mặc dù một loại khí không thể nhìn thấy được khi nó được khuếch tán qua các không gian rộng lớn, chẳng hạn như bầu trời, nhưng nó được phát hiện qua chuyển động của các đám mây, chuyển động của các cánh của cối xay hoặc bởi hơi thở ra từ miệng của chúng ta trong điều kiện khí hậu lạnh.

Khí có thể được quan sát thấy trong các ống khói công nghiệp hoặc gia đình, cũng như trong các tháp khói tỏa ra từ núi lửa. Nguồn: Pxhere.

Tương tự, đi đến khía cạnh tiêu cực về môi trường, người ta quan sát thấy khói đen từ ống xả của xe cộ, cột khói của các tháp nằm trong nhà máy, hay khói bốc lên khi cháy rừng.

Bạn cũng đang phải đối mặt với hiện tượng khí khi bạn nhìn thấy hơi thoát ra từ cống rãnh, trong đầm lầy và nghĩa trang, sủi bọt bên trong bể cá, trong những chùm bóng bay heli được thả lên trời, trong oxy do thực vật thải ra nhờ quá trình quang hợp của chúng, thậm chí gây ra chứng ợ hơi và đầy hơi.

Bất cứ nơi nào khí được quan sát có nghĩa là đã có một phản ứng hóa học, trừ khi chúng được cố định hoặc đồng hóa trực tiếp từ không khí, nguồn chính của khí (bề ngoài) trên hành tinh. Khi nhiệt độ tăng lên, tất cả các chất (nguyên tố hóa học) sẽ biến đổi thành khí, bao gồm các kim loại như sắt, vàng và bạc.

Bất kể bản chất hóa học của chất khí là gì, chúng đều có chung khoảng cách rất xa ngăn cách các hạt của chúng (nguyên tử, phân tử, ion, v.v.), chúng chuyển động hỗn loạn và tùy ý trong một thể tích hoặc không gian nhất định.

Tính chất của khí

Sự khác biệt trong phân tử rắn, lỏng và khí

Vật lý

Tính chất vật lý của chất khí khác nhau tùy thuộc vào chất hoặc hợp chất nào tham gia. Các chất khí thường có liên quan đến mùi hôi hoặc sự thối rữa, do hàm lượng lưu huỳnh của chúng hoặc do sự hiện diện của các amin dễ bay hơi. Tương tự như vậy, chúng được hình dung với màu xanh lục, nâu hoặc hơi vàng, mang tính chất đe dọa và mang lại điềm xấu.

Tuy nhiên, hầu hết các loại khí, hoặc ít nhất là nhiều nhất, thực sự không màu và không mùi. Mặc dù chúng khó nắm bắt, chúng có thể được cảm nhận trên da và chúng chống lại chuyển động, thậm chí tạo ra các lớp nhớt trong cơ thể đi qua chúng (như xảy ra với máy bay).

Tất cả các chất khí đều có thể trải qua những thay đổi về áp suất hoặc nhiệt độ dẫn đến biến chúng thành chất lỏng tương ứng; nghĩa là, chúng bị ngưng tụ (nếu được làm lạnh) hoặc hóa lỏng (nếu được "ép").

Ngưng tụ; từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng

Mặt khác, chất khí có khả năng hòa tan trong chất lỏng và một số chất rắn xốp (như than hoạt tính). Sủi bọt khí là kết quả của sự tích tụ các chất khí chưa tan trong môi trường và thoát ra bề mặt chất lỏng.

Dẫn điện và nhiệt

Ở điều kiện bình thường (không có sự ion hóa các phần tử của chúng), chất khí là chất dẫn nhiệt và dẫn điện kém. Tuy nhiên, khi căng thẳng với nhiều electron, chúng cho phép dòng điện đi qua chúng, như được thấy trong tia sét trong các cơn bão.

Mặt khác, ở áp suất thấp và chịu tác động của điện trường, một số loại khí, đặc biệt là khí cao quý hoặc hoàn hảo, phát sáng và đèn của chúng được sử dụng để thiết kế quảng cáo và áp phích ban đêm (đèn neon), cũng như trong các đèn phóng điện ở phố lồng đèn.

Về tính dẫn nhiệt, nhiều loại khí hoạt động như chất cách nhiệt, do đó, việc kết hợp chúng trong các sợi, vải hoặc tấm kính, giúp ngăn nhiệt truyền qua chúng và giữ nhiệt độ không đổi.

Tuy nhiên, có những chất khí dẫn nhiệt tốt và có thể gây bỏng nặng hơn những chất lỏng hoặc chất rắn; ví dụ, như nó xảy ra với hơi nước nóng của bánh nướng nhỏ (hoặc bánh empanadas), hoặc với các tia hơi nước thoát ra từ nồi hơi.

Phản ứng

Nói chung, các phản ứng liên quan đến khí, hoặc nơi chúng xảy ra, được phân loại là nguy hiểm và nặng nề.

Khả năng phản ứng của chúng phụ thuộc vào bản chất hóa học của chúng; Tuy nhiên, khi mở rộng và di chuyển một cách dễ dàng, cần phải thận trọng và kiểm soát chặt chẽ hơn vì chúng có thể gây ra sự gia tăng mạnh mẽ áp suất gây nguy hiểm cho cấu trúc lò phản ứng; Đó là chưa nói đến việc các khí này dễ cháy hay không bắt lửa như thế nào.

Hành vi của khí

Nhìn về mặt vĩ mô, người ta có thể hình dung về hoạt động của các chất khí bằng cách chứng kiến ​​cách khói, vòng hoặc "lưỡi" văn học của thuốc lá phát triển trong không khí. Tương tự như vậy, khi một quả lựu đạn khói phát nổ, sẽ rất thú vị khi xem chi tiết chuyển động của những đám mây màu sắc khác nhau này.

Tuy nhiên, những quan sát như vậy phụ thuộc vào tác động của không khí và thực tế là có những hạt rắn rất mịn lơ lửng trong khói. Do đó, những ví dụ này không đủ để đưa ra kết luận về hành vi thực sự của một chất khí. Thay vào đó, các thí nghiệm đã được tiến hành và phát triển lý thuyết động học của chất khí.

Về mặt phân tử và lý tưởng, các hạt khí va chạm đàn hồi với nhau, có các chuyển vị thẳng, chuyển động quay và dao động. Chúng có một năng lượng trung bình liên kết, cho phép chúng di chuyển tự do qua bất kỳ không gian nào mà hầu như không tương tác hoặc va chạm với một hạt khác khi thể tích xung quanh chúng tăng lên.

Hành vi của nó sẽ là sự pha trộn giữa chuyển động Brown thất thường, và một số va chạm của một số quả bóng bi-a nảy không ngừng giữa nhau và thành bàn; nếu không có các bức tường, chúng sẽ khuếch tán vào vô tận, trừ khi chúng bị giữ lại bởi một lực: trọng lực.

Dạng khí

Chất khí, không giống như chất lỏng và chất rắn, không thuộc loại ngưng tụ; nghĩa là, sự tập hợp hoặc sự kết dính của các hạt của nó không bao giờ quản lý để xác định một hình dạng. Chúng chia sẻ với chất lỏng thực tế là chúng hoàn toàn chiếm thể tích của thùng chứa chúng; tuy nhiên, chúng thiếu bề mặt và sức căng bề mặt.

Nếu nồng độ khí cao, có thể nhìn thấy "lưỡi" của nó hoặc các dạng vĩ mô đã được mô tả bằng mắt thường. Những thứ này, sớm hay muộn, sẽ biến mất do tác động của gió hoặc sự giãn nở đơn thuần của khí. Do đó, các chất khí bao phủ tất cả các góc của không gian giới hạn tạo ra các hệ thống đồng nhất cao.

Bây giờ, lý thuyết coi chất khí là những quả cầu hầu như không va chạm với chính chúng; nhưng khi chúng làm vậy, chúng sẽ phục hồi một cách đàn hồi.

Các quả cầu này cách xa nhau một cách rộng rãi, vì vậy các chất khí thực tế là "đầy" chân không; do đó, tính linh hoạt của nó để đi qua khe hoặc vết nứt nhỏ nhất, và dễ dàng nén chúng một cách đáng kể.

Đó là lý do tại sao, dù một cửa hàng bánh mì có đóng cửa đến đâu, nếu bạn bước vào bên cạnh, chắc chắn rằng bạn sẽ được thưởng thức mùi thơm của bánh mì mới nướng.

Áp suất của một chất khí

Có thể tin rằng vì các quả cầu hoặc hạt khí phân tán và tách rời nhau nên chúng không có khả năng tạo ra bất kỳ áp suất nào lên các vật thể hoặc vật thể. Tuy nhiên, bầu khí quyển chứng minh rằng niềm tin như vậy là sai: nó có khối lượng, trọng lượng và ngăn chất lỏng bốc hơi hoặc sôi lên từ hư không. Điểm sôi được đo ở áp suất khí quyển.

Áp suất khí trở nên dễ định lượng hơn nếu có áp kế hoặc nếu chúng được bao bọc trong bình chứa có thành không biến dạng. Do đó, càng có nhiều hạt khí bên trong bình chứa, thì số lượng va chạm giữa chúng và thành của nó càng lớn.

Các hạt này khi va chạm vào tường sẽ ép chúng lên, vì chúng tác dụng một lực tỷ lệ với động năng trên bề mặt của chúng. Nó giống như thể những quả bóng bi-a lý tưởng được ném vào một bức tường; nếu có nhiều chiếc đâm vào chúng ở tốc độ cao, nó thậm chí có thể bị vỡ.

Các đơn vị

Có nhiều đơn vị đi kèm với các phép đo áp suất của một chất khí. Một số loại tốt nhất được biết đến là milimét thủy ngân (mmHg), như torr. Có những hệ thống đơn vị quốc tế (SI) xác định pascal (Pa) theo N / m ² ; và từ anh ta, kilo (kPa), mega (MPa) và giga (GPa) pascal.

Thể tích của một chất khí

Một chất khí chiếm và nở ra trong suốt thể tích của bình chứa. Bình chứa càng lớn, thể tích của khí cũng sẽ quá; nhưng cả áp suất và mật độ của nó sẽ giảm đối với cùng một lượng hạt.

Mặt khác, bản thân chất khí có một thể tích liên kết không phụ thuộc quá nhiều vào bản chất hoặc cấu trúc phân tử của nó (lý tưởng), mà phụ thuộc vào điều kiện áp suất và nhiệt độ chi phối nó; đây là, thể tích mol của nó.

Trong thực tế, thể tích mol thay đổi từ khí này sang khí khác, mặc dù sự thay đổi nhỏ nếu chúng không phải là các phân tử lớn và không đồng nhất. Ví dụ, thể tích mol của amoniac (NH ₃ , 22.079 L / mol) ở 0 ° C và 1 atm, khác với thể tích của heli (He, 22.435 L / mol).

Tất cả các chất khí đều có thể tích mol thay đổi theo hàm của P và T, và bất kể hạt của chúng lớn đến đâu, số lượng của chúng luôn bằng nhau. Do đó, trên thực tế, nó bắt nguồn từ số Avogadro đã biết (N _A ).

Luật khí chính

Hành vi của các chất khí đã được nghiên cứu trong nhiều thế kỷ thông qua các thí nghiệm, quan sát chuyên sâu và giải thích kết quả.

Các thí nghiệm này giúp thiết lập một loạt các định luật, tập hợp trong cùng một phương trình (của khí lý tưởng), giúp dự đoán phản ứng của một chất khí với các điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau. Theo cách này, có một mối quan hệ giữa thể tích, nhiệt độ và áp suất, cũng như số mol của nó trong một hệ thống nhất định.

Trong số các luật này có bốn luật sau: Boyle, Charles, Gay-Lussac và Avogadro.

Định luật Boyle

Tăng áp suất bằng cách giảm thể tích của bình chứa. Nguồn: Gabriel Bolívar

Định luật Boyle phát biểu rằng ở nhiệt độ không đổi, thể tích của một lượng khí lý tưởng tỷ lệ nghịch với áp suất của nó; nghĩa là, bình chứa càng lớn thì áp suất mà các bức tường của nó sẽ chịu từ cùng một lượng khí càng giảm.

Luật Charles

Đèn lồng Trung Quốc hoặc bóng bay điều ước. Nguồn: Pxhere.

Định luật Charles phát biểu rằng ở áp suất không đổi, thể tích của một khí lý tưởng tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó. Bóng bay chứng minh định luật Charles, bởi vì nếu chúng bị đốt nóng, chúng sẽ phồng lên một chút, trong khi nếu chúng bị ngập trong nitơ lỏng, chúng sẽ xẹp xuống do thể tích của chất khí bên trong chúng co lại.

Luật Gay-Lussac

Định luật Gay-Lussac phát biểu rằng ở thể tích không đổi, áp suất của một khí lý tưởng tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó. Trong một cái vạc đậy kín, nếu một chất khí được nung nóng dần dần, thì mỗi lần áp suất bên trong nó sẽ lớn hơn, vì thành của vạc không bị biến dạng hoặc nở ra; nghĩa là, khối lượng của nó không thay đổi, nó không đổi.

Định luật Avogadro

Cuối cùng, định luật Avogadro phát biểu rằng thể tích của một khí lý tưởng tỷ lệ thuận với số lượng các hạt của nó. Do đó, nếu chúng ta có một mol hạt (6,02 · 10 ²³ ), thì chúng ta sẽ có thể tích mol của chất khí.

Các loại khí

Khí cháy

Chúng là những loại khí có các thành phần chức năng như nhiên liệu, vì chúng được sử dụng để sản xuất nhiệt năng. Một số trong số đó là khí tự nhiên, khí hóa lỏng và hydro.

Khí công nghiệp

Chúng là những loại khí được sản xuất, được tiếp thị cho công chúng cho các mục đích sử dụng và ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như y tế, thực phẩm, bảo vệ môi trường, luyện kim, công nghiệp hóa chất, lĩnh vực an ninh, v.v. Một số loại khí này là oxy, nitơ, heli, clo, hydro, carbon monoxide, propan, mêtan, nitơ oxit, trong số những khí khác.

Khí trơ

Chúng là những khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cụ thể, không tạo ra bất kỳ phản ứng hóa học nào hoặc phản ứng rất thấp. Chúng là neon, argon, helium, krypton và xenon. Chúng được sử dụng trong các quá trình hóa học, trong đó các nguyên tố không phản ứng là cần thiết.

Ví dụ về các nguyên tố và hợp chất ở thể khí

Các nguyên tố ở thể khí trong bảng tuần hoàn ở điều kiện Trái đất là gì?

Đầu tiên chúng ta có hydro (H), tạo thành phân tử H ₂ . Heli (He), khí cao quý nhẹ nhất, theo sau; và sau đó là nitơ (N), oxy (O) và flo (F). Ba cuối cùng này cũng tạo thành các phân tử tảo cát: N ₂ , O ₂ và F ₂ .

Sau flo là neon (Ne), khí cao nhất sau heli. Dưới flo chúng ta có clo (Cl), ở dạng phân tử Cl ₂ .

Tiếp theo, chúng ta có phần còn lại của các khí quý: argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), radon (Rn) và oganeson (Og).

Do đó, chúng là tổng thể của mười hai nguyên tố khí; 11 nếu chúng ta loại trừ oganeson có tính phóng xạ cao và không ổn định.

Các hợp chất khí

Ngoài các nguyên tố thể khí, một số hợp chất khí phổ biến sẽ được liệt kê:

-H ₂ S, hydro sunfua, gây ra mùi trứng thối

-NH ₃ , amoniac, mùi thơm cay nồng có trong xà phòng đã qua sử dụng

-CO ₂ , carbon dioxide, một khí nhà kính

-NO ₂ , nitơ đioxit

-O, nitơ monoxit, một loại khí được cho là có độc tính cao nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong hệ tuần hoàn

-SO ₃ , lưu huỳnh trioxit

-C ₄ H ₁₀ , butan

-HCl, hiđro clorua

-O ₃ , ôzôn

-SF ₆ , lưu huỳnh hexafluoride

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Thuộc tính của khí. Đã khôi phục từ: chemed.chem.purdue.edu
3. Wikipedia. (2019). Khí ga. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 05 tháng 12 năm 2018). Khí - Thuộc tính chung của khí. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Đồng hồ sức khỏe nam giới của Harvard. (2019). Trạng thái của chất khí. Phục hồi từ: health.harvard.edu
6. Biên tập viên làm mát điện tử. (1 tháng 9 năm 1998). Tính dẫn nhiệt của chất khí. Phục hồi từ: Electronics-cooling.com