Գազ

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Գազ (այլ կիրառումներ)

Գազ, նյութի չորս ագրեգատային վիճակներից մեկը (մյուսները՝ պինդ, հեղուկ և պլազմա)։ Մաքուր գազը կարող է կազմված լինել առանձին ատոմներից (իներտ կամ ազնիվ գազ, նեոնային), միևնույն ատոմներից կազմված մոլեկուլներից (օրինակ թթվածին), կամ տարբեր ատոմներից կազմված մոլեկուլներից (օրինակ ածխածնի երկօքսիդ)։ Գազի խառնուրդը պարունակում է տարբեր մաքուր գազեր այնպես, ինչպես օդը։ Գազը տարբերվում է հեղուկից և պինդ մարմնից նրանով, որ նրա առանձին մասնիկների հեռավորություները գերազանցում են մոլեկուլների չափսերին, ինչի արդյունքում գազը չունի ձև և ծավալ, իսկ մասնիկների միջև փոխազդեցությունները հիմնականում տեղի են ունենում բախումների ձևով։

Գազային ֆազայի մասնիկները (ատոմներ, մոլեկուլներ կամ իոններ) էլեկտրական դաշտի ներգործության բացակայության դեպքում ազատ շարժվում են։

Անվան ծագումնաբանություն

«Գազ» բառը (հոլ.՝ gas) հորինվել է 17-րդ դարի սկզբին ֆլամանդացի բնագետ Յ. Բ. վան Հելմոնտի կողմից, իր կողմից ստացած «մեռած օդ»-ը (ածխաթթու գազ) անվանելու նպատակով։ Ըստ Յ. Ի. Պերելմանի Հելմոնտը գրել է.

Այդ գոլորշին, ես կոչել եմ գազ, քանի որ այն գրեթե չի տարբերվում հնամենի քաոսից։

Վունդտի կարծիքով, Հելմոնտը նախ և առաջ մտածել է, որ հայտնաբերված գազը նման է առաջնային քաոսին։ Հելմոնտի վրա ազդեցություն է գործել նաև blas (միջին գերմ.՝ blasen) բառը, որը նա օգտագործում էր աստղերից եկող սառը օդը բնութագրելու համար։ Բառի ընտրության գործում մեծ դեր է ունեցել նաև geest («ոգի») բառը, որը համապատասխանում է լատիներեն spiritus-ին. գազը, որի տակ Հելմոնտը նախ հասկանում էր ածխաթթու գազ, լատիներենով փոխանցվում է spiritus silvestris-ի («անտառի ոգի») միջով։ Ոմանք ենթադրում են, որ գերմանական gasen («եռալ») բառը նույնպես ազդեցություն է գործել բառի ընտրության վրա։

Ֆիզիկական հատկություններ

Մակրոսկոպիկ հատկություններ

Գազերի մեծ մասը դժվար է կամ անհնար անմիջականորեն հետազոտել մեր զգայարաններով։ Դրանք բնութագրվում են չորս ֆիզիկական կամ մակրոսկոպիկ հատկություններով՝ ճնշում, ծավալ, մասնիկների թիվ (քիմիայում օգտագործվում է մոլը) և ջերմաստիճան։ Այս չորս բնութագրերը տարբեր պայմաններում և տարբեր գազերի համար հնուց ի վեր բացմիցս ուսումնասիրվել են այնպիսի գիտնականների կողմից, ինչպիսիք են՝ Ռոբերտ Բոյլը, Ժակ Շառլը, Ջոն Դալթոնը, Ժոզեֆ Գեյ-Լյուսակը և Ամեդեո Ավոգադրոն։ Դրանց մանրամասն ուսումնասիրության արդյունքում հայտնաբերվել է այդ հատկությունների միջև մաթեմատիկական կապը, որն արտահայտվում է իդեալական գազի վիճակի հավասարումով։

Գազի բնութագրիչ առանձնահատկությունն այն է, որ այն զբաղեցնում է հնարավոր հասանելի տարածությունը, չկազմելով մակերևույթ։ Գազերը՝ դիֆուզիայի շնորհիվ միշտ խառնվում են իրար։ Գազը իզոտրոպ է, այսինքն դրա հատկությունները կախված չեն ուղղությունից։ Ձգողության ուժի բացակայության պայմաններում ճնշումը գազի բոլոր կետերում նույնն է (Պասկալի օրենք)։ Ձգողության ուժի դաշտում խտությունն ու ճնշումը նույնը չեն բոլոր կետերում՝ ըստ ծանրաչափական բանաձևի փոքրանում են տարբեր բարձրությունների վրա։ Համապատասխանաբար, ծանրության ուժի դաշտում գազերի խառնուրդը անհամասեռ է։ Ծանր գազերը միտված են ավելի քիչ նստվածք տալ, իսկ ավելի թեթևները՝ բարձրանում են վեր։ Ձգողության դաշտում, ցանկացած մարմնի դեպքում, գազերում գործում է Արքիմեդի ուժը, որն օգտագործում են թեթև գազերով կամ տաք օդով լցված օդապարիկներում։

Գազերը ունեն բարձր սեղմելիություն՝ ճնշման մեծացմանը զուգընթաց աճում է խտությունը։ Ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում ընդարձակվում են։ Սեղմելու դեպքում գազերը կարող է անցնել հեղուկ վիճակի, բայց հեղուկացումն ընթանում է ոչ բոլոր ջերմաստիճաններում, այլ կրիտիկական ջերմաստիճանից ցածր պայմաններում։ Կրիտիկական ջերմաստիճանը գազի բնութագրիչներից է և կախված է գազի մոլեկուլների միջև շփման ուժից։ Օրինակ՝ հելիում գազը կարելի է հեղուկացնել 4,2 Կ-ից ցածր ջերմաստիճանում։

Կան գազեր, որոնք սառեցման դեպքում վերածվում են պինդ մարմնի, անցնելով հեղուկի փուլը։ Հեղուկի անցումը գազային վիճակի կոչվում է գոլորշացում, իսկ անմիջականորեն պինդ մարմնի անցումը գազային վիճակի՝ սուբլիմացիա։

Միկրոսկոպիկ բնութագրեր

Գազը հզոր մանրադիտակով դիտարկելու հնարավորության դեպքում կարելի է տեսնել քաոսային շարժման մեջ գտնվող, առանց որոշակի ձևի և ծավալի մասնիկների (մոլեկուլների, ատոմների և այլն) համախումբ։ Գազի այդ չեզոք մասնիկներն ուղղություն են ձեռք բերում միայն այլ մասնիկների կամ անոթի պատի հետ բախումների ժամանակ։ Եթե ենթադրենք, որ այդ փոխազդեցությունները (բախումները) բացարձակ առաձգական են, դիտարկվող նյութը իրական գազից կվերածվի իդեալական գազի։ Միկրոսկոպական տեսանկյունից այն նկարագրվում է մոլեկուլային-կինետիկ տեսությամբ։ Այդ տեսության բոլոր նախադրյալները կարելի է գտնել կինետիկական տեսության «Հիմնական պոստուլատներ» բաժնում։

Հեղուկի հետ համակեցություն

Ջերմաստիճանի և ճնշման որոշ ընդգրկույթում մինևույն նյութի գազային և հեղուկ փուլերը կարող են համագոյակցել։ Գազի մոլեկուլների մի մասն անցնում է հեղուկին, որը ավելի մեծ խտություն ունի, հետևաբար գազի խտությունը հեղուկի մակերևույթից վերև ավելի փոքր է լինում։ Հեղուկի մակերևույթից վեր գազը կոչվում է գոլորշի։

Գազի մոլեկուլների ջերմային շարժում

Գազի մոլեկուլների ջերմային շարժման կարևորագույն հատկանիշը շարժման անկանոնությունն է (քաոսայնությունը)։ Դիֆուզիան և բրոունյան շարժումը մոլեկուլների շարժման անընդհատ բնույթ ունենալու փորձնական ապացույց են։

Դիֆուզիան մի նյութի մոլեկուլների ինքնաբերական ներթափանցումն է մյուսի մեջ։ Նյութերի փոխադարձ դիֆուզիայի արդյունքում կոնցենտրացիաներն աստիճանաբար հավասարվում են նրանց զբաղեցրած ծավալի բոլոր տիրույթներում։ Հաստատված է, որ դիֆուզիայի պրոցեսի ընթացքի արագությունը կախված է նյութի տեսակից և ջերմաստիճանից։

Մոլեկուլների քաոսային շարժումը հաստատող ամենահետաքրքիր երևույթներից մեկը բրոունյան շարժումն է, որն ի հայտ է գալիս որպես գազում կախված վիճակում գտնվող նյութի միկրոսկոպիկ մասնիկների ջերմային շարժում։ Այս երևույթը 1827 թվականին առաջին անգամ դիտարկել է Ռոբերտ Բրաունը, ում անունով էլ այն կոչվեց։ Այդպիսի մասնիկների տեղաշարժման անկանոնությունը բացատրվում է բոլոր կողմերից գազի մոլեկուլներից ստացած իմպուլսների պատահական բնույթով։ Բրոունյան շարժումն այնքան նկատելի է, որքան փոքր է մասնիկը և որքան բարձր է համակարգի ջերմաստիճանը։ Ջերմաստիճանային կախումը վկայում է այն մասին, որ մոլեկուլների քաոսային շարժման արագությունն աճում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Հենց այդ պատճառով էլ շարժումը կոչվում է ջերմային։

Ավոգադրոյի օրենք

Ավոգադրոյի օրենքը. միևնույն ճնշման և ջերմաստիճանի պայմաններում տարբեր գազերի հավասար ծավալներում պարունակվում են հավասար թվով մոլեկուլներ։ Այս օրենքը քիմիական փորձերի արդյունքում հայտնագործել է իտալացի գիտնական Ամեդեո Ավոգադրոն 1811 թվականին։ Օրենքը վերաբերվում է քիչ սեղմված (ցածր ճնշումների տակ գտնվող) գազերին (օրինակ՝ մթնոլորտային ճնշման տակ գտնվող գազերին)։ Ուժեղ սեղմված (համեմատաբար բարձր ճնշումների տակ գտնվող) գազերի համար այն չի գործում։ Ավոգադրոյի օրենքը նշանակում է, որ որոշակի ջերմաստիճանում գազի ճնշումը կախված է միայն միավոր ծավալում գազի մոլեկուլների թվից, բայց կախված չէ այն բանից, թե ինչպիսին են այդ մոլեկուլները։

Նյութի այն քանակը, որը պարունակում է այնքան գրամ, որքան իր հարաբերական մոլեկուլային զանգվածն է, անվանվում է մեկ մոլ։ Ասվածից հետևում է, որ տարբեր նյութերի որոշակի քանակությամբ մոլերը պարունակում են հավասար թվով մոլեկուլներ։ Մեկ մոլ նյութում գտնվող մոլեկուլների թիվը կարևոր ֆիզիկական մեծություն է և անվանվում է «Ավոգադրոյի թիվ»։ Ըստ ԳՕՍՏ 3651.2-97-ի Ավոգադրոյի հաստատունն ընդունվում է՝

N_Ա = 6,0221367 · 10 23 ± 0,0000036 · 10 23 մոլ⁻¹ ըստ CODATA−2010-ի տվյալների՝

N_Ա = 6,02214129 · 10 23 ± 0,00000027 · 10 23 մոլ⁻¹

Ավոգադրոյի հաստատունի որոշման համար բազմաթիվ և տարաբնույթ հետազոտություններ են արվել (բրոունյան շարժման, էլեկտրոլիզի երևույթի և այլն), որոնք բերել են բավականին լավ համընկման և համարվում են մոլեկուլների գոյության և նյութի մոլեկուլային կառուցվածքի վառ ապացույցներ։

Տես նաև

• Բրոունյան շարժում
• Դիֆուզիա
• Մթնոլորտային ճնշում

Ծանոթագրություններ

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Գազ» հոդվածին։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 2, էջ 639)։