Найди уже готовую учебную работу

Твердое состояние: определение и свойства

Твердое состояние является одним из трех основных физических состояний вещества. В твердом состоянии атомы, молекулы или ионы располагаются в пространстве ограниченным образом и имеют строго определенные положения и ориентации.

Основные свойства твердого состояния:

• Жесткость: твердые вещества обладают силой сопротивления изменению формы и объема. Они не поддается деформации под небольшими воздействиями и сохраняют свою форму и объем.
• Упругость: твердые вещества обладают способностью возвращаться в исходное состояние после деформации, если деформирующая сила прекращается. Это свойство называется упругостью.
• Твердость: твердое состояние характеризуется своей твердостью или устойчивостью к деформациям и царапинам. Различные вещества имеют различную степень твердости.
• Использование определенной формы: твердые вещества могут быть использованы для создания определенных форм и конструкций с помощью литья, прессования и других методов.
• Теплопроводность: твердые вещества могут передавать тепло от одной части к другой. Это свойство используется в теплопроводящих материалах, таких как металлы.
• Электропроводность: некоторые твердые вещества могут проводить электричество. Они называются проводниками. Другие вещества, которые не проводят электричество, называются изоляторами.

Твердое состояние тесно связано с двумя другими состояниями вещества — жидким и газообразным. При повышении температуры твердое вещество может перейти в жидкое состояние, называемое плавлением, а затем в газообразное состояние, называемое испарением или сублимацией.

В нашей жизни много примеров твердых веществ. Некоторые обычные твердые вещества включают металлы (например, железо, алюминий), камни, дерево, стекло и пластик.

Примеры газообразных элементов и соединений

Какие газообразные элементы периодической таблицы в земных условиях?

Сначала у нас есть водород (H), который образует молекулы H₂. Далее следует гелий (He), легчайший благородный газ; а затем азот (N), кислород (O) и фтор (F). Последние три также образуют двухатомные молекулы: N₂, ИЛИ₂ и F₂.

После фтора идет неон (Ne), благородный газ, который следует за гелием. Ниже фтора находится хлор (Cl) в виде молекул Cl.₂.

Далее идут остальные благородные газы: аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn) и оганесон (Og).

Следовательно, всего их двенадцать газообразных элементов; одиннадцать, если исключить высокорадиоактивный и нестабильный оганесон.

Сложные соединения газообразной природы

Таких газов, конечно, большинство. Различные сочетания атомов в молекулах, объединенные ковалентными связями и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, позволяют сформироваться сотням различных представителей рассматриваемого агрегатного состояния.

Примерами именно сложных веществ среди газов могут быть все соединения, состоящие из двух и более разных элементов. Сюда можно отнести:

• пропан;
• бутан;
• ацетилен;
• аммиак;
• силан;
• фосфин;
• метан;
• сероуглерод;
• сернистый газ;
• бурый газ;
• фреон;
• этилен и прочие.

Кристаллическая решетка молекулярного типа. Многие из представителей легко растворяются в воде, образуя соответствующие кислоты. Большая часть подобных соединений — важная часть химических синтезов, осуществляемых в промышленности.

Давление газа

Можно было предположить, что из-за того, что сферы или частицы газа так рассеяны и разделены, они неспособны создавать какое-либо давление на тела или объекты. Однако атмосфера доказывает, что такое мнение ошибочно: она имеет массу, вес и не дает жидкостям испаряться или закипать из ниоткуда. Температуры кипения измеряются при атмосферном давлении.

Давление газа становится более поддающимся количественной оценке, если доступны манометры или если они заключены в емкости с недеформируемыми стенками. Таким образом, чем больше частиц газа находится внутри контейнера, тем больше количество столкновений между ними и стенками контейнера.

Эти частицы, когда они сталкиваются со стенками, давят на них, поскольку они оказывают на их поверхность силу, пропорциональную их кинетической энергии. Это как если бы идеальные бильярдные шары были брошены в стену; если их будет много, они могут даже сломаться.

Простые вещества среди газов

Какие по строению и структуре газы относятся к данной категории, мы уже оговаривали выше. Это те, что состоят из одинаковых атомов. Примеров можно привести много, ведь значительная часть неметаллов из всей периодической системы при обычных условиях существует именно в таком агрегатном состоянии. Например:

• фосфор белый — одна из данного элемента;
• азот;
• кислород;
• фтор;
• хлор;
• гелий;
• неон;
• аргон;
• криптон;
• ксенон.

Молекулы этих газов могут быть как одноатомными (благородные газы), так и многоатомными (озон — О 3). Тип связи — ковалентная неполярная, в большинстве случаев достаточно слабая, но не у всех. Кристаллическая решетка молекулярного типа, что позволяет этим веществам легко переходить из одного агрегатного состояния в другое. Так, например, йод при обычных условиях — темно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Однако при нагревании сублимируются в клубы ярко-фиолетового газа — I 2 .

К слову сказать, любое вещество, в том числе металлы, при определенных условиях могут существовать в газообразном состоянии.

Синонимы к слову «газ»

1. Воздух- Основной компонент атмосферы, состоящий преимущественно из азота, кислорода и малых количеств других газов.- Источник кислорода для дыхания живых организмов.

2. Газообразное вещество- Вещество, которое находится в газообразном состоянии при нормальных условиях температуры и давления.

3. Пар- Газообразное состояние вещества, образующееся при нагревании жидкости до ее кипения.

4. Эфир- Органическое соединение, обладающее характерным запахом и используемое в медицине и парфюмерии.

5. Газики- Небольшие количества газа, выделяющиеся при ферментации пищи в кишечнике.

Виды газов

Способность таких газов длительно поддерживать самостоятельный процесс горения позволила использовать их в качестве бытового и промышленного топлива – от квартирной колонки автономного отопления до котлов и турбин тепловых электростанций.

Другие свойства горючих газов и их смесей сделали возможным применение в качестве агентов для холодильного оборудования, в качестве исходного сырья для синтеза большинства видов пластмасс, пластиков, жидких видов топлива, растворителей и других товарных продуктов химической промышленности.

В список используемых горючих природных и получаемых по технологиям промышленного синтеза, газов входят:

Природный газ, который состоит в различных пропорциях (в зависимости от места добычи) из смеси метана, пропана с бутанами, гексана, этана, диоксида углерода, азота.

Природный газ – это продукт биохимического разложения органических материалов в толще земли. Большинство месторождений располагаются на глубинах меньше 1,5 км. Главный компонент – метан с примесями пропана, бутана.

• Газовый конденсат, попутный углеводородный газ с нефтегазовых месторождений, предприятий химико-технологической переработки нефти, отличающийся непостоянным составом, в котором преобладает наличие этана, пропана; а также присутствуют легкие, тяжелые нефтяные углеводородные соединения, включая керосиновые, бензиновые фракции.
• Коксовый газ, состоящий из смеси метана, водорода, окиси углерода.
• Аммиак.
• Водород.
• Сероводород.
• Оксид углерода.
• Метан, часто называемый болотным газом.
• Пропан.
• Бутан.
• Изобутан.
• Бытовая газовая смесь на основе пропана, бутана
• Ацетилен, используемый при производстве работ по газовой резке металлических конструкций, металлолома.
• Этилен, необходимый для производства полиэтилена.
• Пропилен.
• Оксид этилена.
• Бутадиен.
• Гексан.
• Пентан.

Безопасное использование таких газов характерно трубопроводным поступлением в зону горения, что реализовано в варочном и отопительном оборудовании, газовых резаках, а также при плановом горении газовых фонтанов при разведке, на промышленных площадках месторождений.

Свойства газа

Газ — это одно из состояний вещества, характеризующееся недвижимостью и заполнением объема, в отличие от жидкости и твердого тела. Газы имеют ряд уникальных свойств, которые определяют их поведение и позволяют использовать их в различных сферах деятельности человека.

1. Объем: Газы не имеют определенной формы и заполняют все доступное им пространство. Их объем зависит от внешних условий, таких как давление и температура.
2. Недвижимость: Газы, в отличие от жидкостей и твердых тел, не имеют определенной формы и не обладают силой сцепления между частицами. Они постоянно находятся в хаотическом движении.
3. Состояние: Газы обладают переменной плотностью и легко изменяют свое состояние при изменении температуры и давления.
4. Частицы: Газы состоят из молекул или атомов, которые находятся на значительном расстоянии друг от друга и движутся со случайной скоростью. Их взаимодействие происходит через столкновения.
5. Плотность: Газы обычно имеют низкую плотность по сравнению с жидкостями и твердыми телами. Их плотность зависит от давления и температуры.
6. Трубопроводы: Газы удобно перекачивать и транспортировать по трубопроводам благодаря своей недвижимости и способности занимать весь доступный объем.
7. Давление: Газы оказывают давление на стены сосудов, в которых они находятся. Давление газа зависит от его плотности и температуры.
8. Энергия: Газы обладают внутренней энергией, которая связана с движением и взаимодействием молекул. Эта энергия может быть использована для теплового и механического преобразования.

Изучение свойств газа позволяет разрабатывать эффективные технологии в области энергетики, медицины, промышленности и других сфер человеческой деятельности.

Кинетическая теория газов

Кинетическая теория газов является физической теорией, которая объясняет поведение газов на основе движения и взаимодействия их частиц. Она основана на предположении, что газ состоит из множества мельчайших частиц, называемых атомами или молекулами.

В рамках кинетической теории газов, газ представляется как набор частиц, которые постоянно двигаются в безупречно случайном порядке. Эти частицы являются недвижимыми точками и не имеют размера. Они могут сталкиваться друг с другом и со стенками сосуда, в котором находится газ.

Движение частиц газа создает воздействие на стенки сосуда, что приводит к возникновению давления. Давление газа определяется силой, с которой частицы сталкиваются со стенками, и зависит от их средней скорости и плотности.

Важной характеристикой газа является его объем, который определяет его размеры и форму. Газы могут заполнять любое пространство, в которое они помещены, и могут быть перенесены по трубопроводам и прочим системам

Кинетическая теория газов также объясняет энергию газа в терминах движения его частиц. Энергия газа связана с кинетической энергией частиц, и эта энергия определяет состояние газа — его температуру и давление.

Исследования в области кинетической теории газов позволяют нам более глубоко понять физические свойства газов и применять их в различных научных и практических областях. Кинетическая теория газов играет важную роль в физике, химии, инженерии и других науках, связанных с изучением газовых состояний.

Переход газа в жидкость

Переход газа в жидкость — это процесс, при котором недвижимые частицы газа переходят в состояние жидкости под воздействием изменения давления и плотности.

В газе атомы или молекулы находятся в постоянном движении. У них есть энергия, которая позволяет им перемещаться в пространстве между частицами. Однако, при определенных условиях, эти частицы могут столкнуться друг с другом и образовать жидкость.

Для того чтобы переход газа в жидкость произошел, необходимо изменение давления и плотности газа. Когда давление увеличивается, а плотность становится выше, частицы газа находятся ближе друг к другу и начинают взаимодействовать сильнее.

Энергия частиц газа снижается, и они собираются вместе, образуя жидкость. Этот процесс порождает силы взаимодействия между частицами, такие как силы притяжения или отталкивания, которые сохраняют частицы газа в жидком состоянии.

Переход газа в жидкость может происходить естественным образом, например, при охлаждении или снижении давления, или быть результатом специальных процессов, таких как конденсация газа внутри трубопровода.

Примеры перехода газов в жидкость:

Газ
Жидкость

Водяной пар
Вода

Аммиак
Жидкий аммиак

Спирт
Жидкий спирт

Переход газа в жидкость — важное явление в природе и промышленности. Он может быть использован для получения жидких форм различных веществ, а также в процессах охлаждения и хранения

Разделение газов по составу

Газы могут разделяться по своему составу, в зависимости от основных химических элементов, из которых они состоят. Различные газы обладают разными свойствами и характеристиками, что делает их полезными в различных сферах жизни, от промышленности до медицины.

1. Смесевые газы

Одним из типов газов являются смесевые газы, которые состоят из комбинации двух или более химических элементов

Важно отметить, что в смесевых газах каждый компонент сохраняет свои индивидуальные свойства. Примерами смесевых газов являются воздух, содержащий кислород и азот, а также пропан, содержащий газ и бутан

2. Единичные газы

Другой тип газов — единичные газы, которые состоят только из одного элемента или соединения. Эти газы обычно имеют четкое определенное химическое соединение. Примерами единичных газов являются кислород, азот, водород и хлор.

Примечание: Некоторые газы, хотя и являются единичными газами по своему составу, часто могут быть смешаны с другими газами для достижения определенных результатов. Это позволяет использовать их в различных процессах, таких как сварка или сжигание.

В организме человека

В организме человека происходит множество химических реакций и процессов, которые необходимы для поддержания жизни.

Некоторые примеры химических явлений в организме человека:

Пищеварение

Пища переваривается при помощи различных ферментов и кислот, включая желудочный и панкреатический соки.

Дыхание

При вдохе кислород из воздуха попадает в легкие, где происходит обмен газами, и углекислый газ выделяется из организма.

Кровообращение

В крови находятся различные элементы, в том числе эритроциты, содержащие гемоглобин, который связывает кислород и доставляет его к клеткам, а также белки, гормоны и другие вещества.

Экскреция

Почки фильтруют кровь, отделяя от нее отходы и лишнюю воду, которые затем выделяются в мочу.

Синтез белков

Клетки организма производят различные белки, в том числе ферменты, гормоны и антитела, при помощи рибосом.

Нервная система

Передача сигналов между нервными клетками происходит при помощи нейротрансмиттеров, таких, как допамин, серотонин и норадреналин.

Метаболизм

Это совокупность химических реакций, которые происходят в организме для превращения пищи в энергию и другие необходимые для жизни вещества.

Иммунная система

При борьбе с инфекцией иммунные клетки, такие как лейкоциты и антитела, сражаются с инфекционными агентами и уничтожают их.

Регуляция кислотно-щелочного баланса

Определенные буферные системы контролируют уровень кислотности (pH) в крови для поддержания нормальной функции тканей и органов.

Гликолиз

Это процесс, при котором глюкоза из пищи разлагается на более простые вещества и превращается в энергию.

Детоксикация

Печень фильтрует кровь и удаляет токсины и другие вредные вещества из организма.

Синтез мембран

Клетки организма производят мембраны, которые состоят из липидов и белков, и которые играют важную роль в защите и функционировании клеток.

Кроветворение

Кровь образуется в костном мозге благодаря специальным клеткам, называемым стволовыми клетками.

Окисление жиров

Это процесс, при котором жиры расщепляются на более простые вещества и превращаются в энергию.

Синтез гормонов

Различные органы организма производят гормоны, такие как инсулин, тиреоидные гормоны, половые гормоны и другие, которые регулируют различные функции организма.

Фотосинтез

Хлорофилл в растениях поглощает энергию света и использует ее для превращения углекислого газа и воды в глюкозу и кислород.

Окисление углеводов

Это процесс, при котором углеводы, такие как крахмал и сахар, расщепляются на более простые вещества и превращаются в энергию.

Сигнальные механизмы

Различные клетки организма обмениваются химическими сигналами, такими как нейротрансмиттеры и гормоны, для передачи информации и регулирования функций организма.

Ацидоз

Это состояние, при котором кислотность крови повышается из-за накопления кислотных продуктов обмена веществ, что может привести к серьезным проблемам здоровья.

Окисление аминокислот

Это процесс, при котором белки расщепляются на аминокислоты, которые затем могут использоваться для синтеза новых белков или превращаться в энергию.

Как понять что это газ

На глаз: на поверхности мыльной воды, налитой вдоль газовых труб, в местах утечки образуются пузырьки. На слух: в случае сильной утечки газ вырывается со свистом. По запаху: характерный запах, который выделяет газ, становится сильнее вблизи места утечки.

03.07.2023 Какие есть виды газов

Газообразные вещества, являющиеся одной из агрегатных форм веществ, представляют собой смеси или одиночные вещества, которые находятся в газообразном состоянии при определенных условиях температуры и давления. Они широко распространены как в природе, так и в промышленности и быту.

Виды газов многообразны и разнообразны. Одним из наиболее распространенных являются газы, выделяющиеся из атмосферного воздуха, такие как кислород, азот и аргон. Кислород играет важную роль в поддержании жизни на Земле, необходимый для дыхания живых организмов. Азот используется в различных отраслях промышленности, например, в производстве азотной кислоты и аммиака. Аргон, не реагируя с другими веществами, используется в промышленности и для заполнения ламп накаливания и других устройств.

Еще одним распространенным видом газов являются углеводороды, содержащиеся в природном газе, который добывается во время добычи углеводородов. Пропано-бутановая смесь, метан и этан являются основными составляющими природного газа. Эти газы широко используются в бытовых условиях, для отопления, приготовления пищи и топлива для автомобилей.

Не менее интересным является ацетилен, который часто используют в промышленности для сварки и резки металла. Гелий, известный своими низкими плотностью и точкой кипения, находит применение в научных и медицинских исследованиях, а также в шариках на праздниках.

В химии также существует множество газообразных веществ. При обычных условиях, то есть при нормальной температуре и давлении, газообразными являются некоторые простые вещества. К ним относятся водород, азот, кислород, озон, галогены (фтор и хлор) и благородные газы, такие как гелий, неон и аргон.

Природный газ, который получается при анаэробном разложении органических веществ в недрах Земли, имеет свои особенности. Он может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. Газ в газообразном состоянии накапливается в газовых залежах или может образовывать газовую шапку над нефтегазовыми месторождениями.

Природный газ обычно не имеет цвета и запаха, поэтому добавляют запахающие присадки для обнаружения утечек газа в бытовых условиях.

Газы нефтепереработки также имеют свои особенности. Они делятся на две основные группы: предельные газы, содержащие водород и предельные углеводороды нефти, и газы, полученные в результате прямой перегонки нефти, такие как метан, этан, пропан и бутан.

Для газоснабжения домов используются различные виды газов. Природный газ, состоящий главным образом из метана, является одним из основных источников энергии в многих странах. Сжиженный газ, который представляет собой смесь пропана и бутана, широко используется для отопления и приготовления пищи.

Однако, газы могут представлять опасность для жизни и здоровья человека. Некоторые газы являются ядовитыми и могут вызывать отравления. Например, угарный газ, который не имеет цвета, вкуса и запаха, является особенно опасным. Он быстро распространяется, смешивается с воздухом и при попадании в организм человека может вызвать серьезные последствия, включая смерть.

В заключение, газообразные вещества представляют собой разнообразные и распространенные составляющие нашей окружающей среды. Они играют важную роль в промышленности, быту и научных исследованиях

Однако, необходимо помнить о возможной опасности, связанной с некоторыми газами, и соблюдать соответствующие меры предосторожности при работе с ними

Форма газов

Газы, в отличие от жидкостей и твердых тел, не относятся к конденсированному типу; то есть агрегации или сцепления его частиц никогда не удается определить форму. Их разделяет с жидкостями то, что они полностью занимают объем емкости, в которой они находятся; однако им не хватает поверхности и поверхностного натяжения.

Если концентрация газа высока, его «язычки» или уже описанные макроскопические формы можно увидеть невооруженным глазом. Они рано или поздно исчезнут из-за действия ветра или простого расширения газа. Таким образом, газы покрывают все углы ограниченного пространства, образуя очень однородные системы.

Теперь теория удобно рассматривает газы как сферы, которые почти не сталкиваются сами с собой; но когда они это делают, они упруго подпрыгивают.

Эти сферы широко разделены друг от друга, поэтому газы практически «полны» вакуума; отсюда его универсальность, позволяющая проходить через малейшие щели или трещины, и легкость их значительного сжатия.

Поэтому, какой бы закрытой ни была пекарня, гуляя по соседству, вы обязательно насладитесь ароматом свежеиспеченного хлеба.

5: Газы в природе

Газы в природе являются неотъемлемой частью окружающей нас среды.
Они встречаются в атмосфере Земли, а также могут образовываться и накапливаться в различных природных образованиях, таких как газовые ледники и вулканы. Вот несколько интересных фактов о газах в природе:

1. Атмосферные газы: Атмосфера Земли состоит главным образом из трех главных газов — азота, кислорода и аргона. Они играют важную роль в поддержании жизни на планете, обеспечивая необходимый состав воздуха для дыхания людей, животных и растений.

2. Газовые ледники: В некоторых местах Земли существуют так называемые газовые ледники, которые содержат значительное количество газов в замороженном состоянии. Основными газами, которые могут образовывать газовые ледники, являются метан и диоксид углерода. Их образование связано с накоплением и заключением газов в ледяной матрице на протяжении многих лет.

3. Газы вулканов: Вулканы — это еще один источник газов в природе.
Во время извержения вулкана, из него выбрасываются различные газы, такие как водяной пар, диоксид серы, диоксид углерода и метан. Эти газы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на окружающую среду, в зависимости от их концентрации и состава.

Биогаз

Биогаз – это газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы.

Метановое брожение биомассы происходит под воздействием трех видов бактерий. В цепочке выработки биогаза последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид – бактерии гидролизные, второй – кислотообразующие, третий – метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

Рис. 8. Заводы производящие биогаз

Человечество научилось использовать биогаз очень давно. В 1 тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах – это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остается в ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

Первая задокументированная биогазовая установка была изготовлена и построена в Бомбее (Индия, 1859 год). В 1895 году биогаз активно применяли в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

Рис. 9. Модель биогазовой установки по сравнению с человеком

В СССР основные исследования начались в 40-х годах прошлого века. В 1948-1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. В рамках чего в Запорожском конструкторско-технологическом институте сельскохозяйственного машиностроения были построены 10 комплектов оборудования. Из современников в области биогаза отметились Andreas Krieg, Torsten Fischer, Walder Schmid. Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Рис. 10. Схема применения биогаза

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Рис. 11. Схема получения биогаза из навоза

Ведущее место по производству и применению биогаза среди промышленно развитых стран по относительным показателям принадлежит Дании – биогаз занимает почти 18 % в ее общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия – 8000 установок. В Западной Европе более половины всех птицеферм отапливаются биогазом.