Какие бывают свойства газов

Газообразные вещества – вещества со слабыми связями между частицами. Главные свойства газов – это подвижность и хаотичное движение частиц, направление которых меняется при столкновении. Газ – одно из 4 агрегатных состояний веществ, которые на сегодняшний день известны науке.

Четыре агрегатных состояния вещества

Газообразное состояние вещества – одно из трех «классических». Помимо него, выделяются также твердые и жидкие вещества. В последнее время в учебниках встречается определение и четвертого агрегатного состояния – плазмы. Это ионизированные (частично или полностью) газы. Четвертый тип агрегатного состояния был выявлен при изучении космоса, и, оказывается, он встречается во Вселенной чаще всего. Плазма – это составная часть многих планет, основа звезд, туманностей, высших слоев атмосферы Земли.
Далее речь пойдет о газах. Они были открыты сравнительно недавно, позже жидких и твердых веществ, так как не поддавались изучению человеческим глазом. Развитие науки в сфере газообразных соединений началось с XVII века.

Краткая история открытия газов

Современное название газам дал Жан Баптист ван Гельмонт (1580-1644), голландский химик. В первые годы XVII века он экспериментальным путем впервые получил «мертвый воздух» (углекислый газ). С этого и началось изучение газообразных соединений. Слово «газ» Гельмонт выбрал для названия по аналогии с греческим словом «хаос», так как, по его словам, видел в полученном им «паре» сходство с «хаосом древних». Но некоторые ученые спорят, что принятое сейчас обозначение все же пошло от немецкого «gasen», что в переводе означает «кипеть».
Больше всего открытий ученые совершили позже, уже в XVIII-XIX веках. В 1802 г. французский исследователь Гей-Люссак открыл закон теплового расширения газов: при повышении температуры увеличивается объем газообразных веществ. Вдохновленный его примером, в 1811 итальянский химик Амедео Авогадро открыл закон, который позднее назвали его же именем. Закон звучит так: «число молекул всегда одно и то же в одинаковых объемах любых газов». Иными словами, в 1 моле любого газообразного вещества при одинаковых условиях (давление, температура) одно и то же число частиц. Это число – число Авогадро: 6,02 * 1023.
Помимо выделения общих законов, в тот же период ученые постепенно открывали отдельные газы:

• 1766 – Генри Кавендиш открыл водород («гремучий газ»);
• 1772 – Генри Кавендиш получил азот;
• 1774 – Джозеф Пристли в лабораторных условиях получил кислород;
• 1776 – Ж. Лассон впервые наблюдал образование угарного газа;
• 1886 – Анри Муссан выделил фтор;
• 1785 – М. Ван-Марум обнаружил озон и так далее.

На июль 2017 года открыто 826 газов, а в будущем, возможно, к газообразному агрегатному состоянию припишут еще 90 веществ. Многие открытые газы не природные, они получены в лабораторных условиях.

Свойства газообразных веществ

Выделяется целый ряд физических и химических свойств газов. Основные физические свойства:

1. Газы способны занимать все отведенное им пространство, независимо от объема вещества. Это отличает их от жидкостей и твердых тел: и первые, и вторые занимают ограниченный объем. Простой пример данного свойства: если во время готовки закрыть кухню, запах останется только на ней. Если открыть дверь, он распространится по всей квартире. И в том, и в другом случае объем газа одинаковый.
2. Газообразные вещества легко соединяются между собой. В полученных смесях нет четких границ: молекулы хаотично перемешиваются.
3. Связи между частицами вещества очень слабые. Пространство между частицами в разы больше, чем размер самих частиц. Именно поэтому газы способны заполнять произвольные объемы.
4. Объем газов может многократно сжиматься. Например, кислород можно сжать до 200 раз по сравнению с первоначальным объемом.
5. Газы способны к диффузии, то есть к проникновению в другие вещества и перемешиванию. Это касается не только других газов, упомянутых выше. Например, частицы кислорода проникают в воду.
6. Газы отличаются по тяжести молекул. В связи с этим, несмотря на диффузию, два газа с заметными различиями в массе постепенно разделятся.
7. Газообразные вещества могут появляться путем межфазного перехода, то есть из других агрегатных состояний. Первый вариант межфазного перехода – испарение при нагреве жидкого вещества, второй – сублимация, при которой твердое вещество, минуя стадию жидкости, сразу становится газом.
8. Газы не проводят электрический ток. Исключение составляют ионизированные вещества.
9. У газов низкая теплопроводность и теплоемкость. Конкретные показатели зависят от типа молекул.
10. Если газ находится под высоким давлением, он способен повредить стенки сосуда, если те недостаточно прочны. Объясняется это просто: чем больше давление, тем сильнее отталкиваются друг от друга частицы вещества. Потенциальная энергия газа увеличивается и вызывает взрывное расширение.

Если же газ подвергнуть высоким температурам, сначала он станет разреженным. Увеличится скорость теплового движения частиц. При достижении определенного температурного показателя произойдет тепловая ионизация, вещество перейдет в следующее агрегатное состояние – плазму.
Некоторые газы не имеют цвета, другие же заметны человеческому глазу. Например, I2, йод. Это вещество получают путем сублимации кристаллов йода, и его клубы имеют ярко выраженный фиолетовый оттенок. Но большинство соединений все же бесцветные, прозрачные и легкие, поэтому долгое время их не могли открыть и изучить.

Классификация газов

Вещества в газообразном состоянии принято делить на несколько категорий. Классификацию часто просят отразить в конспектах во время школьных занятий. Рассмотрим самые распространенные ее типы.

Органические и не органические

Органическими газами являются те вещества, которые содержат углерод. Примеры:

• этилен (С2Н4);
• метиламин (CH3NH2);
• ацетилен (C2H2).

Также к этой категории относятся метан, пропан, этан. Логично, что к неорганическим соединениям относятся те, в которых C отсутствует. Это аммиак, хлор и фтор, силан, гелий, неон, аргон и так далее. Инертные и благородные газы – не органические.

Простые и сложные

Органические и не органические газы, в свою очередь, делятся на простые и сложные. Перечисленные выше органические соединения – сложные. В них содержатся разные атомы: ацетилен (C2H2) – 2 атома углерода и 2 атома водорода, этилен (С2Н4) – 2 атома углерода и 4 водорода. Если же газ получается из одного или нескольких атомов одного и того же элемента таблицы Менделеева, его называют простым.
Простые газы: кислород O2, азот O3, водород H2, хлор Cl2. Перечислять можно и дальше.

Газообразные вещества в химии

Газы в химии начинают изучать в 8 классе. Рассмотрим основные свойства, которые принято включать в учебники по предмету.
Атомы или молекулы газов соединяются между собой ковалентными связями. Они очень слабые и часто рвутся, именно поэтому вещества в газообразном агрегатном состоянии способны заполнять произвольные объемы и емкости разных форм. Бывают два вида строения решеток у газов:

• атомная;
• молекулярная.

На уроках химии газообразные вещества часто получают в лабораторных условиях. Для этого могут пользоваться разными методами: нагревать жидкость, твердые вещества, добиваться реакции между сложными соединениями. Некоторые формулы реакций:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 – водород.
NH4Cl + NaOH = NaCl + H2O + NH3 – аммиак
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 – углекислый газ.
Так как многие газы прозрачны и не имеют запаха, используются дополнительные методы их обнаружения. Одни соединения усиливают пламя, другие останавливают горения. Ряд газообразных веществ может менять цвет взвешенной в воде извести, делать жидкость мутнее.

Примеры газов

В списке газов свыше 800 наименований. Стоит рассмотреть самые распространенные:

1. Кислород. Формула – O Простой газ, который состоит из двух атомов кислорода. Отличительные особенности – отсутствие запаха, цвета и вкуса. По тяжести кислород немного превосходит воздух. Газ плохо растворяется в спирте и воде, из-за чего в жидкостях часто встречаются пузырьки кислорода. Диффузия хорошо проявляется в жидком серебре. Кислород – один из самых распространенных газов. В коре нашей планеты его 47%, в атмосфере – 20%, а в мировых водах 85%.
2. Водород, обозначение – H Самый легкий из встречающихся в природе газ. Его масса меньше воздуха в 14 раз. Так же, как и кислород, бесцветен и безвкусен, полностью прозрачен. В воде растворение происходит плохо, но тот же процесс успешно протекает в палладии. Водород редко встречается в качестве отдельного элемента, большой процент частиц входит в различные соединения.
3. Углекислый газ, CO Относится к сложным органическим газам. Объем в атмосфере – менее 1%. Способен кристаллизоваться при температуре -78,3 градуса по Цельсию, переходить в жидкое состояние при температуре 18-25 и давлении 6 Мпа. Тяжелее воздуха, но разница не такая значительная, как у водорода: масса больше в 1,5 раза. В обычных концентрациях у углекислого газа нет запаха и вкуса, но при больших скоплениях появляется кислый аромат (отсюда и название).
4. Азот, N Занимает 78% атмосферы, но встречается и за пределами нашей планеты. В отличие от других газов, у азота прочная тройная связь, которую сложно разорвать. Азот растворяется в воде в 2 раза хуже, чем кислород, и в 8 раз хуже, чем водород. Вещество не имеет запаха.

Все перечисленные газы входят в состав воздуха и образуют земную атмосферу. Но большая часть, 98-99%, приходится на азот и кислород.
Если имеется желание, познакомиться с газообразными веществами поближе всегда можно при помощи лабораторных экспериментов. Однако при работе с газами нужно соблюдать предельную осторожность.

Газ присутствует во многих сферах жизнедеятельности. На нем работают двигатели транспортных средств, им отапливают помещения, его используют в качестве энергоносителя в разных бытовых и промышленных устройствах. Не плохо бы узнать, из чего состоит, какие свойства имеет и что за опасности скрывает в себе этот универсальный вид топлива, ведь верно?

Мы расскажем о том, какое топливо подается в жилые помещения, рассмотрим виды бытового газа и разберем, что входит в его состав. Также напомним правила эксплуатации, которые необходимо знать каждому, кто пользуется газовым оборудованием в быту.

Какой газ подается в жилые дома?

Бытовым газом называют важнейший сырьевой ресурс, необходимый для подогрева воды, приготовления пищи и организации системы отопления в быту. Он представляет собой смесь горючих газообразных веществ и некоторых дополнительных субстанций.

Разновидности бытового газа

По сравнению с другими источниками энергии газ обладает множеством преимуществ: быстро разжигается, не выделяет копоть и дым при сгорании, практически не содержит вредных компонентов и твердых примесей. Процесс горения голубого топлива легко контролировать.

Существует два основных типа газа, используемого в бытовых условиях:

1. Природный. Газообразное вещество, которое закачивается в хранилища и поступает к жилым объектам по разветвленной системе трубопроводов. Состоит преимущественно из метана и не меняет физического состояния с момента добычи до доставки непосредственному потребителю.
2. Сжиженный. Пропан-бутановая смесь, получаемая в процессе переработки нефти. Представляет собой жидкость, помещенную в специальные резервуары для хранения или транспортировки в места, где применение труб невозможно либо экономически нецелесообразно.

Через централизованные системы отопления и газоснабжения в жилые помещения подается природный газ, добываемый из недр земли и предварительно очищенный от ряда примесей. Этот вид топлива считается наиболее дешевым, доступным и удобным для многоквартирных домов.

А вот сжиженной пропан-бутановой смеси характерна большая теплота сгорания, но при этом она намного взрывоопаснее. Баллоны с жидким газом нуждаются в правильной транспортировке, настройке и подключении. При их эксплуатации крайне важно соблюдать особые меры безопасности. Зачастую баллоны или газгольдеры устанавливают в частных домах, на дачных участках.

Поскольку метан вдвое легче воздуха, при утечках он скапливается вверху. Пропан-бутановая смесь, наоборот, уходит вниз. Это нужно учитывать в чрезвычайных ситуациях.

Состав и давление газа в трубопроводах

Прежде, чем оказаться в магистральных трубопроводах, ведущих к жилым домам, природный газ проходит предварительную переработку и несколько степеней очистки. В ходе процедур в топливо добавляют необходимые примеси, делая состав максимально эффективным и безопасным для применения.

Основную долю топливной смеси составляет метан. В зависимости от региона добычи его содержание варьируется от 80 до 98% от общего объема. Именно количество метана служит показателем качества энергоносителя.

В составе бытового газа также присутствуют:

• углекислый газ;
• пропан;
• этан;
• бутан;
• сероводород;
• гелий.

Кроме этого, топливо может содержать незначительную часть паров воды и азота. Свойства и характеристики почти полностью определяются метаном, но могут меняться под влиянием количественного и качественного состава смеси.

В системах газопроводов, по которым циркулирует топливо, создается очень высокое давление – выше 2,5 МПа и до 10 МПа. Под таким давлением газ перемещается на большие расстояния и между населенными пунктами.

Поскольку подобный показатель неприемлем для бытового потребления, при поступлении на газораспределительные станции его значительно снижают, проводя дополнительную очистку метана. Так, до потребителей газ перемещается под давлением до 5 кПа (низкого давления), от 5 кПа до 0,3 МПа (диапазон среднего) и 0,3 МПа до 1,2 МПа (диапазон высокого давления). Подробнее нормативы давления в газопроводе мы рассмотрели в следующем материале.

Причины специфического запаха газа

Сам по себе в чистом виде метан не обладает характерным запахом и цветом. Что такого добавляют в бытовой газ, чтобы он характерно пахнул? Определить утечку с помощью обоняния возможно благодаря тому, что в газ подмешивают небольшое количество веществ, обладающих резким неприятным запахом.

Эти вещества называют одорантами. Они придают топливной смеси специфический запах прелого сена, тухлых яиц или гнилой капусты, который предупреждает об опасности и вероятной утечке газа в помещении.

В качестве одорантов применяют серосодержащие органические соединения, чаще всего – этилмеркаптан или этантиол. Их распыляют в структуру топливной смеси с помощью специальных установок во время переработки.

Чем опасен бытовой газ?

Какой бы газ ни поступал в жилые дома, по магистральному газопроводу или от баллона, при неправильном обращении он бывает смертельно опасен.

Рекомендуем ознакомиться со статьей: [link_webnavoz]Почему взрываются газовые баллоны: основные причины аварий[/link_webnavoz].

В составе подаваемого в дома природного газа почти нет токсичных веществ. Но в быту происходит множество случаев, когда в результате утечки наносится серьезный вред организму или даже наступает смерть. Основная причина этого – углекислый газ, который попадает в помещение и вытесняет кислород из окружающего пространства, вызывая удушье.

Еще одна негативная особенность метана – высокая пожаро- и взрывоопасность. Уровень риска определяется многими дополнительными факторами, в частности – давлением и окружающей температурой.

Особую опасность в замкнутых загазованных помещениях представляет электрооборудование, устройства, работающие от аккумуляторов и батареек. При высоком процентном соотношении метана даже включенный мобильный телефон и ноутбук способны спровоцировать взрыв или возгорание.

Взрывы бывают настолько сильными, что практически полностью разрушают жилье. Поэтому, услышав характерный запах в квартире, желательно не пользоваться электроприборами и отключить электричество в щитовой.

О чем говорит цвет пламени в конфорках?

Пламя на газовой плите или в котле часто имеет разные оттенки. Цвет зависит от того, какого качества газ поступает в квартиры. По нему судят о физико-химических показателях топливной смеси.

Качественное топливо с однородной структурой отличается равномерным горением, насыщенно голубым цветом огня. Такой газ полностью сгорает, выделяя при этом максимальное количество тепла и минимум вредных веществ.

На чистоту горения влияет содержание водорода. Если же в пламени появляются язычки красного, оранжевого или желтого цвета, это свидетельствует о наличии проблемы.

Причины может быть две:

1. Дисбаланс в топливовоздушной смеси.
2. Низкое качество энергоносителя.

Ненормальный цвет пламени в горелке говорит о наличии нежелательных примесей, неполном сгорании топлива и образовании угарного газа. Поэтому оба случая потенциально опасны.

Дисбаланс в топливной смеси может возникать из-за недостаточного или избыточного притока воздуха, засоренности горелки сажей, пылью, копотью. Бывает, что к дому подается газ низкой плотности, не способный обеспечить оптимальный уровень нагрева.

В данной ситуации для нормальной работы системы требуются большие объемы ресурса, а, следовательно, растут счета по коммунальным платежам. Обычно виновниками являются управляющие компании, которые увеличивают свои доходы, намеренно снижая содержание углеводорода и углекислоты в энергоносителе.

Рекомендации по безопасному использованию газа

На практике большая часть взрывов и пожаров вызвана человеческим фактором, пренебрежением техникой безопасности при пользовании газом, халатностью в обращении с газовым оборудованием.

Чтобы обезопасить себя и близких, нужно соблюдать ряд норм и общеустановленных правил. Это поможет предотвратить взрывоопасные ситуации и все неблагоприятные последствия, связанные с утечкой газа.

Правила эксплуатации газового оборудования

Любое газовое оборудование следует покупать только в специализированных компаниях, которые могут предъявить сертификаты на реализацию такого типа товара. Нужно обратить внимание, чтобы в комплекте обязательно присутствовала инструкция по безопасной эксплуатации прибора. 

Важно придерживаться следующих правил эксплуатации газового оборудования:

• внимательно прочитать инструкцию и соблюдать указанные в ней рекомендации;
• не использовать оборудование не по назначению (прогревать квартиру с помощью газовой плиты);
• контролировать работоспособность приборов и вентиляции, ежегодно приглашать специалистов с целью проверки тяги;
• обеспечивать нормальный приток воздуха в помещении, не изолировать вентиляционные отверстия, не загромождать газовые трубы;
• не оставлять функционирующие приборы без присмотра, особенно в помещениях с малолетними детьми, а также если устройства не рассчитаны на непрерывную работу и не снабжены соответствующей автоматикой;
• не привязывать к газопроводам веревки для белья;
• перекрывать газовые вентили и краны на трубопроводе перед уходом из дома, при длительном отсутствии лучше выключать и электричество;
• не задувать и не заливать водой или другими жидкостями пламя на конфорке.

Очень важно регулярно проверять состояние и герметичность шлангов, арматуры, резьбовых соединений. Оптимальная длина гибкого шланга – не более 2 метров, максимальный срок службы – до 4 лет.

Шланг должен быть плотно надет на газовый кран, но при этом не рекомендуется слишком сильно перетягивать зажимной хомут.

Больше рекомендаций по безопасной эксплуатации газового оборудования мы рассмотрели в этой статье.

Почувствовав характерный запах газа в квартире, необходимо немедленно перекрыть краны горелок и вентили на трубопроводе. Также следует открыть двери, окна и тщательно проветрить загазованное помещение, позаботившись о том, чтобы его быстро покинули все присутствующие.

Людей, пострадавших от газа, нужно срочно вынести на свежий воздух и оказать им первую медицинскую помощь:

• уложить на спину так, чтобы ноги находились выше тела;
• снять стягивающую одежду;
• укрыть, растереть грудь, поднести нашатырный спирт;
• при рвоте повернуть на бок;
• по возможности напоить большим количеством воды.

Нельзя делать то, что может создать искру или пламя: курить, зажигать огонь, включать/выключать электроприборы, освещение, нажимать кнопку звонка, пользоваться мобильными устройствами.

О случившемся желательно сразу же сообщить в аварийную газовую службу. Пока приедут спасатели, стоит предупредить о ситуации соседей.

Способы обнаружения утечки

Для обнаружения утечки газа в помещении используют несколько проверенных способов. Самый простой и распространенный вариант – провести осмотр поверхности, нанеся вдоль газовых труб мыльную воду. В случае утечки в проблемных местах образуются пузырьки.

Наиболее надежный способ избежать неприятностей – установить датчик угарного газа.

Кроме того, определить утечку можно на слух или по запаху. При сильной утечке топливная смесь из труб вырывается со свистом. Несложно почувствовать и специфический запах одорантов, добавляемых в структуру топлива при переработке.

Выводы и полезное видео по теме

Какой путь проходит природный газ от момента добычи до доставки конечному потребителю:

Рекомендации по безопасной эксплуатации газовых приборов:

Природный газ, подаваемый в квартиры по магистральным трубопроводам, – один из самых доступных и выгодных видов топлива. Он обладает высокой теплотворной способностью и не содержит вредных примесей, загрязняющих окружающее пространство.

В то же время газ является источником повышенной опасности и требует осторожного обращения в быту. Чтобы не допустить возгорания, взрывоопасных ситуаций и отравления в результате утечки, нужно соблюдать определенные меры безопасности при использовании газового оборудования.

Своевременное обслуживание газового оборудования, обеспечение качественной вентиляции, контроль над работой техники и грамотные действия в момент ЧП – вот основные правила безопасного использования газа.

У вас остались вопросы по видам бытового газа? Или хотите дополнить эту публикацию полезной информацией? Пишите свои комментарии, задавайте вопросы нашим экспертам и другим пользователем – форма обратной связи расположена внизу.