Моддалар табиатда уч хил агрегат ҳолатда бўладилар. Газ, суюқ ва қаттиқ ҳолатлар моддаламинг агрегат ҳолатлари бўлиб, улар молекулаларининг бир-бирига нисбатан жойлашуви, молекулалараро масофа ва тортишув кучларига боғлиқ бўлади.
Газсимон ҳолат
Газсимон ҳолат молекулалар орасидаги масофа (l) молекулаламинг ўлчами (r) га нисбатан жуда катта (l > r) ва улар орасида юзага келадиган тортишув кучлари (F) жуда кам бўлган ҳолат. Газсимон ҳолатда молекулаларнинг кинетик энергияси юқори бўлиб, улар сийрак, бетартиб жойлашади ва улар орасидаги масофани ўзгартириш мумкин, яъни босим остида температурани пасайтириб газларни суюлтириш (сиқиш) мумкин. (Турли газ компрессор қурилмаларининг ишлаши шунга асосланган.) Бу усул билан ҳавони, табиий газларни суюқ ҳолга ўтказиб, газлар аралашмасини ташкил этган компонентлар бир-биридан ажратилади (ректификацияланади).
Босим ва ҳажмнинг ўзаро боғлиқлик графиги
Газларнинг ҳолати турли параметрлар(P—босим, T —температура, V— ҳажм) орқали тавсифланади. Бу параметрлами ўзаро боғловчи математик ифодалар—газламинг ҳолат тенгламалари дейилади. Улар қуйидагилар:
a) PV = const. Доимий температурада m—массали газнинг ҳажми унинг босимига тескари пропорсионал (1662 й. Р.Бойл, 12а-расм, газламинг суюлиши).
b) V/T = const ёки V=KT. Доимий босимда газнинг ҳажми температура ортиши билан ортади, яъни газ кенгаяди: Гей-Люссак 1802 й. ва Шари 1787 й. Бу иккала қонуннинг умумлашган ҳолати:
d) PV/T = const ёки P0V0/T0 = PV/T идеал газнинг ҳолат тенгламаси дейилади. Бу тенгламадан фойдаланиб газламинг барча параметрларини ҳисоблаш мумкин.
Газламинг асосий хусусиятларидан бири — уламинг диффузиясидир. Агар икки ёки ундан ортиқ газлар ўзаро аралаштирилса, улар бир жинсли аралашма ҳосил қилиб, бир газ молекулалари орасига бошқа газ молекулалари сингиб кетади, яъни диффузияланади. Грем (1829 й.) газламинг нисбий диффузия тезлиги тўғрисида қуйидаги қонунни очди:
— Бир хил шароитда икки (А ва B) газлар диффузиясининг нисбий тезлиги, шу газлар зичликларининг квадрат илдизига тескари пропорсионалдир:
бу ерда: V — газнинг диффузия тезлиги; p — газнинг зичлиги. Газламинг зичлиги уларнинг молекуляр массасига тўғри пропорсионаллиги эътиборга олинса:
Газ молекулалари жуда кичик бўлганлиги.сабаблиулар жуда кичик тешиклардан ўтиш хоссасига эга. Бунга газламинг эффузияси дейилади. Газларнинг эффузияси улар диффузияси (тарқалиши) билан боғлиқ. Газламинг (ёки газсимон, осон учувчан моддаларнинг) эффузияси жуда катта амалий аҳамиятга эга. Газларнинг бу хусусиятидан фойдаланиб газлар аралашмаларини таркибий қисмларга ва 235U, 238U изотоплар бир-биридан ажратилади, газламинг молекулалар массалари аниқланади.
Масалан: жуда кичик тирқишдан 146 сек. да номаълум газнинг 50 см3 ҳажми ўтади. Шунча миқдор CO2 гази эса, 115 сек да ўтади. Номаълум газнинг молекуляр оғирлигини ҳисобланг:
Булардан ташқари, газлар учун Авогадро қонуни, газларнинг эрувчанлиги тўғрисида Генри қонуни, парсиал босим қонуни (Далтон қонуни) ва газларнинг кинетик назариялари, реал газлар учун Ван-дер-Ваалс тенгламалари мавжуд бўлиб, улар модданинг газсимон ҳолатини янада чуқурроқ ўрганиш имкониятини беради.
Газларга мисоллар
Газнинг энг кенг тарқалган намунаси ҳаво (биз нафас олаётган ҳаво газдир). Буни азот, кислород ва карбонат ангидрид каби кўплаб газларнинг аралашмаси сифатида ҳам кўриб чиқиш мумкин . Қуйида газларнинг баъзи мисоллари келтирилган.
- Водород
- Азот
- Кислород
- Карбонат ангидрид
- Карбон моноксит
- Сув буғи
- Гелий
- Неон
- Аргон
- Озон
Шуни таъкидлаш мумкинки, бу моддалар ҳарорат ва босим (н.ш) учун стандарт шароитларда газсимон фазада мавжуд. Бироқ, агар газга этарли босим қўлланилса ва газ этарлича паст ҳароратгача совутилса, уни суюлтириш мумкин.
Идеал газ нима?
Идеал газни атомлар ёки молекулалар орасидаги барча тўқнашувлар табиатан мукаммал эластик бўлган ва газ зарралари орасидаги молекулалараро тортишиш кучлари мавжуд бўлмаган газ сифатида тавсифланиши мумкин. Идеал газнинг заррачаларини бир-бири билан ўзаро таъсир қилмайдиган, бир-бирига тўқнашадиган жуда қаттиқ шарлар қатори сифатида тасаввур қилиш мумкин. Шуни таъкидлаш керакки, барча идеал газлар идеал газ қонунига бўйсуниши керак. Бу қонун газнинг идиш деворларига таъсир қиладиган босимини, газнинг мутлақ ҳароратини, газ эгаллаган ҳажмини, газсимон модданинг миқдорини (ёки газнинг моллари сони) ва универсал газ константасини тенглаштиради.
Газларнинг макроскопик хоссаларини ифодалаш учун қайси тўртта физик хусусиятдан фойдаланилади?
Газнинг макроскопик хусусиятларини ифодалаш учун ишлатиладиган тўртта физик хусусият:
- Газсимон модданинг эгаллаган ҳажми
- Газсимон модданинг идишининг деворларига кўрсатадиган босими
- Газсимон модда билан боғлиқ бўлган мутлақ ҳарорат
- Газсимон заррачалар сони
Шуни таъкидлаш керакки, бу тўртта физик хусусият барча газлар учун бир-бири билан боғлиқ. Идеал газлар учун бу муносабатлар идеал газ қонуни билан таъминланади.
Ҳақиқий газ ва идеал газни фарқланг
Ҳақиқий газ маълум шароитларда газ қонунларига бўйсунади, идеал газ эса ҳар доим газ қонунларига бўйсунади. Иккала газ молекулаларининг ҳажми, ўзаро таъсири ва бошқалар жиҳатидан ҳам фарқланади.
Идеал газ гипотетик газдир, яъни у ҳақиқатда мавжуд эмас. У барча босим ва ҳарорат шароитида газ қонунларига бўйсунади. Идеал газда заррачалараро ўзаро таъсир бўлмагани учун у барча йўналишларда тасодифий ҳаракатланадиган кўплаб зарраларни ўз ичига олади.
Ҳақиқий газ эса бизнинг атрофимизда мавжуд. Ҳақиқий газлар фақат юқори ҳароратларда ва паст босимларда газ қонунларига бўйсунади. Ушбу газларнинг молекулалари бир-бири билан ўзаро таъсир қилганлиги сабабли, улар идеал газ каби ҳаракат қилмайди.
Газларнинг моноатомик, диатомик ва бошқа шакллари деганда нимани тушунасиз?
Монатомик газлар битта атомдан иборат. Бу газлар гелий, неон, криптон, аргон ва радон каби асил газлардан ҳосил бўлади. Кислород, азот ва водород каби бошқа элементлар одатда диатомик газларни ҳосил қилади. Озон каби триатомик газлар бир нечта соф элементлардан (О3) ҳосил бўлади. Карбонат ангидрид, карбон моноксит, азот оксиди, пропан ва фреон каби кўплаб умумий газлар бирикмалардир.