Что такое газ?

Если говорить простыми словами, газ — это одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества (наряду с твёрдым телом, жидкостью и плазмой). В этом состоянии частицы вещества — атомы или молекулы — практически не связаны между собой и находятся в постоянном хаотическом движении, стремясь заполнить весь предоставленный им объём.

Само слово «газ» происходит от голландского «gas», которое, в свою очередь, восходит к древнегреческому «χάος» (háos), что буквально означает «хаос». И это очень точное название, ведь частицы газа действительно движутся хаотично.

Газообразное состояние характеризуется очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью.

Именно благодаря этому газы не имеют собственной формы и объёма — они принимают форму сосуда, в который их поместили, и равномерно распределяются по всему доступному пространству. Попробуйте надуть воздушный шарик — газ (в данном случае воздух) заполнит его полностью, принят его форму.

Основные свойства газов

Чтобы лучше понять, что такое газ, стоит рассмотреть его ключевые свойства:

  • Сжимаемость. Газы легко сжимаются под давлением, уменьшая свой объём.
  • Расширяемость. При нагревании газы значительно расширяются.
  • Текучесть. Газы способны легко течь и перемешиваться.
  • Низкая плотность. По сравнению с жидкостями и твёрдыми телами плотность газов очень мала.
  • Растворимость. Многие газы могут растворяться в жидкостях (например, углекислый газ в воде, что даёт нам газировку).

Виды и классификация газов

Газы можно классифицировать по разным признакам.

По происхождению

  • Природные газы. Существуют в природе самостоятельно. Самый известный пример — природный газ, который добывают из недр Земли. Он может залегать в виде отдельных скоплений (газовых залежей), в виде так называемых «газовых шапок» над месторождениями нефти, а также в растворённом или даже кристаллическом виде (газогидраты).
  • Искусственные (промышленные) газы. Получают в результате химических реакций или физических процессов. Например, аммиак, хлор, ацетилен (для сварки).
  • Воздух. Это не отдельный газ, а смесь газов, главным образом азота (около 78%) и кислорода (около 21%).

По химическому составу и свойствам

  • Инертные (благородные) газы. Гелий, неон, аргон. Очень слабо вступают в химические реакции.
  • Горючие газы. Метан, пропан, бутан, водород. Широко используются как топливо.
  • Токсичные газы. Угарный газ (CO), хлор, аммиак. Опасны для здоровья.
  • Парниковые газы. Углекислый газ (CO₂), метан (CH₄), водяной пар. Способствуют удержанию тепла в атмосфере.

Где встречается и как применяется газ?

Газообразные вещества окружают нас повсюду и играют колоссальную роль в жизни человека и работе промышленности.

В быту и энергетике

Самое очевидное применение — топливо. Природный газ, поступающий по трубам в наши квартиры, используется для отопления, приготовления пищи и нагрева воды. Сжиженный газ (пропан-бутан) в баллонах — решение для дач и домов без магистрального газопровода. Газ — одно из основных видов топлива для электростанций.

В промышленности

Газы — важнейшее сырьё и реагент. Кислород используется в металлургии для выплавки стали, в медицине для дыхания. Азот — для создания инертной атмосферы, предотвращающей окисление. Водород — в химической промышленности и для получения экологичного топлива. Углекислый газ — в пищевой промышленности (газировка, сухой лёд) и для огнетушения.

В науке и технике

Гелий, будучи легче воздуха и негорючим, используется для наполнения воздушных шаров и дирижаблей. В жидком состоянии он необходим для охлаждения сверхпроводящих магнитов в томографах и ускорителях частиц. Неон, аргон, криптон — для заполнения ламп и трубок, создающих яркое свечение (неоновая реклама).

В природе

Атмосфера Земли — это гигантская оболочка из смеси газов, без которой невозможна жизнь. Кислород необходим для дыхания живых организмов, углекислый газ — для фотосинтеза растений. Озоновый слой в стратосфере защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения.

Итог

Газ — это фундаментальное агрегатное состояние вещества, без которого невозможно представить современный мир. От воздуха, которым мы дышим, до топлива, которое греет наши дома и движет промышленность, — газы являются неотъемлемой частью нашей жизни, науки и технологий. Понимание их свойств позволяет человечеству эффективно и безопасно использовать этот уникальный ресурс.

Частые вопросы по теме

  1. Чем газ отличается от пара? Пар — это газообразное состояние вещества, находящегося при температуре ниже его критической точки. Часто говорят «водяной пар», но не «водяной газ». Газ же существует при любой температуре выше точки кипения вещества.
  2. Что такое сжиженный газ и как его получают? Это газ, переведённый в жидкое состояние путём сильного охлаждения или повышения давления. Так транспортируют природный газ (в виде СПГ — сжиженного природного газа) и хранят пропан-бутан в баллонах.
  3. Почему некоторые газы называют «благородными» или «инертными»? Это газы, атомы которых имеют завершённую внешнюю электронную оболочку, что делает их крайне неохотными участниками химических реакций. К ним относятся гелий, неон, аргон.
  4. Что такое парниковые газы и в чём их опасность? Это газы в атмосфере (CO₂, метан, водяной пар и др.), которые пропускают солнечное излучение, но задерживают тепловое, исходящее от Земли. Их чрезмерная концентрация из-за деятельности человека ведёт к усилению парникового эффекта и глобальному потеплению.
  5. Как можно обнаружить утечку бытового газа? В чистый природный газ (метан) добавляют одоранты — вещества с резким запахом (чаще всего этантиол, пахнущий тухлыми яйцами), чтобы человек мог почувствовать утечку. При её обнаружении нужно немедленно перекрыть вентиль, проветрить помещение и вызвать аварийную службу.