A gázok. 1 mol. 1 mol H 2 gáz. 1 mol. 1 mol. O 2 gáz. NH 3 gáz. CH 4 gáz 24,5 dm ábra. Gázok moláris térfogata 25 o C-on és 0,1 MPa nyomáson.

Átírás

1 A gázok A halmazok tulajdonságait, állapotát, bizonyos külső tényezők, mint pl. a nyomás, a térfogat és a hőmérséklet is befolyásolják. Ezeket a tényezőket állapothatározóknak nevezzük. Mi jellemzi a gázhalmazállapotot? A gázokra jellemző, hogy a rendelkezésükre álló teret teljesen betöltik. Minél nagyobb egy adott gázmennyiség esetében a betölthető tér, annál távolabb helyezkednek el egymástól a gázmolekulák (vagy gázatomok). A gázmolekulák állandó, rendezetlen mozgást végeznek, közöttük a kölcsönhatás rendkívűl kicsi.mert a részecskék között nagy a távolság. A gázoknak sem állandó alakjuk, sem állandó térfogatuk nincsen. Ha a gázt összenyomjuk, kisebb lesz a térfogata, ha melegítjük, a gáz kiterjed, a térfogata megnő. A gázok térfogata tehát nem csak a gáz mennyiségétől függ, hanem állapotától is. A gáz állapotát a nyomás és a hőmérséklet határozza meg. Azt az állapotot, melyben a hőmérséklet 25 standardállapotnak nevezzük. o C és a nyomás 0,1 MPa, Ha pl. két 1 dm 3 -es henger közül az egyiket oxigéngázzal, a másikat ugyanolyan állapotú metángázzal töltjük meg, akkor a két hengerben az oxigén- és a metánmolekulák száma is egyenlő. Amadeo Avogardo, a torinói egyetem fizikaprofesszora, 1811-ben a gázok térfogata és a molekulák száma közötti összefüggést vizsgálva állította fel hipotézisét, tudományos feltevését. Avogardo tétele szerint, ha különböző gázokból azonos anyagmennyiséget veszünk és állapotuk azonos, akkor egyenlő a térfogatuk (52. ábra). Ha a térfogatot és az anyagmennyiséget elosztjuk egymással, a moláris térfogatot kapjuk meg. Mértékegysége: dm 3 /mol. gáz térfogata éppen akkora, mint a moláris térfogat. Standardállapotban a legkülönbözőbb gázok moláris térfogata /mol. H 2 gáz O 2 gáz NH 3 gáz CH 4 gáz 52. ábra. Gázok moláris térfogata 25 o C-on és 0,1 MPa nyomáson

2 A pontosabb összefüggést az egyesített gáztörvény írja le: p V = n R T, ahol p a gáz nyomása, V a térfogata, T a hőmérséklet Kelvinben (K), n a mólok számát jelenti. R az egyetemes gázállandó, értéke: 8,31 J/mol K. (A fenti összefüggés az ún. ideális gázokra érvényes.) Az atmoszférikus nyomás 1atm = 1,1013 bar = Pa Példák gázokra: 1.Hidrogén: színtelen, szagtalan, nem mérgező gáz. Olvadáspont: -259,13 oc Forráspont: -252,88 oc 2.Ammónia: Ammóniák, kellemetlen kábító szagú gáz, mely hidrogénből és nitrogénből van összetéve. folyós ammónia forráspontja -38 C. 3.Szénmonoxid: egy színtelen, szagtalan, íztelen gáz. Szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú. A szén-monoxid nagyon mérgező gáz Olvadáspontja: 205 C Forráspontja: -192 o C 4.Nitrogén: A nitrogéngáz színtelen, szagtalan, nem reakcióképes anyag. Olvadáspont: -210 o C Forráspont: -195,8 o C 5.Oxigén: Az oxigéngáz színtelen, szagtalan, íztelen, kétatomos molekulákból álló anyag. Folyékony és szilárd halmazállapotban kék színű. Olvadáspont: -218,79 o C Forráspont: -182,95 o C 6.Klór: A klór sárgás-zöld színű, fojtós szagú, köhögésre ingerlő mérgező gáz. A levegőnél nagyobb a sűrűsége. Olvadáspont: -101,5 o C Forráspont: -34,04 o C 7.Metán: Színtelen, szagtalan gáz. Olvadáspont: -182,5 o C Forráspont: -161,6 o C 8. Bután: A bután egy igen gyúlékony, színtelen, könnyen cseppfolyósítható gáz. Olvadáspont: o C Forráspont: -0,5 o C 9. Neon: Standard körülmények között színtelen és szagtalan, íztelen, gáz halmazállapotú. Olvadáspont: -248,59 o C Forráspont: -246,08 o C 10. Hélium: Színtelen, szagtalan nemesgáz, tehát kémiailag közömbös. Minden elem közül a hélium forráspontja a legalacsonyabb. Olvadáspont: -272,2 o C Forráspont: 268,93 o C - 2 -

3 Gázok szállítására vonatkozó kérdések: 1. Milyen tartályban szállíthatók a cseppfolyósított gázok? a) Csak hőszigetelt tartályban. b) Csak hőszigetelés nélküli tartályban. c) Hőszigetelt és nem hőszigetelt tartályban. 2. Milyen tartályban szállíthatók a mélyhűtött, cseppfolyósított gázok? a) Csak hőszigetelt tartályban. b) Csak hőszigetelés nélküli tartályban. c) Hőszigetelt és nem hőszigetelt tartályban. 3. Mi az oka annak, hogy egyes gázokat mélyhűtött, cseppfolyósított állapotban szállítanak? a) A nagyfokú biztonság. b) A nagyfokú gazdaságosság. c) Az egyszerűség. 4. Mi a jellemző a mélyhűtött, cseppfolyósított gázok szállítására szolgáló tartályokra? a) Az ilyen tartályok űrtartalma nagyobb, mint más tartályoké. b) Az ilyen tartályok többkamrásak. c) Az ilyen tartályok hőszigeteltek. 5. A mélyhűtött, cseppfolyósított gázok szállítására szolgáló egyes tartályok külső köpenyét miért alakítják ki harmokiaszerűen? a) Hogy az esetleges ütközést károsodás nélkül elviselje. b) Hogy a mélyhűtött, cseppfolyósított gázt szállító tartályjárműveket meg lehessen különböztetni más tartályjárművektől. c) Hogy a tartályjármű üresen történő leállítása után a belső tartály felmelegedése következtében történő térfogatváltozást károsodás nélkül elviselje. 6. Milyen fizikai jellemzőben adják meg a sűrített gázok megengedett legnagyobb töltési fokát? a) Nyomásban (bar, Pa). b) Térfogatszázalékban (térf.%). c) Sűrűségben (kg/dm 3, kg/l). 7. Milyen hőmérsékleten szállítják a mélyhűtött, cseppfolyósított gázokat? - 3 -

4 a) Kevéssel a kritikus hőmérséklet fölött. b) Kevéssel az atmoszférikus forráspont fölött. c) Mélyen a lobbanáspont alá hűtve. 8. Mélyhűtött, cseppfolyósított gázok szállításánál mekkora nyomás van a tartályban? a) Kicsi, pl. 1,5 bar. b) Közepes, pl. 15 bar. c) Nagy, pl. 150 bar. Megoldások: 1c, 2a, 3b, 4c, 5c, 6a, 7b, 8a Folyékony halmazállapot A folyadék molekulák a gáz molekulákhoz hasonlóan könnyen elmozdulhatnak egymáson, viszont a folyadékokban a molekulák közti távolság lényegesen kisebb, mint a gázokban, ezért köztük vannak kölcsönhatások (másodrendű kötések) Amíg a gázokban a molekulák haladó mozgást végeznek, a folyadékokra főképp a forgó és rezgő mozgás jellemző. A molekulák helyenként elszakadnak egymástól és molekulaméretű lyukak képződnek, ezekbe a lyukakba átugorhat valamely szomszédos molekula. Folyadékok párolgása A folyadékok minden hőmérsékleten párolognak, vagyis a folyadékmolekulák egy része kilép a gáztérbe. Nyitott edényben a párolgás addig tart, amíg a folyadék teljes egészében gőzzé nem alakul. Zárt edényben a folyadék csak részben párolog el. A gáztérben a párolgás folytán növekszik a gőz nyomása, s idővel olyan értéket ér el, amelynél a gőz telítve van, azaz amelynél nagyobb gőznyomás az adott hőmérsékleten folyadék jelenlétében nem jöhet létre. A telített gőznyomást röviden gőznyomásnak vagy tenziónak nevezzük. A telített gőz, a folyadékkal egyensúlyban van, adott hőmérsékleten. Gőz: A folyadék felszínéről távozó és a saját anyagával érintkezésben maradó légnemű anyag. A párolgás lehet fokozatos vagy gyors, robbanásszerű. Fokozatosan nyitott edényben robbanásszerű lehetőség zárt edényben színültig tartott folyadék párolgásakor jellemző. Teletöltött zárt edényben hevítve a folyadékot (pl. napsugár hatása) a párolgás gyorsan, robbanásszerűen is történhet, az edény falát szétfeszítve. A folyadék gőznyomása adott hőmérsékleten nagyon különböző (pl. 20 o C-on a víz gőznyomása 17,5 Hgmm, a benzolé 75 Hgmm). A hőmérséklet emelkedésével minden folyadék gőznyomása exponenciálisan növekszik. A gőznyomás a folyadék és gőze közötti egyensúlyra jellemző adat. Ez szabja meg, hogy adott folyadékmennyiség, adott hőmérsékleten és térfogatban milyen arányban oszlik meg a - 4 -

5 cseppfolyós és gázfázis között. Ha megváltozik a hőmérséklet, akkor megváltozik a gőznyomással együtt a megoszlás is. Lobbanáspont Arra a kérdésre, hogy a gyúlékony folyadékok felületéről elpárolgott anyag milyen hőfokon képes égésre, a lobbanáspont adhat választ. A lobbanáspont a tűz- és robbanásveszélyes folyadékok fontos jellemzője. A lobbanáspont azt a legalacsonyabb hőmérsékletet jelenti, amelyen meghatározott körülmények között az anyagból annyi gőz keletkezik, hogy az a körülötte lévő levegővel elegyedve, láng közelítésére az anyag egész felületére kiterjedően ellobban. Forráspont A gyúlékony folyadékok szabadba jutásánál a tűzveszély mértékét a lobbanáspont mellett az adott folyadék forráspontja vagy forráskezdőpontja döntő mértékben befolyásolja. A forráspont az a hőmérséklet, amelynél a melegítés ellenére állandósul a hőmérséklet mindaddig, amíg az egész folyadék el nem párolog. Kritikus állapot Zárt térben a folyadék és gőze közt egyensúly alakul ki, a hőmérséklet emelésével a gőz nyomása és sűrűsége nő, ugyanakkor a folyadék sűrűsége e kitágulás miatt csökken. Egy meghatározott hőmérsékleten a folyadék sűrűsége megegyezik a gőz sűrűségével. Ez a hőmérséklet a kritikus hőmérséklet, a hozzá tartozó nyomás a kritikus nyomás. Kritikus hőmérséklet felett a légnemű anyagok nem cseppfolyósíthatók. Példák gyúlékony folyadékokra 1.Metanol: Színtelen, szagtalan folyadék. Forráspontja: 64,7 C Olvadáspont: -97 C Lobbanáspont: 11 C 2.Benzol: Színtelen, mozgékony folyadék, amelynek szaga nem kellemetlen, könnyen párolog. Kevésbé veszélyes. Lobbanáspont: -11 o C Forráspontja: 80,5 C 3.Izopropil-alkohol: Színtelen, átlátszó, erős szagú folyadék. Gyúlékony anyag. Forráspontja: C Lobbanáspont (zárttéri): C Olvadáspont: -89,5 0 C 4.Acet-aldehid : Szúrós szagú, színtelen folyadék. Nagyon veszélyes. Forráspontja: 21 o C Olvadáspont: -123 C Lobbanáspontja: 39 C - 5 -

6 1. Mit nevezünk lobbanáspontnak? a) Azt a legmagasabb hőmérsékletet, ahol a folyadék felett a gőz meggyullad. b) Azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, ahol olyan mennyiségben alakul ki gőz, hogy az a folyadék felett a levegővel keveredve gyújtóforrás hatására ellobban. c) Azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, ahol a folyadék gyújtóforrástól lángra lobban. 2. Mit nevezünk forráspontnak? a) Azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, amelyen a folyadék a belsejében is hirtelen gőzállapotba kezd átalakulni. b) Azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, amelyen a folyadék teljes felszínén gőz alakul ki. c) Azt a legmagasabb hőmérsékletet, amelyen a folyadékból megindul a gőzfejlődés. 3. Az alacsonyabb és a magasabb lobbanáspontú folyadékok közül gyulladás szempontjából melyik a veszélyesebb? a) Nyáron az alacsonyabb lobbanáspontú a veszélyesebb. b) A magasabb lobbanáspontú a veszélyesebb. c) Az alacsonyabb lobbanáspontú a veszélyesebb