Газовые системы. 
Общая и неорганическая химия

Газовое состояние вещества отличается от твердого и жидкого прежде всего тем, что частицы газа, будь то атомы, молекулы или ионы, практически не связаны друг с другом. Взаимодействие происходит только при столкновениях частиц.

Если судить по внешним признакам, то газ — это такое состояние вещества, в котором оно не имеет ни собственного определенного объема, ни определенной формы.

Переход вещества из твердого или жидкого состояния в газ происходит в результате увеличения кинетической энергии частиц.

Таким образом, при нагревании любое вещество должно либо перейти в газовое состояние, либо исчезнуть в результате разложения, как это происходит, например, с хлоридом аммония, карбонатом кальция, полиэтиленом или белком.

ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ

Характерными свойствами любого газа являются стремление занять возможно больший объем и сильная зависимость объема от давления и температуры. Все же, несмотря на эту зависимость, при работе с газами измерение количества газа, сравнение количеств разных газов гораздо удобнее вести, измеряя их объемы, чем определяя массы взвешиванием.

Опытным путем было установлено, что объем любого газа зависит от трех параметров: температуры Т₉ давления Р и числа молекул N. Были найдены законы, описывающие зависимость объема от каждого из трех параметров при постоянстве двух других.

1. Закон Бойля — Мариотта: при постоянной температуре объем данной массы газа обратно пропорционален давлению.

2. Закон Гей-Люссака — Шарля: при постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорционален абсолютной температуре.

3. Закон Авогадро: при постоянных температуре и давлении в равных объемах газов содержится одинаковое число молекул (или объем газа прямо пропорционален числу молекул).

Все три закона можно объединить в один и получить, что отношение PV/Г для одного моля любого газа есть величина постоянная.

По мере того как возрастала точность измерений и расширялся диапазон изменяемых параметров — температуры и особенно давления, становилось все более ясно, что газовые законы носят приближенный характер и соблюдаются тем лучше, чем выше температура и ниже давление. Вещества, находящиеся на 100−200 градусов выше своей температуры кипения и при давлении ниже атмосферного, почти точно подчиняются газовым законам. Почти, но не совсем точно. Во время столкновения молекул они некоторое время находятся в силовом поле друг друга, т. е. возникает некоторое дополнительное взаимодействие, которое, строго говоря, никогда не равно нулю и зависит от природы газа.

В процессе разработки молекулярно-кинетической теории газов для понимания общих законов ученые придумали гипотетический газ, который строго подчиняется газовым законам при любых температурах и давлениях. Этот газ называется идеальным газом.

Для 1 моль идеального газа PV/T = const -R. Постоянная/? называется универсальной газовой постоянной. Численное значение R проще всего получить, измерив объем 1 моль газа при нормальных условиях: при Т = 0 °C = 273 К и Р— 101 кПа = 1,01 • 10⁵ Па. В этих условиях V₀ = 22,4 л. Тогда.

Для п молей идеального газа справедливо равенство PVfT-nR или PV = nRT. Поскольку п = т/М> где т — масса газа, а М — его молекулярная масса, то.

Это уравнение, известное как уравнение Менделеева — Клапейрона, связывает все параметры, влияющие на состояние газа. В большинстве случаев принимается, что в газообразном состоянии все вещества ведут себя как идеальный газ при давлениях, близких к атмосферному (101 кПа) и ниже.