ما هو الغاز؟
يشير الغاز إلى إحدى الحالات الأساسية الثلاثة للمادة، حيث يتميز بخصائص تختلف تمامًا عن الحالتين الأخريين، وهما الحالة الصلبة والحالة السائلة. في الحالة الغازية، تكون القوى المؤثرة بين الجزيئات ضعيفة جدًا، مما يؤدي إلى انتشار الغاز بشكل أسرع ليملأ الحاويات التي يتم وضعها فيها، بالإضافة إلى أخذها شكل الحاوية وحجمها.
أنواع الغاز
تعتمد تصنيفات المواد كغازات على درجة الحرارة والضغط. فيما يلي بعض الأمثلة على الغازات تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة القياسية:
- الهواء الموجود في الغلاف الجوي.
- غاز الكلور في درجة حرارة الغرفة وضغطها.
- غاز الأوزون.
- غاز الأكسجين.
- غاز الهيدروجين.
- بخار الماء.
- الغازات الأولية.
الغازات النبيلة
تشمل الغازات النبيلة 11 نوعًا من الغازات، باستثناء غاز الأوزون، وهذه تشمل 5 غازات تتواجد على شكل جزيئات متجانسة و6 غازات أحادية الذرة، وهي كالتالي:
- الهيدروجين (H2).
- النيتروجين (N2).
- الأكسجين (O2).
- الفلور (F2).
- الكلور (Cl2).
- الهليوم (He).
- النيون (Ne).
- الأرغون (Ar).
- الكريبتون (Kr).
- الزينون (Xe).
- الرادون (Rn).
خصائص الغاز
فيما يلي أبرز خصائص الغازات:
- الكثافة المنخفضة: تتميز الغاز بكثافة أقل مقارنة بحالات المادة الأخرى، وذلك بسبب انتشار جزيئاتها عبر حجم الحاوية. هذه الكثافة تمنح الغازات قدرة على الانتشار، مما يؤدي إلى حركة سريعة وعشوائية لجزيئاتها، ويمكنها ملء أي حيّز.
- شكل أو حجم غير ثابت: ليس للغازات شكل أو حجم محدد؛ إذ تسمح الحركة العشوائية لجزيئات الغاز لها بالتمدد أو الانكماش لتتناسب مع حجم الوعاء الذي يحتويها، لذلك يمثل حجم الغاز حجم الحاوية، ويتغير وفقًا لدرجات الحرارة والضغط.
- قابلية الانضغاط والتوسع: بسبب الكثافة المنخفضة، تعتبر الغازات قابلة للانضغاط والتوسع، حيث تكون جزيئاتها متباعدة، مما يسمح لها بالتحرك بحرية بما يتناسب مع المسافات بين الجزيئات. يسمح ذلك لجزيئات الغاز باتخاذ شكل وحجم الحاويات التي تتواجد فيها.
- الانتشار: نتيجة للمسافات الكبيرة بين جزيئات الغاز، يمكن لغازين أو أكثر الاختلاط بسرعة وسهولة لتكوين خليط متجانس من خلال عملية تُعرف بالانتشار.
- الضغط: تظل جزيئات الغاز في حركة دائمة، مما يؤدي إلى ضغطها على الأسطح الداخلية للحاويات، ويختلف هذا الضغط وفقًا لكمية الغاز المحصورة في حجم معين، ودرجة الحرارة، والضغط المؤثر عليه.
الفروق بين المواد الغازية والسائلة والصلبة
يمكن تلخيص الفروق الأساسية بين الحالات الثلاث من المادة كما يلي:
- المواد في الحالة الغازية: لا تمتلك أشكالًا محددة ولا تشغل أحجامًا ثابتة، وتشغل شكل الحاوية التي تحتويها، وهي قابلة للانضغاط بشكل كبير.
- المواد في الحالة السائلة: ليس لها أشكال محددة لكنها تشغل أحجامًا ثابتة، وتأخذ شكل الحاويات التي تحتويها، بالإضافة إلى كونها قابلة للانضغاط قليلاً.
- المواد في الحالة الصلبة: لها أشكال محددة وتأخذ أحجامًا ثابتة.