Chất khí là gì? Cấu tạo, tính chất và đặc điểm của chất khí

Chúng ta vẫn thường nghe nhắc đến khái niệm chất khí tuy nhiên thực thế nó là gì? Cấu tạo cùng tính chất, đặc điểm ra sao thì vẫn còn khá mơ hồ. Để hiểu rõ hơn về các chất khí thì các bạn vui lòng tham khảo bài viết dưới đây nhé.

chất khí là gì

mã giảm giá shopee

Chất khí là gì?

Trong đời sống hằng ngày, chúng ta sử dụng khí rất nhiều nhưng ít người biết cụ thể, chất khí là gì? Các chất khí sử dụng trong các thiết bị, các phòng thí nghiệm, nhà máy sản xuất, xưởng gia công hay trong từng hộ gia đình, hoạt động thường ngày.

Chất khí chính là tập hợp phân tử, nguyên tử hay những hạt tự do chuyển động xung quanh trong không gian.

Chính vì các lực tương tác của hạt nhỏ nên các hạt này sẽ va chạm ngẫu nhiên với nhau hoặc có thể va vào thành chứ với 1 tốc độ bất kỳ. Vận tốc các hạt chỉ thay đổi khi nó va vào các hạt hay va vào các thành chứa.

Chất khí tồn tại được trong tự nhiên và các không gian với 4 trạng thái: Rắn, lỏng, khí và plasma. Khí được hình thành do chất rắn khi ở nhiệt độ thấp, chúng sẽ chuyển sang trạng thái lỏng nếu gặp nhiệt độ cao, biến chuyển thành trạng thái khí lúc chúng ta tăng nhiệt lên cao và cuối cùng ở mức nhiệt cao nhất thì nó sẽ biến sang trạng thái Plasma.

Hiện nay, 1 số nguyên tố khí tồn tại trong tự nhiên và con người có thể sản xuất được đó là: oxi, nitơ, hydro cùng với 2 halogen là clo và flo. Helium, argon, neon, xenon, krypton, radon… thì sẽ nhóm cùng với các khí cao nguyên tố.

Ở thể rắn, hình dạng xác định, khoảng cách phân tử rất nhỏ và lực tương tác phân tử rất lớn. Tuy nhiên, ở thể khí thì hoàn toàn ngược lại, hình dạng không xác định. Khoảng cách của các phân tử rất lớn nhưng lực tương tác lại vô cùng nhỏ.

Cấu tạo của chất khí

Khí được cấu tạo từ các phân tử.

Cấu trúc và tính chất

Chất khí sẽ được hình thành từ các phần tử giống nhau. Mỗi phân tử có thể có 1 nguyên tử hoặc nhiều nguyên tử.

Dễ nén, khi mà ta tăng áp suất để tác dụng lên 1 lượng khí thì thể tích chất khí sẽ giảm đi. Khi đựng khí trong 1 bình kín, sẽ chiếm hết toàn bộ dung tích của bình chứa. Chất khí có tính bành trướng.

Về khối lượng riêng thì chất khí có khối lượng riêng nhỏ hơn so với chất lỏng, chất rắn.

Lượng chất và mol

Lượng chất chứa trong 1 vật sẽ được xác định theo số phân tử, nguyên tử chứa trong chất đó.

Lượng sẽ được đo bằng mol. Cứ 1 mol là lượng chất trong đó có số nguyên tử, phân tử bằng với nguyên tử có trong 12g cacbon 12.

Thể tích 1 mol khí bất kì đều bằng V0 = 22,4 l/mol và to = 0oC và po = 1 atm.

– Khối lượng 1 phân tử khí: M = µ/NA

– Số mol chứa trong khối lượng m của một chất: v = m / µ

Các trạng thái vật chất

Vật chất sẽ tồn tại ở trạng thái rắn với nhiệt độ thấp. Khi gặp nhiệt cao thì nó chuyển sang trạng thái lỏng mà chúng ta hay gọi là nóng chảy. Tiếp theo nó chuyển sang trạng thái khí với hiện tượng bay hơi khi gặp nhiệt cao. Cuối cùng là nó chuyển sang trạng thái plasma nếu gặp nhiệt rất cao. Tuy nhiên, thực tế vẫn có những chất ở điều kiện thích hợp sẽ thăng hoa để chuyển từ trạng thái rắn sang khí.

các trạng thái vật chất

mã giảm giá tiki

Tính chất của chất khí

Chúng ta cùng khám phá tính chất của khí thông qua 4 yếu tố áp suất, nhiệt độ, thể tích, mật độ như sau:

Áp suất chất khí

Áp suất khí cũng có đơn vị Pascal và ký hiệu là p. Áp suất của chất khí chính là 1 con số biểu thị lực trung bình trên 1 đơn vị diện tích nhất định được tác động lên bề mặt bình chứa. Các bạn có thể hình dung là trong 1 phạm vị xác định thì các hạt sẽ di chuyển và va chạm với nhau hoặc thành. Áp suất khí được đo và có nhiều mức bị chi phối bởi tác động tự nhiên hoặc nhờ máy móc, hoạt động sản xuất để hình thành mức áp suất chất khí phục vụ yêu cầu.

áp suất chất khí

Nhiệt độ chất khí

Nhiệt của chất khí được ký hiệu là T, đơn vị là Kelvins. Nó chịu ảnh hưởng rất lớn của các yếu tố điều kiện môi trường ở bên ngoài vì thế mà nó tạo nên các luồng khí nóng, luồng khí lạnh.

Một số loại khí hiện nay có nhiệt độ lạnh, nhiệt độ nóng là do chính con người thông qua các thiết bị tạo ra.

nhiệt độ chất khí

Thể tích riêng chất khí

Thể tích riêng chất khí có ký hiệu là v và đơn vị là mét khối trên kilogam. Theo như Thủy Khí Điện thì thể tích khí khá kho chính xác vì nó không cụ thể. Thể tích khí chiếm bởi 1 đơn vị khối lượng của 1 chất khí giống nhau trong hệ thống ở trạng thái cân bằng.

thể tích riêng chất khí

Mật độ / Khối lượng riêng chất khí

Khối lượng riêng hay mật độ được ký hiệu là ρ và đơn vị của nó là kilogam trên mét khối. Chất khí thì có thể di chuyển tự do trong bồn chứa. Và khối lượng của nó thường được đặc trưng bởi mật độ.

Khối lượng riêng của chất khí là lượng khối lượng trên 1 đơn vị thể tích của 1 chất xác định hay là nghịch đảo của khối lượng riêng.

Riêng đối với chất khí thì mật độ có thể thay đổi trong 1 phạm vi rộng. Nguyên nhân là khi bị hạn chế bởi thể tích, áp lực thì các hạt tự do di chuyển lại gần nhau. Sự thay đổi này gọi là khả năng nén.

Tương tự như áp lực, nhiệt độ thì tỷ trọng, sự thay đổi tỷ trọng trong quá trình cũng đều bị tác động, chi phối bởi nhiệt động lực.

Đặc điểm của chất khí

Tuy các hạt trong chất khí chuyển động ngẫu nhiên nhưng vận tốc của nó thì con người có thể thống kê thông qua các phân bố như: Bose, Fermi, Maxwell… Từ các phân bố này, chúng ta thấy được sự phụ thuộc của dải biến đổi vận tốc, vận tốc trung bình vào nhiệt độ. Nếu như nhiệt độ càng cao thì vận tốc trung bình của các hạt này càng tăng cao và ngược lại.

Theo thuyết động học: Chất khí là 1 tập hợp của 1 số lượng lớn những hạt siêu vi. Những hạt này sẽ chuyển động nhanh và không ngừng nghỉ. Sẽ có những sự va chạm ngẫu nhiên, chúng va với nhau và va với thành chứa.

Chất khí lý tưởng

Như thế nào là 1 chất khí lý tưởng? Đó chính là 1 loại chất khí tưởng tượng. Các phân tử của nó là những chất điểm. Nó chứa các hạt có cùng kích thước. Hạt vô cùng nhỏ bé so với thể tích của cả khối khí.

Tuy chúng chuyển động hỗn loạn, không ngừng nhưng không tương tác với nhau. Dựa trên khí lý tưởng thì chúng ta có thể suy ra gần như chính xác tính chất của các khí thực.

Khí lý tưởng được mô tả như trên có thể xấp xỉ gần đúng với khí thực mặc dù các khí thực không có tính chất như trên. Khi khí thực ở trạng thái nhiệt độ thấp, áp lực cao thì lực tương tác giữa các hạt nguyên tử, phân tử trong khí sẽ tác động ít nhiều đến tính chất của khí.

chất khi lý tưởng

Thuyết động học của chất khí

Vào năm 1739, ông Daniel Bernoulli đã cho xuất bản Hydrodynamica. Và đó chính là nền móng cho thuyết động lực học chất khí ngày nay. Chính ông thừa nhận lý thuyết ấy vẫn có thể tiếp tục ứng dụng và dùng cho đến ngày hôm nay. Chất khí sẽ bao gồm rất nhiều các phân tử. Những phân tử này sẽ chuyển động liên tục theo các hướng khác nhau.

Lực tác động của chúng lên bề mặt sẽ tạo nên áp suất. Nhiệt độ chính là động năng của chuyển động này. Tại thời điểm đó, những kiến thức này còn quá mới mẻ nên lý thuyết của ông đã không được chấp nhận. Sau này khi đã có định luật bảo toàn năng lượng thì dần dần con người đã tìm hiểu về những gì ông nói. Những nhà khoa học lúc bấy giờ cũng chưa thể khẳng định được sự va chạm giữa các phân tử với thành bình là một chuyển động đàn hồi.

Theo đó, các chất khí được hình thành từ những phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.

Phân tử này sẽ có cùng khối lượng.

Phân tử sẽ chuyển động và chuyển động hỗn loạn, không ngừng.

Động năng trung bình của phân tử khí chỉ phụ thuộc và bị tác động bởi nhiệt độ của hệ.

Phân tử chất khí sẽ chuyển động nhanh, va chạm đàn hồi với nhau và va chạm với chính thành bình. Cuối cùng thì nó tạo áp suất lên thành bình.

Ứng dụng của chất khí

Chất khí có ứng dụng rất phong phú trong mọi lĩnh vực từ đời sống cho đến công nghiệp, sản xuất. Đó là xu thế hiện nay nhất là khi khoa học công nghệ phát triển vượt bậc.

Thường được dùng trong lĩnh vực y tế, sức khỏe với các khí oxi, clo… để cấp cho các bình oxy, máy thở phục vụ chữa bệnh, điều chế thuốc, dược phẩm, sản xuất thiết bị y tế… Đặc biệt khí oxi cực kỳ quan trọng, con người cần để duy trì sự sống. Đối với ngành y tế việc thiếu hụt oxy sẽ gây nên hậu quả nghiêm trọng.

Còn dùng trong hoạt động nghiên cứu khoa học, điều chế các chất lạ, chất mới tại các nhà máy, các phòng thí nghiệm hóa chất, sửa chữa và sản xuất ô tô…

Trong đời sống dân sinh hằng ngày thì các chất khí được cấp ứng dụng vào hoạt động làm sạch, ứng dụng trong hệ thống nông nghiệp, chế biến nông lâm sản xuất khẩu… khi nó tham gia vào việc sục khí, làm sạch sản phẩm rau củ quả.

Ứng dụng chất khí còn dùng để tạo khí nén phục vụ cho hệ thống công nghiệp của nhà máy vận hành bằng khí nén, cung cấp khí cho xi lanh, van khí để làm việc.

Dùng phục vụ ngành công nghiệp luyện kim, cắt, hàn, xì, cơ khí chế tạo máy hay là nguồn động lực để khinh khí cầu có thể bay thuận lợi.

Việc sử dụng chất khí mang lại rất nhiều lợi ích cho con người tuy nhiên cần phải biết phương pháp sao cho vừa đạt hiệu quả lại vẫn đảm bảo an toàn người và vật xung quanh.

Hy vọng những kiến thức mà ThuyKhiDien chia sẻ ở trên sẽ giúp khách hàng rất nhiều trong việc tìm hiểu và sử dụng các chất khí theo đúng yêu cầu. Nếu bài viết có nội dung hay, các bạn có thể chia sẻ để nhiều người biết đến hơn nhé.

5/5 (1 bình chọn)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.