Chất khí là một tổ hợp của các nguyên tử, phân tử hoặc các hạt tự do, chuyển động tự do trong không gian. Do các lực tương tác giữa các hạt khá nhỏ, nên chúng di chuyển ngẫu nhiên và thường xuyên va chạm với nhau hoặc va vào thành chứa với tốc độ ngẫu nhiên (Tốc độ của các hạt chỉ thay đổi khi chúng va chạm với các hạt khác hoặc va chạm vào thành chứa). Để có cái nhìn sâu sắc hơn về bản chất của chất khí là gì? mời bạn tham khảo thông tin chi tiết trong bài viết dưới đây.
Chất khí là gì?
Chất khí, hay Gas trong tiếng Anh, đại diện cho một tập hợp các nguyên tử, phân tử hoặc hạt tự do di chuyển trong không gian. Lực tương tác giữa các hạt là rất yếu, chúng tương tác chủ yếu qua va chạm ngẫu nhiên hoặc với thành chứa. Sự chuyển động của các hạt khí là ngẫu nhiên, chỉ thay đổi khi có va chạm ngẫu nhiên hoặc tương tác với thành chứa.
Chất khí là gì?
Chất khí là một trong bốn trạng thái vật chất quan trọng, bên cạnh chất rắn, chất lỏng và plasma. Thông thường, các chất thường sẽ tồn tại ở thể rắn ở nhiệt độ thấp và chuyển lỏng qua hiện tượng nóng chảy, sau đó sang trạng thái khí qua hiện tượng bay hơi. Nhiệt độ càng tăng, chất khí có thể chuyển sang trạng thái plasma. Cũng có các hiện tượng như thăng hoa, khi chất rắn chuyển ngay sang khí dưới điều kiện thích hợp.
Mặc dù chuyển động của các hạt khí là ngẫu nhiên, vận tốc của chúng có thể được mô tả bằng các phân bố như Maxwell-Boltzmann, Fermi hoặc Bose, phụ thuộc vào nhiệt độ. Trạng thái khí xuất hiện giữa chất lỏng và plasma, với giới hạn nhiệt độ dưới cùng được xác định bởi khí lượng tử suy biến. Các nghiên cứu về khí nguyên tử mật độ cao ở nhiệt độ cực thấp được phân loại hành vi thống kế là khí Fermi hay khí Bose.
Trạng thái và cấu tạo các chất khí
Để tìm hiểu sâu hơn về trạng thái và cấu tạo chất khí, mời các bạn theo dõi tiếp bài viết này nhé!
Trạng thái vật chất
Chất rắn ở nhiệt độ thấp, khi tiếp xúc với nhiệt, sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, chất lỏng sẽ chuyển thành chất khí. Cuối cùng, với sự gia tăng tiếp tục của nhiệt độ, chất khí có thể chuyển sang trạng thái plasma. Điều này thể hiện sự liên tục của quá trình biến đổi từ chất rắn đến chất khí khi nhiệt độ tăng.
Có 4 trạng thái vật chất
Cấu tạo chất khí
Chất khí được tạo thành từ các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. Khi các phân tử khí chuyển động nhanh, nhiệt độ của chất khí tăng cao; ngược lại, khi chúng chuyển động chậm lại, nhiệt độ giảm. Trong sự hỗn loạn của chuyển động, các phân tử khí va chạm vào nhau và vào thành bình, tạo ra áp suất đồng thời lên thành bình.
Lượng chất khí và mol
Lượng chất khí là số phân tử hoặc nguyên tử có trong một chất khí. Trong hệ đo lường quốc tế SI, đơn vị này được đo bằng mol. Một mol là lượng chất mà số phân tử/nguyên tử bằng với số nguyên tử có trong 12g cacbon. Ở điều kiện tiêu chuẩn (0 độ C và 1atm), 1 mol chất khí có thể chiếm 24,79 lít.
Công thức tính mol chất khí cụ thể là:
n = V/24,79
Trong đó:
- n (mol) là số mol chất khí
- V (lít) là thể tích chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn
- 24,79 là hằng số.
⇒ Các bạn có thể tìm hiểu thêm về hệ thống khí nén đã áp dụng chất khí trong thực tế tại đây!
Tính chất của chất khí
Chất khí có tính khá nhẹ và thường khó quan sát trực tiếp được trong môi trường. Chúng thường được miêu tả qua 4 tính chất vật lý sau:
Nhiệt độ của chất khí
Nhiệt độ của chất khí thường được biểu diễn trong phương trình bằng ký hiệu “T,” với đơn vị SI là kelvins. Thông thường, nhiệt độ của chất khí có thể biến đổi do điều kiện môi trường bên ngoài, tạo ra các luồng khí nóng hoặc khí lạnh. Một số loại khí có thể có nhiệt độ cao hoặc thấp do ảnh hưởng từ các thiết bị hoặc sản phẩm mà con người tạo ra.
Áp suất chất khí
Trong các phương trình, áp suất thường được biểu diễn bằng ký hiệu “p” hoặc “P,” và đơn vị SI của nó là pascal. Áp suất chất khí thường mô tả lực trung bình được tác động lên mỗi đơn vị diện tích của bề mặt bình chứa. Trong một phạm vi cụ thể, ta có thể hình dung các hạt chất khí chuyển động thăng chúng, va chạm vào các thành hoặc với nhau.
Mức độ áp suất chất khí có thể biến đổi tùy thuộc vào tác động của tự nhiên hoặc các hoạt động sản xuất, cũng như các thiết bị máy móc được con người sử dụng để tạo ra áp suất chất khí.
Thể tích riêng
Thể tích riêng của chất khí thường được biểu diễn trong phương trình với ký hiệu “v” và đơn vị SI là m3/kg. Thể tích của một đơn vị khối lượng chất khí giống nhau trong hệ thống ở trạng thái cân bằng được ký hiệu là thể tích riêng. Đo lường thể tích khí đo khá khó, vì thể tích không cụ thể làbmột thuộc tính mở rộng.
Mật độ và khối lượng riêng
Mật độ, hay khối lượng riêng, thường được biểu diễn trong phương trình bằng ký hiệu ρ (rho), với đơn vị SI là kg/m3. Các chất khí, di chuyển tự do trong một bình chứa, có khối lượng được đặc trưng bởi mật độ. Mật độ riêng của chất khí là khối lượng trên một đơn vị thể tích của một chất, hoặc là nghịch đảo của khối lượng riêng.
Đối với chất khí, mật độ có thể thay đổi rộng lớn do hạt tự do có thể tụ tập lại gần nhau hơn khi bị hạn chế bởi áp suất hoặc thể tích. Sự biến đổi này được gọi là khả năng nén. Giống như áp suất, nhiệt độ và tỷ trọng là một biến trạng thái của chất khí. Và sự thay đổi tỷ trọng trong mọi quá trình đều bị chi phối bởi những định luật nhiệt động lực học.
Ứng dụng chất khí vào đời sống
Với những đặc tính đã được nêu trên, các chất khí được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống:
Chất khí sử dụng trong van bướm điều khiển khí nén
- Y tế: Chất khí, đặc biệt là oxi, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực y tế. Oxi được sử dụng để sản xuất khí oxy sạch cho máy thở, bình oxy và trong quá trình sản xuất dược phẩm.
- Dân sinh: Chất khí đóng góp vào nhiều khía cạnh của cuộc sống hàng ngày. Nó được cung cấp cho các thiết bị dân dụng, sử dụng trong hệ thống nông nghiệp. Thậm chí làm nhiên liệu cho các phương tiện di chuyển như xe máy và ô tô.
- Khoa học: Chúng được sử dụng trong nghiên cứu khoa học để điều chế khí lạ và tạo ra các chất hữu ích mới. Từ đó, đóng góp vào sự phát triển của cuộc sống hàng ngày.
- Ngành công nghiệp luyện kim: Chất khí thường được sử dụng trong các quy trình như: cắt, hàn, xì, giúp tạo ra các sản phẩm kim loại chất lượng.
- Công nghiệp sản xuất: Đây là nguồn cấp cho hệ thống máy khí nén, hỗ trợ hoạt động của nhiều thiết bị như: van bướm điều khiển khí nén, van bi khí nén, van cầu điều khiển bằng khí nén,.. giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất.
Kết luận
Mong rằng, qua những giải đáp về chất khí là gì? Cấu tạo và các tính chất của nó? Các chất khí được ứng dụng ở đâu? Sẽ giúp bạn hiểu hơn phần nào về chúng. Nếu trong quá trình tìm hiểu, bạn vẫn chưa hiểu rõ phần nào, hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được giải đáp cụ thể và chi tiết nhé!
