Chất khí là gì? Cấu tạo, tính chất, tính ứng dụng

Chu Văn An

Khí là một trong bốn trạng thái của vật chất, cùng với chất rắn, chất lỏng và plasma. Khí là các phân tử, nguyên tử, hạt chuyển động tự do trong không gian với nhiều loại khí khác nhau như: axetylen, Co2, Hydro, Oxy,… Hãy cùng Vietchem tìm hiểu thêm về loại chất này qua nội dung bài viết sau.

1. Tìm hiểu khí là gì?

Khí là một trong ba trạng thái của vật chất, cùng với chất rắn và chất lỏng. Khí không có hình dạng cố định và không thể duy trì kích thước riêng của chúng. Nó có thể lấp đầy bất kỳ không gian nào nó chiếm giữ. Các phân tử trong chất khí chuyển động tự do và có thể tách ra khỏi nhau.

Hình 1: Chất khí có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau

Khí có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm khí tự nhiên (ví dụ: không khí), khí hóa lỏng (như propan trong bình gas) và khí hóa rắn (như carbon dioxide trong đá khô). . Nhiệt độ và áp suất là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trạng thái của khí. Các ví dụ khác về khí bao gồm: Oxy, nitơ, heli và nhiều loại khí khác

2. Cấu trúc và trạng thái của chất khí

Cấu trúc và trạng thái vật lý của khí

2.1. Trạng thái vật lý

Khí là một trong ba trạng thái của vật chất, khác với chất rắn và chất lỏng. Trạng thái của chất khí được xác định chủ yếu bởi áp suất và nhiệt độ. Ở nhiệt độ và áp suất bình thường trong phòng thí nghiệm, nhiều chất ở dạng khí.

2.2. Cấu trúc khí

Khí không có cấu trúc cố định và không có hình dạng riêng biệt. Các phân tử hoặc nguyên tử trong chất khí chuyển động tự do và không giữ một vị trí cụ thể. Nhờ năng lượng nhiệt động, chúng có thể chuyển động tự do trong không gian. Trong môi trường khí, các phân tử và nguyên tử tương tác với nhau thông qua va chạm và lực Van der Waals. Tuy nhiên, chúng không duy trì cấu trúc nhất định như chất rắn hoặc chất lỏng.

Hình 2: Cấu trúc và trạng thái vật lý của khí

2.3. Khối lượng chất và số mol

Lượng khí là số lượng nguyên tử hoặc phân tử có trong khí đó. Đơn vị này được đo bằng mol theo hệ thống đo lường quốc tế SI. Một mol là lượng chất có số phân tử/nguyên tử bằng số nguyên tử có trong 12g cacbon. 1 mol khí có thể tích 24,79 lít nếu ở nhiệt độ 0 độ C và 1 atm. Công thức cụ thể để tính số mol khí là: n = V/24,79. Trong đó n (mol) là số mol khí; V (lít) là thể tích của khí ở điều kiện tiêu chuẩn; 24,79 là một hằng số.

3. Tính chất vật lý của chất khí

Tính chất vật lý của khí

3.1. Áp suất khí

Áp suất khí là lực do chất khí tác dụng lên bề mặt chứa nó. Áp suất được đo bằng đơn vị Pascals (Pa) trong hệ SI. Mối quan hệ giữa áp suất (P), thể tích (V), nhiệt độ (T) và số mol (n) của được mô tả bởi: Định luật khí hoàn hảo: PV=nRT, trong đó R là hằng số khí và T là nhiệt độ đo được ở Kelvin.

3.2. Nhiệt độ khí

Nhiệt độ khí được đo bằng Kelvin (K). Chuyển đổi từ độ C sang độ Kelvin sẽ cộng thêm 273,15 vào giá trị nhiệt độ độ C. Nhiệt độ ảnh hưởng đến áp suất và thể tích của các chất khí theo các quy luật nêu trên.

3.3. Thể tích riêng của khí

Thể tích riêng của một chất khí (còn gọi là thể tích mol) là thể tích của một mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn (STP – Nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn). Ở STP, thể tích riêng của một chất khí trên mỗi mol là khoảng 22,4 L. Đây là cơ sở để hình thành thể tích mol đơn vị.

Hình 3: Tính chất vật lý của khí

3.4. Mật độ/trọng lượng riêng của khí

Mật độ/trọng lượng riêng của khí được tính toán dựa trên điều kiện tiêu chuẩn (STP). Mật độ (d) được tính bằng cách chia khối lượng của một mol khí cho thể tích của nó: d= V/m. Đơn vị thường được sử dụng cho mật độ là gam/lít hoặc kg/m³.

4. Ứng dụng của chất khí trong cuộc sống

Khí có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày. Dưới đây là một số ví dụ về cách sử dụng khí:

4.1. Khí quyển

Nitơ và oxy trong không khí rất quan trọng đối với quá trình hô hấp của con người. Oxy tham gia vào quá trình trao đổi chất trong cơ thể, còn nitơ không tham gia nhưng có vai trò tạo ra môi trường thích hợp. Không khí còn chứa các thành phần như argon và các khí nhà kính như CO2, gây ảnh hưởng đến môi trường và đời sống sinh học trên trái đất.

4.2. Khí đặc biệt (Gas)

• Khí nấu ăn: Khí như propan và butan được sử dụng trong các hệ thống nấu ăn, chẳng hạn như bếp gas.
• Khí y tế: Một số loại khí như oxy được sử dụng trong y học để hỗ trợ quá trình hô hấp, điều trị bệnh và trong phòng mổ.
• Khí làm mát và làm khô: Các loại khí như amoniac, freon hoặc hydrochlorofluorocarbons (HCFC) được sử dụng trong hệ thống làm mát và sấy khô.

Hình 4: Ứng dụng của khí trong cuộc sống

4.3. Khí đặc biệt

• Khí dùng trong công nghiệp: Nhiều loại khí, chẳng hạn như hydro, được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất và chế biến các sản phẩm khác nhau.
• Khí đèn: Một số loại khí, chẳng hạn như axetylen, được sử dụng trong ngành chiếu sáng để tạo ra ngọn lửa đèn.
• Khí phòng thí nghiệm: Các loại khí như helium được sử dụng trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học.

Vietchem vừa chia sẻ những thông tin về cấu trúc, tính chất và ứng dụng của các loại khí với các bạn qua nội dung bài viết. Hy vọng bài viết trên đã mang đến những thông tin hữu ích cho bạn.