Gas

Gas is een van die toestande van materie, wat bestaan uit vrylik bewegende atome of molekule wat nie 'n bepaalde vorm of 'n bepaalde volume het nie. In vergelyking met die vloeistof- en vastetoestand van materie het 'n gas 'n laer digtheid en viskositeit. Die volume van 'n gas sal verander met veranderinge in die temperatuur en druk soos by benadering beskryf word deur die ideale gaswet. 'n Gas het ook verder die eienskap dat dit geredelik sal diffundeer en sal uitsit om die ruimte van enige houer te vul.

Die woord gas is deur die Vlaamse chemikus, Jan Baptist van Helmont, voorgestel as 'n Hollandse fonetiese weergawe van die Griekse woord "chaos".^[1]

Die atome of molekules waaruit 'n gas bestaan beweeg basies vryelik (meer so as in 'n vloeistof en 'n vastestof), met geen betekenisvolle kragte wat hulle bymekaar hou of uitmekaar stoot nie. Die enigste interaksies is die seldsame lukrake botsings wat plaasvind. Die partikels beweeg in willekeurige rigtings teen 'n hoë snelheid. Die snelheid waarteen die partikels beweeg is afhanklik van die temperatuur en word deur die Maxwell-Boltzmann verspreiding bepaal. Die gasfase kan daarom as 'n volledige wanordelike toestand beskryf word. Die termodinamiese toestand van 'n gas word bepaal deur 'n gas se volume, temperatuur en druk. Hierdie veranderlikes word met mekaar in verband gebring deur die gaswette, wat bepaal dat die druk in 'n ideale gas direk eweredig is aan die temperatuur en die aantal molekules, maar omgekeerd eweredig is aan dié volume daarvan.

Soos vloeistowwe en plasma is gasse vry bewegende vloeiers: Hulle het die vermoë om te vloei en keer nie terug na hul oorspronklike toestand na vervorming nie al het hul wel 'n viskositeit. Anders as vloeistowwe sal 'n gas in 'n vakuum uitsit om die hele ruimte van 'n houer te beslaan. Neem kennis dat dit slegs van toepassing is in vakuumtoestande. As 'n mens byvoorbeeld koolstofdioksied vanuit 'n brandblusser op 'n vloer spuit sal die gas nie die hele kamer vul nie maar op die vloer langs bly omdat die gas digter is as die omliggende lug in die kamer.^[2]

Die kinetiese energie van die molekule in 'n gas is buiten plasma die hoogste van al die toestande van materie. Gaspartikels is normaalweg van mekaar geskei, anders as die partikels in 'n vloeistof wat nouer met mekaar in verbinding is.

Daar word dikwels in die natuurwetenskappe soos fisika, chemie en termodinamika verwys na 'n ideale gas, 'n teoretiese toestand wat werklike gasse se gedrag onder sekere omstandighede goed benader.

Ander gasse wat in die alledaagse lewe aangetref word:

1. Lug wat ons inasem.
2. Die koolwaterstofgasse wat gebruik word vir verhitting, beligting en energie-oordrag:

• Aardgas
• Vloeibare petroleumgas soos butaan en propaan
• Sintetiese gas

1. Chemiese oorlogvoeringsgasse soos onder andere mosterdgas
2. Gasse vir narkose soos laggas of stikstofoksied
3. Spoorgasse
4. Edelgasse

Elf chemiese elemente kom in die gasvorm voor by normale temperatuur en druk: Waterstof, Helium, Stikstof, Suurstof, Fluoor, Neon, Chloor, Argon, Kripton, Xenon en Radon.

Die wette waarin die verband tussen die druk, die volume en die temperatuur van 'n gas byeengebring is, staan bekend as die gaswette. Hierdie wette is geformuleer aan die hand van eksperimente wat deur onder andere Boyle en Gay-Lussac uitgevoer is. Die eienskappe van gasse en die uitwerking van fisiese faktore daarop vorm 'n belangrike studieveld en die wette waaraan dit onderworpe is, vind toepassing nie net in laboratoriums nie maar ook in die tegnologie.

'n Ontleding van die aard van gasse toon dat 'n gas saampersbaar is, sodat die volume kleiner word as druk daarop uitgeoefen word, dat die volume afhang van die temperatuur,en dat daar by 'n gas 'n duidelike verband tussen die temperatuur en die druk bestaan. Die volume van 'n gas word slegs beperk deur die houer waarin dit is, aangesien die gasmolekules vryelik daar buite rondbeweeg. Die afstand tussen die gasmolekules hang al van die volume van die gas, en wanneer dit saamgepers word, word die afstand tussen die molekules kleiner, die volume verminder en druk ontstaan as gevolg van die kinetiese energie van die bewegende molekules. Die uitwerking van druk op 'n gas kan eksperimenteel waargeneem word met 'n apparaat wat deur Torricelli ontwikkel is.

Dit bestaan uit 'n buis wat aan die bokant toe is en met die oop kant in 'n bak kwik staan. 'n Hoeveelheid kwik word vooraf in die buis gegooi om so ʼn kwikkolom te vorm, waardeur die lug ('n gas) in die ruimte bokant die kwik vasgekeer word. Wanneer druk op die kwik in die bak uitgeoefen sou word, sal dit hoër in die buis opstoot en die volume lug bokant die kwikkolom sal kleiner word. Die lugdruk in die atmosfeer oefen ook druk op so 'n opstelling uit en die lengte van die kwikkolom in 'n vakuum is eweredig aan die atmosferiese druk.

Die lengte van die kolom word direk as eenheid gebruik om die lugdruk van die atmosfeer te meet en 1 atmosfeer word as 76 sentimeter kwik uitgedruk. Robert Boyle (1627- 1691) het die verhouding tussen die druk en die volume van gasse ondersoek en gevind dat dit omgekeerd eweredig is aan mekaar. Dit beteken dat hoe groter die druk op die gas word, hoe kleiner word die volume daarvan.

Boyle het verskillende volumes gas aan verskillende drukke onderwerp en vasgestel dat daar 'n vaste verband bestaan. As 'n sekere volume gas byvoorbeeld aan druk onderworpe is en die druk word verdubbel, word die volume twee maal kleiner. Sou die druk verminder word, sê maar met die helfte, sal die volume twee keer so groot as die oorspronklike volume wees. Jacques Charles (1746- 1823) het verder gegaan en die uitwerking van temperatuur op gasse ondersoek.

Dit het geblyk dat die volume en die temperatuur direk eweredig is aan mekaar, met ander woorde dat ʼn volume lug wat by 'n sekere temperatuurverkeer, twee maal groter word as die temperatuur verdubbel word. Joseph Louis Gay-Lussac (1778- 1850) het die studie met betrekking tot volume en temperatuur opgevolg en die derde moontlikheid nagevors, naamlik die eweredigheid van druk en temperatuur ten opsigte van mekaar. Hy het gevind dat ʼn gas by 'n sekere temperatuur druk uitoefen en dat die druk sal verdubbel as die temperatuur verdubbel word. Vier verskillende kombinasies van volume, druk en temperatuur betreffende gasse kan in 'n laboratorium verkry en bestudeer word na aanleiding van die bostaande bevindings.

Die temperatuur kan byvoorbeeld konstant gehou word terwyl die druk en volume verander word. Daarna kan die druk konstant gehou word as die druk en die temperatuur saam ondersoek word. Die vierde moontlikheid is dat nie een van die drie faktore konstant bly nie, en dat 'n verandering in een ʼn uitwerking op albei die ander faktore sal hê. 'n Voorbeeld hiervan is 'n stoomketel wat gebruik word om 'n turbine mee aan te dryf. Water word in die stoomketel verhit totdat dit verdamp en 'n gas vorm, wat dan in die ketel versprei en 'n sekere volume beslaan. As die gas verder verhit word, sal die volume groter word, maar uiteindelik sal die houer waarin die gas is die volumetoename beperk. 'n Verdere verhoging in temperatuur sal dan slegs die druk kan laat verhoog. Die gas wat onder druk verkeer, kan uitgelaat word oor die vinne van die turbine-waaier en die turbine sal begin draai. 'n Motor se bande is ook onderhewig aan die gaswette. Wanneer ʼn band opgepomp word, beslaan die lug 'n sekere volume, wat deur die afmetings van die band beperk word. Die band word hard omdat die druk verhoog word en die volume konstant bly. Wanneer die motor beweeg, word die lug in die bande warm as gevolg van die wrywing tussen die bande en die teerpad en die druk word nog hoër. Dit is die rede waarom 'n motor se bande harder voel na 'n lang rit. ʼn Te hoë druk in 'n band kan die band laat bars, veral as dit swak plekke het.

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409486 band

• Wikiwoordeboek het 'n inskrywing vir gas.