Kas yra dujos? Apibrėžimas, rūšys ir savybės
Sužinokite, kas yra dujos, jų rūšys (vienatomi, elementinės, sudėtinės), savybės, pavyzdžiai ir panaudojimas — nuo oro sudėties iki gamtinių ir nuodingų dujų.
Dujos yra viena iš keturių labiausiai paplitusių medžiagos būsenų. Dujose molekulės juda laisvai ir nepriklauso viena nuo kitos — jos neturi nei pastovaus tūrio, nei pastovaus pavidalo, o užima visą turimos talpos tūrį. Tuo jos skiriasi nuo skysčio, kurio molekulės yra tarpusavyje labiau pritrauktos ir turi pastovų tūrį, nors pavidalas priklauso nuo indo, ir nuo kietojo kūno, kuriame molekulės yra tvirtai surikiuotos ir laikosi kartu. Dujos taip pat pasižymi mažu tankiu, dideliu suspaudžiamumu ir greitu skverbimusi (difuzija) per atvirus tarpus.
Cheminė sudėtis ir rūšys
Grynosios dujos gali būti vienatomių (vienas atomas vienoje molekulėje), elementinių (molekulės sudarytos iš to paties tipo atomų, pavyzdžiui diatominės O2 ar H2) arba sudėtinių (junginiai, kuriuose molekulė susidaro iš skirtingų atomų). Pavyzdžiai: neonas yra vienatomių dujų pavyzdys, vandenilis dažnai aptariamas kaip elementinių (diatominių) dujų pavyzdys, o anglies dioksidas – sudėtinių dujų pavyzdys.
Dujų mišiniai yra labai paplitę gamtoje ir technikoje. Pavyzdžiui, oras, kurį sudaro apie 78 % azoto, apie 21 % deguonies, apie 0,9 % argono ir nedidelis kiekis anglies dioksido (apie 0,04 %), be to, ore gali būti kintantis kiekis vandens garų. Kiti svarbūs mišiniai yra pramoninės dujos ir gamtinės dujos, kurios daugiausia sudarytos iš metano ir kitų angliavandenilių.
Fizinės ir termodinaminės savybės
Dujos pasižymi šiais bendrais bruožais:
- Užpildo indo tūrį: laisvai paskirstosi po visą prieinamą erdvę.
- Lengvai suspaudžiamos: jų tūris labai priklauso nuo slėgio ir temperatūros.
- Difuzija ir maišymasis: skirtingos dujos greitai susimaišo be mechaninio maišymo.
- Slėgis: dujų savybes ir elgesį apibūdina slėgis; santykis tarp tūrio, slėgio ir temperatūros dažnai aprašomas idealios dujos dėsniu (PV = nRT) — realios dujos prie aukštų slėgių ir žemų temperatūrų gali skirtis nuo idealaus modelio.
Cheminės savybės, pavojai ir panaudojimas
Dujos gali būti chemiškai aktyvios arba inertinės. Kai kurios yra degios (pvz., metanas, vandenilis), kitos — toksiškos arba nuodingos (pvz., chloras, anglies monoksidas), o dar kitos — inertinės (pvz., argonas, neonas), naudojamos apsauginei aplinkai kurti. Nuodingos dujos istorijoje buvo panaudotos kaip cheminis ginklas Pirmajame pasauliniame kare, dėl ko jų naudojimas civiliuose ir karininiuose konfliktuose vėliau buvo sugriežtintas arba uždraustas tarptautiniais susitarimais.
Panaudojimas:
- Energetika ir šildymas — gamtinės dujos (daugiausia metanas) naudojamos elektros gamybai, šildymui, pramoniniams procesams.
- Pramonė — dujos reikalingos chemijos pramonei, metalų suvirinimui (inertinės apsauginės atmosferos), šaldymui (prekės, skystintos dujos), maisto pramonei (CO2 gazavimui).
- Medicinoje — deguonis gyvybinių funkcijų palaikymui.
- Transportas — suskystintų dujų kuro formos (LNG, LPG) ir kuro elementai (vandenilio panaudojimas).
Saugumas ir aplinka
Dujų sauga apima tinkamą laikymą, transportavimą ir detektavimą. Daugeliui dujų pritaikomos slėgio balionų taisyklės, o suskystintos dujos reikalauja izoliacijų ir šaldymo. Kai kurios dujos kelia dusinimo pavojų (beveik bekvapės inertiškos dujos gali išstumti deguonį), kitos — sprogimo ar užsidegimo riziką. Dėl to naudojami dujų jutikliai (anglies monoksido, metano, deguonies lygio stebėjimas), ventiliacija ir avarinės procedūros.
Aplinkos požiūriu, tam tikros dujos — ypač anglies dioksidas ir metanas — veikia kaip šiltnamio efektą sukeliančios dujos ir prisideda prie klimato kaitos. Todėl mažinamas išmetamų dujų kiekis ir ieškoma švaresnių alternatyvų energetikoje.
Trumpai: dujos yra viena iš pagrindinių medžiagų formų, pasižyminčių laisvu molekulių judesiu, dideliu suspaudžiamumu ir gebėjimu užpildyti erdvę; jos gali būti įvairios chemiškai ir fizikinėmis savybėmis, plačiai naudojamos pramonėje, energetikoje ir kasdieniame gyvenime, tačiau reikalauja atitinkamų saugos priemonių ir turi įtakos aplinkai.
Atsitiktinio dujų molekulių judėjimo, kai jos neprisijungusios viena prie kitos, iliustracija.
Fizinės savybės
Visos dujos, kaip ir skysčiai, gali tekėti. Tai reiškia, kad molekulės juda nepriklausomai viena nuo kitos. Dauguma dujų yra bespalvės, pavyzdžiui, vandenilis. Dujų dalelės pasklinda, arba difunduoja, kad užpildytų visą erdvę bet kurioje talpykloje, pavyzdžiui, butelyje ar kambaryje. Palyginti su skysčiais ir kietaisiais kūnais, dujų tankis ir klampumas yra labai maži. Daugumos dujų tiesiogiai nematome, nes jos nėra spalvotos. Tačiau galima išmatuoti jų tankį, tūrį, temperatūrą ir slėgį.
Slėgis
Slėgis - tai matas, rodantis, kokia jėga kažkas stumia kitą objektą. Dujų atveju paprastai dujos stumia objekto talpyklą arba, jei dujos sunkios, kažką, kas yra dujų viduje. Slėgis matuojamas paskaliais. Dėl trečiojo Niutono dėsnio dujų slėgį galime pakeisti, veikdami jėgą į objektą, kuriame jos yra. Pavyzdžiui, suspaudus butelį su oru viduje, jame esantis oras padidėja (atsiranda didesnis slėgis).
Kalbant apie dujas, slėgis dažnai siejamas su talpykla. Daug dujų mažame inde būtų labai didelis slėgis. Mažas dujų kiekis dideliame inde būtų mažo slėgio. Dujos gali pačios sukurti slėgį, kai jų yra daug. Dujų svoris sukuria slėgį viskam, kas yra po jomis, įskaitant kitas dujas. Planetoje tai vadinama atmosferos slėgiu.
Temperatūra
Dujų temperatūra - tai jų karštis arba šaltis. Fizikoje ji paprastai matuojama kelvinais, nors kitur dažniau naudojami Celsijaus laipsniai. Dujų molekulių vidutinis greitis (kaip greitai jos juda) yra susijęs su temperatūra. Kuo greičiau juda dujų molekulės, tuo labiau jos susiduria arba atsitrenkia viena į kitą. Dėl šių susidūrimų išsiskiria energija, kuri dujose yra šilumos pavidalo. Ir atvirkščiai, jei temperatūra aplink dujas tampa aukštesnė, dujų dalelės šiluminę energiją paverčia kinetine energija, todėl jos juda greičiau ir dujos tampa karštesnės.
Būklės pokyčiai
Dujos gali būti dviejų skirtingų būsenų. Jei temperatūra yra pakankamai žema, dujos gali kondensuotis ir virsti skysčiu. Kartais, jei temperatūra yra pakankamai žema, dujos gali nusėsti ir virsti kietuoju kūnu. Paprastai dujos pirmiausia turi kondensuotis iki skysčio, o tada užšalti, kad taptų kietuoju kūnu, tačiau jei temperatūra labai žema, jos gali praleisti skysčio etapą ir iš karto tapti kietuoju kūnu. Taip žiemą ant žemės susidaro įšalas. Vandens garai (dujos) patenka į labai šaltą orą ir dėl nusėdimo akimirksniu tampa ledu.
Susiję puslapiai
- Idealios dujos
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra dujos?
Atsakymas: Dujos yra viena iš keturių medžiagos būsenų, kai molekulės juda laisvai ir nėra susijungusios viena su kita.
K: Kuo skiriasi dujų molekulės nuo skysčio molekulių?
A: Dujose molekulės nėra viena prie kitos pritvirtintos, o skystyje molekulės yra laisvai pritvirtintos arba liečiasi tarpusavyje.
K: Kuo skiriasi dujų ir kietojo kūno molekulės?
A: Dujose molekuliniai ryšiai yra silpni, o kietajame kūne molekuliniai ryšiai yra stiprūs, išlaikantys molekules vienoje formoje.
K: Ar dujos turi tik vieną tūrį, kaip skystis ar kietasis kūnas?
Atsakymas: Ne, dujos, kitaip nei skystis ar kietasis kūnas, gali plėstis, kol užpildo bet kokį indą, kuriame jos yra.
K: Kokių skirtingų tipų yra dujų molekulės?
A: Yra grynosios dujos su atskirais atomais, elementariosios dujos, kuriose yra daugiau nei vienas to paties atomo junginys, ir sudėtinės dujos, kuriose yra daug skirtingų atomų.
K: Ar galite įvardyti vienatomių dujų pavyzdį?
A: Taip, vienatomių dujų pavyzdys yra neonas.
K: Kas yra dujų mišinys?
Atsakymas: Dujų mišinį sudaro bet kurios iš pirmiau minėtų dujų rūšių mišinys, pavyzdžiui, oras, kurį sudaro 87 % azoto, 0,2 % deguonies, 13,7 % argono ir nedidelis anglies dioksido kiekis.
Ieškoti