Như chúng ta đã biết, chất khí đóng vai trò không thể thiếu trong mọi khía cạnh của cuộc sống. Từ khi thở vào đến khi thở ra, chúng ta liên tục tiếp xúc với chất khí. Có thể thấy chất khí là những “vị khách vô hình” tồn tại trong không gian, đóng góp vào sự tồn tại và sự phát triển của con người và môi trường xung quanh. Để hiểu rõ hơn về chất khí, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé.
Chất khí là gì?
Chất khí hay còn được gọi là chất ở trạng thái khí là một trong ba trạng thái vật chất phổ biến bao gồm chất rắn, chất lỏng và chất khí. Hiểu đơn giản, chất khí chính là trạng thái khí của một chất xảy ra khi các phân tử hoặc các hạt nhỏ hơn của chất đó tự do di chuyển trong không gian.
Chất khí thường không có hình dạng hay thể tích cố định, nó có thể thay đổi hình dạng và thể tích dựa trên áp suất và nhiệt độ. Ngoài ra, khi chất khí được đặt trong một không gian rỗng, nó sẽ lấp đầy không gian đó hoàn toàn và không có khối lượng riêng nào.
Một số ví dụ điển hình về về chất khí có thể kể đến như không khí, oxi, nitrogen, hidro, heli…. Mỗi loại sẽ có những đặc điểm riêng như áp suất, nhiệt độ, khối lượng riêng và khả năng hòa tan trong các chất khác. Nhưng đều được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, nghiên cứu khoa học, năng lượng, giao thông…
Tính chất của chất khí
Dưới đây là một số tính chất quan trọng của chất khí:
- Áp suất
Chất khí có thể tạo áp suất do va chạm của các phân tử hoặc hạt khí với các bề mặt xung quanh. Áp suất của chất khí được đo bằng các đơn vị như pascal (Pa), bar hoặc atmosphere (atm).
- Thể tích
Chất khí không có hình dạng hay thể tích cố định. Nó có thể thay đổi hình dạng và thể tích tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ. Điều này được thể hiện trong định luật khí lý tưởng, như định luật Boyle, định luật Charles và định luật Gay-Lussac.
- Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất của chất khí, đặc biệt là áp suất và thể tích của nó. Khi nhiệt độ tăng, chất khí có xu hướng tăng áp suất và giãn nở. Định luật Charles nói rằng áp suất của một khí đồng nghĩa với nhiệt độ tuyến tính.
- Độ hòa tan
Chất khí có khả năng hòa tan trong một số chất lỏng hoặc chất rắn. Điều này có thể dẫn đến sự hòa tan của khí trong dung dịch hoặc hấp thụ của khí bởi chất rắn.
- Khối lượng riêng
Khối lượng riêng của chất khí là khối lượng của một đơn vị thể tích của nó. Khối lượng riêng của chất khí phụ thuộc vào loại khí và điều kiện nhiệt độ, áp suất.
- Độ nhớt và độ dẻo
Chất khí có độ nhớt và độ dẻo thấp so với chất lỏng và chất rắn. Điều này làm cho chất khí dễ dàng di chuyển và chảy chỗ khác nhau.
- Độ dẫn nhiệt
Chất khí có khả năng dẫn nhiệt khá tốt. Nó có thể truyền nhiệt độ từ nơi có nhiệt cao đến nơi có nhiệt thấp bằng quá trình dẫn nhiệt.
Bản chất dòng điện trong chất khí là gì?
Dòng điện trong chất khí có thể xảy ra do sự di chuyển của các hạt điện tích (có thể là electron hoặc ion) qua chất khí. Sự di chuyển này xảy ra khi có sự tồn tại của một điện trường trong chất khí. Cụ thể, khi một điện trường được áp dụng lên chất khí, các hạt điện tích trong chất khí có thể truyền động năng lượng và di chuyển trong không gian.
Các hạt âm điện như electron sẽ di chuyển từ khu vực có điện tích cao đến khu vực có điện tích thấp, trong khi các hạt dương điện như ion dương sẽ di chuyển từ khu vực có điện tích thấp đến khu vực có điện tích cao. Quá trình này tạo ra dòng điện trong chất khí.
Theo thống kê, dòng điện trong chất khí có thể được chia thành hai loại chính:
- Dòng điện dẫn: Xảy ra khi các hạt điện tích tự do di chuyển qua chất khí và trong chất khí ion hóa, trong đó các phân tử chất khí bị ion hóa và tạo ra các ion dương và âm điện tự do.
- Dòng điện tĩnh: Điện dòng tĩnh xảy ra khi các hạt điện tích không di chuyển tự do qua chất khí, mà chỉ tồn tại trong các phân tử, nguyên tử hoặc cấu trúc mạng của chất khí. Điện dòng tĩnh thường xảy ra trong chất khí không ion hóa, nhưng vẫn có thể chịu ảnh hưởng của điện trường bên ngoài và tạo ra sự phân bố không đồng đều của các hạt điện tích trong chất khí.
Đường điện trong chất khí cũng phụ thuộc vào các yếu tố như độ dẫn điện của chất khí, áp suất, nhiệt độ và độ ẩm. Do đó, nó có ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị và công nghệ điện, như các bóng đèn huỳnh quang, các ống kính đèn, các ống dẫn khí ion và các loại cảm biến khí.
Tỉ khối của chất khí
Tỉ khối của chất khí là một đại lượng đo lường mức độ khối lượng của một chất khí so với thể tích của nó. Tỉ khối thường được biểu diễn bằng các đơn vị phổ biến như kg/m³ hoặc g/L. Đơn vị đo tùy thuộc vào đơn vị sử dụng cho khối lượng và thể tích. Công thức chung để tính tỉ khối là:
Tỉ khối = Khối lượng chất khí / Thể tích chất khí
Tỉ khối của một chất khí có thể thay đổi tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ. Để so sánh tỉ khối của các chất khí khác nhau, thường sử dụng điều kiện tiêu chuẩn, ví dụ như áp suất tiêu chuẩn (thường là 1 atm hoặc 101.325 kPa) và nhiệt độ tiêu chuẩn (thường là 0 °C hoặc 273.15 K). Ngoài ra, cần lưu ý tỉ khối không phải là một đại lượng đặc trưng của chất khí, mà phụ thuộc vào điều kiện và thành phần của chất khí đó.
Hạt tải điện trong chất khí
Hạt tải điện trong chất khí thường là các hạt mang điện tích, bao gồm electron và ion. Chúng chịu ảnh hưởng của các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm và thành phần chất khí. Đồng thời có vai trò quan trọng trong dòng điện trong chất khí và tương tác với các phân tử và nguyên tử trong chất khí. Cụ thể:
- Electron
Electron là hạt tải điện âm trong chất khí. Chúng có điện tích âm và tham gia vào dòng điện dẫn trong chất khí. Electron tự do có thể di chuyển trong chất khí và tạo thành dòng điện. Chúng cũng có thể tương tác với các phân tử chất khí, gây ra các quá trình như ion hoá và kích thích.
- Ion
Ion là hạt tải điện dương hoặc âm trong chất khí. Chúng có điện tích dương hoặc âm do mất hay nhận electron. Ion dương được tạo thành khi một nguyên tử mất đi electron, trong khi ion âm được tạo thành khi một nguyên tử nhận thêm electron. Các ion này cũng có thể di chuyển trong chất khí và tạo thành dòng điện. Sự tồn tại của ion trong chất khí có thể là kết quả của ion hoá, phân li hay tác động của điện trường.
Ứng dụng chất khí
Trên thực tế hiện nay, chất khí được ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:
- Được sử dụng như một nguồn năng lượng. Ví dụ, khí tự nhiên và dầu mỏ được sử dụng để sản xuất nhiên liệu hóa thạch để cung cấp năng lượng cho hệ thống điện, công nghiệp và giao thông.
- Trong công nghiệp, điển hình là trong quá trình hàn, khí như argon hoặc CO2 được sử dụng để tạo một môi trường bảo vệ xung quanh điểm hàn. Các quy trình sản xuất và xử lý như quá trình luyện kim, chế biến thực phẩm, công nghệ thực phẩm cũng sử dụng chất khí.
- Trong lĩnh vực y tế, cụ thể là oxy được sử dụng để cung cấp oxy hỗ trợ cho bệnh nhân trong các bệnh viện và các thiết bị y tế khác. Ngoài ra, các chất khí khác như heli, xenon cũng được sử dụng trong các quá trình hấp thụ đau và gây mê.
- Trong các quy trình xử lý môi trường và kiểm soát ô nhiễm, điển hình là khí nitơ và khí oxy được sử dụng trong các quy trình xử lý nước, khí CO2 được sử dụng để kiểm soát ô nhiễm khí thải. Còn khí ozone được sử dụng để xử lý nước và không khí ô nhiễm.
- Một số chất khí như khí argon, khí xenon được sử dụng trong các vật liệu cách nhiệt để giảm sự truyền nhiệt giữa các khu vực khác nhau và cung cấp cách âm.
- Được sử dụng trong nghiên cứu khoa học để tạo ra môi trường đặc biệt cho các thí nghiệm.
Kết luận
Hy vọng bài viết trên đây của chúng tôi sẽ cung cấp được nhiều thông tin hữu ích cho bạn đọc về chất khí. Từ đó giúp bạn vận dụng vào thực tế khi có nhu cầu sử dụng một cách hiệu quả.