الغاز هو مادة ليس لها شكل أو حجم محدد، يتكون من ذرات متراصة بشكل وثيق أو جزيئات منفصلة، تحتل المساحة التي توضع فيها وتتناسب كثافتها مع درجة الحرارة والضغط المطبق عليه. يوجد الغاز في الطبيعة في ثلاثة حالات: الغازية والسائلة والصلبة. عندما ينتقل الغاز من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة يسمى التكثيف، وعندما ينتقل من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية يُسمى التبخر، أما عندما يتحول من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة يُسمى التجميد، وعندما يتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية يُسمى التسامي.
خصائص الغاز
1. قابلية الانضغاط: يكون الغاز سهل الانضغاط عن طريق الضغط عليه، حيث تقل المساحة التي يشغلها مع زيادة الضغط عليه، والعكس صحيح.
2. الانتشار: ينتشر الغاز في جميع الأنحاء ويملأ الحيز المتاح له، وذلك لأن جزيئاته في حركة مستمرة ومتباعدة ولا ترتبط ببعضها البعض.
3. قابلية الامتزاز: يمكن للغاز أن يمتز في مواد معينة مثل الفحم، ويعمل امتصاص الغازات على زيادة مساحة سطح المادة الماصة.
قوانين الغازات
1. قانون بويل: ينص قانون بويل على أن عند درجة حرارة ثابتة، يتناسب حجم الغاز تناسبًا عكسيًا مع ضغطه، أي أنه إذا زاد الضغط ينخفض الحجم، والعكس صحيح.
2. قانون تشارلز: ينص قانون تشارلز على أن عند ضغط ثابت، يتناسب حجم الغاز تناسبًا طرديًا مع درجة حرارته المطلقة، أي أنه إذا زادت درجة الحرارة يزداد الحجم، والعكس صحيح.
3. قانون غاي-لوساك: ينص قانون غاي-لوساك على أنه عند حجم ثابت، يتناسب ضغط الغاز تناسبًا طرديًا مع درجة حرارته المطلقة، أي أنه إذا زادت درجة الحرارة يزداد الضغط، والعكس صحيح.
تطبيقات الغازات
1. الوقود: تستخدم الغازات الطبيعية مثل الميثان والبروبان والبيوتان كوقود في المنازل والسيارات والمصانع.
2. التبريد: تستخدم الغازات مثل الأمونيا ومركبات الكلوروفلوروكربون كمبردات في الثلاجات وأجهزة التكييف.
3. الطب: تُستخدم الغازات مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والأرغون في العمليات الجراحية والتخدير والاستنشاق.
غازات سامة
1. أول أكسيد الكربون: يعد أول أكسيد الكربون غازًا سامًا عديم اللون والرائحة، وينتج عن الاحتراق غير الكامل للوقود، ويرتبط بالهيموغلوبين في الدم ويمنع نقل الأكسجين إلى الأعضاء.
2. ثاني أكسيد الكربون: يعد ثاني أكسيد الكربون غازًا سامًا عديم اللون والرائحة، وينتج عن التنفس وعملية الاحتراق، ويمكن أن يؤدي استنشاقه بتركيزات عالية إلى الاختناق.
3. الأمونيا: تعد الأمونيا غازًا سامًا عديم اللون وله رائحة نفاذة، ويمكن أن يسبب حروقًا كيميائية عند ملامسته للجلد أو العينين.
غازات خفيفة
1. الهيدروجين: الهيدروجين هو أخف عنصر وأخف غاز، وهو غاز قابل للاشتعال بسهولة، ويستخدم في المناطيد والوقود للصواريخ.
2. الهيليوم: الهيليوم غاز خفيف لا يفاعل، ويستخدم في البالونات ومنطاد الهواء الساخن وفي أجهزة الرنين المغناطيسي.
3. النيون: النيون غاز خفيف غير تفاعلي، ويستخدم في الإضاءة والإعلانات.
غازات ثقيلة
1. الأكسجين: الأكسجين غاز ثقيل ضروري للحياة، ويستخدم في التنفس والصناعات المعدنية.
2. النيتروجين: النيتروجين غاز ثقيل يشكل حوالي 78% من الغلاف الجوي، ويستخدم في الأسمدة والمتفجرات.
3. ثاني أكسيد الكبريت: ثاني أكسيد الكبريت غاز ثقيل وله رائحة خانقة، ويستخدم في صناعة الورق والمبيدات.
استعمالات الغازات الأخرى
1. التخدير: تستخدم بعض الغازات مثل أكسيد النيتروز والزنون في التخدير لتعطيل الإشارات العصبية وإحداث فقدان الوعي.
2. التعبئة: تُستخدم الغازات مثل النيتروجين والهيليوم في تعبئة المواد الغذائية والمشروبات للحفاظ على نضارتها ومنع التلف.
3. التنظيف: تستخدم الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين في التنظيف لإزالة الشوائب والأوساخ من الأسطح المختلفة.
الغازات الدفيئة
الغازات الدفيئة هي غازات قادرة على امتصاص وإعادة إصدار إشعاع الأشعة تحت الحمراء، مما يساهم في ارتفاع درجة حرارة الأرض، وتشمل هذه الغازات ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز.
الآثار البيئية للغازات الدفيئة: تؤدي الزيادة في تركيزات الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض، مما يتسبب في مجموعة من الآثار البيئية الضارة، مثل ذوبان الجليد في القطبين، وارتفاع مستوى سطح البحر، والظواهر الجوية المتطرفة، وتغيرات في الأنظمة البيئية.
تخفيف آثار الغازات الدفيئة: يمكن التخفيف من آثار الغازات الدفيئة من خلال الحد من انبعاثاتها والاستثمار في مصادر الطاقة المتجددة وزيادة كفاءة الطاقة.