Chất khí là một trong 4 trạng thái của vật chất, cùng với chất rắn, chất lỏng và plasma. Chất khí là những phân tử, nguyên tử, các hạt tự do chuyển động trong không gian với nhiều loại chất khí khác nhau như: khí axetilen, Co2, Hydro, Oxygen,… Cùng Vietchem tìm hiểu thêm thông tin về loại chất này qua nội dung bài viết sau đây. 

1. Tìm hiểu chất khí là gì?

Chất khí là một trong ba trạng thái của vật chất, cùng với chất rắn và chất lỏng. Chất khí không có hình dạng cố định và không giữ được kích thước riêng. Nó có thể lấp đầy mọi không gian mà nó chiếm giữ. Các phân tử trong chất khí di chuyển tự do và có thể tách rời lẫn nhau.

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

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

2. Cấu tạo, trạng thái của chất khí

Cấu tạo và trạng thái vật chất của chất khí

2.1. Trạng thái vật chất

Chất khí là một trong ba trạng thái của vật chất, khác biệt 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 phòng thí nghiệm thông thường, có nhiều chất ở dạng khí.

2.2. Cấu tạo chất khí

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

Hình 2: Cấu tạo và trạng thái vật chất của chất khí

2.3. Lượng chất và mol

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

3. Tính chất vật lý của chất khí

Tính chất vật lý của chất khí

3.1. Áp suất chất khí

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

3.2. Nhiệt độ chất khí

Nhiệt độ chất khí đo bằng đơn vị Kelvin (K). Chuyển đổi từ Celsius sang Kelvin cộng 273.15 vào giá trị nhiệt độ Celsius. Nhiệt độ ảnh hưởng đến áp suất và thể tích của chất khí theo các quy luật đã đề cập ở trên.

3.3. Thể tích riêng chất khí

Thể tích riêng của chất khí (còn gọi là thể tích mol) là thể tích của một mol chất khí tại điều kiện tiêu chuẩn (STP - Standard Temperature and Pressure). Ở STP, thể tích riêng chất khí đối với một mol là khoảng 22.4 L. Đây là cơ sở cho việc đặt ra đơn vị thể tích mol.

Hình 3: Tính chất vật lý của chất khí

3.4. Mật độ/khối lượng riêng chất khí

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

4. Ứng dụng của chất khí trong đời sống

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

4.1. Ở dạng không khí (Atmospheric Air)

Khí nitơ và khí oxi trong không khí là quan trọng cho quá trình hô hấp của con người. Khí oxi tham gia vào quá trình chuyển hóa trong cơ thể, còn khí nitơ không tham gia nhưng đóng vai trò trong việc tạo ra môi trường thích hợp. Không khí còn chứa các thành phần như argon và các khí nhà kính như CO2, có ảnh hưởng đến môi trường và đời sống sinh học trên trái đất.

4.2. Khí đặc biệt (Gas)

• Gas nấu ăn: Gas như propane và butane được sử dụng trong các hệ thống nấu ăn, chẳng hạn như bếp gas.
• Gas y tế: Một số loại chất khí, như oxy, được sử dụng trong y học để hỗ trợ quá trình hô hấp, điều trị bệnh và trong phòng mổ.
• Gas làm lạnh và sấy: Các chất khí như ammonia, freon, hay hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) được sử dụng trong hệ thống làm lạnh và làm khô.

Hình 4: Ứng dụng của chất khí trong đời sống

4.3. Chất khí đặc biệt (Special Gases)

• Khí dùng trong công nghiệp: Nhiều chất khí, như hydrogen, được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất và chế biến các sản phẩm khác nhau.
• Khí đèn: Một số khí, như axetilen, được sử dụng trong ngành chiếu sáng để tạo lửa đèn.
• Chất khí phòng thí nghiệm: Các chất khí như helium được sử dụng trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học.