氣體示例

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簡介

氣體的例子如下：氧氣、氫氣、氦氣等。氣體是物質四種狀態之一，這並不是一個新的現象。氣體由分子組成，分子由單個原子組成。這些原子可以是相同的，也可以是不同的，從而分別形成元素和化合物。與氣體相關的性質介於液態和等離子態之間。

所有氣體的物理特性和成分都基於它們之間的分子間力和分子間空間。與液體和固體相比，由於分子間分離對分子間力的支配作用，氣體之間存在非常大的空間。這就是氣體不能像固體和液體那樣被固定或塑形的原因。所有這些與氣體相關的性質都受溫度和壓力的影響，在氣體的情況下，溫度和壓力成反比。

圖 1：氣體分子的描述

氣體示例

氣體存在於不同的型別，並且有很多例子。氣體的例子可以在不同的上下文中進行分類。氣體例子分類的兩個類別是 -

• 同核分子氣體

• 異核分子氣體

同核分子氣體

顧名思義，同核氣體是指僅由一種型別的原子組成，並且由相同的元素組成的氣體。這些也稱為元素氣體。同核氣體在標準溫度和壓力條件下存在。由於壓力和溫度的變化，氣體可以改變其組成。根據所涉及的原子數量，同核分子氣體分為三種類型。

• 單原子氣體

• 雙原子氣體

• 三原子氣體

圖 2：同核氣體的示例

單原子氣體

單原子氣體是由單個原子組成的同核氣體。由於沒有旋轉和振動常數，並且由於涉及單個元素，因此單原子氣體在熱力學性質方面具有非常簡單的組成。單原子氣體的常見例子是稀有氣體和某些金屬的蒸汽。它們如下 -

• 氦 (He)

• 氖 (Ne)

• 氬 (Ar)

• 氪 (Kr)

• 氙 (Xe)

• 氡 (Rn)

• 鈉蒸汽 (Na)

• 鉀蒸汽 (K)

雙原子氣體

從名稱可以看出，雙原子氣體涉及兩個相同或不同元素的鍵合。在同核氣體的類別中，這些被認為是同核雙原子氣體。雙原子氣體通常由非金屬組成，並透過共價鍵形成。共價鍵是一種化學鍵型別，涉及電子的共享。

在同核雙原子氣體的情況下，形成的共價化合物或氣體是非極性共價氣體。這是因為相同的原子彼此鍵合，不涉及電荷差異，因此不存在淨偶極矩。與單原子氣體不同，這些氣體並不簡單，溫度和壓力的變化也會導致其組成的變化。雙原子氣體不被認為是良好的導電體或導熱體。同核雙原子氣體的例子有 -

• 氫氣 $\mathrm{(H_2)}$

• 氮氣 $\mathrm{(N_2)}$

• 氧氣 $\mathrm{(O_2)}$

• 氟氣 $\mathrm{(F_2)}$

• 氯氣 $\mathrm{(Cl_2)}$

• 溴氣 $\mathrm{(Br_2)}$

三原子氣體

顧名思義，三原子氣體包括三個原子之間的鍵合。定義是靈活的，並且像雙原子氣體一樣，這些氣體也可能是同核的和異核的。這裡只討論同核部分。眾所周知，最常見的同核三原子氣體包含三個氧原子。還有許多其他同核三原子氣體，但這些氣體不穩定，最終會分解成陽離子或其他穩定的產物。因此，穩定的同核三原子氣體是 -

• $\mathrm{臭氧\:(O_3)}$

異核分子氣體

異核氣體由不同原子的分子組成。與同核分子一樣，這些也分為單原子、雙原子和三原子異核氣體。異核氣體也稱為混合氣體，因為它們由不同型別的原子組成。異核氣體中的鍵合可以是共價鍵、電價鍵或配位鍵。根據異核氣體中鍵合的多樣性和所涉及的原子型別，將其分類為有機氣體或無機氣體。下面列出了各種類別的異核氣體的各種例子 -

• 空氣（氧氣、二氧化碳、氮氣和其他氣體的組合）

• 二氧化碳 $\mathrm{(CO_2)}$

• 一氧化碳 $\mathrm{(CO)}$

• 乙炔 $\mathrm{(C_2H_2)}$

• 丁烷 $\mathrm{(C_4H_{10})}$

• 二甲醚 $\mathrm{(C_2H_6O)}$

• 氨氣 $\mathrm{(NH_3)}$

• 硫化氫 $\mathrm{(H_2S)}$

• 甲烷或天然氣 $\mathrm{(CH_4)}$

• 一氧化二氮 $\mathrm{(N_2O)}$

• 乙烷 $\mathrm{(C_2H_6)}$ 等等。

圖 3：異核氣體的示例

有毒氣體及其例子

某些氣體不適合吸入，可能對人體有害甚至致命。意外吸入有毒氣體或輕微接觸都可能導致人死亡，在某些情況下，它可能使人感到頭暈和噁心。在重工業或化工廠工作的人員應瞭解有毒氣體，並在工作時採取必要的措施。下面討論了有毒氣體示例的列表 -

• 氯乙烯 $\mathrm{(C_2H_3Cl)}$

• 三氯矽烷 $\mathrm{(SiHCl_3)}$

• 三甲胺 $\mathrm{(C_3H_9N)}$

• 二氧化硫 $\mathrm{(SO_2)}$

• 臭氧 $\mathrm{(O_3)}$

• 四氧化鋨 $\mathrm{(OsO_4)}$

• 氯化氫 $\mathrm{(HCl)}$

• 硫化氫 $\mathrm{(H_2S)}$

• 磷化氫 $\mathrm{(PH_3)}$

• 光氣 $\mathrm{(COC_{l2})}$

• 六氟化鎢 $\mathrm{(WF_6)}$

• 甲醛 $\mathrm{(CH_2O)}$

各種氣體的應用

有各種各樣的氣體示例在維持地球上的生命及其運作方面發揮著重要作用。氣體種類繁多，可以屬於不同的類別。氣體示例的列表是無窮無盡的。與氣體相關的物理和化學性質及其行為使其在各種應用中都非常有用。氣體存在於各種環境和條件的使用中。

討論了氣體的自然用途，這些用途在地球上扮演著生存基本要素的角色。空氣是呼吸所必需的。各種生物地球化學迴圈只有在氣體存在的情況下才能維持生態系統的平衡。作物的生長和糧食生產的維持是由含氮量高的氣體實現的。例如，豆科植物的生長只有透過將大氣中的氮氣轉化為硝酸鹽才有可能，而硝酸鹽又被細菌進一步利用以促進植物的正常生長。

在工業中，氣體以商業規模生產以幫助不同的過程和部門。這些氣體被稱為工業氣體。有機和無機工業氣體都用於各種工業過程中，例如鋼鐵製造、石油化工分析、半導體行業、醫療行業、化肥生產、H2 分析行業等。

結論

簡而言之，氣體是我們生活和地球上生命順利執行的組成部分。它不僅對人類生命的存在具有重要意義，而且對維持所需的生態平衡和可持續性也至關重要。在商業上，氣體對各種部門和行業來說都是一項福音。儘管我們無法因其特性而將其封閉，但其存在和用途是不可否認的。

常見問題

Q1. 什麼是氣體定律？簡要解釋所有氣體定律。

答：氣體定律是一組定律，它們根據氣體體積、壓力、溫度和氣體摩爾數的變化來觀察氣體不同的行為變化。四條氣體定律建立了所有導致氣體行為改變的因素之間的關係。這些定律是 -

• 波義耳定律：建立壓力和體積之間的關係。

• 蓋-呂薩克定律：展示壓力和溫度之間的關係。

• 查理定律：定義體積和溫度之間的關係

• 阿伏伽德羅定律：定義體積和量之間的關係

Q2. 簡要討論理想氣體。

答：理想氣體是一個理論概念，它在標準溫度和壓力條件下工作，在這些條件下，氣體不受外部環境條件的影響。理想氣體遵循理想氣體方程

$$\mathrm{PV = nRT}$$

在現實世界中，沒有氣體是理想氣體，但在某些標準壓力和溫度條件下，稀有氣體、N2 和 O2 在一段時間內表現出類似理想氣體的行為。

Q3. 氣體上的壓力是如何產生的？

答：氣體壓力是由氣體分子彼此碰撞以及與容器壁碰撞產生的。這些碰撞傳遞少量力併產生動量。動量通常取決於速度，而速度又取決於溫度升高。因此，溫度升高越多，速度和動量就越大，氣體施加的壓力就越大。這種壓力可用於各種化學和熱力學過程。

Q4. 氣體在光化學中起什麼作用？

答：氣體存在於大氣中，因此，所有關於氣體的研究都歸類於大氣化學。另一方面，光化學是利用光進行各種反應，而這些反應也發生在大氣條件下。因此，氣體有助於光化學反應。例如，在臭氧和氯氟烴中觀察到鏈式反應。在電離層，氣體通常由於紫外線或宇宙輻射而轉化為離子，這些輻射足夠強以去除電子。