Горизонты техники для детей, 1970 №2

_{К сожалению, Войцех не знает русского языка. Тем не менее просит написать, только разборчиво, так как очень хочет иметь друга в Советском Союзе.}

Химия в нашем доме

ГАЗЫ

Газ можно себе представить как совокупность непрерывно движущихся маленьких частиц, расположенных на больших расстояниях друг от друга. На этих расстояниях они не притягиваются и не отталкиваются, а даже если столкнутся одна с другой, отлетают в противоположные стороны, как упругие мячики. Они испытывают земное притяжение. Поэтому-то все газы на земле скопились вне поверхности, образуя атмосферу. И в отличие от жидкости, создающей на земле ровную поверхность, газы такой поверхности не образуют. Не бывает и так, чтобы частица газа упала на землю и лежала как пылинка твердого тела или капелька воды. А все объясняется тем, что частицы газа непоседливы, находятся в непрерывном движении. Энергией для этого движения служит тепло, поэтому само движение называем тепловым движением частиц газа. Если частица газа „осядет” на землю или, например, на дно какого-либо сосуда, то в момент соприкосновения с ним она начнет получать тепло, то есть энергию, которая заставит ее оторваться от земли или сосуда. Энергию для движения частицы газа получают и от своих сестер во время столкновения с ними и от стенок сосуда, в котором они находятся. В свою очередь они сами передают тепло стенкам и предметам. И не только тепло. Ударяя о стенки сосуда, частицы газа оказывают на них давление, точнее, действуют с определенной силой. Величина этой силы тем больше, чем большее количество частиц газа ударяет о стенки. В закрытом сосуде такое увеличение силы (давления) получается тремя способами. Во-первых, можно ввести в сосуд дополнительные частицы газа. Во-вторых, можно уменьшить объем газа (если одна стенка подвижная). И в-третьих, можно подогреть сосуд. В последнем случае, правда, число частиц не увеличится, но они будут быстрее двигаться, получив дополнительную энергию. Одна и та же более энергичная частица ударит о стенку, скажем, в два раза чаще, что равносильно тому, будто бы додали в сосуд еще одну частицу.

Каждое количество воздуха в закрытом сосуде характеризуется четырьмя величинами:

1 — массой, (m)

2 — объемом, (V)

3 — давлением, (Р)

4 — температурой (t).

Все эти величины зависят друг от друга и изменение одной из них влечет за собой изменение другой или даже всех остальных. Те, кто уже изучал на уроках физики это явление, знают, что оно носит название закона Бойля и Мариотта. Этот закон действует в условиях, которые давайте называть обычными. Оказывается, что слишком большие давления или очень низкие температуры „необычны” для газов. В таких условиях газы перестают быть газами и становятся жидкостями, а иногда и очень твердыми телами. Одни газы сжижаются уже при небольших давлениях и слабом „морозе”. Для других нужно создавать огромные давления и очень низкие температуры, каких на земле не бывает. Но в каждом случае нужно и изменение величины давления и температуры. Это и понятно. Газ до тех пор остается газом, пока его частицы свободны и находятся в непрерывном движении. Надо забрать у них тепловую энергию, чтобы они перестали бегать, а потом прижать их друг к другу, чтобы они, как бы желая согреться, сгруппировались в большие и тяжелые капельки жидкости.

Самый распространенный газ — это окружающий нас воздух, который, впрочем, представляет собой смесь всех известных на земле газов. Химический состав воздуха различен на различной высоте. Воздух у самой поверхности земли, то есть тот, которым мы дышим, имеет везде одинаковый состав, а именно:

— азот (N₂) 78,1 % объема,

— кислород (O₂) 20,9 % объема,

— аргон (Аr) 0,93 % объема,

— углекислый газ (СО₂) 0,02-0,03 % объема.

В воздухе содержатся также небольшие количества других газов, таких как неон (Ne), криптон (Кr), ксенон (Хе), гелий (Не) и самый легкий газ — водород.

А теперь, ребята, давайте проделаем с вами вместе кое-какие опыты с газами. Их, конечно, лучше всего проводить в школьных химических кабинетах или дома, под наблюдением взрослых.

ВОДОРОД — САМЫЙ ЛЕГКИЙ ГАЗ

1 литр водорода в обычных условиях весит 0,09 грамма, то есть в 14,5 раза легче воздуха (нормальными условиями для газов называем давление, равное 760 мм ртутного столба, и температуру 0° Цельсия). Цель первого опыта — доказать, что водород — газ легкий (см. рис. 1).

На технических весах подвесьте вверх дном два одинаковых сосуда и, если понадобится, уравновесьте весы разновесами. К одному из сосудов подведите по трубке водород, выделяющийся в аппарате Киппа. Более легкий газ — водород — вытеснит из сосуда воздух, заполнит его. Весы будут показывать, что сосуд с воздухом тяжелее.