Gepubliceerd op 29-01-2021

Gas

betekenis & definitie

luchtvormige vloeistof, naam van dien aggregaattoestand der lichamen in welken zij een neiging tot uitzetting (expansie) vertoonen en tengevolge daarvan een ruimte waartoe men hen toegang geeft in korten tijd volkomen en gelijkmatig vullen. Velen lichamen is deze aggregaattoestand onder normale omstandigheden, onder gewone temperatuur en drukking eigen; deze lichamen noemt men eigenlijke gassen; andere lichamen behoeven toevoer van warmte om b. v. uit den vloeibaren in den gasvormigen toestand over te gaan ; zoodanige uit vloeistoffen door toevoer van warmte ontwikkelde gassen noemt men gewoonlijk dampen (zie Damp). Gelijk men alle dampen door warmte-onttrekking en drukking weder in vloeistoffen kan omzetten, laten volgens de ontdekkingen van Faraday, Pictet en Cailietet ook alle gassen zich tot vloeistoffen verdichten. De waterdamp of de stoom is het gas eener bij -j100° G. kokende vloeistof; de lucht is het gas of de damp eener bij circa + 200° C. kokende vloeistof. De leer van het evenwicht en van de beweging der gassen maken het onderwerp uit van de aerostatiek en van de aerodynamiek; de innerlijke geaardheid der gassen leert de kinetische gas-theorie kennen.

Physische kenmerken De gassen of laehtrormiye vloeistoffen zijn lichamen waarvan de moleculen een volkomen bewegelijkheid bezitten en in een gedurigen staat van afstooting verkeeren, welken staat men uitdrukt door de woorden uitzettinjsvennogen, spanning of veerkracht, waarom de gassen zelven ook wel den naam van veerkrachtige vloeistoffen dragen. Men verdeelt de veerkrachtige vloeistoffen in twree klassen : de bestendige gassen of eigenlijk gezegde gassoorten, en de onbestendige gassen of dampen. De eerste zijn die welke in den luchtvormigen toestand blijven, wat drukking of afkoeling zij ook ondergaan mogen; deze zijn de zuurstof, de waterstof, de stikstof, het dubbel stikstof-oxyde. De onbestendige gassen, daarentegen, gaan meer of minder gemakkelijk tot den staat van drupvormige vloeistof over, hetzij door aanzienlijke drukking, of door afkoeling, of door beide te gelijk. Evenwel gaat deze onderscheiding niet streng door, want een groot getal gassoorten die men als bestendig beschouwde zijn door Faraday of andere natuurkundigen drup vormig vloeibaar gemaakt, en men mag aannemen, dat ook die welke men tot dusverre niet in dien staat kon brengen het toch onder toereikende drukking en bij genoegzame koude zouden worden. Daarom gebruikt men bet woord gas in "t algemeen voor de lichamen die, bij de gewone drukking en temperatuur, zich enkel in luchtvormigen toestand voordoen, terwijl men door damp den luchtvormigen toestand verstaat in welken, onder den invloed der warmte, lichamen geraken die, zooals water, alkohol, ether, drupvormig vloeibaar zijn bij de gewone drukking en temperatuur. Onder de thans in de scheikunde bekende gassoorten zijn vier enkelvoudige: de zuurstof, de waterstof, de stikstof en de chloor: slechts 7 worden vrij in de natuur aangetroffen : de zuurstof, de stikstof het koolzuur, het enkel en het dubbel koolwaterstofgas, de ammoniak en het zwavelig zuur. Al de anderen worden slechts door chemische bewerking verkregen.

Uitzetting De gassen zijn de meest uitzetbare lichamen en tevens de stoffen wier uitzetting het regelmatigst is. Het uitzettingsvermogen der gassen, of hun neiging om steeds een grooter volumen in te nemen, hun spanning, wordt door de volgende proef aangetoond. Men 'plaatst onder den ontvanger eener luchtpomp een blaas van een kraan voorzien, waarin eene kleine hoeveelheid lucht is, en die men vooraf nat gemaakt heeft, om ze buigzamer te maken. Eerst is er evenwicht tusschen de veerkracht der lucht onder den ontvanger en die van de lucht in de blaas; maar zoodra men de lucht begint weg te pompen, wordt de drukking op de blaas geringer, en deze zwelt meer en meer op, even alsof er in geblazen werd, waaruit de veerkracht van het in haar besloten gas blijkt. Geeft men vervolgens de buitenlucht weder toegang tot den ontvanger door een tot dat doel bestemde kraan, zoo ziet men de blaas, die nu weder door het binnentredend gas samengedrukt wordt, opnieuw haar eerste volumen aannemen. Op gelijke wijze wordt het uitzettingsvermogen van alle gassoorten bewezen. Een of ander gas, zich in een vat bevindende, zou indien het vat in ’t luchtledige stond, tengevolge van zijn uitzettingsvermogen, terstond daaruit ontsnappen; onder de gewone omstandigheden evenwel verzet de drukking der buitenlucht zich tegen de ontsnapping van het gas, echter slechts in zooverre als de in het vat begrepene veerkrachtige vloeistof zelve lucht is, daar men geen evenwicht kan maken met de uitzettende kracht van een gas, dan door de drukking die eene gas-massa van dezelfde natuur er op uitoefent. Zoo kan b.v. de drukking der lucht geen evenwicht maken met de uitzettende kracht van de waterstof of het koolzuur. Deze gassen ontsnappen dan niet terstond, gelijk zij in het luchtledige zouden doen, maar de inwendige en de uitwendige gassoort vermengen zich spoedig met elkander. De spankracht der gassen is altijd gelijk en tegenovergesteld aan de drukking die zij ondergaan, en neemt met de temperatuur toe. Gay-Lussac vond ten aanzien van de uitzetting der gassen de volgende wetten. 1) Alle gassen hebben denzelfden uitzettings-coëfficient als de lucht; 2) deze coëfficiënt behoudt dezelfde waarde, welke drukking de gassen ook mogen ondergaan. Deze wetten zijn echter streng genomen niet geldend en drukken slechts bij benadering de verschijnselen der uitzetting van de gassen uit.

Gewicht De gassen schijnen door hunne groote bewegelijkheid en vooral door hun uitzettingsvermogen niet aan de wetten der zwaartekracht onderworpen te zijn ; in waarheid echter gehoorzamen ook deze stoffen aan bedoelde kracht, zooals de vaste lichamen en de vochten. Om dit aan te toonen hangt men onder aan de schaal eener zeer gevoelige balans een glazen bol van 3 tot 4 liter inhoud, en welks hals van een luchtdicht sluitende kraan voorzien is ; eerst weegt men dezen bol met de daarin begrepen lucht, en maakt hem daarna luchtledig, weegt hem opnieuw, en alsnu bevindt men dat de tweede 'weging verscheidene grammen minder oplevert dan de eerste; dit mindere is bet gewicht der uit den bol gedreven lucht of andere gassoort.

Dichtheid Een liter lucht weegt 1293/1000 gram en een liter water 1000 gram ; het eerste gewicht door het tweede deelende krijgt men tot quotiënt (0,001,293) de dichtheid der lucht in verhouding tot het water. Op gelijke wijze vindt men de dichtheid der overige gassen.

Drukking De gassen oefenen op de moleculen hunner massa en op de wanden der voorwerpen waarin zij besloten zijn drukkingen uit. Wanneer men bij een gasmassa, die in een vat in evenwicht is haar gewicht niet mederekent, en alleen op haar uitzettingsvermogen let, zoo gaan de drukkingen van dat vermogen met dezelfde kracht op alle punten van den wand en van de vloeibare massa over; want de afstootende kracht die de moleculen op elkander oefenen is op alle plaatsen dezelfde en werkt gelijkelijk in alle richtingen ; dit is een gevolg van de volmaakte veerkrachtigheid en bewegelijkheid der gassen. Maar brengt men de werking der zwaarte in rekening, zoo brengt deze kracht drukkingen voort die geheel en al aan dezelfde -wetten als bij de drupvormige vloeistoffen onderworpen zijn, dat wil zeggen, dat zij toenemen in evenredigheid met de dichtheid van het gas en met de diepte; dat zij standvastig zijn voor eene zelfde horizontale laag, en onafhankelijk van den vorm dien de gasmassa aanneemt. Het uitzettingsvermogen van het gas is dan op ieder punt gelijk en tegenovergesteld aan de drukking die het ondergaat, en neemt gevolgelijk met de diepte toe. Bij eene kleine hoeveelheid gas is de drukking van ’t gewicht gering, bij groote gasmassa’s, zooals den dampkring, kunnen de drukkingen der zwaarte aanzienlijk zijn, en zij moeten noodzakelijk in rekening gebracht worden.

Het vorenstaande saamvattende blijkt, dat er een groote overeenkomst bestaat tusschen de gassen en de vochten. Evenals bij deze laatste, bezitten ook de moleculen der gassen eene buitengewone bewegelijkheid, hetgeen veroorzaakt, dat deze lichamen, eveneens als de vochten, geenerlei eigen vorm hebben, en oogenblikkelijk, ten gevolge hunner spankracht, de gedaante aannemen van het voorwerp waarin zij besloten zijn, terwijl zij daarvan steeds de geheele inhoudsruimte beslaan en niet maar enkel het beneden-gedeelte, gelijk dit de vochten steeds willen doen. Uit de overeenkomst van gesteldheid tusschen de gassen en de vochten volgt nog, dat ook de gassen de drukkingen naar alle richtingen, met dezelfde kracht, op de wanden der vaten en op de in hunne massa gedompelde lichamen overbrengen, dat is te zeggen: zij zijn onderworpen aan de grondstelling van Pascal. Eindelijk blijkt, dat de wet van Archimedes ook van toepassing is op de gassen. Naast deze overeenkomsten tusschen de gassen en de vochten doen zich ook scherp uitkomende verschillen op :

1) terwijl de vochten tenauwernood samendrukbaar zijn, bezitten de gassen daarentegen, eene aanzienlijke samendrukbaarheid ;
2) de gassen kenmerken zieh door uitzettingsvermogen, spankracht, waarvan men geen grens kent, een eigenschap die de vochten niet bezitten :
3) de gassen hebben alle een aanzienlijk geringere dichtheid dan de vochten

Spankracht Mariotte (overl. 1681) vond de volgende wet voor de spankracht der gassen, naar hem wet van Mariotte geheeten : „Wanneer de temperatuur dezelfde blijft is het volumen eener gegeven massa gas in omgekeerde reden van de drukking die op haar werkt.” Langen tijd gold deze wet onvoorwaardelijk voor alle gassoorten en bij elke drukking ; Despretz toonde het eerst aan, dat het koolzuur, de zwavelwaterstof, de ammoniak en de blauwstof meer samendrukbaar zijn dan de lucht, en dat de waterstof, die zich eerst tot op een drukking van 15 atmospheren evenals de lucht gedraagt, vervolgens minder samendrukbaar is. Daar de proeven van Despretz getoond hadden dat alle gassen niet evenzeer samendrukbaar zijn, zoo maakte men daaruit op, dat de wet van Mariotte niet algemeen was. Nadat deze wet alzoo niet juist bevonden was, ondernamen Dulong en Arago onderzoekingen aangaande de spankracht van den waterdamp, waarbij zij gebruik moesten maken van een manometer met samengeperste lucht, ten einde de spanning te meten Nadat genoemde natuurkundigen hun proefneming tot op 27 atmospheren hadden voortgezet, constateerden zij wel kleine afwijkingen van de wet van Mariotte, doch van zoo geringe beteekenis dat zij die aan fouten in de waarneming toeschreven; opnieuw werd de wet van Mariotte voor nauwkeurig verklaard, tenminste tot 27 atmospheren, de grens der genomen proeven. In 1847 deed Regnault opnieuw proeven op lucht, stikstof, koolzuur en waterstof, en bevond dat de lucht zich niet stipt aan de wet van Mariotte houdt, maar meer samendrukbaar is dan deze aangeeft, en dat bovendien haar samendrukbaarheid met de drukking toeneemt: verder dat de stikstof zich evenzoo verhoudt als de lucht, alleen iets minder samendrukbaar is; het koolzuur wijkt bij eenigszins aanzienlijke drukking sterk van de wet van Mariotte af; ook de waterstof geeft uitkomsten die niet in overeenstemming zijn met deze wet; hare samendrukbaarheid echter, in plaats van met de drukking te vermeerderen, wordt minder. Eindelijk heeft Regnault omtrent het koolzuur waargenomen, dat dit gas te minder van Mariotte’s wet afwijkt, naarmate de temperatuur hooger is, en men neemt in ’t algemeen aan, dat het ook met de andere gassen zoo gelegen is. Inderdaad blijkt uit proefnemingen, dat de gassen zich te minder aan die wet onttrekken, naar gelang zij dichter bij hun punt van vloeibaarwording komen, en dat integendeel, wanneer zij zich van dit punt verwijderen, de samendrukbaarheid al meer j en meer evenredig wordt met de drukking. Overigens is waargenomen, dat bij alle gassen die men niet vloeibaar heeft kunnen maken de afwijkingen tusschen de wet van Mariotte en de proefneming uiterst gering zijn en geheel buiten rekening kunnen blijven bij physische en chemische proeven, wanneer men, gelijk doorgaans het geval is, slechts met min aanzienlijke drukkingen te doen heeft. Uit de wet van Mariotte vloeit een tweede wet voort: Voor eene en dezelfde temperatuur is de dichtheid van een gas evenredig aan de drukking waaraan het onderworpen is. Daalde dichtheid der lucht, onder de gewone dampkringsdrukking, 773 maal minder dan die van ’t water is, zoo zou bij gevolg de lucht, onder een drukking van 773 atmospheren, dezelfde dichtheid als het water verkrijgen, indien zij namelijk bij zoodanige drukking nog gasvormig blijftMen kan de wet van Mariotte nog uitdrukken door te zeggen, dat voor een gegeven massa gas, op dezelfde temperatuur genomen, het product van het volumen met de drukking standvastig is. Werktuigen bestemd om de spankracht van gassen of dampen te meten, noemt men manometers.

Gasmengsels Tengevolge van hun spankracht hebben de gassen, bij hun vermenging, de volgende voorwaarden van evenwicht:

1) De vermenging, die altijd snel plaats heeft, is homogeen en blijvend, zoodat elk deel van het geheele volumen dezelfde hoeveelheid van elk der vermengde gassen bevat.
2) Wanneer de temperatuur standvastig is en de vermenging geschiedt in een vat waarvan de wanden zich niet uitrekken, zoo is de spankracht van het mengsel altijd gelijk aan de som der spanningen van de vermengde gassen, elk in verhouding gebracht tot het geheele volumen, volgens de wet van Mariotte.

Deze tweede wet laat zich korter uitdrukken door te zeggen: in een mengsel van verschillende gassen is de drukking door ieder hunner uitgeoefend dezelfde alsof elk gas alleen ware.

De eerste wet is een gevolg van de groote poreusheid der gassen en van hunne spankracht. Zij is het eerst bewezen door den franschen scheikundige Berthollet. De gasmengsels gehoorzamen aan de wet van Mariotte evenals de enkele gassen.

Het water en vele andere drupvormige vloeistoffen hebben de eigenschap gassen in zich te laten doordringen. Bij een gelijke temperatuur en eenzelfde drukking slorpt eenzelfde drupvormige vloeistof echter geen gelijke hoeveelheden van verschillende gassen op. Het kwik schijnt in het geheel geen gassen op te neme . Uit proeven is gebleken, dat de mengsels der gassen en vochten aan de volgende wetten onderworpen zijn:

1) Voor eenzelfde gas, eenzelfde vocht en eenzelfde temperatuur is het gewicht van het opgeslorpte gas evenredig aan de drukking, of m. a. w. het opgeslorpte gasvolumen is bij alle drukkingen hetzelfde, de dichtheid van het opgeslorpte gas is in een standvastige verhouding met die van het niet opgeslorpte uitwendige gas, daar dit laatste aan dezelfde drukking is onderworpen als het opgeslorpte; deze wet laat zich duidelijker uitdrukken in de volgende formule: Een vocht slorpt altijd hetzelfde gedeelte van zijn volumen aan gas op, welke ook de uitwendige drukking van dit gas moge zijn:
2) de hoeveelheid opgeslorpt gas is te grooter naarmate de temperatuur lager en de spankracht dus geringer is;
3) de hoeveelheid gas die een vocht kan opnemen, is onafhankelijk van den aard en van de hoeveelheid der andere gassen die het vocht reeds in zich heeft opgenomen.

De verhouding van het volumen gas, dat zich oplost tot het volumen van het vocht noemt men de opslorpings- of oplosbaarheidscoëfficient van een gas met betrekking tot ;en vocht, zijnde het gas en het vocht beide op de temperatuur van nul en het volumen van het opgeslorpte gas herleid tot de drukking die het op het vocht uitoefent. De coëfficiënt van opslorping verandert met de gassen en de vochten; voor eenzelfde gas en eenzelfde vocht is hij echter, wanneer de temperatuur standvastig is, onveranderlijk, wat ook de drukking moge zijn. Anders is het gesteld met het gewicht van het opgeslorpte gas; dit is altijd evenredig met den opslorpings-coëfficient van het gas, met zijn dichtheid en met de drukking.

Overgang tot vocht Aangezien de gassen niets anders zijn dan sterk uitgezette dampen zoo kan men hen, evenals deze, drupvormig maken Daar zij echter zeer ver verwijderd zijn van hun punt van vochtwording, kan men hen daartoe slechts brengen door eene meer of minder aanzienlijke drukking of afkoeling. Voor sommige is öf de samendrukking of de afkoeling alleen voldoende; voor de meeste echter moeten deze beide hulpmiddelen tot druipbaarmaken gelijktijdig worden aangewend. Weinige gassen hebben genoegzamen weerstand kunnen bieden aan deze twee vereenigde werkingen: zij zijn vocht geworden, en men moet aannemen, dat ook die welke tot dusverre niet tot vocht konden worden gebracht, toch druipbaar zouden kunnen gemaakt worden, indien men ze aan eene voldoende afkoeling en drukking kon onderwerpen.

Soortelijke warmte Men drukt de soortelijke warmte der gassen uit hetzij met betrekking tot die van het water of met betrekking tot die van de lucht. In het eerste geval stelt de soortelijke warmte de hoeveelheid warmte voor, die noodig is om een gegeven gas tot 1 graad te doen rijzen, vergeleken met de hoeveelheid die noodig zou zijn voor hetzelfde gewicht aan water; in het andere geval de noodige hoeveelheid warmte om een gegeven volumen gas 1 graad te verwarmen, vergeleken met de warmte die er voor hetzelfde volumen lucht zou noodig zijn. De soortelijke warmte der gassen in verhouding tot die van het water, is in 1812 door Delaroche en Bérard aangegeven. Daartoe maten zij de hoeveelheid warmte door een bekend gewicht gas afgestaan aan een eveneens bekend gewicht water, terwijl het gas door een in het vocht geplaatste slangvormige pijp liep. Genoemde natuurkundigen hebben ook de soortelijke warmte der gassen, bij onveranderde drukking, in verhouding tot de lucht bepaald, door onderlinge vergelijking van de hoeveelheden warmte die door gelijke volumen gas en lucht werden afgestaan aan eenzelfde gewicht water, bij gelijke temperatuur en onder den invloed der zelfde dampkringsdrukking gedurende de proefneming. Eindelijk is de soortelijke warmte der gassen bij constant volumen, en wel in verhouding tot de lucht, berekend geworden door Dulong, die daarbij een formule, die de snelheid der voortplanting' van het geluid in de verschillende gassen uitdrukt, tot grondslag nam. De soortelijke warmte wordt in laatstgenoemd geval nimmer door proefneming gevonden: men leidt haar altijd af uit de verhooging in temperatuur die de lucht bij samendrukking ondergaat, en bepaalt dan daarbij de betrekking die er is tusschen de soortelijke warmte bij onveranderlijke drukking en die bij constant volumen. Naar aanleiding der berekeningen van Laplace en Poisson, en de proefnemingen van Clément en Désormes, van Delaroche en Bérard, Gay-Lussac en Dulong enz., werd langen tijd aangenomen dat de soortelijke warmte der gassen bij onveranderde drukking altijd grooter is dan bij een onveranderlijk volumen; later bevond echter Regnault, dat het verschil tusschen deze twee soorten van soortelijke warmte nul of uiterst gering is. Delaroche en Bérard vonden ten aanzien van de soortelijke warmte der gassen de volgende wet: Bij gelijk volumen hebben alle enkelvoudige gassen een gelijke soortelijke warmte; Dulong voegde hieraan een tweede wet toe, luidende: Wanneer twee enkelvoudige gassen zich verbinden zonder verdichting, dan heeft het daaruit ontstaande gas, bij gelijke volumen, dezelfde soortelijke warmte als de samenstellende enkelvoudige gassen. Regnault heeft door proeven aangetoond dat de eerste van deze wetten alleen volkomen juist is voor de gassen die aan de wet van Mariotte onderworpen zijn, d.i. die van hun punt van vloeibaar wording verwijderd zijn. Dezelfde proefnemingen hebben ook de tweede wet niet bevestigd.

Geleidingsvermogen Het geleidingsvermogen der gassen kan niet rechtstreeks worden aangetoond, gevolg van hun groot warmtedoorlatend vermogen (diathermaniteit) en de buitengewone bewegelijkheid hunner moleculen; wanneer zij in hun beweging worden belemmerd schijnt hun geleidingsvermogen gelijk nul; alle lichamen tusschen welker vezelen de lucht bv. in rust blijft, bieden een grooten tegenstand aan de voortplanting der warmte. Magnus heeft de aan ieder gas eigen geleidbaarheid van warmte onderzocht, door middel van een verticaal staande glazen buis, gesloten door een kraan. Onder in de buis was inwendig een thermometer aangebracht, dien men door het glas heen kon waarnemen, terwijl het boveneinde op 10O graden werd gehouden. Bij het proefnemen met deze beurtelings luchtledige en met verschillende gassen gevulde buis verkreeg Magnus de volgende uitkomsten: de temperatuur van den thermometer stijgt meer in de waterstof dan in alle andere gassen; zij is hooger in de waterstof dan in het luchtledige, en dat te meer naarmate dit gas dichter is; in andere gassen dan waterstof is de temperatuur minder hoog dan in het luchtledige, en dat te minder naarmate de dichtheid der gassen grooter is.