onderscheiden zich van vaste en vloeibare stoffen, doordat ze zich over elke hun geboden ruimte kunnen verspreiden, en van elkaar doordat dampen gemakkelijker tot vloeistof te verdichten (condenseren) zijn. De naam „gas” stamt van de alchimist Van Helmont, die daarbij dacht aan het Griekse woord chaos. „Damp” is een oud inheems woord, ongeveer hetzelfde als vochtigheid.
Het wordt dan ook voor nevel gebruikt, ofschoon dit in natuurkundige terminologie geen damp is, maar een suspensie van fijne vloeistofdruppeltjes in lucht.In verdunde toestand gehoorzamen zowel gassen als dampen aan de algemene gaswet van Boyle en Gay-Lussac: PV = RT. Hierin is P de druk, T de absolute temperatuur, V het volume van een grammolecule (22,4 liter bij 1 atm. en o gr. C.) en R een universele constante, de zgn. gasconstante = 8,314 J/°K of 2,0 cal/°K, beide per Mol.
Volgens de kinetische theorie berust deze wet er op, dat ten gevolge van de sterke verdunning de gemiddelde afstand tussen de moleculen zo groot is, dat ze door eikaars aantrekking en volume niet gehinderd worden. Voortvliegende met een gemiddelde kinetische energie van 1½ kT oefenen ze door hun botsingen een druk op de wand van het vat uit. Berekening op deze basis geeft de formule PV = NkT voor JV moleculen. Hierin ligt niet alleen de gaswet besloten (als men R met Nk identificeert), maar ook de regel van Avogadro en de wet van Dalton voor de partiële dampdrukken.
Uit de gaswet volgt, dat zowel de uitzettingscoëfficiënt (bij constante druk) als de „drukcoëfficiënt” (bij constant volume) de waarde 1/T heeft (z dilatatie). Bij 0 gr. C. is dit 1/273,15 of 0,003661.
Stelt men de gaswet voor een reeks constante waarden van T als grafisch verband tussen P en V voor (isothermen), dan krijgt men een reeks hyperbolen (zoals A5D5). Voor werkelijke gassen en vooral dampen treden bij sterkere samenpersing afwijkingen van de gaswet op: de genoemde krommen (isothermen) wijken van de hyperboolvorm af en krijgen beneden een bepaalde kritieke temperatuur een horizontaal stuk (BG). Dit betekent, dat bij samenpersen de druk constant blijft en vindt zijn oorzaak in het condenseren van een steeds groter deel van de damp tot vloeistof. De constante druk, die bij aanwezigheid van beide phasen (vloeistof en damp) heerst, noemt men de verzadigingsdruk bij die temperatuur).
Bij stijgende temperatuur neemt de verzadigingsdruk snel toe. Is deze 1 atm geworden, dan kunnen zich in de vloeistof onder atmosferische druk dampbellen vormen en kookt dus de vloeistof (z ook Papiniaanse pot) .
De horizontale stukken der isothermen beneden de kritieke temperatuur vormen in het P, V-diagram het zgn. coëxistentiegebied, zo genoemd omdat vloeistof en damp. er samen bestaan kunnen. Rechts er van kan slechts damp voorkomen, links vloeistof. Ligt de kritieke temperatuur van een gas beneden kamertemperatuur, dan is de verdichting van het gas tot een vloeistof door drukking bij kamertemperatuur niet mogelijk. Dit geeft als kenmerkend verschil tussen dampen en gassen: Voor de eerste ligt de kritieke temperatuur boven kamertemperatuur, voor de tweede er beneden.
Vroeger noemde men permanente gassen die, waarvan de kritieke temperatuur zo laag was, dat men die nog niet had kunnen bereiken. Maar sinds 1908, toen Kamerling Onnes helium vloeibaar maakte (<5°K), zijn er geen permanente gassen meer.
De afwijkingen van de gaswet kunnen althans enigszins voorgesteld worden door de toestandsvergelijking van v. d. Waals: (P+a/V2) (V-b)= RT. Hierin is de constante a een maat voor de onderlinge aantrekking der moleculen en b voor hun eigen volume. De grootheid a is gering voor de moeilijk te condenseren edelgassen en groter voor dampen. Dezelfde aantrekkende krachten uiten zich natuurlijk ook in de cohaesie, capillariteit en verdampingswarmte van vloeistoffen.
Bij water onder zijn eigen dampdruk laat zich de laatste grootheid beneden ioo gr. C. voorstellen door 600-0,6 t cal/g bij / gr. C., maar bij 100 gr. C. is de werkelijke waarde reeds lager (538) en bij 364 gr.
C., de kritieke temperatuur, is deze natuurlijk nul geworden. Zie verder de regel van Trouton voor andere stoffen.
Het behoeft geen betoog, dat ook vaste stoffen een verzadigingsdampdruk en verdampingswarmte bezitten. In plaats van verdampen gebruikt men hierbij ook de naam sublimeren. Sneeuw en vast koolzuur verdwijnen door sublimeren, kwikchloride (HgCl2) wordt gereinigd door sublimeren, vandaar de naam sublimaat.
Technisch maakt men tegenwoordig de meeste gassen vloeibaar volgens de methode van Linde. Hierbij comprimeert men het gas bij kamertemperatuur (koelwater) tot de druk p2 en laat het door de smoorkraan b ontspannen tot druk p1. Hierbij treedt een afkoeling op, het zgn. Joule-Kelvin-effect. Dit effect berust, evenals de verdampingswarmte, op twee factoren: de onderlinge aantrekking der moleculen, die overwonnen wordt, en de arbeid, die verricht wordt bij de expansie. Doordat men de zo afgekoelde gasmassa gebruikt om de volgende portie voor te koelen, daalt de temperatuur hiervan nog meer enz.
Deze voorkoeling wordt bereikt in de zgn. Hampson-spiraal, waar de aangevoerde en afgevoerde porties van het gas in tegenstroom langs elkaar stromen. Ten slotte wordt door het continue bedrijf het gas vanaf een zeker tijdstip in de binnenste spiraal vloeibaar en afgetapt bij c.
Voor het bewaren van vloeibare gassen, en trouwens ook voor andere doeleinden, waar het op goede warmte-isolatie aankomt, gebruikt men zgn. Dewar-vaten. Deze kunnen van glas of staal zijn; tussen de dubbele wand is een zeer goed luchtledig gemaakt, zodat langs deze weg geen warmtegeleiding mogelijk is. De warmte-overdracht door straling wordt verminderd door de wanden glanzend te verzilveren. Ook thermosflessen zijn Dewar-vaten.
PROF. DR J. A. PRINS
Gassen en dampen spelen ook een zeer belangrijke rol in de scheikunde, zowel in techniek als in het laboratorium. Van de natuurlijk voorkomende gassen wordt vooral in de V.S. het aardgas op zeer grote schaal gebruikt voor verhitting en voor de bereiding van koolzwart (carbonblack). Ook helium komt uit soortgelijke bronnen. Het koolzuur uit natuurlijke bronwateren en bronnen vindt enige toepassing voor de bereiding van koolzuurhoudende mineraalwaters.
Uiteraard wordt lucht gebruikt bij tal van processen, waarbij het meestal de zuurstof is, die reageert. De stikstof uit de lucht is echter ook zeer belangrijk voor de stikstofbereidingsindustrie. Beide gassen worden van elkaar gescheiden door destillatie van vloeibare lucht. De gassen, die ontstaan bij de droge destillatie van steenkool, bevatten o.a. de waterstof, nodig voor de vorming van ammoniak.
De reiniging van deze gassen omvat verschillende bewerkingen, zoals afkoelen, wassen met water en andere vloeistoffen, stofreiniging enz. (z gas fabricage).
Voor het technisch gebruik worden de gassen samengeperst, waarbij sommige, zoals ammoniak, chloor en koolzuur vloeibaar worden, andere zoals waterstof, zuurstof en stikstof echter gasvormig blijven. In verband met de druk (in de laatste gevallen 150 atm) vindt de verzending steeds plaats in stalen cylinders.
Vloeibare lucht en vast koolzuur zijn toepassingen van gassen als koelmiddelen. In het laboratorium maakt men meestal ook gebruik van de samengeperste gassen in cylinders. Voor bereiding in het klein zijn zeer practisch de toestellen, waarbij de gasontwikkeling willekeurig, d.w.z. zonder verlies van grondstoffen, onderbroken kan worden. Het toestel van Kipp bestaat uit de met elkaar vast verbonden ballons a en b benevens uit een bovenste bol, die bij c door middel van de daaraan bevestigde lange buis luchtdicht op b wordt geplaatst.
De vaste stof wordt door e in b gebracht en de opening daarna met een kraanbuis, bestemd voor de afvoer van het gas, gesloten. De onderste bol, de lange buis en een deel van de bovenste bol zijn met het zuur gevuld, dat om de lange buis heen in b komt en hier gas doet ontstaan, dat door e ontwijkt. Sluit men echter kraan e, dan wordt het zuur naar de bovenste bol teruggedrongen en houdt de gasontwikkeling op. Als het zuur ten slotte verzadigd is, kan men het door f doen afvloeien.
PROF. DR J. A. A.
KETELAAR.
