八、气体的基本性质
1、气体的基本特征。
气体没有固定的形状和体积，其基本特征是扩散性和压缩性。由于分子的热运动，气体能够自发地均匀充满任何容器。气体分子间距比较大，在标准状态下（0℃和1大气压），气体分子的平均距离大于分子直径的15~20倍，所以容易压缩，分子间力可以忽略不计。气体分子没有固定的位置。气体的体积是指容器的体积，同气体分子的体积是不同的概念。在标准状态下，气体分子的体积只占气体总体积的万分之四，其余的都是空隙。我们压缩气体时，减少的只是气体之间的空隙和平均距离，分子的体积是不能够被压缩的。
炁学提示：物体是由分子和炁子组成的。气体是三类物体中炁子含量最多的，气体炁子的能量也是最高的。气体内一般还会含有炁流，空气内含有气体、炁子、炁体和炁流。
2、气体的压强。
气体的压强是由于气体分子撞击容器而产生的。压强同气体的温度和浓度有关，气体浓度越大，温度越高，压强也就越大。温度高低决定了分子的运动速度，浓度大小决定了分子的数量，数量多运动快则撞击力大，即产生的压强大。
大气压强。由于气体没有一定的体积和形状，所以气体的压强比较复杂。在地球周围的空间里有大气层存在，大气层厚度大约有200多km。大气层的气体叫做空气。在大气层里，空气的浓度和压力离地面越高就越低。空气的平均比重是0.001293g/cm3，越高越稀薄，比重随高度升高而减小，所以不能够用比重和高度求大气压。1642年，意大利的托里拆利利用水银管首先测定出了地表的大气压=76厘米水银柱=76×13.6=1033.6g/cm2=1个标准大气压≈1kg/cm2（1个工业大气压）。大气气体的压强用气压计测定。气压计是用来测量大气压的仪器，有水银气压计和无液气压计。水银气压计精确度高，但是使用不方便，无液气压计使用方便，对气压变化反应灵敏，但是精度不够高。大气压是善变的，不同的地方不同，相同的地方也经常发生变化。一般来说，在地面附近，平均每升高12米，空气的大气压就要减少1毫米水银柱高。大气压的变化反映了大气环境的变化，可以用来预测气候的变化，作为天气预报的重要依据。通常，大气压变小时会有风雨，变大时会转晴，忽大忽小时会有寒潮或者台风。
压力测量技术。压力敏感涂料（PSP）使风洞试验等气体动力学测量技术，是继压力传感器之后的新技术，测量压力和精度提高了几个量级，而且使用很方便。
炁学提示：气体的压强、温度、体积等由气体炁子决定，不是由分子决定的。分子的混乱碰撞是由炁子的流动引起的，不是分子自行碰撞的结果。
3、实际气体、标准气体和理想气体。
标准气体是标准状态下的气体。标准状态就是指0℃和76cmHg柱（1atm）。
理想气体是组成气体的分子具有质量却没有体积，分子之间没有相互作用（引力作用和排斥作用）只有弹性碰撞作用。很显然是不可能存在这种气体的。一般气体在低压高温和常态时都比较符合理想气体的规律，可以近似看作是理想气体，能够使问题简单化处理。理想气体是对实际气体的外推和近似。理想气体状态方程：PV=nRT。理想气体的平均摩尔移动能Ek=3RT/2。
实际气体是实际存在的气体，其方程有几个，其中常用的普遍化方程是：PV=nZRT。
炁学提示：理想气体实际上就是有质量的奇点。理想气体是只计炁子而忽略气体的气体。
4、气体的分压定律（道尔顿分压定律）和分容定律（阿玛格分容定律）。
气体很容易混合。对于混合的理想气体，如果是没有发生化学作用，则有如下的关系：
pi.v=ni.RT，pi=p。这就是分压定律。
p.vi=ni.RT，vi=v。这就是分容定律。
炁学提示：气体的压力和体积是各气体的贡献。
5、理想气体状态方程（气态方程）。
温度和压力显著影响气体的体积。气体方程反映了气体的温度T、压强P和浓度（或者体积V和数量n）之间的关系。对于理想气体有如下关系式：PV=nRT。其中，R、n分别为摩尔气体常数、分子数（气体的摩尔数）。T=273.15＋t，单位是开、K，t的单位是度、℃。气体的摩尔数n=气体质量/分子量。R值可以将P=1大气压，V=22.414升，n=1摩尔，T=273.15开代入公式求得，R=0.08206l.atm/K.mol=8.315J/K.mol。这个公式只适用于理想气体。饱和汽不遵循理想气体方程，未饱和汽遵循理想气体方程。
气体状态方程是根据下面的几个气体定律总结出来的经验公式。
等温变化（等温过程），也叫做玻意耳—马略特定律：P1V1=P2V2，或者D1/D2=P1/P2，D为气体密度。这是由英国的玻意耳（1627-1691）和法国的马略特（1620-1684）独立发现的。这个过程可以用等温线描述。
等压变化，也叫做盖·吕萨克定律：V1/T1=V2/T2，或者D1T1=D2T2，或者Vt=V0（1+βt）。一切气体在压强相同时的体胀系数β都是一样的，β=1/273=0.00367。β同化学成分无关，这是同固体和液体不同的。这是法国的盖·吕萨克（1778-1850）在1802年发现的。这个过程可以用等压线描述。
等容变化，也叫做查理定律：P1/T1=P2/T2，或者Pt=P0（1+γt）。这是法国的查理（1746-1823）在1787年发现的。一切气体在等容变化时的压强系数γ都是一样的，都等于1/273，γ=β。这个过程可以用等体积线描述。
绝热变化：这是迅速压缩气体或者让气体迅速膨胀，没有热量交换的过程，所做的功全部转变成内能，使内能（温度）发生改变（增加或者减少）。气体状态变化很快的都可以看作是绝热变化。
6、等离子体（等离子气）和中子体（中子气）。
等离子体是由带相等电荷的离子组成的气体，可以导电，可以受到磁场作用，和一般的气体不同。中子体是由中子组成的气体。
炁学提示：都是属于气体，都是由气粒和气体炁子组成的。如同电解液和一般液体的不同。
7、最重要的气体——空气。
空气是形成大气层的气体。空气是生物生存所必需的重要气体，生物只有在空气里才能够生存。人不吃不喝可以活十几天甚至几十天，但是不呼吸的话不过几分种就会死亡。
空气是无色无味无嗅的气体，比重是1.293g/l（在0℃和1atm时）。空气是一种是由各种气粒（气体和尘埃）组成的混和物。清洁空气主要由78%氮气（体积比）和21%氧气组成，其余1%是其它气体，其中惰性气体占0.94%，二氧化碳占0.03%，其它占0.03%。不清洁空气的气粒成分和含量差异就很大了，会有大量的水蒸汽、一氧化碳、二氧化硫、煤气、毒气、尘埃、工业粉尘、烟雾、纤维、花粉、病毒、病菌等微小炁粒（固体、液体和气体的微粒）存在。我们所说的空气一般是指清洁空气。
空气的性质是其中的各种气体的性质的总和。空气里的成分会引起化学作用，使金属生锈，使食物变坏。含氧气比较多的空气叫做富氧空气，是生物呼吸所需要的空气。
气溶胶是固态或者液态微粒悬浮在气体里的分散体系，其粒子直径在0.001~100微米之间。空气是一种气溶胶（气粒直径为10-4到102μm之间），里面有固体和液体的微粒存在，液体微炁粒成为雾，固体微炁粒成为烟（直径小于1μm）和灰尘（直径大于1μm）。一个大人一天要吸进10立方米的空气，约16公斤，有3000微克的微粒进入体内。这对于有3亿多个肺泡，100平方米的毛细管网的肺部是一个沉重的负担。其中有很多是没有用的或者是有毒有害的微粒（杂质，包括致病的病源炁粒）就留驻在身体内，对身体有很大的伤害，例如导致肺纤维性变、肺芽肿、肿瘤、发热、窒息、其它疾病。吸烟无疑是一种慢性自杀的行为，因为里面有大量的一氧化碳、二氧化碳、有机物等有害炁粒。
空气的用途。空气是生物的呼吸、燃料的燃烧所必需的物体，还可以用来提取各种气体（例如氧气、氮气、惰性气体）。惰性气体有其特殊的用途，例如氦气可以充装气球，氩气和氮气的混合物可以制造电灯泡，氖气和氩气可以制造霓虹灯。纯氧对于生物是有害的（因为氧化作用过于强烈，生物受不了），氮气起到冲淡氧气的作用。降低温度和提高压强可以把空气变成液体，经过液化的空气叫做液态空气，有重要的用途，例如制冷、分离气体成分。
炁学提示：空气是炁海的重要组成部分，我们就生活在空气这个炁海里。空气是受到气体污染的炁体。生物需要空气里的氧气为生。空气是一种不同于其它气体的特殊气体。空气与其它气体根本不同，在于空气里除了有气体分子和炁子存在，还有炁体和炁流存在，而其它气体只有分子和炁子存在，一般没有炁体和炁流存在。气体泄漏到空气里，就扩散开来，变成了空气的组成部分。其实空气的主要成分是炁体，各种气体只是占极少数，气体的体积比为万分之四左右，其余的为炁体（包括炁流和炁子）。
8、气体的其他性质。
有密度、热容、粘度、导热系数、扩散系数等。
9、气体技术（气体的应用）。
利用气体的性能，可以制造抽水机（水泵）、气压机（打气机、压气机、加气机、打气筒）、抽气机（真空机）、热气球、氢气球、风箱、制备低温等，广泛用于生产中。利用固体和液体变成气体时产生的膨胀力和高温做功，例如内燃机、炸药、炸弹、炮弹、自动复位装置等。利用压缩气体（高压气体）作动力，例如风动工具、压缩气体、制动开关、喷雾。