Gaz : qu'est-ce que c'est ?

Un gaz est un état de la matière, tout comme les états solideétats solide et liquide. Dans l'état gazeux, les particules de matière qui composent un gaz (atomes, molécules ou ions) sont très éloignées les unes des autres et sont en mouvementmouvement constant et rapide. Ce mouvement dans toutes les directions et ces grandes distances entre les particules font que les gaz sont hautement compressibles et qu'ils prennent la forme et le volumevolume du contenant dans lequel ils se trouvent.

Les gaz n'ont donc ni forme ni volume définis et se dilatent pour remplir leur contenant. Ils sont facilement compressibles et ont une faible résistancerésistance à la déformation. Les exemples courants de gaz comprennent l'airair que nous respirons, qui est un mélange de plusieurs gaz comme l'oxygèneoxygène, l'azote et le dioxyde de carbonedioxyde de carbone, ainsi que le gaz naturelgaz naturel, l'héliumhélium et la vapeur d'eau.

Les caractéristiques des gaz

Les gaz sont caractérisés par une faible densité, une compressibilité élevée, une tendance à se dilater et à occuper tout l'espace disponible, une pressionpression qui est le résultat des collisions des particules avec les parois du contenant, une diffusiondiffusion rapide et une énergie cinétiqueénergie cinétique élevée des particules.

Voici quelques-unes des principales caractéristiques des gaz :

• faible densité : les gaz ont une faible densité en raison des grandes distances entre les particules qui les composent. Cela signifie que les gaz ont une massemasse par unité de volume plus faible que les solides et les liquides ;
• compressibilité : les gaz sont hautement compressibles en raison des grandes distances entre les particules. Cela signifie que la densité d'un gaz peut être augmentée en réduisant le volume qu'il occupe, par exemple en le comprimant dans un récipient ;
• expansion : les gaz ont tendance à se dilater et à occuper tout l'espace disponible dans un contenant. Cela est dû au mouvement constant et rapide des particules qui les composent ;
• pression : les gaz exercent une pression sur les parois du contenant dans lequel ils se trouvent. Cela est dû aux collisions des particules avec les parois du contenant. La pression d'un gaz est directement proportionnelle à sa température et à sa densité ;
• diffusion : les gaz ont tendance à se mélanger et à se répandre uniformément dans un espace donné. Cela est dû au mouvement aléatoire et rapide des particules qui les composent ;
• énergie cinétique élevée : les particules qui composent un gaz ont une énergie cinétique élevée en raison de leur mouvement constant et rapide. La température d'un gaz est une mesure de l'énergie cinétique moyenne de ses particules.

 Les gaz, comme les liquides, n’ont pas ni volume ni forme propres, ce qui les rend compressibles. Ils sont généralement miscibles entre eux. © SaroStock, Adobe Stock

Autres propriétés des gaz

Les gaz sont généralement misciblesmiscibles entre eux, ce qui signifie qu'ils peuvent se mélanger dans toutes proportions pour former un mélange homogène.

Voici quelques exemples de gaz qui sont miscibles entre eux et forment un mélange homogène :

• Oxygène et azoteazote : l'air que nous respirons est un mélange d'environ 21 % d'oxygène et 78 % d'azote.
• HydrogèneHydrogène et oxygène : l'hydrogène et l'oxygène sont des gaz qui réagissent ensemble pour former de l'eau. Cependant, avant la réaction, ils sont complètement miscibles et peuvent former un mélange explosif.
• Dioxyde de carbone et oxygène : le dioxyde de carbone et l'oxygène sont des gaz qui se trouvent dans l'atmosphèreatmosphère terrestre.
• Hélium et azote : l'hélium et l'azote sont des gaz qui sont souvent utilisés pour gonfler des ballonsballons.
• Méthane et hydrogène : le méthane et l'hydrogène sont des gaz qui sont souvent utilisés comme carburants.

Un gaz peut se dissoudre dans un liquide, comme le fait par exemple l'oxygène dans le sang. Cependant, il existe également des gaz qui ne sont pas complètement miscibles, comme le dioxyde de soufresoufre et l'air, ou le chlorechlore et l'hydrogène. Dans ces cas, les gaz peuvent former des mélanges hétérogènes ou réagir ensemble pour former des composés différents.

Les différents types de gaz

Il existe de nombreux types de gaz, chacun avec ses propres propriétés et utilisations. Voici quelques-uns des types de gaz les plus courants :

Gaz nobles

Les gaz nobles, également appelés gaz rares, sont un groupe de six éléments chimiqueséléments chimiques qui se trouvent dans la colonne de droite du tableau périodique dans le groupe 18 du tableau périodiquetableau périodique. Ils comprennent l'hélium (He), le néonnéon (Ne), l'argonargon (Ar), le kryptonkrypton (Kr), le xénonxénon (Xe) et le radon (Rn). Les gaz nobles sont très stables et ont peu tendance à réagir chimiquement avec d'autres éléments. Ils sont tous des gaz à température et pression ambiantes, sauf le radon qui est radioactif et se trouve à l'état de trace dans l'air.

Les gaz rares sont présents dans l'atmosphère terrestre en faibles quantités. L'argon est le gaz rare le plus abondant dans l'air, représentant environ 0,93 % du volume total. L'hélium est le deuxième gaz rare le plus abondant, mais il est beaucoup plus rare que l'argon, représentant environ 0,0005 % du volume total de l'air. Les autres gaz rares sont encore plus rares dans l'atmosphère. Les gaz rares sont également présents dans le sol et les roches, mais en quantités beaucoup plus faibles que dans l'atmosphère. Le radonradon, par exemple, est un gaz rare qui est produit par la désintégration radioactive de l'uraniumuranium et du radiumradium dans le sol et les roches.

Les gaz rares ont de nombreuses utilisations dans l'industrie, la science et la technologie. L'hélium est utilisé pour gonfler des ballons et des dirigeablesdirigeables, ainsi que pour la réfrigération et la souduresoudure. L'argon est utilisé pour la production de puces électroniques et pour la soudure. Le krypton et le xénon sont utilisés dans les lampes à décharge pour produire de la lumièrelumière vive et colorée. Le radon est utilisé dans certains types de traitements contre le cancercancer.

Gaz diatomiques

Les gaz diatomiques sont des molécules composées de deux atomes identiques ou différents. Les exemples courants de gaz diatomiques comprennent l'oxygène (O₂)), l'azote (N₂), l'hydrogène (H₂) et le monoxyde de carbonemonoxyde de carbone (CO).

Gaz polyatomiques

Les gaz polyatomiques sont des molécules composées de trois atomes ou plus. Les exemples courants de gaz polyatomiques comprennent le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄), l'ozoneozone (O₃) et le sulfure d'hydrogènesulfure d'hydrogène (H₂S).

Gaz combustibles

Les gaz combustiblescombustibles sont des gaz qui peuvent brûler ou exploser lorsqu'ils sont mélangés avec de l'air ou d'autres gaz oxydants. Les exemples courants de gaz combustibles comprennent le méthane, le propane, le butane et l'hydrogène.

Gaz inertes

Les gaz inertes sont des gaz qui ne réagissent pas chimiquement avec d'autres substances. Les gaz nobles sont des exemples de gaz inertes, mais il existe également d'autres gaz inertes tels que le dioxyde de carbone et l'azote.

Gaz toxiques

Les gaz toxiques sont des gaz qui peuvent causer des dommages ou la mort aux êtres vivants. Les exemples courants de gaz toxiques comprennent le monoxyde de carbone, le chlore, le cyanure d'hydrogènecyanure d'hydrogène et le phosgène.

Quels sont les gaz les plus courants ?

Il existe de nombreux gaz courants qui sont utilisés dans une variété d'applicationsapplications, notamment :

• Oxygène (O₂) : l'oxygène est un gaz incolore et inodore qui est essentiel à la vie. Il est utilisé dans les hôpitaux pour aider les patients à respirer, dans l'industrie pour la combustioncombustion et l'oxydationoxydation, et dans les systèmes de soutien de la vie pour les plongeurs et les astronautesastronautes.
• Azote (N₂) : l'azote est un gaz incolore et inodore qui représente environ 78 % de l'atmosphère terrestre. Il est utilisé dans l'industrie pour la production d'engrais, la conservation des aliments et la fabrication de produits chimiques.
• Dioxyde de carbone (CO₂) : le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore qui est produit par la respiration et la combustion. Il est utilisé dans l'industrie pour la production de boissons gazeuses, la conservation des aliments et la fabrication de produits chimiques.
• Hydrogène (H₂) : l'hydrogène est un gaz léger et hautement inflammable qui est utilisé dans l'industrie pour la production d'ammoniacammoniac, de méthanol et d'autres produits chimiques. Il est également utilisé comme carburant pour les piles à combustiblepiles à combustible et les fuséesfusées.
• Hélium (He) : l'hélium est un gaz léger et inerte qui est utilisé dans l'industrie pour la soudure, la réfrigération et la production de ballons et de dirigeables.
• Méthane (CH₄) : le méthane est un gaz incolore et inodore qui est le principal composant du gaz naturel. Il est utilisé comme carburant pour la production d'électricité, le chauffage et la cuisson.
• PropanePropane (C₃H₈) : le propane est un gaz liquéfié sous pression qui est utilisé comme carburant pour les véhicules, les barbecues et les chauffe-eau.
• Butane (C₄H₁₀) : le butane est un gaz liquéfié sous pression qui est utilisé comme carburant pour les briquets et les réchauds de camping.

Ces gaz courants sont utilisés dans une variété d'applications, allant de la production d'énergie à la conservation des aliments en passant par la production de produits chimiques.

Qu'appelle-t-on un gaz parfait ?

Un gaz parfaitgaz parfait, également appelé gaz idéal, est un modèle théorique de gaz qui obéit à des lois simples et qui permet de faire des prédictions sur le comportement des gaz réels dans certaines conditions. Bien que le modèle de gaz parfait soit une approximation, il permet de faire des prédictions précises sur le comportement des gaz réels dans des conditions de pression et de température modérées. Cependant, dans des conditions extrêmes (basses températures, hautes pressions), les gaz réels peuvent présenter des écarts importants par rapport au comportement prédit par le modèle de gaz parfait.

Les gaz à effet de serre 

Les gaz à effet de serregaz à effet de serre (GES) sont des gaz présents dans l'atmosphère terrestre qui absorbent et émettent des rayonnements infrarougesinfrarouges, ce qui contribue à l'effet de serre et au réchauffement climatique.

La nature des gaz à effet de serre est diverse, mais ils ont tous en commun la capacité d'absorber et d'émettre des rayonnements infrarouges. Les principaux gaz à effet de serre sont :

• Dioxyde de carbone (CO₂) : le CO₂ est le principal gaz à effet de serre d'origine anthropique, c'est-à-dire résultant des activités humaines telles que la combustion de combustibles fossilesfossiles, la déforestationdéforestation et l'agricultureagriculture. Le CO₂ est également produit naturellement par la respiration des êtres vivants et les éruptions volcaniqueséruptions volcaniques.
• Méthane (CH₄) : le méthane est un gaz à effet de serre puissant, avec un potentiel de réchauffement global environ 25 fois supérieur à celui du CO₂ sur une période de 100 ans. Le CH₄ est produit naturellement par la décomposition de matières organiques dans les zones humideszones humides, les rizières et les intestins des animaux. Les activités humaines telles que l'élevage, la production de déchetsdéchets et l'exploitation de combustibles fossiles contribuent également à l'émissionémission de CH₄.
• Protoxyde d'azoteProtoxyde d'azote (N₂O) : le protoxyde d'azote est un gaz à effet de serre puissant, avec un potentiel de réchauffement global environ 300 fois supérieur à celui du CO₂ sur une période de 100 ans. Le N₂O est produit naturellement par la décomposition de matières organiques et les processus microbiens dans les sols. Les activités humaines telles que l'agriculture, la production de déchets et la combustion de combustibles fossiles contribuent également à l'émission de N₂O.
• Ozone (O₃) : l'ozone est un gaz à effet de serre présent naturellement dans la stratosphèrestratosphère, où il protège la Terre des rayonnements ultravioletsultraviolets nocifs. Cependant, l'ozone troposphériqueozone troposphérique, qui est produit par la réaction chimiqueréaction chimique entre les oxydes d'azoteoxydes d'azote et les composés organiques volatilscomposés organiques volatils en présence de lumière solaire, est un polluant et un gaz à effet de serre.
• Chlorofluorocarbures (CFCCFC) et hydrochlorofluorocarbureshydrochlorofluorocarbures (HCFC) : les CFC et les HCFC sont des gaz à effet de serre puissants qui ont été utilisés dans le passé comme réfrigérants, propulseurspropulseurs pour les aérosolsaérosols et agents d'expansion pour les moussesmousses isolantes. Ils ont été interdits dans de nombreux pays en raison de leur impact sur la couche d'ozonecouche d'ozone stratosphérique et leur contribution au réchauffement climatiqueréchauffement climatique.