વાયુ (gas) : દ્રવ્ય કે પદાર્થની અવસ્થાઓ (phases) ઘન, પ્રવાહી, વાયુ પૈકીની ત્રીજી અવસ્થા. પ્રાચીન વેદ-પુરાણોમાં સ્થૂળ જગતના જે પાંચ મૂળ તત્ત્વો ગણવામાં આવે છે, તે છે પૃથ્વી, પાણી, અગ્નિ, વાયુ અને આકાશ. વાયુસ્વરૂપની આ સૌપ્રથમ સંકલ્પના ગણાય. કોઈ પદાર્થ સામાન્યપણે વાયુ ન હોય પણ તેને જરૂરી ગરમી આપતાં તે વાયુસ્વરૂપમાં આવે તો તેને બાષ્પ (vapour) પણ કહે છે. આ સંદર્ભમાં પાણીની બાષ્પ અને વરાળ(steam)માં પણ તફાવત છે.
ઘન અને પ્રવાહી સ્વરૂપોમાં પદાર્થના અણુપરમાણુઓ એકબીજાના સીધા સંપર્ક કે બંધનમાં હોય છે. વાયુસ્વરૂપમાં તે કણો નજીક હોતા નથી. ઘન પદાર્થમાં કણો તીવ્ર આકર્ષણબળના કારણે જકડાયેલા હોય છે; જ્યારે પ્રવાહીમાં આ કણો એકબીજાની સાપેક્ષે મર્યાદિત ગતિ કરી શકે છે. વાયુસ્વરૂપમાં આ કણો વચ્ચેનું આકર્ષણબળ કે આંતર અણુબળ તદ્દન નજેવું હોય છે. આ કારણે વાયુ પદાર્થના કુલ કદમાં 99 % જેટલી જગ્યામાં અવકાશ હોય છે. આકર્ષણબળના આ તફાવતને કારણે જ ઘન પદાર્થો આકાર અને કદ ધરાવે છે, જ્યારે પ્રવાહી પદાર્થો કદ ધરાવે છે; પણ આકાર તેઓ જે પાત્રમાં હોય તેનો ધારણ કરે છે. આનાથી વિપરીત વાયુ પદાર્થોને ચોક્કસ આકાર કે કદ હોતાં નથી. વાયુ મુક્ત પ્રસરણથી સમગ્ર પાત્ર કે જગ્યાને ભરી દે છે. હવા એ મનુષ્ય જીવનનો સૌથી પરિચિત વાયુ કહેવાય. અલબત્ત, હવા એ જુદા જુદા વાયુઓનું મિશ્રણ છે. વાયુના અણુઓ અસ્તવ્યસ્ત ગતિ કરે છે. તે અંગેનો સંભાવાત્મક અભ્યાસ મૅક્સવેલ-બૉલ્ટ્ઝમૅન સ્ટેટિસ્ટિક્સમાં કરવામાં આવે છે.
વાયુના ગુણધર્મો : વાયુના ગુણધર્મોમાં અતિવિવિધતા જોવા મળે છે. વાયુના કેટલાક ગુણધર્મો નીચે મુજબ છે :
(ક) રંગ : કેટલાક વાયુઓ રંગીન હોય છે. ફ્લોરિન લીલો છે, ફ્લોરિન પીળાશ પડતો લીલો છે. જોકે મોટાભાગના વાયુઓ રંગહીન છે.
(ખ) ગંધ : ઘણા વાયુઓ; જેમ કે, ઑક્સિજન, હાઇડ્રોજન વગેરે ગંધહીન છે. એમોનિયાને તીવ્ર તીખી વાસ છે. રાંધણગૅસ(LPG)ને આમ તો વાસ નથી, પણ તીવ્ર ગંધવાળો સલ્ફર ગંધહીન બ્યૂટેનમાં ઉમેરવામાં આવે છે, જેથી લિકેજ તુરત પકડાઈ શકે.
(ગ) દ્રાવ્યતા : કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ જેવા કેટલાક વાયુઓ પાણીમાં દ્રાવ્ય હોય છે. હાઇડ્રોજન, ઑક્સિજન જેવા કેટલાક અલ્પદ્રાવ્ય હોય છે. તાપમાનના વધારા સાથે વાયુની દ્રાવ્યતા ઘટે છે.
(ઘ) રાસાયણિક સક્રિયતા : બીજાં તત્ત્વો સાથે પ્રક્રિયા કરી કેટલાક વાયુઓ નવા પદાર્થો બનાવે છે; ઉદા., લોખંડ સાથે ઑક્સિજન ભળી કાટ બનાવે છે. ઑક્સિજન, ફ્લોરિન, ક્લોરિન જેવા વાયુઓ અતિસક્રિય છે. ફ્લોરિન દરેક તત્ત્વ સાથે સક્રિય પ્રક્રિયા કરે છે. જ્યારે નિષ્ક્રિય વાયુઓ હિલિયમ, નિયૉન વગેરે બીજા કોઈ તત્ત્વ સાથે પ્રક્રિયા કરતા નથી.
વાયુના નિયમો : તાપમાન, દબાણ તથા કદના ફેરફાર સાથે વાયુની વર્તણૂક નીચેના ચાર નિયમો વડે સમજી શકાય છે :
(અ) બૉઇલનો નિયમ : અચળ તાપમાને આપેલા વાયુનું કદ તેના પર લાગતા દબાણના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
PV = અચળ
(બ) ચાર્લ્સનો નિયમ : અચળ દબાણે તાપમાન સાથે વાયુના કદમાં વધારો થતો જોવા મળે છે. ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક ચાર્લ્સનો આ નિયમ ગેલુસાકના નિયમ તરીકે પણ ઓળખાય છે.
V = kT અહીં તાપમાન કૅલ્વિનમાં માપવામાં આવે છે.
(ક) ડાલ્ટનનો નિયમ : જ્યારે એકથી વધારે વાયુઓનું મિશ્રણ (દા.ત., હવા) હોય ત્યારે અલગ અલગ દરેક વાયુના અંશત: દબાણનો સરવાળો વાયુનું કુલ દબાણ દર્શાવે છે.
(ડ) એવોગેડ્રોનો નિયમ : એકસરખી તાપમાન અને દબાણની પરિસ્થિતિમાં દરેક વાયુ માટે સરખા કદમાં સરખી સંખ્યામાં અણુઓ કે પરમાણુઓ હોય છે. એક મોલ પદાર્થ એટલે 6.02 x 1023 અણુ કે પરમાણુસંખ્યા. 6.02 x 1023 અંકને એવોગેડ્રો અંક કહે છે.
આદર્શવાયુ સમીકરણ : ઉપર્યુક્ત નિયમોનો સમાવેશ કરીને એક આદર્શવાયુ સમીકરણ બનાવવામાં આવ્યું છે.
PV = nRT; અહીં n વાયુના મોલની સંખ્યા છે, R સાર્વત્રિક વાયુ-અચળાંક છે. આ સમીકરણ વડે કોઈ પણ વાયુની કોઈ પણ ભૌતિક પરિસ્થિતિમાં અવસ્થા સમજી શકાય છે.
ચેતન લીંબાચિયા