Gazlar Nelerdir? Gaz Kanunları, Gaz Basıncı ve Gazların Özellikleri

Gaz, maddenin üç halinden biridir. Bu haldeyken maddenin yoğunluğu çok az, akışkanlığı ise son derece fazladır. Gaz halindeki maddelerin belirli bir şekli ve hacmi yoktur.

Katı bir madde ısıtıldığı zaman, katı halden sıvı, sıvı halden de gaz haline geçer. Bu duruma faz (safha) değişikliği denir. Sıvıyı meydana getiren tanecikler (atom veya moleküller) birbirlerini çeker. Sıvı ısıtıldığı zaman, tanecikler arasındaki çekim kuvveti yenilir ve tanecikler sıvı fazdan (ortamdan) ayrılarak gaz haline dönüşürler. Gazı meydana getiren tanecikler her yönde hareket edebilir ve bulundukları kabın halini alırlar. Mesela hava bir gaz karışımıdır ve azot, oksijen, çok az miktarda asal gazlar ve karbondioksitten meydana gelmiştir.

Gazlar birbiriyle her oranda karışabilir.Gazların birbiri ile oluşturdukları karışımlar homojendir. Hacimleri, dolayısıyla yoğunlukları basınç ve sıcaklığa tabidir. Genellikle gazın basınç veya sıcaklığının az miktarda değişmesi, gazın hacminde çok büyük değişiklikler meydana getirir. Bütün gazların genişleme ve sıkışma katsayıları aynıdır. Fakat sıvı ve katıların böyle bir özelliği yoktur. Bu yüzdendir ki, gazlar, katı ve sıvılardan daha kolay incelenir. Hareket halindeki gaz moleküllerinin (taneciklerinin), bulunduğu kabın cidarına (duvarına) çarpması sonucu meydana gelen etkiye, gazın basıncı denir. Bir silindir içindeki gaz, piston ile sıkıştırılırsa pistonun geri itildiği, ilk haline döndürülmek istendiği görülür ki, bu yukarıdaki olayın sonucudur. Pistonu ittirmek için yapılan iş, gazın basıncına karşı yapılan iştir. İzole halde yani çevreden yalıtılmış bir gaz, sıkıştırılınca ısınır. Sıkıştırılmış gaz genişletilirse soğur, yani yine bir iş yapar ve gaz moleküllerinin ortalama hızları düşer. Böylece basınç da azalmış olur.

Gazlar hakkındaki mevcut bilgilerin ana kaynakları, hava üzerindeki ilmi çalışmalar, çeşitli gazların keşfi ve ısıyla ilgili araştırmalardır.

Torricelli, hava ile deneyler yaptı ve atmosfer basıncını keşfetti. 1643′te ilk cıva barometresini yaptı. Pascal ise, yüksek yerlerdeki hava basıncının deniz seviyesindekinden daha düşük olduğunu gösterdi. Otto von Guericke de, birbiri ile birleştirilmiş ve içindeki havası boşaltılmış (vakum) iki yarım kürenin birbirinden ayrılması ile ilgili deneyi yaptı. Bu deneyde yarım küreleri birbirinden ayırmak için sekizerden 16 tane at kullanıldı.

GAZLAR

Gazların Özellikleri:Gazların davranışının anlaşılması aynı zamanda modern kimyanın da temel konularından biridir. Avagadro ilkesine göre bir gazın hacmini ölçmek,bu hacimde bulunan molekülleri saymak demektir ki böyle ölçmelerin önemini ne kadar belirtsek azdır. Üstelik endüstride kullanılan element ve bileşiklerin çoğu kullanılma şartlarında gaz halindedir. Gazların pratik ve tarihsel önemi yanında, bunlar üzerinde bu kadar durmamızın bir başka nedeni de vardır. Kimyacının işi yığın halinde bulunan madde ile bunun molekülleri arasında bir bağıntı kurmaktır. Gazların kinetik teorisi, makroskobik olayların , moleküllerin davranışı cinsinden açıklanmasına en güzel örneklerden birini teşkil eder. Gazların,içinde bulundukların kabın çeperlerine çarpan büyük sayıda taneciklerden yapılmış olduğu düşünülerek, matematik işlemlerle Boyle kanunu çıkarılabilir ve sıcaklık kavramı daha iyi anlaşılabilir. Gazların Boyle kanununa niçin tam anlamıyla uymadıklarını, araştırırken, moleküllerin büyüklükleri ve bunların birbiri üzerine etkiyen kuvvetleri konusunda pek çok şey öğrenebiliriz. Böylece maddenin en basit halini incelemek bizi fiziksel bilimlerin en evrensel bazı kavramları ile karşı karşıya bırakır.

Gaz Kanunları

Genel olarak katı,sıvı ya da gaz, herhangi bir maddenin hacmi, sıcaklığına ve üzerine etkiyen basınca bağlıdır. Belli bir miktarda maddenin hacmi ile basınç ve sıcaklık değerleri arasında matematik bir bağıntı vardır; bu matematik bağıntıya hal denklemi denir ve sembolik olarak

V=V(T,P,n)

Şeklinde gösterilir. Bunun anlamı şudur:V sıcaklık, basınç ve maddenin mol sayısının bir fonksiyonudur. Sıvı ve katılar için hal denklemi çok karmaşık bir matematik ifade olabildiği gibi maddeden maddeye de değişebilir. Fakat gazların hal denklemleri, gaz halindeki her çeşit madde için hemen hemen aynı kalır. İleride bu basitliğin gaz moleküllerinin aslında birbirinden bağımsız hareket etmesinden ileri geldiğini, bunun bir sonucu olarak da moleküllerin ayrıntılı yapısının, bir bütün olarak gaz davranışına büyük ölçüde etki etmediğini göreceğiz. Fakat biz şimdilik gazların hal denklemini saptamağa ve ifade etmeğe çalışalım.

Gazlar için bir denklemin saptanması ister istenmez bir gazın içinde bulunduğu kabın çeperlerine yaptığı basıncın, yani yüzey birimine uyguladığı kuvvetin ölçülmesini içerir. Genellikle gaz basıncı, birim yüzeye uygulanan kuvvet cinsinden değil de, atmosfer ya da milimetre cıva birimleriyle ifade edilir. Daha temel bir birim olan yüzey birimine uygulanan kuvvetle atmosfer ve milimetre birimleri arasında bir bağıntı kurabilmek için yalnızca basıncın denel olarak nasıl ölçüldüğünü bilmeliyiz.

Boyle Kanunu

Belirli sıcaklıkta, belirli bir miktar gazın basıncı ile hacmi arasındaki matematiksel bağıntı 1662 de Robert Boyle tarafından bulunmuştu. Boyle, belirli bir miktar gazın hacmi ile basıncının çarpımının yaklaşık olarak sabit kaldığını buldu. Bundan başka basınç sabitken gaz ısıtıldığında hacminin genişlediğinin de farkına vardı; fakat,belki de o zamanlar sıcaklığın henüz kesin bir tanımı yapılmamış olduğundan,bu olayın üzerinde fazla durmadı. Boyle’un sıcaklığın bir gaz üzerindeki nitel etkisi konusundaki gözlemi süphesiz önemliydi,zira basınç-hacim bağıntısıyla ilgili tayinlerin anlamlı olabilmesi için,deney sırasında çevre sıcaklığının sabit tutulması gerektiğini gösteriyor.

Charles ve Gay-Lussac Kanunu

Sabit basınçta bir gazın hacmi ile sıcaklığı arasındaki matematiksel bağıntı Charles, Gay-Lussac Kanunu olarak bilinir ve

V=V0(1+&t)

şeklinde yazılır. Burada ve V sabit basınçta belli miktardaki gazın hacmi, V0 aynı gazın aynı basınç ve 0 C(santigrad) da işgal ettiği hacim, & bütün gazlar için değeri yaklaşık 1/273 olan bir sabit,t ise santigrad cinsinden sıcaklıktır. Bu eşitlik bize bir gazın hacminin,sıcaklığı ile doğrusal olarak arttığını söylemektedir. Bunu denel bir gerçek olarak ifade edebilmek için her şeyden önce sıcaklığın ölçülebileceği bilmemiz gerekir.

Sorular

S: Ozon gazı ne zaman oluşur?

C: Alüminyum kaynağında moleküler oksijeni parçalayan arktan gelen UV ışınları ile yalnız alüminyum oksit değil ayrıca ozon gazı da oluşur. Ozon ayrıca TIG ile yapılan paslanmaz çelik kaynağında da oluşur. Son olarak ozon gazı oksijene dönüştürülür. Bu süreç ozon katalizör işlevi gören sert bir yüzey ile temas ettiğinde hızlanır. Ozon filtrelenemez ancak oksijene dönüştürülebilir.

Düşük ozon konsantrasyonunda partikül filtreli Adflo maske sisteminin kullanılması kaynakçıya ulaşan ozon miktarını azaltır. Şöyle ki partikül filtresi (geniş yüzeyi nedeniyle) ve kaynak başlığına giden solunum tüpü ozonun tekrar oksijene dönüşümünü kolaylaştırır. Daha yüksek konsantrasyonda Adflo maske gaz filtresi ile kullanılırsa ilave edilen geniş karbon granül yüzeyi sayesinde ozon miktarı daha da düşer.

S: Nitrojen gazları nelerdir?

C: Nitrojen dioksit ve nitrik oksit, yüksek elektrik akımı ve yüksek ısıda kaynak yapıldığında oluşan nitrojen gazlarına örnektir. Azotlu gazlar nitrojen ve oksijenin havada tepkimeye uğraması sonucu oluşur; yüksek konsantrasyonda solunması çok tehlikelidir. Örneğin kapalı, havalandırması yetersiz alanda yapılan kaynak. Bu durumda Temiz hava C maskesi kullanılmasını öneririz

****************
GAZLAR

01. Gazların Özellikleri:

Gazlar moleküller arası çekim kuvvetleri en az olan maddelerdir. Gaz molekülleri birbirinden bağımsız hareket ederler. Aralarındaki çekim kuvveti ancak ve sadece London çekim kuvvetidir. Büyük basınç ve düşük sıcaklıklarda sıvılaştırılabilirler. Gaz molekülleri bulundukları yeri her tarafına eşit oranda yayılarak doldururlar. Sonsuz oranda genişleyebilirler. Basınç altında yüksek oranda sıkıştırılabilirler. Yüksek basınçtan alçak basınca doğru çabucak akarlar. Sıcaklık ile basınç doğru orantılıdır. Düşük yoğunlukları vardır.
Gazların fiziksel davranışlarını dört özellik belirler. Bunlar; Basınç (P), sıcaklık (T) ve hacim (V) gazların durumunu değiştirebilen etkenlerdir. Gazlar genellikle kokusuz ve renksizdirler. Bazılarının kokusu, rengi ve zehirliliği en belirgin özelliğidir. Br2 kahverengimsi kırmızı, I2 mor renkli, NO2 ve N2O3 kahve renkli, F2 ve C12 yeşilimsi sarı, NH3 keskin kokulu, oksijen, azot ve asal gazlar dışındakiler zehirlidirler.
Basınç: Basınç, bir yüzeye uygulanan kuvvetin, o yüzeyin alanına bölünmesiyle bulunur.

P(Pa) = F(N)/ A(m2)

Atmosfer basıncı barometre ile ölçülür. Bir barometredeki civa yüksekliğine barometre basıncı denir. Atmosfer koşulları ve yükseklikle değişir. Standart atmosfer (atm), civa civa yoğunluğu 13,5951 g/cm3 (0 oC ) ve yerçekimi ivmesi g = 9,80665 ms-2 olduğu durumda, 760 mm yükseklikteki bir civa sütununun oluşturduğu basınç olarak tanımlanabilir.

1 atm = 760 mm Hg
1 atm= 760 torr
1 atm = 101,325 N/ m2
1 atm = 101,325 Pa
1 atm = 1,01325 bar

02. Basit Gaz Yasaları

Boyle Yasası: Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi, basıncı ile ters orantılıdır.
P a 1/V yada PV = a (a sabit )
Orantı işareti (a) yerine eşitlik ve orantı sabitini koyarsak, sabit bir sıcaklık ve miktardaki gazın basınç ve hacim çarpımı bir sabite eşittir. Bu sabit değerde gazın miktarı ve sıcaklığına bağlıdır.
Örnek : 30 litre bir gazın, basıncı 6 atmosferden 3 atmosfere düşürüldüğünde hacmi ne olur?
Çözüm: Gazın sadece bir P1, V1 hali belli olması PxV sabitini bulmaya yeterlidir.
P1 = 6 atm, V1 = 30 L
P1.V1 = P2V2
6 (atm) x 30 (L) = 3 atm x V2
V2 = 180 L atm / 3 (atm)
V2 = 60 L bulunur.

Charles Yasası: Sabit basınçtaki, gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır.

V a T veya V = bT (b Sabit) T (K) = t (oC) + 273,15

Örnek:. 25°C de 50 cm3 gaz 0°C ye soğutulursa hacmi ne olur?
Çözüm: Sıcaklık mutlaka mutlak sıcaklık cinsine çevrilmelidir:
bağıntısı kullanılarak

bağıntısı kullanılarak ve V1 = 50 cm3, T1 = 25°C + 273 = 298 K, T2 = 0°C + 273 K alınarak

50/293 =V2 (cm3) / 273 V2 = 46,6 cm3 elde edilir.
Normal (ideal ) Basınç ve sıcaklık : Gazların özellik olarak sıcaklık ve basınca bağlı olması nedeniyle, normal sıcaklık ve basınç kavramları kullanılır. Gazlar için normal sıcaklık 0oC =273.15 K ve normal basınç 1 atm =760 mmHg dır.
Avagadro Yasası: Sabit sıcaklık ve basınçta, bir gazın hacmi miktarı ile doğru orantılıdır.
Bu kuram iki farklı şekilde ifade edilir.
1. Aynı basınç ve sıcaklıkta, farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda molekül içerir.
2. Aynı basınç ve sıcaklıkta, farklı gazların aynı sayıdaki molekülleri eşit hacim kaplar.
V a n veya V = c.n
Normal koşullarda bir gazın 22.414 L’si 6,02×1023 molekül ya da 1 mol gaz bulunur.
1mol gaz = 22.4 L gaz (normal koşullarda)
Birleşen Hacimler Yasası: Sıcaklık ve basıncın sabit olduğu tepkimelerde gazlar tamsayılarla ifade edilen basit hacim oranlarıyla birleşirler.

2 CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)

2L CO (g) + 1L O2 (g) 2 L CO2 (g)

03. İdeal Gaz denklemi

Basit gaz yasalarından yararlanarak, hacim, basınç, sıcaklık ve gaz miktarı gibi dört gaz değişkenini içeren tek bir denklemde birleştirilerek ideal gaz denklemi elde edilir.

1. Boyle yasası, Basıncın etkisini tanımlar, P a 1/V
2. Charles yasası, Sıcaklık etkisini tanımlar, V a T
3. Avagadro Yasası, gaz miktarının etkisini tanımlar, V a n

Bu gaz yasalarına göre, bir gazın hacmi, miktar ve sıcaklık ile doğru orantılı, basınç ile ters orantılıdır. Yani V a nT/P ve V= RnT/P

Pv = nRT
İdeal gaz denklemine uyan bir gaza idael veya mükemmel gaz ismi verilir.
İdeal gaz denkleminde gaz sabitinin değeri ideal şartlardaki birimlerden yararlanarak bulunur.

R = PV/ nT = 1 atm x 22,4140 L / 1 mol x 273,15K = 0,082057 L atm/mol K = 0,082057 L atm mol-1 K-1 elde edilir.

SI sistemine göre

R = PV/ nT = 101,325 Pa x 2,24140.10-2 m3 / 1 mol x 273,15K = 8.3145 m3 Pa mol –1 K-1
R = 8,3145 J mol-1 K-1

Örnek: 800 ml bir kapta 275 oC de 0.2 mol O2 nin oluşturduğu basınç ne kadardır ?

PV = nRT

P x 0,800 L = 0,2 x 0,082 L atm mol-1 K-1 x (273 + 275) K

P = 11,2 atm
Genel Gaz Denklemi:

Bazı durumlarda gazlar iki farklı koşulda tanımlanır. Bu durumda ideal gaz denklemi, başlangıç ve son durum olmak üzere iki kere uygulanır.

PiVi = ni R Ti R = PiVi / ni Ti

PsVs = ns R Ts R = PsVs / ns Ts

PiVi / ni Ti = PsVs / ns Ts bağıntısına genel gaz denklemi denir.

Mol kütlesi tayini :

Bir gazın sabit sıcaklık ve basınçta kapladığı hacim bilinirse, gaz miktarı (n), mol cinsinden, ideal gaz denklemiyle bulunur. Gazın mol sayısı, gaz kütlesinin (m) molekül ağırlığına (M) bölümüne eşit olduğundan, gaz kütlesi bilinirse n = m / M den yararlanarak mol kütlesi bulunabilir.

PV = mRT/M

Gaz Yoğunlukları:

Bir gazın yoğunluğu bulunurken d = m/V yoğunluk denkleminden yaralanılır. İdeal gaz denkleminde n/V yerine P/RT konulur.

d = m/V = MP/ RT

Sıvı ve katı yoğunlukları arasında belirli farklar vardır.

a. Bir gazın yoğunluğu mol kütlesi ile doğru orantılıdır. Katı ve sıvıların ise yoğunlukları ve mol kütleleri arasında kayda değer bir ilişki yoktur.
b. Gaz yoğunlukları basınç ve sıcaklığa bağlıdır. Basınç ile doğru orantılı, sıcaklık ile ters orantılıdır. Katı ve sıvıların yoğunlukları ile mol
kütleleri arasında kayda değer bir bir ilişki olmakla beraber, basınca çok az bağlıdır.

04. Gaz Karışımları:

Bir gaz karışımında gazlardan her birinin kendi yaptığı basınca kısmi basınç ismi verilir. Dalton’un kısmi basınçlar yasasına göre bir gaz karışımının toplam basıncı karışımın bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamına eşittir.

PT = PA + PB

nA/nT = PA / PT = VA / VT = XA

Burada nA / nT terimine A’ nın mol kesri XA ile gösterilir.

Örnek: Bir su buharı-neon gaz karışımının toplam basıncı 0.593 atm dir Su buharının o sıcaklıktaki kısmi basıncı suyun o sıcaklıktaki buhar basıncına eşittir ve 29.3 Torr dur. Neonun kısmi basıncını bulunuz.
Çözüm: P toplam = 0.593 atm = 0.593 atm x 760 Torr / atm = 450,68 Torr
Psu buharı = 29.3 Torr
Ptoplam = P su buharı + P neon
450,68 Torr = 29.3 Torr + Pneon
Pneon = 450,68 – 29.3 = 421,38 Torr
Pneon = 421,38 Torr / 760 Torr.atm-1 = 0.55 atm

05. Kinetik- Molekül Kuramı:

Gaz moleküllerinin aralarında çok büyük boşluklar bulunması onların büyük oranda sıkıştırılabilmesini sağlar. Sıvılarda ve katılarda moleküller birbirine çok sıkışık durumdadırlar. Büyük basınçlarda bile çok az bir hacim değişmesi gözlenebilir, pratikçe sıkıştırılamazlar. moleküllerinin yere düşmeden havada asılı kalmaları onların birbirleri ile devamlı çarpışma halinde olmaları ile açıklanır. Gaz moleküllerin devamlı hareket halinde olmaları gazların kinetik teorisi ile açıklanır. Gazların kinetik teorisi aşağıdaki bilgileri ortaya koyar.
1. Gaz molekülleri arasındaki boşluklar o kadar büyüktür ki bu büyük boşluklar yanında gaz moleküllerinin hacimleri ihmal edilecek kadar küçük boyuttadır.
2. Gaz molekülleri neden havada asılı kalıyor yere düşmüyor sorusuna da bir cevap olarak gaz molekülleri devamlı hareket halinde ve birbirleri ile çarpışmaktadırlar. Bir gazın bir molekülü 25°C de l atmosferde bir saniyede yaklaşık 10 9 çarpışma yapar. Gaz moleküllerinin çeperlere çarpması ise gaz basıncını oluşturur.
3. Gaz molekülleri hareketli olduğundan dolayı sahip oldukları kinetik enerjileri sıcaklıkla orantılıdır. Bir cismin hızı arttıkça kinetik enerjisi de artar.Moleküllerin hızları farklı olmasından dolayı ortalama hız alınır. Sabit sıcaklıkta tüm farklı gaz moleküllerinin eşit kinetik enerjiye sahip olacağı düşünülürse yüksek molekül ağırlıklı bir gaz molekülünün, düşük molekül ağırlıklı gaz molekülüne göre daha düşük hızlı olacağı bulunur.
4. Gaz moleküllerinin kabın duvarları veya birbirleri ile çarpışmaları mükemmel elastiktir. Çarpışan moleküller arasında enerji alışverişi olabilir. Fakat çarpışan moleküllerin toplam enerjisi öncekinin aynısıdır.

06. Graham’ın Gazların Yayılma Kanunu:

Yayılma (difüzyon), rastgele molekül hareketi sonucu moleküllerin göç etmesidir. İki yada daha fazla gazın yayılması, moleküllerin karışıp bulunduğu yerde homojen bir karşım oluşturması ile sonuçlanır. Dışa yayılma (efüzyon) gaz moleküllerinin bulundukları kaptaki bir delikten dışa doğru kaçmasıdır. İki değişik gazın dışa yayılma hızları mol kütlelerinin kare kökü ile ters orantılıdır.

A nın dışa yayılma hızı /B nin dışa yayılma hızı = (ums)A / ( ums)B = ((3RT/MA) / (3RT/MB))1/2 = (MB/MA) 1/2

Graham yasası ancak bazı koşullarda uygulanabilir. Dışa yayılma için gerekli gaz basıncı moleküllerin bağımsız olarak kaçışına olanak sağlayacak şekilde yani fışkırmayacak biçimde çok küçük olmalıdır. Delikler moleküller geçerken çarpışma olamayacak şekilde küçük olmalıdır.

Örnek: Bir delikten yayılan gaz miktarlarının karşılaştırılması. 2.2 x 10-4 mol N2(g) küçük bie delikten 105 saniye dışa yayılmaktadır. Aynı delikten 105 saniyede ne kadar H2(g) dışa yayılır?

H2 molekülleri N2 den daha az kütleye sahiptir. Gazlar aynı sıcaklıkta karşılaştırıldığında H2 molekülleri daha büyük hıza sahiptir.

x mol H2 / 2.2×10-4 mol N2 = (MN2 /MH2) 1/2 = ( 28.014 / 2.016) 1/2 =3.728

x mol H2 = 3.728 x 2.2×10-4 = 8.2 x 10-4 mol H2

Örnek: Dışa yayılma zamanlarının mol kütleler ile ilişkisi. Küçük bir delikten bir Kr(g) örneği 87.3 s de kaçar ve aynı koşullarda bilinmeyen bir gaz için bu süre 42.9 s dir. Bilinmeyen gazın mol kütlesi nedir?

bilinmeyen dışa yayılma zamanı / Kr nin dışa yayılma zamanı = 42.9 s / 87.3 s = (Mx / MKr ) 1/2 = 0.491

Mx = ( 0.491)2 x MKr = (0.491)2 x 83.80 = 20.2 g/mol

07. Gerçek ( İdeal olmayan) Gazlar

İdeal gaz bağıntısı tanıtılırken gerçek gazlarında uygun koşullarda ideal gaz yasasına uyduğu belirtilmişti. Bir gazın ideal gaz koşulundan ne kadar saptığının ölçüsü sıkıştırılabilirlik faktörü olarak belirlenir. Bir gazın sıkıştırılabilirlik faktörü PV/nRT oranıdır. İdeal gaz bağıntısından (PV = nRT ) bir ideal gaz için bu oranın PV / nRT =1 olduğunu biliyoruz. Gerçek bir gaz için deneysel olarak belirlenen PV /nRT oranının 1′e yakınlığı gazın ne kadar ideal davrandığının ölçüsüdür. Bütün gazlar yeterince düşük basınçlarda ( 1atm den düşük) ideal davranırlar. Fakat artan basınçlarda saparlar. Çok yüksek basınçlarda ise sıkıştırılabilirlik faktörü daima 1 den büyüktür.

* Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçlarda idealliğe yaklaşırlar.
* Gerçek gazlar düşük sıcaklık ve yüksek basınçlarda ideallikten uzaklaşırlar.

Van der Waals denklemi

Gerçek gazlar için bir kaç denklem çıkarılmıştır. Bunlar ideal gaz denkleminden çok daha geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında kullanılabilirler.

( P + n2a/V2) ( V-nb) = nRT

Örnek: 1.00 mol Cl2 (g) 273 K de 2.00 L lik bir hazcim kaplıyor. Basıncı van der Waals denklemini kullanarak hesaplayınız. a= 6.49 L2 atm mol-2 ve b= 0.0562 L mol -1

P = nRT/ ( V-nb) – n2a/V2

n = 1.00 mol V = 2.00 L T = 273K R =0.08206 L atm mol-1 K-1

n2 a = ( 1.00)2 mol 2 x 6.49 L2atm/mol2 = 6.49 L2 atm

nb = 1.00 mol x 0.0562 L mol -1 = 0.0562 L

P = 1.00 mol x 0.08206 L atm mol -1 K -1 x 273 K /( 2.00 -0.0562)L – 6.49 L2 atm / (2.00)2 L2

P = 11.5 atm – 1.62 atm = 9.9 atm

********************

GAZLAR

Not-Not:

GAZLAR
Maddeler tabiatta katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç halde bulunurlar.
• Gaz hali genel olarak molekül ve atomların birbirinden uzak olduğu ve çok hızlı hareket ettiği bir haldir.
• Gaz molekülleri birbirine uzak olduğu için aralarında etkileşim yok denecek kadar azdır. Bu sebeple gaz molekülleri birbirinden bagımsız hareket ederler.
• Gazların hacim ve şekilleri işgal ettikleri kaba göre değişir. Bulundukları kabı doldururlar.
• Gazlar kolaylıkla sıkıştırılabilirler.
• Gazlar birbiriyle her oranda karışarak birinin yalnız başına işgal ettiği hacmi bu sefer beraberce doldururlar.
• Gazlar hızlı hareket ettiklerinden bulundukları kabın çeperine çarparlar ve bu çarpma neticesi kaba basınç uygularlar.
• Bulundukları kap içerisinde bütün yönlerde aynı basıncı uygularlar.
• Yoğunlukları katı ve sıvıya göre çok küçüktür.
• Isıtıldıklarında bütün gazlar sıcaklık değişimi karşısında aynı oranda genleşirler.
• Kolaylıkla bir ortamda yayılırlar.
• Gazların taneciklerinin oluşturduğu hacim, moleküller arasındaki boşluk yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür.
• Gaz molekülleri sabit bir hızla hareket ederken birbiriyle ya da bulundukları kabın duvarlarıyla çarpışırlar. Bu çarpışmalarda taneciklerin hızı ve doğrultusu değişebilir. Fakat çarpışmalar esnek olduğundan kinetik enerjide bir değişme olmaz.
• Gaz taneciklerinin sıcaklık değişimi ile hızları değişeceğinden ortalama kinetik enerjileri de değişir.
• Sıcaklıkları aynı olan bütün gazların ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir.
• Gaz molekülleri yüksek basınç düşük sıcaklıklarda sıvılaştırılabilirler.

İDEAL GAZ
Öz hacmi olmayan, moleküller arasında hiçbir itme ve çekme kuvveti bulunmayan ve gaz moleküllerinin birbiriyle çarpışmasında hiçbir kinetik enerji kaybı olmayan bir hayali gaz örneğine ideal gaz denir.
Tabiattaki gazlar gerçek gazlardır. Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideale yaklaşırlar.
Farklı gazların ideal olmaları karşılaştırmasında ise;
Yoğunlaşma noktası düşük olan, molekül ağırlığı küçük olan gazlar diğerlerine göre daha idealdir, yorumu yapılabilir.

GAZLARIN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ
Bir gazın herhangi bir sıvıdaki çözünürlüğü;
a. Gazın cinsine bağlıdır.
b. Sıcaklık arttıkça azalır.
c. Basınç arttıkça artar.

GAZ BASINCININ ÖLÇÜLMESİ
Gaz basıncını ölçmeye yarayan aletlere manometre denir.
Toriçelli deniz seviyesinde civa kullanarak yapmış olduğu deney sonucu açık hava basıncını hesaplamıştır.

Sıvılar, basıncı her tarafa eşit olarak iletirler. Sıvı basıncı sıvının yüksekliğine ve yoğunluğuna bağlıdır. Cıvanın yoğunlugu 13,6 g/cm3, suyun yoğunluğu 1 g/cm3 tür.
Yukarıdaki deney civa yerine su kullanarak yapılsaydı,
Borudaki su yüksekliği: 76.13,6 = 1033,6 cm olurdu.
76 cm Hg = 760 mm Hg = 1 atm

1. Kapalı Manometre

2. Açık Manometre
a.

Cıva seviyelerinin eşit olması X gazının basıncının açık hava basıncına eşit olduğunu ifade eder.
b.

X gazının basıncı açık hava basıncından h cm daha fazladır.
c.

X(g) nın basıncının açık hava basıncından daha küçük olduğu görülmektedir.

İDEAL GAZ DENKLEMİ
P.V=n.R.T

P: Basınç (atm),
76 cm Hg = 760 mm Hg = 1 atm eşitliği unutulmamalıdır.
V: Hacim (ℓt)
n: Mol sayısı
R: Raydberg gaz sabiti olup bütün gazlar için
litre.atm/mol.°K

T: Sıcaklık birimi olarak daima kelvin kullanılır.
Kelvin = °C + 273 eşitliği vardır.

Örnek – 1
2 mol H2 gazının 5,6 lt’lik bir kapta 8 atm. basınç yapması için sıcaklığı kaç °C olmalıdır?

Çözüm:
P.V = n.R.T denkleminden;

T= 273 °K çıkmalıdır.
Kaç °C olduğu sorulduğundan °K = °C + 273 eşitliğinden gazın sıcaklığı 0°C olacaktır.

GAZLARIN YOĞUNLUĞU 
Gazların yoğunluğu basınç ve sıcaklık değişimi ile değişir.
P . V = n . R . T denkleminde;
Mol sayısını gram cinsinden yazarsak,
gazın mol sayısı; gaz kütlesinin, gazın mol ağırlığına oranına eşittir.

p.MA = d.R.t formülü çıkarılabilir.
Yoğunlukla ilgili sorularda bu eşitlik kullanılmalıdır.

Örnek – 2
N2 gazının normal koşullarda yoğunluğu 1,25 g/lt dir.
N2 gazının 0,2 atmosfer 273 °C’deki yoğunluğu kaçtır? (N : 14)

Çözüm :
P.MA = d.R.T denklemindeki sabit olan

Şartlar değişsede R değişmeyeceğinden,

Aynı gaz olduğu için MA’lar sadeleşir. Verilenler yerine yazılırsa

GAZLARIN KARŞILAŞTIRILMASI
Farklı gazlar birbiriyle karşılaştırıldığında ya da herhangi bir gazın farklı ortamlardaki halleri birbiriyle kıyaslandığında;

Buradan genel olarak aşağıdaki formül çıkarılır.

Formül karşılaştırma sorularında kullanılacaktır.

Örnek – 3
2 litre hacimli kapta mutlak sıcaklığı T olan m gram CH4 gazı, 3 litre hacimli kapta mutlak sıcaklığı 2T olan 2m gram SO2 gazları vardır.
SO2 gazının basıncının CH4 gazı basıncına oranı kaçtır?
(H : 1, C : 12, O : 16, S : 32)

Çözüm
CH4 gazı için basınç : , hacim 2 litre, sıcaklık T dir.

SO2 gazı için basınç : , hacim 3 litre sıcaklık 2T dir.

Örnek – 4
Aşagıdaki grafiklerden hangisi yanlış çizilmiştir?

Çözüm:
P.V = n.R.T denklemi esas alınarak yorumlanırsa A, B, C, E şıklarında çizilmiş olan grafikler doğru çizilmiştir. D şıkkında ise basınç, °C grafiği, gazın sıcaklığı 0 °C iken
273°K’dır. Basıncı sıfır olamaz. Yani grafik sıfır noktasından başlayamaz.
Cevap D

GAZLARIN KARIŞTIRILMASI
Farklı kaplarda bulunan gazların yeni bir kapta karıştırılması ya da musluklarla birbirine bağlı olan kapların musluğunun açılması ile gazların birbirine karıştırılması şeklindeki soru tipleri bu başlıkta incelenecektir. Karıştırılan gazlar birbiriyle reaksiyon verebilir ya da vermeyebilir.
Gazlar sabit sıcaklıkta karıştırılıyorsa;
P.V = n.R.T denklemine göre;
T sabit ise, P.V değeri, mol sayısı (n) ile doğru orantılıdır.
Gazlar karıştırıldığında;
Pson.Vson =P1.V1.+P2.V2+……………Pn.Vn
formülünden yararlanarak işlemler yapılır.

KISMİ BASINÇ
Kısmi basınçtan bahsedilebilmesi için aynı kap içerisinde birden fazla gazın bulunması gerekir. Kapta bulunan bütün gazlar için hacim (V) ve sıcaklık (T) aynı olacağından, basınç mol sayısıyla doğru orantılı olacaktır.

PA : A gazının kısmi basıncı
nA : A gazının mol sayısı
nT : Toplam mol sayısı
PT : Toplam basınç
Kısmi basıncı, karışımdaki herbir gazın tek başına o kabı doldurduğunda yapacağı basınç olarak da tarif edebiliriz. Herbir gazın yapmış olduğu kısmi basınçların toplamına ise toplam basınç denir.

Örnek- 5
4 mol H2, 3 mol CO2 ve 2 mol He gazının bulunduğu kabın toplam basıncı 1,8 atm.’dir.
Buna görenin kısmi basıncı nedir?

Çözüm:
Kısmi basınç sorularında aynı kapta birden fazla gazın bulunması söz konusudur. Dolayısıyla herbir gaz için hacim (V) ve sıcaklık (T) aynıdır.

GAZLARIN KİNETİĞİ VE DİFÜZYON HIZI
Gazlar uzayda birbirinden oldukça uzak mesafelerde hareket eden moleküller topluluğu olup, gaz taneciklerinin öz hacmi gazın kapladığı toplam hacim yanında yok denecek kadar azdır.
Gaz molekülleri sabit bir hızla hareket ederler ve bu hareketleri sırasında birbirleriyle ve içinde bulundukları kabın çeperiyle çarpışırlar. Bu çarpışmalar esnek olup çarpışma sırasında kinetik enerji değişmez.
Gaz molekülleri ısı enerjisini kinetik enerjiye dönüştürürler. Sabit sıcaklıkta bütün gazların ortalama kinetik enerjileri aynıdır.
Yani kinetik enerji yalnızca sıcaklığa bağlıdır.

Difüzyon hızı için;
Aynı basınç ve sıcaklık altında X ve Y gazlarını özdeş bir kaba koyalım. Bu iki gazın ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir.

Molekül ağırlığı küçük olan gazlar hızlı, büyük olan gazlar yavaş hareket ederler.
Aynı formülden hız ile yoğunluk arasında; eşitliği de çıkarılabilir.

Kinetik enerjisinin sıcaklık ile ilişkisi şeklindedir.

İki denklem birleştirilirse,

eşitliğide çıkarılır. Yani mutlak sıcaklık 4 katına çıkarıldığında hız 2 katına çıkar.

SIVI-BUHAR BASINCI 
Sıvıların her sıcaklıkta buharlaşabildiklerinden sıvı buharlasının bu sıcaklıklarda yapmış olduğu basınca sıvı-buhar basıncı denir.
a. Sıvı – buhar basıncı, sıvının cinsine ve sıcaklığına baglıdır. Sıvı miktarına bağlı değildir.
b. Sıvı – buhar basıncı, açık hava basıncına eşit olduğunda sıvı kaynamaya başlar.
c. Sıvı – buhar basıncı büyük olan sıvıların kaynama noktaları düşüktür.
d. Sıvı – buhar dengesinde iken sıvı buharları sıkıştırılırsa ya da genleştirilirse basıncı değişmez.
e. Uçucu sıvıların sıvı – buhar basınçları daha yüksektir ve bu sıvılar daha düşük sıcaklıkta kaynar.
f. Bir sıvı içinde herhangi bir katı madde çözülürse, sıvı – buhar basıncı düşer dolayısıyla kaynama noktası yükselir.
g. Sıcaklık arttıkça sıvı – buhar basıncı artar.