Gazlar

1. Gazlar

2. GAZLAR ÖZELLİKLER Madde ve özellikleri konusunda maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç fiziksel halinin olduğunu söylemiştik.Bu konuda maddenin gaz halini inceleyeceğiz.

3. GAZLAR: Belirli hacmi ve şekli olmayan koyuldukları bütün kapları dolduran maddelerdir. Gazlar sıkıştırıldıklarında hacimleri büyük ölçüde sıkıştırılabilen maddelerdir.

4. Gerçek gazların özelliklerini inceleyebilmek çok zor olduğundan bilim adamları ideal gaz modelini geliştirmişlerdir. İdeal gaz gerçekte var olmayan bir gazdır.

5. Gazların sıcaklığını çok artırıp basıncını çok düşürdüğümüzde gerçek gaz ideal gaz gibi davranır. Gazlar üzerindeki basıncı artırıp sıcaklığını düşürürsek gaz sıvılaşır. Gazların görünür özelliklerinden faydalanarak görünmeyen özelliklerini inceleyen teoriye KİNETİK GAZ TEORİSİ denir

6. İDEAL GAZLARIN ÖZELLİKLERİ • 1.      Gaz taneciklerinin hacimleri, tanecikler arası mesafe yanında sıfır kabul edilir. • 2.      Tanecikler arasındaki etkileşim (itme ve çekme kuvvetleri) sıfır kabul edilir. • 3.      Gaz tanecikleri birbirleriyle ve içinde bulundukları kabın iç yüzeyiyle sürekli çarpışırlar. Bu çarpışmalar fiziksel olup esnek çarpışmadır. • 4.      Gaz taneciklerinin • özellikleri incelenirken • ölçülebilen özellikleri • üzerinde durulur.

7. Gazların ölçülebilen özellikleri        P                 V                  n                     T             dir       ¯                  ¯                 ¯                      ¯       Basınç         Hacim          Mol                Mutlak     (atm)             (L)              (mol)            sıcaklık (°K)

8. Basınç (P) Kapalı bir kapta gaz basıncı manometre ile ölçülür. basınç birimi atmosferdir. 1 Atmosfer basıncı 0°C, deniz seviyesinde 76cm yüksekliğindeki civa sıvısının tabana yapmış olduğu basınca eş değer açık hava basıncına 1 atm denir.

10. Hacim (V) Bir maddenin uzay boşluğunda doldurduğu yere hacim denir. Gazların hacmi koyuldukları kapların iç hacimlerine eşittir. Hacim birimi olarak gazlarda genellikle Litre (L) kullanılır.

12. Mol Sayısı (n) Bir maddenin tanecik sayısının Avogadro sayısıyla kıyaslanmasından elde edilen bir niceliktir.

13.   Sıcaklık (T) Sıcaklık bir maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. Termometre denilen aletle ölçülür. Gazların ortalama kinetik enerjisi ile mutlak sıcaklık doğru orantılıdır.

14. Çeşitli sıcaklık ölçekleri ve birimleri vardır. Fahrenheit (°F), Celcius (°C) ve Kelvin (°K) gibi          t °C + 273 = T °K          t °C + x 32 = °F    Gazlarda mutlak sıcaklık kullanılır. Yani Kelvin sıcaklığı

15. Gaz Basıncının Ölçülmesi 1. Açık Hava Basıncı Dünyamızı çevreleyen atmosferin yer yüzeyine uyguladığı basınca açık havabasıncı denir. (P0) ile gösterilir. Açık hava basıncını ölçen alete BAROMETRE denir Geniş bir kaba bir miktar civa dolduralım yeterli uzunlukta cam tüpün içine de civa dolduralım ve tüpü ters çevirerek geniş kabın içine şekildeki gibi daldıralım. Durum şekildeki gibi oluşur. Tüpün içindeki civanın bir kısmı kaba boşalıp bir kısmı tüpte kalır. Tüpte kalan civayı orada tutan kuvvet tüpün dışındaki sıvı yüzeyine etki eden açık hava basıncıdır.

16. Tüp içindeki civanın tabana yaptığı basınç          Psıvı = h . dsıvı          PHg = h . dHg Bunu dengeleyen kuvvet P0 ise          P0 = h . dHg ßYukarıdaki deneyi 0 metrede (deniz seviyesinde ) 0°C de yaptığımızda h = 76 cmHg ölçülür. E    0°C de 0 metrede 76 cm yüksekliğindeki civa sıvısının tabana yapmış olduğu basınca eş değer açık hava basıncına 1 atm basınç denir.

17. h Yüksekliğini Etkileyen Faktörler a)      Açık hava basıncı: Açık hava basıncı artarsa h yüksekliği artar. b)      Sıcaklık: Açık havada sıcaklık artarsa açık hava basıncı düşer dolayısıyla da h yüksekliği azalır. c)      Rakım (Yükselti): Deniz seviyesinden yükseklere çekildikçe atmosfer inceleceğinden açık hava basıncı düşer. h yüksekliği de düşer. d)      Sıvının özkütlesi: Barometrede kullanılan sıvının özkütlesi arttıkça h yüksekliği azalır. e)      Yerçekimi: Barometreye etki eden yerçekimi arttıkça h yüksekliği azalır. f)       Buhar basıncı: Barometrede kullanılan sıvının kaynama noktası arttıkça buhar basıncı azalır. h yüksekliği artar.

18. Kapalı Kaplarda Gaz Basıncı Kapalı kaplarda gaz basıncını ölçen aletlere MANOMETRE denir. Açık uçlu ve kapalı uçlu olmak üzere iki çeşit manometre vardır. Şimdi bu manometrelerde gaz basıncının nasıl ölçüldüğüne bakalım. a) Açık uçlu manometreler:

19. b)      Kapalı uçlu manometre: Örnek          Şekildeki manometrede Px, Py ve P0 basınçları arasında nasıl bir ilişki vardır?   Her bir gaz basıncını ayrı ayrı bulursak          Px = P0 + h                                   Py = P0 + h          eşitliklerin sağ tarafları eşitse, diğer tarafları da eşittir.                                                                Px = Py > P0

20. 3.   Manometrelerde Kimyasal Tepkime olursa Manometrelerde bir kimyasal tepkime gerçekleşirse ideal gaz denkleminden (PV = n R T) faydalanılır. Örnek I. ManometreII. Manometre A)               0                                             30 B)               15                                            30 C)              15                                            15 D)              22,5                                          22,5 E)              30                                              30          Başlangıç durumu şekilde gösterilen sistemde M musluğu açıldığında          HCl(g) + NH3(g)®  NH4Cl(k)          Tepkimesi oluyor. Tepkime sonunda, sistem başlangıçtaki sıcaklığına döndürüldüğünde I. ve II. manometrelerde hangi mmHg değerleri okunur? 

21. Çözüm Basınç mol sayısıyla doğru orantılıdır. Mol sayısındaki azalma oranı, basınçtaki azalma oranına eşittir. Olan       :              15 mmHg                          45 mmHg                         HCl(g)                     +             NH3(g)    ®                  NH4Cl(k) Ölçek:   :          1 mmHg                                   1 mmHg                              – Kullanılan:         15 mmHg                                  15 mmHg                                 Artan    :              0                                            30 mmHg                           –          Artan NH3 basıncı V hacminde 30 mmHg dir. Kaplar arasındaki musluk açıldığında hacim 2V olacağından basınç 15 mmHg olur. Gazlar her yöne aynı basıncı yapacağından her iki manometreden de 15 mmHg okunur.          Cevap (C)

22. Kısmi Basınç Kapalı bir kapta bulunan bir gaz karışımında, gazlardan her birinin o kap içerisinde tek başına yaptığı basınca o gazın kısmi basıncı denir. • Gazların kısmi basınçları ile mol sayıları orantılıdır. • Gazların kısmi basınçları toplamı toplam basınca eşittir.

23. Örnek : Kapalı bir kapta eşit kütlede CH4 ve O2 gazları bulunmaktadır. Toplam basınç 600 mmHg olduğuna göre her bir gazın kısmi basıncı kaçar mmHg’dır? (CH4= 16, O2 = 32) Çözüm:   Gazların kısmi basınçları mol sayılarıyla doğru orantılı olduğuna göre   bağıntısını yazabiliriz.   Bu durumda basınç oranı  olduğuna göre toplam basıncın üçte ikisi (2/3) CH4’e   üçte biri (1/3) O2’ye aittir. Yani          3 mmHg’nın     2 mmHg’sı CH4     1mmHg’sı O2’dir 200 kat 200 kat 200 kat 600 mm Hg x y 400 200

24. GAZ KANUNLARI • BOYLE - MARIOTTE KANUNU • CHARLES KANUNU • GAY - LUSSAC KANUNU • DALTON KANUNU • AVOGADRO KANUNU

25. BOYLE - MARIOTTE KANUNU Sıcaklığı ve miktarı sabit olan bir gazın basıncı ile hacminin çarpımı da sabittir. <n ve T >  sabit ise  P x V = k   ( k sabit bir sayı) ya da Sıcaklığı ve miktarı sabit olan bir gazın basıncı ile hacmi ters orantılıdır. <n ve T >  sabit ise   P a V-1 Şimdi bu olayı sürtünmesiz pistonlu kaplarda görelim...

26. Bu durumda P1.V1 = P2.V2 = P3.V3 ...

27. Basınç (P) PxV PxV Basınç (P) 1/V Hacim (V) Hacim (V) Basınç (P) Bu grafiklerin hepsinde n ve T nicelikleri sabit tutulmuştur. Şimdi bu olayın grafiklerini inceleyim Basınç (P)Hacim (V)Basınç (P)1/VPxVBasınç (P)PxVHacim (V)Bu grafiklerin hepsinde n ve T nicelikleri sabit tutulmuştur.

28. CHARLESS Kanunu "Basıncı (P) ve miktarı (n) sabit olan bir gazın; hacmi (V) ile mutlak sıcaklığı (T) doğru orantılıdır.“ Bu olayı şöyle sembolize edebiliriz: < n ve P > sabit ise V a T     

30. İkinci grafikte -273'ten sonra kesik kesik çizilen kısım; gazların oralarda sıvılaştığını ifade etmektedir. -273' ten daha küçük sıcaklıklarda maddenin gaz halinin bulunmadığı anlamına gelir.

31. Bu kanunu bir örnekle açıklayalım: ÖRNEK 1 Normal koşullarda bulunan bir miktar O2 gazının hacmi 20 L gelmektedir bu gazın hacmini aynı basınçta 100 L yapabilmek için sıcaklığını kaç 0 C 'ye çıkartmalıyız? ÇÖZÜM N.K.      0 0 C = 273 K ve  1 atm'de gazın hacmi 20 L ise; olduğuna göre;  T2 = 1365 K Sonuç 0C olarak istendiğine göre:  T 0K = t 0C + 273 ise          1365 = t 0C + 273 1365 - 273 = t 0C         1092  = t 0C

32. Gay – Lussac Kanunu "Hacmi ve miktarı sabit olan bir gazın, basıncıyla (P) mutlak sıcaklığı (T) doğru orantılıdır.“ Bunu şöyle formüle edebiliriz; < V ve n > sabit ise  P a T  yani    

35. Şimdi birde örnek çözelim: ÖRNEK 1 Kapalı bir kapta 2 atm. basınçta bulunan 0 0C'deki He gazının basıncını 8 atm. yapabilmek için sıcaklığını kaç 0C ' çıkartmalıyız? ÇÖZÜM Kapalı kap demek hacmi sabit olan gaz demek. Ayrıca gazı ısıtmakla mol sayısı da değişmeyeceğinden "n" de sabittir. Bu durumda;    Eşitliğinde değerleri yerine koyarsak;    Buradan T2 ' yi bulursak;             2T2 = 8 x 273               T2 = 4 x 273               T2 = 1092 0K      ancak sonuç 0C olarak istendiği için;            T 0K = t 0C + 273      1092 0K = t 0C + 273 1092 - 273  = t 0C             819 = t 0C

36. DALTON YASASI Hacmi ve sıcaklığı sabit olan bir gazın basıncı ile mol sayısı doğru orantılıdır. Bu ifadeyi şöyle sembolize edebiliriz: < V ile T > sabit ise   P a  n 

39. AVOGADRO KANUNU Sıcaklığı ve basıncı sabit olan bir gazın hacmi ile mol sayısı doğru orantılıdır. Bu ifadeyi söyle sembolize edebiliriz. < P ile T > sabit ise V a n  dir.

42. İdeal Gaz Denklemi Şu ana kadar gaz kanunlarından elde ettiğimiz bağıntıları şöyle bir hatırlarsak:       P a n               V a T       P a T               olduğuna göre P V a n T orantısını elde ederiz. P V a n T orantısını eşitliğe dönüştürürsek bir orantı  sabiti olur. Bu orantı sabitine “R” dersek   P V = n R T Bu bağıntıya ideal gaz denklemi denir

43. P .V = n . R .T Mutlak sıcaklık (K) Mol (mol Basınç (atm) Hacim (L) Normal Koşullarda R’nin sayısal değerini bulursa N.K.da yani      0 °C = 273°K’de                        1 atm basınçta         1 mol gaz                                  22,4 Litre olursa          N.K’da R’nin sayısal değeri R: 1 atm . 22,44 lt = 22,4 litre. atm 1 mol 273 K 273 mol . K

44. Bir gazın herhangi bir şartta niceliği (P,V,T ve n’ den biri ) istenirse ideal gaz denklemi kullanılır. • Bir gazın iki farklı şartlarda P,V,n T nicelikleri kıyaslanırsa yada aynı koşullarda iki gaz birbiriyle kıyaslanırsa bileşik gaz denklemi kullanılır.      Bileşik gaz denklemi. Örnek: 2 atm basınçta 0°C de 2,24 litre hacmindeki kapalı kapta kaç mol O2 gazı vardır.? Çözüm   P V = n R T . 273 2 . 2,24 = n .    4,48 = n . 22,4                   0,2 = n mol

45. Hasan AKŞİT 11-B 242