Ünite GAZLAR. ünite BÖLÜMLER. Bölüm 1: Gazların Özellikleri. Bölüm 2: Gaz Kanunları. Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi

Transkript

1 Ünite ünite 3 GAZLAR BÖLÜMLER Bölüm 1: Gazların Özellikleri Bölüm 2: Gaz Kanunları Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi Bölüm 4: Kinetik Teori ve Difüzyon Kanunları Bölüm 5: Gerçek Gazlar Bölüm 6: Gaz Karışımları

2 3. ÜNİTE: GAZLAR Gazlar BÖLÜM - 1 Gaz: Maddenin tanecikleri arası itme ve çekme kuvveti ihmal edilecek kadar az olan fiziksel halidir. Gazların Özellikleri Toricelli yaptığı deneyler sonucunda açık hava basıncını 760 mm-hg ölçmüş ve bunu 1 atm olarak kabul etmiştir. 1 atm 760 mm-hg 76 cm - Hg Bölüm 1: Gazların Özellikleri Gazların Genel Özellikleri 1. Maddenin en düzensiz halidir. 2. Tanecikler arası çekim kuvvetlerinin en düşük olduğu hâldir. 3. Maddenin yoğunluğu en düşük fiziksel halidir. 4. Gazlar her yönde serbest hareket edebilirler (Brown Hareketi) 5. Maddenin en yüksek enerjili halidir. 6. Maddenin molar hacmi en büyük olan fiziksel halidir. 7. Gazlar birbirleriyle her oranda homojen karışım oluşturabilirler. 8. Gazlar bulundukları kabın şeklini ve hacimini alırlar. Gazlar, dört özellikleri ile betimlenirler. Bunlar; Basınç (P) Hacim (V) Sıcaklık (T) Mol sayısı (n) dır. Şimdi bu özellikleri tek tek inceleyelim. Basınç (P) Gaz tanecikleri sürekli hareket halindedirler. Bu hareketleri sırasında birbirleri ve bulundukları kabın çeperleri ile sürekli esnek çarpışmalar (enerjinin korunduğu) yaparlar. Bu çarpışmaları nedeniyle kabın iç yüzeyine bir kuvvet uygularlar. İşte birim yüzeye yapılan bu etkiye "gaz basıncı" denir. Fen bilimlerinde basınç, birim yüzeye etki eden dik kuvvet olarak tanımlanır. Yani basınç; Basınç Kuvvet Yüzey bağıntısından hesaplanır. Uluslararası birim sisteminde kuvvet birimi Newton (N), alan birimi metre kare (m 2 ) dir. Bu durumda basınç birimi N/m 2 'dir. Bu birim Pascal (Pa) adını alır. Bilimsel çalışmalarda genelde birim olarak Pa kullanılır. Ancak günlük yaşamda daha çok atmosfer (atm), santimetre cıva (cm-hg) ve bar gibi birimleri kullanırız. Basınç birimi olan atmosfer, deniz seviyesinde ölçülen açık hava basıncı olup ilk kez Torricelli tarafından ölçülmüştür. Açık hava basıncı meteorolojide bar ve milibar (mbar) birimleriyle verilir. 1 bar basınç 1 atm basınca çok yakın bir değerdir. 1 atm 1,013 bar 1013 mbar Meteorolojide 1013 mbar'dan büyük olan basınçlar yüksek basınç, bunun altındakiler düşük basınç olarak ifade edilir. Aşağıdaki tabloda basınç birimlerini ve bunların birbirleri ile olan dönüşümlerini inceleyebilirsiniz. Basınç Birimleri 1 Atmosfer (atm) 1 Torr (mmhg) Atmosfer (atm) Torr (mmhg) Bar Pascal (Pa) 1, , /760 1,000 1,33 x ,32 1 Bar 0, , Örnek - 1 Aşağıda verilen gaz basıncı ile ilgili birim dönüşümlerini yapınız. a) 1520 mmhg? atm 1 atm 760 mmhg? 1520 mmhg? 2 atm b) 1,5 atm? bar 1 atm 1,013 bar 1,5 atm?? 1,52 bar c) 1140 Torr? bar 1 Torr 1, bar 1140 Torr?? 1,52 bar Yanıt a) 2, b) 1,52, c) 1,52 146

3 Gaz Basıncı Nasıl Ölçülür? Barometreler Dünyamızı saran atmosfer bir gaz karışımıdır ve yeryüzüne basınç uygular. Bu basıncı ölçmek için kullanılan araçlara barometre denir. Atmosfer basıncını ilk kez 1643 yılında E.Toricelli ölçmüştür. Toricelli açık hava basıncını ölçmek içn aşağıdaki düzeneğin benzerini kullanmıştır. Açık hava basıncı Boşluk 760 mm Açık hava basıncı düzenekteki ince cam boruda ölçülen cıva sütununun tabanına yaptığı basınca eşittir. Toricelli deniz kıyısında yaptığı deneyde bu sütun yüksekliğini 760 mm olarak ölçtüğü için atmosfer basıncı 760 mm-hg veya 1 atmosfer kabul edilir. Gaz basınçlarının ölçümlerindeki düzeneklerde kullanılan en uygun sıvı cıva'dır. Manometreler Kapalı kaplarda gaz basıncı ölçen aletlerdir. Kapalı ve açık uçlu olmak üzere iki türlüdür. 1. Kapalı uçlu Manometreler 2. Açık Uçlu Manometreler Kapalı uçlu manometrelerde gaz basıncı U borusundaki sıvı yüksekliğine eşittir. P gaz h cm-hg Çünkü gazın uyguladığı basınç h yüksekliğindeki cıvanın uyguladığı basıncı dengeler. Açık uçlu manometrelerde gaz basıncı ölçülürken açık hava basıncı ve cıva yüksekliği göz önüne alınır. 3. ÜNİTE: GAZLAR Cıva Kullanılmasının Sebepleri 1. En önemli sebebi öz kütlesi en büyük sıvı olmasıdır. Çünkü cam borudaki sıvı yüksekliği sıvının özkütlesi ile ters orantılı değişir. Örneğin, deniz seviyesinde barometrede cıva yerine su kullanıldığında su yüksekliğinin kaç cm olacağını hesaplayalım. P su P cıva h su.d su h cıva.d cıva h su ,6 h su 1033,6 cm, yaklaşık 10 m yükselirdi. Bu durumda 10 m ince cam boru ile ölçüm yapmak çok güçtür. Boru kendiliğinde kırılabilir. 2. Cıvanın uçuculuğu çok az olduğundan ölçüm sırasında sıvı kaybı olmaz. 3. Cıva soy metal olduğundan havadaki gazlarla etkileşmez. 4. Cıva renkli olduğundan cam boruda sıvı yüksekliği daha hassas okunabilir. U borusunda kollardaki cıva seviyeleri eşit ise gazın basıncı açık hava basıncı ile dengelenmiş demektir. P gaz P hava U borusunda cıva sağ kolda yükselmiş ise gaz basıncı açık hava basıncından büyüktür. h yüksekliği basınç farkını gösterir. Yani gaz basıncının hava basıncından h cm-hg daha fazla olduğunu gösterir. P gaz P hava + h Açıklama Barometredeki h yüksekliği Ölçümde kullanılan cam borunun şekline, kesitine bağlı değildir. Ölçümde kullanılan sıvının miktarına bağlı değildir. Ölçüm yapılan yerin deniz seviyesinden yüksekliğine, sıcaklığa ve ölçümde kullanılan sıvının cinsine bağlıdır. 1 chα d m sıvı U borusunda cıva sol kolda yükselmiş ise gaz basıncı açık hava basıncından düşüktür. h yüksekliği basınç farkını gösterir. Yani gaz basıncının açık hava basıncından h cm-hg daha düşük olduğunu gösterir. P gaz P hava h Bölüm 1: Gazların Özellikleri 147

4 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek - 2 Açıklama Kılcal Bir Boruya Cıva Damlası İle Gaz Hapsedilmesi P hava cıva h cm X(g) V 1 X(g) X(g) V 2 V 3 h cm P hava P X P hava Aynı şartlarda yukarıdaki manometrelerde bulunan gazların basınçları arasındaki ilişki nasıldır? Kapalı uçlu manometrede bulunan X gazının basıncı cıva yüksekliğine eşittir. P X P hava + h Uyarı cıva P hava h cm (P: Basınç, V: Hacim) P X P hava h P X 70 cm - Hg'dir. Açık uçlu manometrede bulunan Y gazının basıncı açık hava basıncından 5 cm-hg yüksektir. Gaz basıncı, gazın sıcaklığına, miktarına ve hacmine bağlıdır. Ölçümde kullanılan cam borunun şekline, kesitine ve sıvının türüne bağlı değildir. P Y P Y 81 cm - Hg dir. Açık uçlu manometrede bulunan Z gazının basıncı açık hava basıncından 6 cm-hg düşüktür. Hacim (V) P Z 76 6 P Z 70 cm - Hg Bu durumda basınçları arasındaki ilişki; P Y > P X P Z 'dir. Yanıt P Y > P X P Z Bir gazın kapladığı yere gaz hacmi denir. Gazlar bulundukları kabın hacmini aldıklarından kabın hacmi gazın hacmine eşittir. Gaz hacmi genellikle litre (L) birimi ile ifade edilir. Gaz hacimleri çok küçükse litre yerine mililitre (ml), çok büyükse litre yerine metreküp (m 3 ) birimleri kullanılır. Bu birimler arasındaki bağıntılar aşağıda verilmişitir. Örnek - 3 1m L 10 6 ml 1L 1dm ml 1ml 1cm L Sıcaklık Bölüm 1: Gazların Özellikleri Şekildeki düzenekte h yüksekliği kaç cm'dir? Y gazının basıncı P hava basıncından 12 cm Hg fazladır. P Y P Y 88 cm-hg'dir. X gazının basıncı kapalı uçlu manometrede cıva yükseliğine eşittir. P X 70 cm-hg'dir. P Y 88 cm-hg ve P X 70 cm-hg olduğundan h yüksekliği bu iki gazın basınçları farkına cm-hg'ya eşittir. Yanıt h 18 Bir maddenin sıcaklığı, o maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama kinetik enerjilerinin (ortalama hızlarının) bir göstergesidir. Gaz moleküllerinin sıcaklıkları arttıkça ortalama hızları ve ortalama kinetik enerjileri artar. Sıcaklık artışı ya da azalışı maddelerin hacimlerini de etkiler. Bu etkiden yararlanılarak sıcaklık ölçümü termometre ile yapılır. Bu amaçla kullanılan en yaygın sıvılar cıva ve alkoldür. Termometredeki sıvının doldurduğu hazne, sıcaklığı ölçülecek nesneye temas ettirilir. Isı alış verişi etkisi ile sıvının hacmi artar ya da azalır. Hacimdeki bu değişim ölçeklendirilmiş kılcal borudan sıcaklık değeri olarak okunur. Ölçülen sıcaklık değerleri Celsius ( C), Fahrenheit (F), Reoumur (R) ve Kelvin (K) gibi birimlerle gösterilir. Bu ünitede daha çok C ve K birimlerini kullanacağız. 148

5 Suyun kaynama sıcaklığı Suyun donma sıcaklığı Celsius( C) Fahrenheit( F) Kelvin(K) Farklı termometre ölçeklerinde aralıklar ayarlanırken suyun donma ve kaynama sıcaklıklarından yararlanılır. d) 32 F?K 6 tf ( ) 32@ t( C) 18, t( C) C @ 18, K C K ÜNİTE: GAZLAR Sıcaklık ölçekleri arasındaki dönüşümler aşağıdaki bağıntılarla yapılır. T(K) t( C) t C 6 tf ( ) 32@ 18, K 273 Mol Sayısı Gazlarda madde miktarı mol sayısı ile ifade edilir. 6, tane atom ya da molekül 1 moldür. 1 mol atom ya da molekül içeren bir gazın toplam kütlesi, mol kütlesini (M A ) ifade eder. Örnek - 4 Aşağıda verilen sıcaklık dönüşümlerini yapınız. a) 227 C?K K C Gazların fiziksel özellikleri incelenirken mol hesaplamalarında; 1. n 2. m MA TanecikSayıı s n 60210,. 23 n: Mol sayısı m: Gazın kütlesi M A : Gazın mol kütlesi K K 500 b) 200 C?F 6 tf ( ) 32@ t C 18, 3. V n bağıntıları kullanılır. 22, 4 V: Gazın N.K'da hacmi tf ( ) 32@ 18, F 392 c) 300 K?C K C C C 27 Bölüm 1: Gazların Özellikleri 149

6 3. ÜNİTE: GAZLAR A. Aşağıdaki cümleler doğru ise (D) yanlış ise (Y) yazarak sınıflandırınız. Bölüm Kavrama Soruları 1. Gaz maddenin en düzensiz halidir. 1. C. Aşağıdaki manometrelerde bulunan gazların basınçları ile ilgili soruları yanıtlayınız. 2. Gazlar her yönde serbest ve doğrusal hareket ederler. 3. Gazları betimlerken basınç, sıcaklık hacim ve mol sayısı özelliklerinden faydalanılır. 4. Gaz hali maddenin en yoğun halidir. 5. Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir bar 1,013 atm'dir cm-hg 1 atm'dir. 8. Açık hava basıncını ölçen aletlere manometre denir. 9. Gaz basıncı, ölçümde kullanılan U borusundaki sıvının cinsine bağlıdır. 10. Bir gazın kapladığı yere gaz hacmi denir m 3 1lt'dir. 12. Bir maddenin sıcaklığı o maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama kinetik enerjilerinin bir göstergesidir C 273 K'dır 4. P 5. O 75 cm-hg 6 F 32@ 14. C 18, 'dir , tane atom ya da molekül 1 moldür. Cıva He(g) 10 cm He(g) Hg P He 40 cm-hg ise 20 cm P O? cm-hg B. Aşağıdaki boşlukları doldurunuz. P He? cm-hg D. Aşağıdaki açık uçlu soruları yanıtlayınız. Bölüm 1: Gazların Özellikleri 1. Boşluk 2. P Hava 76 cm-hg P Hava X(g) 70 cm 26 cm Cıva Cıva P Hava... cm-hg P X... cm-hg F kaç C'a eşittir? K kaç C'a eşittir? 3. 2 atm kaç bar'dır? cm-hg kaç atm'dir? cm-hg kaç bar'dır? A. 1. D 2. D 3. D 4. Y 5. D 6. Y 7. D 8. Y 9. Y 10. D 11. Y 12. D 13. D 14. D 15. D B C D , ,5 5. 2,026

7 1. Gazların betimlenmesinde; I. Sıcaklık II. Basınç Uygulama Soruları 4. Şekildeki sistemde He gazının basıncı kaç cm-hg'dir? 3. ÜNİTE: GAZLAR III. Mol sayısı IV. Hacim niceliklerinden hangileri kullanılır? I. Pa II. Bar III. Torr IV. Atm Yukarıdakilerden hangileri basınç birimidir? Şekildeki sistemde h yüksekliği kaç cm'dir? _ dcıva 13, 6g/ cm3 da 3, 4g/ cm3i 3. Normal koşullardaki sıcaklık değeri için; I. 0 C'tır 6. II. 273 K'dir III. 32 F'dir ifadelerinden hangileri doğrudur? Şekildeki sistemde X gazının basıncı 10 cm-hg ise açık hava basıncı (P o ) kaç cm-hg'dir? Bölüm 1: Gazların Özellikleri 1. I, II, III ve IV 2. I, II, III ve IV 3. I, II ve III

8 3. ÜNİTE: GAZLAR I. Açık hava basıncını ölçen aletlere barometre denir. II. Kapalı kaplarda gaz basıncını ölçen aletlere manometre denir. III. Bir gazın taneciklerinin sahip olduğu tüm enerjilerinin toplamına sıcaklık denir. IV. Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir. Şekildeki sistemde Z gazının basıncı kaç cm-hg'dir? Yukarıdaki tanımlardan hangileri doğrudur? 8. Yandaki sistemde X gazının basıncı kaç cm-hg'dir? F sıcaklık değeri kaç C'ye eşittir? Yukarıdaki manometrede verilen He gazının basıncı kaç cm-su'dur? Bölüm 1: Gazların Özellikleri Yukarıdaki sistemde sabit sıcaklıkta M musluğu açılıp yeterince bekleniliyor. Buna göre; I. Manometrenin kollarında cıva seviyeleri eşitlenir II. Cıva a kolunda 38 cm yükselir III. X gazının basıncı artar ifadelerinden hangileri doğrudur? _ d 1g/ cm3 d 136, g/ cm3 su cıva i I ve II 10. I, II ve IV

9 TEST - TEST ÜNİTE: GAZLAR 1. Gazların Özellikleri ve Gaz Basıncının Ölçülmesi 4. Aşağıdaki ifadelerden hangisi gazlar için yanlıştır? A) Gazlar bulundukları kabın şeklini ve hacmini alırlar. Y(g) Z(g) B) Gazların betimlenmesinde basınç, sıcaklık, hacim ve mol sayısı kavramları kullanılır. X(g) 7 cm 3 cm C) Gaz molekülleri birbirleriyle her oranda homojen karışım oluşturabilirler Cıva D) Gaz molekülleri arasındaki çarpışmalarda enerji kaybı olur Yukarıdaki sistemde Z gazının basıncı 72 cm-hg olduğuna göre Y gazının basıncı kaç cm-hg dir? E) Gaz molekülleri her yönde gelişigüzel hareket ederler A) Şekildeki barometrede bulunan X gazının basıncı kaç cm-hg dir? (dcıva 13,6 X gazı Phava 76 cm Hg g/cm3 100 cm dgliserin 2,72 g/cm3) Gliserin A) 76 B) 66 C) 56 D) 46 B) 72 C)68 D) 62 E) 58 Basıncı 800 mm-hg olan O2 gazı ile dolu manometrede cıva yerine su kullanılırsa aşağıdakilerden hangisinde gösterildiği gibi görünüm elde edilir? (Phava 76 cm-hg, dsu 1 g/cm3 dcıva 13,6 g/cm3) 2. Cıva E) Bir barometrede sıvı yüksekliği; I. Sıvının türü II. Ölçümde kullanılan cam borunun yarıçapı III. Sıcaklık Şekildeki manometrede bulunan X gazının basıncı kaç bar dır? niceliklerinden hangileri bağlıdır? A) Yalnız I B) Yalnız II D) I ve III C) Yalnız III E) I, II ve III A) 1,013 B) 1,5195 D) 2,5265 C) 2,026 E) 3, Bölüm 1: Gazların Özellikleri 6.

10 3. ÜNİTE: GAZLAR Şekildeki sistemde Y gazının basıncı 63 cm-hg olduğuna göre açık hava basıncı (P o ) kaç cm-hg dır? A) 51 B) 65 C) 63 D) 72 E) 75 Şekildeki sistemde h 1 > h 2 olduğuna göre; I. A sıvısının özkütlesi B sıvısının özkütlesinden küçüktür II. X gazı I. kola daha fazla basınç yapmıştır III. h 1 d A h 2 d B dir ifadelerinden hangileri doğrudur? (d: özkütle) A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III 8. Şekildeki kapalı uçlu manometrenin ucundaki M musluğu sabit sıcaklıkta açılırsa; I. Cıva a kolunda 8 cm yükselir II. Manometrenin kollarındaki cıva seviyeleri farkı 16 cm okunur III. X gazının basıncı azalır ifadelerinden hangileri yanlıştır? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III 11. D) II ve III E) I, II ve III Şekildeki sistemde X gazının basıncı kaç cm-hg dir? (d cıva : 13,6 g/cm 3 d A : 3,4 g/cm 3 ) A) 57 B) 69 C) 78 D) 81 E) Bölüm 1: Gazların Özellikleri Yukarıdaki manometrede bulunan X gazı ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır? A) Sıcaklığı 273 K dir. B) Basıncı 760 mm-hg dır. C) Basıncı 1,013 bar dır. D) Basıncı 1140 torr dur. E) Sıcaklığı 32 F dır. Yukarıdaki sistemde açık hava basıncı 76 cm-hg olduğuna göre Y gazının basıncı kaç cm-hg dır? A) 73 B) 71 C) 69 D) 67 E) D 2. C 3. D 4. A 5. C 6. B 7. E 8. D 9. D 10. C 11. C 12. A

11 BÖLÜM - 2 Gazların betimlenmesinde kullanılan basınç, hacim, sıcaklık ve madde miktarı (mol) kavramlarının birbirleriyle olan ilişkilerini inceleyen bilim insanları bazı gaz kanunlarını bulmuşlardır. Şimdi bu kanunları inceleyelim. 1. Boyle - Mariotte Kanunu (Basınç - Hacim ilişkisi) Gaz Kanunları Örnek - 1 Bir meteoroloji balonu deniz seviyesinde 1 atm basınç altında ve 25 C'ta 240 litre hacme sahiptir. Balon aynı sıcaklıkta belirli bir yüksekliğe çıktığında açık hava basıncı 0,8 atm ölçülüyor. Balonun bu basınçtaki hacmi kaç L olmuştur? 3. ÜNİTE: GAZLAR Robert Boyle Basınç ile hacim arasındaki ilişki ilk defa 1662 yılında Robert Boyle tarafından açıklanmıştır. Robert Boyle sıcaklığı ve miktarı belli bir gazı silindir içine hapsedip gaz basıncı ile hacmi arasındaki ilişkiyi inceledi. Aynı yıllarda basınç ile hacim arasındaki ilişkiyi benzer deneyler yaparak Fransız bilgini E. Mariotte de incelemiştir. Balonun bulunduğu sıcaklık ve içindeki gaz miktarı sabit olduğundan Boyle - Mariotte yasasına göre soru çözülür. P 1 V 1 P 2 V ,8.V 2 V litre Yanıt 300 Bu iki bilim insanı silindir içine koydukları gazlarla yaptıkları deneylerde piston üzerine yapılan basıncı artırdıklarında hacmin aynı oranda azaldığını gözlemlemişlerdir. Bu durum aşağıdaki şekilde izah edilmiştir. Gaz P 1 4 atm V 1 8 L Gaz P 2 8 atm V 2 4 L Gaz P 3 16 atm V 2 2 L 2. Charles Kanunu (Hacim-Sıcaklık İlişkisi) 1787 yılında Fransız fizikçi J.Charles gazların hacmi ile sıcaklığı arasındaki ilişkiyi ispatlamak için basıncı sabit olan sistemlerde belirli miktarda gaz alıp sıcaklığın gaz hacimlerine etkisini araştırmıştır. Bu deneylerden elde edilen sonuçları aşağıdaki düzenekler üzerinden açıklayabiliriz. J.Charles Yapılan bu deneylerden elde edilen veriler grafiğe geçildiğinde aşağıdaki değişim elde edilir Basınç (atm) Gaz T K V 1 1 litre Isı n,p sabit Gaz T K V 2 2 litre Hacim (L) (Basınç - Hacim İlişkisi) Grafikten de anlaşılacağı gibi Boyle - Mariotte tarafından ispat edilen bu ilişki basınç ile hacmin ters orantılı değiştiğini göstermektedir. P a V 1 ve P.V k (sabit) Sabit sıcaklıkta aynı miktar gaz örneği için farklı basınçlardaki hacim değerleri arasındaki ilişki; P 1 V 1 P 2 V 2 P 3 V 3... k şeklindedir. Belirli miktardaki basıncı sabit olan bir gazın 100 K'deki hacmi 1 litre iken sıcaklığı 200 K'ne getirildiğinde hacmi 2 litre olmaktadır. Buradan da anlaşılacağı gibi miktarı ve basıncı sabit olan bir gazın mutlak sıcaklığı ile hacmi doğru orantılıdır. Bu değerler grafiğe geçildiğinde aşağıdaki değişimler elde edilir. Hacim (L) Sıcaklık ( C) 2 1 Hacim (L) Sıcaklık (K) Bölüm 2: Gaz Kanunları 155

12 3. ÜNİTE: GAZLAR Uyarı Hacim-sıcaklık grafiğindeki doğru uzatıldığında X eksenini 273 C'ta kestiği görülür. Bu noktada bir gazın hacminin sıfır olması gerekir ancak bu mümkün değildir. Çünkü bütün gazlar bu sıcaklığa ulaşamadan sıvılaşmaktadır. Bu durumu ilk kez Lord Kelvin fark ederek bu sıcaklığı mutlak sıfır olarak tanımlamıştır. 0 Basınç (atm) Sıcaklık (K) Sonuç olarak Charles belirli miktar gazın basıncı sabit tutulduğunda hacmi ile mutlak sıcaklığının doğru orantılı olduğunu ispatlamıştır. V a T Bir gaz örneği için sabit basınçta iki farklı sıcaklık-hacim koşulu için; V1 V2 V1 T1 T 1 T ya da 2 V 2 T2 bağıntısı yazılabilir. Bu ilişki Charles kanunu olarak bilinir. Örnek C'ta ki O 2 gazı sabit basınçta 227 C'a kadar ısıtıldığında hacmi 800 ml. oluyor. O 2 gazının 27 C'ta ki hacmi kaç ml'dir? V 1? t 1 27 C $ T K 3. Gay-Lussac Kanunu (Basınç-Sıcaklık İlişikisi) Charles'ın gazlarla yaptığı çalışmaları 1809 yılında Gay - Lussac geliştirdi. Gay - Lussac kabın hacmi ve gazın miktarı sabitken sıcaklığa karşı basınç değişimlerini gözlemledi. Bu çalışmaları sonucunda sabit hacimde belirli miktar gazın mutlak sıcaklığı arttıkça basıncı da artar sonucuna ulaşmıştır. Gay - Lussac V ml t C $ T K V1 V2 V1 800 T 1 T V1 480 ml Yanıt 480 P a T Örnek - 3 Bölüm 2: Gaz Kanunları Bir gazın iki farklı sıcaklıktaki basınç değerleri arasında; bağıntısı vardır. P1 P2 P1 T1 T 1 T ya da 2 P 2 T2 Gay - Lussac elde ettiği deneysel verileri grafiğe geçirdiğinde Charles kanundaki değişimlere benzer değişimler elde etmiştir. 273 Basınç (atm) Sıcaklık ( C) Sabit hacimli bir kapta bir miktar He gazı 127 C'ta 2 atm basınç yapmaktadır. He gazının sıcaklığı 27 C'a düşürülürse basıncı kaç atm olur? P 1 2 atm t C $ T K P 2? t 2 27 C $ T K P1 P2 2 P2 T 1 T P 2 1,5 atm Yanıt 1,5 156

13 Avogadro Kanunu (Hacim - Mol Sayısı İlişkisi) Gazların miktarları ile hacimleri arasındaki ilişkiyi 1808 yılında Amadeo Avogadro incelemiştir. Avogadro yaptığı deneyler sonucunda sabit sıcaklık ve basınçta bir gazın miktarı artırıldığında hacminin de aynı oranda arttığını ispatlamıştır. Amadeo Avogadro Örnek ÜNİTE: GAZLAR V a n (P ve T sabit) Avogadro bulduğu verileri grafiğe geçtiğinde aşağıdaki değişimi elde etmiştir. 3V 2V V Hacim (L) 0 n 2n 3n Gaz Miktarı (mol) Bir gazın iki farklı hacim ve miktarı arasındaki ilişki; Şekildeki sistem dengededir. Sabit sıcaklıkta M musluğundan 1. bölgeye kaç mol CH 4 gazı eklenirse piston 4. bölmede durur? Sürtünmesiz hareketli pistonla dengelenmiş olduklarından He ve H 2 gazlarının basınçları eşittir. Bu iki gazın basınçları ve sıcaklıkları eşit olduğunda (aynı koşullarda olduklarından) hacimleri ile mol sayıları doğru orantılıdır. (V a n) Bu orantıdan yararlanarak H 2 gazının mol sayısı bulunur. V1 V2 n V n n yada n bağıntısı ile bulunur. 2 V2 Bu ilişkiye benzer bir durumda gazın sıcaklığı ve hacmi sabit tutularak basıncı ve miktarı arasında da vardır. Basınç ile miktar arasındaki bu durum; P1 P2 n 1 n ya da P 1 n 1 2 P 2 n 2 şeklinde ifade edilebilir. 2V 0,4 mol He 6V x mol H 2 X 1,2 mol H 2 bulunur. I. bölmeye n mol CH 4 eklenip tekrar denge kurulduğunda; hacimler eşitlendiğinden moller eşitlenir. Uyarı Yapılan deneylerde gazın cinsine bağlı olmaksızın belirli sayıdaki gaz moleküllerinin aynı hacmi kapladığı görülmüştür. Bu durum Avogadro'nun ileri sürdüğü "eşit hacimdeki gazların eşit sayıda tanecik içereceği" fikrinin gerçekleştiğini göstermiştir. Bu durumda bütün gazların aynı koşullarda birer mollerinin hacimlerinin birbirine eşit olacağı sonucuna ulaşılır. Burada adı geçen koşul gazlar için normal koşul adı ile bilinen 0 C sıcaklık ve 1 atm basınç değerleridir. Normal koşullarda 1 mol ideal gaz 22,4 litre hacim kaplar. 4V 1,2 mol H 2 varsa 4V (0,4 mol He + n mol CH 4 ) n 0,8 mol CH 4 eklenmiştir. Yanıt 0,8 Bölüm 1: 2: Gazların Kanunları Özellikleri 157

14 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek gram He gazının 40 litre hacim kapladığı koşullarda 20 gram C 3 H 4 gazı kaç litre hacim kaplar? (H: 1, He: 4, C: 12) Avogadro kanuna göre aynı koşullarda bulunan gazların eşit molleri eşit hacim kaplar. Yani hacimleri ile mol sayıları doğru orantılıdır. O halde He ve C 3 H 4 gazlarının mol sayıları bulunup hacimleri ile doğru orantı kurulur. 1 mol He 4 gram ise x 20 gramı 1 mol CH 3 40 gram ise x 20 gramı Açıklama Teori ve Yasa Hipotez; bir problemle ilgili geçici çözüm yoludur. Bir hipotez kısmen doğrulanır ve yeni bulgularla desteklenirse teori haline gelir. Bilimsel bir teori, gözlenen bir doğa olayıyla ilgili olarak yapılan genellemelerin açıklamalarıdır. Örnek; Evrenin oluşumuyla ilgili Bing Bang (büyük patlama) teorisi, atom teorileri Hipotez ve teori mutlak gerçekler değillerdir. Elde edilen yeni bulgular ışığında geliştirilebilir ya da değiştirilebilirler. litre x 5 mol He x 0,5 mol C 3 H 4 5 mol gaz 40 litre ise 0,5 mol x x 4 C 3 H 4 Yanıt 4 Bir hipotez hiç bir kuşkuya yer vermeyecek şekilde doğrulanır ve herkes tarafından kabul görürse yasa haline gelir. Örnek; Newtonunun hareket yasaları, Lavoiser'in kütlenin korunumu yasası Birleştirilmiş Gaz Denklemi Belirli miktardaki bir gazın basıncı, hacmi ve sıcaklığı değiştirilirse bu durumda Boyle - Mariotte ve Charles kanunlarının birleştirilmesinden elde edilen "birleştirilmiş gaz denklemi" kullanılarak sorular çözülür. PV 1 1 PV 2 2 T 1 T Birleştirilmiş Gaz Denklemi 2 Örnek - 6 Belirli miktardaki ideal bir gaz 27 C ve 3 atm'de 40 litre hacim kaplamaktadır. Bu gazın 173 C ve 1 atm'de hacmi kaç litredir? K C K C T T T K T K P 1 3 atm P 2 1 atm Bölüm 2: Gaz Kanunları V 1 40 litre PV 1 1 PV 2 2 T 1 T V V 2 40 litre V 2? Yanıt

15 A. Aşağıdaki cümleleri doğru ise (D) yanlış ise (Y) yazarak sınıflandırınız. Bölüm Kavrama Soruları D. Aşağıdaki işlemler sonucunda belirtilen özelliğin nasıl değiştiğini açıklayınız. 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. Sabit sıcaklıkta belirli miktar gazın basıncı ile hacminin çarpımı sabittir. 2. Belirli miktar ideal gazın sabit basınçta hacmi ile mutlak sıcaklığı doğru orantılıdır. 3. Sabit hacimli bir kapta sabit sıcaklıkta miktarı artırılan gazın basıncı da artar. 4. Her koşulda ideal gazların hacimleri ile basınçları ters orantılıdır. 5. Aynı koşullarda molekül sayısı fazla olan gazın hacmi de fazladır. 6. Sıcaklığı 25 C'tan 50 C'a çıkan ideal gazın basıncı 2 katına çıkar. B. Aşağıdaki açık uçlu soruları yanıtlayınız 1. Sabit hacimli bir kaptaki ideal gazın mutlak sıcaklığı iki katına çıkarılırsa basıncı kaç katına çıkar? 2. 0,4 mol He gazının 10 litre hacim kapladığı sıcaklık ve basınçta 0,1 mol O 2 gazı kaç litre hacim kaplar? C'ta basıncı 2 atm olan He gazının miktarı ve hacmi sabit tutularak sıcaklığı 327 C'a çıkarılırsa basıncı kaç katına çıkar? 4. Belirli miktardaki H 2 gazı 27 C'ta ve 10 litrelik kapta 1 atm basınç yapmaktadır. H 2 gazının sıcaklığı 173 C hacmide 2,5 litreye düşürülürse basıncı kaç atm olur? 5. Belirli miktardaki ideal X gazının t C'ta P.V değeri 12 L.atm'dir. Sabit sıcaklıkta gazın hacmi 2 katına çıkarılırsa P.V değeri kaç olur? V He(g) P atm TK M 2V Boş Sabit sıcaklıkta M musluğu açılırsa He gazının basıncı kaç P olur? O 2 (g) P atm TK Şekildeki sistemde sıcaklık sabit tutulup piston 1 noktasına itilip sabitlenirse gaz basıncı kaç P olur? 3. Sabit sıcaklıkta M musluğu açılıp H 2 gazının 1 5 'i dışarı alınırsa cıva seviyeleri farkı kaç h okunur? C. Aşağıdaki kanunları ilgili formülleri ile eşleştiriniz. Charles Kanunu Avogadro Kanunu I II III Boyle-Mariotte Kanunu a V1 n1 (T ve n sabit) V 2 n2 b P 1 V 1 P 2 V 2 (T ve n sabit) c V1 T1 (T ve n sabit) V 2 T Şekildeki sistemde piston 4 noktasına çekilip sıcaklık 200 K yapılırsa H gazının basıncı kaç P olur? 1 H 2 (g) P atm K A. 1. D 2. D 3. D 4. Y 5. D 6. Y B , / C. I c II a III b D. 1. 1/ /5 4. 1/2 159 Bölüm 2: Gaz Kanunları

16 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. Belirli miktardaki beş farklı ideal gazın sıcaklıkları t 1 C'tan t 2 C'a getiriliyor. Sıcaklık ( C) Uygulama Soruları 4. Şekildeki gibi hareketli bir pistonla ayrılmış eşit hacim ve sıcaklıktaki iki bölmeden birinde 1 mol H 2 diğerinde 1 mol He ideal gazları bulunmaktadır. Gaz t 1 t 2 X Y Z T Q Buna göre gazlardan hangisinin basıncı 2 katına çıkmamıştır? Buna göre, her iki gaz için aynı anda; I. Eşit mollerde I. bölmeye H 2 II. bölmeye He gazı eklendiğinde pistonun yeri değişmez II. Eşit kütlelerde I. bölmeye H 2 II. bölmeye He gazı eklenirse piston sağa doğru kayarak dengelenir III. Eşit atom sayıda I. bölmeye H 2 ikinci bölmeye He eklenirse piston sola doğru kayarak dengelenir ifadelerinden hangileri doğrudur? (H: 1, He: 4) 2. Pistonlu bir kapta bulunan ideal davranıştaki bir miktar gazın hacmi sabit tutularak yalnız sıcaklığı artırılıyor. Bu işlem sonunda gazın basıncı, özkütlesi ve kütlesi nasıl değişir? 5. Şekilde görüldüğü gibi, ideal pistonlu bir silindirde t sıcaklığında X 2 gazı vardır. Buna göre; I. Sabit sıcaklıkta X 2 (g) ekleyip pistonu serbest bırakma X 2 (g) M Bölüm 2: Gaz Kanunları 3. Belirli sıcaklık ve dış basınçta içi H 2 gazıyla dolu elastik bir balonun içindeki gazın bir kısmı aynı koşullarda boşaltılarak ağzı tekrar kapatılmıştır. İşlem sonunda başlangıca göre balon hacmi, özkütle ve basınç nicelikleri nasıl değişir? II. Pistonu sabitleyip mutlak sıcaklığı 2 katına çıkarmak III. Pistonu sabitleyip gazın yarısını dışarı alıp, mutlak sıcaklığı 2 katına çıkarmak işlemlerinden hangileri ayrı ayrı yapılırsa X 2 gazının basıncı değişmez? Z 2. Basıncı artar, özkütlesi ve kütlesi değişmez 3. Hacim küçülür, özkütle ve hacim değişmez 4. I, II ve III 5. I ve III

17 6. Hacimleri eşit olan kapalı iki cam kaptan birinde C 2 H 6 diğerinde CO 2 gazları vardır. Aynı sıcaklıkta ve ideal davranışta olan bu gazların kütleleri eşit olduğuna göre bu gazların; I. Molekül sayıları II. Basınçları 8. V 2m gram X(g) V m gram Y(g) Buna göre X ve Y gazları; Yandaki kaplarda verilen X ve Y gazlarının basınçları ve sıcaklıkları eşittir. 3. ÜNİTE: GAZLAR III. Özkütleleri X Y niceliklerinden hangileri eşittir? I. O 2 CH 4 (O: 16, C: 12, H: 1) II. SO 3 C 3 H 4 III. He H 2 hangileri olabilir? (S: 32, O: 16, C: 12, He: 4, H: 1) 7. Hacim Hacim Basınç (Mol sayısı ve sıcaklık sabit) I Hacim Mol Sayısı (Sıcaklık ve basınç sabit) II Mutlak Sıcaklık (Mol sayısı ve basınç sabit) İdeal gazlar için verilen üç grafik hangi gaz yasalarını ifade eder? III 9. Hacimleri eşit iki balonda eşit sıcaklıkta X ve Y gazları vardır. I. X gazının molekül kütlesi Y'nin molekül kütlesinin 2 katıdır. II. X gazının kütlesi Y'nin yarısıdır. buna göre X ve Y gazlarının basınçları (P) arasındaki ilişki nasıldır? Bölüm 2: Gaz Kanunları 6. Yalnız III 7. I. Boyle-Mariotte II. Avogadro III. Charles 8. I, II ve III 9. 4P X P Y 161

18 3. ÜNİTE: GAZLAR gram C 3 H 4 gazının 40 litre hacim kapladığı koşullarda kaç gram He gazı 20 litre hacim kaplar? (C: 12, He: 4, H: 1) 12. P O 70 cm-hg cıva 10 cm X(g) 30 cm cıva X(g) h cm 10 cm Şekil-I P O 70 cm-hg Şekil-II Açık hava basıncının 70 cm-hg olduğu bir ortamda kılcal bir boruda X gazı cıva damlası ile hapsedildiğinde Şekil-I'deki gibi dengelenmiştir. Sıcaklık sabit tutulup kılcal boru aynı ortamda ters çevrildiğinde şekil-ii'deki gibi yeniden dengeleniyor. Buna göre h kaçtır? 11. Şekildeki ideal pistonla bölünmüş sistem dengededir. Buna göre; I. x 3,2'dir II. H 2 gazının basıncı O 2 gazının basıncına eşittir III. Sabit sıcaklıkta II. bölmeye 0,6 mol He gazı eklenirse piston orta noktada durur ifadelerinden hangileri doğrudur? (O: 16) 13. Belirli miktardaki ideal bir gazın hacmi V, mutlak sıcaklığı T iken basıncı P atm'dir. Bu gazın hacmi 4V, mutlak sıcaklıı 3 4 T yapılırsa basıncı kaç P olur? Bölüm 2: Gaz Kanunları ,8 11. II ve III /3

19 TEST - TEST Sabit hacimli bir kapta 25 C'ta bir miktar ideal gaz bulunmaktadır. Bu gazın basıncını iki katına çıkarmak için; 4. Gaz Kanunları 3. ÜNİTE: GAZLAR I. Miktarı 2 katına çıkarılmalıdır II. Sıcaklığı 50 C a çıkarılmalıdır III. Sıcaklığı 298 C artırılmalıdır ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III Şekildeki açık uçlu manometrede cıva seviyelerini eşitleyebilmek için; I. Aynı sıcaklıkta kaptan n 4 mol He gazı dışarı çıkarılmalıdır II. Sıcaklık 27 C a düşürülmelidir 2. III. U borusunda cıva yerine su kullanılmalıdır ifadelerinden hangileri doğrudur? (d cıva 13,6 g/cm 3 d su 1 g/cm 3 ) A) Yalnız I B) Yalnız III C) I ve III D) I ve II E) I, II ve III Şekildeki sürtünmesiz hareketli pistonla kapatılmış kapta 3,2 gram CH 4 gazı vardır. Bu kaba sabit sıcaklıkta 3,2 gram O 2 gazı eklenirse piston nerede durur? (CH 4 :16, O 2 : 32) A) D B) E C) F D) G E) H 5. Sürtünmesiz hareketli pistonla kapatılmış bir kapta bir miktar H 2 gazı bulunmaktadır. Buna göre; I. Pistonu serbest bırakıp kaba bir miktar He gazı eklemek 3. II. Pistonu serbest bırakıp kaba bir miktar H 2 gazı eklemek III. Piston serbest bırakılıp H 2 gazını ısıtmak işlemlerinden hangileri ayrı ayrı yapılırsa birim hacimdeki H 2 molekül sayısı değişmez? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) II ve III Yukarıda hacmi, sıcaklığı ve basıncı verilen SO 3 ve H 2 gazları için; I. Mol sayıları H 2 > SO 3 'tür II. Toplam atom sayıları eşittir III. Kütleleri SO 3 > H 2 'dir ifadelerinden hangileri doğrudur? (SO 3 : 80, H 2 : 2) A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 6. Aynı şartlarda C 2 H 6 gazı ile aynı hacimde olduğu halde, 4 kütlesi C 2 H 6 'nın 3 katı olan gaz aşağıdakilerden hangisidir? (O: 16, N: 14, C: 12, H: 1) A) O 2 B) N 2 O C) C 3 H 4 D) C 4 H 8 E) CO 2 Bölüm 1: 2: Gazların Kanunları Özellikleri 163

20 3. ÜNİTE: GAZLAR Aşağıdaki gazlardan hangisinin 1 gramının N.K'daki hacmi en büyüktür? (F: 19, O: 16, C: 12, He: 4, H: 1) A) H 2 B) He C) F 2 D) CH 4 E) O 2 Şekildeki sistemde sıcaklık sabit tutularak M musluğundan He gazının bir kısmı dışarı alınıyor. Buna göre aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? 11. A) Elastik balon şişer B) H 2 gazının basıncı azalır C) h yüksekliği düşer D) H 2 gazının özkütlesi azalır E) He gazının basıncı, H 2 gazının basıncından düşük olur. Şekilde ideal pistonla dengelenmiş H 2 ve O 2 gazlarının sıcaklıkları eşittir. Sabit sıcaklıkta M 1 ve M 2 muslukları aynı anda açılarak M 1 musluğundan 0,4 mol, M 2 musluğundan 0,2 mol He gazı eklenip kapatılıyor. İşlem sonunda piston nerede durur? A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 8. Aşağıdakilerden hangisi Avogadro yasasını ifade eder? A) Belirli bir sıcaklıkta miktarı sabit olan gazın hacmi ile basıncının çarpımı da sabittir. B) Aynı koşullarda bulunan bütün gazların molekül sayıları hacimleri ile doğru orantılıdır. 12. C) Aynı kap içerisinde bulunan gazların hacimleri ve sıcaklıkları eşittir. D) Kimyasal tepkimelerde, tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamı oluşan ürünlerin kütleleri toplamına eşittir. E) Bir bileşiği oluşturan element atomlarının kütleleri arasında sabit bir oran vardır. Bölüm 2: Gaz Kanunları 9. Pistonlu bir silindirde ideal davranıştaki X gazı sabit sıcaklıkta piston itilerek sıkıştırılıyor. Sıkıştırma işlemi sonunda; I. Birim hacimdeki molekül sayısı artar II. Birim zamanda birim yüzeye çarpan molekül sayısı artar III. Gaz molekülleri arasındaki boşluk azalır ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III Özdeş kaplarda aynı sıcaklıkta bulunan ideal H 2, He ve CH 4 gazları şekildeki gibi açık ve kapalı uçlu manometrelere bağlanmışlardır. Buna göre aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? (H: 1, He: 4, C: 12) A) CH 4 ve He gazlarının mol sayıları eşittir. B) H 2 ve He gazlarının kütleleri eşittir. C) H 2 gazının basıncı CH 4 gazının basıncının 2 katıdır. D) H 2 gazının mol sayısı He gazının mol sayısının yarısıdır. E) CH 4 gazının atom sayısı He gazının atom sayısının 5 katıdır D 2. A 3. E 4. D 5. B 6. C 7. E 8. B 9. E 10. A 11. C 12. D

21 BÖLÜM - 3 İdeal Gaz Denklemi Gazların betimlenmesinde kullanılan sıcaklık, basınç, hacim ve mol sayısı arasındaki ilişkileri gaz kanunları ile matematiksel olarak ortaya konulmuştur. İdeal Gaz Denklemi PV nrt 1.22,4 1.R , 4 R 273 0,082 atm L.mol 1 K 1 3. ÜNİTE: GAZLAR Boyle - Mariotte Kanunu'nda P a V I (n ve T sabit) Charles Kanunu'nda; V a T (P ve n sabit) Avogadro Kanunu'nda da; V a n (P ve T sabit) Açıklama İdeal Gaz: Tanecikleri arasında hiçbir itme ve çekme kuvveti bulunmayan, öz hacmi olmayan gazlardır. Bu gazların tanecikleri arasındaki çarpışmalar esnektir. Yani enerji kaybı olmaz. Bu konudaki tüm anlatım ve hesaplamalar gerçek gazların ideal gaz davranışında olduğu kabul edilerek yapılacaktır. İdeal gaz ve gerçek gaz kavramları ilerleyen konularda geniş olarak ele alınacaktır. şeklinde değiştiği ispatlanmıştır. Bu üç kanun birleştirilerek P, V, T ve n arasındaki ilişki tek bir eşitlikle ifade edilebilir. Yukarıdaki kanunlardan da anlaşılacağı gibi bir gazın hacmi, sıcaklığı ve mol sayısı ile doğru orantılı, basıncı ile ters orantılıdır. Bu orantı; V a nt. P şeklinde ifade edilebilir. Orantıdan eşitliğe geçmek için orantı (a) yerine orantı sabiti (R) konulup; P.V nrt denklemi elde edilir. Bu denkleme ideal gaz denklemi denir. Örnek - 1 Normal koşullarda (N.K'da) 1 mol gaz kaç litre hacim kaplar? Normal koşullarda sıcaklık 0 C (273 K), basınç ise 1 atm'dir. Bu değerler ideal gaz denkleminde yerine yazıldığında; PV nrt 1.V. 22, V 22,4 litre bulunur. Sonuç: N.K'da 1 mol ideal gazın hacmi 22,4 litredir. PV nrt ideal gaz denklemi P: Gaz basıncı (atm) V: Gaz hacmi (L) n: Mol sayısı T: Mutlak sıcaklık (K) R: Orantı sabiti ya da gaz sabiti 22, 4 R 273 ya da R 0,082 alınır. R gaz sabitinin değeri 1 mol gazın normal şartlardaki (1 atm basınç ve 0 C sıcaklık) hacminin ideal gaz denkleminde yerine yazılması ile bulunmuştur. Örnek - 2 Oda koşullarında 1 mol gaz kaç litre hacim kaplar? Oda koşullarında sıcaklık 25 C (298 K) basınç ise 1 atm'dir. Bu değerler ideal gaz denkleminde yerine yazıldığında; PV nrt 1.V 1.0,082,298 V 24,5 litre bulunur. Sonuç: Oda koşullarında 1 mol ideal gazın hacmi yaklaşık 24,5 litredir. Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 165

22 3. ÜNİTE: GAZLAR Uyarı Molar Hacim: Belirli sıcaklık ve basınçta 1 mol gazın kapladığı hacimdir. Örnek gram He gazının 273 C sıcaklık ve 2 atm basınçta hacmi kaç litredir? (He: 4) n He M m A n He 16 4 n He 4 moldür. K C T T 546 K'dır. P 2 atm olduğuna göre ideal gaz denkleminde bu değerler yerine konularak gazın hacmi hesaplanır. PV nrt 22, 4 2.V V 89,6 litre Örnek gram ideal X gazının 0 C'ta P.V değeri 8,96 atm.l dir. Buna göre X gazının mol kütlesi kaçtır? Yanıt 89,6 Victor - Meyer Yöntemi ile Gazların Özkütlesinin Hesaplanması Bu yöntem ilk defa 1878 yılında Zürich Üniversitesi Profesörlerinden Victor Meyer tarafından bulunmuştur. Victor Meyer uçucu sıvıların buhar basınçlarından yararlanarak mol kütlelerini hesaplamıştır. Daha sonra bu hesaplamalar ideal gazlara uyarlanarak aşağıdaki bağıntı elde edilmiştir. m İdeal gaz denkleminde mol (n) sayısı yerine M yazılırsa; A m PV M. RT A mrt MA PV elde edilir. Bu bağıntıda gazın mol kütlesi bulunur. m d V olduğundan; mrt MA V. P gazın özkütlesi, (d) PM. d A RT bağıntısından bağıntısından bulunur. Bu bağıntıda içler dışlar çarpımı yapılırsa özkütleye bağlı gaz denklemi elde edilir. P.M A drt P: Basınç (atm) M A : Mol kütlesi (g/mol) d: Özkütle (g/l) 22, 4 R 273 0, 082 T: Mutlak sıcaklık (K) Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi T C T T 273 K m PV nrt bağıntısında n yerine n M yazılır değerler yerine A yazılarak M A bulunur. m PV M RT A 8,96 M A, M 16 $ $ 273 A , 4 896, M A 40 g/mol olarak bulunur. Yanıt 40 Örnek - 5 Normal şartlar altında N 2 gazının özkütlesi kaç g/l'dir? (N: 14) Normal şartlarda sıcaklık 0 C (273 K) basınç 1 atm'dir. 1mol N 2 28 g/mol olduğuna göre N 2 gazının özkütlesi (d); PM. A d RT 128. d 22, d 1,25 g/l'dır. Yanıt 1,25 166

23 Özkütle Yorumları 1. Sabit Hacimli Kaplarda Özkütle Değişimi Sabit hacimli kaplarda kaba gaz eklendikçe kütle artacağından kaptaki gaz özkütlesi artar. m d V sabit 2. Sabit Basınçlı Kaplarda Özkütle Değişimi Sabit basınçlı kaplarda kaba gaz eklendikçe gaz kütlesi ve gazın hacmi artar. Özkütlenin değişimi kütle ve hacim artışlarındaki orana göre değişir. Burada üç olasılık vardır. Eklenen gazın molekül kütlesi içerideki gazla aynı ise hacim ve kütle artışı aynı oranda olur özkütle değişmez. Eklenen gazın molekül kütlesi içerideki gazdan fazla ise kütle artışı hacim artışından fazla olur, özkütle artar. Eklenen gazın molekül kütlesi içerdeki gazdan küçük ise kütle artışı hacim artışından az olur, özkütle azalır. Şimdi bunları örnekler üzerinden pekiştirelim. Örnek - 7 Şekildeki sabit basınçlı sistemde 1 mol H 2 gazı blunmaktadır. Sabit sıcaklıkta kaba 1 mol He gazı eklenirse kaptaki gaz özkütlesi ve H 2 gazının özkütlesi nasıl değişir? (He: 4, H: 1) Sistemde sıcaklık ve basınç sabit olduğundan Avogadro yasası gereği gaz hacmi mol sayısı ile doğru orantılıdır. n a V 1 mol H 2 V hacimde ise 2 mol (H 2 + He)?? 2V 1 mol H 2 (g) 1 mol He eklenmesi gaz hacmini 2 katına çıkarır. Bu durumda; Sürtünmesiz hareketli piston 1 mol He 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek - 6 Şekildeki sabit hacimli kapta bir miktar H 2 gazı bulunmaktadır Sıcaklık sabit tutulup kaba bir miktar He gazı eklenirse kaptaki gaz özkütlesi ve H 2 gazının özkütlesi nasıl değişir? (He: 4, H: 1) H 2 (g) He(g) He eklenmeden önce mh2 d1 V1 d V 2 1 sonuçları elde edilir. He eklendikten sonra mt d2 V2 2 4 d2 2 + V 3 d3 V Görüldüğü gibi eklenen He gazı kütleyi hacimden daha fazla artırdı. (kütle 3 katına çıkarken hacim 2 katına çıktı) Bu yüzden gaz özkütlesi arttı. H 2 gazının hacmi 2 katına çıkıp kütlesi sabit kaldığından özkütlesi yarıya düşer. Kaptaki gaz özkütlesi artar. m d V sabit m dh 2 V sabit Yanıt Gaz özkütlesi artar, H 2 gazının özkütlesi azalır Çünkü; hacim sabit kalıp toplam gaz kütlesi artacağından özkütle artar. Kaptaki H 2 gazının özkütlesi değişmez. değişmez mh2 dh 2 V sabit sabit Çünkü; He eklenmesi H 2 gazının hacmini ve kütlesini etkilemez. Bu yüzden H 2 'nin m oranı da değişmez. V Yanıt Gaz özkütlesi artar, H 2 gazının özkütlesi değişmez. İdeal Gaz Denkleminin Farklı Uygulamaları İdeal gaz denklemi gaz kanunlarının birleştirilmesi ile elde edilen bir denklem olduğundan, ideal gaz denklemi kullanılarak her bir yasaya ulaşılabilir ve problemleri çözülebilir. Bunun için sorularda ideal gaz denklemi iki farklı koşul için ayrı ayrı yazılır ve oranlanır. Sabit tutulan değerler sadeleştirildiğinde ilgili kanunun formülüne (bağıntısına) ulaşılır. Sayılar yerine konularak soru çözülür. Bölüm 1: 3: Gazların İdeal Özellikleri Denklemi 167

24 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek - 8 Bir miktar ideal X gazı 0 C sıcaklıkta ve 11,2 litrelik kapta 4 atm basınç yapmaktadır. Bu kabın sıcaklığı sabit tutulup hacmi 44,8 litreye çıkarılırsa gazın basıncı kaç atm olur? Soruda gazın miktarı (n) ve sıcaklığı (T) sabit olduğuna göre ideal gaz denklemi iki kez yazılıp oranlanır ve sabitler sadeleştirilir. Elde edilen bağıntıdan soru çözülür. PV n RT PV 2 2 n2rt2 PV 1 PV 1 1 yani P 1 V 1 P 2 V 2 bağıntısı elde edilir. (Boyle - Mariotte 2 2 yasası) P 1 V 1 P 2 V 2 Cıva H 2 (g) Örnek - 10 P O 70 cm-hg Şekil-I 10 cm 7 cm H 2 (g) Cıva x cm 10 cm Şekil-II P O 70 cm-hg Bir miktar H 2 gazı cıva damlası ile cam bir boruya şekil - I deki gibi hapsediliyor. Aynı ortamda sıcaklık değiştirilmeden cam boru şekil - II'deki konuma getirilip dengeleniyor. Buna göre"x" kaç cm'dir? 4.11,2 P 2.44,8 P 2 1 atm Örnek - 9 Yanıt 1 40 gram He gazının 80 litre hacim kapladığı sıcaklık ve basınçta 40 gram C 3 H 4 gazı kaç litre hacim kaplar? (C: 12, He: 4, H :1) Soruda sıcaklık ve basınç sabit olduğuna göre; PV 1 1 n1 RT1 PV 2 2 n2 RT2 V1 n1 V 2 n (Avogadro Yasası) elde edilir. 2 H 2 (g) P O 70 cm-hg Şekil-I H 2 (g) x cm V 2 10 cm 7 cm V 1 10 cm P O 70 cm-hg P 1 P 0 + cıva P P 1 80 cm-hg V 1 7 P 2 P 0 P 2 70 cm-hg V 2 x H 2 gazının sıcaklığı ve mol sayısı değişmediğine göre; PV n RT PV 2 2 n2rt2 P 1 V 1 P 2 V 2 'dir. (Boyle - Mariotte Yasası) x x 8 cm Yanıt 8 Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 40 V 1 80 litre n mol 40 V 2? n mol V 2 1 V 2 8 litre hacim kaplar. Yanıt 8 168

25 A. Aşağıdaki cümleler doğru ise (D) yanlış ise (Y) yazarak sınıflandırınız. Bölüm Kavrama Soruları B. Aşağıdaki ucu açık soruları yanıtlayınız. 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. İdeal bir gazın taneciklerinin öz hacmi ihmal edilir C ve 1 atm'de 44,8 litre hacim kaplayan ideal X gazının mol sayısı kaçtır? 2. İdeal gazların tanecikleri arası çekim kuvvetleri çok fazladır K ve 2 atm'de 1 mol He gazının hacmi kaç litredir? 3. İdeal gaz taneciklerinin çarpışması esnektir. 4. İdeal gaz denklemi PV nrt şeklinde ifade edilir. 3. Normal koşullarda 6,72 litre hacim kaplayan C 3 H 4 gazı; a) Kaç moldür? P 5. İdeal bir gazın molekül kütlesi (M A ); MA drt bağıntısından hesaplanır. b) Kaç gramdır? (C: 12, H: 1) 6. İdeal bir gazın normal koşullarda 1 molünün hacmi 22,4 litredir. c) Kaç tane C 3 H 4 molekülü içerir? 7. İdeal bir gazın oda koşullarında 1 molünün hacmi yaklaşık 24,5 litredir. d) Kaç tane atom içerir? 8. Normal koşullarda özkütlesi bilinen ideal bir gazın molekül kütlesi, özkütlesi ile 22,4 değerinin çarpımına eşittir. 4. 3, tane O 2 molekülünün 22,4 litrelik kapta basıncı 2 atm olduğuna göre sıcaklığı kaç C'dir? 9. Aynı koşullarda özkütlesi büyük olan ideal bir gazın molekül kütlesi küçüktür. 10. Gaz sabiti (R) nin değeri 22, ya da 0,082'dir. 11. Belirli sıcaklık ve basınçta 1 mol gazın kapladığı hacme molar hacim denir. 12. Oda koşullarında bulunan bir gazın sıcaklığı 0 C'tır. A. 1. D 2. Y 3. D 4. D 5. Y 6. D 7. D 8. D 9. Y 10. D 11. D 12. Y B ,2 3. a) 0,3 b) 12 c) 0,3.N A d) 2,1.N A Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi

26 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. 3,2 1,6 Kütle (gram) Uygulama Soruları 3. Şekildeki sistemde bulunan 22 gram CO 2 gazının hacmi kaç litredir? (C: 12, O: 16) 22 gram CO 2 (g) P O 1 atm Sürtünmesiz hareketli piston V 0 8,2 16,4 Hacim (L) İdeal olduğu kabul edilen 27 C sıcaklıktaki CH 4 gazının kütle - hacim değişimi yukarıda verilmiştir. Buna göre CH 4 gazının basıncı kaç atm'dir? (C: 12, H: 1) 27 C 4. Sıcaklık ( C) Hacim (L) Basınç (atm) Mol sayısı I n 1 II n 2 III n 3 2. P (atm) Yukarıdaki tabloda ideal olduğu kabul edilen X gazının üç farklı basınç, sıcaklık ve hacim değerleri verilmiştir. Buna göre X gazının mol sayıları arasındaki ilişki nasıldır? ,2 22,4 V (L) İdeal olduğu kabul edilen 32 gram X gazının 273 C'ta basıncının (P) hacmi (V) ile değişimi yukarıda verilmiştir. Buna göre X gazının mol kütlesi kaçtır? 5. Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 27 C'ta 0,4 mol He gazı 8,2 litrelik bir cam balonda yukarıdaki gibi bir U borusuna bağlanmıştır. Buna göre kabın bulunduğu ortamda açık hava basıncı kaç cm-hg'dir? , ,3 4. n 1 > n 3 > n

27 6. X gazının normal koşullar altında özkütlesi 1,25 g/l'dir. X gazından 5,6 gram alınıp 0 C'taki 5,6 litrelik kaba konuluyor. X gazının bu kapta yapacağı basınç kaç atm'dir? ÜNİTE: GAZLAR 7. Al(k) + 3HCl(suda) $ AlCl 3 (suda) H2 (g) denklemine göre 10,8 g Al metali yeterinci HCl ile artansız tepkimeye sokuluyor. Tepkime sonunda oluşan H 2 gazı 273 C'ta 11,2 litrelik kapta toplanıyor. H 2 gazının bu kapta yaptığı basınç kaç atm'dir? (Al: 27) Şekildeki sistemde A kabında 2 mol O 2 gazı P atm basınç yapmaktadır. M musluğu açılıp mutlak sıcaklık 2 katına çıkarılırsa O 2 gazının basıncı kaç P olur? 8. H 2 O(s) $ H 2 (g) O2 (g) denklemine göre su elektroliz edilir. 3,6 gram H 2 O'nun tamamen elektroliz edilmesi ile oluşan gaz karışımı 82 litrelik kapta 0,3 atm basınç yapmaktadır. Buna göre kabın sıcaklığı kaç C'tır? (H: 1, O: 16) 11. İdeal X gazının 8,2 atm basınç ve 127 C sıcaklıkta özkütlesi 4 g/l'dir. Buna göre X gazının molekül kütlesi kaçtır? 9. 2V 3V 4 mol H 2 (g) 2 atm x gram He 3 atm 27 C 27 C Yukarıdaki kaplarda belirtilen koşullarda H 2 ve He gazları bulunmaktadır. Buna göre He gazının kütlesi kaç gramdır? (He: 4) 12. Hacmi V, basıncı P olan ideal bir gazın miktarı n moldür. Sıcaklık sabit tutularak gazın miktarı 3 katına çıkarılır, hacmi yarıya indirilirse basıncı ne olur? Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 6. 0,8 7. 2, / P 171

28 3. ÜNİTE: GAZLAR TEST - TEST İdeal bir gazın 273 K'de ve 2 atmosfer basınç altında 5,6 litresi 14 gramdır. Bu gazın molekül kütlesi kaçtır? A) 14 B) 28 C) 42 D) 56 E) 70 İdeal Gaz Denklemi ve Uygulamaları 4. Basıncı ve sıcaklığı bilinen X gazının molekül kütlesini bulabilmek için; I. X'in hacmi II. X'in kütlesi III. X'in 1 molekülündeki atom sayısı niceliklerinden hangilerinin bilinmesine gerek yoktur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III 2. 1,12 litrelik kapta bulunan 6, tane CO 2 gazının sıcaklığı 0 C'tır. Buna göre gazın basıncı kaç atm'dir? A) 2 B) 1,5 C) 1 D) 0,5 E) 0,25 5. Şekildeki pistonlu kapta bulunan CH 4 gazının özkütlesi d'dir. A) d B) 3d 2 Aynı sıcaklıkta kaba musluktan 2 mol He gazı eklendiğinde karışımın özkütlesi ne olur? (C: 12, H: 1, He: 4) C) 2d D) 5d 2 E) 3d 6. Şekildeki pistonlu kapta NO gazı bulunmaktadır. Kaba sırasıyla; I. Aynı sıcaklıkta C 2 H 6 gazı eklemek 3. Basınç (atm) II. Sıcaklığı artırmak işlemleri yapılıyor. 0,6 Özkütlenin zamanla değişimi aşağıdakilerden hangisinde doğru gösterilmiştir? 0,3 (N: 14, O: 16, C: 12, H: 1) Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 0 11,2 22,4 Hacim (L) 273 C'ta bir miktar NO gazının basınç-hacim değişimi grafikte verilmiştir. Buna göre NO gazı kaç gramdır? (N: 14, O: 16) A) 30 B) 15 C) 9 D) 6 E) 4,5 A) d B) d D) d E) d C) d 172

29 7. Sürtünmesiz hareketli pistonla kapatılmış X gazı ile dolu olan bir kaptan sabit sıcaklıkta bir miktar X gazı dışarı çıkarılıyor. Bu olayla ilgili aşağıdaki değişimlerden hangisi yanlıştır? A) Ortalama kinetik enerji B) Basınç C) BasınçxHacim 10. Şekilde verilen kapta t C'ta n mol SO 3 gazı bulunmaktadır. Sabit sıcaklıkta kaba 2n mol CH 4 gazı ekleniyor. 3. ÜNİTE: GAZLAR Zaman Zaman Hacim Bu işlem sırasında aşağıdaki değişimlerden hangisi olamaz? D) Özkütle E) Hacim A) Özkütle B) Basınç C) Hacim Zaman Zaman Zaman Zaman Hacim D) Birim hacimdeki molekül sayısı E) Toplam atom sayısı Zaman Zaman C'ta 20 litre hacim kaplayan X 2 gazı 1,2 atm basınç yapmaktadır. Gazın sıcaklığı 27 C'a düşürülüp hacmi 10 litre yapılırsa gazın son basıncı kaç atm olur? A) 3,0 B) 2,4 C) 1,8 D) 1,6 E) 1, X(g) Y(g) Piston 9. Şekilde verilen cam kabın tavanında X gazı ile şişirilmiş elastik balon bulunmaktadır. Sabit sıcaklıkta piston 1 konumundan 2 konumuna itilip sabitleniyor. Bu işlem sırasında; Yukarıdaki sisteme; I. Sıcaklığı düşürme (mol sayısı sabit) II. Bir miktar H 2 gazı eklemek (sıcaklık sabit) III. Piston üzerine ağırlık koyma (sıcaklık ve mol sayısı sabit) işlemlerinden hangileri ayrı ayrı yapılırsa H 2 gazının basınç-hacim çarpımı (P.V) değişmez? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III X gazının özkütlesi X gazının P.V değeri I Zaman II Zaman III Hacim değişimlerinden hangileri gerçekleşir? Y gazının basıncı A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) II ve III E) I ve III Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 1. B 2. A 3. E 4. C 5. A 6. A 7. C 8. C 9. C 10. D 11. D 173

30 3. ÜNİTE: GAZLAR TEST - TEST İdeal bir gaz için çizilen aşağıdaki grafiklerden hangisi yanlıştır? (P: Basınç, V: Hacim, T: Sıcaklık, n: Mol sayısı) İdeal Gaz Grafikleri ve Yorumları 3. Basınç (P) A A) Basınç B) Hacim C) Basınç B (n T sabit) (P n sabit) (V T sabit) C 0 Hacim 0 Sıcaklık(K) 0 Mol sayısı Hacim (V) D) BasınçxHacim E) Mol sayısı Yukarıda belirli miktar ideal gazın sabit sıcaklıkta basıncının hacmi ile değişim grafiği verilmiştir. Buna göre; 0 (n T sabit) Zaman 0 (P T sabit) Hacim I. A, B ve C noktalarında gazın P.V değeri aynıdır II. C noktasındaki gazın özkütlesi A noktasındaki gazın özkütlesinden küçüktür III. A noktasındaki gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri B noktasındaki gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjiden fazladır ifadelerinden hangileri yanlıştır? 2. Hacim 4. A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III n (mol sayısı) X(g) B Y(g) Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi A Sıcaklık 1 mol ideal X gazının sabit basınçta hacminin sıcaklıkla değişimi verilmiştir. Buna göre; I. Grafikte sıcaklık birimi Kelvin'dir II. A noktası mutlak sıfırı göstermektedir III. Grafik normal basınta çizilmiş ise B değeri 22,4'tür ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) II ve III E) I ve III 0 V (hacim) X ve Y gazlarının aynı sıcaklıkta mol sayılarının hacimleri ile değişimi verilmişitir. Buna göre; I. X gazının moleküllerinin yayılma hızı Y gazı moleküllerinin yayılma hızından büyüktür. II. X gazının basıncı Y gazının basıncından büyüktür. III. X ve Y gazları moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir. ifadelerinden hangileri kesinlikle doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) II ve III E) I ve III 174

31 5. Belirli miktardaki ideal gazın basınç hacim çarpımının (P.V) mutlak sıcaklığına (T) göre değişimini gösteren grafik aşağıdakilerden hangisidir? A) P.V B) P.V C) P.V 8. Hacim III II I 3. ÜNİTE: GAZLAR D) T P.V E) T P.V T A 0 Sıcaklık Yukarıdaki grafik bir mol ideal gazın hacim ve sıcaklık değişimini göstermektir. Bu grafikle ilgili; I. Grafikteki farklı doğrular farklı basınçlardaki deney sonuçlarını gösterir T T II. Sıcaklık birimi kelvindir 6. P(atm) III. II. deneydeki basınç III. deneydeki basınçtan yüksektir ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III T 2 T 1 V(litre) Yukarıdaki grafikte mol sayısı n olan bir ideal gazın T 1 ve T 2 sıcaklıklarındaki basınç-hacim değişimleri gösterilmiştir. İdeal gaz kanunu ve grafikteki bilgilerden yararlanarak; I. T 2 sıcaklığı T 1 sıcaklığından yüksektir II. P.V çarpımı T 2 'de T 1 'dekinden daha büyüktür III. Sabit sıcaklıkta basınç hacimle artar sonuçlarından hangilerin ulaşılabilir? 9. P (atm) X Y A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I ve III 0 T (K) 7. İdeal bir gazla ilgili; Atom sayısı I Mol sayısı Ortalama kinetik enerji II Kütle (g) değişimlerden hangileri doğrudur? Ortalama kinetik enerji A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III III Mutlak sıcaklık Basınç-sıcaklık değişimi verilen X ve Y ideal gazlarının kütleleri ve bulundukları kap hacimleri eşittir. Buna göre; I. Mol sayıları X > Y'dir II. Aynı sıcaklıkta yayılma hızları X > Y'dir III. Aynı sıcaklıkta basınçları Y > X'dir ifadelerinden hangileri yanlıştır? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III Bölüm 3: İdeal Gaz Denklemi 1. A 2. D 3. C 4. D 5. C 6. D 7. C 8. C 9. C 175

32 3. ÜNİTE: GAZLAR BÖLÜM - 4 Gazların Kinetik Teorisi Gazların fiziksel davranışlarını açıklayabilmek için Ludwing Boltzman James C.Maxwell ve diğer bilim insanlarının çalışmaları ışığında kinetik teori ortaya konulmuştur. Kinetik Teori ve Hız Efüzyon olayı aşağıdaki gibi modellenebilir. Bu teoriye göre; 1. Gaz molekülleri arasındaki boşluklar çok fazla olduğundan gaz moleküllerinin gerçek hacimleri bulundukları kap hacmi yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür. 2. Gaz molekülleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri yok denilecek kadar azdır. Bu yüzden gaz molekülleri birbirinden bağımsız her yönde sürekli ve gelişigüzel hareket ederler. (Brown hareketi) 3. Gaz molekülleri bu hareketleri sırasında birbirleriyle ve bulundukları kabın çeperleriyle çarpışırlar. Bu çarpışmalar esnektir. (Enerji kaybı olmaz.) 4. Farklı gazların aynı sıcaklıkta moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri aynıdır. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri yalnızca mutlak sıcaklığa bağlı ve doğru orantılıdır. Ek ort a T Bir ideal gazın moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi (E k ); E k 2 1 mj 2 bağıntısından bulunur. Bu bağıntıda; m: kütle j: Hız dır. Gazların difüzyon hızları ile ilgili ilk çalışmayı Thomas Graham yapmıştır. Thomas Graham yaptığı deneyler sonucunda gaz moleküllerinin yayılma hızlarının molekül kütlelerinin karekökü ile ters orantılı olduğunu bulmuştur. Bu sonuca ulaşırken kinetik teoride geçen "aynı sıcaklıktaki farklı gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir" teorisinden faydalanmıştır. Şimdi eşitliğe nasıl ulaştığını inceleyelim. X ve Y aynı sıcaklıktaki ideal gazlar olsun. O halde; Ek X X moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi Ek Y Y moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi Ek X Ek Y 2 1 m j 2 1 X X 2 my. jy 2 j2 X MY j2 M Y X Graham'ın Difüzyon Kanunu Difüzyon: Farklı gaz moleküllerinin birbiri içerisinde yayılmasına difüzyon denir. Ağzı açık bırakılan parfümün kokusunun odaya yayılması difüzyon olayına bir örnektir. Difüzyon olayı aşağıdaki gibi modellenebilir. jx MY j M bağıntısı elde edilir. Y X Bu bağıntıda; j X X gazının yayılma hızı j Y Y gazının yayılma hızı M X X'in molekül kütlesi M Y Y'nin molekül kütlesi Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız Efüzyon: Kapalı bir kapta bulunan gaz moleküllerinin kapta açılan küçük bir delikten boşluğa yayılmasına efüzyon denir. Gazların molekül kütleleri aynı koşullarda özkütleleri (d) ile doğru orantılı olduğundan Graham'ın difüzyon kanunu; jx MY jy M X dy dx şeklinde yazılabilir. Aynı sıcaklık ve basınçta farklı iki gazdan molekül kütlesi küçük olan gaz daha hızlı yayılır, yani daha kısa sürede yayılır. (Yayılma hızı yayılma süresi ile ters orantılıdır) 176

33 Uyarı Gazların difüzyon ve efüzyon hızları için aynı bağıntılar uygulanır. Örnek - 1 Aynı sıcaklıkta bulunan He ve SO 2 gazlarının difüzyon hızları arasındaki bağıntı nedir? (He: 4, SO 2 : 64) Toplam yol 3x 9 birim x 3 birim O halde bu iki gaz ilk olarak CH 4 'den 2x birim (6 birim) ötede yani 6. bölmede karşılaşırlar. Yanıt 6. bölme 3. ÜNİTE: GAZLAR Graham'ın difüzyon kanunundan soru çözülür. jhe jso 2 jhe jso MA(SO 2) MA(He) 64 jhe 4 & 4 jso 2 2 j He 4j SO2 dır. Yanıt j He 4j SO2 Örnek - 2 Mutlak Sıcaklığın Molekül Hızlarının Dağılımına Etkisi Gazların kinetik teorisine göre gaz moleküllerinin kinetik enerjisi mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Taneciğin ortalama kinetik enerjisi; Ek 1 2 mj k T'dir. Bir gazın bir molünün toplam kinetik enerjisi ise 2 3 R T'ye eşittir. 1 taneciğin ortalama kinetik enerjisi; 1 Ek 2 mj2 ise 1 1 mol taneciğin ki NA a 2 mj2k eşitliğinden; Şekildeki sistemde bulunan SO 2 ve CH 4 gazlarının sıcaklıkları aynıdır. M 1 ve M 2 muslukları aynı anda açılırsa CH 4 ve SO 2 gazları eşit bölmelendirilmiş cam boruda ilk olarak nerede karşılaşırlar? (CH 4 : 16, SO 2 : 64) 3RT j M bağıntısı elde edilir. A Bu bağıntıda; j Bir gaz taneciğinin hızı R 8,314jK 1 mol 1 M A 1 mol gazın kütlesi'dir. jso jch 2 4 jso jch 2 4 MCH MSO jso & jch 2 j CH4 2j SO 2 2x birim yol alır x birim yol alırsa 4 (Gazların hızları ile aldıkları yollar doğru orantılıdır) Sonuç: Yukarıdaki bağıntıdan gaz moleküllerinin hızının sıcaklığa ve molekül kütlesine bağlı olarak değiştiği görülmektedir. Gaz moleküllerinin hızı mutlak sıcaklığın karekökü ile doğru orantılı, molekül kütlesinin karekökü ile ters orantılıdır. Bu durumda mutlak sıcaklıkları oranı molekül kütleleri oranına eşit olan iki farklı gazın yayılma hızları eşittir. T M X A(X) T Y M ise j X j Y 'dir. A(Y) Bölüm 1: 4: Gazların Kinetik Teori Özellikleri ve Hız 177

34 3. ÜNİTE: GAZLAR Gaz moleküllerinin belirli bir andaki hızları birbirinin aynı olmadığı gibi bir molekülün değişik anlardaki hızı da aynı değildir. Bu durum gaz moleküllerinin moleküler bir hız dağılımları olmasını sağlar. Aşağıdaki şekilde üç farklı sıcaklıkta bir gazın hız dağılım eğrisi verilmiştir. M A(O 2) kg/mol j j 2, j 4, m.s 1 Moleküllerin sayısı T 1 T 2 T 3 T 1 < T 2 < T 3 Uyarı Birim zamanda birim yüzeye çarpan tanecik sayısı; Moleküllerin hızı (m/s) 1. Sabit sıcaklık ve hacimde mol sayısı ile doğru orantılıdır. 2. Gaz hacmi ile ters orantılıdır. (T 1, T 2 ve T 3 sıcaklıklarındaki bir gazın hız dağılımı) 3. Moleküllerin hızları ile orantılıdır. Bu eğriler verilen sıcaklıklarda belirli bir hızla hareket eden moleküllerin sayısı hakkında bilgi verirler. Eğrinin tepe noktası en fazla sayıdaki moleküllerin hızını ifade eder. Sıcaklık arttıkça eğrilerin düzleşmeye başladığı görülür. Bu durum daha fazla sayıda molekülün daha hızlı hareket ettiğini gösterir. Yukarıdaki eğrilere benzer durum aynı sıcaklıktaki üç farklı gaz içinde çizilebilir. Moleküllerin sayısı X 2 (g) Y 2 (g) Z 2 (g) Hız a Hız a T 1 MA Sonuç olarak birim zamanda birim yüzeye çarpan tanecik sayısı (x); X a n. T V. MA n: Mol sayısı T: Mutlak sıcaklık V: Hacim M A : Mol kütlesi Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız Moleküllerin hızı (m/s) (300 K'deki X 2, Y 2 ve Z 2 gazların hız dağılımı) Grafikten de anlaşılacağı gibi aynı sıcaklıktaki X 2, Y 2 ve Z 2 gazlarından Z 2 gazının moleküllerinin daha hızlı yayıldığı (molekül kütlelerinin küçük olduğu) anlaşılır. Örnek - 3 Oda sıcaklığında O 2 gazının hızın hesaplayınız (O: 16) 3RT j MA R 8,314JK 1 mol 1 T 298 K Bir gazın mol sayısı n, hacmi V, mutlak sıcaklığı T iken birim zamanda birim yüzeye çarpma sayısı X olsun. Bu gazın mol sayısı 2n, hacmi 3V mutlak sıcaklığı 4T yapılırsa birim zamanda birim yüzeye çarpma sayısı (Y) aşağıdaki gibi bulunur. n. T. Y X V MA 2n. 4T 3V. MA.. Y X n T 3 V. V. MA 2 n.. Y X 3 T 22. T Y X 3 4X 4 Y 3 MA 4T olur. Yani birim zamanda birim yüzeye çarpan tanecik sayısı 4 3 katına çıkar. 178

35 A. Aşağıdaki cümleler doğru ise (D) yanlış ise (Y) yazarak sınıflandırınız. Bölüm Kavrama Soruları B. Aşağıdaki ucu açık soruları yanıtlayınız. 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri mutlak sıcaklık arttıkça artar. 1. He gazının mutlak sıcaklığı 4 katına çıkarılırsa; a) Ortalama kinetik enerjisi kaç katına çıkar? 2. Gaz moleküllerinin hareketlerini açıklayan teoriye kinetik teori denir. 3. Gaz molekülleri arasındaki çarpışmalar esnektir. b) Difüzyon hızı kaç katına çıkar? 4. Aynı ortamda bulunan iki gazdan molekül kütlesi büyük olan gazın difüzyon hızı da fazladır Sıcaklık arttıkça gazların yayılma hızları artar. 6. Aynı ortamda yayılma hızı büyük olan gazın özkütlesi de büyüktür. Şekildeki sistemde M musluğu sabit sıcaklıkta açılıyor. CH 4 gazı A ucundan 10 saniyede çıktığına göre He gazı A ucundan kaç saniyede çıkar? (C: 12, He: 4, H: 1) 7. İki farklı gazın mutlak sıcaklıkları oranı molekül kütleleri oranına eşitse bu gazların difüzyon hızları da eşittir. 8. Gaz moleküllerinin birbiri içerisinde yayılmasına efüzyon denir. 3. He gazının sıcaklığı 400 K, H 2 gazının sıcaklığı 200 K'dır. Bu iki gazın hızları arasındaki bağıntı nasıldır? (He: 4, H: 1) 9. Gaz tanecikleri bulundukları ortamda sadece birbirleriyle çarpışırlar 10. Gazların ortalama kinetik enerjileri sadece cinslerine bağlıdır. bağıntısın- 11. Bir gaz taneciğinin yayılma hızı dan hesaplanır. 3 M RT A 12. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri kütleleri ile doğru orantılıdır. 4. Aynı ortamda He gazının yayılma hızı O 2 gazının yayılma hızının kaç katıdır? (O: 16, He: 4) Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız A. 1. D 2. D 3. D 4. Y 5. D 6. Y 7. D 8. Y 9. Y 10. Y 11. D 12. Y B. 1. a) 4 b) j He j H

36 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. I. Aynı ortamda bulunan farklı gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri aynıdır. II. Gaz molekülleri her yönde serbest hareket edebilirler. III. Gaz molekülleri arasındaki çarpışmalar esnektir. Yukarıdaki ifadelerden hangileri "kinetik teori"nin sonuçlarındandır? Uygulama Soruları 5. I. 0 C'ta 1 mol H 2 gazı II. 25 C'ta 10 mol H 2 gazı III. 0 C'ta 0,01 mol He gazı Yukarıdaki gazların yayılma hızları arasındaki bağıntı nasıldır? (He: 4, H: 1) 2. Aynı kap içerisinde bulunan gazların; I. Moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri II. Difüzyon hızları III. Hacimleri niceliklerinden hangileri kesinlikle aynıdır? 6. Aynı ortamda bulunan X ve Y ideal gazlarının difüzyon hızları arasındaki bağıntı V X 2V Y olduğuna göre X ve Y gazları; X Y 3. Kapalı sabit hacimli bir kaptaki gazın sıcaklığı artırılıyor. Buna göre; I. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi atar II. Gaz moleküllerinin yayılma hızı artar I. He CH 4 II. CH 4 SO 2 III. Ne Ar gaz çiftlerinden hangileri olabilir? (H: 1, He: 4, C: 12, Ne: 20, S: 32, Ar: 80) III. Birim zamanda birim yüzeye çarpma sayısı artar IV. Gaz yoğunluğu artar ifadelerinden hangileri doğrudur? Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız 4. I. 0 C'ta He gazı II. 273 K'de H 2 gazı III. 273 C'ta H 2 gazı Yukarıda verilen gazların yayılma hızları arasındaki bağıntı nasıldır? (He: 4, H: 1) 7. Aynı koşullarda ideal kabul edilen X gazının özkütlesi Y gazının özkütlesinden küçüktür. Buna göre X gazının; I. Difüzyon hızı II. 1 molekülündeki atom sayısı III. Moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi niceliklerinden hangileri Y gazınınkinden kesinlikle daha fazladır? I, II ve III 2. I ve III 3. I, II ve III 4. III > II > I 5. II > I > III 6. I, II ve III 7. Yalnız I

37 8. Moleküllerin sayısı T 1 T X gazının N.K'da yoğunluğu 1,25 g/l, Y gazının N.K'da yoğunluğu 2,5 g/l'dir. Bu iki gaz için I. N.K'da X ve Y gazları moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir II. N.K'da X gazının yayılma hızı Y gazının 2 katıdır 3. ÜNİTE: GAZLAR Moleküllerin hızı (m/s) Sabit basınçlı bir kapta bulunan He gazının T 1 ve T 2 sıcaklıklarında hız dağılım eğrileri verilmiştir. Buna göre He gazının sıcaklığı T 1 'den T 2 'ye getirilirse; I. Moleküllerinin ortalama hızı III. Eşit kütlelerdeki X ve Y gazlarından X'in molekül sayısı daha fazladır ifadelerinden hangileri yanlıştır? II. Moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri III. Özkütlesi niceliklerinden hangileri artar? Yukarıdaki sistemde sabit sıcaklıkta A kabına küçük bir delik açılırsa; I. X molekülleri efüzyona uğrar II. X moleküllerinin difüzyon hızı artar III. X moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi değişmez ifadelerinden hangileri doğrudur? Yukarıdaki sistemde He ve SO 2 gazlarının sıcaklıkları aynıdır. Sıcaklık sabit tutulup M 1 ve M 2 muslukları aynı anda açılırlarsa He ve SO 2 gazları ilk kez nerede karşılaşırlar? (Cam boru eşit bölmelendirilmiştir.) (He: 4, S: 32, O: 16) 12. Yukarıdaki sistemde sabit sıcaklıkta M musluğu açıldığında gazların A ucundan çıkma süreleri arasında; t X 2t Y 4t Z ilişkisi vardır. Buna göre X, Y ve Z gazlarının molekül kütleleri arasındaki bağıntı nasıldır? Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız 8. I ve II 9. 9 ve 10. bölme arasında 10. Yalnız II 11. I ve III 12. M X 4M Y 16M Z 181

38 3. ÜNİTE: GAZLAR TEST - TEST İdeal varsayılan bir gazın difüzyon hızı; I. Sıcaklık II. Hacim Kinetik Teori ve Difüzyon Kanunu 4. III. Molekül kütlesi niceliklerinden hangilerine bağlıdır? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) I, II ve III 2. Şekildeki sisteme sabit sıcaklıkta 1 mol daha H 2 gazı eklenirse aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlış olur? A) Manometrenin b kolunda cıva 5 cm yükselir B) Gaz özkütlesi 2 katına çıkar C) Birim zamanda birim yüzeye çarpan tanecik sayısı 2 katına çıkar D) H 2 gaz moleküllerinin ortalama hızı 2 katına çıkar. E) Gaz moleküllerinin ortalam kinetik enerjileri değişmez. Şekildeki sistemde He ve O 2 gazlarının sıcaklıkları eşittir. Bu iki gazı orta noktada karşılaştırabilmek için; I. M 1 ve M 2 muslukları sabit sıcaklıkta aynı anda açılmalıdırlar II. O 2 gazı yeterince ısıtılarak M 1 ve M 2 muslukları aynı anda açılmalıdırlar III. Sıcaklık sabit tutularak önce M 2 musluğu açılıp yeterince beklenildikten sonra M 1 musluğu açılmalıdır ifadelerinden hangileri doğrudur? (He: 4, O: 16) 5. I. 0 C'ta 1 gram He gazı II. 273 K'de 10 gram He gazı III. 0 C'ta 100 gram He gazı Yukarıda verilen koşullarda He gazının yayılma hızları arasındaki bağıntı aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir? A) I II III B) I II > III C) I > II > III D) I > III > II E) III > II I A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız Şekildeki sistemde M musluğu kısa bir süre açılıp kapatılıyor. İşlem sonrası kapta 2 mol He gazı kaldığına göre CH 4 gazının % kaçı dışarı çıkmıştır? (He: 4, CH 4 : 16) A) 25 B) 50 C) 60 D) 75 E) 80 Şekildeki sistemde M 1 ve M 2 muslukları aynı anda açılırlarsa gazlar ilk kez nerede karşılaşırlar? (H: 1, He: 4) A) 3. ve 4. bölmeler arasında B) 4. bölmede C) 5 ve 6. bölmeler arasında D) 6. bölmede E) 6 ve 7. bölmeler arasında 182

39 7. I. Farklı gazların aynı sıcaklıkta ortalama kinetik enerjileri farklıdır. II. Gaz tanecikleri her yönde gelişigüzel birbirinden bağımsız hareket ederler. III. Gaz molekülleri arasındaki çarpımalar esnektir cm 600 cm 100 cm Gaz girişi cm 850 cm 3. ÜNİTE: GAZLAR Yukarıdaki ifadelerden hangileri kinetik teorinin ilkelerindendir? 400 cm 50 cm 275 cm A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve III 1200 cm 1000 cm D) II ve III E) I, II ve III SO 2 gazının 1 saniyede 75 cm yol aldığı bir sıcaklıkta SO 2 gazı yukarıdaki sistemde cam boruya gaz girişinden bırakılıyor. SO 2 gazından 4 saniye sonrada gaz girişinden X gazı bırakılıyor. X gazı SO 2 gazını boruya bırakıldıktan 4 saniye sonra yakaladığına göre; I. X gazı, SO 2 gazını gaz girişinden 600 cm sonra yakalamıştır 8. İdeal olduğu kabul edilen X gazının mutlak sıcaklığı 2 katına çıkarılırsa; I. Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi... çıkar II. X gazı He olabilir III. X gazının özkütlesi aynı koşullarda SO 2 gazının özkütlesinin 16 1 'sı dır ifadelerinden hangileri doğrudur? II. Moleküllerinin difüzyon hızı... çıkar (He: 4, SO 2 : 64) Yukarıdaki ifadelerde boş bırakılan yerlere aşağıdakilerden hangisinin getirilmesi uygundur? I A) 2 katına 2 katına B) 2 katına 2 katına II 11. A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III C) 2 katına 2 katına D) 2 katına 2 katına E) 2 2 katına 2 katına 9. Yukarıdaki sistemde M musluğu açılıyor. HF gazı cam borunun A ucundan çıktığı anda Ar gazının A ucuna olan uzaklığı kaç cm'dir? (H: 1, F: 19, Ar: 80) A) 45 B) 90 C) 135 D) 145 E) 160 Şekildeki sistemde sıcaklık sabit tutularak M musluğu kısa bir süre açılıp kapatılıyor. Bu işlem sonunda A kabındaki gaz basıncının değişimi ve B kabındaki gaz özkütlesinin değişimi için aşağıdakilerden hangisi doğru olur? (He: 4, CH 4 : 16) A kabında basınç B kabında özkütle A) Azalır Azalır B) Azalır Değişmez C) Azalır Artar D) Artar Azalır E) Artar Artar Bölüm 4: Kinetik Teori ve Hız 1. D 2. D 3. A 4. D 5. A 6. B 7. D 8. B 9. B 10. A 11. A 183

40 3. ÜNİTE: GAZLAR Gerçek Gazlar BÖLÜM - 5 Şimdiye kadar yaptığımız hesaplamalar ve yorumlar kinetik teoriye dayanarak ideal gazlar için yapılmıştır. Laboratuvarlarda yapılan deneysel sonuçlar ise gerçek gazlara aittir. Deneysel sonuçlar ile ideal gazlar için yapılan hesaplamalardan elde edilen sonuçlar hiçbir zaman bire bir aynı çıkmaz. Örneğin; İdeal bir gazın mutlak sıcaklığı 2 katına çıkarıldığında (hacmi ve mol sayısı sabitken) basıncı da 2 katına çıkar. Gerçek gazlarda ise aynı şartlarda mutlak sıcaklık 2 katına çıkarıldığında basınç 2 katına çıkamaz. Bu bölümde gerçek gaz davranışlarını ve ideallikten sapmalarının nedenlerini inceleyeceğiz. İdeal Gaz ve İdeal Gaz Tanımından Sapmalar Tanecikleri arasında hiçbir itme ve çekme kuvveti bulunmayan, öz hacmi olmayan gazlara "ideal gaz" denir. Gerçekte ideal gaz yokur. Ancak belirli koşullarda gerçek gazlar ideale yaklaşırlar. Gerçek Gazlar PV CH 4 (metan) gazı için verilen RT oranının basınçla değişimini gösteren grafikten görebiliriz. 3,0 2,0 1,0 PV RT K 500 K 640 K 1000 K İdeal gaz P(atm) CH 4 'e ait grafik incelendiğinde basınç arttıkça ve sıcaklık azaldıkça CH 4 gazının ideallikten sapma miktarının arttığı görülmektedir. Çünkü düşük sıcaklık ve yüksek basınçta moleküller arası çekim kuvveti önem kazanmakta ve gaz ideallikten uzaklaşmaktadır. Gazın cinsinin ideallikten sapmaya etkisini de aşağıdaki grafiği inceleyerek anlayabiliriz. PV RT H 2 Uyarı Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideale yaklaşırlar. Gerçek gazlar ideal gaz kabul edilen gazlardan farklı özelliklere sahip olduklarından ideallikten sapma gösterirler. Bunun iki nedeni vardır. 1. Gerçek gaz taneciklerinin öz hacimleri ideal gaz taneciklerinin öz hacimleri gibi ihmal edilemez. 2. Gerçek gaz tanecikleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri, ideal gaz tanecikleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri gibi ihmal edilemez. 1 O 2 CO 2 İdeal gaz davranışı Basınç (atm) Grafikte görüldüğü gibi, moleküllerin öz hacimleri ile molekülleri arası çekim kuvvetlerinin farklılılğından dolayı farklı gazlar aynı koşullarda ideallikten farklı sapmalar gösterirler. Uyarı Yapılan ölçümlerde gerçek gazların basıncının ideal kabul edilen gazların basıncından küçük olduğu gözlenmiştir. Gerçek gazların bu özellikleri basınç ve hacimlerinin ideal gazlardan farklı çıkmasına neden olur. Bölüm 5: Gerçek Gazlar İdeal gaz denklemi PV nrt olduğuna göre 1 mol ideal gaz için RT PV 1'dir. İdeal gazlar tüm koşullarda bu eşitliği sağlarlar. Ancak gerçek gazlar için durum böyle değildir. PV RT 1 değerindeki sapma miktarı gazın ideallikten ne kadar saptığını gösterir. Gerçek bir gazın ideal gaz denkleminden hesaplanan sonuçtan sapması gazın cinsine (molekülünün polarlığına), basınç ve sıcaklık gibi nedenlere bağlıdır. Basınç ve sıcaklık etkisinin ideallikten sapma miktarın nasıl etkilediğini aşağıda Bunun nedeni moleküller arası çekim kuvvetidir. Sıcaklık arttırıldığında gaz molekülleri çok hızlı hareket ettiklerinden molekülleri arasındaki çekme kuvvetleri moleküllerin kinetik 184

41 enerjileri yanında ihmal edilebilecek kadar düşük olur. Gaz ideale yaklaşır. Düşük sıcaklıklarda ise çekme kuvvetleri molekülleri birbirine yaklaştırır. Bu da gerçek bir gazın ölçülen basıncının ideal gaz denkleminde hesaplanan basınçtan düşük olmasına neden olur. O halde molekülleri arası etkileşimi fazla olan gazların ölçülen basıncı, ideal gaz denkleminden hesaplanan basınçtan daha düşüktür sonucuna ulaşırız. Örneğin; 1 mol SO 2 gazı ile 1 mol CH 4 gazının basınçlarını aynı koşullarda özdeş manometrelerde ölçtüğümüzde; Örnek - 1 Gaz Sıcaklık ( C) Basınç (atm) H ,9 CO SO Yukarıda verilen gerçek gazların ideal gaz davranışından sapma oranlarını kıyaslayınız? 1H, 12C, 16O, 32 ` S j 3. ÜNİTE: GAZLAR h 1 < h 2 olduğunu görürüz. Bunun nedeni SO 2 moleküllerinin polar, CH 4 moleküllerinin apolar olmasıdır. Çünkü polar moleküller arasında dipol - dipol etkileşimleri varken, apolar moleküller arasında daha zayıf London kuvvetleri vardır. Bu durumda SO 2 'nin CH 4 'e göre ideallikten daha fazla saptığını söyleyebiliriz. Uyarı Yapılan ölçümlerde gerçek gazların hacimlerinin ideal kabul edilen gazların hacimlerinden büyük olduğu görülmüştür. Bunun nedeni ise, gerçek gazlarda moleküllerin öz hacimlerinin ihmal edilememesidir. Mutlak sıfır sıcaklığında gaz üzerindeki basınç arttrıldığın da hacmin sıfıra yaklaşması gerekir. Ancak deneysel veriler bu durumun mümkün olamayacağını gösterir. Gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideale yaklaşırlar. Ayrıca bir gaz molekülünün öz hacmi ne kadar küçükse ve tanecikler arası çekim kuvveti ne kadar az ise ideale o kadar yakın davranır. (İdeallikten sapma azdır.) Bu durumda sıcaklığı yüksek, basıncı düşük, öz hacmi küçük ve çekim kuvveti az (apolar) olan H 2 ideale en yakın davranandır. SO 2 polar molekül, CO 2 ise apolar moleküldür. Aynı koşullarda bulunan bu iki gazdan polar olan SO 2 gazının molekülleri arası çekim kuvveti daha fazla olduğunda ideallikten en fazla sapandır. O halde ideallikten sapma miktarları kıyaslandığında SO 2 > CO 2 > H 2 bağıntısı elde edilir. Örnek - 2 Yanıt SO 2 > CO 2 > H 2 Aynı sıcaklık ve hacimde birer mol H 2, CH 4 ve C 3 H 8 gerçek gazları özdeş manometreler konulup basınçları ölçülüyor. Bu gazların ölçülen basınçları arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir? (C: 12, H: 1) A) H 2 > CH 4 > C 3 H 8 B) H 2 > C 3 H 8 > CH 4 C) C 3 H 8 > CH 4 > H 2 D) C 3 H 8 > H 2 > C 3 H 8 İdeale en yakın H 2, en uzak C 3 H 8 olduğundan basınçları H 2 > CH 4 > C 3 H 8 'dir. Yanıt A Sıkıştırılan gerçek gazın basıncı arttığında molekülleri birbirine yaklaşır ve gaz moleküllerinin toplam hacmi kabın hacmi yanında ihmal edilemeyecek düzeye ulaşır. Böyle bir durumda farklı gazların molekül büyüklükleri de farklı olacağından ideallikten sapma miktarları da farklı olur. Molekül büyüdükçe öz hacim artacağından ideallikten sapma miktarı artar. Moleküller Arası Etkileşimler ve Gerçek Gazların Sıvılaşması Moleküller arasındaki etkileşimin şiddeti arttıkça gazlar daha yüksek sıcaklıklarda sıvılaşırlar ve ideallikten uzaklaşırlar. Gaz halindeki bir maddeyi soğuttukça gaz molekülleri öyle yavaş hareket ederler ki moleküller birbirine iyice tutunarak serbest hareket yeteneklerini kaybederler. Sıcaklıkları kaynama sıcaklığının altına düştüğünde de yoğunlaşarak sıvı hale geçerler. Bölüm 1: 5: Gazların Gerçek Gazlar Özellikleri 185

42 3. ÜNİTE: GAZLAR Görüldüğü gibi bir gazı sıvılaştırmanın en basit yolu soğutmaktır. Soğutmaya eşdeğer bir işlem de gaz moleküllerinin ortalama hızını düşürmektir. Bunun için moleküller arası etkileşim kuvvetlerinden yararlanılır. Bir gaz genleşirken moleküller arası etkileşim kuvvetlerini yenmek için enerji harcar. Bu enerjiyi de iç enersinde kullanacağından soğur. İşte bu mantıktan yola çıkarak James Joule ve William Thomson soğutucu sistemler üzerine çalışmalar yapmışlardır. Joule-Thomson Olayı James Joule ve William Thomson aşağıdaki düzeneğe benzer bir düzenek hazırlayarak çalışmalar yapmışlardır. P 1 T 1 T 2 A B Termometre Delik Manometre (Joule - Thomson düzeneği) Isıca yalıtılmış bir silindir, üzerinde çok küçük bir delik bulunan engelle iki bölmeye ayrılmıştır. A bölmesinde yüksek basınçta bulunan gaz aniden sıkıştırılarak B bölmesine geçirilmiştir. (P 1 > P 2 ) Gaz B bölmesine geçtikten sonra sıcaklığı ölçülerek ilk sıcaklığı ile karşılaştırıldığında, T 2 T 1 T 2 < T 1 P 2 James Joule Uyarı Joule - Thomson olayında gazın genleşmesi sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar az ise gaz ideale o kadar yakındır. Joule - Thomson olayıyla gündelik yaşamımızda sıkça karşılaşırız. Örneğin bisiklet pompası ile bisikletimizin tekerini şişirirken pompanın gaz çıkış vanasının ısındığını, bisikletimizin sibobunun ise soğuduğu hissederiz. Çünkü sıkıştırılan gazlar ısınırken, genleşen gazlar soğur. Soğutucularda da Joule - Thomson olayından yararlanılır. Sıvı hale getirilen madde (metil klorür, propan gibi...) borularla dolabın iç kısmına verilir. Maddeler borular içinde gaza dönüşürken ani genleşmeden dolayı dolabın içi soğur. Bu gazlar kompresör tarafından basınç altında tekrar sıvılaştırılır. Benzer bir durum da klimalarda vardır. Klima gazı bir kompresörle emilip sıkıştırılarak sıvılaştırılır. Açığa çıkan ısı bir fan yardımıyla dış ortama verilir. Oluşan sıvı üzerindeki basıncın düşürülmesi ile bulunduğu ortamdan ısı alarak tekrar gaz hale geçer ve ortamı soğutur. Uyarı 1877 yılında Louis Paul Cailletet Joule - Thomson olayından yararlanarak havayı sıvılaştırmıştır. Gaz, Buhar ve Kritik Sıcaklık Gaz, buhar ve kritik sıcaklık kavramlarını suyun ve CO 2 'nin faz diyagramları üzerinden açıklayabiliriz. Faz diyagramları farklı sıcaklık ve basınç değerlerinde maddenin hangi fazının kararlı olduğunu gösterirler. Sıcaklık veya basınç değişimiyle iki fazı ayıran çizgi geçildiğinden faz değişimi olur. T 2 > T 1 olduğu görülmüştür. Suyun Faz Diyagramı Bölüm 5: Gerçek Gazlar Joule ve Thomson yaptıkları deneylerin sonucunda hızla genleştirilen bazı gazların sıcaklıklarında değişiklik olmadığını, bazılarının ısındığını, bazılarının da soğuduğunu gözlemlemişlerdir. Bu olaylar sırasında gazın genleşirken sıcaklığının düşmesinin nedeni, aşağıdaki gibi açıklanır. Willam Thomson Gaz moleküllerinin genleşebilmesi (molekülleri arası çekim kuvvetlerinin yenilip birbirinden uzaklaşması) için bir enerjiye ihtiyaç vardır. Dış sistem ısıca yalıtılmış olduğundan bu enerji ortamdan alınamaz ve gaz bu enerjiyi kendi iç enerjisinden (öz ısılarından) kullanılır. Bu yüzden gaz hızla genleşirken soğur. Soğuyan gaz bulunduğu ortamı da soğutur. James Joule ve Willam Thomson'un anısına bu olaya Joule - Thomson olayı denir. 217,7 1, Basınç (atm) A Katı O Sıvı V 2 Gaz Süper kritik B akışkan Kritik nokta C 0 0, ,4 Sıcaklık ( C) Diyagramda iki fazı ayıran çizgi üstündeki noktalara karşılık gelen basınç ve sıcaklık değerleri kapalı bir sistemde iki fazın dengede olduğu noktalardır. OA Eğrisi: Katı? Sıvı OB Eğrisi: Sıvı? Gaz OC Eğrisi: Katı? Gaz dengesini gösterir. 186

43 Bu üç eğrinin kesiştiği noktaya (O) üçlü nokta denir. Katı, sıvı ve gazın dengede olduğu sıcaklık ve basınç değerini tanımlar. Suyun faz diyagramı incelendiğinde; Normal erime noktasının (1 atm basınçtaki) 0 C, normal kaynama noktasının 100 C olduğu görülür. Basınç arttıkça erime noktasının düştüğü görülür. (Katı-sıvı sınır çizgisi sola eğimli ya da negatif eğimlidir.) Basınç arttıkça kaynama noktası yükselir. Üçlü nokta basıncının altında sıcaklık ne olursa olsun su sıvı halde bulunamaz. yorumları yapılabilir. Suyun faz diyagramında sıvı-gaz fazlarını ayıran çizgi boyunca yukarı doğru ilerlendiğinde kritik noktaya ulaşılır. Kritik noktadaki sıcaklığa suyun kritik sıcaklığı (374,4 C), kritik noktadaki basınca suyun kritik basıncı (217,7 atm) denir. Kritik sıcaklık T K, kritik basınç P K ile gösterilir. Kritik sıcaklık değerinin üzerinde basınç ne kadar yüksek olursa olsun gaz sıvılaştırılamaz. (Başka bir ifadeyle kritik basınç değerinin üzerinde sıcaklık ne kadar yüksek olursa olsun sıvı buharlaştırılamaz.) Kritik noktadaki bir gaz yüksek basınç altında oluğundan molekülleri birbirine çok yakındır. Bu yüzden bir sıvıdan tam olarak ayırt edilemez. Kritik noktadaki bir sıvı ise yüksek sıcaklık etkisindedir ve molekülleri birbirinden çok uzaktadır. Bu yüzden bir gazdan tam olarak ayırt edilemez. daha yakınlaşmasını sağlar bu da katı fazı daha tercihli kılar böylece katı-sıvı faz sınırı sağa eğimli (pozitif eğimli) olur. Suda ise sıvı halde katı hale geçerken hidrojen bağlarının ağ yapısı oluşturması nedeniyle buzda büyük moleküler boşluklara oluşur. Bu nedenle özkütle azalır ve basınç artışı sıvı fazı tercihli kılar. (negatif eğimli) CO 2 gazı için kritik nokta değerleri incelendiğinde kritik sıcaklık 31,1 C, kritik basınç ise 73,0 atm'dir. CO 2, 31,1 C'nin üzerindeki sıcaklıklarda basınç ne olursa olsun sıvılaşmaz yani gaz haldedir. Tüm bu incelemeler sonucunda kritik sıcaklık, buhar ve gazı aşağıdaki gibi tanımlayabiliriz. Kritik Sıcaklık: Bir gazın basınç uygulanarak sıvılaştırılabileceği en yüksek sıcaklıktır. Ayırt edicidir. Bir madde kritik sıcaklığın altındaki sıcaklıklarda buhar, kritik sıcaklığın üstündeki sıcaklıklarda gaz halde bulunur. Buhar: Gazlar gibi davrandıkları halde, bulundukları sıcaklıkta (kritik sıcaklığın altındaki sıcaklıklarda) basınçla sıvılaştırılabilen akışkanlara "buhar" denir. Gaz: Kritik sıcaklık değeri üzerindeki sıcaklıklarda hiç bir basınç altında sıvılaşmayan maddelere "gaz" denir. Gaz ve buhar benzer özellikler gösterdiğinden buhar için gaz terimi kullanabilir. Ancak gaz için buhar terimi kullanılmaz. Bu nedenle buhar da gaz gibi "g" harfi ile simgelenebilir. Buhar ile gaz arasında bir dönüşüm yoktur. Buhar özelliği ortadan kalkarak gaz özelliğinin başladığı sıcaklık kritik sıcaklıktır. 3. ÜNİTE: GAZLAR Kritik noktada bu iki faz birbirine karışmış durumdadır. Bu karışım süper kritik akışkandır. Yani ne tam sıvı ne de tam gazdır. Kritik noktanın (Kritik sıcaklık ve basıncın) ötesinde kesin bir fiziksel hal yoktur. Benzer durumları CO 2 'nin faz diyagramında da görebiliriz. CO 2 Gazının Faz Diyagramı 73,0 Basınç (atm) 5,11 A Katı Sıvı V 2 Kritik nokta Süper kritik akışkan Gaz Üçlü nokta 56,4 31,1 Sıcaklık ( C) CO 2 'in faz diyagramı incelendiğinde katı-sıvı sınır çizgisinin suyunkinden farklı yani sağa eğilimli (pozitif eğimli) olduğu görülür. Bu durum CO 2 gazının erime noktasının basınç arttıkça yükseldiğini gösterir. CO 2 ve pek çok madde de katı fazı sıvı fazından daha yoğundur (d katı > d sıvı ) Basınç artışı moleküllerin B Soğutucu Akışkanlar Günlük yaşantımızda soğutucularda kullanılan maddelerin özelliklerini açıklarken de kritik sıcaklık değerinden faydalanırız. Buharlaşırken ortamdan ısı alarak ortam sıcaklığını düşüren maddelere soğutucu akışkanlar denir. Soğutucu akışkan olarak kullanılacak bir maddenin kritik sıcaklığının yüksek, kaynama noktasının düşük olması gerekir. Bu yüzden oda koşullarında buhar halinde bulunan maddeler soğutucu akışkan olarak kullanılır. Soğutucu akışkan olarak kullanılacak bir maddenin basınçla sıvılaşabilmesi ve üzerindeki basınç kalktığında genleşerek buhar haline geçmesi gerekir. Örneğin; Suyun kritik sıcaklık değeri oldukça yüksektir. (374,4 C). Ancak kaynama noktasın da yüksek (100 C) olması oda koşullarında sıvı halde bulunmasına neden olur. Bu yüzden H 2 O soğutucu akışkan olarak kullanılamaz. NH 3 'un ise kritik sıcaklığı (132,4 C) yüksek, kaynama noktası ( 33,34 C) düşük olduğundan oda koşullarında buhar halinde bulunur. Basınçla sıvılaşabilir ve basınç kalktığında Joule - Thomson genleşmesiyle soğuyarak buharlaşabilir. Bu yüzden NH 3 soğutucu akışkan olarak kullanılabilir. Bölüm 1: 5: Gazların Gerçek Gazlar Özellikleri 187

44 3. ÜNİTE: GAZLAR Evlerde ve işyerlerimizde kullandığımız soğutucularda önceleri NH 3 (amonyak) gibi maddeler kullanılmaktaydı. Bu maddelerin zehirli olmasından dolayı sonraki yıllarda Freon-12 (CCl 2 F 2 ) kullanılmaya başlandı. Ancak Freon-12'nin de ozon tabakasına zarar verdiği ortaya çıktığından yasaklandı. Onun yerine Puron adı verilen soğutucu akışkanlar kullanılmaya başlandı. Puronun kritik sıcaklığı 73 C kaynama noktası ( 53) C'dir. Soğutucu Akışkanlarda Bulunması Gereken Özellikler 1. Kritik sıcaklığı yüksek olmalıdır. 2. Normal basınçta (1 atm) olabildiğince düşük kaynama noktasına sahip olmalıdır. 3. Uygulanabilir basınç altında sıvılaşabilmeli, basınç ortadan kalktığında buharlaşabilmelidir. 4. Çevreye zarar vermemelidir. 5. Temini kolay ve ucuz olmalıdır. 6. Az enerji tüketmelidir. 7. Zehirli ve yanıcı olmamalı, metallerle tepkimeye girmemelidir. Bölüm 5: Gerçek Gazlar 188

45 A. Aşağıdaki cümleler doğru ise (D), yanlış ise (Y) yazarak sınıflandırınız. Bölüm Kavrama Soruları B. Aşağıdaki ucu açık soruları verilen grafiğe göre yanıtlayınız. 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. Gerçek gaz, molekülleri arası itme ve çekme kuvveti olmayan gazdır. 217,7 Basınç (atm) Kritik nokta 2. İdeal gazların öz hacimleri ihmal edilebilecek kadar küçüktür. 1,0 6,10 3 A 3. Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideale yaklaşırlar. 4. Aynı koşullarda1 mol gerçek gazın hacmi 1 mol ideal gazın hacminden büyüktür. 0 0, ,4 Sıcaklık( C) 1. Su için üçlü nokta sıcaklık ve basınç değerleri kaçtır? 5. Aynı koşullarda 1 mol gerçek gazın basıncı 1 mol ideal gazın basıncından küçüktür. 2. Suyun kritik sıcaklığı kaç C'dir? PV 6. Gerçek gazların RT değerleri daima 1'e eşittir. 7. İdeal gazlar sıkıştırılarak sıvılaştırılabilirler. 3. Suyun normal kaynama ve donma noktası kaç C'dir? 8. Aynı koşullarda H 2 gazı CO 2 gazına göre ideale daha yakın davranış gösterir. 9. Aynı koşullarda 1 mol CO 2 gazının basıncı 1 mol SO 2 gazının basıncından fazladır. 4. Hangi sıcaklıktan sonra suyun buhar özellikleri kalkıp, gaz özellikleri başlar? 10. Joule - Thomson olayında gazın genleşmesi sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar az ise gaz ideale o kadar yakındır. 11. Bir gazın basınç uygulanarak sıvılaştırılabileceği en yüksek sıcaklığa kritik sıcaklık denir. 12. Bulundukları sıcaklıkta basınçla sıvılaşmayan akışkanlara buhar denir. 5. Su soğutucu akışkan olarak kullanılabilir mi? 6. Basınç arttıkça suyun donma noktası nasıl değişir? 13. Oda koşullarında gaz halde olan maddeler soğutucu akışkan olarak kullanılabilir. 14. Soğutucu akışkanların kritik sıcaklıklarının düşük, kaynama noktalarının yüksek olması gerekir. A. 1. Y 2. D 3. D 4. D 5. D 6. Y 7. Y 8. D 9. D 10. D 11. D 12. Y 13. Y 14. Y 7. Basınç arttıkça suyun kaynama noktası nasıl değişir? B. 1. Sıcaklık 0,098 C, basınç atm ,4 3. Kaynama noktası: 100 C, Donma noktası: 0 C'tır ,4 5. Hayır 6. Düşer 7. Yükselir 189 Bölüm 5: Gerçek Gazlar

46 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. İdeal gazları için; I. Öz hacimleri ihmal edilir II. Tanecikleri arası çekim kuvvetleri ihmal edilir III. Çarpışmaları esnektir ifadelerinden hangileri doğrudur? Uygulama Soruları 4. H 2 gazı molekülleri aynı koşullarda SO 2 gazı moleküllerinden daha idealdir. Bu durum; I. H 2 moleküllerinin öz hacimlerinin SO 2 moleküllerinin öz hacimlerinden küçük olması II. SO 2 moleküllerinin polar, H 2 moleküllerinin apolar olması III. H 2 molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin SO 2 molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinden daha zayıf olması açıklamalarından hangileri ile izah edilebilir? 2. Gerçek gazlar için; I. Sıcaklık yükselip, basınç düştükçe ideale yaklaşırlar II. Moleküller arası çekim kuvvetleri basınç ve hacim hesaplamalarında önemsenmez 5. III. Uygun koşullarda sıkıştırıldıklarında sıvılaşırlar ifadelerinden hangileri doğrudur? X ve Y gerçek gazlarının 1'er mollerinin özdeş manometrelerde aynı sıcaklıkta basınçları yukarıdaki gibi ölçülmüştür. Buna göre; I. Y gazı X gazından ideale daha yakındır 3. Sıcaklık( C) Basınç (atm) I. 0 2 II III II. Y gazı molekülleri polar, X gazı molekülleri apolardır III. X gazının molekül kütlesi Y gazının molekül kütlesinden daha küçüktür ifadelerinden hangileri kesinlikle doğrudur? Bölüm 5: Gerçek Gazlar Yukarıdaki tabloda H 2 gazının farklı sıcaklık ve basınç değerleri verilmiştir. Buna göre H 2 gazının verilen koşullarda ideallikten sapma miktarları arasındaki ilişki nasıldır? 6. X, Y ve Z gerçek gazlarının öz hacimleri; X > Z > Y olduğuna göre aynı koşullarda ideallikleri arasındaki ilişki nasıldır? I, II ve III 2. I ve III 3. I > II > III 4. I, II ve III 5. Yalnız I 6. Y > Z > X

47 7. I. Su (H 2 O) II. Freon-12 (CCl 2 F 2 ) III. Amonyak (NH 3 ) Yukarıda verilen gazlardan hangileri soğutucularda kullanılabilir? 10. I. Bulunduğu sıcaklıkta, basınç etkisi ile sıvılaştırılabilen akışkanlara buhar denir. II. Bulunduğu sıcaklıkta, basınç etkisi ile sıvılaştırılamayan akışkanlara gaz denir. III. Buhar ile gaz birbirine dönüştürülemez Yukarıdaki ifadelerden hangileri doğrudur? 3. ÜNİTE: GAZLAR 11. PV RT X(g) Y(g) 1 8. I. Kritik sıcaklık maddeler için ayırt edicidir. II. Kritik sıcaklık değerinin altındaki sıcaklıklarda madde buhar halde bulunamaz. III. Soğutucu akışkanların kritik sıcaklıklarının yüksek, kaynama noktalarının düşük olması tercih edilir. Yukarıdaki ifadelerden hangileri yanlıştır? 0 Basınç (atm) Yukarıda gerçek X ve Y gazlarının PV RT değerlerinin aynı sıcaklıkta basınçla değişimi verilmiştir. Bu grafikten; I. X gazı hiçbir koşulda ideal gaz davranışı gösteremez II. Basınç artışı Y gazını sürekli ideallikten uzaklaştırır III. Her basınçta X gazı Y gazından daha idealdir sonuçlarından hangilerine ulaşılır? 9. I. Araba lastiği şişirilirken lastiğin sibobunun soğuması II. Buzun üzerine basınç uygulandığında erimesi III. Klimanın ortamı soğutması Yukarıdakilerden hangileri gerçekleşirken Joule - Thomson olayı meydana gelir? 12. I. Oda şartlarında kaynama noktaları oldukça yüksek olmalıdır. II. Kritik sıcaklığı oldukça düşük olmalıdır. III. Çevreye zararlı etkisi olmamalıdır. IV. Buharlaşması ve yoğunlaşması sırasında enerji tüketimi düşük olmalıdır. Yukarıdaki özelliklerden hangileri soğutucu akışkanların özelliklerindendir? Bölüm 5: Gerçek Gazlar 7. II ve III 8. Yalnız II 9. I ve III 10. I, II ve III 11. Yalnız II 12. III ve IV 191

48 3. ÜNİTE: GAZLAR TEST - TEST Gerçek gazlarla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Gerçek gazlar yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta ideale yaklaşırlar B) Aynı koşullarda eşit mollerdeki polar yapıya sahip gaz molekülleri apolar yapıya sahip gaz moleküllerine göre ideallikten daha fazla saparlar. Gerçek Gazlar 4. I. Bir gazın Joule - Thomson genleşmesi sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar az ise ideale o kadar yakın davranış gösterir II. Öz hacmi küçük olan gerçek gazların ideallikten sapma oranları çok yüksektir III. Gerçek gazların sıcaklıkları arttıkça her zaman ideallikten uzaklaşırlar C) Gerçek bir gazın ölçülen hacmi ideal gaz denklemi ile hesaplanan hacimden büyüktür. D) Gerçek gaz molekülleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri ihmal edilemez. E) Gerçek gazlar yeterince sıkıştırılırsa sıvılaşırlar. Yukarıdaki ifadelerden hangileri gerçek gazlar için yanlıştır? A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 2. Yukarıda özdeş cam kaplarda bulunan H 2, He ve Ne gerçek gazlarının sıcaklıkları eşittir. Buna göre h 1, h 2, ve h 3 değerleri arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir? (H: 1, He: 4, Ne: 20) 5. Joule-Thomson olayı ile ilgili; I. Hızla sıkıştırılan gazların kinetik enerjileri artar II. Hızla genleşen gazların sıcaklıkları düşer III. İdeal gazlar için geçerlidir ifadelerinden hangileri yanlıştır? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III A) h 1 > h 2 > h 3 B) h 1 > h 3 > h 2 C) h 3 > h 2 > h 1 D) h 3 > h 1 > h 2 E) h 2 > h 1 > h Gerçek bir X gazının üzerideki basınç artırıldığıda sıvılaşabildiği en yüksek sıcaklık 40 C tır. X'in normal kaynama noktası 10 C olduğuna göre; I. X'in kritik sıcaklığı 40 C'tır. Bölüm 5: Gerçek Gazlar Yukarıdaki kaplarda mol sayıları eşit SO 2, CO 2 ve H 2 gerçek gazları bulunmaktadır. Buna göre gazların hacimleri arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir? (SO 2 : 64, CO 2 : 44, H 2 : 2) A) V 3 > V 2 > V 1 B) V 3 > V 1 > V 2 C) V 1 > V 2 > V 3 D) V 1 > V 3 > V 2 E) V 2 > V 3 > V 1 II. X, 10 C ile 40 C arasında buhardır III. X, 40 C'ın üzerindeki sıcaklıklarda hiçbir basınç altında sıvılaştırılamaz ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 192

49 7. 1 PV RT X 2 Y2 Z İzole edilmiş bir kapta bulunan gerçek gazın hacmi aniden artırılarak genleşmesi sağlanıyor. Bu olay sırasında; I. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri düşer II. Gaz molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri yenilir 3. ÜNİTE: GAZLAR 1 2 P (atm) PV Aynı sıcaklıkta bulunan X 2, Y 2 ve Z 2 gazlarının RT değerlerinin basınçla değişimi verilmiştir. Buna göre; I. 1 atm basınçta en ideal Y 2 'dir III. Joule - Thomson olayı gerçekleşir ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız III B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III II. Basınç artışı X 2 gazını sürekli ideal davranıştan uzaklaştırır III. Basınç 1 atm'den 2 atm'ye yükseltiğinde X 2 ve Y 2 gazları ideallikten uzaklaşırken, Z 2 gazı idealliği yaklaşır ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 11. Gerçek gazlarla ilgili; I. Düşük sıcaklıklarda, gerçek gazların basıncı ideal gaz denkleminden hesaplanan basınçtan daha yüksektir. 8. Madde Kritik Sıcaklık ( C) Kaynama Noktası ( C) He 267,8 268,6 NH Yukarıdaki tabloya göre oda şartlarında bulunan He ve NH 3 için; I. He gaz haldedir II. Gerçek gazların molekülleri arası çekim kuvveti arttıkça yoğunlaşma noktaları düşer. III. Gerçek gazlar öz hacmi ihmal edilen gazlardır. ifadelerinden hangileri yanlıştır? A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III II. NH 3 buhar halinde bulunur III. NH 3 soğutucu akışkan olarak kullanılabilir ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 9. Soğutucu akışkanlarla ilgili; I. Buharlaşırken ortamdan ısı alarak ortamın sıcaklığını düşürürler II. Oda koşullarında gaz halde bulunurlar III. Kritik sıcaklıklarının düşük olması istenir ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III 12. I. Vantilatörün odayı soğutması II. Klimanın odayı soğutması III. Buzdolabının içinin soğuması Yukarıdakilerden hangileri Joule - Thomson olayı sonucunda gerçekleşir? A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III Bölüm 5: Gerçek Gazlar 1. A 2. A 3. C 4. D 5. C 6. E 7. E 8. E 9. A 10. E 11. E 12. D 193

50 3. ÜNİTE: GAZLAR Gaz Karışımları BÖLÜM - 6 Gündelik yaşantımızda sürekli gaz karışımları ile iç içeyiz. Soluduğumuz havadan, kullandığımız doğal gaza kadar bir çok madde gaz karışımıdır. Örneğin; doğalgaz hacimce %90 metan (CH 4 ), %5 etan (C 2 H 6 ) %3 propan (C 3 H 8 ) ve %1 bütan (C 4 H 10 ) gazlarından olşan bir karışımdır. Bu bölümde hayatımızda bu kadar iç içe olduğumuz gaz karışımlarının davranışlarını, özelliklerini ve tepkimelerini inceleyeceğiz. Dalton'un Kısmi Basınç Kanunu John Dalton 1801 yılında gaz karışımları üzerine çalışmalar yaptı. Bu çalışmalarında kapalı bir kaba iki farklı gazı birlikte koyup kaptaki toplam basıncı ölçtü. Daha sonra her bir gazı ayrı ayrı aynı koşullarda bu kaba koyup yaptıkları basınçları ölçtü. Bu işlemler sonunda gazların birlikte iken yapmış oldukları basıncın ayrı ayrı yaptıkları basınçların toplamına eşit olduğunu gördü. Gaz Karışımları Bu bağıntıdan da anlaşılacağı gibi gazların kısmı basınçları mol sayıları ile doğru orantılıdır. n Bu bağıntıda X n terimine X gazının mol kesri denir. Mol T kesri X ile ifade edildiğinde X gazının mol kesri X X şeklinde yazılır. Sonuç olarak; PX PT nx n X T X P X P T.X X olur. Aynı şekilde P Y P T.X Y olur. Bu bağıntılardan mol kesri büyük olan gazın karışımdaki kısmi basıncı da büyüktür sonucu çıkarılabilir. Bir karışımı oluşturan gazların mol kesirleri toplamı daima 1'dir. Örnek - 1 X X + X Y 1 Dalton bu deneylerin sonucunda her bir gazın kapta tek başına iken yaptığı basınca "kısmi basınç" adını verdi. "Gaz karışımının toplam basıncı karışımı oluşturan her bir gazın kısmı basınçları toplamına eşittir." şeklinde ifade ettiği kanunu da "kısmi basınçlar kanunu" olarak adlandırdı. O halde X ve Y ideal gazlarından oluşan kapalı bir kaptaki gaz karışımının toplam basıncı (P T ) Şekildeki sistemde bulunan gazların toplam basıncı 2 atm'dir. Buna göre gazların kısmi basınçları kaç atm'dir? I. Yol 0,4 mol He(g) 0,1 mol H 2 (g) P T P X + P Y 'dır. n He 0,4 n H2 0,1 Bölüm 6: Gaz Karışımları P X X gazının kısmi basıncı P Y Y gazının kısmi basıncı X gazının kısmı basıncı (P X ) ideal gaz denkleminden; P n X RT X V Y gazının kısmi basıncı (P Y ) ideal gaz denkleminden; P n Y RT Y V olarak yazılabilir. Her bir gazın kısmi basıncı toplam basınca oranlandığında; (V ve T'ler aynı) PX P T n X RT V n T RT V PX nx P T n bağıntısı türetilir. T n T 0,5 PHe nhe P T nt P, 2 He 04 0, 5 P He 1,6 atm P T P He + P H2 olduğuna göre; 2 1,6 + P H2 P H2 0,4 atm'dir. II. Yol Bir gaz karışımında gazların kısmi basınçları mol sayıları ile doğru orantılı olduğundan; (P He a n He, P H2 a n H2 ) n H2 0,1 mol n He 0,4 mol basıncı basıncı P atm ise 4 P atm olur. 194

51 P + 4P P T 2 atm P 0,4 atm P He 4P 1,6 atm P H2 P 0,4 atm'dir. Yanıt PHe : 1,6 atm, PH2 : 0,4 atm Örnek - 3 Sabit hacimli kapalı bir kapta X ve Y gazları karışımı 2 atm basınç yapmaktadır. 3 Bu gaz karışımında X'in mol kesri 4 olduğuna göre Y gazının kısmi basıncı kaç atm'dir? 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek C ta 4,48 litrelik bir kapta 0,4 gram H 2, 1,2 gram He ve 3, tane Ne atomu bulunmaktadır. Kaptaki her bir gazın kısmi basıncı ve toplam basınç kaç atm'dir? (H: 1, He: 4) Her bir gazın mol sayısı bulunup toplanarak toplam mol sayısı hesaplanır. 04, 12, 30110,. nh 2 nhe 4 nne ,. 23 Bir gaz karışımındaki gazları mol kesirleri toplamı 1'dir. O halde; X X + X Y XY 1 & XY 4 'tür. P Y P T.X Y olduğundan 1 P Y 2. 4 P Y 0,5 atm'dir. Yanıt 0,5 n H2 0,2 mol n He 0,3 mol n Ne 0,5 mol n T 0,2 + 0,3 + 0,5 n T 1 mol Toplam mol sayısı ideal gaz denkleminde yerine yazılıp toplam basınç hesaplanır. P T V n T RT, P T.4, P T 10 atm Her bir gazın mol sayısı kısmi basıncı ile doğru orantılı olduğundan; n H2 0,2 n He 0,3 n Ne 0,5 basıncı basıncı basıncı 2P ise 3P 5P olur. P T 2P + 3P + 5P 10 atm P 1 atm P H2 2P 2 atm P He 3P 3 atm P Ne 5P 5 atm olarak bulunur. Not Her bir gazın kısmi basıncı kendi mol sayılarının ideal gaz denkleminde yerine konulmasıyla da hesaplanabilir. Örnek - 4 Şekilde sabit hacimli kapta He ve O 2 gaz karışımı bulunmaktadır. Bu gaz karışımına sabit sıcaklıkta bir miktar daha O 2 gazı eklenirse He gazının kısmi basıncı (P He ), O 2 gazının kısmi basıncı (P O2 ) ve toplam basınç (P T ) nasıl değişir? Sistemin sıcıklığı ve hacmi sabit olduğundan her bir gazın kısmi basınçlarındaki değişim mol sayılarındaki değişimle doğru orantılıdır. Soruda kaba O 2 eklendiğinden O 2 gazının mol sayısı artacağından kısmi basıncı da (P O2 ) artar. He gazının mol sayısı değişmediğinden kısmi basıncıda (P He ) değişmez. P T P He + P O2 (Sabit) eşitliğinden de anlaşılacağı üzere toplam basınç ta artar. Yanıt P He Değişmez P O2 Artar P T Artar Bölüm 1: 6: Gazların Karışımları Özellikleri 195

52 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek - 5 P hava He(g) O 2 (g) Sürtünmesiz hareketli piston Şekildeki sabit basınçlı sistemde He ve O 2 gaz karışımı bulunmaktadır. Bu gaz karışımına sabit sıcaklıkta bir miktar daha O 2 gazı eklenirse He gazının kısmi basıncı (P He ), oksijen gazının kısmı basıncı (P O2 ) ve toplam basınç (P T ) nasıl değişir? Gazların Karıştırılması a) Tepkime Vermeyen Gazların Karıştırılması Yukarıdaki şekilde M 1 ve M 2 muslukları sabit sıcaklıkta açıldığında kaplardaki gazlar homojen karışırlar. Karışımın toplam mol sayısı (n T ); P He P O2 P T A) Artar Azalır Değişmez B) Azalır Artar Değişmez C) Değişmez Değişmez Değişmez D) Artar Artar Artar E) Azalır Artar Artar n T n X + n Y + n Z 'dir. Gazlar aynı sıcaklıkta olduğundan her bir gazın mol sayısı; n a P.V'dir. (P.V nrt ) n T n X + n Y + n Z bağıntısında n yerine P.V değeri yazıldığında bileşik kaplarda elde edilen gaz karışımları için bir eşitlik elde edilir. P T V T P 1 V 1 +P 2 V 2 + P 3 V V T V 1 + V 2 + V dir. Kaba sabit sıcaklıkta O 2 gazı eklendiğinde gazların hacimleri artar. Bu durumda; H 2 gazının kısmi basıncı azalır. PV nrt (n ve T sabit) P H2 a V 1 Sistem sürtünmesiz hareketli pistonla dengelendiğinden P Toplam değişmez. Uyarı Bileşik kaplarda tepkime olmadığında her bir gazın mol sayısı değişmez. Bu yüzden karışma sonrası her bir gazın kısmi basıncı sorulursa; n İlk n Son P 1 V 1 P s V s eşitliğinden bulunur. V s Toplam hacim P s Gazın son kısmi basıncı P T P He + P O2 He gazının kısmi basıncı düşmesine rağmen toplam basınç sabit kaldığından O 2 gazının kısmi basıncı artar. Örnek - 6 Kaba O 2 eklendiğinde O 2 gazının mol sayısındaki artış hacmindeki artıştan daha fazla olduğundan P O2 artmıştır. PV nr T (T sabit) Bölüm 6: Gaz Karışımları P O2 a n V Yanıt B Şekildeki sistemde M musluğu sabit sıcaklıkta açılıp yeterince bekleniliyor. Buna göre kaptaki toplam basınç ve He gazının kısmı basıncı kaç cm-hg olur? 196

53 Bileşik kaplarda toplam basınç; P T V T P H2 V H2 + P He V He bağıntısından bulunur. P T.5V 90.3V V 270V 80V PT + 5V P T 70 cm-hg olur He gazının kısmi basıncı; Örnek - 8 Şekildeki sistemde sıcaklık sabit tutularak I. kaptaki N 2 gazının bir kısmı pompa yardımıyla II. kaba aktırılıyor. II. kapta basınç 10 atm ölçüldüğüne göre I. kaptaki gazın % kaçı II. kaba geçmiştir? 3. ÜNİTE: GAZLAR P İlk V İlk P Son.V Son bağıntısından bulunur V P Son 5V ( V Son V 1 + V 2 5V ) P Son 16 cm-hg olur. Yanıt P T 70 cm Hg P He 16 cm-hg Örnek - 7 I. Kaptaki gazın P atm basınç yapan kısmı II. kaba geçsin. Bu gazın ilk hacmi (V 1 ) 5V iken son hacmi (V 2 ) V, ilk basıncı P iken son basıncı 10 atm olur. O halde; P İlk V İlk P Son V Son bağıntısından P.5V 10.V P 2 atm basınç yapan N 2 gazı I. kaptan II. kaba geçmiştir. 8 atm 2 atm 100 x x 25 Yanıt %25 Yukarıdaki sistemde sabit sıcaklıkta M musluğu açılıp yeterince beklenildiğinde piston kaçıncı bölmede durur? (Bölmeler eşit ve 1'er litredir) Sistemde sürtünmesiz hareketli piston olduğundan sistemin son basıncı dış basınca eşit olur. Pistonun nerede duracağını bulmak için son hacim (toplam hacim) bulunur. P He 1 atm V He 2 L b) Birbiri ile Tepkime Veren Gazların Karıştırılması Gazlar karıştırıldığında bir tepkime gerçekleşiyorsa ortam koşulları ve ideal gaz denklemindeki değişkenler dikkate alınarak artan madde (sınırlayıcı bileşen) problemlerinde uygulanan soru çözüm yöntemi kullanılır. Bu soruların çözümünde ya kısmi basınçlar kullanılır ya da PV nrt denkleminden sabit özellikler dikkate alınarak mol sayısı hesaplanıp mol sayıları kullanılır. Şimdi bu söylediğimizi örnekler üzerinden uygulayarak öğrenelim. P O2 2 atm V O2 3 L Örnek - 9 P T V T P He V He + P O2.V O2 1.V T V T 8 litredir. Pistonlu kabın hacmi litre olacak şekilde denge sağlanır. Yani piston 5. bölmede durur. Şekildeki sistemde M musluğu sabit sıcaklıkta açılarak X 2 ve Y 2 gazları; X 2 (g) + 2Y 2 (g) 2XY 2 (g) denklemine göre tam verimle tepkimeye sokuluyorlar. Tepkime sonunda kaptaki gaz basıncı kaç cm-hg olur? Bölüm 1: 6: Gazların Karışımları Özellikleri 197

54 3. ÜNİTE: GAZLAR I. Yol Musluk açıldığında X 2 ve Y 2 gazlarının kısmi basınçları P İlk V İlk P Son V Son bağıntısından bulunur. Örnek - 10 X 2 Y 2 40.VP 2.2V 40.VP 2.2V P 2 20 cm-hg P 2 20 cm-hg Gazların kısmi basınçları mol sayıları ile doğru orantılı olduğundan tepkimedeki hesaplamalar kısmi basınçlarla yapılabilir X 2 (g) + Y 2 (g) $ 2XY 2 (g) Başlangıç : Değişim : Artan ve Oluşanlar: P T cm-hg olur. Şekildeki sistemde sabit sıcaklıkta M musluğu açılarak; 2X 2 (g) + Y 2 (g) 2X 2 Y(k) tepkimesi tam verimle gerçekleştiriliyor. Tepkime sonunda piston nerede durur? (Bölmeler eşit ve birer litredir) Sıcaklık sabit olduğundan; PV nrt (n a PV) Gazların mol sayıları n PV bağıntısından bulunur. n Son P Son V Son 'dan V Son bulunarak pistonun nerede duracağı belirlenir. II. Yol X 2 ve Y 2 gazların sıcaklıkları eşit olduğundan mol sayıları; PV nrt bağıntısından hesaplanır. Tepkime sonrası aynı bağıntıda toplam mol sayısı yerine yazılarak son basınç hesaplanır. n X2 P X2 V X2 n Y2 P X2 V Y2 n X2 40.Vmol n Y2 40.Vmol X 2 (g) + 2Y 2 (g) $ 2XY 2 (g) n X2 P X2 V X2 n X n X2 24 n Y2 P Y2 V Y2 n Y2 1.2 n Y2 2 Tepkime tamamlanarak n son bulunur. Piston sürtünmesiz hareketli piston olduğundan P son 1 atm olacak şekilde dengelenir. 2X 2 (g) + Y 2 (g) $ 2XY 2 (k) Başlangıç : 24 2 Değişim : Artan ve Oluşanlar: n gaz 20 mol 4 (katı) önemsiz Başlangıç : 40V mol 40V mol Değişim : 20V mol 40V mol +40V mol Artan ve Oluşanlar: 20V mol 0 40V mol V mol gaz bulunur bölmede durur. n son P son.v son 20 1.V son V son 20 litre Bölüm 6: Gaz Karışımları n son P son.v son 60V P son.2v P son 30 cm-hg Yanıt

55 Gazların Su Üzerinde Toplanması Kapalı bir kaptaki su, buharının kısmi basıncı bir denge değerine erişinceye kadar (doygunluk noktasına) buharlaşır. Bu anda ölçülen basınca "buhar basıncı" denir. Kabın içinde hava gibi başka bir gaz varsa, su aynı şekilde kısmi basıncı buhar basıncına ulaşacak şekilde buharlaşarak dengeye ulaşır. Yani havanın varlığı suyun buhar basıncını etkilemez. Böyle sistemlerde sistemin (karışımın) toplam basıncı suyun buhar basıncı ile ortamda bulunan gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir. P T P buh + P gaz Buhar basıncı yalnız sıcaklıkla değişirken gaz basıncı ideal gaz denklemindeki tüm değişkenlerden etkilenir. P T P He + P buh 40 P He + 2 P He 38 cm-hg Sıcaklık sabit tutulduğundan suyun buhar basıncı değişmez. (II.öncül doğrudur.) Gaz hacmi iki katına çıkarıldığında Boyle - Mariotte yasası gereği He gazının basıncı yarıya düşer (19 cm-hg) (I. öncül doğru) P T P He + P buh yarıya değişmez düşer P T P T 21 cm-hg olur. Görüldüğü gibi sistemde ilk basınç 40 cm-hg iken son basınç 21 cm-hg oldu (Yarıya düşmedi) (III. öncül yanlıştır) Bu olayda suyun üzerideki basınç azaldığından buharlaşma artar sıvı molekül sayısı buhar tekrar doygunluğa ulaşıncaya kadar azalır. (IV. Öncül yanlıştır.) Buhar molekül sayısı ise artar 3. ÜNİTE: GAZLAR Not Yanıt B Buhar basıncı sıcaklık dışında sıvının cinsine ve saflığına da bağlıdır. Örnek - 11 Şekildeki sistem dengededir. Sabit sıcaklıkta piston yukarı doğru çekilerek gaz hacminin 2 katına çıkması sağlanıyor. Bu olayla ilgili; Açıklama Su üzerinde gaz toplama yöntemi karışımlardaki gazların saf olarak elde edilmesinde kullanılır. Gazın su üzerinde toplanabilmesi için gazın su ile tepkime vermemesi gerekir. (Bu yöntemde hesaplamalar yapılırken Dalton'un kısmi basınç kanunundan yararlanılır.) Şimdi bunu bir örnek üzerinde inceleyelim KClO 3 (potasyum klorat) MnO 2 katalizörlüğünde aşağıda şekilde verilen düzenekte ısıtılırsa açığa çıkan O 2 gazı su üzerinde toplanır. I. He gazının kısmi basıncı 19 cm-hg olur II. Suyun buhar basıncı değişmez III. Toplam basınç yarıya düşer IV. Sıvı su moleküllerinin sayısı artar ifadelerinden hangileri doğrudur? (t C ' ta suyun buhar basıncı 20 mm-hg alınacaktır.) KCIO 3 ve MnO 2 O 2 (g) A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III D) I, II ve IV E) I, II, III ve IV Sistemin basıncı (40 cm-hg) suyun buhar basıncı ile He gazının kısmi basıncının toplamına eşittir. Suyun buhar basıncı 20 mm-hg yani 2 cm-hg olduğundan He'nin kısmi basıncı 38 cm-hg'dir. Toplanan O 2 gazı tüpte su buharı ile birlikte bulunur. Yani toplam basınç (P T ); P T P O2 + P buh 'dır. O 2 gazının basıncını bulabilmek için suyun o sıcaklıktaki buhar basıncı bilinmelidir. Bu değer yerine konularak toplam basınçtan suyun buhar basıncı çıkarılıp O 2 gazının kısmi basıncı hesaplanır. Bölüm 1: 6: Gazların Karışımları Özellikleri 199

56 3. ÜNİTE: GAZLAR Örnek - 12 Şekildeki düzenekte HgO'nun ısıtılması ile su üzerinde 27 C'ta O 2 gazı toplanmaktadır. Tüpte ölçülen basınç 406 mm-hg olduğuna göre su üzerinde toplanan O 2 gazı kaç moldür? (27 C'ta suyun buhar basıncı 26 mm-hg) HgO(k) Isıtıcı Su 27 C HgO(k) Hg(k) + O 2 (g) denklemine göre O 2 gazı birikir. 0,41 litre O 2 (g) Sistemde ölçülen toplam basınç O 2 gazının kısmı basıncı ile suyun buhar basıncının toplamına eşittir. Örnek - 13 Suyun buhar basıncının 40 mm-hg olduğu bir sıcaklıkta %90 bağıl nem içeren bir bölgede havadaki su buharının kısmi basıncı kaç mm-hg'dir? Su buharının kısmi basıncı Bağıl nem x 100 Suyun buhar basıncı 90 x 40 x 36 mm-hg x 100 Yanıt 36 P T P O2 + P buh 406 P O P O2 380 mm-hg 0,5 atm O 2 gazının mol sayısı ideal gaz denkleminden bulunur. T Uyarı Havadaki bağıl nem oranı %100'e ulaştıktan sonra (doygunluğa ulaştıktan sonra) yağış meydana gelir. T 300 K PV nrt 0,5.0,41 n.0, ,., n 08230,. 1 n 120 moldür. Yanıt Atmosferde Su Buharı Hava hacimce %4 oranında su buharı içerir. Bu oran sıcaklık arttıkça artar. Su buharının havadaki varlığı bağıl nem ile açıklanır. Bölüm 6: Gaz Karışımları Bağıl nem; havadaki su buharının kısmi basıncının aynı sıcaklıktaki suyun buhar basıncına oranının yüzdesidir. O halde bağıl nemi aşağıdaki bağıntı ile hesaplayabiliriz. Su buharının kısmi basıncı Bağıl nem x 100 Suyun buhar basıncı 200

57 Bölüm Kavrama Soruları A. Aşağıdaki cümleler doğru ise (D), yanlış ise (Y) yazarak sınıflandırınız. 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. Bir gaz karışımının basıncı karışımı oluşturan her bir gazın kısmi basınçlarının toplamına eşittir. 2. Kapalı bir kaptaki gaz karışımında bulunan her bir gazın kısmi basıncı, gaz kapta tek başına iken yaptığı basınca eşittir. 3. Bir gaz karışımında bulunan gazların mol sayılarının birbirine oranı mol kesrini verir. 4. Mol kesri X ile gösterilir 5. Bir gaz karışımında mol kesri büyük olan gazın kısmi basıncı da büyüktür. 6. Kapalı bir kapta mol sayıları eşit olan gazların kısmi basınçları da eşittir. 7. X gazı ile dolu sabit hacimli bir kaba aynı sıcaklıkta Y gazı eklenirse X gazının kısmi basıncı düşer. 8. X gazı ile dolu elastik bir balona sabit sıcaklıkta Y gazı eklenirse X gazının kısmi basıncı değişmez. 9. Sabit hacimli bir kapta su üzerinde suda çözünmeyen bir gaz toplandığında sistemin basıncı toplanan gazın basıncına eşittir. 10. Atmosferde bağıl nem %100'e ulaştıktan sonra yağış meydana gelir. 11. Bir gaz karışımında bulunan gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir. 12. Aynı kap içinde bulunan farklı gazların kısmi basınçları oranı mol sayıları oranına eşittir. Bölüm 6: Gaz Karışımları A. 1. D 2. D 3. Y 4. D 5. D 6. D 7. Y 8. Y 9. Y 10. D 11. D 12. D 201

58 3. ÜNİTE: GAZLAR B. Aşağıdaki ucu açık soruları yanıtlayınız. 1. Şekildeki sabit hacimli kapta X gazının kısmi basıncı 0,2 atm'dir. a) Y gazının kısmi basıncı kaç atm'dir? Bölüm Kavrama Soruları 1 mol X(g) 2 mol Y(g) 3 mol Z(g) 3. Şekildeki sabit hacimli kapta X ve Y gazları bulunmaktadır. Bu sisteme sabit sıcaklıkta bir miktar Y gazı eklenirse a) X gazının kısmi basıncı nasıl değişir? b) Z gazının kısmi basıncı kaç atm'dir? b) Y gazının kısmi basıncı nasıl değişir? c) Toplam basınç nasıl değişir? c) Kapta ölçülen basınç kaç atm'dir? d) X gazı moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi nasıl değişir d) X gazının mol kesri kaçtır? e) Gaz karışımının özkütlesi nasıl değişir? 2. Şekildeki sistemde 0,2 mol He ve 0,3 mol H 2 gazları atmosfer basıncı ile dengelenmiştir. Buna göre aşağıdaki soruları yanıtlayınız. 4. Şekildeki sistemde ideal pistonla kapatılmış kapta bir miktar He ve CH 4 gazları bulunmaktadır. Bu kaba sabit sıcaklıkta bir miktar CH 4 gazı eklenirse; a) He gazının kısmi basıncı kaç atm'dir? a) He gazının kısmi basıncı nasıl değişir? b) H 2 gazının kısmi basıncı kaç atm'dir? b) CH 4 gazının kısmi basıncı nasıl değişir? Bölüm 6: Gaz Karışımları c) Sistemdeki gaz karışımının basıncı kaç atm'dir? c) Gaz karışımının basıncı nasıl değişir? d) H 2 ve He gazlarının mol kesirleri toplamı kaçtır? d) Gaz karışımının özkütlesi nasıl değişir? (He: 4, CH 4 : 16) B. 1. a) 0,4 b) 0,6 c) 1,2 d) 1/6 2. a) 0,4 b) 0,6 c) 1 d) 1 3. a) değişmez b) artar c) artar d) değişmez e) artar a) azalır b) artar c) değişmez d) artar

59 5. Bölüm Kavrama Soruları ÜNİTE: GAZLAR Yukarıdaki sistemde sabit sıcaklıkta M musluğu açılıp yeterince bekleniliyor. a) X gazının kısmi basıncı kaç atm olur? Şekildeki sistemde He ve H 2 gazlarının sıcaklıkları eşittir. Sabit sıcaklıkta M musluğu açılıp denge sağlanırsa; a) Piston nerede durur? b) Y gazının kısmi basıncı kaç atm olur? b) H 2 gazının kısmi basıncı kaç atm olur? c) Gaz karışımının basıncı kaç atm olur? c) He gazının kısmi basıncı kaç atm olur? d) X gazının özkütlesi nasıl değişir? d) Gaz karışımının basıncı kaç atm olur? e) Oluşan karışımda Y gazının mol kesri kaç olur? e) H 2 molekülünün ortalama kinetik enerjisi nasıl değişir? Bölüm 6: Gaz Karışımları 5. a) 20 b) 30 c) 50 d) azalır e) 3/5 6. a) 3 b) 0,8 c) 0,2 d) 1 e) değişmez 203

60 3. ÜNİTE: GAZLAR 1. Sabit hacimli bir kapta 3,2'şer gram CH 4 ve He gazları bulunmaktadır. Kaptaki gaz karışımının basıncı 2 atm olduğuna göre He gazının kısmi basıncı kaç atm'dir? (He: 4, CH 4 : 16) Uygulama Soruları ,4 litrelik bir kapta 0,4 gram H 2, 0,8 gram He ve x gram Ne gaz karışımı 0 C'ta 2 atm basınç yapmaktadır. Buna göre x kaçtır? (H: 1, He: 4, Ne: 20) Şekildeki sistemde M 1, M 2 ve M 3 muslukları sabit sıcaklıkta açılıp yeterince bekleniliyor. Buna göre; I. Birinci kapta gaz moleküllerin sayısı artar II. İkinci kapta basınç 0,66 atm olur III. Z gazının kısmi basıncı 0,36 atm olur ifadelerinden hangileri yanlıştır? 3. X, Y ve Z gazlarından oluşan bir gaz karışımının toplam basıncı 5 atm dir. Bu gaz karışımında Y gazının mol kesri 5 2 olduğuna göre Y'nin kısmi basıncı kaç atm'dir? 6. Bölüm 6: Gaz Karışımları 4. Şekildeki sistem 27 C ' ta dış basınçla dengededir. Sıcaklık sabit tutularak kaba 0,3 mol H 2 gazı eklenirse; I. SO 2 gazının kısmi basıncı 0,4 atm olur II. Kapta gaz özkütlesi azalır III. Gaz karışımın basıncı 1 atm olur ifadelerinden hangileri doğrudur? (SO 2 : 64, H 2 : 2) Yukarıdaki sistemde verilen gazlarla ilgili; I. t 2 > t 1 'dir II. M musluğu açılıp yeterince beklenirse X ve Y gazlarının kısmi basınçları eşit olur III. Musluk açılıp yeterince beklenildiğinde Y moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar ifadelerinden hangileri doğrudur? , I, II ve III 5. Yalnız III 6. I ve II

61 3. ÜNİTE: GAZLAR Yukarıdaki sistemde M musluğu sabit sıcaklıkta açılıyor. Gazlar; Sabit sıcaklıkta M musluğu açılıp yeterince beklenildiğinde piston 5. bölmede durduğuna göre h değeri kaçtır? NH3(g) + HCl(g) $ NH4Cl(k) denklemine göre tam verimle tepkimeye sokulup sıcaklık ilk sıcaklığa getiriliyor. Buna göre tepkime sonunda açık uçlu manometrede cıva seviyeleri farkı kaç cm okunur? (Katı hacmi önemsizdir) 8. Tepkime sonunda manometrede cıva seviyeleri farkı kaç cm okunur? O2(g) X2O(k) Isıtıcı Su Şekildeki sistemde 23,2 gram X2O katısı ısıtıldığında; 1 X2O(k) ısı 2X(k) + 2 O2(g) denklemine göre bozunuyor. Oluşan O2 gazı 27 C'ta bir tüp içerisinde su üzerinde toplanıyor. Şekildeki sistemde 25 C'ta su üzerinde suda çözünmeyen He gazı toplanmıştır. Bu sistemde sıcaklık sabit tutulup gaz hacmi yarıya düşecek şekilde piston itilip sabitleniyor. Buna göre I. Birim hacimdeki su buharı moleküllerinin sayısı artar II. He gazının kısmi basıncı 2 katına çıkar III. Suyun buhar basıncı değişmez Tüpteki gaz hacmi 1,23 litre ve toplam basınç 78,7 cm-hg olduğuna göre X'in atom kütlesi kaçtır? IV. Sistemin toplam basıncı 2 katına çıkar (O: 16) ifadelerinden hangileri doğrudur? Bölüm 6: Gaz Karışımları Bu gazlar sabit sıcaklıkta tam verimle XY2 gazını oluşturuyorlar. Şekildeki sistemde bulunan X2 ve Y2 gazlarının kısmi basınçları eşittir. (27 C'ta suyun buhar basıncı 27 mm-hg kabul edilecek) II ve III 205

62 3. ÜNİTE: GAZLAR TEST - TEST Kapalı bir kapta kütleleri eşit olan He, CH 4 ve O 2 gazlarından oluşmuş bir karışım bulunmaktadır. Bu kapta bulunan gazlar için aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? 4. Gaz Karışımları (He: 4, CH 4 : 16, O 2 : 32) A) Moleküllerinin ortalama hızı en büyük olan He'dir. B) Karışımdaki tüm moleküllerin ortalam kinetik enerjileri eşittir. Yukarıdaki sistemde A ve B kaplarında bulunan O 2 ve He gazlarının sıcaklıkları eşittir. C) Mol kesri en büyük olan He'dir D) Karışımdaki bütün gazların kısmi basınçları eşittir. E) Atom sayısı en fazla olan CH 4 'tür. Aynı sıcaklıkta M musluğu açılıp piston itilerek O 2 gazının tamamı B kabına aktarılıp musluk kapatılıyor. İşlem sonunda; I. He gazının kısmi basıncı değişmez II. O 2 gazının kısmi basıncı artar III. B kabında özkütle artar 2. He ve H 2 gazlarından oluşmuş bir karışımın belirli sıcaklıkta basıncı 440 mm-hg'dir. I. He'nin kısmi basıncı 400 mm-hg II. H 2 'nin 200 mm-hg basınçtaki hacmi 4cm 3 ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III olduğuna göre, gaz karışımın ilk hacmi kaç cm 3 'tür? A) 10 B) 20 C) 40 D) 80 E) Bölüm 6: Gaz Karışımları Yukarıdaki sistemde 0 C'ta 0,1 mol H 2 ve 0,2 mol He ve x gram Ne gaz karışımı bulunmaktadır. Karışımda H 2 gazının kısmi basıncı 0,2 atm olduğuna göre aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? (Ne: 20) A) He gazının kısmi basıncı 0,4 atm'dır. B) Ne gazının kısmi basıncı 0,4 atm'dır. C) H 2 gazının mol kesri 5 1 'tir. D) x 4'tür. E) Kabın hacmi 22,4 litredir. Yukarıdaki sistemde H 2, He ve Ne gazlarının sıcaklıkları eşittir. He ve H 2 gazları M 1 ve M 2 muslukları açılarak pistonlar yardımıyla itilip Ne gazının olduğu kaba aktarılıyor ve musluklar kapatılıyor. Bu işlem sırasında sıcaklık değişmediğine göre aşağıdaki ifadelerden hangisi doğru olur? (Ne: 20, He: 4, H 2 : 2) A) Ne gazı taneciklerinin ortalama hızı azalır. B) H 2 moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar. C) Ne gazının kısmi basıncı düşer. D) Ne gazının olduğu kapta özkütle artar. E) H 2 ve He gazlarının ortalama hızları eşitler. 206

63 8. 3. ÜNİTE: GAZLAR PO 1 atm Ne(g) M1 3 atm 1litre O2 III M2 2 atm 2 litre He(g) II I Sürtünmesiz hareketli piston Yukarıdaki sistemde bulunan He ve O2 gazları ideal davranıştadır. Şekildeki sistemde bulunan gazların sıcaklıkları eşittir. Sabit sıcaklıkta bu sistemle ilgili; Sabit sıcaklıkta M1 ve M2 muslukları açılıp yeterince bekleniliyor. I. I nolu balonun hacmi 2 nolu balon hacminin 5 katıdır Buna göre; II. Musluk açıldıktan sonra He gazının kısmi basıncı O2 gazının kısmi basıncının 2 katı olur I. Piston 6. bölmede durur 1 II. O2 gazın kısmi basıncı 3 atm olur III. 1 nolu kapta basınç 0,4 atm ölçülür III. Musluk açıldıktan sonra toplam basınç 3 atm olur ifadelerinden hangileri yanlıştır? A) Yalnız I B) Yalnız II D) I ve III ifadelerinden hangileri doğrudur? C) Yalnız III A) Yalnız I E) I, II ve III B) Yalnız III Sabit sıcaklıkta hacimleri eşit olan iki özdeş cam balonun birinde 0,01 mol X2 diğerinde ise 0,05 mol Y2 gazları bulunmaktadır. İçinde Y2 gazı bulunan cam balon açık uçlu bir manometreye bağlıdır. Bu iki balon şekildeki gibi M musluğu ile birbirine bağlanmıştır. 9. E) I, II ve III Kapalı bir cam kapta eşit mol sayısında SO2 ve NO2 gaz karışımı vardır. Bu karışımda sabit sıcaklıkta; SO2(g) + NO2(g) $ SO3(g) + NO2(g) tepkimesi gerçekleşmektedir. Bu sistemle ilgili olarak; I. SO2 gazının %50'si harcandığında kaptaki bütün gazların kısmi basınçları eşit olur II. Tepkime süresince kapta özkütle değişmez III. Tepkime sonunda toplam mol sayısı artar ifadelerinden hangileri yanlıştır? Buna göre, M musluğu sabit sıcaklıkta açıldıktan sonra; A) Yalnız I B) Yalnız II D) II ve III I. Toplam basınç 96 cm-hg olur C) Yalnız III E) I ve III Bölüm 6: Gaz Karışımları 7. D) I ve III C) I ve II II. X2 gazının kısmi basıncı 8 cm-hg olur III. Y2 gazının kısmi basıncı 40 cm-hg olur ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II D) I ve II C) Yalnız III E) II ve III 207

64 3. ÜNİTE: GAZLAR 10. B kabı Fe talaşları Hava a b H 2 O(s) Cıva A kabı Şekildeki sistem oda sıcaklığında yeterince bekletilirse; 12. Su buharı ve He(g) H 2 O(s) Su buharı ve He(g) Şekil - I'deki balonda sıvı su, kendisiyle dengede su buharı ve He gazı vardır. Şekil - II'de ise sadece su buharı ve He gazı vardır. I. Cıva düzeyinin b kolunda düşmesi Bu iki balonun hacmi, sıcaklığı ve basıncı birbirine eşittir. II. Havadaki O 2 yüzdesinin azalması III. Suyun buhar basıncının artması olaylarından hangilerinin olması beklenir? A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III Balonların sıcaklıkları aynı oranda yükseltilirse aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlış olur? A) II. balondaki basınç artışı I. balondaki basınç artışından daha fazladır. B) I. kaptaki suyun buhar basıncı artar. D) II ve III E) I, II ve III C) I. kapta su buharı moleküllerinin sayısında artış olur. D) Her iki kapta da moleküllerin ortalama kinetik enerjisi artar. E) Her iki kapta da He gazı taneciklerinin ortalama hızı artar. 11. Bölüm 6: Gaz Karışımları Yukarıdaki sistemde musluklar açılıp gazlar; 2NH 3 (g) + H 2 S(g) $ (NH 4 ) 2 S(k) denklemine göre tam verimle tepkimeye sokuluyorlar. Tepkime sonunda sıcaklık ilk sıcaklığa getirildiğine göre kaptaki gaz basıncı kaç cm-hg olur? (Katı hacmi önemsizdir.) A) 14 B) 28 C) 56 D) 70 E) Şekildeki sistemde 0,2 mol X 2 ve 1 mol Y 2 gazları bulunmaktadır. I. Y 2 gazının kısmi basıncı 24 cm-hg olur II. Kapta toplam basınç 40 cm-hg olur III. Özkütle değişmez ifadelerinden hangileri doğrudur? Gazlar tam verimle tepkimeye girerek XY 2 gazını oluşturuyorlar. Tepkime sonunda sıcaklık değişmediğine göre; A) Yalnız II B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III D 2. B 3. E 4. E 5. C 6. C 7. E 8. C 9. C 10. B 11. B 12. A 13. E