Genel Kimya BÖLÜM 8: GAZLAR. Yrd. Doç. Dr. Mustafa SERTÇELİK Kafkas Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Genel Kimya BÖLÜM 8: GAZLAR. Yrd. Doç. Dr. Mustafa SERTÇELİK Kafkas Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü"

Tülay Kobal
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Genel Kimya BÖLÜM 8: GAZLAR Yrd. Doç. Dr. Mustafa SERTÇELİK Kafkas Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü

2 Gaz Basıncı ve Ölçülmesi Barometre: açık hava basıncını ölçmeye yarayan alet Manometre: kapalı bir kaptaki gazın basıncını ölçmeye yarayan alet Gaz basıncı birimleri: Paskal (Pa), milimetre cıva (mmhg veya torr), atmosferik basınç (atm)

3 Açık Hava Basıncı Barometre Atmosferik basınç Deniz seviyesinde hava basıncı: 760mmHg Cıva dolu kap

4 Yükseklik (km) Açık Hava Basıncı Basınç (mmhg)

5 Açık uçlu manometre Gaz Basıncı ve Ölçülmesi h h P gaz = P atm - h P gaz = P atm + h

6 Kapalı uçlu manometre Gaz Basıncı ve Ölçülmesi = h mmhg

7 Gaz Basıncı ve Ölçülmesi Boşluk 65 P Ne = 65mmHg

8 Bu gazın basıncı nedir? 1 atm

9 Gazların Özellikleri: Gazların Basıncı Basınç, birim alana düşen kuvvettir. Gaz Basıncı Kuvvet (N) P (Pa) = Yüzey (m2 ) Paskal, Pa; kilopaskal, kpa Sıvı Basıncı P = g h d

10 Manometreler Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi Gaz Basıncı Barometrik Basınca Eşittir Gaz Basıncı Barometrik Basınçtan Büyüktür Gaz Basıncı Barometrik Basınçtan Küçüktür

11 Basit Gaz Kanunları Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi basıncı ile ters orantılıdır. Boyle 1662 P α 1 V PV = Sabit B a s ı n ç Hacim

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

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

14 Charles Kanunu Charles 1787 Gay-Lussac 1802 Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır. Mutlak Sıcaklık eşeli veya Kelvin eşeli: o C veya 0 K, T(K)= t( o C) V α T V = b T Hacim (ml) Hacim (ml) Sıcaklık ( o C) Sıcaklık (K)

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

17 Bu kanunu bir örnekle açıklayalım: ÖRNEK C bulunan bir miktar O 2 gazının hacmi 20 L gelmektedir bu gazın hacmini aynı basınçta 100 L yapabilmek için sıcaklığını kaç 0 C 'ye çıkartmalıyız?

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

21 ÖRNEK 1 Kapalı bir kapta 2 atm. basınçta bulunan 0 0 C'deki He gazının basıncını 8 atm. yapabilmek için sıcaklığını kaç 0 C' çıkartmalıyız?

22 Standart(Normal) Basınç ve Sıcaklık Gazların özellikleri şartlara bağlıdır. Normal Koşullar tanımı: P = 1 atm = 760 mm Hg T = 0 C = K Prentice-Hall 2002 General Chemistry: Chapter 6 Slide 22 of 41

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

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

29 Gaz Kanunlarının Birleşmesi: İdeal Gaz Eşitliği ve Genel Gaz Eşitliği Boyle Kanunu V α 1/P Charles Kanunu V α T Avogadro Kanunu V α n V α nt P PV = nrt Prentice-Hall 2002 General Chemistry: Chapter 6 Slide 29 of 41

30 Gaz Sabiti R = PV nt PV = nrt = L atm mol -1 K -1 = m 3 Pa mol -1 K -1 = J mol -1 K -1 Prentice-Hall 2002 General Chemistry: Chapter 6 Slide 30 of 41

31 Genel Gaz Eşitliği P R = = P 1 V 1 2V 2 n 1 T 1 n 2 T 2 P i V i n i T i = P sv s n s T s Bu denklem genellikle bir veya iki gaz özelliği sabit olduğu koşullarda uygulanılır ve denklem bu sabitler yok edilerek basitleştirilir.

32 6-4 İdeal Gaz Eşitliğinin Uygulaması Mol veya Kütle olarak gaz miktarı veriliyormu veya soruluyormu Hayır Evet Genel Gaz Denklemini birleşik gaz denklemine indirgeyerek kullanınız. Eğer Gaz kütlesi sabitse İdeal Gaz Denklemini Kullanınız PV=nRT Eğer Gazın kütlesi değişiyorsa Genel Gaz denklemini kullanınız PiVi = PsVs niti nsts PiVi = PsVs Ti Ts Vi=Vs Pi = Ps Ti Ts Ti=Ts Boyle Kanunu PiVi = PsVs Pi = Ps Vi = Vs Ti Ts

33 Mol Kütlesi Heaplanması PV = nrt PV = ve n = m M RT m M m( verilen miktar) M(Mol Kütlesi) M = m RT PV

34 Örnek Mol Kütlesinin Ideal Gaz Eşitliği ile Bulunması Polipropilen endüstri için önemli bir kimyasaldır. Organik sentezlerde ve plastik üretiminde kullanılır. Cam bir kabın ağırlığı boş, temiz ve havasız iken g, su ile doldurulduğu zaman g (25 C deki δ= g/cm 3 ) ve polipropilen gazı ile doldurulduğu zaman mm Hg basınç ve 24.0 C de g gelmektedir. Polipropilenin mol kütlesi nedir. Strateji: V kab bulun, m gaz bulun, Gaz denklemini kullanın

35 Örnek V kab : V kab = m H 2O x d H 2O = ( g g) x ( g cm -3 ) m gaz : = cm 3 = L m gaz = m dolu - m boş = ( g g) = g

36 Example Örnek 5-6 Gaz Denklemi: PV = nrt PV = m M RT M = m RT PV M = (0.1654g)( L atm mol -1 K -1 )(297.2 K) ( atm)( L) M = g/mol Prentice-Hall 2002 General Chemistry: Chapter 6 Slide 36 of 41

37 Gazların Yoğunlukları m PV = nrt ve d =, n = V m PV = RT m MP M = d = V RT m M Katı ve sıvı yoğunlukları ile gaz yoğunluğu arasında önemli iki fark vardır. 1- Gaz yoğunlukları önemli ölçüde basınç ve sıcaklığa bağlıdır; basınç arttıkça artar ve sıcaklık arttıkça azalır. Sıvı ve katıların yoğunlukları da sıcaklığa bağlı olmakla birlikte basınca çok az bağlıdır 2- Bir gazın yoğunluğu onun mol kütlesi ile orantılıdır. Sıvı ve katıların yoğunlukları ile mol kütleleri arasında hiçbir ilişki yoktur.

38 Kimyasal Reaksiyonlarda Gazlar Stokiyometrik faktörlerin gaz miktarlarıyla olan ilişkisi diğer girenler veya ürünlerinki ile aynıdır. Ideal gaz eşitliği gazların kütle, hacim, sıcaklık ve basınç hesaplamalarında kullanılır. Birleşik gaz kanunu diğer gaz kanunları ile geliştirilebilir.

39 Birleşen Hacimler Kanunu Tepken ve ürünlerin yada bunların bazılarının gaz olduğu tepkimelerde stokiyometrik hesaplamalar oldukça basittir. 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) 2 mol NO + 1 mol O 2 (g) 2 mol NO 2 (g) T ve P nin sabit olduğunu varsayınız, bu durumda bir mol gaz belli 1V hacmini, 2 mol gaz 2V hacmini ve 3 mol gaz 3V hacmini kaplayacaktır 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) 2 L NO(g) + 1 L O 2 (g) 2 L NO 2 (g)

40 Örnek Ideal gaz Eşitliğinin Reaksiyon sitokiyometrisi hesaplamalarında kullanılması Yüksek sıcaklıkta sodyum azid, NaN 3, bozunarak azot gazı N 2 (g) oluşturur. Gerekli reksiyon başlatıcı araçların kullanılması ve oluşan sodyum metalinin tutulmasıyla bu reksiyon sistemleri hava yastıklarında kullanılır g NaN 3 in bozunmasıyla 735 mm Hg basınç ve 26 C sıcaklıkta ne kadar hacimde N 2 (g), elde edilir. 2 NaN 3 (s) 2 Na(l) + 3 N 2 (g) Prentice-Hall 2002 General Chemistry: Chapter 6 Slide 40 of 41

41 N 2 nin molünü hesaplayın: n N 2 = 70 g N 3 x 1 mol NaN g N 3 /mol N 3 x 3 mol N 2 2 mol NaN 3 = 1.62 mol N 2 N 2 :nin hacmini hesaplayın nrt V = = P (1.62 mol)( L atm mol -1 K -1 )(299 K) (735 mm Hg) 1.00 atm 760 mm Hg = 41.1 L

42 Gazlarda Difüzyon Yayılma Bir gaz karışımında gazlar birbirleri içerisinde yayılırken (Yol alırken) yaptıkları hız ya da aldıkları yol molekül kütlelerinin kareköküyle ters orantılıdır. 1. Bir gazın sıcaklığı artırıldığında kinetik enerjisi artar, dolayısıyla da yayılma hızı artar. 2. Aynı sıcaklıkta bulunan gazların kinetik enerjileri eşit olacağından yayılma hızı molekül kütlesinden etkilenir. V 3. Molekül kütlesi küçük olan gaz daha hızlı hareket eder. Bir gazın yayılma hızı 4. Molekül kütlesi büyük olan gazın özkütlesi de büyük olacağından hızları özkütlesiyle ters orantılıdır. V V X Y M M Y X d d Y X Bağıntısı yazılabilir.

43 Örnek: Helyum gazından 4 defa daha yavaş hareket eden (yayılan) gaz hangisidir? (C= 12, H= 1, O= 16, S= 32) A) CH 4 B) O 2 C) C 3 H 4 D) SO 2 E) SO 3 Gaza X dersek. Bu gazı tanıyabilmek için mol kütlesini bulalım. V V x y 1 4 M M He x her iki tarafın karesini alalım Mx M x = 64 g/mol Mol kütlesi 64 gram olan gaz SO 2 dir. Cevap (D)

44 Gazların Karışımı Gaz kanunları gaz karışımlarına uygulanabilir. Basit bir yaklaşımla n toplam, fakat... Kısmi Basınç Aynı kab içerisindeki bir gaz karışımındaki herbir gaz bileşeni kendi kısmi basıncını uygular. P top = Pa + Pb + Pc...

45 Dalton Kısmi Basınç Kanunu

46 Kısmi Basınç P top = P a + P b + V a = n a RT/P top ve V top = V a + V b + V a V top n a RT/P = top = n top RT/P top n a n top Hatırlayın n a n top = a (Mol Kesiri) P a P top n a RT/V = top = n top RT/V top n a n top

47 Gazların Su üzerinde toplanması P top = P bar = P gaz + P H 2O

48 PROBLEM 0.03 mol NO 2 gazı kenar uzunluğu 13,5 cm olan bir kübün içine doldurulup sıcaklığı 40 C olduğunda gazın basıncını bulunuz.

49 ÖRNEK Bir çinko metali örneği aşırı HCl ile tamamen tepkimeye sokulmuştur. Oluşan hidrojen gazı 25 o C de bir balonda toplanmıştır. Oluşan gazın hacmi 7,80 L ve basıncı 0,980 atm dir. Tepkimede oluşan çinko metalinin miktarını hesaplayınız.

50 ÖRNEK Saf olmayan 3 gram kalsiyum karbonat örneği hidroklorik asit çözeltisinde çözüldüğünde 20 o C sıcaklıkta ve 792 mmhg basınçta, 0,656 L karbondioksit gazı açığa çıkmıştır. Kalsiyum karbonatın saflık yüzdesi nedir? CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O

51 ÖRNEK Hidrojen Bromür gazının 733 mmhg basınç ve 46 o C sıcaklıkta yoğunluğunu hesaplayınız? HBr:81 g/mol

52 ÖRNEK Küçük bir kabarcık, gölün dibinden su yüzeyine çıkmaktadır. Gölün dibinde sıcaklık 8 C ve basınç 6,4 atm, yüzeyinde sıcaklık 25 C ve basınç 1 atm dir. Kabarcığın ilk hacmi 2,1 ml ise son hacmi haç ml olur.

Benzer belgeler

GENEL KİMYA. 10. Hafta.

GENEL KİMYA. 10. Hafta. GENEL KİMYA 10. Hafta. Gazlar 2 Gaz halindeki elementler 25 0 C ve 1 atmosfer de gaz halinde bulunan elementler 3 Gaz halindeki bileşikler 4 Gazların Genel Özellikleri Gazlar, bulundukları kabın şeklini