ÜNİTE 4 v Ünite 4 Maddenin Halleri MADDENİN FİZİKSEL HALLERİ 234 GAZLAR 234 SIVILAR 258 KATILAR 287 233
MADDENİN HALLERİ ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ 1A H 2A 8A 3A 4A 5A 6A 7A He N O F Ne Cl Ar Kr Xe Rn 25 C ve 1 atmosferde gaz halinde bulunan elementler. Soy gazlar (grubu 8A elementleri) tek atomludur; diğer elementler iki atomlu moleküller halinde bulunurlar. Ozon (O 3 ) molekülü üç atomlu bir gazdır. MADDENİN FİZİKSEL HALLERİ Maddeler doğada katı, sıvı ve gaz olmak üzere 3 temel halde bulunmaktadır. Son yıllarda maddenin plazma haliyle ilgilenilmesine rağmen bu ünitede sadece 3 temel halden, bu hallerin birbirine dönüşümünden ve maddenin farklı hallerde olmasının canlı hayatı, endüstri ve çevre açısından öneminden bahsedilecektir. Günlük yaşantımızın vazgeçilmez unsurlarından biri olan suyun üç fiziksel halinin canlı yaşamına çeşitli etkileri bulunmaktadır. Örneğin kar, sıcaklık koşullarının belirlenmesinde Suyun katı, sıvı ve gaz hali etkilidir. Kuru ve soğuk geçen kış günlerinde karın yağması havayı yumuşatır ve bu olay birçok bitkinin aşırı dondan etkilenmesini engeller. Bahar döneminde eriyen kar suları ise önemli bir su kaynağı olarak etki etmektedir. Yağmur ise su döngüsünde önemli bir rol oynamaktadır. Buharlaşan sular yağmur sayesinde tekrar yeryüzüne dönmektedir. Su buharı ise nem anlamı taşımaktadır. Nemin çok olduğu bölgelerin bitki çeşitliliği, gürlüğü ve sıklığı fazla iken nem oranı azaldıkça toprağın verimliliği de azalmaktadır. Öteleme GAZLAR Bizler, hacimce bileşimi, % 78 N 2, % 21 O 2 ve % 1 CO 2 ile diğer gazlar olan atmosferin en alt tabakalarındaki havada yaşıyoruz. 1990'lı yıllarda, çevre kirliliğinin zararlı etkilerinden dolayı, hayati önemi olan bu gaz karışımının kimyası büyük bir ilgi kaynağı haline gelmiştir. Havada bulunan oksijen gazı canlıların başlıca temel yaşam kaynağıdır. Bu bölümde, genellikle normal atmosfer koşullarında, gaz halindeki maddelerin davranışları üzerinde durulacaktır. Gazların Genel Özellikleri Molekül ve atomların birbirinden uzak olduğu ve çok hızlı hareket ettiği bir haldir. Maddenin en düzensiz halidir. Tanecikleri arasında çekim kuvvetleri katı ve sıvılarınkine oranla çok azdır. Gaz molekülleri arasında etkileşim yok denecek kadar az olduğundan moleküller birbirinden bağımsız hareket ederler. Gazlar bulundukları kapları tamamen kapladıklarından hacimleri kabın hacmine şekilleri de kabın şekline benzerdir. Gazlar sıkıştırılabildiklerinden düşük sıcaklık ve yüksek basınçta sıvılaşabilirler. Genleşebildiklerinden sıcak hava balonlarında kullanılırlar. Gazlar birbirleriyle her oranda karışarak homojen karışımları oluşturabilirler. Yoğunlukları katı ve sıvılara göre daha düşüktür. Gaz molekülleri öteleme, dönme ve titreşim hareketlerini yapabilirler. Gaz taneciklerinin oluşturdukları hacimler moleküller arasındaki boşluklar yanında ihmal edilir. Gaz molekülleri birbirleri ile çarpıştıklarında taneciklerin hızları ve yönleri değişebilir. Fakat ortalama hızları değişmez. Çünkü çarpışmalar esnektir. SORU Gazlar ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Her oranda homojen karışırlar. B) Kabın her noktasına aynı basıncı yaparlar. C) Belirli şekilleri ve hacimleri yoktur. D) Sıkıştırılamazlar. E) Her yöne doğru birbirinden bağımsız hareket ederler. Gazlar, sıkıştırılabilir akışkandırlar. 234 Dönme Titreflim Soru Yanıt D
Gazların Sıkışma ve Genleşme Özelliği Gazların sıkıştırılabilmeleri fiziksel bir özelliktir. Sıkıştırma ile gazlar birbirlerine daha çok yaklaşırlar ve aralarındaki uzaklık azalır. Böylece sıkıştırma maddenin fiziksel halinin değişmesine sebep olabilir. Gazlar sıcaklıkları azaltılıp basınçları arttırıldığında sıvılaşma özelliği kazanmaktadır. Sıvılaştırılmış gazlar ise hayatımızın çeşitli alanlarında kullanılmaktadır. Sürtünmesiz hareketli piston CO 2 (g) Basınç arttıkça CO 2 (sıvı) Sürtünmesiz hareketli piston He(g) Basınç arttıkça He(g) Kaplar içindeki CO 2 ve He gazları basınçla sürtünmesiz piston sayesinde sıkıştırılmaktadır. Basınç arttıkça CO 2 ve He gazlarının molekülleri arasındaki uzaklık azalır. Bunun sonucunda CO 2 gazı, moleküller arasındaki çekim kuvvetinin artmasıyla sıvılaşır. Ama uygulanan basınç He'un sıvılaşmasını sağlayamaz. Bu durumda He gazının CO 2 gazına göre daha idealdir denilebilir. Örneğin LPG olarak adlandırılan sıvılaştırılmış petrol gazı, propan ve bütan gazlarının sıvılaştırılmasıyla elde edilmekte ve yakıt olarak kullanılmaktadır. Yine "itici gazlar" olarak bilinen gazların sıkışma ve genleşme özelliklerinden ilaç, parfüm ve spreylerde faydalanılmaktadır. Diğer bir örnek olarak sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) verilebilir. Doğal gaz, atmosfer basıncında, 162 C ye kadar soğutulduğunda yoğunlaşarak sıvı faza geçer ve "Sıvı Doğal Gaz" (LNG) elde ediler. Doğal gazın hacmi, gaz fazından sıvı faza geçerken yaklaşık 600 kat küçülür. Bu sayede yüksek miktardaki doğal gaz, düşük basınçlar altında hacmi 600 kez küçültülerek sıvı halde saklanabilmektedir. Bu durum, doğal gazın boru hatları ile taşınmasının teknik ve ekonomik anlamda mümkün olmadığı yerlere, gemi ve kamyon tankerler ile nakliyesini uygun hale getirmektedir. LNG den elektrik üretimi, sıcak hava eldesi, metal işleme, buhar eldesi, seramik ve cam sanayi alanlarında faydalanılmaktadır. Havadan Azot ve Oksijen Eldesi Hava bir gaz karışımıdır. Havanın hacimce yaklaşık % 78'i azot gazı ve % 2'si oksijen gazıdır. Önce hava içinde bulunan tozlar ve partiküller temizlenir. Temizlenmiş hava yüksek basınçlarda sıkıştırıldığında sıvılaşır. Sıvılaşmış hava yavaş yavaş ısıtıldığında ayrımsal damıtmaya uğrar. İlk önce kaynama noktası ( 196 C) olan azot gazı sıvı havadan ayrılmaya başlar. Sıcaklık 183 C'ye ulaştığında oksijen gazı da ayrılmaya başlar. Ayrışmalar sonunda önce azot gazı tekrar soğutularak basınçlı tanklarda toplanmaya başlar. Daha sonrada sıvı oksijen tanklara alınır. Azot ve oksijen gazlarını sıvılaştırmak için kullanılan jeneratör Elde edilen azot gazı altın üretimi, kaynakçılık, bobin üretimi, araba lastiği şişirilmesi, tıpta çeşitli dokuların dondurulması ve gıda endüstrisinde gıdaların raf ömrünün uzatılması gibi birçok alanda kullanılır. Elde edilen azot gazı metallerin kesiminde, roketlerde hidrojen ile birlikte yakıt olarak ve ozon üretimi gibi birçok alanda kullanılır. LPG gazı LNG taşıyan bir tanker ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Sürtünmesiz hareketli piston Sıcaklık arttıkça Sıcaklık arttıkça Sürtünmesiz hareketli piston CO 2 (g) CO 2 (g) He(g) He(g) Şekillerde de görüldüğü gibi CO 2 ve He gazlarının sıcaklığı arttıkça, moleküllerin ortalama kinetik enerjileri artar ve daha hızlı hareket etmeye başlarlar. Kabın çeperlerine çarpma sayıları da artar. Çarpma sonucunda oluşan itme kuvvetlerinin etkisiyle sürtünmesiz piston yukarı doğru hareket eder. Kabın hacmi de artmış olur. Sıcaklığın artmasıyla gaz moleküllerinin hareketliliğinden kaynaklanan hacim değişimine ısıl genleşme adı verilir. CO 2 gazındaki ısıl genleşme, He gazındaki ısıl genleşmeden daha az olmuştur. Bunun sebebi He gazının ideale daha yakın olmasıdır. Doğal gaz borularıyla ülkeler arası doğal gaz transferi yapılabilir. 235
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Molekül hareketinin gösterimi Bir gazın molekülleri sabit bir hızda hareket ederler, birbirleriyle ve kabın çeperleri ile çarpışırlar. Atmosfer bas nc (a) GAZLARI TANIMLAYAN ÖZELLİKLER Basınç (P) Kapalı bir kapta gaz taneciklerinin kabın yüzeylerine çarpması sonucu oluşturdukları büyüklüğe gaz basıncı denir. Gaz molekülleri sürekli hareket halindedirler ve bu yüzden çarptıkları herhangi bir yüzeye basınç uygularlar. Atmosfer Basıncı Dünyamızı saran gaz küreye atmosfer denir. Atmosfer gazlarının atom ve molekülleri, diğer tüm maddeler gibi dünyanın yerçekimi kuvvetinin etkisi altındadır. Atmosfer, yeryüzü yakınlarında yükseklere göre daha yoğundur. Hava yoğunluğu yeryüzüne doğru arttıkça, uygulayacağı basınç da artmaktadır. Bu nedenle atmosfer basıncı, atmosferdeki gazlar tarafından uygulanan basınçtır. Atmosfer basıncını ölçen aletlere barometre adı verilir. Atmosfer basıncı ilk kez 1643 yılında İtalyan bilim adamı Evangelista Torricelli tarafından ölçülmüştür. Evangelista Toricelli Basit bir barometre, bir ucu kapalı ve cıva ile doldurulmuş (1608 1647) uzun bir cam tüpten ibarettir. Eğer bu tüp, içine hava girmeyecek şekilde bir cıva kabına ters olarak daldırılırsa, tüpteki bir miktar cıva, tüpün yukarısında bir boşluk bırakarak kaba akar. Tüpte kalan cıvanın ağırlığı, kaptaki cıvanın yüzeyine etki eden atmosfer basıncı tarafından dengelenir. Standart atmosfer basıncı (1 atm), deniz seviyesin- Atmosferde ve 0 C'de, 760 mm (veya 76 cm) yükseklikte bir cıva sütununun basıncına eşittir. bas nc Basıncın SI (uluslararası birim sistemi)'ya göre birimi newton/metrekare (N.m 2 ) veya- Paskal (Pa) olarak tanımlanır. Diğer basınç birimleri ise bar (bar), mbar (milibar), atm (atmosfer), mm Hg (milimetre cıva) dır. 1 paskal= 1 N.m 2 = 1 kg.m 1.s 2 1 atm= 760 mm Hg 1 bar= 10 5 paskal 1 atm= 101325 N.m 2 = 101325 Pa= 760 mm Hg 1 atm= 1,0133 bar (b) Hacim (V) Bir maddenin uzayda kapladığı boşluğa hacim denir. Gazların hacimleri bulundukları kabın iç hacmine eşittir. Bu nedenle gazların hacmi, kabın hacmi ile aynıdır. Bunun yanı sıra açık bir kaptaki gaz için böyle bir hacimden bahsedilemez. Hacmin birimi genelde m 3, dm 3, cm 3, L ve ml şeklindedir. Kapalı kaplarda gazın mol sayısı arttıkça, kütlesi de artar. 1 m 3 = 1000 dm 3 = 1000 L 1 dm 3 = 1 L 1 dm 3 = 1000 cm 3 = 1000 ml 1 cm 3 = 1 ml (a) 236 (b) Bir cıva ba ro met re si ile at mos fer basıncının öl çül me si: Ok lar atmos fe rin oluşturduğu basıncı göster mek te dir. (a) Ucu açık bo ru nun için de ki ve dışındaki cıva se vi ye si aynıdır. (b) Kapalı uç lu bo ru da ise 760 mm yük sek lik te bir cıva sü tu nu oluşur. Cıva sü tu nu nun en al tın da ki ba sınç at mos fe rin oluş tur du ğu basın ca eşit tir. Sıcaklık (T) Bir maddenin taneciklerinin sahip olduğu ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. Termometre ile ölçülür. Birimi Fahrenheit ( F), Reavmur (R), Celcius ( C) ve Kelvin (K) şeklindedir. Biz daha çok K ve C birimlerini kullanmaktayız. Bu sıcaklık değerleri arasında; Kelvin (K) = 273 + Celcius ( C) T(K) = t( C) + 273 bağıntısı bulunmaktadır. Gazlarda mutlak sıcaklık ifadesi kullanılırsa Kelvin sıcaklığı demektir. Mol Sayısı (n) Gazların madde miktarı, genellikle mol sayısı ile belirtilir. Bir maddenin tanecik sayısının Avogadro sayısıyla kıyaslanmasından elde edilen bir niceliktir. 12,00 gram 12 C izotopunda bulunan 6,02.10 23 tane tanecik içeren madde miktarına bir mol denir. 6,02.10 23 sayısına Avogadro sayısı denilmiştir. N A ile gösterilebilir. 6,02.10 23 taneye yani Avogadro sayısı kadar taneciğe 1 mol denir. Buradaki tanecik; atom, iyon, molekül birimi olabilir Soru
Örneğin; 1 mol Na atomu = 6,02.10 23 tane Na atomu içerir. 1 mol NaCI bileşiği = 6,02.10 23 tane NaCl bileşiği içerir. 1 mol CO 2 molekülü = 6,02.10 23 tane CO 2 molekülü içerir. 1 mol NaCI bileşiği = 6,02.10 23 tane Cl iyonu içerir. 1 mol Cl iyonu içerir. 1 mol H 2 molekülü = 6,02.10 23 tane H 2 molekülü içerir = 2x6,02.10 23 tane H atomu içerir. 1 mol C 2 H 6 molekülü = 2 x 6,02.10 23 tane C atomu içerir = 2 mol C atomu içerir. 1 mol C 3 H 4 molekülü = 4 x 6,02.10 23 tane H atomu içerir = 4 mol H atomu içerir. Maddeyi oluşturan taneciklerin kütleleri birbirinden farklı olduğu için 1 mol taneciklerinin kütleleri de birbirinden farklıdır. 1 mol O atomu = 16 gram O = 6,02.10 23 tane O atomu 1 mol Mg atomu = 24 gram Mg = 6,02.10 23 tane Mg atomu SORU 12,04.10 23 tane He gazı kaç moldür? A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 1 mol He 6,O2.10 23 tane? mol 12,04.10 23 tane? = 2 mol He atomu Yanıt B Bir mol ele ment. Sol da bir mol bakır ato mu, sağ da bir mol kü kürt atomu gö rül mek te dir. Cam kap ta ise bir mol sıvı cıva var dır. Ba lon da da bir mol hel yum ga zı bu lu nu yor. ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ SORU 6 mol atom içeren N 2 gazı kaç moldür? A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 1 mol N 2 2 mol atom içerirse? mol 6 mol atom? = 3 mol Yanıt C SORU 0,5 mol H atomu kaç tane H atomu içerir? A) 2.N A B) N A C) N A D) N A 3 E) N A 4 2 1 mol H N A tane atom içerirse 0,5 mol? tane? = N A 2 tane Yanıt C Not SORU 2 mol C 3 H 7 OH bileşiğinde kaç tane H atomu bulunur? A) 12.N A B) 14.N A C) 15.N A D) 16.N A E) 18.N A 1 mol C 3 H 7 OH bileşiğinde 8 mol H atomu bulunur. 2 mol bileşikte ise 2x8 = 16 H atomu bulunur. Bu da 1 mol N A tane 16 mol?? = 16.N A tane yapar. Yanıt D Örneğin; 6 mol oksijen atomu içeren SO 3 gazı kaç tane SO 3 molekülü içerir denildiğinde önce bileşiğin kaç mol olduğu bulunmalıdır. 1 mol SO 3 3 mol O atomu içerirse? mol 6 mol O? = 2 mol SO 3 gazı Daha sonra kaç tane molekül içerdiği bulunmalıdır. SORU 1,5 mol H 2 O molekülünde toplam kaç tane atom bulunur? A) 1,5.N A B) 3.N A C) 4.N A D) 4,5.N A E) 6.N A 1 mol H 2 O molekülü 3 mol atom içerir. 1,5 mol H 2 O molekülü ise 1,5x3 = 4,5 mol atom içerir. Bu da 1 mol N A tane 4,5 mol? 1 mol SO 3 N A tane molekül içerir 2 mol?? = 2.N A tane molekül içerir.? = 4,5.N A tane atom içerir. Yanıt D 237
GAZLARIN KİNETİK TEORİSİ ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Gaz moleküllerinin serbest hareketini inceleyen tanecikler arasındaki boşlukları ve etkileşimleri açıklayan teoriye kinetik teori denir. Ludwing Boltzman, James Clerk, Maxwell ve diğer bilim insanları tarafından ortaya konmuştur. Bu teoriye göre; Gaz taneciklerinin hacimleri, bulundukları kabın hacmi yanında ihmal edilecek kadar küçüktür. Gaz tanecikleri gelişigüzel hareket ederken birbirleri ile ve kabın çeperleri ile çarpışırlar (Brown hareketi). Bu çarpışmalar hızlı ve esnektir. Yani çarpışmalar sırasında bir molekül diğerlerine enerji aktarabilmekle beraber taneciklerin kinetik enerjisinde azalma olmamaktadır. Aynı sıcaklıkta farklı gazların ortalama kinetik enerjileri de aynıdır. Gaz molekülleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri ihmal edilebilir düzeydedir. Spor ayakkabının esnekliğini sağlayan bir etken de hava cepleridir. UYARI Kinetik teoriye uyan gazlara ideal gaz denir. Gerçekte hiçbir gaz tam anlamıyla ideal değildir. Sadece gazlar özellikleri bakımından ideal gaza yakın ya da uzak olabilirler. GAZ YASALARI Bu bölümde basınç, hacim, sıcaklık ve gaz miktarı arasındaki ilişkileri inceleyeceğiz. Özellikle, değişkenlerden ikisi sabitken, diğerlerinin birbirlerine nasıl bağlı olduklarını göreceğiz. Bu ilişkilerin hepsine birden basit gaz yasaları denir. Basınç Hacim İlişkisi: Boyle-Mariotte Kanunu 1662 yılında İngiliz kimyacı Robert Boyle gazların davranışını sistematik olarak ve nicel yönleriyle incelemiştir. Robert Boyle, çalışmalarında hava basıncının hacim üzerindeki etkilerini gözlemlemek için aşağıdaki gibi bir düzenek kurmuştur. Şekildeki gazı göz önüne alacak olursak bu gaz bir silindir içinde ve ağırlığı olmayan, serbestçe hareket edebilen bir piston ile kapatılmış olsun. Gaz basıncı piston üzerindeki toplam ağırlığa bağlıdır. Piston üzerindeki ağırlık 2 katına çıkarılırsa basınçta 2 katına çıkar ve gaz hacmi yarıya iner. Basınç ve hacim arasındaki bu ilişki aşağıdaki şekilde açıkça görülmektedir. Buna karşın eğer uygulanan basınç azaltılırsa, gazın hacmi artar. 238 n P m 4V T n m 2P 2V Basınç P 2P Hacim 4V 2V m T Basınç (P) 4P 3P 2P P n ve T sabit olmak koşuluyla basınç ve hacim arasındaki bu ters orantıyı gösteren matematiksel ifade şöyledir. 1 Pa ve P.V= k V 1 k 1 : Sabit bir sayı olup madde miktarı ve sıcaklığa bağlıdır. 1 Verilen bir gaz örneği için, sıcaklık sabit tutulduğu ve gazın miktarı değişmediği (n sabit) sürece, V T basınç ve hacim değişmesine rağmen, P ile V nin çarpımı her zaman sabit bir değere 2 > T eşittir. 1 Böylece verilen gaz örneği için, sabit sıcaklıkta iki farklı koşul için, PV 1 1= k1= P2V2 veya PV 1 1= P2V2 yazılabilir. V 2V 4V P (n sabit) T 2 > T 1 Basınç V 1 değerine karşı grafiğe alındığında yukarıdaki grafikler elde edilir. Soru Hava basıncı üzerindeki çalışmalarıyla gazların basınç altındaki davranışlarını inceleyen Robert Boyle İrlanda asıllı kimyacı ve fizikçidir. 1 V P.V T 2 > T 1 T 2 > T 1 T 2 T 2 T 1 T 1 V P veya V (n sabit) (n sabit) P P.V P P.V T 2 > T 1 T 2 > T T 1 2 > T 1 T Farklı sıcaklıklarda eşit mole sahip olan 2 P T P bir gazın 2 basınç (P) hacim (V) değişimi ile basınç.hacim T 2 T 2 T 1 çarpımının T(P.V) 2 T T 1 basınç veya hacimle değişim grafikleri 1 V P veya V V yukarıdaki gibidir. (n sabit) (n sabit) (n sabit) (n s Hacim (V) 1 (n ve T sabit) V P T 2 T 1 P (n ve T sabit) 1 V P T 2 (n sabit) T 2 > T 1 T 1 1 V P (n ve T
ÜNİTE 4 Sabit sıcaklıkta bir miktar gazın basıncı ile hacmi ters orantılı olarak değişir. A) 1 3.4= P2. 6 B) 2 C) 4 D) 6 E) 8 P1.V1= P2. V2 P2 = 2 atm Yanıt B V1 = 40 cm V 2 = 40 + 120 = 160 cm P1 = 360 mm Hg P2 =? mm Hg P1 V1 = P2 V 2 360.40 = P2.160 Yukarıdaki silindirde sabit sıcaklıkta piston ok yönünde 120 cm daha çekilirse silindirdeki basınç kaç mm Hg olur? A) 90 B) 120 C) 180 D) 240 E) 280 P2 = 90 mm Hg Yanıt A Basınç (atm) n3 n2 n1 Hacim (L) Bir X gazının sabit sıcaklıkta değişik miktarlarının basınç hacim ilişkisi yukarıdaki grafikte verilmiştir. Buna göre, X gazının mol sayıları arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir? A) n3 > n2 > n1 B) n1 > n2 > n3 C) n2 > n3 > n1 D) n3 > n1 > n2 Yanıt A E) n1 > n3 > n2 239 MADDENİN HALLERİ Sabit sıcaklıkta 4 litrelik bir kapta bulunan gazın basıncı 3 atmosferdir. Kabın hacmi 6 litreye çıkarılırsa gazın basıncı kaç atmosfer olur?
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Hacim Sıcaklık İlişkisi: Charles Kanunu Gazların hacimleri ile sıcaklıkları arasındaki ilişki ilk kez 1787 yılında Fransız fizikçi Jocques Charles tarafından keşfedilmiş ve bundan bağımsız olarak 1802 yılında başka bir Fransız fizikçi Joseph Gay Lussac tarafından yayınlanmıştır. n P V T Hacim V 2V n P 2V 2T Sıcaklık T 2T n P 3V 3T 3V 3T Yukarıdaki grafikte, bir gazın aynı basınç altında üç farklı sıcaklıktaki hacimlerinin değişimi gösterilmektedir. Buradan anlaşıldığı üzere gazın sıcaklığı arttıkça hacmi de artmaktadır. Gazın sıcaklığı düşürüldükçe hacmi küçülecek ve belirli bir sıcaklık değerinde sıvılaşmaya başlayacaktır. Sabit basınç altında ısıtılan bir gazın hacminin santigrat sıcaklığıyla ve kelvin sıcaklığı ile değişimi aşağıdaki grafiklerdeki gibidir. 3V 2V V Hacim (V) T 2T 3T Sıcaklık (K) Havacılık üzerine çalışarak ilk hidrojen balonunu yapan Jocques A.C. Charles (1746 1823) Fransız matematikçi ve fizikçidir. Hacim (L) P 2 P 1 Kuramsal olarak ulaşılabilecek 273 C ye mutlak sıfır noktası veya mutlak sıcaklık adı verilir. Charles Yasasına göre sabit basınçta belirli miktar gazın hacmi, mutlak sıcaklığı ile doğru orantılıdır. T (Kelvin)= t C + 273 Gaz hacminin sıcaklığa bağlılığı ise şu şekildedir. V a T ve V= k 2. T k 2 : Sabit bir sayı olup gazın basıncına ve miktarına bağlıdır. Sabit sıcaklıktaki basınç hacim ilişkisinde olduğu gibi, sabit basınçtaki bir gaz örneğinin de iki farklı hacim sıcaklık koşullarını karşılaştırabiliriz. V1 V2 V1 V2 = k veya T 2 = = 1 T2 T1 T2 0 T Mutlak sıcaklık (K) Hacim mutlak sıcaklık grafiğindeki doğruların eğimlerinin karşılaştırılması; Eğer mol sayısı sabitse eğim basınçlar arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın basıncı küçüktür. T sıcaklığında hacmi büyük olan P 2 basıncı daha küçüktür. P 1 > P 2 SORU Sabit basınç altında 27 C deki bir miktar CO 2 gazının hacmi 80 mililitredir. Gazın sıcaklığı 927 C ye çıkarılırsa son hacmi kaç mililitre olur? A) 180 B) 320 C) 360 D) 410 E) 460 240 Öncelikle ilgili sıcaklıklar Kelvin cinsinden bulunmalıdır. T 1 = C + 273 = 27 + 273 = 300 K T 2 = C + 273 = 927 + 273 = 1200 K Verilen değerler eşitlikte yerine konulur. V1 V2 80 V2 = & = T1 T2 300 1200 4 V2. 300 = 80. 1200 V2 = 320 ml Yanıt B Hacim (L) 0 T Mutlak sıcaklık (K) Eğer basınç sabitse mol sayıları arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın mol sayısı büyüktür. n 2 > n 1 Soru n 2 n 1
ÜNİTE 4 Grafikteki X ve Y doğruları bir miktar ideal gazın farklı basınçlarda hacim sıcaklık değişimlerini göstermektedir. Buna göre, bu grafik ile ilgili; I. A noktası mutlak sıfır noktasıdır. II. A noktası 273 C yi göstermektedir. III. X doğrusu daha düşük basınçta elde edilmiştir. yargılarından hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II D) II ve III P hava C) I ve II Yanıt E E) I, II ve III =P Sabit basınçta bir miktar gaz için Phava= P T1 V1 = yazılabilir. T2 V 2 273 + 127 h = & T = 300 K 3 T2 h 4 t1 = 127 C n mol 300 273 = 27 C olur. h X (g) I t2 =? n mol X (g) 3h 4 II Açık hava basıncının P olduğu ortamda bir kaptaki gazın sıcaklığı 127 C iken birincideki konumdadır. Basınç değişmeden piston ikincideki gibi olursa gazın sıcaklığı kaç C olmalıdır? A) 27 B) 54 C) 81 D) 273 E) 300 Yanıt A 1 atmosfer basınç altında belirli bir miktar H2 gazının sıcaklığı 0 C ve hacmi 5 litredir. Bu gazın basıncı ve miktarı değiştirilmeden hacmini 10 litreye çıkarabilmek için sıcaklığı kaç C olmalıdır? A) 27 B) 273 C) 323 D) 327 E) 500 Yanıt B 241 MADDENİN HALLERİ Teorik olarak gaz hacminin sıfır olabileceği sıcaklığa mutlak sıfır noktası denir ve 273 C dir. Herhangi bir sıcaklıkta X doğrusuna ait hacim daha fazla olduğuna göre, basınç Y'ye göre daha düşüktür.
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Basınç-Sıcaklık İlişkisi: Gay Lussac Kanunu Fransız bilim insanı Joseph Gay Lussac yapmış olduğu çalışmalar sonucunda, Charles yasasına benzer bir ilişkinin madde miktarı (mol sayısı) ve hacmin sabit tutulduğunda, basınçla sıcaklık arasında da olduğunu söylemiştir. Sabit bir hacim ve sabit miktarda alınan bir gazın basınç sıcaklık ( C) grafiği şekilde verilmiştir. Basınç (atm) 3P 2P P 273,15 200 100 0 100 200 Sıcaklık( C) Aynı gazın basınç mutlak sıcaklık (K) grafiği çizildiğinde basınçla mutlak sıcaklık arasında doğru orantı olduğu görülür. Basınç (atm) 3P Basınç (atm) Joseph Gay Lussac V 2 2P P V 1 0 100 200 300 400 500 Sıcaklık ( C) Basınçla, mutlak sıcaklık arasında; P T veya P= k. T ifadesi yazılabilir. Burada "k" sabit olup, gazların miktarına ve hacmine bağlı olarak değişir. Yukarıdaki ifadeyi sabit hacim ve miktardaki farklı sıcaklık ve basınçlara sahip bir gaz örneği için; P1 P2 = şeklinde yazabiliriz. T1 T2 SORU Sabit hacimli kapta 27 C de bulunan bir miktar H 2 gazının basıncı 2 atmosferdir. Buna göre, gazın basıncını 6 atmosfer yapmak için sıcaklığı kaç C'ye çıkarılmalıdır? A) 227 B) 273 C) 327 D) 546 E) 627 Başlangıçtaki sıcaklık 27 + 273= 300 Kelvindir. P1 P2 2 6 = & = T1 T2 300 T2 T 2 = 900 K 900 273= 627 C olur. Yanıt E 0 T Mutlak sıcaklık (K) Basınç mutlak sıcaklık grafiğindeki doğruların eğimlerinin karşılaştırılması; Mol sayısı sabitse eğim hacimler arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın hacmi küçüktür. T sıcaklığında V 2 değerine gelen basınç daha büyük olduğu için hacmi daha küçüktür. V 1 > V 2 SORU Sabit hacimli kapta bulunan bir miktar gaz ısıtılıyor, ısıtma süresince kaptaki gazın; I. Yoğunluğu II. Basıncı III. Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi niceliklerinden hangileri artar? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) II ve III E) I, II ve III 242 m Yoğunluk (öz kütle) & d = V Gazın kütlesi ve hacmi değişmediğinden yoğunluğu değişmez. Sabit hacimde sıcaklık artacağından gazın basıncı ve ortalama kinetik enerjisi artar. Yanıt D Basınç (atm) 0 T Mutlak sıcaklık (K) Hacim sabitse eğim mol sayıları arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın mol sayısı da büyüktür. n 2 > n 1 Soru n 2 n 1
ÜNİTE 4 Basınç (n ve V sabit) I Basınç x hacim Mutlak sıcaklık I. Mol sayısı ve hacim sabitken mutlak sıcaklık arttırıldığında basınçta doğru orantılı artar. Ancak sıfırdan başlayıp artar. II. Mol sayısı ve sıcaklık sabitken basınç arttırıldığında hacim azalır. Basınç x hacim (P.V) çarpımı değişmez. III. Basınç ve sıcaklık sabitken mol sayısı arttırıldığında hacimde doğru orantılı olarak artar. Hacim (n ve T sabit) Basınç (P ve T sabit) Mol II III sayısı çizilen yukarıdaki grafiklerden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III Hacim Basınç Mutlak sıcaklık Yanıt E Grafiğe bakıldığında hacim sabitken sıcaklık arttırılmıştır. Bu da basıncı arttırır. Dolayısıyla P.V çarpımı da artar. Sıcaklık Isıtılmakta olan belli bir miktar X gazının hacim sıcaklık grafiği yukarıda veriliyor. Buna göre, X gazı ile ilgili; I. Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi artar. II. Basınç artar. III. P.V çarpımı artar. yargılarından hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III Sıcaklık arttırıldığında moleküllerin ortalama kinetik enerjisi artar. Yanıt E Sürtünmesiz piston X2(g) t= 120 C M Yukarıda verilen kaptaki gazın basıncını 2 katına çıkarmak için; I. 120 C de hacmi yarıya indirmek II. Piston sabit tutularak gazın sıcaklığını 240 C ye çıkarmak III. Piston ve sıcaklık sabit tutularak kaptaki kadar X2 gazı ilave etmek işlemlerinden hangileri yapılmalıdr? A) Yalnız II B) I ve III C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III Yanıt B 243 MADDENİN HALLERİ İdeal davranıştaki gazlar ile ilgili;
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Mol Sayısı Hacim İlişkisi veya Mol Sayısı Basınç İlişkisi: Avogadro Kanunu Hacim (ml) Avogadro Kanunu mol sayısının, hacim ya da basınç ile arasındaki ilişkiyi açıklar. 400 A. Mol Sayısı Hacim İlişkisi 300 Miktarı artırılan bir gazın basıncı ve sıcaklığı sabit ise hacminde bir artış olur. Yani hacimdeki deği- 200 şim miktarı, molekül sayısındaki değişim ile doğru 100 orantılıdır. Bu oran V a n veya V= k.n (k= sabit) şeklinde 0 0,1 0,2 0,3 0,4 ifade edilebilir. Mol sayısı Bir gazın iki farklı hacim ve miktarı arasındaki ilişki ise; V 1 = V 2 n 1 n 2 şeklinde ifade edilir. Deneyler Normal Koşullarda, NK da (0 C ve 1 atm basınçta) 1 mol (6,02.10 23 tanecik) ideal gazın 22,4 litre hacim kapladığını göstermiştir. B. Mol Sayısı Basınç İlişkisi Sabit sıcaklık ve hacimde basınç ile mol sayısı doğru Basınç (atm) orantılı olarak değişir. Sabit hacimli kapta sabit sıcaklıkta mol sayısı arttıkça basınç da artar. Mol sayısı azaldıkça basınç da azalır. 4 Bu oran P a n veya P= k. n (k= sabit) şeklinde ifade 3 edilebilir. 2 Bir gazın iki farklı basınç ve miktarı arasındaki ilişki ise; 1 P 1 = P 2 şeklinde ifade edilir. n 1 n 2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Mol sayısı İDEAL GAZ ve GERÇEK GAZ Tanecikleri arasında etkileşimin olmadığı varsayılan ve taneciklerinin hacmi gazın kapladığı hacim yanında sıfır kabul edilen gazlar ideal gazlardır. Gerçekte ideal gaz yoktur. Ancak gerçek gazlar ideal hale yaklaşabilirler. İdeal gazda, gaz tanecikleri hacmi olmayan fakat kütlesi olan tanecikler olarak kabul edilir. İdeal gaz taneciklerinin her türlü çarpışması esnek kabul edilir. Yani çarpışmadan önceki ve sonraki toplam enerji korunur. İdeal gaz tanecikleri arasında itme ve çekme kuvvetlerinin olmadığı kabul edilir. Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideal gaza yakın davranışlar gösterir. Düşük sıcaklık ve yüksek basınç değerlerinde de ideallikten uzaklaşırlar. Aynı koşullarda bulunan gazlardan, tanecik kütlesi küçük olan ideale daha yakındır. SORU I. 1 atmosfer basınç ve 0 C sıcaklıktaki O 2 gazı II. 0,5 atmosfer basınç ve 273 C sıcaklıktaki O 2 gazı III. 2 atmosfer basınç ve 0 C sıcaklıktaki O 2 gazı Yukarıdaki gaz örneklerini içinde bulundukları koşullara göre değerlendirdiğimizde ideal gaza yakınlıklarının en yakından en uzağa sıralaması aşağıdakilerden hangisi gibi olur? A) I, II, III B) I, III, II C) II, I, III D) II, III, I E) III, II, I 244 Basınç ne kadar az, sıcaklık ne kadar yüksekse gazın davranışı ideal gaza o kadar yaklaşır. O halde ideal gaza en yakın olan II. durum, en uzak olan da III. durum olur. Sıralama II, I, III tür. Yanıt C Hacim 0 Hacim mol sayısı grafiğindeki doğruların eğimlerinin karşılaştırılması; Basınç sabitse eğim mutlak sıcaklıklar arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın mutlak sıcaklığı büyüktür. T 2 > T 1 Hacim 0 Basınç Basınç mol sayısı grafiğindeki doğruların eğimlerinin karşılaştırılması; Sıcaklık sabitse eğim hacimler arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın hacmi daha küçüktür. V 1 > V 2 Soru T 2 P 2 V 2 T 1 Mol sayısı P 1 V 1 Mol sayısı Mutlak sıcaklık sabitse eğim basınçlar arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın basıncı küçüktür. P 1 > P 2 Basınç 0 T 2 T 1 Mol sayısı Mol sayısı Hacim sabitse eğim mutlak sıcaklıklar arasındaki ilişkiyi verir. Eğimi büyük olanın sıcaklığı daha fazladır. T 2 > T 1
ÜNİTE 4 Buna göre, bu kaba sabit sıcaklıkta 1,2 mol He gazı eklendiğinde kaptaki toplam basınç kaç atmosfer olur? A) 0,4 B) 0,6 C) 0,8 D) 1,0 0,4 mol gaz ^0,4 + 1,2h mol gaz MADDENİN HALLERİ Sabit hacimli bir kaptaki 0,4 mol SO2 gazının basıncı 0,2 atmosferdir. 0,2 atm ise? 1,6.0,2?= = 0,8 atmosfer 0,4 E) 1,2 Yanıt C V1 n1 = V2 n2 bağıntısından yararlanarak piston Y noktasın- da iken kapta bulunan toplam mol sayısı 3 katına çıkmalıdır. Yani 6 mol olmalıdır. 6 2= 4 mol H2 eklenmelidir. Sabit sıcaklıkta ve basınçta şekildeki hareketli pistonlu kapta 2 mol He gazı bulunmaktadır. Kaba aynı koşullarda M musluğundan kaç mol H2 gazı ilave edildiğinde sürtünmesiz piston X'ten Y'ye gelir? A) 4 B) 8 C) 10 D) 12 E) 16 Yanıt A Sabit hacimli boş bir kaba sabit sıcaklıkta sürekli gaz eklenmektedir. Bu olaya göre kap basıncının zamanla değişimi hangi seçenekte doğru belirtilmiştir? A) B) Basınç Zaman D) Basınç C) Basınç Zaman E) Zaman Basınç Zaman Basınç Zaman Yanıt B 245
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Merak Ediyorsanız Gaz Yasalarının Birleştirilmesi İdeal Gaz Denklemi Basit gaz yasalarının üçü hacim değişikliklerine, diğer iki etkenin sabit kaldığı durumda, bir değişkenin etkisini anlatır. Boyle Mariotte kanunundan V α 1 ilişkisi, Charles kanunundan V α T ilişkisi, Avogadro P yasasından V α n ilişkisi anlaşılmaktadır. Buna göre V α n.t yazılabilir. R ile gösterilen ve ideal gaz sabiti olarak adlandırılan P orantı kat sayısı kullanılarak P.V = n.r.t eşitliği elde edilir. Bu eşitliğe ideal gaz denklemi denir. İdeal gaz sabiti (R) = 22,4 273 veya 0,082 atm.l mol.k dir. Mısırın patlaması gazların özellikleri ile yakından ilişkilidir. P = cn.r m T v eşitliğindende görüldüğü gibi (n.r ve V sabit olduğunda) bir gazın basıncı doğrudan sıcaklığa bağlıdır. Mısır taneleri içerisine hapsolmuş olan nem, ısının etkisiyle buharlaşarak basıncı arttırır. Mısır taneleri içinde oluşan yüksek basınç en sonunda kabuğu parçalar (hacmini arttırır). Bu parçalanma sırasında mısırın içindeki nişasta normal boyutunun yaklaşık 40 katı kadar genişleyerek patlar. 246 Not Örneğin, 0,2 mol H 2 gazının 23 C ve 380 mmhg basınçta kaplayacağı hacim bulunmak istendiğinde önce büyüklükler birimlere göre ayarlanır. T = 23 C + 273 = 250 K P 1 atm 760 mmhg? 380 mmhg? = 0,5 atm Daha sonra tüm büyüklükler ideal gaz denkleminde yerine konur ve hacim bulunur. P.V = n.r.t 0,5.V = 0,2.0,082.250 V = 8,2 litre SORU 8,96 litrelik sabit hacimli bir kapta 273 C de 2 atmosferdeki X 2 O gazının mol sayısı kaçtır? A) 0,4 B) 0,5 C) 0,8 D) 1,2 E) 1,5 SORU 546 C de 22,4 litrelik bir kapta bulunan 0,5 mol X gazının basıncı kaç cmhg dır? A) 76 B) 95 C) 114 SORU D) 152 E) 228 3,01.10 23 tane atom içeren NO gazı normal koşullarda kaç litre hacim kaplar? A) 22,4 B) 4,48 C) 11,2 D) 5,6 E) 8,96 T = 273 C + 273 = 546 K Tüm büyüklükler ideal gaz denkleminde yerine konur ve mol sayısı bulunur. P.V = n.r.t 2.8,96 = n 22,4 273 546 n = 0,4 mol Yanıt A T = 546 C + 273 = 819 K Tüm büyüklükler ideal gaz denkleminde yerine konulur ve gaz basıncı bulunur. P.V = n.r.t P.22,4 = 0,5 22,4 273 819 P = 1,5 atm 1 atm 76 cmhg 1,5 atm?? = 114 cmhg 1 mol 6,02.10 23 tane atom ise? 3,01.10 23 tane atom? = 0,5 mol atom içerir. 1 mol NO 2 mol atom içerirse? 0,5 mol atom Soru Yanıt C? = 0,25 mol NO Normal koşullarda = O C ve 1 atm P.V = n.r.t 1.V = 0,25 22,4 273 273 V = 5,6 litre Yanıt D
ATMOSFER VE BİZ Dünyamızı çevreleyen, güneşten gelen enerjinin hızlı bir şekilde uzaya geri dönmesini önleyen ve canlılar için yaşamsal önem taşıyan gaz kütlesine atmosfer denir. Bilim adamları, dünyamızın yaklaşık 5 milyar yıl önce oluştuğuna inanmaktadırlar. Atmosferin muhtemelen karbondioksit (CO 2 ), karbonmonoksit (CO), su buharı (H 2 O), azot (N 2 ) ve hidrojen (H 2 ) gibi gazlardan oluştuğu varsayılmaktadır. Atmosferin önemi Güneşten gelen zararlı ışınları tutar. Yaşam için gerekli olan gazları bulundurur. Dünyanın aşırı ısınma ve soğumasını engeller. Güneş ışınlarının dağılmasını sağlayarak, gölgede kalan kısımlarında aydınlanmasını sağlar. Bir başka ifade ile gölgelerin tam karanlık olmasını önler. Meteorolojik olayların görülmesini sağlar. Işığı, sesi, sıcaklığı geçirir ve iletilmelerini sağlar Uzaydan gelen meteorların parçalanmasını sağlar. Dünya ile birlikte dönerek sürtünmeden doğacak yanmayı engeller. İklim olayları meydana gelir. Hava akımları sayesinde gündüz olan kesimlerin aşırı sıcak, gece olan kesimlerin de aşırı soğuk olmasını engeller. Sera etkisi Güneşten gelen ısı dünyada organizmaların yaşayabilmesine uygun bir sıcaklık sağlar. Dünyaya ulaşan ısının çoğu geri yansır. Atmosferdeki çeşitli bileşikler örneğin bulut biçiminde su buharı bu ısının kaybolmasını önler. CO 2 de ısıyı tutar. Atmosferdeki CO 2 miktarı arttığı için yer küredeki sıcaklığın da artmasından korkulmaktadır. ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ Atmosferi Kirleticilerden Koruma Bilinci Atmosfere dağılarak, onu kirleten kirleticiler katı, sıvı ve gaz halindedirler. Toz, is, sis, buhar, kül, duman, sera gazları, ozon tüketen gazlar vb. atmosfer kirliliğini oluşturan maddelerdir. Fabrika bacalarından çıkan duman ve motorlu taşıtlardan egzoz gazları atmosfer kirliliğinin temel etkenleridir. Kömür, petrol gibi yakıtların dumanındaki kükürt dioksidin (SO 2 ) havadaki su buharı ile birleşerek oluşturduğu sülfürik asit (H 2 SO 4 ), asit yağmuru olarak yeryüzüne iner. Asit yağmurlarının göllerin asitliğinin artması sonucu balık neslinin tükenmesi, ormanların, mermer yapıların ve heykellerin zarar görmesi gibi bir çok zararı vardır. Atmosfer kirlenmesinin bir başka tehlikeli sonucu atmosferin yüksek katmanlarında bir karbon dioksit tabakasının oluşmasıdır. Kömür, odun, mazot gibi yakıtların yanmasıyla açığa çıkan karbondioksitin (CO 2 ) oluşturduğu bu tabaka, yeryüzünden yansıyan güneş ışınlarının dünya dışına çıkışını engelleyerek atmosferin ısınmasına yol açar. Sera etkisi denen bu olgu dünyanın sıcaklığının artmasına neden olmaktadır. Eğer enerji üretimi için odun, kömür ve petrol ürünlerinin yakılması bu düzeyde sürerse 50 yıl içerisinde dünyamızdaki ortalama sıcaklığın 3 ile 5 derece yükseleceği sanılmaktadır. Bunun sonucunda iklim özelliklerinin değişeceği, bazı bölgelerin çoraklaşacağı, kutuplardaki buzların eriyerek deniz düzeyinin 5 metre kadar yükseleceği, birçok liman ve alçak alanların sularla kaplanacağı tahmin edilmektedir. Atmosfer kirliliğinin bir başka etkeni de parfümlerde ve soğutucularda kullanılan bazı gazların (florokloro karbonlar) atmosfere karışmasıdır. Bu gazlar özellikle ozon tabakasına etki ederek bu tabakanın incelmesine neden olmuşlardır. Ozon tabakasının incelmesi sonucunda ise güneş ışınlarından gelen zararlı mor ötesi ışınlar yeteri kadar emilememekte ve canlıların sağlığını tehdit etmektedir. Atmosfer Kirliliğini Önlemek ve Azaltmak İçin Alınacak Tedbirler Yeşil alanlar arttırılmalı, orman yangınları önlenmelidir. Ozon tabakasına zarar veren maddeler kullanılmamalıdır. Sanayi tesislerinin bacalarına filtre takılmalıdır. Sanayi ve iş merkezlerinin mümkün olduğu kadar yerleşim merkezleri dışına alınmalıdır. Büyük kentlerde toplu taşıma hizmetleri yaygınlaştırılmalıdır. Böylece otomobil egzozlarının neden olduğu kirlilik azaltılabilir. Fosil yakıtların kullanımı azaltılmalı ve yerine doğalgaz, güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi alternatif enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaştırılmalıdır. Şehir yerleşim planlarında rüzgar durumu ve meteorolojik faktörler göz önünde bulundurulmalıdır. 247
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ 1. Şekil I Şekil II Şekil I deki gibi bir engelle kapatılmış iki gaz arasındaki engel kaldırılarak Şekil II elde edilmiştir. Buna göre, I. Gaz molekülleri arasında boşluklar bulunur. II. Gazlar yayılma özelliğine sahiptir. III. Gaz molekülleri birbiri içinde karışabilme özelliğine sahiptir. yargılarından hangileri söylenebilir? ÇÖZÜMLÜ SORULAR 4. Basınç (atm) 2P P 27 X Sıcaklık ( C) Hacmi ve mol sayısı sabit olan bir gazın basınç sıcaklık değişimi grafikte belirtilmiştir. Buna göre, X ile belirtilen sıcaklık kaç C dir? A) 54 B) 273 C) 327 D) 546 E) 627 A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III 2. Hacmi V litre olan bir gazın basıncını iki katına, mutlak sıcaklığını dört katına çıkardığımızda son hacim kaç litre olur? A) V B) V C) 2V D) 4V E) 6V 2 5. Oda sıcaklığında hava üflenerek şişirilen bir balonun bulunduğu ortam soğutulmaktadır. Buna göre, balondaki havanın ortalama kinetik enerjisi (I) ve hacminin (II) ilk duruma göre değişimi hangi seçenekte doğru verilmiştir? I A) Azalır Azalır II 3. Basıncı ve mol sayısı sabit tutulan ideal davranıştaki X gazı için çizilen; BasınçxHacim Öz kütle B) Artar Artar C) Azalır Artar D) Artar Azalır E) Değişmez Azalır I Sıcaklık ( C) II Sıcaklık ( C) Hacim Sıcaklık (K) III grafiklerden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III 6. Pistonlu bir kapta bulunan bir gaz ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Piston aşağı itilirse gaz sıkıştırılır. B) Piston serbestken ısıtılırsa gaz genleşir. C) Kaptaki gaz tanecikleri sürekli hareket halindedir. D) Piston aşağı itilerek gaz taneciklerinin arasındaki uzaklık arttırılır. E) Kap içinde basınç her noktada aynıdır. 248 Soru
7. P.V V P T (T sabit) (P,n sabit) (V, n sabit) n t( C) I II III T(K) Yukarıdakilerden hangileri ideal bir gaz için doğru değişimi gösterir? A) I ve III B) II ve III C) I ve II D) Yalnız II E) Yalnız III 10. Kaptaki gaz için, piston I. 1 yönünde değiştirilirse II. 2 yönünde değiştirilirse basınç değişimi nasıl gerçekleşir? I II ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ A) Azalır Artar B) Azalır Azalır C) Artar Artar 8. Gazlar ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Bulundukları kabı doldururlar. B) Her yöne doğru sürekli hareket halinde olan gazlar birbiriyle çarpışırlar. C) Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi sabit sıcaklıkta hacim değişimine bağlıdır. D) Ortam sıcaklığı azaltılan ve basınç uygulanan gaz tanecikleri sıvılaşabilir. E) Gaz tanecikleri arasında büyük boşluklar bulunur. D) Değişmez Artar E) Azalır Değişmez 11. I. Fabrika bacalarından çıkan gazlar II. Sera etkisi III. Ozon tabakasının delinmesi Yukarıda verilenlerden hangileri atmosfer kirliliğinin sebep ve sonuçları arasında yer alır? A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III 12. Hacim (L) 1 2 273 Sıcaklık 9. Bir gaz örneği ile ilgili aşağıdaki işlemler ayrı ayrı uygulanmaktadır. I. Sıcaklık ve hacim sabit tutularak birim hacimdeki molekül sayısı arttırılıyor. II. Basınç sabit tutularak, hacim iki katına çıkarılıyor. III. Sıcaklık ve basınç sabit tutularak hacim arttırılıyor. Buna göre, yukarıdaki işlemlerin hangilerinde gazın mol sayısının arttığı kesinlikle söylenir? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I ve III Yukarıda verilen grafikteki 1 ve 2 doğruları bir miktar ideal gazın hacim sıcaklık değişimlerini göstermektedir. Buna göre bu grafik ile ilgili; I. Sıcaklık birimi Kelvin'dir. II. 1 ve 2 doğrusu farklı basınçlar için çizilmiştir. III. 273 niceliği mutlak sıfır noktasıdır. yargılarından hangileri yanlıştır? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) II ve III 249
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ 1. Engel kaldırıldığında gaz molekülleri birbirine karışmıştır. Ayrıca yerlerinde durmamış ve yayılmışlardır. Gaz molekülleri arasında boşluklar bulunur. Yanıt E 2. Gaz basıncı iki katına çıktığında hacmi yarıya iner yani V 2 olur. Mutlak sıcaklık ise dört katına çıkarıldığında hacimde dört katına çıkar. V =x 4= 2V olur. 2 Yanıt C ÇÖZÜMLER 7. I. Sıcaklık sabitken mol sayısı artırıldığında basınç veya hacim artacağından P.V çarpımı doğru orantılı olarak artar. II. 0 C bir gazın hacmi sıcaklık artırıldıkça P.V belli bir noktadan başlayarak n artar. III. Hacim ve mol sayısı sabitken mutlak sıcaklık artırıldığında basınçta artar. Yani oranı değişmez. T P Yanıt B 3. I. grafikte sıcaklık birimi Kelvin olunca o şekilde çizilebilir. II. grafikte sıcaklık arttıkça hacim artacağından öz kütle azalır. III. grafik, mutlak sıcaklık arttıkça hacim artacağından doğrudur. Yanıt D 4. Hacim ve mol sayısı sabitken basınç ile sıcaklık doğru orantılıdır. T 1 = 27 + 273 1 300 K T 2 = X + 273 8. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi sadece sıcaklık değişimine bağlıdır. Yanıt C n 9. I. Hacim sabitken birim hacimdeki molekül sayısının a k V artması mol sayısının artmasıyla olur. II. Basınç sabit tutularak, hacmin iki katına çıkarılması sıcaklık arttırılarak da olabilir. III. Sıcaklık ve basınç sabit tutularak hacmin arttırılması ancak mol sayısının artmasıyla olur. Yanıt E P1 P P 2P = T T 2 & = 1 2 300 X + 273 600 = X + 273 X = 327 C Yanıt C 10. Piston 1 yönünde değiştirildiğinde hacim artacağından basınç azalır. 2 yönünde ise tam tersi olur. Yanıt A 5. Balon soğutulduğunda sıcaklığı düşeceğinden ortalama kinetik enerjisi azalır. Balon büzüşür ve hacmide azalır. Yanıt A 11. Ozon tabakasının delinmesi, sera etkisi, fabrika bacalarından çıkan gazlar küresel çevre sorunları arasındadır. Yanıt E 6. Pistonlu bir kapta piston aşağı itildiğinde gaz tanecikleri birbirine yaklaşır. Aralarındaki uzaklık azalır. 250 Yanıt D 12. Sıcaklık birimi C dir. 1 ve 2 doğrusunda hacimler farklı olduğundan basınçlar da farklıdır. 273 niceliği mutlak sıfır noktasıdır. Yani 0 Kelvin'dir. Soru Yanıt A
1. Gazlar birbirleri içerisinde her oranda homojen şekilde dağılabilirler. 2. Sabit hacimde miktarı belirli olan bir gazın basıncı ile mutlak sıcaklığı arasında doğru orantı vardır. 3. Gazlar bulundukları kabın her tarafına yayılırlar. 4. 0,25 mol O 2 gazının 25 litre hacim kapladığı şartlarda 2 mol He gazı 100 litre hacim kaplar. 1. Petrolden elde edilen sıvılaştırılmış gazların genel adı...'dir. 2. Sabit sıcaklıkta 5 litrelik kapta bulunan X gazının basıncı 4 atmosfer iken kabın hacmi 2 litreye düşürüldüğünde gazın basıncı... atmosfer olur. 3. Şekildeki hareketli pistonlu kapta bulunan He gazının hacmi 1,5V ve basıncı 4P iken hacim V'ye indirilirse basınç... olur. He(g) 1,5V ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ 5. Belirli miktardaki bir gazın sabit sıcaklıkta hacmi arttırılırsa basınç.hacim çarpımı (P.V) nin değeri değişmez. 4. "Sabit sıcaklık ve basınçta bir gazın hacmi ile mol sayısı doğru orantılıdır." ifadesi... kanunu olarak bilinir. 5. Gazların davranışlarını açıklamak üzere bilim insanları ortaya... teoriyi koymuşlardır. 6. Gerçek bir gazın ideale yaklaşması için basıncının arttırılıp, sıcaklığının düşürülmesi gerekir. 6. 190 mm Hg basıncının atmosfer cinsinden eşdeğeri... atmosferdir. 7. Sabit sıcaklıkta sürtünmesiz pistonlu bir kapta bulunan bir gazın basıncı 8 atmosfer ve hacmi 4 litre iken basıncı 2 atmosfere düşürüldüğünde hacmi de 1 litre olur. 7. Sabit basınç altında 127 C deki He gazının hacmi 220 mililitredir. Bu gazın sıcaklığı 227 C ye çıkarıldığında hacmi... mililitre olur. 8. Bir miktar gazın sabit sıcaklıkta hacmi arttırılırsa basıncı azalır. 8. Sabit hacimli bir kaba sabit sıcaklıkta gaz eklenirse basınç. hacim çarpımı.... 9. Sabit hacimli bir kaba sabit sıcaklıkta aynı gazdan eklendiğinde kaptaki gaz yoğunluğu artar. 9. Sabit basınçlı bir kaptaki bir miktar gazın hacmi ile sıcaklığı arasındaki ilişki... kanunu olarak adlandırılır. 10. Sabit hacimli bir kaba sabit sıcaklıkta bir miktar gaz eklenirse basınç değeri artar. 10. Sabit hacimli bir kapta 127 C'de 0,5 atmosfer basınca sahip He gazının basıncını 1,5 atmosfere çıkarabilmek için sıcaklık... C yapılmalıdır. 1. D 2. D 3. D 4. Y 5. D 6. Y 7. Y 8. D 9. D 10. D 1. LPG 2. 10 3. 6P 4. Avogadro 5. kinetik 6. 0,25 7. 275 8. artar 9. Charles 10. 927 251
ÜNİTE 4 MADDENİN HALLERİ 1. 0,5 mol HF gazının hacmi V'dir. Aynı sıcaklık ve basınç koşullarında hacmi 3V olan C 3 H 4 gazının mol sayısı kaçtır? 2. AÇIK UÇLU SORULAR 1,5 4. Hacimleri ve mol sayıları eşit olan X, Y ve Z gazlarının ısıtılmasına ait, ilk (t 1 ) ve son (t 2 ) sıcaklıkları çizelgede gösterilmiştir. Buna göre, gazlardan hangilerinin basıncı ilk durumuna göre iki katına çıkmıştır? (g) Şekildeki sisteme aşağıdaki işlemler ayrı ayrı uygulanıyor. Buna göre, I. Sabit sıcaklıkta pistonun aşağıya itilmesi II. Sıcaklığın arttırılması III. Ortamdan bir miktar X gazı çekilmesi işlemlerinden kaç tanesinde gazın P.V değeri artar? Y ve Z 5. Bir gazın basıncı (P), hacmi (V), mol sayısı (n), mutlak sıcaklığı ise (T) dir. Diğer değişkenler sabit kalmak koşuluyla, x 1 3. "Sabit sıcaklıkta belli miktar ideal gazın basıncıyla hacmi ters orantılıdır." Yukarıda Boyle Mariotte yasasının tanımı verilmiştir. Buna göre, sabit sıcaklıkta belirli bir miktar ideal gaz örneği ile ilgili; I. Hacmi arttırıldığında P.V değerinin değişmemesi II. Sıkıştırıldığında molekül sayısının değişmemesi III. Mol sayısı arttırıldığında basıncının değişmesi yargılarından kaç tanesi Boyle Mariotte yasası ile ilgilidir? y grafiği; x y I. I. P.V P.V P II. II. V n III. III. P.V P.V n IV. P IV. T T V. V. V T yukarıdaki değişimlerden kaç tanesine ait olabilir? 1 3 252 Soru