Kaynak: Fen ve Mühendislik Bilimleri için GAZLAR Kaynak: Fen ve Mühendislik Bilimleri için KİMYA Raymond Chang

250C ve 1 atmosfer de gaz halinde bulunan elementler

Gazların Fiziksel Özellikleri Gazlar içinde bulundukları kabın şeklini alırlar. Maddenin en fazla sıkıştırılabilen halidir. Gazlar aynı kapta bulundukları diğer gazlar ile her oranda tamamen karışır. Yoğunlukları sıvlardan da katılardan da düşüktür. NO2 gazı

Kuvvet Basınç = Alan Basınç Birimleri 1 paskal (Pa) = 1 N/m2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101,325 Pa

Gaz Basıncı Ölçerler = MANOMETRE kapalı-tüp açık-tüp

V a 1/P P x V = sabit GAZ KANUNLARI   Gazların fiziksel davranışlarını dört özellik belirler: gaz miktarı, hacmi, sıcaklık ve basınç. BASINÇ-HACİM İLİŞKİSİ: BOYLE KANUNU Sabit sıcaklıkta belirli miktardaki bir gazın basıncı ile hacmi ters orantılıdır. V a 1/P P x V = sabit

Gaz Basıncı ve Hacmi Arasındaki İlişki Basınç arttığında Hacim azalır

Boyle Yasası P a 1/V Sıcaklık sb. P x V = sabit Gaz miktarı sb. P1 x V1 = P2 x V2

P x V = sb. P1 x V1 = P2 x V2 P1 = 726 mmHg P2 = ? V1 = 946 mL ÖRNEK 726 mmHg basınç altında 946 mL hacme sahip olan bir klor gazı (Cl2) örneğinin hacmini (sabit sıcaklıkta) 154 mL ye düşürmek için ne kadar basınç uygulanmalıdır? P x V = sb. P1 x V1 = P2 x V2 P1 = 726 mmHg P2 = ? V1 = 946 mL V2 = 154 mL P1 x V1 V2 726 mmHg x 946 mL 154 mL = P2 = = 4460 mmHg

V a T V = sb. x T yani V/T sabit V1/T1 = V2 /T2 P1/T1 = P2 /T2 SICAKLIK-HACİM İLİŞKİSİ: CHARLES VE GAY-LUSSAC KANUNU Sabit basınçta, belirli miktar bir gazın hacmi gazın mutlak sıcaklığı ile doğru orantılıdır. Mutlak sıfır: -273.15 ºC Suyun donma noktası : 273.15K= 0 ºC Suyun kaynama noktası : 373.15K = 100 ºC V a T V = sb. x T yani V/T sabit V1/T1 = V2 /T2 Sabit hacimde, belirli miktar bir gazın basıncı gazın mutlak sıcaklığı ile doğru orantılıdır. P1/T1 = P2 /T2

Sabit basınçta gaz hacmi ve sıcaklık arasındaki ilişki Sıcaklık T arttığında Hacim V artar

Charles & Gay-Lussac Yasası Sabit basınçta gaz hacmi ve sıcaklık arasındaki ilişkinin grafiksel olarak gösterimi Charles & Gay-Lussac Yasası V a T Sıcaklıklar mutlaka Kelvin cinsinden alınmalıdır. V = sb. x T yani V/T sabit V1/T1 = V2 /T2 T (K) = t (0C) + 273.15

ÖRNEK Bir karbon monoksit gazı (CO) örneği 125 0C de 3,20 L hacim kapladığına göre basınç sabit tutulmak şartıyla hangi sıcaklıkta 1,54 L yer kaplar? V1 /T1 = V2 /T2 V1 = 3.20 L V2 = 1.54 L T1 = 398.15 K T2 = ? T1 = 125 (0C) + 273.15 (K) = 398.15 K V2 x T1 V1 1.54 L x 398.15 K 3.20 L = T2 = = 192 K

HACİM-MOL SAYISI İLİŞKİSİ: AVOGADRO KANUNU V a mol sayısı (n) Sabit sıcaklık ve basınçta bir gazın hacmi ile mol sayısı doğru orantılıdır. V = sb x n yada V/n=sb. V1 / n1 = V2 / n2

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 1 mol NH3 1 mol NO T ve P sabit Örnek: Amonyağın oksijen ile yanması sonucu aşağıdaki reaksiyon gereği azot oksit (NO) gazı oluşur. 1 mol amonyağın yanması sonucunda sabit sıcaklık ve basınçta oluşan NO hacmini bulunuz. 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 1 mol NH3 1 mol NO T ve P sabit 1 hacim NH3 1 hacim NO

GAZ KANUNLARINA TOPLU BAKIŞ Boyle Kanunu

Charles Kanunu

Avogadro Kanunu

İdeal Gaz Denklemi 1 Boyle Kanunu: P a (n ve T sabit) V Charles Kanunu: V a T (n ve P sabit) Avogadro Kanunu: V a n (P and T) V a nT P V = sabit x = R nT P R gaz sabiti PV = nRT

PV = nRT PV (1 atm)(22,414L) R = = nT (1 mol)(273,15 K) 0 0C ve 1 atm standart sıcaklık ve basınç olarak kabul edilir. Deneyler bu koşullarda 1 mol ideal gazın 22,414 L hacim kapladığını göstermiştir. PV = nRT R = PV nT = (1 atm)(22,414L) (1 mol)(273,15 K) R = 0,082057 L • atm / (mol • K)

PV = nRT nRT V = P 1,37 mol x 0,0821 x 273,15 K V = 1 atm V = 30,7 L Örnek: Standart koşullarda 49,8 g HCl (g) nın hacmini L cinsinden hesaplayınız. T = 0 0C = 273.15 K P = 1 atm PV = nRT n = 49.8 g x 1 mol HCl 36.45 g HCl = 1.37 mol V = nRT P V = 1 atm 1,37 mol x 0,0821 x 273,15 K L•atm mol•K V = 30,7 L

Koşullar değiştiğinde, ideal gaz denkleminin, başlangıç ve sonuç şartlarını gözönüne alarak değiştirilmiş şeklini kullanmamız gerekir.   P1V1 / T1 = P2V2 / T2 Örnek: Sıcaklığın 8 ºC ve basıncın 6.4 atm olduğu bir gölün tabanından, küçük bir hava kabarcığı sıcaklığın 25 ºC ve basıncın 1 atm olduğu su yüzüne çıkıyor. Hava kabarcığının başlangıç hacmi 2.1mL ise, son hacmi (mL cinsinden) hesaplayınız.

PV = nRT n, V ve R SABİTTİR. nR V = P T = sabit P1 T1 P2 T2 = Örnek: Ampullerde kullanılan argon, flamentin buharlaşmasını engellemek için kullanılan bir inert gazdır. 18 0C de 1,20 atm basınçta Ar içeren bir ampul ışık verirken ısınıyor ve sıcaklığı 85 0C ye ulaşıyor. Ar gazının son basıncını atm cinsinden bulunuz. PV = nRT n, V ve R SABİTTİR. nR V = P T = sabit P1 = 1.20 atm T1 = 291 K P2 = ? T2 = 358 K P1 T1 P2 T2 = P2 = P1 x T2 T1 = 1,20 atm x 358 K 291 K = 1,48 atm

d (g/L) cinsinden yoğunluk Yoğunluk (d) Hesabı m gazın g cinsinden ağırlığı d = m V = PM RT M gazın mol kütlesi Bir gazın mol kütlesi (M ) : dRT P M = d (g/L) cinsinden yoğunluk

dRT P M = d = m V = = 2,21 1 atm x 0,0821 x 300,15 K M = M = ÖRNEK 2,10-L lik bir tankta 1,00 atm ve 27 0C de bulunan 4,65 g lık gazın mol tartısını hesaplayınız. dRT P M = d = m V 4,65 g 2,10 L = = 2,21 g L 2,21 g L 1 atm x 0,0821 x 300,15 K L•atm mol•K M = M = 54,5 g/mol

Dalton’un Kısmi Basınçlar Yasası V ve T sabittir. P2 Ptotal = P1 + P2 P1

PA = nART V PB = nBRT V XA = nA nA + nB XB = nB nA + nB PT = PA + PB Hacmi V olan bir kapta A ve B gibi iki gaz olduğunu varsayalım. PA = nART V nA A nın mol sayısı PB = nBRT V nB B nin mol sayısı XA = nA nA + nB XB = nB nA + nB PT = PA + PB PA = XA PT PB = XB PT Pi = Xi PT Mol fraksiyonu (Xi ) = ni nT

Pi = Xi PT PT = 1,37 atm 0,116 8,24 + 0,421 + 0,116 Xpropan = = 0,0132 ÖRNEK Bir doğal gaz örneği 8,24 mol metan (CH4), 0,421 mol etan (C2H6) ve 0,116 mol propan (C3H8) içermektedir. Toplam basınç 1,37 atm ise propanın kısmi basıncını bulunuz. Pi = Xi PT PT = 1,37 atm 0,116 8,24 + 0,421 + 0,116 Xpropan = = 0,0132 Ppropan = 0,0132 x 1,37 atm = 0,0181 atm

Gaz Kanunlarının Uygulanması Gazların Sıkıştırılabilirliği Boyle Kanunu P a kabın duvarına çarpma hızı Çarpma hızı a yoğunluk Hacim ile yoğunluk ters orantılıdır. P a 1/V Hacim azaldıkça basınç artar. Charles Kanunu Çarpma hızı a ortalama kinetik enerji Ortalama kinetik enerji a T P a T

Dalton un Kısmi Basınçlar Yasası Avogadro Kanunu P α kabın duvarına çarpma hızı Çarpma hızı a yoğunluk Yoğunluk a n P a n Dalton un Kısmi Basınçlar Yasası Moleküller birbirini çekmiyor ve itmiyorsa, bir gazın basıncı diğer gazın varlığından etkilenmez. Toplam basınç tek tek gaz basınçlarının cebirsel toplamına eşittir. Ptotal = SPi

Üç farklı sıcaklıktaki Herhangi bir sıcaklıkta bir gazın ne hızla hareket edeceğinin ölçüsü hız karelerinin ortalaması ile ifade edilir. Aynı sıcaklıktaki üç farklı gazın hız dağılımları Üç farklı sıcaklıktaki azot gazının hızlarının dağılımı urms = 3RT M 

İdeal Davranıştan Sapma 1 mol ideal gaz Repulsive Forces PV = nRT n = PV RT = 1.0 Attractive Forces

Moleküller arası etkileşimin gaz basıncına etkileri

( ) } } Van der Waals denklemi İdeal olmayan gaz için an2 P + (V – nb) = nRT } Düzeltilmiş basınç } Düzeltilmiş hacim