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

Atmosferik (Barometrik) Basınç) Chemistry 140 Fall 2002 Evangelista Torricelli, 1643 Barometrik Basınç Standart Atmosferik (Barometrik) Basınç 1.00 atm =760 mmHg, 760 torr 101.325 kPa 1.01325 bar 1013.25 mbar Atmosferik (Barometrik) Basınç) Mention here that Pbar refers to MEASURED ATMOSPHERIC PRESSURE in the text. δHg = 13.5951 g/cm3 (0°C) g = 9.80665 m/s2

Manometreler Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi Chemistry 140 Fall 2002 Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi Manometreler Difficult to place a barometer inside a gas to be measured. Manometers compare gas pressure and barometric pressure. Gaz Basıncı Barometrik Basınca Eşittir Gaz Basıncı Barometrik Basınçtan Büyüktür Gaz Basıncı Barometrik Basınçtan Küçüktür

Basit Gaz Kanunları 1 Boyle 1662 P α PV = Sabit V Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi basıncı ile ters orantılıdır. P α 1 V Boyle 1662 PV = Sabit Basınç Hacim

Sıcaklığı ve miktarı sabit olan bir gazın basıncı ile hacminin çarpımı da sabittir. <n ve T >  sabit ise  P x V = k   ( k sabit bir sayı) ya da Sıcaklığı ve miktarı sabit olan bir gazın basıncı ile hacmi ters orantılıdır. <n ve T >  sabit ise   P a V-1  

Boyle Yasası P a 1/V Basınç 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

Örnek V2 = P1V1 P2 = 694 L P1V1 = P2V2 Vtank = 644 L Gazlarda Basınç-Hacim İlişkisi – Boyle Kanunu. Başlangıç Koşulları 21.5 atm Son Durum 1.5 atm V2 = P1V1 P2 = 694 L P1V1 = P2V2 Vtank = 644 L

Gaz Basıncı ve Hacmi Arasındaki İlişki Basınç arttığında Hacim azalır

Mutlak Sıcaklık eşeli veya Kelvin eşeli: - 273.15oC veya 0 K, Chemistry 140 Fall 2002 Charles Kanunu Charles 1787 Gay-Lussac 1802 Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır. Mutlak Sıcaklık eşeli veya Kelvin eşeli: - 273.15oC veya 0 K, T(K)= t(oC)+ 273.15 V α T V = b T Hacim (mL) Hacim (mL) Three different gases show this behavior with temperature. Temperature at which the volume of a hypothetical gas becomes 0 is the absolute zero of temperature. The hypothetical gas has mass, but no volume, and does not condense into a liquid or solid. Sıcaklık (oC) Sıcaklık (K)

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

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 de3,20 L hacim kapladığına göre basınç sb. 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

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

Standart (Normal) Basınç ve Sıcaklık Gazların özellikleri şartlara bağlıdır. Normal Koşullar tanımı: P = 1 atm = 760 mm Hg T = 0°C = 273.15 K

Bir gazın hacmi ile mol sayısı ile doğru orantılı olup Avogadro Yasası Sabit sıcaklık Sabit basınç V a mol sayısı (n) Bir gazın hacmi ile mol sayısı ile doğru orantılı olup 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

Ideal Gaz Denklemi 1 Boyle Kanunu: P a (n ve T sabit) V Charles Kanunu: V a T (n ve P ) 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)

Genel Gaz Eşitliği R = = P2V2 n2T2 P1V1 n1T1 = PiVi PsVs niTi nsTs Bu denklem genellikle bir veya iki gaz özelliği sabit olduğu koşullarda uygulanılır ve denklem bu sabitler yok edilerek basitleştirilir.

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

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

PV = nRT n, V ve R SABİTTİR. nR V = P T = sabit P1 T1 P2 T2 = Argon ampullarde flmanın 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

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

Gazların Yoğunlukları Chemistry 140 Fall 2002 Gazların Yoğunlukları m m PV = nRT ve d = , n = V M PV = m M RT MP RT V m = d = 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. Burada kaldık

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

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.

Birleşen Hacimler Kanunu Tepken ve ürünlerin yada bunların bazılarının gaz olduğu tepkimelerde stokiyometrik hesaplamalar oldukça basittir. 2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g) 2 mol NO + 1 mol O2 (g) 2 mol NO2(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 2 L NO(g) + 1 L O2 (g) 2 L NO2(g)

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

Daltonun Kısmi Basınçlar Kanunu ile su üzerinde toplanan bir gazın hacmi belirlenebilir. Potasyum klorat ın mangan dioksit varlığında ısıtılması sonucunda oksijen gazı elde edilir. Şişe O2 ile dolmaya başlar ve gaz hacmi kadar su dışarıya itilir. Bu şekilde elde edilen O2 (g) bir miktar da su buharı içermektedir. 2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2 (g) PT = PO + PH O 2

Sıcaklığın fonksiyonu olarak suyun buhar basıncı

Gaz Kanunlarının Uygulanması Gazların Sıkıştırılabilirliği = BOŞLUK 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

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 } Düğzeltilmiş hacim