Gazları katılardan ve sıvılardan ayıran bir çok özellik vardır. Bu özellikleri aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz. 1-Gazları belirli bir hacimleri ve sınırlı yüzeyleri yoktur. Gazlar bulundukları kabın hacmini ve şeklini alır gaz hangi kapta bulunursa onun hacmini alır. 2-Katı ve sıvılara nazaran yoğunluları oldukça düşüktür. 3-Bulundukları kabın her yerinde aynı basıncı yaparlar. 4-Kolaylıkla sıkıştırıla bilirler. 5-Isıtıldıkları zaman kolayca genişleyebilirler. 6-Kolaylıkla diffüzlenebilirler (yayılabilirler). 7-Kritik basıncın üstünde bir basınca kadar sıkıştırılırlarsa veya kritik sıcaklığın altında bir sıcaklığa soğutulurlarsa sıvılaşırlar. 8-Bütün gazlar her oranda birbirleriyle karışırlar.

Herhangi bir maddenin hacmi o madde tarafından işgal edilen yer olarak tarif edilebilir. Fakat gazlar bulundukları kabın hacmini tamamen doldurduklarında gazın içinde bulunduğu kabın hacmini ölçmekle gazın hacmini ölçmüş oluruz. +4C 1g saf suyun hacmi 1cm3 tür. 1000 cm3 1 litredir. 1 litre +4C deki saf suyun ağırlığı 1kg dır. Litrenin 1/1000 ine 1mL denir.   Katı ve sıvılarda basınç ve sıcaklık hacme etki etmediği halde gazların hacmi sıcaklık ve basınçla büyük ölçüde değişir. Gazların hacimlerinden bahsederken hangi sıcaklıkta ve hangi basınçta olduğunun belirtilmesi gerekir.

Genel olarak basınç kütlenin akış istikametini tayin eden bir faktördür. Zorlamadıkça bütün gazlar yüksek basınçlı bir yerden alçak basınçlı bir yere doğru hareket ederler. Basınç birim yüzeye etki eden kuvvet olarak da tarif edilebilir. Basınç   Bir sıvı sütunun tabanına yaptığı basınç ise yüksekliği, yoğunluğu ve yerçekimi ivmesinin çarpımına eşittir. Basınç yukarıda açıklandığı gibi 1 m2 ye etki eden kg-kuvvet birimi ile ifade edildiği gibi ayrıca atmosfer, pascal ve mm-Hg olarak da ifade edilir. Gazların Genel Özellikleri Gazların Hacimleri Gazların Basınçları

Normal atmosfer basıncı deniz seviyesinde atmosferin yapmış olduğu ortalama basınçtır. Genel olarak 1 atm basıncı 0C de 76 cmHg sütunun deniz seviyesinde yapmış olduğu basınca eşittir. 1 atm = 760 torr 1bar=105 Pa

Uzun bir deney tüpüne civa doldurulup ve bunu civa dolu bir kabın içine ters çevirip daldırılırsa; tüpteki civanın bir kısmının kabın içine boşaldığını görürüz. Daha sonra civa belli bir noktada sabit kalır. Civanın belli bir noktada kalması şekilde de görüldüğü gibi hava basıncıyla ilgilidir ve hava basıncıyla sağlanmaktadır. 1644 yılında Toricelli yukarıdaki prensibe dayanarak havanın basıncını ölçmek için barometre adı verilen bir alet yapmıştır. Açık kaptaki civa yüzeyinden itibaren civa sütunun yüksekliği doğrudan doğruya hava basıncını vermektedir. Bu yükseklik 0C de ve deniz seviyesinde 76 cm veya 760 mm’dir. 76 cm veya 760 mm Hg sütununu dengede tutan hava basıncına 1 atm hava basıncı denir.  Şekil 1. Barometre

  Verilen bir gazın basıncını ölçmek için kullanılan aletlere manometre denir. Manometreler esas itibariyle bir ucu kapalı U şeklinde bir cam borudan ibarettir. Tüpün içinde genellikle civa bulunur. Tüpün kapalı ucunda genellikle basıncı ölçecek gaz bulunur. Tüpün açık ucuna etki eden kuvvet (basınç) doğrudan doğruya hava basıncına (Phava) eşittir. Hava basıncı ile denge halinde olan basınç ise gazın ve sıvının buhar basınçları toplamıdır.

Şekil 2.a’daki açık uçlu manometrede ki gazın basıncı: Phava = Pgaz - Psıvı dır. Buradan Pgaz = Phava + Psıvı olur. Burada Phava < Pgaz şeklindedir. Şekil 2.b’deki açık uçlu manometrede ki gazın basıncı: Pgaz < Phava olup Phava - Psıvı = Pgaz dır.

Sekil 2.d’deki kapalı uçlu manometrede ki gazın basıncı: Psıvı ’ya eşittir.Yani, Pgaz = Psıvı ’dır. Denemenin yapıldığı andaki hava basıncı barometreden okunur. Psıvı da doğrudan doğruya manometredeki sıvı farkından okunur. Böylece verilen bir gazın kısmi basıncı hesaplanabilir.

  Bir maddenin birim hacminin kütlesine yoğunluğu denir. Yoğunluk birimi g/ml, g/cm3 ,g/L olarak verilir. Bu şekilde tarif edilen yoğunluğa mutlak yoğunluk adı verilmektedir. +4C de bulunan saf suyun yoğunluğu 1 g/cm3 tür. Herhangi bir gazın kütlesinin aynı hacimdeki havanın kütlesine oranına bağıl (nisbi) yoğunluk denir. Gazların yoğunluğu normal şartlarda ifade edilir. Gazları yoğunluğu g/cm3 verilebileceği gibi g/L olarak da verilebilir. Ancak gazların yoğunlukları çok küçük olduğundan genellikle g/L cinsinden verilir.

Bir cismin ısı değişikliğini belirleyen özellik sıcaklık olarak tanımlanır. İki cismin bir araya getirilince sıcaklıklarında bir değişiklik olmuyorsa bu iki cimin sıcaklıkları birbirine eşittir. Sıcaklık temel bir kavramdır. Sıcaklığı ölçmek için geliştirilmiş ölçü sistemleri ve bu ölçülere dayalı yapılmış termometreler (sıcaklık ölçerler) vardır. Biz üç çeşit sıcaklık ölçerden söz edeceğiz. Bunlar; Selsiyus (Celsuis), Fahrenhayt (Fahrenheit) ve Mutlak (Kelvin) sıcaklık ölçeğidir.   Selsiyus ölçek sisteminde, normal atmosfer basıncında suyun donma noktası 0C kaynama noktası 100C alınmış ikisi arası 100 eşit parçaya bölünmüştür. Bölmelerden her biri 1 santigratlık (1C) sıcaklığı gösterir. Bu nedenle selsiyus ölçek sistemi santigrat ölçek sistemi olarak da bilinir.

  Fahrenhayt ölçek sisteminde suyun donma noktası 32F, kaynama noktası 212F alınmış iki sabit nokta arası 180 eşit parçaya bölünmüştür. Santigrat ile Fahrenhayt dereceleri birbirine çevrilebilir. 1C aralığı = Fahrenhayt aralığıdır. 1F aralığı = Santigrat aralığıdır. Santigrat ölçüm sisteminde suyun donma noktası 0C Fahrenhayt sisteminde ise 32F’dır. Buna göre; tF= tC + 32 tC= tF -32

Kinetik teoriye göre bütün gazların moleküllerinin hareketsiz kaldıkları bir sıcaklık vardır. Bu sıcaklık -273C dir. Bu sıcaklığa mutlak sıfır sıcaklık noktası denir. Mutlak sıfır noktası yani -273C, sıfır noktası alınarak yeni bir sıcaklık ölçü sistemi geliştirilmiştir. Buna kelvin ölçeği denir ve T ile gösterilir. Buna göre;   T K = 273 + tC olarak tanımlanır. Gazlarla ilgili problemlerin çözümünde çoğu zaman Kelvin derecesi kullanılır. Kelvin derecesi ile ifade edilen sıcaklık genellikle T ile , santigrat derecesine göre ifade edilen sıcaklıkta t ile gösterilirler.

Bir gazın hacmi, basıncı ve sıcaklığı birbirine bağlı olarak değiştiğine göre bu değişmelerin bağlı olduğu kanunlar vardır. Düşük basınç ve yüksek sıcaklıkta bütün gazların uydukları üç temel kanun vardır. Bu kanunlara uyan gazlara ideal gaz denir.

Bir gazın hacmi üzerine basıncın etkisini ilk önce 1662 yılında Boyle incelenmiştir. Buna göre; sabit sıcaklıkta belirli miktardaki bir gazın basıncı ile hacmin çarpımı sabittir. Aynı kanun sabit sıcaklıkta ve belirli bir miktarda bir gazın basıncı hacmi ile ters orantılıdır şeklinde de tanımlanabilir. P V  k V  1 / P Boyle kanunu matematiksel olarak PV = k şeklinde gösterilir. P1V1 = k   P2V2 = k P1V1 = P2V2 = P3V3 = ............... PnVn = k P3V3 = k Şeklinde ifade edilir.Bütün bu eşitlikler gazların ideal olarak hareket ettiği sınırlar içinde doğrudur.

Boyle kanunu 1926 yılında 0C ve 1 g Azot gazı ile yapılan bir deney sonunda ispatlanmıştır (Tablo 1). P (atm) V (L) PV (L atm) 1,00000 0,79976 0,66667 1,19980 0,79989 0,33333 2,40000 0,80000   Boyle kanununda düşük sıcaklıklarda ve yüksek basınçlarda sapmalar olur. Tablo 6.2’de bazı gazların değişik basınçlardaki PV değerleri görülmektedir. Basıncın arttırılması halinde PV değerlerinde bir sapma vardır. Buda değişik orandadır. Tablo 1. 0C de 1 g N2 gazının PV değerleri

 Tablo 2. 0C de CO2, N2 ,H2 gazlarına ait değişik basınçlardaki PV değerleri P (atm) PV (CO2) PV (N2) PV (H2) 1 1,0000 50 0,7410 0,9840 1,0330 200 0,4080 1,0360 1,1330 400 0,7172 1,2550 1,2770 1000 1,5520 2,0640 1,7100

  Tablo 3. 40 g argon gazı için değişik basınc ve sıcaklıklardaki PV değerleri Sıcaklık (tC ) P (atm) V (L) PV (L atm) 100 15,28 2,000 30,560 30,52 1,000 30,520 60,99 0,500 30,495 91,60 0,333 30,530 -50 8,99 17,980 17,65 17,650 34,10 17,050 49,50 16,500 40 g argon gazı ile değişik basınçlarda ve değişik sıcaklıklarda bir deney yapılacak olursa PV değerlerinin hangi şartlarda daha çok değiştiğini görebiliriz. 40 g argon gazı alınır ve 100C ile -50C arasındaki sıcaklıklarda denemeler yapılırsa PV değerleri daha iyi anlaşılır (Tablo 3).

Yukarıdaki tabloda 100C de bulunan PV değerlerini sabit olmasına karşılık -50C de yapılan deneyde bulunan PV değerinin büyük ölçüde değiştiğini görüyoruz. Gerek Boyle, gerekse bundan sonra göreceğimiz bütün gaz kanunlarına tamamen uyan gazlara ideal gazlar denir. Gazların yüksek basınçta düşük sıcaklıkta ideal gaz kanunlarına uymamaları ideal gazdan sapmalar olarak düşünülür. İdeal olarak hareket etmeyen gazlara da gerçek (hakiki) gazlar denir. O halde çok yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük basınçlarda bulunan gazları ideal hareket edebilen gazlar olarak düşünebiliriz.

Şimdiye kadar anlatıldığı gibi sabit sıcaklıkta meydana gelen veya meydana getirilen olaylara eş sıcaklık (izotermal) olaylar adı verilmektedir. PV = k eşitliğine göre ideallik sınırları içerisinde gazların sabit sıcaklıkta basınçları ile hacimleri arasında grafikler çizilecek olursa Şekil 6.3’de görüldüğü gibi hiperbolik eğriler elde edilir. Bunlara eş sıcaklık eğrileri (izotermler) denir. Şekil 3’den de anlaşıldığı gibi sıcaklık değişmeleri ile bir gaza ait k sabitinin de değeri değişmekte ve sıcaklık arttıkça hiperbolik eğriler doğruya dönmektedir. Şekil 3. İzoterm eğrileri

Gazların diğer karakteristik özelliklerinden biride sıcaklıkla değişmeleridir. Charles 1787 yılında hidrojen, hava, karbondioksit ve oksijen gibi gazların değişmeyen basınç altında 0C sıcaklıktan 80C sıcaklığa kadar ısıtılmaları sırasında aynı oranlarda genişlediklerini gözlemiştir. 1802 yılında ise Gay-Lussac tüm gazların her bir C ısıtılması sonucunda hacimlerinin 0C deki hacme göre  sabiti kadar arttığını ve bu sabitinde yaklaşık olarak 1/273 değerine eşit olduğu bulunmuştur. Eğer herhangi bir gazın 0C hacmi V0 ile tC deki hacmi de V ile gösterirsek Gay-Lussac kanunu aşağıdaki ifade şekli ile yazılır.   V = V0(1 + t) veya V = V0t + V0    sabitine termal genişleme katsayısı denilmektedir. 1847 yılında Regnault  değerini bulmak için daha hassas denemeler yaptı ve sonunda  değerinin 1/273 olduğu bulmuştur. Bugün en yeni fizikokimyasal ölçümler ile  katsayısı için 1/273,13 ile 1/273,17 arasında değerler bulmaktadır. Çok küçük sıcaklıklarda  değeri bütün gazlar için aynı kabul edilmektedir. V = V0t + V0 denklemine göre V ile t arasında bir grafik çizilecek olursa bir doğru elde edilir.

  Şekil 4’deki grafikte görüldüğü gibi bu doğru negatif sıcaklıklar için belli bir değerden sonra noktalı olarak çizilmiştir. Çünkü belli bir sıcaklığın altında gazlar sıvılaşacağı için denemeye devam edilmemekte, ancak doğrunun uzatılması halinde sıcaklık eksenini kestiği noktanın -273,16C olduğu görülür. İşte gazın cinsine ve denemenin yapıldığı basınca bağlı olmayan, denemeler ile hiçbir zaman varılamayan -273,16C sıcaklık değerine Mutlak Sıfır Noktası adı verilir. Şekil 4. Gazlarda sıcaklıkla hacmin değişimi

Şekil 4’deki doğrunun eğimi hesaplanacak olursa V0/273,16 değerine eşit olduğu görülür. Bu duruma göre Gay-Lussac eşitliği;   veya şeklinde gösterilir. Charles Gay-Lussac kanunu şöyle ifade edilir: Sabit basınçta bir gazın sıcaklığı 1C Yükseltilirse gazın hacmi ilk hacminin 1/273,16 katı kadar artar. Mutlak sıfır noktasının T0 = 273,16 K olduğu ve K ile C arasında T K = 273,16 + tC olduğu hatırlanırsa yukarıdaki eşitlik , olur. Buradan bir gazın sıcaklık ve hacme göre iki değişik hali arasında eşitliğinin yazılabileceği kolayca anlaşılabilir. Buna göre belirli miktarda herhangi bir ideal gazın sabit basınçta hacmi ile mutlak sıcaklığı arasında doğru orantılı bir bağıntının olduğu görülür.

  eşitliğinde V0/T0 değeri k gibi sabit bir değere eşit olduğunda genel olarak V = kT matematiksel bağıntı yazılabilir. V1 = kT1 ve V2 = kT2 Buradan da veya eşitlikleri yazılabilir. Basınç ile sıcaklık arasındaki ilişki de benzer şekilde yazılabilir. Sabit hacimdeki bir gazında basıncı mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. P = kT P1 = kT1 P2 = kT2

Bütün gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda tanecikleri bulunur Bütün gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda tanecikleri bulunur. Eşit tanecikler, eşit basınç yaparlar ve eşit hacim kaplarlar. Bütün gazların sabit sıcaklıkta, basınçları ve hacimleri mol sayısı ile doğru orantılıdır. Eşit moller, eşit hacim kaplarlar. Eşit moller eşit basınç yaparlar.

HAZIRLIYANLAR Serdar ÜNLÜCÖMERT 000234012 Orhan ESKİTAŞ 000234013 Adem DİNÇ 000234008 Durmuş DİRİCAN 000234040