Gazların Özellikleri Gazların Basıncı Basınç, birim alana düşen kuvvettir. P (Pa) = Yüzey (m2) Kuvvet (N) Gaz Basıncı Sıvı Basıncı Paskal, Pa; kilopaskal, kPa P = g ·h ·d Difficult to measure force exerted by gas molecules Measure gas pressure indirectly by comparing it with a liquid pressure. Liquid pressure depends only on the height of the liquid column and the density of the liquid. g: yerçekimi ivmesi h:yükseklik d:sıvının yoğunluğu

Atmosferik (Barometrik) Basınç) Evangelista Torricelli, 1643 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. dHg = 13,5951 g/cm3 (0°C) g = 9,80665 m/s2

Manometreler Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi 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 P1 V1 = P2 V2 Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi basıncı ile ters orantılıdır. P α 1 V Boyle 1662 PV = Sabit P1 V1 = P2 V2

Charles Kanunu V α T V = b T V1 V2 T1 T2 Charles 1787 Gay-Lussac 1802 Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır. V α T V = b T Sıcaklık (oC) Hacim (mL) Sıcaklık (K) Mutlak Sıcaklık eşeli veya Kelvin eşeli: - 273,15oC veya 0 K, T(K)= t(oC)+ 273,15 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. V1 V2 = T1 T2

Avogadro Kanunu Gay-Lussac 1808 Küçük hacimdeki gazlar küçük oranlarda reaksiyona girerler. Avogadro 1811 Eşit hacimdeki gazlar eşit sayıda moleküllere sahiptir. Gaz molekülleri reaksiyona girdiği zaman bozunurlar. Sabit basınç ve sıcaklıkta: V α n veya V = c n Normal Koşullarda (0 C= 273,15 K ve 1atm= 760 mm Hg) 1 mol gaz = 22,414 L hacim kaplar

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 Any gas whose behavior conforms to the ideal gas equation is called an ideal or perfect gas. R is the gas constant. Substitute and calculate. PV = nRT

PV = nRT Gaz Sabiti PV R = nT = 0,082057 L atm mol-1 K-1 = 8,3145 J mol-1 K-1 = 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1 = 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1

Örnek 1: 45 C ve 745 mm Hg basınçta 13,7 g Cl2(g)’nin kapladığı hacim ne kadardır? 1 atm = 760 mmHg; R = 0,08206 L atm /(mol K); Cl:35,5 Çözüm Soru: 350 mL’lik bir kap içerisinde ve 175 C’deki 1,00 x 1020 molekül N2’nin oluşturduğu basınç ne kadardır?

Genel Gaz Eşitliği R = = P2V2 n2T2 P1V1 n1T1 = PsVs nsTs PiVi niTi Bu denklem genellikle bir veya iki gaz özelliği sabit olduğu koşullarda uygulanılır ve denklem bu sabitler yok edilerek basitleştirilir. Eğer iki gazın ya da tek bir gazın iki halinin (başlangıç ve son) kıyaslanması gerekiyorsa, sabit terim (n, P, V, T) götürüldükten sonra Genel Gaz Denklemi kullanılmalıdır. Diğer durumlarda İdeal Gaz Denklemi kullanılmalıdır.

6-4 İdeal Gaz Eşitliğinin Uygulaması Mol veya Kütle olarak gaz miktarı veriliyor mu veya soruluyor mu? 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 Vi = Vs Ti Ts Pi = Ps Ti Ts

Mol Kütlesi Hesaplanması Polipropilen endüstri için önemli bir kimyasaldır. Organik sentezlerde ve plastik üretiminde kullanılır. Cam bir kabın ağırlığı boş, temiz ve havasız iken 40,1305 g, su ile doldurulduğu zaman 138,2410 g (25°C deki δ= 0,9970 g/cm3) ve polipropilen gazı ile doldurulduğu zaman 740,3 mm Hg basınç ve 24,0°C de 40,2959 g gelmektedir. Polipropilenin mol kütlesi nedir? Strateji: Vkab bulun, mgaz bulun, Gaz denklemini kullanın Vkab = mH2O : dH2O = (138,2410 g – 40,1305 g) : (0,9970 g cm-3) = 98,41 cm3 = 0,09841 L mgaz = mdolu - mboş= (40,2959 g – 40,1305 g) = 0,1654 g

PV = m M RT M = m PV RT PV = nRT Gaz Denklemi: PV = m M RT M = m PV RT PV = nRT M = (0,9741 atm)(0,09841 L) (0,6145 g)(0,08206 L atm mol-1 K-1)(297,2 K) M = 42,08 g/mol This gas must be ketene. There really are no other possibilities.

Gazların Yoğunlukları PV = nRT ve d = m V , n = M PV = m M RT MP V = 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.

Kimyasal Tepkimelerde Gazlar Stokiyometrik faktörlerin gaz miktarlarıyla olan ilişkisi diğer girenler veya ürünlerinki ile aynıdır. İdeal 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)

Örnek: Yüksek sıcaklıkta sodyum azid, NaN3, bozunarak azot gazı N2(g) oluşturur. Gerekli reaksiyon başlatıcı araçların kullanılması ve oluşan sodyum metalinin tutulmasıyla bu reksiyon sistemleri hava yastıklarında kullanılır. 70,0 g NaN3 in bozunmasıyla 735 mm Hg basınç ve 26°C sıcaklıkta ne kadar hacimde N2(g), elde edilir. 2 NaN3(s) → 2 Na(l) + 3 N2(g) N2’nin molünü hesaplayın: 1 mol NaN3 3 mol N2 nN2 = 70 g N3 x x = 1,62 mol N2 65,01 g N3/mol N3 2 mol NaN3 N2 ’nin hacmini hesaplayın P nRT V = = (735 mm Hg) (1,62 mol)(0,08206 L atm mol-1 K-1)(299 K) 760 mm Hg 1.00 atm = 41,1 L

Gazların Karışımı Gaz kanunları gaz karışımlarına uygulanabilir. Basit bir yaklaşımla ntoplam, fakat … Kısmi Basınç Aynı kap içerisindeki bir gaz karışımındaki her bir gaz bileşeni kendi kısmi basıncını uygular. Ptop= Pa + Pb + Pc + …

Kısmi Basınç ve Dalton Kısmi Basınç Kanunu Ptop = Pa + Pb +… Va = naRT/Ptop ve Vtop = Va + Vb+… Va Vtop naRT/Ptop ntopRT/Ptop = na ntop na a (Mol Kesri) = Hatırlayın ntop Partial pressure is the pressure of a component of gas that contributes to the overall pressure. Partial volume is the volume that a gas would occupy at the total pressure in the chamber. Ratio of partial volume to total volume, or of partial pressure to total pressure is the MOLE FRACTION. Pa Ptop naRT/Vtop ntopRT/Vtop = na ntop

Kinetik Moleküler Teori Gaz partikülleri noktasal kütleli, sabit, rastgele ve doğrusal hareket yaparlar. Gaz partikülleri birbirlerinden çok uzak mesafededirler. Tüm çarpışmalar hızlı ve elastiktir. Gaz partikülleri arasında herhangi bir kuvvet yoktur. Toplam enerji sabit kalır. Natural laws are explained by theories. Gas law led to development of kinetic-molecular theory of gases in the mid-nineteenth century.

Kinetik Molekül Teorisine Bağlı Gaz Özellikleri Yayılma (Difüzyon) - Rastgele molekül hareketi sonucu moleküllerin göç etmesidir. Dışa Yayılma (Efüzyon) - Gaz moleküllerinin bulundukları kaptaki küçük bir delikten kaçmasıdır.

Graham Kanunu Gazların efüzyon (dışa yayılma) hızları, urms= İki farklıgazın dışa yayılma hızları mol kütlelerinin karekökü ile ters orantılıdır. Yalnızca düşük basınçtaki gazlar içindir, difüzyona uygulanmaz Gazların ortalama kinetik enerjileri, EK = 3/2RT’dir.

Gerçek Gazlar Sıkıştırılabilirlik faktörü: PV/nRT = 1 Gerçek gazlardan sapma. PV/nRT > 1 – Moleküler hacim büyük ise. PV/nRT < 1 – moleküller arası etkileşim kuvveti.