Genel Kimya GAZLAR Iron rusts Natural gas burns Chemistry 140 Fall 2002 Genel Kimya GAZLAR Iron rusts Natural gas burns Represent chemical reactions by chemical equations. Relationship between reactants and products is STOICHIOMETRY Many reactions occur in solution-concentration uses the mole concept to describe solutions

Gazların Özellikleri Sıvı katılardan farklı olarak, Chemistry 140 Fall 2002 Gazların Özellikleri Sıvı katılardan farklı olarak, Bulundukları kabın hacmını kaplarlar. Sıkıştırılabilirler. Yoğunlukları çok çok azdır. Sıvılaşabilirler. Gazların sıvılaşabildiği sıcaklığa kritik sıcaklık, sıvılaşabildiği basınca kritik basınç denir. Belirli şekil ve hacmi yoktur. Birbirleriyle her oranda karışabilirler

Basınç F P = A Basınç, birim alana düşen kuvvettir. Chemistry 140 Fall 2002 Basınç Basınç, birim alana düşen kuvvettir. P = F A Atmosferik basınç birim alandaki havanın ağırlığıdır.

Gazların Özellikleri: Gazların Basıncı Chemistry 140 Fall 2002 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.

Atmosferik (Barometrik) Basınç) Chemistry 140 Fall 2002 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. δHg = 13.5951 g/cm3 (0°C) g = 9.80665 m/s2

Chemistry 140 Fall 2002 Manometre Atomsferik basınç ile kapda bulunan gazın basınç farklılıklarına göre ölçüm yapar. Kapalı kaplardaki gaz basıncını ölçen aletlere manometre denir. Açık uçlu ve kapalı uçlu diye ikiye ayrılır. Açık uç

Manometreler Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi Chemistry 140 Fall 2002 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

Gazların yapısına etki eden Basınç(P), Hacim(V), Sıcaklık(T) ve Mol sayısı(n) arasındaki ilişikleri inceleyen bilim adamları kendi adları ile anılan bazı gaz kanunları ortaya koymuşlardır. Bunlardan bazılarını inceleyelim.

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

Boyle Yasası PV = k V = k (1/P) Basınç ve Hacim ters orantılıdır

Başlangıç Koşulları 21.5 atm Örnek 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

V = b T Charles Kanunu V α T Charles 1787 Gay-Lussac 1802 Chemistry 140 Fall 2002 Charles Kanunu Charles 1787 Gay-Lussac 1802 Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır. V α T Sıcaklık (oC) Hacim (mL) Sıcaklık (K) V = b T 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.

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

Chemistry 140 Fall 2002 Avogadro Yasası Sabit sıcaklık ve basınçdaki gazın hacmi gaz molekülü sayısı ile doğru orantılıdır. Matematiksel olarak V = kn İki hacim hidrojen su Bir hacim oksijen

Suyun oluşumu Chemistry 140 Fall 2002 Dalton thought H + O → HO so ratio should have been 1:1:1. So the second part of Avogadro’s hypothesis is critical. This identifies the relationship between stoichiometry and gas volume.

Avagadro Kuramı Aynı sıcaklık ve basınçta FARKLI gazların eşit hacimleri EŞİT sayıda molekül içerir. Aynı sıcaklık ve basınçta FARKLI gazların EŞİT sayıda molekülleri EŞİT hacim kaplar

Avogadro Kanunu Sabit basınç ve sıcaklıkta: V α n veya V = c n Normal Koşullarda (250C, 1atm) 1 mol gaz = 22.4 L gaz

Gaz Kanunlarının Birleşmesi: İdeal Gaz Eşitliği ve Genel Gaz Eşitliği Chemistry 140 Fall 2002 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 R = PV nT = 0.082057 L atm mol-1 K-1 = 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1 = 8.3145 J mol-1 K-1 = 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1

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.

İdeal Gaz Eşitliğinin Uygulaması Mol veya Kütle olarak gaz miktarı veriliyormu veya soruluyor mu? Eğer Gaz külesi 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 Ti Ts Pi = Ps Vi = Vs Ti Ts

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

Mol Kütlesinin Ideal Gaz Eşitliği ile Bulunması Propilen 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 Propilen gazı ile doldurulduğu zaman 740,3 mm Hg basınç ve 24,0°C de 40,2959 g gelmektedir. Propilenin mol kütlesi nedir. Strateji: Vkab bulun, mgaz bulun, Gaz denklemini kullanın

Örnek Vkab: Vkab = mH2O / dH2O = (138.2410 g – 40.1305 g) / (0.9970 g cm-3) = 98.41 cm3 = 0.09841 L mgaz: = 0.1654 g mgaz = mdolu - mboş= (40.2959 g – 40.1305 g)

Örnek Example 5-6 PV = m M RT M = m PV RT PV = nRT Chemistry 140 Fall 2002 Örnek Example 5-6 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) This gas must be ketene. There really are no other possibilities. M = 42.08 g/mol

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

Örnek Ideal gaz Eşitliğinin Reaksiyon sitokiyometrisi hesaplamalarında kullanılması Yüksek sıcaklıkta sodyum azid, NaN3, bozunarak azot gazı N2(g) oluşturur. Bu reaksiyon 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(k) → 2 Na(s) + 3 N2(g)

Örnek N2 nin molünü hesaplayın: 1 mol NaN3 3 mol N2 nN2 =70 g NaN3 x x 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 Kısmi Basınç Gaz kanunları gaz karışımlarına uygulanabilir. Bir kapta bulunan gaz karışımındaki her bir gazın kabı dolduracak şekilde genişlediğini ve kabın içindeki tek başına bulunduğu zaman uygulayacağı basınca eş değer bir basınç uygular. Kısmi Basınç Aynı kab içerisindeki bir gaz karışımındaki herbir gaz bileşeni kendi kısmi basıncını uygular. Ptop= Pa + Pb + Pc.......

Dalton Kısmi Basınç Kanunu Her gazı hacmi ve sıcaklığı aynı Gaz miktarları farklı olduğu için uyguladıkları basınç farklı Toplam basınç her bir gazın uyguladığı kısmi basınçların toplamına eşit

Kısmi Basınç Ptop = Pa + Pb +… Va = naRT/Ptop ve Vtop = Va + Vb+… Va Chemistry 140 Fall 2002 Kısmi Basınç Ptop = Pa + Pb +… Va = naRT/Ptop ve Vtop = Va + Vb+… Kısmi hacim=Her bir gazın Pt basıncında tek başına kaplayacağı hacim Va Vtop naRT/Ptop ntopRT/Ptop = na ntop na 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. a (Mol Kesiri) = Hatırlayın ntop Pa Ptop naRT/Vtop ntopRT/Vtop = na ntop

Örnek 1,0 g H2 ve 5,00 g He karışımı 20 0C de 5 L lik bir kaba koyulduğunda karışımın uyguladığı basınç nedir?

Örnek 1,0 g H2 ve 5,00 g He karışımı 20 0C de 5 L lik bir kaba koyulduğunda H2 ve He nin kısmi basınçları nedir?

Kinetik Moleküler Teori Chemistry 140 Fall 2002 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.

Basıncın Bağlı Olduğu Kuvvetler Öteleme kinetik Enerjisi, Moleküllerin çarpışma frekansı, Vurgu veya momentum transferi, Basınç, momentum transferi ile çarpışma frekansının çarpımına eşittir.

Moleküler hızların dağılımı Chemistry 140 Fall 2002 Moleküler hızların dağılımı Bağıl molekül sayısı Hafif moleküller daha hızlıdır Molekül hızları sıcaklıkla artar Lighter gases have faster speeds. Hız m/s

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 A nın dışa yayılma hızı B nin dışa yayılma hız İki farklı gazın dışa yayılma hızları mol kütlelerinin karekökü ile ters orantılıdır Yalnızca düşük basınçtaki gazlar içindir. Küçük bir delikten kaçma Difüzyona uygulanmaz. Oran: Efüzyon hızı Moleküler hızlar Efüzyon zamanı Moleküllerin aldığı yolu Efüzyon olmuş gaz miktarları.

Gerçek Gazlar Sıkıştırılabilirlik faktörü: PV/nRT = 1 Gerçek gazlardan sapma. PV/nRT > 1 – Moleküler hacim büyük ise. PV/nRT < 1 – moleküller arası etkileşim kuvveti. Gerçek gazlar yüksek sıcaklık düşük basınçda ideal gaz gibi davranırlar

Gerçek Gazlar PV/nRT > 1 – Moleküler hacim büyük ise. PV/nRT < 1 – moleküller arası etkileşim kuvveti.

van der Waals Denklemi n2a P + V – nb = nRT V2 Bastırılamayan hacim-molekülerin hacmi ile ilgili Moleküller arası çekim kuvveti a ve b değerleri her gaz için farklıdır.