6. HAFTA : GAZLAR

Ödev Ödev konusu : Hayatımızda Kimya 1-2 sayfa, el yazısı, kapaksız. 19 Aralık ders saatinde teslim edilecek. % 15 etkili.

25 oC ve 1 atm basınçta gaz halde bulunan bazı elementler ve bileşikler Elementler: H2, N2, O2, O3 (ozon), F2, Cl2, He, Ne (Neon), Kr (Kripton), Xe (Xenon), Rn (Radon) Bileşikler: HF, HCl, HBr, HI, CO, CO2, NH3, NO (Azot oksit), NO2 (Azot dioksit), N2O (Nitröz oksit), SO2 (Kükürt dioksit), H2S (hidrojen sülfit), HCN (Hidrojen siyanür)

Gazların Genel Özellikleri Gazlar, bulundukları kabın şeklini alacak şekilde genleşirler. Renkli gazları gözle görebilsek de, gaz taneciklerini gözle göremeyiz. Hidrojen ve metan gibi bazı gazlar yanıcıdır; diğer taraftan helyum ve neon gibi bazı gazlar kimyasal tepkimeye duyarsızdır. Gazların fiziksel özelliklerini mol sayıları, hacimleri, sıcaklıkları ve basınçları belirler. Şekil. Üç halojenin gaz hali Cl2 (g) yeşilimsi sarı; Br2 (g) kahverengimsi kırmızı; grimsi siyah katı iyot ile temas halindeki I2 (g) mor renklidir. H2, N2, O2, CO ve CO2 gibi birçok bilinen gaz renksizdir.

Basınç Kavramı Basınç, birim alana düşen kuvvettir. F (N) P (Pa) = SI birim sisteminde kuvvet birimi newton’dur (N). Newton bir kuvvet (F) olup, bir newton 1 kg’lık kütleye 1 m/s2’lik ivme kazandırır; yani 1N=1kg.m/s2’dir. Birim yüzeydeki kuvvetin (basıncın) birimi ise N/m2’dir. Metrekare başına uygulanan bir Newton basınç bir pascal (Pa) olarak tanımlanır. Buna göre pascal olarak basınç, F (N) A (m2) P (Pa) = Basıncın birimleri 1 pascal (Pa) = 1 N/m2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101.325 kPa 1 atm = 1.01325 bar

Sıvı Basıncı Gaz moleküllerinin oluşturduğu toplam kuvvetin ölçülmesinin kolay olmaması nedeniyle basınç denkleminin gazlara uygulanması zordur. Bir gazın basıncı dolaylı yoldan sıvı basıncıyla kıyaslanarak ölçülür. Sıvı basıncı sıvı sütununun yüksekliği ve sıvı yoğunluğuna bağlıdır. Bu durum şöyle kanıtlanabilir. Yoğunluğu d olan bir sıvının kesit alanı A olan bir silindire h yüksekliğe kadar doldurulduğunu düşünelim. Ağırlık bir kuvvettir ve formülü kütle (m) x yerçekimidir (g). Bir sıvının kütlesi onun hacmi ile yoğunluğunun çarpımıdır. M=d x V Silindirin hacmi onun yüksekliği ile kesit alanı çarpımıdır. V= h x A Buna göre P=F/A yani W/A = g x m / A = g x V x d / A = g x h x A x d / A = g x h x d

Barometre Barometre 1643 yılında Toricelli’nin havanın basıncını ölçmek amacıyla geliştirdiği civalı düzeneğe BAROMETRE denilmiştir.

Hg sütununun basıncı = g X h(Hg) x d (Hg) = g x 76 cm x 13.6 g/cm3 76 cm yükseklikteki civa sütununun basıncına eşdeğer basıncı oluşturabilecek su sütununun yüksekliği ne olmalıdır? Hg sütununun basıncı = g X h(Hg) x d (Hg) = g x 76 cm x 13.6 g/cm3 H20 sütununun basıncı = g X h(H20) x d (H20) = g x h cm x 1 g/cm3 g x h cm x 1 g/cm3 = g x 76 cm x 13.6 g/cm3 h(H20) = 10.3 m

Manometreler Civa barometreleri hava basıncını ölçmek için kullanılırken manometreler de diğer gazların basıncını ölçmek için kullanılırlar. Açık uçlu manometrelerde ölçülecek gazın basıncı ve geçerli olan atmosfer basıncı eşit olduğu sürece manometrenin iki kolundaki civa yüksekliği eşittir.

GAZ KANUNLARI Boyle yasası Charles&Gay-Lussac yasası Avogadro yasası İdeal gaz yasası Birleşen hacimler yasası Dalton’un kısmi basınçlar yasası

Boyle Kanunu Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki bir gazın hacmi, basıncı ile ters orantılıdır. P a 1/V P1 x V1 = P2 x V2

Charles&Gay-Lussac Kanunu Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi Kelvin (mutlak) sıcaklığı ile doğrudan orantılıdır. T (K) = t (0C) + 273.15 Kuramsal bir gazın hacminin sıfır olduğu sıcaklığa mutlak sıfır sıcaklığı denir. Bu sıcaklık -273.15 oC ve 0 Kelvin’dir. V a T V1/T1 = V2/T2

Avogadro Kanunu Sabit sıcaklık ve basınçta, bir gazın hacmi miktarı ile doğru orantılıdır. Amedeo Avogadro

P R V T n = İdeal Gaz Denklemi P basınç, birimi atmosfer V hacim, birimi Litre n miktar, birimi mol R gaz sabiti ve değeri 0.0821 atm•L/mol•K T sıcaklık, birimi Kelvin. İdeal gaz denkleminin olası yazılışları ; P = nRT V = nRT n = PV T = PV R = nT V P RT nR PV

Standart (Normal) Basınç ve Sıcaklık Standard Temperature and Pressure (STP) P = 1 atmosfer T = 0 °C V = 22.414 litre STP’de

V = nRT P V = 1.37x0.0821x273.15/1 P1 T1 P2 T2 = P2 = P1 x T2 T1 1. 49.8 g HCl’in normal şartlar altındaki (STP’deki) hacmi kaç litre’dir? T = 0 0C = 273.15 K P = 1 atm V = nRT P n = 49.8 g x 1 mol HCl 36.45 g HCl = 1.37 mol V = 1.37x0.0821x273.15/1 2. Argon gazi ampullerde kullanılan inert bir gazdır. İçinde 1 atm ve 18oC’de argon bulunan bir ampul 85oC’ye kadar ısıtılmıştır. Ampul içindeki son basınç nedir ? P1 T1 P2 T2 = P2 = P1 x T2 T1 = 1.20 atm x 358 K 291 K

1. STP’de (normal şartlar altında) 52 1. STP’de (normal şartlar altında) 52.5 g CH4 gazı ne kadar hacme sahiptir ? 2. 250 mL’lik bir balonda 1.437 g NH3 425 °C sıcaklıkta patlayıncaya kadar ısıtılıyor. Patlamadan hemen önce balondaki basınç ne kadardır ?

Bütün gaz kuralları belirtildiği gibi birleştirilebilir :

410 mL hacimde, 27°C sıcaklıkta ve 740 mm Hg basınçtaki bir gazın normal şartlar altındaki (STP’deki) hacmini hesaplayınız. V1 = 410 mL T1 = 27°C T2 = 0 °C P1 = 740 mm P2 = 760 mm 27°C=300K; 0°C=273K

Boyle Kanunu: P1V1 = P2V2 (500 mm)(400 mL)=(250 mm)(x) 400 mL hacimde ve 500 mm Hg basınçtaki gaz numunesinin sıcaklığı değiştirilmeden basıncı 250 torr’a düşürülürse hacim ne olur? V1 = 400 mL P1 = 500 mm T sabit P2 = 250 torr (760 mm=760 torr) = 250 mm Boyle Kanunu: P1V1 = P2V2 (500 mm)(400 mL)=(250 mm)(x) x= (500)(400) = 800 mL 250

1. 856 mL ‘lik bir gaz numunesinin basıncı 780 mmHg’dan 720 mmHg’ya düşüyor. Ayrıca hava sıcaklığı da 30 °C’den 22 °C’ye düşüyor. Gazın yeni hacmi ne olur? 2. Bir silidir içindeki 298 K ve 350 mmHg’daki gazı 500 mmHg’ya çıkartmak için gerekli sıcaklık nedir?

M M MV dRT PM m d = M = = V P RT PV = nRT m PM = V RT nRT P = PM m m V Gaz Yoğunlukları dRT P m V = PM RT d = M = PV = nRT m PM = V RT nRT V P = d= m V m PM = V RT P RT n V = PM d = m M RT n = dRT P m P RT M = = MV

Oksijen gazının 298 K ve 0.987 atm’deki yoğunluğu nedir? = PM RT d = O2’nin mol kütlesi 32 g/mol’dür. 32 X 0.987 / 0.08206 X 298 = 1.29 g / L

Birleşen Hacimler Yasası (Gaz stokiyometrisi) Tepkime ve ürünlerin ya da bunlardan bazılarının gaz olduğu tepkimelerdeki stokiyometrik hesaplamalarda, bazen belirli basit yaklaşımlar kullanabiliriz. Aşağıdaki tepkimeyi ele alalım: 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) 2mol NO(g) + 1 mol O2(g)  2 mol NO2(g) 2 V NO(g) + 1 V O2(g)  2 V NO2(g) Aynı sıcaklık ve basınçta, tepkimeye giren ve tepkimede oluşan gazların hacim oranları, mol oranlarına eşittir.

5.6 g Glukozun yakılma reaksiyonunda ortaya çıkan CO2’nin 37oC ve 1 atm’deki hacmi nedir? C6H12O6 (k) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (s) g C6H12O6 mol C6H12O6 mol CO2 V CO2 1 mol C6H12O6 180 g C6H12O6 x 6 mol CO2 1 mol C6H12O6 x 5.60 g C6H12O6 = _________ mol CO2 0.187 mol x 0.0821 x 310.15 K L•atm mol•K 1.00 atm = nRT P V =

Dalton’un Kısmi Basınçlar Yasası Dalton’un yasasına göre bir gaz karışımının toplam basıncı karışımın bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamına eşittir. V ve T sabit P1 P2 Ptoplam = P1 + P2

Pi = Xi PT PT = 1.37 atm 0.116 8.24 + 0.421 + 0.116 Xpropan = Bir doğalgaz numunesi 8.24 mol CH4, 0.421 mol C2H6 ve 0.116 mol C3H8 içeriyor ve toplam gaz basıncı 1.37 atm ölçüldüyse propanın kısmi basıncı kaçtır? Pi = Xi PT PT = 1.37 atm 0.116 8.24 + 0.421 + 0.116 Xpropan = = __________ Ppropan = 0.0132 x 1.37 atm = __________ atm