GAZLAR VE GAZ KANUNLARI

GİRİŞ Gazları katı ve sıvılardan ayıran en önemli özellikler maddeler halinde şu şekilde özetlenebilir. a- Gazların belirli bir hacmi ve yüzey sınırı yoktur. b- Katı ve sıvılara göre daha düşük yoğunluğa sahiptirler. c- Bütün yönlerde aynı basıncı gösterirler. d- Kolaylıkla sıkıştırılabilirler. e- Isıtıldıkları zaman genişlerler. f- Kolaylıkla yayılabilirler (difüzlenirler). g- Kritik basınçlarının üzerinde bir basınç veya kritik sıcaklığın altındaki bir sıcaklığa kadar soğutulursa sıvılaşırlar. h- Birbirleriyle her oranda karışabilirler.

GAZ KANUNLARI Boyle-Mariotte Kanunu “sabit sıcaklıkta ve belli kütledeki bir gazın basıncı ile hacmi ters orantılıdır” P1V1 = P2V2 Örnek-1: 20 oC sıcaklıktaki ve 1290 ml hacminde bir kaptaki oksijen gazının basıncı 740 mm Hg olarak ölçülmüştür. Bu gazın, hacminin 860 ml olması için basıncı kaç mm Hg olmalıdır? Çözüm: (740) (1290) = P2 (860)‏ P2 = 1110 mm Hg

Charles kanunu “sabit basınç altında, belli kütlede bir gazın hacmi, sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişir.” Örnek-2: 20 oC de 600 cm3 hacmindeki bir silindir içinde hava bulunmaktadır. Gazın basıncı sabit kalmak şartıyla, hacmi 642 cm3 olacak şekilde genişletilirse, havanın son sıcaklığı kaç oC olacaktır? Çözüm: T1 = 273 + 20 = 293 K V2 = 642 cm3 V1 = 600 cm3 t2 = ? T2 = 313,5 t2 = 313,5 - 273 = 40,5 oC

Gay-Lussac Kanunu “sabit hacimde ve belli kütlede bir gazın basıncı sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişir.” Örnek-3: Bir silindirin içindeki gazın basıncı 20 °C de 135 atm dir. Silindirin sıcaklığı 85 °C ye çıkarılırsa basıncı ne olur? Çözüm: P2 : 165 atm

nT = nA + nB + nC+ ... XA = nA / nT XA + XB + XC = 1 Avogadro ilkesine göre; bir gaz karışımındaki toplam mol sayısı karışımdaki herbir gazın kısmi mol sayılarının toplamına eşittir. nT = nA + nB + nC+ ... Mol Kesri: Kısmi mol sayısının toplam mol sayısına oranına denir. XA = nA / nT XA + XB + XC = 1 Bir gazın mol kesri; o gazın kısmi basıncının toplam basınca oranına da eşittir. XA = PA / PT

Basınç Birimleri 1 atm = 760 torr = 760 mmHg 1 atm = 101.325 kPa 1 bar = 105 Pa

Birleşik Gaz Kanunu Boyle, Charles ve Gay Lussac kanunlarını bir bütün halinde birleştirmek mümkündür. Buna göre, ideal olduğu kabul edilen bir gazın hacmi basıncı ile ters ve mutlak sıcaklığı ile doğru orantılı olarak değişmektedir. Örnek-4: 20 °C sıcaklıkta ve 700 mm Hg basıncında 2 litre hacim işgal eden bir gaz -150 °C ye kadar soğuttuktan sonra, hacmi 0,1 litre olacak şekilde bastırılmaktadır. Bu durumda gazın basıncı kaç mm Hg olacaktır? Çözüm: T1 = 20 + 273 = 293 K T2 = -150 + 273 = 123 K V1 = 2 litre V2 = 0,1 litre P1 = 700 mm Hg P2 = ? mm Hg

İdeal Gaz Denklemi Bir önceki slaytta verilen genel gaz denklemini şu şekilde düzenlemek mümkündür. Parantez içindeki kısım gazın ilk halini göstermektedir. Bu hal sabit bir değere (R) eşit olacağından, P V = R T olur. N mol gaz için bu denklem: PV = nRT halini alır. İdeal Gaz Denklemi R = 0,082 litre atm / mol K

Örnek-5: Molekül ağırlığı bilinmeyen bir maddenin 0,70 gramı 300 °C ye kadar ısıtıldığı takdirde, buharlaşarak 72,4 cm Hg basıncı altında 350 cm3 gaz oluşturmaktadır. Söz konusu maddenin molekül ağırlığını bulunuz. Çözüm: m = 0,70 gram P = 724 / 760 atm. T = 300 + 273 = 573 K V = 350 cm3 = 0,35 litre MA = 98,64 gram

Örnek 6: Bir bisiklet lastiğine 0,24 mol hava doldurulduğu zaman 3,91 atm basınç oluşturmaktadır. Lastiğin hacmi 1,50 L olduğuna göre sıcaklığı kaç oC ‘dir. Çözüm: T = 298-273 = 25 oC

Buhar Basıncı Sıvının gaz haline geçmesine buharlaşma denir. Sıvılar her sıcaklıkta buharlaşabilir. Kapalı bir kapta sıvı ile dengede olan buhar fazının basıncına buhar basıncı denir. Buhar basıncı sıcaklık artıkça artar : Moleküllerarası çekim kuvvetini yenen molekül sayısı artacağından buhar fazına geçen molekül sayısı artar.

Dalton Kısmi Basınçlar Kanunu Sabit sıcaklıkta birbirine etki etmeyen belirli hacimdeki gazlar karışımının toplam basıncı, karışımı oluşturan gazların kısmi basınçları toplamına eşittir. A, B ve C gibi üç ideal gaz karışımı T sıcaklığında V hacmini doldurmaktadırlar. Karışıma ideal gaz denklemi uygulanıp, her bir gazın kısmı basıncı için, , , ifadelerini yazmak mümkündür. Toplam basınç için ise, PToplam = PA + PB + PC yazılabileceğinden,

bağıntısı bulunmuş olur. Burada N, gaz karışımının toplam mol sayısıdır. Böyle bir gaz karışımındaki herhangi bir gazın kısmi basıncı toplam basınca oranlanacak olursa, ifadesini elde etmek mümkündür. Burada nA/N terimi mol kesri adını almaktadır.

Örnek-7: İçlerinde 9 atm basınçlı 5 litre O2 gazı bulunan bir kap ile 6 atm basınçlı 10 litre N2 gazı bulunan bir kap arasındaki musluk açılıyor. Sabit sıcaklıkta denge basıncında her bir gazın kısmi basınları ile toplam basınç ne olur? Çözüm: Kaplar birleştirildiği zaman gaz karışımının toplam hacmi 15 litre olacağından, Boyle kanununa göre her bir gaz için, değerlerini bulmak mümkündür. Dalton kanununa göre ise toplam basınç, PO + PN = 3 + 4 = 7 atm

Gazların Difüzyonu ve Graham Kanunu Gazların birbiri içinde kendiliğinden yayılmalarına difüzyon denir. Gazın küçük bir delikten sızarak çıkmasına ise özel olarak efüzyon adı verilir.

Graham Kanunu Birim zamanda alınan yol, dolan veya boşalan hacim difüzyon hızı (u) olarak ifade edilir. Gazların yayılma (difüzyon) hızları molekül kütlelerinin (MK) kare kökü ile ters orantılıdır. Bir maddenin bir molünün kapladığı hacme molar hacim ( ) denir. Avogadro kanununa göre sabit sıcaklık ve basınçta bütün gazların molar hacimleri aynıdır.

Graham Kanununa göre; Aynı şartlardaki iki gazın mol kütleleri veya yoğunlukları oranının karekökü; Yayılma sürelerinin oranı ile doğru, Molekül ve yayılma hızlarının oranları, yayılan gaz miktarının oranı, moleküllerin aldığı yolların oranı ile ters orantılıdır. Örnek 8: Sabit sıcaklık ve basınçta ince bir boruda NH3 molekülleri 35 saniyede 14,0 cm yol almaktadır. Aynı şartlarda HCl molekülleri dakikada kaç cm yol alır?

NH3 gazının aldığı yol x ve HCl gazının aldığı yol y ile gösterilirse;

Uygulamalar 1- Mg ile HCl ‘in tepkimesinden, 20 oC’de su üstünde 25 mL H2 gazı toplanıyor. Açık hava basıncı 641 mmHg ve deneyin yapıldığı sıcaklıkta suyun buhar basıncı 17,5 mmHg olduğuna göre, kaç mol H2 gazı toplanmıştır? PH2 = Patm – Psu =641-17,5 = 623,5 mmHg= 0,82 atm

X gazı O2 ‘den 2,83 kat daha hızlı olduğuna göre, 2- Standart şartlarda yoğunluğu 1,43 g L-1 olan O2 gazından 2,83 kat daha hızlı olan X gazının mol kütlesini hesaplayınız. X gazı O2 ‘den 2,83 kat daha hızlı olduğuna göre, Gazların standart şartlarda molar hacimleri 22,4 L ‘dir.

Kısa Sınav Soruları: 1- Bir gazın 0 oC ve 0,666 atm 'de yoğunluğu d=2 g/L ise bu gazın MA'sı nedir? 2- NH3'ın 100 oC ve 1,15 atm'deki yoğunluğunu hesaplayınız.