Kimya - Gazlar

• GAZLAR
Maddeler tabiatta katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç halde bulunurlar.

* Gaz hali genel olarak molekül ve atomların birbirinden uzak olduğu ve çok hızlı hareket ettiği bir haldir.
* Gaz molekülleri birbirine uzak olduğu için aralarında etkileşim yok denecek kadar azdır. Bu sebeple gaz molekülleri birbirinden bagımsız hareket ederler.
* Gazların hacim ve şekilleri işgal ettikleri kaba göre değişir. Bulundukları kabı doldururlar.
* Gazlar kolaylıkla sıkıştırılabilirler.
* Gazlar birbiriyle her oranda karışarak birinin yalnız başına işgal ettiği hacmi bu sefer beraberce doldururlar.
* Gazlar hızlı hareket ettiklerinden bulundukları kabın çeperine çarparlar ve bu çarpma neticesi kaba basınç uygularlar.
* Bulundukları kap içerisinde bütün yönlerde aynı basıncı uygularlar.
* Yoğunlukları katı ve sıvıya göre çok küçüktür.
* Isıtıldıklarında bütün gazlar sıcaklık değişimi karşısında aynı oranda genleşirler.
* Kolaylıkla bir ortamda yayılırlar.
* Gazların taneciklerinin oluşturduğu hacim, moleküller arasındaki boşluk yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür.
* Gaz molekülleri sabit bir hızla hareket ederken birbiriyle ya da bulundukları kabın duvarlarıyla çarpışırlar. Bu çarpışmalarda taneciklerin hızı ve doğrultusu değişebilir. Fakat çarpışmalar esnek olduğundan kinetik enerjide bir değişme olmaz.
* Gaz taneciklerinin sıcaklık değişimi ile hızları değişeceğinden ortalama kinetik enerjileri de değişir.
* Sıcaklıkları aynı olan bütün gazların ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir.
* Gaz molekülleri yüksek basınç düşük sıcaklıklarda sıvılaştırılabilirler.

İDEAL GAZ
Öz hacmi olmayan, moleküller arasında hiçbir itme ve çekme kuvveti bulunmayan ve gaz moleküllerinin birbiriyle çarpışmasında hiçbir kinetik enerji kaybı olmayan bir hayali gaz örneğine ideal gaz denir.
Tabiattaki gazlar gerçek gazlardır. Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideale yaklaşırlar.
Farklı gazların ideal olmaları karşılaştırmasında ise;
Yoğunlaşma noktası düşük olan, molekül ağırlığı küçük olan gazlar diğerlerine göre daha idealdir, yorumu yapılabilir.

GAZLARIN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ
Bir gazın herhangi bir sıvıdaki çözünürlüğü;

1. Gazın cinsine bağlıdır.
2. Sıcaklık arttıkça azalır.
3. Basınç arttıkça artar.

GAZ BASINCININ ÖLÇÜLMESİ
Gaz basıncını ölçmeye yarayan aletlere manometre denir.
Toriçelli deniz seviyesinde civa kullanarak yapmış olduğu deney sonucu açık hava basıncını hesaplamıştır.

Sıvılar, basıncı her tarafa eşit olarak iletirler. Sıvı basıncı sıvının yüksekliğine ve yoğunluğuna bağlıdır. Cıvanın yoğunlugu 13,6 g/cm3, suyun yoğunluğu 1 g/cm3 tür.
Yukarıdaki deney civa yerine su kullanarak yapılsaydı,
Borudaki su yüksekliği: 76.13,6 = 1033,6 cm olurdu.
76 cm Hg = 760 mm Hg = 1 atm

1. Kapalı Manometre

2. Açık Manometre
a.

Cıva seviyelerinin eşit olması X gazının basıncının açık hava basıncına eşit olduğunu ifade eder.
b.

X gazının basıncı açık hava basıncından h cm daha fazladır.
c.

X(g) nın basıncının açık hava basıncından daha küçük olduğu görülmektedir.

İDEAL GAZ DENKLEMİ
P.V=n.R.T

P:
Basınç (atm),
76 cm Hg = 760 mm Hg = 1 atm eşitliği unutulmamalıdır.
V:
Hacim (ℓt)
n:
Mol sayısı
R:
Raydberg gaz sabiti olup bütün gazlar için
litre.atm/mol.°K

T:
Sıcaklık birimi olarak daima kelvin kullanılır.
Kelvin = °C + 273eşitliği vardır.
Örnek - 1
2 mol H2 gazının 5,6 lt'lik bir kapta 8 atm. basınç yapması için sıcaklığı kaç °C olmalıdır?

Çözüm:
P.V = n.R.T denkleminden;

T= 273 °K çıkmalıdır.
Kaç °C olduğu sorulduğundan °K = °C + 273 eşitliğinden gazın sıcaklığı 0°C olacaktır.

GAZLARIN YOĞUNLUĞU
Gazların yoğunluğu basınç ve sıcaklık değişimi ile değişir.
P . V = n . R . T denkleminde;
Mol sayısını gram cinsinden yazarsak,
gazın mol sayısı; gaz kütlesinin, gazın mol ağırlığına oranına eşittir.


p.MA = d.R.t formülü çıkarılabilir.
Yoğunlukla ilgili sorularda bu eşitlik kullanılmalıdır.

Örnek - 2
N2 gazının normal koşullarda yoğunluğu 1,25 g/lt dir.
N2 gazının 0,2 atmosfer 273 °C’deki yoğunluğu kaçtır? (N : 14)

Çözüm :
P.MA = d.R.T denklemindeki sabit olan

Şartlar değişsede R değişmeyeceğinden,


Aynı gaz olduğu için MA’lar sadeleşir. Verilenler yerine yazılırsa


GAZLARIN KARŞILAŞTIRILMASI
Farklı gazlar birbiriyle karşılaştırıldığında ya da herhangi bir gazın farklı ortamlardaki halleri birbiriyle kıyaslandığında;




Buradan genel olarak aşağıdaki formül çıkarılır.

Formül karşılaştırma sorularında kullanılacaktır.

Örnek - 3
2 litre hacimli kapta mutlak sıcaklığı T olan m gram CH4 gazı, 3 litre hacimli kapta mutlak sıcaklığı 2T olan 2m gram SO2 gazları vardır.
SO2 gazının basıncının CH4 gazı basıncına oranı kaçtır?
(H : 1, C : 12, O : 16, S : 32)

Çözüm
CH4 gazı için basınç : , hacim 2 litre, sıcaklık T dir.

SO2 gazı için basınç : , hacim 3 litre sıcaklık 2T dir.


Örnek - 4
Aşagıdaki grafiklerden hangisi yanlış çizilmiştir?


Çözüm:
P.V = n.R.T denklemi esas alınarak yorumlanırsa A, B, C, E şıklarında çizilmiş olan grafikler doğru çizilmiştir. D şıkkında ise basınç, °C grafiği, gazın sıcaklığı 0 °C iken
273°K'dır. Basıncı sıfır olamaz. Yani grafik sıfır noktasından başlayamaz.
Cevap D

GAZLARIN KARIŞTIRILMASI
Farklı kaplarda bulunan gazların yeni bir kapta karıştırılması ya da musluklarla birbirine bağlı olan kapların musluğunun açılması ile gazların birbirine karıştırılması şeklindeki soru tipleri bu başlıkta incelenecektir. Karıştırılan gazlar birbiriyle reaksiyon verebilir ya da vermeyebilir.
Gazlar sabit sıcaklıkta karıştırılıyorsa;
P.V = n.R.T denklemine göre;
T sabit ise, P.V değeri, mol sayısı (n) ile doğru orantılıdır.
Gazlar karıştırıldığında;
Pson.Vson =P1.V1.+P2.V2+...............Pn.Vn
formülünden yararlanarak işlemler yapılır.

KISMİ BASINÇ
Kısmi basınçtan bahsedilebilmesi için aynı kap içerisinde birden fazla gazın bulunması gerekir. Kapta bulunan bütün gazlar için hacim (V) ve sıcaklık (T) aynı olacağından, basınç mol sayısıyla doğru orantılı olacaktır.

PA : A gazının kısmi basıncı
nA : A gazının mol sayısı
nT : Toplam mol sayısı
PT : Toplam basınç
Kısmi basıncı, karışımdaki herbir gazın tek başına o kabı doldurduğunda yapacağı basınç olarak da tarif edebiliriz. Herbir gazın yapmış olduğu kısmi basınçların toplamına ise toplam basınç denir.

Örnek- 5
4 mol H2, 3 mol CO2 ve 2 mol He gazının bulunduğu kabın toplam basıncı 1,8 atm.'dir.
Buna görenin kısmi basıncı nedir?

Çözüm:
Kısmi basınç sorularında aynı kapta birden fazla gazın bulunması söz konusudur. Dolayısıyla herbir gaz için hacim (V) ve sıcaklık (T) aynıdır.



GAZLARIN KİNETİĞİ VE DİFÜZYON HIZI
Gazlar uzayda birbirinden oldukça uzak mesafelerde hareket eden moleküller topluluğu olup, gaz taneciklerinin öz hacmi gazın kapladığı toplam hacim yanında yok denecek kadar azdır.
Gaz molekülleri sabit bir hızla hareket ederler ve bu hareketleri sırasında birbirleriyle ve içinde bulundukları kabın çeperiyle çarpışırlar. Bu çarpışmalar esnek olup çarpışma sırasında kinetik enerji değişmez.
Gaz molekülleri ısı enerjisini kinetik enerjiye dönüştürürler. Sabit sıcaklıkta bütün gazların ortalama kinetik enerjileri aynıdır.
Yani kinetik enerji yalnızca sıcaklığa bağlıdır.

Difüzyon hızı için;
Aynı basınç ve sıcaklık altında X ve Y gazlarını özdeş bir kaba koyalım. Bu iki gazın ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir.


Molekül ağırlığı küçük olan gazlar hızlı, büyük olan gazlar yavaş hareket ederler.
Aynı formülden hız ile yoğunluk arasında; eşitliği de çıkarılabilir.

Kinetik enerjisinin sıcaklık ile ilişkisi şeklindedir.

İki denklem birleştirilirse,

eşitliğide çıkarılır. Yani mutlak sıcaklık 4 katına çıkarıldığında hız 2 katına çıkar.

SIVI-BUHAR BASINCI
Sıvıların her sıcaklıkta buharlaşabildiklerinden sıvı buharlasının bu sıcaklıklarda yapmış olduğu basınca sıvı-buhar basıncı denir.

1. Sıvı - buhar basıncı, sıvının cinsine ve sıcaklığına bağlıdır. Sıvı miktarına bağlı değildir.
2. Sıvı - buhar basıncı, açık hava basıncına eşit olduğunda sıvı kaynamaya başlar.
3. Sıvı - buhar basıncı büyük olan sıvıların kaynama noktaları düşüktür.
4. Sıvı - buhar dengesinde iken sıvı buharları sıkıştırılırsa ya da genleştirilirse basıncı değişmez.
5. Uçucu sıvıların sıvı - buhar basınçları daha yüksektir ve bu sıvılar daha düşük sıcaklıkta kaynar.
6. Bir sıvı içinde herhangi bir katı madde çözülürse, sıvı - buhar basıncı düşer dolayısıyla kaynama noktası yükselir.
7. Sıcaklık arttıkça sıvı - buhar basıncı artar.