GAZLAR
Bir madde bulunduğu ortamın basınç ve sıcaklığına göre katı, sıvı ya da gaz fazında (halinde) bulunabilir. Örneğin 1 atmosfer basınç altında sıcaklık –10°C iken H2O(su) katı, 10°C iken sıvı, 110°C iken gaz halde bulunur. Bu bölümde gazlar üzerinde duracağız.
Gaz fazında bulunan maddelerin belirli şekil ve hacimleri yoktur.
Avogadro Hipotezi
Bu hipoteze göre; "aynı şartlar da bulunan bütün gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda molekül bulunur."
Gazların aynı şartlarda olması, basınç ve sıcaklıklarının eşit olması anlamına gelir.
Buna göre, basınç ve sıcaklığı eşit olan iki gazın hacimleri eşit ise molekül sayıları da eşittir.
CH4gazının 2V hacim kapladığı şartlarda O2 gazı V hacim kaplamaktadır.
Buna göre, CH4 ün kütlesinin O2 nin kütlesine oranı kaçtır? (H:1, C:12, O:16)
A) 1
2 B) 1 C) 2 D) 4 E) 8
Avogadro hipotezine göre, aynı şartlarda hacimleri arasında 2V
V =2 oranı bulunan CH4 ve O2 gazlarının mol sayıları arasındaki oran şöyledir.
CH4 ün mol sayısı O2 ninkinin iki katı olduğuna göre, kütleleri arasında,
2 16 32
⋅ =1 oranı bulunur.
Doğru seçenek B dir.
Aynı şartlarda bulunan H2 ve He gazların kütleleri aşağıdaki gibidir.
Gaz Kütle(g) H2 4
He 2
H2 gazının hacmi 4 litre olduğuna göre, He nin hacmi kaç litredir? (H:1, He:4)
A) 1 B) 2 C) 4 D) 8 E) 16
Avogadro hipotezine göre, aynı şartlardaki gazların hacimleri eşit ise mol sayıları da eşittir. Bundan yola çıkarak, "aynı şartlardaki gazların hacimleri arasındaki oran mol sayıları arasındaki orana eşittir" sonucuna ulaşabiliriz.
Soruda He nin hacmi sorulduğuna göre, H2 ve He nin mol sayıları bilinmelidir. Bunu verilen kütle değerlerinden bulalım.
Buna göre;
2 mol H2 4 litre hacim kaplıyorsa 1mol He x litre hacim kaplar 2
x 1 dir.=
Doğru seçenek A dır.
Gazların Özellikleri
He, Ne, Ar gibi gazlar atom; O2, CO2, CH4 gibi gazlarsa moleküllerden oluşurlar. Bu nedenle gazları oluşturan en küçük parçacıklar için tanecik kavramını kullanacağız.
1. Gaz tanecikleri gelişigüzel hareket ederler.
2. Gaz tanecikleri arasındaki boşluk çok büyüktür.
Bu özellikten yararlanarak gazlarla ilgili aşağıdaki işlemleri yapabiliriz.
a) Pistonlu bir kaptaki gazı sıkıştırarak hacmini küçültebiliriz.
Bu durumda tanecikler arası mesafe küçülür.
b) İçinde gaz bulunan kapalı bir kaba aynı ya da farklı bir gaz ekleyebiliriz.
3. Gelişigüzel hareket eden gaz tanecikleri birbirleri ile ve içinde bulundukları kabın duvarları ile çarpışırlar.
Taneciklerin kabın duvarına çarpması sonucu basınç oluşur. (Gazların bu özelliğini lunaparklardaki çarpışan arabalara benzetebiliriz)
4. Hareketli gaz taneciklerinin belirli kinetik enerjileri vardır. Her bir tanecik için tek tek kinetik enerji hesaplanamadığından gazlar için ortalama kinetik enerji değeri hesaplanır.
Bu da sıcaklıkla doğru orantılıdır.
⇒ Sıcaklık artarsa kinetik enerji artar.
⇒ Sıcaklık azalırsa kinetik enerji azalır.
⇒ Sıcaklık değişmezse kinetik enerji sabit kalır.
⇒ Aynı kapta bulunan farklı gazların sıcaklıkları aynı olduğundan kinetik enerjileri de aynıdır.
⇒ İki farklı gaz için sıcaklıklarının aynı olduğu belirtilmiş ise kinetik enerjilerinin aynı olduğu sonucuna ulaşılabilir.
Aynı şartlarda bulunan ideal gazlarla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisinin doğruluğu kesin değildir?
A) Sıcaklıkları eşittir.
B) Basınçları eşittir.
C) Moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir.
D) Molekül sayıları arasındaki oran, hacimleri arasındaki orana eşittir.
E) Hacimleri arasındaki oran kütleleri arasındaki orana eşittir.
Farklı gazların mol kütleleri farklı olabilir. Bu nedenle aynı şartlarda bulunan gazların hacimleri oranı mol kütleleri oranına eşit olmasına rağmen kütlelerine oranına eşit olmayabilir.
Örneğin; aynı şartlarda bulunan CH4 ve O2gazlarını ele alalım. Bu gazlardan her birinin hacmini V alırsak, hacimleri oranı 1 olur. CH4 ve O2 nin mol sayıları oranı 1 ise kütleleri oranı 4
2
CH 16m 1
O =32m=2 olur.
Doğru seçenek E dir.
Şekildeki kabın içine bir miktar B gazı ekleniyor.
Buna göre, kapta bulunan A ve B gazları için aşağıdakilerden hangisi kesinlikle aynıdır?
A) Basınç B) Molekül sayısı C) Ortalama kinetik enerji D) Toplam atom sayısı E) Kütle
Aynı kapta bulunan gazların sıcaklıkları eşit olduğundan taneciklerinin ortalama kinetik enerjileri de eşit olur.
A ve B gazlarının miktarları bilinmediğinden diğer seçenek- lerde verilen değerler için kesin bir şey söylenemez.
Doğru seçenek C dir.
Gaz Basıncının Ölçülmesi
a) Açık Hava Basıncının Ölçülmesi
Hava çeşitli gazlardan oluşan bir gaz karışımıdır. Açık hava basıncını ölçmek için barometre denilen aygıttan yararlanılır.
Civa ile doldurulmuş 1 metre uzunluğundaki cam boru, içinde cıva bulunan bir kaba ters çevrilerek konulduğunda borudaki cıvanın tamamen kaba akmadığı görülür.
Yukarıda görüldüğü gibi cam borudaki cıva belirli bir yükseklikte duruyor. Civanın bu seviyede durmasının nedeni kaptaki cıvanın yüzeyine yapılan dış basınçtır.
0°C de deniz seviyesinde yapılan deneylerde cıva seviyesinin 76cm olduğu gözlenmiştir. Bu değerler referans alınarak açık hava basıncı 76 cmHg olarak kabul edilmiş ve buna 1 atmosfer (atm) denilmiştir.
Buna göre,
1 atm= 76 cmHg= 760 mmHg dir.
Civanın özkütlesi büyük, buhar basıncı küçük olduğundan bu deneyde cıva kullanılmıştır. Özkütlesi cıvanınkinden daha küçük bir sıvı kullanılsaydı cam borudaki sıvı yüksekliği daha büyük olurdu. Mesela cıva yerine su kullanılsaydı sıvı yüksekliği;
13,6 x 76= 1033,6 cm olurdu.
Bu deneyde sıvı yüksekliği;
sıvının cin sine
BAĞLI açık hava basıncına
− ⎫⎪⎪
− ⎬⎪⎪⎭
}
Cam borunun şekline ve kesitine BAĞLI DEĞİLDİR.
−
Açık hava basıncı 0°C de deniz seviyesinde 1 atm olmasına rağmen deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça bu değerin altına düşer. Yani Erciyes dağındaki açık hava basıncı İstanbul'da deniz seviyesindekinden daha düşüktür.
Açık hava basıncının 70 cmHg olduğu bir ortamda aşağıdaki deney düzeneği kuruluyor.
Deneyde kullanılan X sıvısının özkütlesi cıvanınkinin yarısı kadar olduğuna göre h yüksekliği kaç cm'dir?
A) 38 B) 70 C) 76 D) 140 E) 152
Deney düzeneğinde X yerine cıva kullanılsaydı cıva yüksekliği 70 cm olurdu. (Dış basınç 70 cmHg olduğu için) Bu tür sorularda, kullanılan sıvıların (cıva ya da X sıvısı) basınçları dış basınca eşit olduklarından birbirlerine de eşittir. Bunu da aşağıdaki gibi formülle gösterebiliriz.
Soruda civanın özkütlesi X inkinin 2 katı olarak verildiğine göre,
2.70 = 1.hx ⇒ hx = 140 cm olarak hesaplanır.
Doğru seçenek D dir.
b) Kapalı Bir Kaptaki Gaz Basıncının Ölçülmesi Kapalı bir kaptaki gaz basıncını ölçmek için manometre denilen aygıtlardan yararlanılır.
Manometreler U şeklindeki cam borular olup genellikle içinde cıva bulunur. Kapalı ve açık uçlu olmak üzere iki türü vardır.
1. Kapalı Uçlu Manometreler
Bu tür manometrelerin bir ucu kapalıdır. Açık olan ucu ise basıncı ölçülecek olan gazın bulunduğu kaba bağlanır.
Kaptaki gaz basıncı manometredeki civa seviyesi farkına eşittir.
Pgaz = h cmHg
2. Açık Uçlu Manometreler
Bu tür manometrelerin iki ucu açık olduğundan manometredeki sıvıya her iki uçtan gaz basıncı etki eder. Etkiyen gaz basınçlarının büyüklüğüne göre aşağıdaki durumlardan biri oluşur.
Bir öğrenci laboratuvarda manometrelerle çeşitli gazların basıncını ölçüyor.
Bu öğrenci aşağıdaki düzeneklerden hangisini kuramaz?
C seçeneğinde verilen düzenekteki açık uçlu manometreye göre kaptaki gazın basıncı havanın basıncına eşittir.
Bu gazın bir basıncı olduğuna göre kaba bağlı kapalı uçlu manometrede cıva seviyelerinin eşit olmaması gerekir.
Bu nedenle C seçeneğindeki düzenek kurulamaz.
Doğru seçenek C dir.
Açık hava basıncının 75 cmHg olduğu bir ortamda bulunan şekildeki sistemin kapalı uçlu manomet- resindeki cıva seviyesi farkı (h) kaç cm dir?
(Cıvanın özkütlesi: 13,6 g/cm3, X in özkütlesi: 3,4 g/cm3) A) 30 B) 75 C) 85 D) 90 E) 105
Kaptaki gazın basıncı h cmHg dir.
Sistemdeki açık uçlu manometre sadece cıva(Hg) olsaydı gaz basıncı (Pgaz)
Pgaz = Phava + cıva seviyesi farkı olurdu.
Yalnız açık uçlu manometrede cıva ile birlikte X sıvısı da bulunmaktadır.
Burada cevabını bulmamız gereken soru şudur:
Acaba X sıvısı yerine cıva kullanılsaydı cıvanın yükselliği kaç cm olurdu?
Buna göre;
Pgaz = h = Phava + 10 cmHg + 5 cmHg = 75+10+5 = 90 cmHg h= 90 cm
Doğru seçenek D dir.
İdeal Gaz Denklemi
Gazların temel özellikleri arasında aşağıdaki gibi bir bağıntı vardır. Bu bağıntıya ideal gaz denklemi denir.
P. V=n . R . T P: Basınç
Gaz basıncı mmHg ya da atmosfer(atm) gibi birimlerle ifade edilir. Bu denklemde basıncın birimi atm olarak alınır.
V: Hacim
Gazların hacmi içinde bulundukları kapalı kabın iç hacmine eşittir. Hacim cm3 ml, lt gibi birimlerle ifade edilebilmesine rağmen bu denklemde birimi litre(lt) olarak alınır.
1 litre =1000 ml dir.
n: mol sayısı
Bir gazın mol sayısı kütlesinin atom ya da molekül ağırlığına bölünmesi ile elde edilir.
R: Sabit sayı Bu sabit sayının değeri
22, 4 0,082 dir.
273 =
İdeal gaz denklemi ile bir hesaplama yapılırken verilen sıcaklık değeri 273 ve katları şeklinde ise R yi22, 4
273 almak daha avantajlıdır.
T: Mutlak Sıcaklık
Mutlak sıcaklığa Kelvin sıcaklığı da denir. Santigrad (C) birimi ile verilen bir sıcaklık değerine 273 eklenirse Kelvin sıcaklığı elde edilir.
T= t°C+273
27°C nin Kelvin birimi ile karşılığı
27+273= 300 K dir.
0°K sıcaklığı mutlak sıfır olarak kabul edilir. Herhangi bir maddenin sıcaklığı mutlak sıfırdan (0°K) küçük olmaz?
Gerçekte hiçbir gaz ideal davranışta olmamakla birlikte yüksek sıcaklık ve düşük basınçta bir gazın davranışı ideal gaz davranışına yaklaşır. Bu bölümde inceleyeceğimiz gazların ideal davranışta oldukları varsayılacaktır.
0°C sıcaklık ve 76 cmHg basınç altında 5600 ml hacim kaplayan He gazı kaç gramdır? (He:4)
A) 0,5 B) 1 C) 2 D) 4 E) 6
Verilen değerleri uygun birimlere çevirip ideal gaz denkleminde yerine yazarak He gazının kaç mol olduğunu bulabiliriz.
T= 0°C + 273 =273 K P= 76 cmHg =1 atm V= 5600 ml =5,6 lt P.V= n.R.T
22, 4 1 5,6 n
⋅ = ⋅ 273⋅273 n= 0,25 mol
He nin mol kütlesi 4 olduğuna göre (soruda parantez içinde verilmiş) kütlesi 0,25 m m 1g dır.
= 4⇒ =
Doğru seçenek B dir.
273°C sıcaklığındaki bir gazın mol sayısı - basınç ilişkisi şekildeki gibidir.
Buna göre, bu gazın hacmi kaç lt dir?
A) 5,6 B) 11,2 C) 22,4 D) 44,8 E) 89,6
Grafik üzerindeki, herhangi bir mol sayısı değerini ve buna karşılıklı gelen basınç değerini alıp ideal gaz denkleminde yerine koyalım.
Mesela; mol sayısını 1 alalım. Buna karşılık gelen basınç değeri 38 cmHg dir.
P.V= n.R.T P = 38 cmHg = 0,5 atm 22, 4
0,5 V 1
⋅ = ⋅ 273⋅ ⋅2 273 T= 273°C + 273 = 2,273K V= 89,6 lt
Doğru seçenek E dir.
Şekildeki sistem hava basıncının 74 cmHg olduğu bir ortamda bulunmaktadır.
Sistemdeki 22,4 litrelik kapta 32 g CH4 gazı bulunduğuna göre manometredeki cıva seviyeleri farkı h kaç cm'dir? (H: 1, C: 12)
A) 19 B) 38 C) 76 D) 78 E)95
Öncelikle ideal gaz denkleminden yararlanarak CH4 ün basıncını bulalım.
P.V= n.R.T P=?
P 22, 4⋅ 22, 4 2
= ⋅ 273 ⋅273 V= 22,4 lt
P= 2 atm 32
n 2mol
=16=
T = 0°C+273=273 2 atm 2 x 76 =152 cmHg olduğuna göre manometredeki cıva seviyesi farkı,
Pgaz = Phava + h 152 = 74 + h h = 78 cm dir.
Doğru seçenek D dir.
Gazların Yoğunluğu
Katı ve sıvılara göre çok az olmakla birlikte gazların da bir yoğunluğu vardır.
P.V = n.R.T denkleminde, n yerine
A
m
M A
n m
=M
V yerine dem d d=m
V yazıp,
A
m m
P R T
d M
⋅ = ⋅ ⋅ denklemi sadeleştirirsek
P. MA=d.R . T
denklemini elde ederiz. MA, gazın molekül ağırlığı; d ise gazın yoğunluğudur. Denklemde görüldüğü gibi bir gazın yoğunluğu (d) ile molekül ağırlığı (MA) arasında doğru orantı vardır.
1.
İdeal bir gaza ait aşağıdaki grafiklerden hangisi yanlış çizilmiştir?2.
Sabit hacimli bir kapta bulunan SO2 gazına bir miktar X gazı ekleniyor.İşlem sonunda yoğunluk 2 katına, aynı sıcaklıkta basınç 5 katına çıktığına göre, "X" in molekül kütlesi aşağıdakilerden hangisidir?
(S: 32, O: 16)
A) 4 B) 16 C) 32 D) 80 E) 98
3.
Şekildeki 1 nolu manometreye bağlı kapta He, 2 nolu manometreye bağlı kapta H2 gazı vardır.
Buna göre, bu gazlar için;
I. Basınç (P) II. Mol sayısı (n) III. Kütle (m)
değerleri arasında nasıl bir ilişki vardır?
(H: 1, He: 4)
I II III A) PHe =2PH2 nHe =2nH2 mHe =4mH2
B) PHe =PH2 nHe =nH2 mHe =mH2
C) 2PHe =PH2 2nHe =2nH2 2mHe =mH2 D) 2PHe =PH2 nHe =2nH2 mHe =4mH2
E) PHe =2PH2 nHe =2nH2 mHe =2mH2
4.
Aşağıdaki düzenekler aynı ortamda kurulmuştur.Buna göre, hangisinde kullanılan sıvının yoğunluğu diğer dördündekinden büyüktür?
5.
Aynı şartlarda bulunan aşağıdaki gazlardan hangisinin yoğunluğu en büyüktür?A) CO B) CH4 C) NO2
D) C3H4 E) CO2
6.
Şekildeki düzenek açık hava basıncının 75 cmHg olduğu bir ortamda kurulmuştur.
Aynı sıcaklıkta düzenekteki açık uçlu mano- metre yerine kapalı uçlu manometre kullanıl- saydı aşağıdakilerden hangisi oluşurdu?
7.
Şekildeki sistemde bulunan Z gazının basıncı kaç cmHg olabilir?
A) 76 B) 77 C) 83 D) 84 E) 97
8.
Şekildeki sistemde bulunan O2 gazının basıncı 1 atm kütlesi 8 g olduğuna göre, CH4 gazının kütlesi kaç gramdır? (H: 1, C: 12, O: 16)
A) 4 B) 6 C) 8 D) 12 E) 16
9.
Mol sayısı – hacim ilişkisi şekildeki gibi olan ideal davranıştaki bir gazın basıncı aşağıdaki sıcaklıkların hangisinde 0,8 atm olur?
A) 0°C B) 273°C C) 273 K
D) 546°C E) 400 K
10.
Sabit hacimli bir kapta bulunan eşit kütleli K ve L gazlarının;I. Basınçları arasında 2PK = PL
II. Toplam atom sayıları arasında L = 4K ilişkisi vardır.
Buna göre, K ve L ile gösterilen gazlar aşağıdakilerin hangisinde verilenler olabilir?
K L
A) He H2
B) H2 He
C) O2 CH4
D) CH4 O2
E) He CH4
11.
Aşağıdaki gazlar aynı koşullarda bulunduğuna göre, hangisinin 5 litresinin kütlesi en küçüktür? (He: 4, Ne: 20, N: 14, C: 12, H: 1)A) He B) Ne C) N2
D) C2H4 E) C3H8
12.
Şekildeki kaba aynı sıcaklıkta bir miktar daha Hg eklenirse;
I. Tüpte X gazının basıncı artar.
II. h seviyesi değişmez.
III. X gazının birim zamanda birim yüzeye yaptığı çarpma sayısı artar.
yargılarından hangileri doğru olur?
(Tüpün konumu sabit)
A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III
13.
1 mol CH4 gazı bulunan sabit hacimli bir kaba aynı sıcaklıkta bir miktar X gazı eklenince gaz karışımının basıncı 2 katına, özkütlesi ise 3,5 katına çıkıyor.Buna göre, ilave edilen X gazı aşağıdakilerden hangisi olabilir? (C: 12, H: 1)
A) H2 B) C2H4 C) C2H6 D) C3H4 E) C3H8
14.
1 atm basınç altında bulunan şekildeki sistemde manometrenin ucuna hapsedilmiş X gazının basıncı kaç cmHg dir?
A) 34 B) 36 C) 46 D) 56 E) 90
DOĞRU SEÇENEKLER
1-D 2-B 3-A 4-B 5-C
6-C 7-E 8-B 9-B 10-A
11-A 12-C 13-D 14-D
1. SAYIDAN DÜZELTME
12.A 13.E 14.A 15.E 16.B
