Avogadro kanunu
• Bu kanun hacim ve mol sayısı ilişkisine dayanır. Deneysel
olarak bütün gazların 1 mol gramlarının veya 1 molünün hacmi aynı sıcaklık ve aynı basınçta birbirine eşittir. 00C de 1 atm
basınç altında ideal bir gazın bir molünün hacmi 22,4 L dir.
• Standart şartlar altında çeşitli gazların hacimleri:
H2 22,43 N2 22,409 O2 22,392 CO2 22,263
• 1 mol gaz içerisinde gazın cinsi ne olursa olsun aynı sayıda tanecik bulunur. O sayıda Avogadro sayısı olarak bilinir.
• Özetle, aynı sıcaklık ve basınç altında eşit
hacimdeki gazların tanecik sayıları eşittir.
İdeal Gaz Yasası
• Boyle-Mariotte, Charles ve Avogadro yasalarını birleştirirsek hacim n.T
P
orantısı ile doğru orantılı değişmektedir.
V n.T P P.V
n.T oranı sabit olduğuna göre, gazlar için bu sabit R ile gösterilir.
P.V = n.R.T ideal gaz denklemi
P = atm, V = Litre,
T = oK birimindedir.
R = ideal gaz sabitidir.
• Bu ideal gaz denklemine göre;
n=1 yani bir ideal mol gaz için (V= 22.414 L) standart şartlarda (0 oC yani T = 273,15 K ve P = 1 atm basınç da)
R sabitinin değeri şöyle hesaplanmıştır;
Birimler değiştirilerek;
R = 1.987 Kal / mol.Derece K R = 8.31 107 Erg / mol.Derece K R = 8.31 Jül / mol.Derece K
İDEAL HALDEN SAPMALAR
Birbirinden bağımsız olarak hareket eden nokta kütlelerden ibaret bir gaz modeli, ideal hal denklemi: P.V = n.R.T ile sonuçlanır.
Bazen ideal gaz denkleminden sapmalar olur. Bu sapmaları minimuma indirebilmek için düzeltme faktörleri formüle yerleştirilir.
İdeal halden sapmanın gerçek nedeni gaz molekülleri
arasındaki çekim kuvvetleridir. Polar gaz moleküllerinde moleküller arasındaki elektrostatik çekim kuvvetinin
yüksek olması nedeniyle ideallikten saparlar. Apolar gaz molekülleri arasında geçici bir süre için meydana gelen yük kayması ile zıt uçlarda çekim kuvveti oluşur, bu zayıf çekim kuvveti Van der Waals çekimidir. Gaz ideal ise bu çekim yok sayılabilir.
GAZLARIN SIKIŞTIRILMALARI
Tüm gazlar 2 şekilde sıkıştırılabilir:
1. Basıncı arttırılarak sıkıştırma yapılabilir. Böylece hacim birimdeki tanecik sayısı artar ve Vander Walls çekimi ile tanecikler bir araya gelir, kümeleşir.
2. Gazlar sıcaklık düşürmekle sıkıştırılabilir. Sıcaklık
düşürülmesi ile gaz moleküllerinin hareketini sağlayan kinetik enerji düşürülür. Sonuçta moleküller arası çekim kuvveti etkin hale gelir.
Gazların sıkıştırılması sonucunda sıvılaşma meydana gelir.
Sıcaklık ne kadar düşerse çekim de o oranda artar ve gaz sıvılaşır. Bu andaki sıcaklığa sıvılaşma sıcaklığı denir. Bu durumda moleküller arası uzaklıklar daha küçük yani
moleküller arası kuvvetler daha büyüktür.
Her gaz için, basınç ne kadar yüksek olursa olsun moleküller arası çekim kuvvetlerinin sıvılaşma
oluşturmayacak kadar küçük kaldığı, belirli bir sıcaklık vardır. Maddenin kritik sıcaklığı denen bu sıcaklık T
kile gösterilir ve üstünde maddenin talnızca gaz halinde
bulunabildiği sıcaklık olarak tanımlanır. Kritik sıcaklık,
moleküller arası çekim kuvvetlerinin büyüklüğüne bağlıdır.
Kritik sıcaklıkta sıvılaşmayı sağlamak için uygulanması gereken basınca da kritik basınç denir.
Çeşitli maddeler için kritik sıcaklık ve basınç değerleri:
• Her bir gaz için kritik sıcaklık dereceleri farklıdır.
Bunun nedeni gaz moleküllerinin polaritelerinin farklı olması yüzünden kriterlerin değişmesidir.
Polaritelerinin farklılığı sıkıştırılma enerjilerinin
de farklı olduğunu gösterir.
GAZLARIN GENLEŞME İLE SOĞUTULMALARI
• Gazlar, boşluğa karşı genleşirse soğuma meydana gelir.
Soğuma sırasında gaz molekülleri bir iş yapar. Buna Joule- Thompson olayı denir.
• Bu olay gaz molekülleri arasında bir çekim kuvvetinin var olduğunu gösterir. Gazların sıvılaştırılmasında genleşmeyle soğumadan yararlanılır.
Graham’ın difüzyon kanunu
Bir gaz içine konulduğu kabı bütünüyle kaplayacak biçimde
yayılır. Maddenin aynı faz içerisinde kendiliğinden yayılmasına difüzyon denir. Difüzyon kanunu için ,
a) Gazın içine konulduğu kabı tümüyle kapladığı b) Gazların gözlenen difüzyon hızı
c) Gazların molekül ağırlığının karekökü ile ters orantılı olduğu bilinir.
d) Graham’ın difüzyon kanunu matematiksel olarak
V1 ve V2 , molekül ağırlıkları m1 ve m2 olan 1 ve 2 gazlarının difüzyon hızlarıdır.
Örneğin; H2 ve O2 gazları karşılaştırılacak olursa;
Yani; H2 gazının O2 e göre 4 kat daha hızlı yayıldığı söylenebilir.
Hafif gazlar daha hızlı yayılmaktadır. İdeal bir gaz için kinetik olayları açıklarken şu varsayımlar kabul edilir.
GAZLARIN KİNETİĞİ
Gazların yapısı hakkında en önemli ipuçlarını Brown hareketleri belirler. Bu hareket bir gaz veya sıvı içinde
dağılmış bulunan son derece küçük taneciklerin yaptıkları zigzag hareketleridir. Gözlenen tanecik ne kadar küçükse bu düzensiz sürekli hareket de o kadar şiddetli olur.
Brown hareketinin varlığı, maddenin durgun bir halde
bulunmadığını tam tersine, maddenin moleküllerinin sürekli bir hareket halinde olduğunu gösterir. Bu hareketli molekül teorisi kinetik teori olarak bilinmektedir.
Bu teorinin iki temel özelliği, madde moleküllerinin sürekli hareket halinde olmaları ve ısınmanın da ortaya çıkması bu hareketi belirleyen 2. parametrelerdir.
Isı vererek bir gazın sıcaklığı arttırılabilir. Sıcaklığın artması moleküllerin hızının da artmasını sağlar. Eğer verilen ısı bir enerji şekli ise bu ısı moleküllerin sadece hızlarının artmasında kullanılır.
Hız artarsa kinetik enerji de artar. Düşük sıcaklıkta ise sıcaklık, ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsü olarak görülmektedir.
İdeal bir gaz için bu olayları açıklayabilmek için şu varsayımlar kabul edilir;
1) Gazlar son derece küçük moleküllerden oluşmaktadır. Buna karşılık
aralarındaki uzaklık çok büyüktür. Bu nedenle moleküllerin gerçek hacmi
moleküller arası boşluğun büyüklüğü yanında yok sayılabilir (molekül çapının yaklaşık 13 katı kadar).
2) İdeal gazlarda moleküller arası çekim kuvveti yoktur. Moleküller tamamen birbirlerinden bağımsızdırlar (konuldukları kabı doldururlar).
3) Bir gazın molekülleri; çabuk, rastgele ve doğrular boyunca hareket ederler. Bu hareket sırasında birbirleriyle ve içinde bulundukları kabın çeperiyle
çarpışırlar. Bu çarpışmalarda enerji alış verişi olsa bile toplam kinetik enerjide bir değişme olmaz (oksijen molekülü 0 oC da 1000 mil hızla hareket eder).
4) Belli bir anda herhangi bir gaz molekülleri topluluğundaki farklı
moleküller farklı hızlara yani farklı kinetik enerjilere sahiptirler. Bununla beraber, bütün moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin mutlak sıcaklıkla doğru orantılı olduğu kabul edilir.
İki gaz aynı sıcaklıkta ise gazların kinetik enerjileri birbirine eşittir yani;
E1 = E2 ye göre:
v12 m2 ― = ―
v22 m1 demektir. Bu da;
şeklinde yazılabilir ki bu da Graham ’ın difüzyon kanununun eşitliğidir.
