|
Prof. Dr. Sinsi
|
10.Sınıf Kimya Gazların Özellikleri 10.Sınıf Kimya Gazların Yayılma Hızı 10.Sınıf
10 Sınıf Kimya Gazların Özellikleri 10Sınıf Kimya Gazların Yayılma Hızı 10Sınıf Kimya Kinetik Teori Gazlar 10Sınıf Kimya Gazların Kimyasal Reaksiyonlarını Hesaplama 10Sınıf Kimya Barometre Manometre Gazların Kısmi Basıncı
10Sınıf Kimya Gazların Özellikleri 10Sınıf Kimya Gazların Yayılma Hızı 10Sınıf
Gazlar moleküller arası çekim kuvvetleri en az olan maddelerdir Gaz molekülleri birbirinden bağımsız hareket ederler Aralarındaki çekim kuvveti ancak ve sadece London çekim kuvvetidir Büyük basınç ve düşük sıcaklıklarda sıvılaştırılabilirler Gaz molekülleri bulundukları yeri her tarafına eşit oranda yayılarak doldururlar Sonsuz oranda genişleyebilirler Basınç altında yüksek oranda sıkıştırılabilirler Yüksek basınçtan alçak basınca doğru çabucak akarlar Sıcaklık ile basınç doğru orantılıdır Düşük yoğunlukları vardır
Gazların fiziksel davranışlarını dört özellik belirler Bunlar; Basınç (P), sıcaklık (T) ve hacim (V) gazların durumunu değiştirebilen etkenlerdir Gazlar genellikle kokusuz ve renksizdirler Bazılarının kokusu, rengi ve zehirliliği en belirgin özelliğidir Br2 kahverengimsi kırmızı, I2 mor renkli, NO2 ve N2O3 kahve renkli, F2 ve C12 yeşilimsi sarı, NH3 keskin kokulu, oksijen, azot ve asal gazlar dışındakiler zehirlidirler
Basınç: Basınç, bir yüzeye uygulanan kuvvetin, o yüzeyin alanına bölünmesiyle bulunur
<font face="Times New Roman" size="3">
P(Pa) = F(N)/ A(m2)
</font> Atmosfer basıncı barometre ile ölçülür Bir barometredeki civa yüksekliğine barometre basıncı denir Atmosfer koşulları ve yükseklikle değişir Standart atmosfer (atm), civa civa yoğunluğu 13,5951 g/cm3 (0 oC ) ve yerçekimi ivmesi g = 9,80665 ms-2 olduğu durumda, 760 mm yükseklikteki bir civa sütununun oluşturduğu basınç olarak tanımlanabilir
<font face="Times New Roman" size="3">
1 atm = 760 mm Hg
1 atm= 760 torr
1 atm = 101,325 N/ m<sup>2</sup>
1 atm = 101,325 Pa
1 atm = 1,01325 bar</font><strong> </strong>
02 Basit Gaz Yasaları
Boyle Yasası: Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi, basıncı ile ters orantılıdır
P a 1/V yada PV = a (a sabit )
Orantı işareti (a) yerine eşitlik ve orantı sabitini koyarsak, sabit bir sıcaklık ve miktardaki gazın basınç ve hacim çarpımı bir sabite eşittir Bu sabit değerde gazın miktarı ve sıcaklığına bağlıdır
Örnek : 30 litre bir gazın, basıncı 6 atmosferden 3 atmosfere düşürüldüğünde hacmi ne olur?
Çözüm: Gazın sadece bir P1, V1 hali belli olması PxV sabitini bulmaya yeterlidir
P1 = 6 atm, V1 = 30 L
P1V1 = P2V2
6 (atm) x 30 (L) = 3 atm x V2
V2 = 180 L atm / 3 (atm)
V2 = 60 L bulunur
Charles Yasası: Sabit basınçtaki, gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır
V a T veya V = bT (b Sabit) T (K) = t (oC) + 273,15
Örnek: 25°C de 50 cm3 gaz 0°C ye soğutulursa hacmi ne olur?
Çözüm: Sıcaklık mutlaka mutlak sıcaklık cinsine çevrilmelidir:
bağıntısı kullanılarak
bağıntısı kullanılarak ve V1 = 50 cm3, T1 = 25°C + 273 = 298 K, T2 = 0°C + 273 K alınarak
50/293 =V2 (cm3) / 273 V2 = 46,6 cm3 elde edilir
Normal (ideal ) Basınç ve sıcaklık : Gazların özellik olarak sıcaklık ve basınca bağlı olması nedeniyle, normal sıcaklık ve basınç kavramları kullanılır Gazlar için normal sıcaklık 0oC =27315 K ve normal basınç 1 atm =760 mmHg dır
Avagadro Yasası: Sabit sıcaklık ve basınçta, bir gazın hacmi miktarı ile doğru orantılıdır
Bu kuram iki farklı şekilde ifade edilir
1 Aynı basınç ve sıcaklıkta, farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda molekül içerir
2 Aynı basınç ve sıcaklıkta, farklı gazların aynı sayıdaki molekülleri eşit hacim kaplar
V a n veya V = cn
Normal koşullarda bir gazın 22414 L�si 6,02x1023 molekül ya da 1 mol gaz bulunur
1mol gaz = 224 L gaz (normal koşullarda)
Birleşen Hacimler Yasası: Sıcaklık ve basıncın sabit olduğu tepkimelerde gazlar tamsayılarla ifade edilen basit hacim oranlarıyla birleşirler
2 CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
2L CO (g) + 1L O2 (g) 2 L CO2 (g)
03 İdeal Gaz denklemi
Basit gaz yasalarından yararlanarak, hacim, basınç, sıcaklık ve gaz miktarı gibi dört gaz değişkenini içeren tek bir denklemde birleştirilerek ideal gaz denklemi elde edilir
1 Boyle yasası, Basıncın etkisini tanımlar, P a 1/V
2 Charles yasası, Sıcaklık etkisini tanımlar, V a T
3 Avagadro Yasası, gaz miktarının etkisini tanımlar, V a n
Bu gaz yasalarına göre, bir gazın hacmi, miktar ve sıcaklık ile doğru orantılı, basınç ile ters orantılıdır Yani V a nT/P ve V= RnT/P
Pv = nRT
<font face="Times New Roman" size="3">İdeal gaz denklemine uyan bir gaza idael veya mükemmel gaz ismi verilir
İdeal gaz denkleminde gaz sabitinin değeri ideal şartlardaki birimlerden yararlanarak bulunur
R = PV/ nT = 1 atm x 22,4140 L / 1 mol x 273,15K = 0,082057 L atm/mol K = 0,082057 L atm mol-1 K<sup>-1</sup> elde edilir
SI sistemine göre
R = PV/ nT = 101,325 Pa x 2,2414010<sup>-2</sup> m<sup>3</sup> / 1 mol x 273,15K = 83145 m<sup>3</sup> Pa mol <sup>�1</sup> K<sup>-1</sup>
R = 8,3145 J mol<sup>-1</sup> K<sup>-1</sup>
Örnek: 800 ml bir kapta 275 <sup>o</sup>C de 02 mol O<sub>2</sub> nin oluşturduğu basınç ne kadardır ?
PV = nRT
P x 0,800 L = 0,2 x 0,082 L atm mol<sup>-1</sup> K<sup>-1</sup> x (273 + 275) K
P = 11,2 atm</font>
Genel Gaz Denklemi:
Bazı durumlarda gazlar iki farklı koşulda tanımlanır Bu durumda ideal gaz denklemi, başlangıç ve son durum olmak üzere iki kere uygulanır
PiVi = ni R Ti R = PiVi / ni Ti
PsVs = ns R Ts R = PsVs / ns Ts
PiVi / ni Ti = PsVs / ns Ts bağıntısına genel gaz denklemi denir
Mol kütlesi tayini :
Bir gazın sabit sıcaklık ve basınçta kapladığı hacim bilinirse, gaz miktarı (n), mol cinsinden, ideal gaz denklemiyle bulunur Gazın mol sayısı, gaz kütlesinin (m) molekül ağırlığına (M) bölümüne eşit olduğundan, gaz kütlesi bilinirse n = m / M den yararlanarak mol kütlesi bulunabilir
PV = mRT/M
Gaz Yoğunlukları:
Bir gazın yoğunluğu bulunurken d = m/V yoğunluk denkleminden yaralanılır İdeal gaz denkleminde n/V yerine P/RT konulur
d = m/V = MP/ RT
Sıvı ve katı yoğunlukları arasında belirli farklar vardır
aBir gazın yoğunluğu mol kütlesi ile doğru orantılıdır Katı ve sıvıların ise yoğunlukları ve mol kütleleri arasında kayda değer bir ilişki yoktur
bGaz yoğunlukları basınç ve sıcaklığa bağlıdır Basınç ile doğru orantılı, sıcaklık ile ters orantılıdır Katı ve sıvıların yoğunlukları ile mol
kütleleri arasında kayda değer bir bir ilişki olmakla beraber, basınca çok az bağlıdır
04 Gaz Karışımları:
Bir gaz karışımında gazlardan her birinin kendi yaptığı basınca kısmi basınç ismi verilir Dalton�un kısmi basınçlar yasasına göre bir gaz karışımının toplam basıncı karışımın bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamına eşittir
PT = PA + PB
nA/nT = PA / PT = VA / VT = XA
Burada nA / nT terimine A� nın mol kesri XA ile gösterilir
Örnek: Bir su buharı-neon gaz karışımının toplam basıncı 0593 atm dir Su buharının o sıcaklıktaki kısmi basıncı suyun o sıcaklıktaki buhar basıncına eşittir ve 293 Torr dur Neonun kısmi basıncını bulunuz
<font face="Times New Roman" size="3">Çözüm: P toplam = 0593 atm = 0593 atm x 760 Torr / atm = 450,68 Torr </font><font face="Times New Roman"> </font> <span style="font-size: 11pt; color: black"><span> </span><span> </span></span>
<font face="Times New Roman"> </font><font face="Times New Roman" size="3"> Psu buharı = 293 Torr
Ptoplam = P su buharı + P neon
450,68 Torr = 293 Torr + Pneon
Pneon = 450,68 - 293 = 421,38 Torr </font><font face="Times New Roman" size="3">
Pneon = 421,38 Torr / 760 Torratm-1 = 055 atm</font>
05 Kinetik- Molekül Kuramı:
Gaz moleküllerinin aralarında çok büyük boşluklar bulunması onların büyük oranda sıkıştırılabilmesini sağlar Sıvılarda ve katılarda moleküller birbirine çok sıkışık durumdadırlar Büyük basınçlarda bile çok az bir hacim değişmesi gözlenebilir, pratikçe sıkıştırılamazlar moleküllerinin yere düşmeden havada asılı kalmaları onların birbirleri ile devamlı çarpışma halinde olmaları ile açıklanır Gaz moleküllerin devamlı hareket halinde olmaları gazların kinetik teorisi ile açıklanır Gazların kinetik teorisi aşağıdaki bilgileri ortaya koyar
1Gaz molekülleri arasındaki boşluklar o kadar büyüktür ki bu büyük boşluklar yanında gaz moleküllerinin hacimleri ihmal edilecek kadar küçük boyuttadır
2Gaz molekülleri neden havada asılı kalıyor yere düşmüyor sorusuna da bir cevap olarak gaz molekülleri devamlı hareket halinde ve birbirleri ile çarpışmaktadırlar Bir gazın bir molekülü 25°C de l atmosferde bir saniyede yaklaşık 10 9 çarpışma yapar Gaz moleküllerinin çeperlere çarpması ise gaz basıncını oluşturur
3 Gaz molekülleri hareketli olduğundan dolayı sahip oldukları kinetik enerjileri sıcaklıkla orantılıdır Bir cismin hızı arttıkça kinetik enerjisi de artarMoleküllerin hızları farklı olmasından dolayı ortalama hız alınır Sabit sıcaklıkta tüm farklı gaz moleküllerinin eşit kinetik enerjiye sahip olacağı düşünülürse yüksek molekül ağırlıklı bir gaz molekülünün, düşük molekül ağırlıklı gaz molekülüne göre daha düşük hızlı olacağı bulunur
4 Gaz moleküllerinin kabın duvarları veya birbirleri ile çarpışmaları mükemmel elastiktir Çarpışan moleküller arasında enerji alışverişi olabilir Fakat çarpışan moleküllerin toplam enerjisi öncekinin aynısıdır
06 Graham'ın Gazların Yayılma Kanunu:
Yayılma (difüzyon), rastgele molekül hareketi sonucu moleküllerin göç etmesidir İki yada daha fazla gazın yayılması, moleküllerin karışıp bulunduğu yerde homojen bir karşım oluşturması ile sonuçlanır Dışa yayılma (efüzyon) gaz moleküllerinin bulundukları kaptaki bir delikten dışa doğru kaçmasıdır İki değişik gazın dışa yayılma hızları mol kütlelerinin kare kökü ile ters orantılıdır
A nın dışa yayılma hızı /B nin dışa yayılma hızı = (ums)A / ( ums)B = ((3RT/MA) / (3RT/MB))1/2 = (MB/MA) 1/2
Graham yasası ancak bazı koşullarda uygulanabilir Dışa yayılma için gerekli gaz basıncı moleküllerin bağımsız olarak kaçışına olanak sağlayacak şekilde yani fışkırmayacak biçimde çok küçük olmalıdır Delikler moleküller geçerken çarpışma olamayacak şekilde küçük olmalıdır
Örnek: Bir delikten yayılan gaz miktarlarının karşılaştırılması 22 x 10-4 mol N2(g) küçük bie delikten 105 saniye dışa yayılmaktadır Aynı delikten 105 saniyede ne kadar H2(g) dışa yayılır?
H2 molekülleri N2 den daha az kütleye sahiptir Gazlar aynı sıcaklıkta karşılaştırıldığında H2 molekülleri daha büyük hıza sahiptir
x mol H2 / 22x10-4 mol N2 = (MN2 /MH2) 1/2 = ( 28014 / 2016) 1/2 =3728
x mol H2 = 3728 x 22x10-4 = 82 x 10-4 mol H2
Örnek: Dışa yayılma zamanlarının mol kütleler ile ilişkisi Küçük bir delikten bir Kr(g) örneği 873 s de kaçar ve aynı koşullarda bilinmeyen bir gaz için bu süre 429 s dir Bilinmeyen gazın mol kütlesi nedir?
bilinmeyen dışa yayılma zamanı / Kr nin dışa yayılma zamanı = 429 s / 873 s = (Mx / MKr ) 1/2 = 0491
Mx = ( 0491)2 x MKr = (0491)2 x 8380 = 202 g/mol
07 Gerçek ( İdeal olmayan) Gazlar
İdeal gaz bağıntısı tanıtılırken gerçek gazlarında uygun koşullarda ideal gaz yasasına uyduğu belirtilmişti Bir gazın ideal gaz koşulundan ne kadar saptığının ölçüsü sıkıştırılabilirlik faktörü olarak belirlenir Bir gazın sıkıştırılabilirlik faktörü PV/nRT oranıdır İdeal gaz bağıntısından (PV = nRT ) bir ideal gaz için bu oranın PV / nRT =1 olduğunu biliyoruz Gerçek bir gaz için deneysel olarak belirlenen PV /nRT oranının 1'e yakınlığı gazın ne kadar ideal davrandığının ölçüsüdür Bütün gazlar yeterince düşük basınçlarda ( 1atm den düşük) ideal davranırlar Fakat artan basınçlarda saparlar Çok yüksek basınçlarda ise sıkıştırılabilirlik faktörü daima 1 den büyüktür
* Gerçek gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçlarda idealliğe yaklaşırlar
* Gerçek gazlar düşük sıcaklık ve yüksek basınçlarda ideallikten uzaklaşırlar
Van der Waals denklemi
Gerçek gazlar için bir kaç denklem çıkarılmıştır Bunlar ideal gaz denkleminden çok daha geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında kullanılabilirler
( P + n2a/V2) ( V-nb) = nRT
Örnek: 100 mol Cl2 (g) 273 K de 200 L lik bir hazcim kaplıyor Basıncı van der Waals denklemini kullanarak hesaplayınız a= 649 L2 atm mol-2 ve b= 00562 L mol -1
P = nRT/ ( V-nb) - n2a/V2
n = 100 mol V = 200 L T = 273K R =008206 L atm mol-1 K-1
n2 a = ( 100)2 mol 2 x 649 L2atm/mol2 = 649 L2 atm
nb = 100 mol x 00562 L mol -1 = 00562 L
P = 100 mol x 008206 L atm mol -1 K -1 x 273 K /( 200 -00562)L - 649 L2 atm / (200)2 L2
P = 115 atm - 162 atm = 99 atm
|