Genel Gazlar ( sunu ) GAZLAR V.DERSBizler, hacimce bile ş imi, %78 N 2 , %21 O 2 ve %1 CO 2 ve di ğ er gazlar olan atmosferin en alt tabakalar ı ndaki havada ya ş ı yoruz. Burada genellikle 25 o C ve 1 atmosfer (atm) olarak tan ı mlanan normal atmosfer ş artlar ı nda, gaz halindeki maddelerin davran ı ş lar ı üzerinde durulacakt ı r. Bu ş artlar alt ı nda sadece 11 element gaz halindedir. 23He ve Ne gazlar ı inerttir. F 2 , Cl 2 ve NO 2 hariç, gazlar ı n ço ğ u renksizdir. Gazlar ı n fiziksel özellikleri: Konulduklar ı kaplar ı n hacim ve ş eklini al ı rlar. 1. Maddenin en s ı k ı ş t ı r ı labilir halidir. 2. Ayn ı kaba konulduklar ı nda tamamen kar ı ş ı rlar. 3. S ı v ı ve kat ı lara göre yo ğ unluklar ı dü ş üktür. 4. 4 NO 2Gaz terimi, normal s ı cakl ı k ve bas ı nçlarda gaz halinde bulunan maddeler için kullan ı l ı r. Buhar ise normal s ı cakl ı k ve bas ı nçlarda bir s ı v ı veya kat ı n ı n gaz ş eklidir. Bu yüzden, 25 o C ve 1 atm bas ı nçta, su buhar ı ndan ve oksijen gaz ı ndan bahsederiz. Gaz bas ı nc ı Hareket halindeki gaz molek ülleri çarpt ı klar ı herhangi bir yüzeye bas ı nç uygularlar. Bir meyve suyu pipetiyle s ı v ı y ı içebilmek, atmosfer bas ı nc ı na örnek verilebilir. Pipetin i çindeki havay ı emmek, i çindeki bas ı nc ı d ü ş ürür ve s ı v ı n ı n üzerinde artan atmosfer bas ı nc ı , s ı v ı y ı pipet boyunca iterek emilen havan ı n yerini almas ı n ı sa ğ lar. 5Bas ı nc ı n SI Birimleri Bir gaz ı n bas ı nc ı n ı n nas ı l ölçüldü ğ ünü anlamak i çin, ölçüm birimlerinin nas ı l türetildi ğ ini bilmek gerekir. 6 h z = yol zaman = m s ivme = h zdaki de ğ i şim zaman = m s 2 kuvvet = k ü tle x ivme = kg m/s 2 1 newton ( N ) = 1 kg m/s 2 Bas n ç , birim alana uygulanan kuvvettir: Bas n ç = kuvvet alan = N m 2 = 1 pascal ( Pa ) Atmosfer gazlar ı , di ğ er tüm maddeler gibi dünyan ı n yerçekimi kuvvetinin etkisi alt ı ndad ı r. Dolay ı s ı yla havan ı n yo ğ unlu ğ u ve bas ı nc ı yeryüzünden uzakla ş t ı kça h ı zl ı bir ş ekilde azal ı r. Atmosfer bas ı nc ı , atmosferdeki gazlar taraf ı ndan uygulanan bas ı nçt ı r. 7 Sea level 1 atm 4 miles 0.5 atm 10 miles 0.2 atmAtmosfer bas ı nc ı barometre ile ölçülür. Bir barometre, bir ucu kapal ı ve c ı va ile doldurulmu ş uzun bir cam tüpten ibarettir. Tüp bir c ı va kab ı na ters çevrilirse, tüpteki c ı van ı n bir k ı sm ı kaba akar. Tüpte kalan c ı van ı n a ğı rl ığı , kaptaki c ı van ı n yüzeyine etki eden atmosfer bas ı nc ı taraf ı ndan dengelenir. Standart atmosfer bas ı nc ı (1 atm), deniz seviyesinde ve 0 o C ’ de 760 mm yükseklikte bir c ı va sütununun bas ı nc ı na e ş ittir. 8. 9 Di ğ er bir deyi ş le, standart atmosfer bas ı nc ı , 760 mmHg bas ı nc ı na e ş ittir. mmHg birimi, barometreyi ke ş feden İ talyan bilim adam ı Evangelista Torricelli an ı s ı na, torr olarak da bilinir. 1 atm = 760 mmHg = 760 torr, 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 (yo ğ unluk = k ü tle/hacim) ve (hacim = alan x uzunluk) bas n ç = kuvvet/alan = (k ü tle x ivme)/alan, = (hacim x yo ğ unluk x ivme)/alan = uzunluk x yo ğ unluk x ivme (C van n yo ğ unlu ğ u = 1,3595 x 10 4 kg/m 3 ve yer ç ekimi ivmesi = 9,80665 m/s 2 ) 1 atm = 101325 Pa = 1,01325 x10 5 Pa = 1,01325 x10 2 kPaKapal ı kaptaki gaz bas ı nc ı n ı n ölçülmesi Manometre atmosfer bas ı nc ı ndan çok, gazlar ı n bas ı nc ı n ı ölçmek için kullan ı lan alettir. Nerdeyse b ütün barometre ve manometrelerde c ı va kullan ı l ı r. C ı van ı n yo ğ unlu ğ u (13,6 g/mL) pek çok s ı v ı n ı n yo ğ unlu ğ undan yüksek oldu ğ u için bu amaca uygundur. Bir sütundaki s ı v ı n ı n yüksekli ğ i, yo ğ unlu ğ u ile ters orant ı l ı d ı r ve c ı van ı n y üksek yo ğ unlu ğ u sayesinde, kullan ı ş l ı k üçük barometre ve manometrelerin yap ı lmas ı mümkün olmu ş tur. 1011 Kapal u ç lu manometre A ç k u ç lu manometre12 1213 13 1314 14 Deniz seviyesinden y ü ksek yerlerde ni ç in yemekler daha ge ç pi ş er? Bu sorunun cevab , "y ü kseklerde su neden ç abuk kaynar" sorusunun cevab yla ayn d r. Her iki olay n temel nedeni, suyun kaynama s cakl ğ n n hava bas nc na ba ğ l olmas d r. Hava bas nc d üş t ü k ç e suyun kaynama s cakl ğ da d üş er. Y ü kseklere ç kt k ç a hava bas nc d üş t ü ğ ü i ç in, buralarda su 100 ?C'den daha d üşü k s cakl klarda kaynamaya ba şlar. Daha d üşü k s cakl klarda kaynayan su yeme ğ in daha zor pi şmesine neden olmaktad r. Pi şme i şlemi d üşü k s cakl kta kaynayan su ile daha zor oldu ğ u i ç in yeme ğ in pi şme s ü resi de buna paralel olarak artmaktad r. Yani; Y ü kseklik azald k ç a bas n ç artar. Bas nc n artmas suyun kaynama noktas n n artmas na neden olan en ö nemli fakt ö rlerden biridir. Daha y ü ksek s cakl klarda kaynayan su ise yeme ğ i daha h zl bir şekilde pi şirir. Bu sayede y ü ksekli ğ i az olan yerler de yemek daha kolay pi şerken y ü ksekli ğ in fazla oldu ğ u yerlerde yemek olduk ç a zor pi şmektedir. Ö zetlersek, bir yeme ğ in pi şme s ü resi s cakl k artt k ç a k sal r (y ü ksek s cakl klarda reaksiyonlar daha h zl ger ç ekle şti ğ i i ç in). Dolay s yla, y ü ksek yerlerde suyun kaynama noktas daha d üşü k oldu ğ undan ve yemekler bu s cakl kta pi şti ğ inden, pi şirme s ü resi deniz seviyesine g ö re daha uzun olacakt r.15 15 Neden d ü d ü kl ü tencereler pi ş irme s ü resini k salt r? Bu kaplar, i ç lerindeki havay normal hava bas nc n n yakla ş k iki kat kadar fazla bir bas n ç alt nda tutacak şekilde tasarlanm şt r. Bu bas n ç alt nda da suyun kaynama s cakl ğ 121 ?C'dir. D ü d ü kl ü tenceredeki yemek kaynamaya ba şlad ğ nda s cakl k tam bu de ğ ere eri şti ğ i i ç in, yeme ğ in a ğ z a ç k kaplardakinden ç ok daha h zl pi şmesi sa ğ lan yor. D ü d ü kl ü tencerelerdeki mant k yine ayn d r. Bas n ç art r larak suyun daha ge ç kaynamas sa ğ lan r. Bu sayede daha ge ç kaynayan su pi şmesi zor olan yiyecekleri daha k sa bir s ü rede pi şirilmesini sa ğ lar. S cakl ğ n artmas ile yemeklerin pi şme s ü resi azal rken kullan lan enerjide hi ç bir de ğ i şiklik olmamaktad r. Bu da daha az enerji ile ayn yeme ğ in pi şirilmesine neden olmaktad r. Y ü ksek yerlerde neden oksijen azd r? Deniz d ü zeyinden y ü kseldik ç e atmosfer bas nc d üş er. Bunun sonucunda d üşü k oksijen bas nc nedeniyle dokulara daha az oksijen gider. 1500-3500 metre y ü ksekli ğ e ç k ld ğ nda, nefes alma s kl ğ y ü kselir ve ki şiler hareket s ras nda daha kolay yorulur. Bas ı nç-Hacim İ li ş kisi: Boyle Yasas ı 17. y üzy ı lda, İ ngiliz kimyac ı Robert Boyle gazlar ı n davran ı ş ı nı incelemi ş tir. Görüldü ğ ü gibi t üplerdeki c ı va art ı ş ı yla gaz örne ğ inin hacmi azalmaktad ı r. 16 P (h) artt k ç a V azalmaktad r.17 17 P ? 1/ V P x V = sabit( k 1 ) P 1 x V 1 = P 2 x V 2 ( T ve n sabit iken)S ı cakl ı k-Hacim ili ş kisi: Charles ve Gay-Lussac Yasalar ı Bu yasalara g öre sabit bas ı nçtaki gazlar ı n, ı s ı t ı ld ı kça hacmi artar ya da so ğ utuldukça hacmi azal ı r. 18 T artt k ç a V artar.19 V ? T V = sabit( k 2 ) x T V 1 / T 1 = V 2 / T 2 T (K) = t ( o C) + 273,15 De ğ i ş ik bas ı nçlarda, hacme kar ş ı s ı cakl ı k grafi ğ i bir do ğ ru verir. Bu do ğ runun s ı f ı r hacmi kesti ğ i noktadaki s ı cakl ı k -273,15 o C olur. Pratikte, bir gaz ı n hacmini sadece belli bir s ı cakl ığı n üzerinde ölçebiliriz, çünkü bütün gazlar dü ş ük s ı cakl ı klarda yo ğ unla ş ı r. ( n ve P sabit iken)Hacim-Miktar ili ş kisi: Avogadro Yasas ı Ayn ı s ı cakl ı k ve bas ı nçta, farkl ı gazlar ı n e ş it hacimleri ayn ı say ı da molekül (gaz tek atomlu ise atom) içerir. 20 V ? mol( n ) V = sabit( k 3 ) x n V 1 / n 1 = V 2 / n 2 ( T ve P sabit iken)Gaz Yasalar ı n ı n Özeti 21 21 Boyle Yasas22 Charles Yasas23 Avogadro Yasas24 İ deal Gaz Denklemi Charles Yasas : V ? T ??( n and P sabit) Avogadro Yasas : V ??? n ??( P and T sabit) Boyle Yasas : P ????????? ( n and T sabit) 1 V V ? nT P V = sabit x = R nT P nT P ( R : gaz sabiti) PV = nRT25 25 0 o C and 1 atm bas n ç şartlar na standart s cakl k ve bas n ç (standard temperature and pressure , STP ) denir. PV = nRT R = PV nT = (1 atm)(22.414L) (1 mol)(273,15 K) R = 0,082057 L • atm / (mol • K) STP’de yap lan deneylerle,1 mol ideal gaz n 22,414 L hacim kaplad ğ bulunmu ştur.26 26 Ö rnek STP’de 49,8 g olan HCl’nin hacmini bulunuz. PV = nRT V = nRT P T = 0 o C = 273,15 K P = 1 atm n = 49,8 g x 1 mol HCl 36,45 g HCl = 1,37 mol V = 1 atm 1,37 mol x 0,0821 x 273,15 K L • atm mol • K V = 30,7 L27 2728 2829 Bir gaz n, bas nc , hacmi, s cakl ğ ve miktar ndaki de ğ i şimlere g ö re de ğ i ştirilen ideal gaz denklemi kullan l r. P 1 V 1 n 1 T 1 = R = P 2 V 2 n 2 T 2 P 1 V 1 T 1 = R = P 2 V 2 T 2 Gaz n mol miktar sabitken, olur. Ö rnek K üçü k bir kabarc k, g ö l ü n dibinden su y ü zeyine ç kmaktad r. G ö l ü n dibinde s cakl k 8 o C ve bas n ç 6,4 atm, y ü zeyinde s cakl k 25 o C ve bas n ç 1,0 atm’dir. Kabarc ğ n ilk hacmi 2,1 mL ise, son hacmi ka ç mL’dir?30 30 Gazlar n Yo ğ unluk ve Mol K ü tlesi m : gaz n miktar (g) M : gaz n mol k ü tlesi (g/mol) d : gaz n yo ğ unlu ğ u (g/L) d = m V = P M RT dRT P M = n V = P RT n = m M31 Ö rnek Glukozun (C 6 H 12 O 6 ) metabolik par ç alanma denklemi, havada yanma denklemi ile ayn d r. Reaksiyonda 5,60 g glukoz kullan ld ğ nda 37 o C and 1,00 atm’de ü retilen CO 2 ‘nin hacmini bulunuz. C 6 H 12 O 6 ( k ) + 6O 2 ( g ) 6CO 2 ( g ) + 6H 2 O ( s ) g C 6 H 12 O 6 mol C 6 H 12 O 6 mol CO 2 V CO 2 5,60 g C 6 H 12 O 6 1 mol C 6 H 12 O 6 180 g C 6 H 12 O 6 x 6 mol CO 2 1 mol C 6 H 12 O 6 x = 0,187 mol CO 2 V = nRT P 0,187 mol x 0,0821 x 310,15 K L • atm mol • K 1.00 atm = = 4,76 L32 Dalton ’ un K ı smi Bas ı nçlar Yasas ı Bir gaz kar ı ş ı m ı n ı n toplam bas ı nc ı , kar ı ş ı mdaki her bir gaz ı n bas ı nçlar ı yla (k ı smi bas ı nçlar ı yla) ili ş kilidir. P 1 P 1 P 2 P toplam = P 1 + P 2 ( V ve T sabit)33 A ve B gibi iki gaz, V hacimli bir kapta bulunsun. P A = n A RT V P B = n B RT V n A : A ’n n mol say s n B : B ’nin mol say s P T = P A + P B X A = n A n A + n B X B = n B n A + n B P A = X A P T P B = X B P T P i = X i P T Mol kesri (X i ) = n i n T = n T RT V P A P T = n A RT/V n T RT/V