Genel Kimya-1 Kimya Ders Notu (Gazlar) Mahmure Özgür 6 GAZLAR Gazlar liI~~'Ei~~~~iIg~i~~!li~'J1l!I~~~~~r;iI~~1hl~%~i2i~!t:1i~~~~2-E:I}~7!l' ~#j~i~~I~,@1ü~~lJIillraLe~~~~~!S~~~~~~\)a~~iS~~~~i!~~~~I~ii~If]~p'. Arala­ rindaki ç~kim.kuvvetian~-C1r -vJ's'adeC~L()nd()n9~k~ihk~vveticlir . Euyük basinç ve dÜsuk sicak1--ikl<;irda:iiy:iiastir:i:labi,lirler. -,_ "o.". '.' ;', .-:.; . ;'. > ',' ',', ._ bu.lunduklari kabin her i:a:r:afil1§ €sJt oranda yayilipdoldururlar ve, 119 ~~~l.~i~lf~~~ifl~~~.-SÖffSll'z~rati'da~;'g~h&s"leyeh'iilii-r±er .' ~~~~~, , ,··,·,·'.·····.·"';_: •....• ·.·•·.·· .. ··~u~~~~~as±~~i-ctn- .. a&8~:~~~k '., d .. ·.·.·.·.·.~ ·c'. abuö'~1t's',,;Efkar.·~'f~'$: .. ~ .. "'.~ " .. ·.#'3i .. ·~ .. 7'.".~r.~.;ir1W.··.~.,t'~."~~li~~.e~~~~.C'fil'~~.j~'1'1h~~~~~ ,:9~~1?;-Çj17"~ .'- -' ,,,,.- --~.'.~~-.'- .,', '-'-'~ -".', "t~~~~~:~~f~~~~::~~~~:~~~4~~~~~~~lii~~~~~1Y. DUsükyogun1uklari vardir. (Tablo .l.). Tablo i. Bazi· gazlarin yaglhiluklari {OaCve i atmdel. He N2 'CO Yoguri1uk (gl,.L ) 0.090 1.256 Hava (02+4N2) 0" L . C02 C12 1.297 1.429 1.955 '. 3.165 i ), $;j:b·)~Ji"J;.a. ) ve ii-g;i/Jla:~;~nq.~Xt.WiniJirit.f.ô,~~·ist:if;~l)~Jef\. etE'§;ntf3~c)+I'§Sivive katilarda ise bu etkenlerir] etkisi ihmal edilecek kaciOn.' azdir.Bunun için ,gazLirinbasinç;sis::aklik ve hacimiliskileri et-161 Gazlar geIlellikieKQk1-l.$,ti~ .~'[e,k~T)~sJzdirier . rengi Ve zehirliligi en çarpici özelligidir. ID1D~[fi1finefg~;;iie'tik~i~,iLli? ve H2S çürük yumurta kOlsti1.·u, NH3 6 .i . ~~'Z'lli~®'in'TIi';JK~~~~)l_~;';'W,:~:()~~s'C$fr . :'B~,~;,·ttgi~kG:fi~~iriiri,;git~x~'i1i~:::Ç'ÔR,j~W~~'~B8's'.t\1kiaB·,' l,Si,i';l,Sid'Yl;5,Q:wk:q'E~tid.'~·:,.'S,i .. l(~ •. ~t. ;:~~~~~~~.%~#~~~i~mi<~it;;'~~~:i:~r. Halbuki sivi- larda ve 'katilardamoleküiie~ birbiriine çok sikisik durumdadirlar ve büyÜkbasinçlardCl):~ile çaL< ,pz hi,~ Jiacim degismesigözlenebilir ~ pra­ tikçe sikistirilamazlar. Gazmoleküllerinin yere dÜsmeden havada asi­ li kalmalari onlarin birbirleri ile devamliçarpisma halinde bulunma­ lari ile açiklanir. Gaz moleküllerinböyle devamli harekethalinde olmalari gazlarin kinetik teol'isi i1<=:. açiklanir ve gazlara ait bilgi- 'ler ele geçer. Bu teoriye göreôncebaz:i.karrriasik özellikler tasima­ yan ve gerçekte var61mayari hiridecil gaz ta~aV:VUr edilmis, bu ideal ... " gaz kavramina göre. bazi bilgiler' elde edildikten sonra gerçekgazla- ra iliskin kurallar ve prensipler gelistirilmistir. Gazlarin kinetik teorisi asagidakibilgileri obtaya koyar: J...;'G2(z.'j1iQ:rii:}(uiier:i.;aI'i:f.s;tBq,ctJ<{fiRÖS~~}(Q-~t;{q;kQ;dCir büyuk ;tQrki :tiu, bQyukbo:sTuklar yaninda g§i~ ,TI!Qi~lcüJ;l,er~nii:i Jiq,.c;1inleriihmal edilecek kadar küçliktuP. Gaz molekülleri nasil oluyor da havada. asili kaliyor yere üZErega,~.moleki.ill.ericievamli düsmuyor sorusuna da bil' cevap olmak o' ••••• " •• ". harekethalii:iiieçarpJ.srriaktadiriar. Bir gazin bir moleklilü 2SoC de 1 atmosf~rde birsaniyede kabaca· 109,çarpisma yapar. Gaz'moleküileriniii çepet'lereçarl?masi ise gaz basincini or­ -rayakoyar. Çe-perlereyapilançarprnasayisiarttikça gaz basinci da artar.162 1 - ro 2 J kütle ~E / .k kineti}( enerji Moleküllerin Juziari .farkli ni s .• ·.-1.·cak ... · .•..•••. ii .. kta.. tum.- .1'. ar ...k. li. gaz m. o.lek .. fJ .•.... i.•.. i .. e.· .. r.l.n.·.in. es.l,t .... · .. k.i ... n .. e .••.. t..•. 5.·._:k ..•• ·.. e ..n. e ... r.J.·..i.· .. y ... e ..... sa- ................................................................................•••.......................• hipoiacag~gOzollÜne .alindiginda. f~~~li~~~~~mlf,~~~~~~.t;~~~~RI'jl~~~,r ..• . ~~.~~~~J'1~;~i;,~M,~.~1f·;J~~~l$~f;~~~::i;$~:f:;f·g~.~{·~~.~~ii+f-iri'gL,g'Qi}~:'p.aIia.·{··iy'?;F;~,S~. hareket ede..~.f3~i yani' sonucu ortaya.eikar. Bu durum bu kaTiiiiçersinde ilerideGrahamyayilma ve dôkÜliiiekanunu ola­ rak.ayricaete aiinac~.ktir. Gaz molekÜllerinin kabin duvarlari 1Eyabirbirieri ile malar':i inükemIliel elasi:iktir ~ Çarpiscin mole"küllerarasinija enerji .alis­ verisi yapilabilir .:fakat çarpisanmolekÜllerin toplameJ]erjisi önce""; kinin aynisidir" degismez. ideal gaz molekülleri arasindamoleküllBr-""' arasiç-ekimkuvvetleri 'yok .farzedildiginden bu çarpismalarll1ükemmel elestikt.ir. J<~",,~',:i=~~~::~~~:~t~~:~;1i~~~?+::+~;'~ ' min h:iz,i arttikçakinetikerierj is2deç.rtar_ Gazlarin kinetik teorisi sonucuortaya çikan bu kurallar matewa­ tik hesaplamalara ,dayanir ve gazlarin davranisini basar:'iyla açiklar. Nasilolur da gerçekte var olmayan gazlar gözönüne alinarak. gerçek gazlarin davrani~i açiklan:i.yor sorusu soruldugunda; .çarpismalarielas­ 1:1k olmayan.1IJoleküiierarasi çekim kuvvetlerinesahipolan gazlar çokyüksekolmayan basinçlar'da ve çok düsük olmayan sicaklJ k~' o ••• larda ideal gazlarabenzer davra,nislar gösterirler ve ideal gazlar için kurulan bagintilar gerçek gazlara uygulandiginda büyük bir yak~ lasiklikla dogrusonuçlar elde edilir . ••163 Gazlarin kinetik ta her yerde sarmis vaziyettedir. Yerkürecien uzaya yükseldikçehiç hava bulunmayan bosluga ulasilir. ,Yerdenboslugaçikildikça havanin yogunlugu giderekazalmakta, gaz möleküllei>lgitgide seyrelmektedir. Aficak, dünyamizi saran atmosfer. tabcl.kasin parmaisi ile kapatip ters çevirip,içi civa dolu açik bir" kaba batir:il ir ve sonra bas parmakçekilir .Civa tirmiktar alçaldiktan sonra civa seviyesisabit kalir. Üstte. kalan bosluga vakumdenir (Sek ..G.l). _uu_u --r h. =76 cm Atmosfer basinci sekil 6.1. Toriçeiii deneyi. Açik hava basincinin. Ölçülmesi Boru: içindeki civatamamen dökülmez. Çünkü açik kaptaki civa birim yüzeyine yapilanatmosfer basinci cam borudakicivayi h yük­ sekliginde dengede tutar. Eger cam boruyu lcm2kesitinde vel in uzunlugunda alsaydik civa seviyesi 76 cm yükseklikte dengede164 tutulacaktL Öyleyse at:mcsr€r basinci bu civa sü1.,.munun agirLigina esi 1: alacaktir ~ .,~;~g: iPa{Paskai} miyla gaz oosçil1:.:LlarakdÜsili'ÜleblUro·nüsiIkbasinci ölçmek için U-bo:rW.uIDanottietre gibi mönami2treier. camhorudaatmosf'er.hasinc:uu dengeleyen ci\Ta sutununun hacmi 75 cm x J. cm2 '= 75 cm3.B-uliaciIDde civanin agirligi:76cm3x d (civa) :::75 cm3 xJ.3.6g/cm3.::.iQ~3.6g 'dir. B1inag<5re. ~~.~[~f&'ri3;30;S;~; :~." ... "-~ .~.-" ~.-. , ligini cmHg ~ mmHg cinsindenverilir .. . - .. gaZiar çelik silindirieri ii;ineyliksek basinçta iOO~200atmosferde ........ sikistirilarak satilir>,~ Sikistirilmis buga.zl'arin basinci da meta.-' iik manamei::relerle(tüp saati ) ölçÜlÜr {Sekii 6.2 b). (a) (b) Sekil -5.2a) Düslik basinçlari ölçmeki:ekullanilan U manametresi. b) Oksijen silindiri ve metal manametre (tüp saati)~165 .... - ,. Mal sayilari ve hacimleridegismeksizin kalmasina ragmen basinçla"; rin degismesine sebep olan buhai degiskenine sicaklik denir. Basinç~ larin degismesinin moleküiierin çarpismalarinda, .moleküi hizlarinda: bir etkene bagimlioldugunu kinetikmolekülteoriden hatirldyacak olursak, sicakligininolekül hareketlerinin bir gÖstergesi oldugu so- Isin:i,n bir enerj i bir,iin~,o],.dueti~wtekrarlad. ikfan, sonra, . - - . ligi mutlak olarak tar,ifet;ineyeçal;i.sa.liin. Siçaklik .. .. ' ." reket i özelligidir. Gazlaritikinet ikteöris i riegGt>e' pin sicakligi yüksek ,yavCis moleküllerin sicakligi düsüktJr. Buna göre iki ayri kapta mal sayilari,hacimleri Ve basinçlari degisik olan iki ayri gaz bulunsun. Bu gazlarin bulundugu kaplari birbirine temas ettirelim. Bir müddet sonra basinçlaririindegist:igi Sicaklik isinin akis yönünün bir ölçüsÜdür. Isi da bir' diri. Isi ile sicaklik çoguhhikla birhiriiiekaristirilir. enerji çesididir ve isiE:nerjisi 'Hdigerenerjitürlerine dönüsebi~ iir. Birlitrelik bir beher içindeki suyunsicakli0:i·200C ,. ° ..... '. : .... '.. o nun sicakligini 5 C artirdigimiz zaman, lOOOg xl cal/g = 5000 caL lik isi enerjisi vermisoluruz . Çogunlukla sicaklik yeri­ ,ne isi kelimesi çok yanlisolarak ktiiianiTijor>. Bir 4.0oCgibi yanI,is kullanirnin dogrusu:hir cismin gelimi 30,kJdlir ve sicakligi400cdir çok kul~ .Ilk çikartabiliriz. nucunu araligabölerdk';Qgi$~*i;is, yctpmi$t.J.:6t .'Bu tÜr "ter.iii6rnetreier rece~i (oC)bi~I':lt'~ili&n~ijiJ~e;n,Çok,kuiianiiariteI'mometI'eierdir . • .. ' .. ' o. ". ',' .'. , ... o sUYllrid.0nIIlan()kt?-:s=p;i:i,}2 .f. kqyn<:ima .noktasini 212 f ,ola~ rak.isaretliyerek bir baska termometr~ cinp~ gelistirdi. s.i_iyiin{dÇ)rim·ati6R:1:as.in~g 1:a gazin:1:iQomi sifirolmalidir. Bu ideal gazi<::abulüne göremÜmkündÜr fak:itgJ.":rçekgaziardaböYlesey o~amaz. Daha -2730C' a ulasmadan,gaz,sivi veyakatilialegeçmektedir.Hacmi gaz hale göre çok küçülmektedil'. Ingiliz bilgink'.T.Ke_lvin 0842-1907)169 V(L) 67.2 44.8 22.4 .. ·Ch~r ..l.e.s .• ··.. k. a.nu.·.TI .. U.B.i.p. ffi. 0.•. 1. ide~.l gazin S. ica .. kl ..i~.•qe. g .. ,i.- .. ~~!.~.~.~ ile hacmindekidegisineyi gosteren hqciI:1~sicaklik Sra- figi . T 273 ( sabit . V = V ( t (0 sabit .feten gint:isi mu.tlak·sicakliga.göre Son sekli çhci.:rleska.Ii1tI1'lin~tn bir baska söyienisini ortaya koyar: ­ Sabi -rpasihçta):iiI";' g~;;;~+r(la,çrn,i mu"tJ;CikSiçt:i.klikladogrü orantilidir. 6.7 sabit ga;,;larin hacmini ve molsayisini ve basincin sicak- Buna benzer sci.bit tutupbas iikladôgru orantili oldugunu bulmustur. veya PiT2 6.8170 ~~6.2: .20oe de 80 cm3 ,,",znCe ye sogutulursa hacmi neolur' çözüm: Sicaklik mutlaka mutlak sicaklik cinsine çevrillIlelidir: 3 273:74.5 cm bulunur. 10.0 ia 50 = Deney sonuçlari bazintisi 80(cm3) 293 ve Bir gaziçinsahit basiçtaasaifid~kI ,. rilmisiJr. Bu··sonuçlari kull~marak(i)-grafikle mutlak 'sifir b1l1untl.z~.b) Charles kauilnunauygun1üSUTlU 6.6. Birgaz reaksiyonunda T'eaksiyöna giren' gazlarin veya' ürünlerin mal sayilapiriin (ayni baski ve sicaklikta) 0I.'a11i küçük tam sayilar­ dir .Bu açiklamaGay~Lussacl.in birlesen hacimler kanunudur.Bunu ~JlJJJ~~!f·A.Yilib.a$ifiçVe,aYni·' .slcakTtj(ta- öl,çUl.€ ri'·_gai;]iiY'J:n .. es" •. t;.: naçlmleti'S$jtsavida-moleküll ~r tçeJ'if:seklinde ifade etmistir. ~ _." - . - . -,' - . '. ". - .' - _,'" ", 7', -'c- , '~,_ ._,.' •. __ .. _ ",. ,,', , ...•.. - _, '. _.-' --' ,_ 0'. -""., '., -' .. Asagidaki gaz reaksiyonu bu ifadeye göre bize su bilgileri verir. 2H2(g) + °2(g) ;. 2H2O(g) 2 mol H -+ lmol 02 } 2 mal H20 2 2iitre B2 + i litre O .. » 2 litre H20 2171 Avogadro kanununun mater.iatik ifadesi söyledir: ödev: Br2(g) +3f 2(g)~ 2Brf3(g) reaksiyonunda ayni basinç ve sicaklikta 4 O cm 3 Br'f3 hazii:iamalc için ne kadar brom ve flor'alinak gerekir ? (Cevap: 20cm 3 Br2.• 60sm3f'2')' . '- ... "0 '-' • . . ;.. ,: :.. -. .-' '.' "".~ -,' '.: ,:.. ," ,; ',', '. :" Avogadrö ' kanunugazlarin, sta1idar:f sini dasaglar. Avogadro.kanunuria..g5rebir mol sicaklikta Ölçüidü[1Ü zan'ia:nb::iska., 'i/ir'cazin aytiiha.cmi pl~[~~;~R'~'9;+9i'lM}i':s'Wnucund a • Sekil 6.6. AY9g~Clr01<:a:n)J.I1i,i.)Y,~,'$:tl3-ticia.:('t.iaol.@.P',tia.cim' ödev: Bir ideal gazin 3.25: molü standart sartlarda ne kadar- ha~ cim isgal eder,CCevap: 3.25 mol x 22.4 L/mol = 72.8 L) 6.7. Ideai:'gaz"ka.hUnu'E)ir'gazlD?'I', Vye, birelen birbiriyle iliskisin~.9rtayi3. ](oyar . ,Bunun için Boyle Kanunu. Cha.rles kanunu,ve AvogCldrokanunubirles'tirilerek tek birbaEintl ortay?, çikariliJ:'. Boyle kanunu: V = sabit x 1 CTve n sabit) p • Charles kanunu V = sabit x T CPve n sabit) ~ Avogadro kanunu V =sabit x il CP ve T sabit)62436 a.3114xl03 8.314 . #;c:~~~t}{:~J,.·:; ·c) ...... - L 'forr/K mol L PalK mol 3 . ro PalK mol :.:ç-Ei.jji(:'moi<~ ld,ea1 gaz bag:intisU1da}j,~Ifl§J,,;~~il'y,a;sil;''yeri ne .madde' rniJ.:tari'f1ii) :b9J.Ütii?l )çUtJ.e~i{MJ)konl1iarak ybgtirili.1k ve 1TI~Ü tartisi hesaplama- . larina yarayanbagintilar elde.eQilir~ veya.. M.':::::· ':~.'u" .. ' p-V ~-"l"" ftlO.:.i..>Kutesr173 p o 20 C ve 700mmHg çözüm: Gazin 51 = 273 K standart = ? T - -'2- 0°("1 -r.'73 . - 293-- :K-- '.} =, ,-+L,_ = degerleri kullanilarak: (760_ mmHg) ( 5 - L) (700 mm Hg)(V l) 760 mmHg x 5L x 293 K 700 mm Hgx273K 5.83 L bulunur. örnek 6.4: Metil florürün yogunlugu 0.259 g/L, basinci 190 Torr, sicakligi 400 K dir-oBuna göre metil florürün mal kÜtle::oini bulunuz. çözüm: d =0.259 g!L P = 190 Torr = 190 Torr/760 Torr/atm = 0.25 atm T= 400 K RT P == cl )< M -veya M - dRT P174 M = (0.259 g/L) (0.OB2 L atm/K mol)(400 K) _ 3" / 1. • _ '-t g mo ve: 450 Torr dayogunlugu nedir çözüm: p -= T= M = d=PM .. RT- Örnek 6.5. (M= 58g/mol) . (~:D (jZbh\i~.Ybgtiri\)g\).2Ô/5~S·~f Ye Bu gazin molkütlesinibulunuz. (Cevap: 48 g!mol). söyledir. gazi,~z2,gaz3 ün kismi basinçlari =t1'f};7~'p~.'r·· 6.ii esittir. 15'" '= .X.' PT . ..... ~ ')-' l.~.;-.:, ,. ,/' '_d"~ '_~_. , '" gaz in gaz in i i kismi basinci mal kesri176 gg.~ôiJTh0~g;Ii~;::~:j~1il~i:~;i::~~:~;~::~~;i~~~~:~:~eQÔSl".~i Gazlarin basinci, sicakligi ayni alinarak yogunluk yerine ideal gaz bagintisindaki degerleri yazildiginda Pl\/RT PM/R~ = elde edilir. 6.14 6.15 Graham kanunu eazlarin kinetik .t~orisinden de dogrudan dogruya çikartilabilir. Ayni basinç ve sicaklikta farkli iki gazin molekül­ leri ayni kinetik enerjiye sahiptir.t.~J ,\ .. : .. AX() .... ' _ .. , AXsE ..AX-iE2 . , Dli7:gUn~cki7.yU7.ili': .. K::ire piramit .,.: ... Kare dU7.1cmi FSckil; 6.11.2: DegerIik tabakasi elektron çiftleri itmesi kiiramina . geomctrilerIniri bulullffiJSI' Geometri . tI.. ' . .. "'O" "i . ...........•.... :: :.~: : ~ ..........•. :: ·rn.\~·. .;' <8 , <.. ,. '.~' AX3 E .' .; '·Ç.'.:.i;· :,AX.., E.., '. Üçgen pirJnl it' ;. V~S~}d~~ .; . ~ ... ~ 0":' .. ~'-': .:: '.o." ".' -:..J _i"j • AX..iE DüzgünuörtyUzl Li (bozulmtl~) . ,. 'fJ-- ~ .., X·O . , <~•.. .. AX'" ...... : .... ..i - " :·.c,. . Düzgün uÜrtyüf1U xx.: '. :J üçgen bipiramii . ·1.······.· . . " - : .. " . '. 0 ._____ .•; e~t~· • 5 6 ·2 El cktron çi ftlcii sayisi.•. ~~;; ..... ~::;.~~~7-~' -- ci~4~}:C;" . ···~~·l;Y:.. ÇizeIge 6.11.1 ~]I~kl~8;riçiftieri itmesi kuramina göresintfLinmis bazi molekUller ve iyonlar ~\~;~~','>" " . (Molcküllcri n ve iyonlarin AXnEm gruplari) .J}~''',:,~ .?~ __ ~~ ~__ . ~ ~ ------------ li --2Ga i- i i . i III '," i Ci - S - cil ':'!SI~' .. >·~~-i~_~ ),öiUlmüs Soru 6.1i.1: Asagidaki moleküllcrin Ye iyonlarin sekillerin,i bulu_ ;J~~~:,i,:.r." ... _ ",' , _.' . _' _". "':.,'_,' _._ . _,", '._ u~t!~f?;:~~Bri,:(b) SCI2, Cc) rClJ, (ç)Gal], (çi) ICI4'.,(e)SF4, (f) ?nÇJ2,(g)Ir .'(huin: Moleküilerin Le\vis formüllerini yazal im: .~~_;_~~. - •• L .' .' ..•.• -. '-;.;,,;,-' .•..... ,, nr"·;'·; Be ~ B ri -··.Tt .• ~ -r i i i j j AXiE, u<'r'rti"al ) i' 'f.fn!J. ~.'.'.).} .. ___ t f Si! .. · ../ .. M', "", C"'[ . " X\~\ T-;.;:lli I\Ç\~"i(v) \.:l'Ir~'tlij,i'I~I" T-".,lIi l\ii ~'r\ \~' ".1 {ii,•.i.:~ii v ~ yolii ki riih .... ' il [i\! .1'.irJ:\ll.\iJ: 1: '" r ..:-~ i\i r ti ii!i\ (1 (] i 2 (1 (J i ri i ~nYl: