1

Gazların Özellikleri

• Gaz Basıncı

• Sıvı Basıncı

P (Pa) =

Yüzey (m2)

Kuvvet (N)

P = g ·h ·d

Basınç, birim alana düşen kuvvettir.

Paskal, Pa; kilopaskal, kPa

g: yerçekimi ivmesih:yükseklikd:sıvının yoğunluğu

Gazların Basıncı

2

Barometrik Basınç

Standart Atmosferik (Barometrik) Basınç

1,00 atm= 760 mmHg, 760 torr

101,325 kPa

1,01325 bar

1013,25 mbar

Atmosferik (Barometrik)

Basınç)

dHg = 13,5951 g/cm3 (0°C)

g = 9,80665 m/s2

Evangelista Torricelli, 1643

3

Manometreler

Gaz Basıncı Barometrik Basınca Eşittir

Gaz Basıncı Barometrik Basınçtan Büyüktür

Gaz Basıncı Barometrik Basınçtan Küçüktür

Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi

4

Basit Gaz Kanunları

• Boyle 1662 P α 1V PV = Sabit

Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi basıncı ile ters orantılıdır.

P1 V1 = P2 V2

5

Charles KanunuCharles 1787 Gay-Lussac 1802

Hacim (mL)

V α T

V = b T

Sıcaklık (oC)

Hacim (mL)

Sıcaklık (K)

Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılıdır.

Mutlak Sıcaklık eşeli veya Kelvin eşeli: - 273,15oC veya 0 K,

T(K)= t(oC)+ 273,15

V1 V2

T1 T2

=

6

Avogadro Kanunu• Gay-Lussac 1808

Küçük hacimdeki gazlar küçük oranlarda reaksiyona girerler.

• Avogadro 1811Eşit hacimdeki gazlar eşit sayıda moleküllere sahiptir.Gaz molekülleri reaksiyona girdiği zaman bozunurlar.

V α n veya V = c n

Normal Koşullarda (0 C= 273,15 K ve 1atm= 760 mm Hg)

1 mol gaz = 22,414 L hacim kaplar

Sabit basınç ve sıcaklıkta:

7

Gaz Kanunlarının Birleşmesi: İdeal Gaz Eşitliği ve Genel Gaz Eşitliği

• Boyle Kanunu V α 1/P• Charles Kanunu V α T• Avogadro Kanunu V α n

PV = nRT

V α nTP

8

Gaz Sabiti

R = PVnT

= 0,082057 L atm mol-1 K-1

= 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1

PV = nRT

= 8,3145 J mol-1 K-1

= 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1

9

Örnek 1: 45 C ve 745 mm Hg basınçta 13,7 g Cl2(g)’nin kapladığı hacim ne kadardır?

1 atm = 760 mmHg; R = 0,08206 L atm /(mol K); Cl:35,5

193,071

17,13980,0

760

174515,31815,27345

2

2 Clg

Clmolgn

mmHg

atmmmHgPT

Çözüm

LV

atm

KKmolatmLmolV

P

nRTV

14,5

980,0

15,318)/(08206,0193,0

Soru: 350 mL’lik bir kap içerisinde ve 175 C’deki 1,00 x 1020 molekül N2’nin oluşturduğu basınç ne kadardır?

10

Genel Gaz Eşitliği

R = = P2V2

n2T2

P1V1

n1T1

=

PsVs

nsTs

PiVi

niTi

Bu denklem genellikle bir veya iki gaz özelliği sabit olduğu koşullarda uygulanılır ve denklem bu sabitler yok edilerek basitleştirilir.

Eğer iki gazın ya da tek bir gazın iki halinin (başlangıç ve son) kıyaslanması gerekiyorsa, sabit terim (n, P, V, T) götürüldükten sonra Genel Gaz Denklemi kullanılmalıdır. Diğer durumlarda İdeal Gaz Denklemi kullanılmalıdır.

11

6-4 İdeal Gaz Eşitliğinin UygulamasıMol veya Kütle olarak gaz miktarı veriliyor mu veya soruluyor mu?

Genel Gaz Denklemini birleşik gaz denklemine indirgeyerek kullanınız.

PiVi = PsVs

Ti Ts

Vi=Vs

Pi = Ps

Ti Ts

Hayır

EvetEğer gaz kütlesi sabitse İdeal Gaz Denklemini Kullanınız PV=nRT

Eğer gazın kütlesi değişiyorsa

Genel Gaz denklemini kullanınız.

PiVi = PsVs

niTi nsTsBoyle Kanunu

PiVi = PsVs

Ti=Ts

Vi = Vs

Ti Ts

Pi = Ps

12

Mol Kütlesi HesaplanmasıPolipropilen endüstri için önemli bir kimyasaldır. Organik sentezlerde ve plastik üretiminde kullanılır. Cam bir kabın ağırlığı boş, temiz ve havasız iken 40,1305 g, su ile doldurulduğu zaman 138,2410 g (25°C deki δ= 0,9970 g/cm3) ve polipropilen gazı ile doldurulduğu zaman 740,3 mm Hg basınç ve 24,0°C de 40,2959 g gelmektedir. Polipropilenin mol kütlesi nedir?

Strateji:

Vkab bulun, mgaz bulun, Gaz denklemini kullanın

Vkab = mH2O : dH2O = (138,2410 g – 40,1305 g) : (0,9970 g cm-3)

= 0,1654 g

mgaz = mdolu - mboş= (40,2959 g – 40,1305 g)

= 98,41 cm3 = 0,09841 L

13

Gaz Denklemi:

PV = nRT PV = mM

RT M = m

PVRT

M = (0,9741 atm)(0,09841 L)

(0,6145 g)(0,08206 L atm mol-1 K-1)(297,2 K)

M = 42,08 g/mol

14

Gazların Yoğunlukları

PV = mM

RT MP

RTVm

= d =

PV = nRT ve d = mV

, n = mM

Katı ve sıvı yoğunlukları ile gaz yoğunluğu arasında önemli iki fark vardır.

1- Gaz yoğunlukları önemli ölçüde basınç ve sıcaklığa bağlıdır; basınç arttıkça artar ve sıcaklık arttıkça azalır. Sıvı ve katıların yoğunlukları da sıcaklığa bağlı olmakla birlikte basınca çok az bağlıdır

2- Bir gazın yoğunluğu onun mol kütlesi ile orantılıdır. Sıvı ve katıların yoğunlukları ile mol kütleleri arasında hiçbir ilişki yoktur.

15

Kimyasal Tepkimelerde Gazlar

• Stokiyometrik faktörlerin gaz miktarlarıyla olan ilişkisi diğer girenler veya ürünlerinki ile aynıdır.

• İdeal gaz eşitliği gazların kütle, hacim, sıcaklık ve basınç hesaplamalarında kullanılır.

• Birleşik gaz kanunu diğer gaz kanunları ile geliştirilebilir.

16

Birleşen Hacimler Kanunu• Tepken ve ürünlerin yada bunların bazılarının gaz olduğu

tepkimelerde stokiyometrik hesaplamalar oldukça basittir.

2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g)

2 mol NO + 1 mol O2 (g) 2 mol NO2(g)

T ve P nin sabit olduğunu varsayınız, bu durumda bir mol gaz belli 1V hacmini, 2 mol gaz 2V hacmini ve 3 mol gaz 3V hacmini kaplayacaktır

2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g)

2 L NO(g) + 1 L O2 (g) 2 L NO2(g)

17

Örnek: Yüksek sıcaklıkta sodyum azid, NaN3, bozunarak azot gazı N2(g) oluşturur. Gerekli reaksiyon başlatıcı araçların kullanılması ve oluşan sodyum metalinin tutulmasıyla bu reksiyon sistemleri hava yastıklarında kullanılır. 70,0 g NaN3 in bozunmasıyla 735 mm Hg basınç ve 26°C sıcaklıkta ne kadar hacimde N2(g), elde edilir.

2 NaN3(s) → 2 Na(l) + 3 N2(g)N2’nin molünü hesaplayın:

N2 ’nin hacmini hesaplayın

nN2 = 70 g N3 x

1 mol NaN3

65,01 g N3/mol N3

x3 mol N2

2 mol NaN3

= 1,62 mol N2

= 41,1 L

P

nRTV = =

(735 mm Hg)

(1,62 mol)(0,08206 L atm mol-1 K-1)(299 K)

760 mm Hg1.00 atm

18

Gazların Karışımı

• Kısmi Basınç– Aynı kap içerisindeki bir gaz karışımındaki her

bir gaz bileşeni kendi kısmi basıncını uygular. Ptop= Pa + Pb + Pc + …

• Gaz kanunları gaz karışımlarına uygulanabilir.

• Basit bir yaklaşımla ntoplam, fakat …

19

Kısmi Basınç ve Dalton Kısmi Basınç Kanunu

Ptop = Pa + Pb +…

Va = naRT/Ptop ve Vtop = Va + Vb+…

Va

Vtop

naRT/Ptop

ntopRT/Ptop= =

na

ntop

Pa

Ptop

naRT/Vtop

ntopRT/Vtop= =

na

ntop

na

ntop

= a (Mol Kesri)Hatırlayın

20

Kinetik Moleküler Teori• Gaz partikülleri noktasal kütleli,

sabit, rastgele ve doğrusal hareket

yaparlar.

• Gaz partikülleri birbirlerinden çok

uzak mesafededirler.

• Tüm çarpışmalar hızlı ve elastiktir.

• Gaz partikülleri arasında herhangi bir

kuvvet yoktur.

• Toplam enerji sabit kalır.

21

Kinetik Molekül Teorisine Bağlı Gaz Özellikleri

Yayılma (Difüzyon)

- Rastgele molekül hareketi sonucu moleküllerin göç etmesidir.

Dışa Yayılma (Efüzyon)

- Gaz moleküllerinin bulundukları kaptaki küçük bir delikten kaçmasıdır.

22

Graham Kanunu

MA

RT3

A

BA

Brms

Arms

M

M

3RT/MB

3RT/M

)(u

)(u

Graham Kanunu:İki farklıgazın dışa yayılma hızları mol kütlelerinin karekökü ile ters orantılıdır.

Yalnızca düşük basınçtaki gazlar içindir, difüzyona uygulanmaz

Gazların efüzyon (dışa yayılma) hızları, urms=

Gazların ortalama kinetik enerjileri, EK = 3/2RT’dir.

MA

RTuv

MA

RTv

RTvMA

rms

3

32

3

2

1

2

2

2

23

Gerçek Gazlar• Sıkıştırılabilirlik faktörü: PV/nRT = 1

• Gerçek gazlardan sapma.

– PV/nRT > 1 – Moleküler hacim büyük ise.

– PV/nRT < 1 – moleküller arası etkileşim kuvveti.