Gaz Kanunları

Gazların Genel Özellikleri

Maddeler tabiatta genel olarak katı, sıvı ve gaz halinde bulunurlar.
Belirli koşullarda haller arasında dönüşümler meydana gelir. Bu dönüşümler canlıların hayatını devam ettirebilmesi, endüstri ve çevre için oldukça önemlidir.

Maddelerin yaygın hallerinden olan gazların genel özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir:

Maddenin en düzensiz halidir.
Tanecikli yapıya sahiptirler. Atomik veya moleküler halde bulunabilirler.
Yoğunlukları katı ve sıvılarınkinden düşüktür.
Titreşim, dönme ve öteleme hareketi yapabilirler.
Tanecikleri arasındaki çekim kuvvetleri çok düşük olduğundan tanecikler arasında büyük boşluklar vardır ve tanecikler birbirinden bağımsız hareket eder.
Kapalı kaplarda birbirleri ile her oranda homojen olarak karışabilirler.
Belirli şekilleri yoktur. Bulundukları kabı tamamen doldurduklarından, hacimleri kabın hacmine eşittir, şekilleri de kabın şekline benzer.
Gaz tanecikleri sürekli hareket halindedir. Bu hareketleri sonucunda birbirleri ile ve bulundukları kabın iç yüzeyi ile sürekli olarak esnek çarpışmalar yaparlar.
Gaz taneciklerinin yaptığı çarpışmalar sonucunda birim yüzeye uygulanan kuvvete gaz basıncı denir.
Yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta sıvılaştırılabilirler.
Gaz molekülleri birbirleri ile çarpıştıklarında taneciklerin hızları ve yönleri değişebilir. Ancak ortalama hızları değişmez çünkü çarpışmalar esnektir.
Aynı sıcaklıktaki gazların ortalama kinetik enerjileri eşittir.
Gaz taneciklerinin kapladıkları hacimler moleküller arasındaki boşluklar yanında ihmal edilir.
Gazlar, aynı sıcaklık artışında aynı oranda genişlerler. Yani genleşme katsayıları aynıdır.

Gazların Betimlenmesinde Kullanılan Özellikler ve Ölçülmesi

Basınç

Sürekli hareket halinde bulunan gazlar, hem birbirlerine hem de bulundukları kabın yüzeyine çarparak bir kuvvet uygularlar. Bu kuvvete gaz basıncı denir.

Gazların basıncı P ile gösterilir.
Gaz basıncı birim hacimdeki taneciğin sayısı, taneciklerin hızı ve birim zamanda çarpışma sayısıyla orantılı olarak değişir.
Kapalı kaplardaki gaz basıncı manometrelerle ölçülür.

Atmosferde bulunan gazların yaptığı basınca atmosfer basıncı denir.

Atmosfer basıncı \(P_0\) ile gösterilir.
Atmosfer basıncı atmosferin her yerinde sabit değildir. Sıcaklığa ve rakıma (deniz seviyesinden yüksekliğe) bağlı olarak değişir.
Atmosfer basıncı barometrelerle ölçülür.

Deniz seviyesinde sıfır derece sıcaklıkta atmosfer basıncının değeri 1 atm dir.

Basınç Birimleri

1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg
1 mmHg = 1 Torr
760 mmHg = 760 Torr

Hacim

Maddenin uzayda kapladığı boşluğa hacim denir.

Gazların hacmi V ile gösterilir. Birimi litredir (L).
Laboratuvarda gaz hacmi, gaz büretleri ile ölçülür.

Hacim Birimleri

\(1mL=1cm^3\)
\(1dm^3=10^{-3} m^3\)
\(1L = 1dm^3 = 1000mL = 1000cm^3\)

Sıcaklık

Gazlar için yaygın olarak kullanılan sıcaklık birimleri Kelvin (K) ve Celcius \((\degree C)\) tur.

Bu sıcaklıkların ölçümünde termometre kullanılır
Kelvin sıcaklığına mutlak sıcaklık denir.

\[K = \degree C + 273 \]

0K sıcaklığına mutlak sıfır denir. Değeri \((\degree C)=-273\) dür.

Mol Sayısı

Avogadro sayısı \((6,02.10^23)\) kadar taneciğe 1 mol denir.

Bir maddenin bir molünün kütlesine mol kütlesi (MK) denir ve n ile gösterilir.
Gazların tanecik sayısına bağlı olarak mol sayısı belirlenir.

\[n = \frac{\text{Tanecik Sayısı (N)}}{\text{Avogadro Sayısı } (N_0)} \]

Tanecik sayısı, molünü bulmak istediğimiz maddenin tanecik sayısıdır.

\[n = \frac{\text{Kütle (m)}}{\text{Mol Kütlesi (MK)}} \]

Kütle, elimizde bulunan maddenin kütlesidir. Mol kütlesi ise bir taneciğin içerdiği atomların atomik kütlelerinin (g/mol) toplamıdır.

Gaz Yasaları

Boyle Yasası (Basınç-Hacim İlişkisi)

Robert Boyle; sabit sıcaklıkta belirli miktardaki gaza yüksek basınç uyguladığında hacminin küçüldüğünü, basınç azaltıldığında ise hacminin arttığını gözlemlemiş ve Boyle yasasını ortaya koymuştur.

Bu yasaya göre, gazın sıcaklık ve mol sayısı sabit ise, basıncı ile hacmi ters orantılıdır.

Belirtilen yasa, aşağıdaki gibi formülize edilir.

\[P_1.V_1 = P_2.V_2 = P_3.V_3 = P_n.V_n = Sabit \]

Charles Yasası (Sıcaklık-Hacim İlişkisi)

Sabit basınçlı kaplarda (örneğin elastik balon veya ideal pistonlu kap) gaz miktarı (mol sayısı) sabit ise, sıcaklık artırıldığında gazın hacmi artar.

Bu yasaya göre, miktarı ve basıncı sabit olan bir gazın hacmi ile mutlak sıcaklığı doğru orantılıdır.

n (mol) ve P (basınç) sabit olduğunda,

\[\frac{V}{K}=k\text{ (sabit sayı)} \]

Denklemi elde edilir. Bu yasaya göre sıcaklık arttıkça hacim artar.

Belirtilen yasa, aşağıdaki gibi formülize edilir.

\[\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}=\frac{V_3}{T_3}=...=\frac{V_n}{T_n}=Sabit \]

Gay - Lussac Yasası (Sıcaklık-Basınç İlişkisi)

Kapalı bir kapta, belirli miktardaki gazın sıcaklığı artırıldığında taneciklerin birim yüzeye çarpma sayısı ve buna bağlı olarak da basıncı artar.

Bu yasaya göre, miktarı ve hacmi sabit olan bir gazın basıncı ile mutlak sıcaklığı doğru orantılıdır.

V (hacim) ve n (mol) sabit olduğunda; P/T=k (sabit sayı) olur.

\[\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}=...=\frac{P_n}{T_n}=Sabit \]

Böyle bir durumda sıcaklık arttıkça basınç artar.

Avogadro Yasası (Mol Sayısı-Hacim İlişkisi)

İtalyan bilim insanı Amedeo Avogadro; Boyle, Charles ve Gay-Lussac'ın gazlarla ilgili yaptığı çalışmaları tamamlayıp, Avogadro yasasını ortaya koymuştur.

Bu yasaya göre; aynı şartlarda olan gazların cinsi ne olursa olsun hacimleri ile molleri doğru orantılıdır.

P (basınç) ve T (kelvin) sabit olduğunda V/n=k (sabit sayı) olur.

\[\frac{V_1}{n_1}=\frac{V_2}{n_2}=...\frac{V_n}{n_n}=Sabit \]

Gazların mol sayısı ve hacmi arasındaki bağıntıyı açıklayabilmek için basınç ve sıcaklık koşulları belirtilmelidir.
Sıklıkla kullanılan bazı şartların değerleri aşağıda belirtilmiştir.

Normal Koşullar: \(0\degree C\) ve 1 atm basınçtır.

1 mol gaz normal koşullarda 22,4L hacim kaplar.

Standart Koşullar: \(25\degree C\) ve 1 atm basınçtır.

1 mol gaz standart koşullarda 24,5L hacim kaplar.

Tüm bu yasaları bir araya getirirsek aşağıdaki bağıntıyı elde ederiz.

\(P.V=n.R.T\)

Bu bağıntı hangilerinin birbiriyle ters, hangilerinin doğru orantılı olduğunu gösterir.

Questions

Easy