Gazların Su Üstünde Toplanması, Gerçek Gazlar
Gazların Su Üstünde Toplanması
Kimyasal tepkimeler sonucunda açığa çıkan gazları saf olarak elde etmek için gazların su üstünde toplanması yöntemi kullanılır.
Su bulunan bir kaba, suda çözünmeyen ve suyla tepkime vermeyen bir gaz eklendiğinde, su yüzeyindeki toplam basınç toplanan gazın kısmi basıncı ile suyun o sıcaklıktaki buhar basıncının toplamına eşittir.
\[P_{toplam}=P_{gaz}+P_{\text{su buharı}} \]
Sıcaklık değişmediği ve sıvının içinde yabancı bir madde çözmediğimiz müddetçe sıvının buhar basıncı sabittir.
- Hacim azaldığında buharın bir kısmı tekrar sıvıya dönüşür. Arttığında ise sıvının bir kısmı buharlaşır ve birim kareye düşen buhar miktarı aynı kalır.
Gerçek Gazlar
Kinetik teoriye göre, gazların hacimleri ve gaz tanecikleri arasındaki etkileşimleri ihmal eden gazlar ideal gazlardır. Ancak gerçekte ideal gaz yoktur. Doğada bulunan gazlar gerçek gazlardır.
- Gerçek gazlarda tanecik hacimleri ve tanecikler arasındaki etkileşimler ihmal edilmez.
- Gerçek gazlar; yüksek sıcaklık ve düşük basınç değerlerinde ideal hale yaklaşırlar.
İdeal Gaz Durumundan Sapmalar
İdeal kabul edilen gazlar için \(P.V\) değeri her basınçta sabit olduğu halde, gerçek gazlar için \(P.V\) değeri değişkendir.
İdeal kabul edilen 1 mol gaz için,
- \(P.V/R.T=1\) olsa da, gerçek gazlarda \(P.V\ne R.T\) ve \(P.V/R.T\ne 1\) dir.
- Bu oran 1 e yaklaştıkça gazlar ideal davranışa yaklaşır.
Grafikte de görüldüğü gibi basınç arttıkçta gazlar idellikten uzaklaşır. Çünkü basınç arttıkça tanecikler birbirine yaklaşır ve etkileşimleri artar.
Geçek gazlarda tanecikler arası çekim kuvveti ihmal edilmediğinden, gerçek gazların basıncı, gazın ideal gaz denklemine göre hesaplanan basıncından daha düşüktür. \((P_{gercek < P_{ideal}})\)
- Bir ideal pistonlu kapta, tüm şartlar aynı olduğunda, gerçek gazın hacmi ideal gazınkinden büyüktür.
Yukarıdaki grafiğe göre, metan gazının yüksek sıcaklıkta basıncı azaldıkça ideal duruma yaklaşmaktadır. Sıcaklık değeri düştükçe gazın ideal davranıştan uzaklaştığı görülmektedir.
Faz Diyagramları
Basınç ve sıcaklık değerlerine bağlı olarak maddelerin bulunduğu fiziksel halleri gösteren grafiklere faz diyagramı adı verilir.
Şekil 5'deki saf suya ait faz diyagramında;
- AB çizgisindeki değerlerde su hem katı hem de buhar halde bulunabilir. Bu durumda madde süblimleşme özelliği gösterir.
- BC çizgisindeki değerlerde su hem katı hem de sıvı halde bulunabilir. Bu durumda madde eriyor ya da donuyordur.
- BD çizgisindeki değerlerde su, hem sıvı halde hem de buhar halde bulunabilir. Bu durumda madde kaynamakta ya da yoğuşmaktadır.
- B noktasında da su, her üç halde de bulunabilir.
Faz diyagramında maddenin katı,sıvı ve gaz hallerinin üçünün de bir arada bulunabildiği basınç ve sıcaklık değerine üçlü nokta denir.
Bir maddenin hem gaz hem de sıvı halde olabildiği maksimum sıcaklık ve basınç değerine kritik nokta denir.
- (Şekil 5'te kritik nokta 374,3 derecedir.)
Bir gazın basınç etkisi ile sıkışarak sıvılaştırılabileceği sıcaklığa kritik sıcaklık denir.
Kritik sıcaklıktaki maddenin sıvılaştırılabilmesi için uygulanması gereken en düşük basınç değerine kritik basınç denir.
Kritik sıcaklığın üzerinde olan ve hiçbir basınç değerinde sıvılaştırılamayan akışkanlara gaz denir.
Kritik sıcaklığın üzerindeki veya altındaki bir sıcaklıkta sıkıştırıldığında, belirli bir basınç değerinden sonra sıvılaşabilen akışkanlara buhar denir.
Yandaki tabloda verilen maddeler oda koşullarında; X buhar, Y sıvı veya katı, Z buhar ve T gaz halindedir.
- Gazlar yeterince soğutulduklarında veya uygun koşullar sağlandığında basınç etkisiyle sıkıştırılarak sıvı hale getirilebilirler.
- Tanecikler arası çekim kuvveti arttıkça, gazlar ideallikten uzaklaşır.
- Tanecikler arası etkileşimi büyük olan gazların yoğuşma sıcaklıkları daha yüksek olur.
Joule-Thomson Olayı
Belirli bir sıcaklıkta bulunan bir madde daha soğuk bir ortama konulduğunda soğur. Örneğin; sıvılaştırılmış hava bulunduğu ortamı \(-180\degree C\) kadar soğutabilmektedir.
Gazların sıvılaşması ile ilgili James Prescott Joule ve William Thomson'un yaptığı çalışmalara göre; hızlıca genleşen bir gazın sıcaklığı düşer. Gazın genleşmesi esnasında gaz bir iş yapar ve bu iş için kendi enerjisini kullanaraj soğur. Bu olaya Joule-Thomson olayı denir.
Günlük hayatta Joule-Thomson olayına aşağıdaki örnekleri verebiliriz.
- Buzdolabı ve klima gibi gereçlerde, kolayca buharlaşan ve yoğuşan maddeler kullanılarak, bir kompresör yardımı ile sürekli sıkışma ve genleşme olayı gerçekleştirilerek soğutma sağlanır.
- Nefesimizi elimize hızlıca üflediğimizde soğuk hissederiz. Yavaş üflediğimizde ise nefesimiz sıcaktır.
- Bisiklet lastikleri şişirilirken pompadan gelen havanın çıkış vanasının bulunduğu kısımda bir ısınma meydana gelirken, lastiğin sibobu ise bir miktar soğur.
Questions
- Bu soruyu tekrar çöz.
- Tanecikler arası çekim gücü arttığında gazlar idealden sapar.
- Taneciğin mol kütlesi arttıkça london kuvveti, dolayısıyla da tanecikler arası çekim gücü artar.
- Tanecikler birbirlerine daha yakın olurlar ve daha az basınç üretirler.
- HF polardır, Ne ise soygazdır. Polar taneciklerde tanecikler arası çekim gücü daha fazladır.
- Toplam basınç = Helyumun basıncı + Suyun basıncı
- İdeal pistonlu kapta piston serbestçe hareket edebildiği için basınç sabittir.
- Sıcaklık düştüğünde su buharının bir kısmı sıvıya dönüşür ve denge buhar basıncı ve hacim azalır. Basıncın sabit kalması için helyumun kısmi basıncı artar.
- Bir gaz idealden saptıkça basıncı daha küçük olur. İdeale en yakın olanın basıncı daha büyüktür.
- Moleküller apolar olduğu için molekül kütlesi arttıkça london etkileşimleri (tanecikler arası etkileşim )de artar ve bu arttığı için ideal gazdan sapılır.
- Basınç ve mol doğru orantılı olduğu için ikisini de 200n mol olarak kabul edebiliriz.
- P.V=n.R.T
- R: 0,0082
- İdeale yakınlaşmak için yüksek sıcaklık ve düşük basınç gerekir.
- Sıcaklık azalırsa buhar basıncı azalır, sıcaklık artarsa buhar basıncı artar.
- Birinci kapta toplam basınç dışarısıyla aynı kalır, değişmez.