MADDENİN GAZ HÂLİ (GAZLAR) GAZLAR KONUSUNDA YANLIŞ ANLAŞILAN BAZI KAVRAMLAR Bir kapta su ısıtılırken çıkan kabarcıklar, hava kabarcıkları değildir; H2O(g) molekülleridir, su buharlarıdır. Madde hâl değiştirdiğinde, maddenin tanecikleri hâl değiştirmez. Tanecikler aynen kalır; yalnız aralarındaki uzaklık farklılaşır. İyonik bileşiklerde durum farklıdır. Her maddenin 4 hâli de her an, her yerde vardır. Çok az miktarda olduğundan fark etmiyoruz.
GAZLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ 1* 1– Maddenin en yüksek enerjili hâlidir. 2* 2– Maddenin en düzensiz hâlidir. 3* 3– Tanecikler arası boşlukların en çok olduğu hâldir. 4* 4– Gazlar bulundukları kabın her tarafına aynı basıncı 1
uygularlar. 5* 5– Gazlar bulundukları kabın hacmini alırlar. 6* 6– Akışkandırlar. 7* 7– Sıkıştırılabilirler. 8* 8– Gaz molekülleri hareketlidir. 9* 9– Moleküler hacim ihmal edilebilir düzeydedir. 10* 10– Gaz moleküllerinin çarpışması esnek çarpışmadır. 11* 11– İdeal gazda moleküller arası etkileşim yoktur. Gerçek gazlarda ise moleküller arası itme ve çekme vardır. 12* 12– Gaz molekülleri farklı hızdadır. Çarpışınca enerjileri fazlalaşır veya azalır; toplam enerji değişmez. 13* 13– Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir. 14* 14– Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi sıcaklıkla doğru orantılıdır.
GAZLAR İÇİN DÖRT NİCELİK 15* Gazlar için 4 niceliğin önemi büyüktür: Bunlar P (basınç), V (hacim), n (mol sayısı), T (mutlak sıcaklık)
BASINÇ VE ÖLÇÜMÜ 16* Basınç ve ölçümü: Birim yüzeye etki eden kuvvete basınç denir. 1– Açık hava (atmosfer) basıncının ölçümü 2– Kapalı kapta basınç ölçümü 1– Açık hava (atmosfer) basıncının ölçümü: Barometre ile ölçülür. Toriçelli cıva ile yaptığı deneyle deniz seviyesinde atmosfer basıncını 0 °C’ta 76 cm Hg bulunmuştur. 76 cm Hg = 760 mm Hg = 1atm Sıvılarda basınç formülü: P=hd P = 76 cm Hg x13,6 g/cm3 P=1033,6 g/cm2 (atmosfer basıncı) 2
Gaz problemlerinde cıva yerine başka bir sıvı kullanıldığında; h1d1 = h2d2 formülü kullanılır. 2– Kapalı kapta basınç ölçümü: Manometrelerle ölçülür.
BASINÇ BİRİM ÇEVİRİLERİ 1* 1 atm = 101325 Pa 2* 1 atm = 105 Pa (yaklaşık) 3* 1 atm = 1,01325x105 Pa 4* 1 bar = 105 Pa 5* 1 atm = 1,01325010000438 bar 6* 1 atm = 760 torr 7* 1 atm = 760 mm Hg
KİNETİK TEORİ KULLANILARAK ÇIKARILAN TEMEL EŞİTLİK 8* PV = 1/3 Nmv2 9* N: Tanecik sayısı 10* m: Molekül kütlesi 11* v2: Molekülün hızının karesi
KİNETİK ENERJİ, SADECE SICAKLIĞA BAĞLIDIR 12*
EK = 3/2 nRT
SIFIR KELVİNE İNİLMEDİ 13* 14*
0 K’e inilmedi. Helyum 4 K’de sıvılaştırılmıştır. Günümüzde inilen en 3
düşük sıcaklık 4 K’dir. 0 K’e yanaşılmıştır. 15* 0 K’de gaz kalmaz.
VAN DER WAALS EŞİTLİĞİ 16* PdüzeltilmişVdüzeltilmiş = nRT 17* Eşitlikte basınçta ilave, hacimde ise çıkarma yapılır. 18* Van der Waals eşitliği, ideal gaz denklemi olarak da bilinir.
GAZ KANUNLARI 1. P–V İLİŞKİSİ (n, T SABİT) (BOYLE MARIOTTE KANUNU): Miktarı ve sıcaklığı sabit tutulan bir gazın hacmi ile basıncı ters orantılıdır. 2. P–n İLİŞKİSİ (V,T SABİT) (DALTON KISMİ BASINÇLAR KANUNU): Hacmi ve mutlak sıcaklığı sabit tutulan bir gazın miktarı ile basıncı doğru orantılıdır. 3. P–T İLİŞKİSİ (V,n SABİT) (GAY LUSSAC KANUNU): Hacmi ve miktarı sabit tutulan bir gazın mutlak sıcaklığı ile basıncı doğru orantılıdır. 4. V–n İLİŞKİSİ (P,T SABİT) (AVOGADRO HİPOTEZİ): Aynı koşullarda (basınç ve sıcaklık aynı) gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda tanecik vardır. Basıncı ve sıcaklığı sabit tutulan bir gazın mol sayısı ile hacmi doğru orantılıdır. ÖNEMLİ NOT: Gazlarla ilgili problem çözümlerinde sıcaklık birimi mutlaka Kelvin olarak alınmalıdır. 5. V–T İLİŞKİSİ (P, n SABİT) (CHARLES KANUNU): Basıncı ve mol sayısı sabit tutulan bir gazın mutlak sıcaklığı ile hacmi 4
doğru orantılıdır. 6. n–T İLİŞKİSİ (P, V SABİT): Basıncı ve hacmi sabit tutulan bir gazın mutlak sıcaklığı ile mol sayısı doğru orantılıdır.
DİFÜZYON VE EFÜZYON 17* Difüzyon, bir gazın diğer bir gaz içinde yayılmasıdır. Difüzyon tabiri yaygın olmasa da, sıvılar için de kullanılır. 18* Efüzyon ise, bulunduğu kabın duvarındaki küçük bir delikten gazın kaçışıdır. 19* Türkçe kaynaklarda efüzyon da difüzyon diye anlatılır. Aslında ikisi birbirinden farklıdır.
KISMİ BASINÇ 20* Kısmi basınç kapalı bir kapta birden çok gaz bulunduğu durumda gazlardan her birinin basıncına denir. Kaptaki gazların kısmi basıncı sıcaklık ve hacim değişiminden aynı oranda etkilenir. Gazların kısmi basınçlarını farklı oranda etkileyecek tek faktör mol sayısıdır.
KAPLARIN BİRLEŞTİRİLMESİ (GAZLARIN KARIŞTIRILMASI) 21* Karıştırılan gazlar tepkimeye girmiyorsa ve sıcaklık sabitse; P1V1 + P2V2 + .....= PsVs
İDEAL GAZ 5
22* Gaz taneciklerinin öz hacimlerinin ve gaz tanecikleri arasındaki etkileşimlerin ihmal edildiği, başka bir deyimle 0 sayıldığı gazdır. 23* Hiçbir gaz ideal olamaz, ancak ideale yaklaşabilir.
GERÇEK GAZI İDEAL GAZA YAKLAŞTIRAN ŞARTLAR 24* 25* 26*
1– Düşük basınç 2– Yüksek sıcaklık 3– Küçük mol ağırlığı
İDEAL GAZ VAR MIDIR? 27* Ulaşılan en düşük sıcaklık –270 °C’tır. 28* Kinetik teoriye göre ideal gaz –273,15 °C’ta (0 K) olur. 29* –273,15 °C’ta gazın hacmi ve basıncı 0 olmaktadır. Maddenin hacminin ve basıncının 0 olması ise maddenin yok olması anlamına gelmektedir. Bu nedenle madde olduğu sürece bu düşük sıcaklığa erişmek mümkün değildir. Bundan dolayı ideal gaz yoktur.
GAZ KANUNLARI İDEAL GAZLAR İÇİN GEÇERLİDİR 30* Deneylerde kullanılan gazlar, gerçek gazdır. Bu nedenle sonuçlar hatalı çıkabilir. 31* Örneğin, PV çarpımının eşit olduğunun gösterildiği deneyde değerler büyük alınmamalıdır.
GAZLARDA YOĞUNLUK 6
32* Yoğunluk problemlerinin çözümünde d=m/V formülü kullanılır. 33* Ancak bazı gaz problemlerinde PMA=dRT formülü kullanılır.
GAZLARDA KİNETİK ENERJİ VE DİFÜZYON Ek = 3/2kT Ek = 1/2mv2 34* Gazların ortalama kinetik enerjisi yalnızca sıcaklıkla değişir. 1. formülden de görüleceği gibi mutlak sıcaklık kaç katına çıkarsa ortalama kinetik enerji o kadar katına çıkar. (Toplam kinetik enerji ise kütleyle de ilgilidir.) 35* İki gazın mutlak sıcaklıkları eşitse ortalama kinetik enerjileri de eşittir. 36* Buna göre; TA = TB ise EkA (ortalama) = EkB (ortalama) 37* Ortalama kinetik enerjilerde kütle mol kütlesi olarak alınır. ½ MAVA2 = ½ MBVB2
JOULE – THOMSON OLAYI (JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ) 38* Ek = 3/2kT formülünde de görüldüğü gibi gazlar düşük sıcaklıkta düşük ortalama hıza sahiptir. Buna göre gazı yavaşlatmak, gazı soğutmak anlamına gelir. Gazlar genleştirildiğinde moleküller birbirlerinden uzaklaşır ve ortalama hızları düşer. 39* Genleşen gazın moleküllerinin arasındaki çekim kuvvetlerinin yenilmesi için gereken enerji, dış sistem ısıca yalıtılmış olduğundan ortamdan alınamaz. Bu durumda moleküller enerjiyi, kendi öz ısılarını kullanarak karşıladıklarından, hızla genleştirilen gaz soğur. Soğuyan gaz, bulunduğu ortamı da soğutur. 7
40* Joule – Thomson olayı sonucunda genişleme sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar küçük ise gaz ideale o derece yakındır.
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNDAN YARARLANARAK HAVANIN SIVILAŞTIRILMASI 41* Joule – Thomson olayından yararlanarak 1877 yılında Louis Paul Cailletet, önce havayı soğutmuş, sonra hızla genleştirmiştir. Böylece hava, sıvı hâle geçmiştir. 42* Daha sonra sıvılaştırılan havanın içindeki azot gazı ve oksijen gazı damıtma yoluyla birbirinden ayrılarak elde edilmiştir.
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNA GÖRE BUZDOLAPLARININ SOĞUTMA PRENSİBİNİN AÇIKLANMASI 43* Soğutucularda da Joule – Thomson olayından yararlanarak amonyak, metil klorür, propan gibi kolay buharlaşabilen akıcı maddeler kullanılır. 44* Sıvı hâle getirilen madde, borularla buzdolabının iç yüzeyine verilir. Madde borular içinde gaza dönüşürken buzdolabının içini soğutur. Aynı gaz kompresör tarafından basınç altında yeniden sıvı duruma getirilir.
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNA GÖRE KLİMALARIN ISITMA VE SOĞUTMA PRENSİBİNİN AÇIKLANMASI 8
45* Klimalardaki gaz, kompresör aracılığı ile emilip sıkıştırılarak sıvılaştırılır. Sıkışma esnasında açığa çıkan ısı, bir fan vasıtasıyla dış ortama atılır. 46* Sıvı üzerindeki basınç düşürülünce, sıvı bulunduğu ortamdan ısı çekerek gaz hâle geçer; böylece dış ortamın sıcaklığını da düşürmüş olur. 47* Soğutma akışkanının kompresör tarafından emilmesiyle çevrim aynı şekilde tekrarlanır.
KRİTİK SICAKLIK 48* Bir gazın sıcaklığı ne kadar yüksek ise sıvılaşması o kadar zordur ve gazı sıvılaştırmak için gereken basınç o kadar yüksektir. 49* Her bir gaz için farklı değerde olan öyle bir sıcaklık vardır ki bu sıcaklığın üzerinde bulunan gaz, hiçbir basınç altında sıvılaştırılamaz. 50* Her bir gaz için karakteristik olan bu sıcaklığa kritik sıcaklık denir. 51* Kritik sıcaklık, bir gazın basınç uygulanarak sıvılaştırılabileceği en yüksek sıcaklıktır. Kritik sıcaklığın üzerinde basınç ne kadar arttırılırsa arttırılsın, sıvılaşma olmaz. H2O(g)’ın kritik sıcaklığı 374,3 °C’tır. H2O(g) 374,3 °C’ın üzerinde sıkıştırılsa bile sıvılaşmaz. 52* Kritik sıcaklık, TK ile gösterilir.
BUHAR, GAZ VE KRİTİK SICAKLIK 53* Kaynama noktası ile kritik sıcaklığın arasında buhardan, kritik sıcaklığın üzerinde ise gazdan söz edilir.
BASINÇ ÖLÇÜSÜ BİRİMİ PASCAL, BLAISE 9
PASCAL’A (1623–1662) AİTTİR 54* Meşhur Fransız matematikçisi, fizikçisi ve kimyacısıdır. Aynı zamanda filozof ve yazardır. 55* Maddenin boşluklu yapısı üzerinde çalışmalar yaptı. 1647 yılında bu çalışmalarını “Boşlukla İlgili Yeni Deneyler” ve “Boşluk İncelemesine Giriş” adlı kitaplarında yayınladı. 56* İlk hesap makinesinin mucididir. 57* Basınç üzerine çok sayıda çalışmaları vardır. Toriçelli (1608–1647)’nin varsayımlarını yaptığı deneylerle doğruladı. 58* Uluslararası sistemde (SI) basınç ölçüsü birimi, pascaldır. Pa kısaltmasıyla gösterilir. Pa tanımını Pascal (Paskal) şu şekilde yapmıştır: 1 m2’lik yüzeye dik doğrultuda etki eden kuvvet 1 Newton ise bu yüzeydeki basınç 1 pascal olur. 59* 1652’de manastıra kapanarak kendini ilme verdi. 1654’te yaşadığı bir vecd hâlinden sonra kesin kararlar aldı. Bundan sonra Pascal, bütün varlığıyla Tanrı’ya yöneldi. Hayatındaki bu kararından sonra yoğun bir şekilde bilimsel araştırmalarına da devam etti. 60* Descartes (Dekart), bilimin konusunu maddeyle sınırlandırmıştı. 61* Hıristiyanlık tahrif olduğundan (bozulduğundan) ve tam hayatın içinde olmadığından kilise teşkilatı ilme karşıydı. Kilise teşkilatında ilme karşı olmayan, azınlık bazı kişiler de az da olsa mevcuttu. 62* Tahrif olmuş din ile bilim arasında Batı’da uzun süren çatışmalar yaşandı. Sonunda bilim adamlarının bir kısmı yanlış olarak din ile bilim arasında ayrılık var sandılar. Böylece din–bilim ayrışması gerçekleşti. 63* Aslında kilisenin yanlışlığına karşın bilim adamlarında oluşan tepki, dine karşı olduklarından değildi, zaruretten ileri geliyordu. Descartes (Dekart) bu tepkiyi gösterenlerin başında gelen akılcı insan olmasına rağmen “Allah vardır.” diyordu. 10
64* Dekartçı düşünceye, Kartezyen düşünce başka bir ifade ile Kartezyenizm denir. Kartezyen felsefe, din ile ilim ayrılmasını netice vermiştir. 65* O dönemde Kartezyenizm, pansuman tedavi olarak mecburiyetten dolayı ortaya atılmıştı. 66* İlerici ve gerici deyimleri ilk olarak Batı’da kullanılmıştır. Kilisedekilere ve kilise taraftarlarına gerici, kiliseye karşı gelenlere de ilerici denilmiştir.
TORİÇELLİ’DEN (1608–1647) ÇOK DAHA ÖNCE AÇIK HAVA BASINCINI ÖLÇEN BİLİM ADAMI: İBNİ SİNA (980–1037) Eserleri Avrupa üniversitelerinde 600 sene temel kitap olarak okutulmuştur. Batılılar ona Avicenna derler. Zamanının en büyük dâhisidir. Tıp ve kimya ilminden başka; felsefe, jeoloji, coğrafya, fizik, matematik, botanik, zooloji, müzik dallarında da çok araştırma ve keşifleri vardır. Isı ve gazların basıncı konularında keşifleri olmuştur. Toriçelli’den (1608–1647) önce açık hava basıncını ölçmüştür. İslam hükemasının Eflatun’udur. Filozofların üstadıdır. Suların temizlenmesiyle ilgili çalışmalar yapmıştır. İçme suyunun, sağlık üzerindeki etkisini araştırarak, kalitesinin önemini belirtmiştir. Kimya ilmini tıbbın hizmetine sokmada, Razi’yi örnek almıştır; bu konuda dünyada Razi’den sonra ikincidir diyebiliriz. Koruyucu hekimlik ve tedavide İbni Sina’nın belirttiği 780 ilacın istisnasız hepsi günümüzde kullanılmaktadır. Tıp alanında onlarca hastalığı ilk teşhis ve tedavi etmiştir. Örneğin; şeker hastalığında, idrarda şeker bulgusunun varlığını ilk keşfeden odur. Bulaşıcı hastalıklara küçük 11
mikroorganizmaların sebep olduğunu tespit etmiştir. Ameliyatlardan önce hastaya anestezik ilaç yapmak da onun buluşudur. Etil alkolü tıpta steril amaçlı olarak ilk kullanandır. Damar içine yapılan şırınga da İbni Sina’nın icadıdır. Doktorların sultanı unvanıyla anılmıştır. En büyük hizmeti tıp sahasındadır. Çağların en büyük tıp araştırmacısıdır. Tıp noktasında “Tıp ilmini iki satırda topluyorum. Sözün güzelliği kısalığındadır. Yediğin vakit az ye. Yedikten sonra dört, beş saat kadar yeme. Şifa hazımdadır. Kolayca hazmedeceğin miktarı ye. Nefse ve mideye en ağır ve yorucu hâl, taam taam üzerine yemektir.” demiştir. Yemek konusunda vücuda en zararlı olan, dört, beş saat ara vermeden yemek yemek veyahut lezzet için çeşitli yemekleri birbiri üstüne mideye doldurmaktır. Tıp ve kimya ilminden başka felsefe, jeoloji, coğrafya, fizik, matematik, botanik, zooloji, müzik dallarında da çok araştırma ve keşifleri vardır. Isı ve gaz basıncı konularında keşifleri olmuştur. Toriçelli’den önce açık hava basıncını ölçmüştür. Suların temizlenmesiyle ilgili çalışmalar yapmıştır. İçme suyunun, sağlık üzerindeki etkisini araştırarak suyun kalitesinin önemini belirtmiştir. Farklı branşlardaki 29 meselede Avrupalı bilim adamlarına öncülük yapmıştır.
EBU’L HEYSEM (965–1051) 67*
Atmosfer basıncıyla ilgili öncü çalışmalar yapmıştır.
SOSYAL ALANDA KULLANILAN KİMYA KELİME VE DEYİMLERİ 68* Umumi atmosfer: Toplumun genel ahenk ve durumu. (Umumi atmosfer maksadı aşan söz ve davranışlarla kirlenir.) 12
69* Sıcak atmosfer: Etrafımızda cereyan eden güzel olayların tümü veya onların meydana getirdiği mutluluk. 70* Soğuk atmosfer: Etrafımızda cereyan eden olumsuz olaylar veya onların meydana getirdiği menfilikler. 71* Olumlu atmosfer: Çevremizdeki olumlu durumlar. 72* Olumsuz atmosfer: Etrafımızı saran olumsuz etmenler. 73* Hava boşluğuna düşmek: İnsanın olumsuz bir atmosfere düştüğü hissine kapılması. 74* Hava boşluğunu atlatmak: İnsanın düştüğü olumsuz durumdan kurtulması.
13