ORTAÖĞRETİM KİMYA 11.SINIF 2.ÜNİTE: GAZLAR
1
BAŞLIKLAR • 1.BÖLÜM: GAZLARIN ÖZELLİKLERİ VE GAZ YASALARI • 2.BÖLÜM: İDEAL GAZ YASASI • 3.BÖLÜM: GAZLARDA KİNETİK TEORİ • 4.BÖLÜM: GAZ KARIŞIMLARI • 5.BÖLÜM: GERÇEK GAZLAR
2
1.BÖLÜM: GAZLARIN ÖZELLİKLERİ VE GAZ YASALARI
3
GAZLAR İÇİN DÖRT NİCELİK • Gazlar için 4 niceliğin önemi büyüktür: Bunlar P (basınç), V (hacim), n (mol sayısı), T (mutlak sıcaklık)
4
BASINÇ VE ÖLÇÜMÜ • Basınç ve ölçümü: Birim yüzeye etki eden kuvvete basınç denir. • 1– Açık hava (atmosfer) basıncının ölçümü • 2– Kapalı kapta basınç ölçümü
5
• 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
6
• P=1033,6 g/cm2 (atmosfer basıncı) • Gaz problemlerinde cıva yerine başka bir sıvı kullanıldığında; h1d1 = h2d2 formülü kullanılır. • 2– Kapalı kapta basınç ölçümü: Manometrelerle ölçülür.
7
BASINÇ BİRİM ÇEVİRİLERİ • • • • • • •
1 atm = 101325 Pa 1 atm = 105 Pa (yaklaşık) 1 atm = 1,01325x105 Pa 1 bar = 105 Pa 1 atm = 1,01325010000438 bar 1 atm = 760 torr 1 atm = 760 mm Hg 8
2.BÖLÜM: İDEAL GAZ YASASI
9
GAZ YASALARI
10
GAZ YASALARI • 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. 11
• 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. 12
• 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 doğru orantılıdır. • 6. n–T İLİŞKİSİ (P, V SABİT): Basıncı ve hacmi sabit tutulan bir gazın mutlak sıcaklığı ile mol sayısı ters orantılıdır. 13
DİFÜZYON VE EFÜZYON • Difüzyon, bir gazın diğer bir gaz içinde yayılmasıdır. Difüzyon tabiri yaygın olmasa da, sıvılar için de kullanılır. • Efüzyon ise, bulunduğu kabın duvarındaki küçük bir delikten gazın kaçışıdır. • Türkçe kaynaklarda efüzyonu da difüzyon diye anlatılır. Aslında farklıdır.
14
3.BÖLÜM: GAZLARDA KİNETİK TEORİ
15
GAZLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ (KİNETİK TEORİ) • 1– Maddenin en yüksek enerjili hâlidir. • 2– Maddenin en düzensiz hâlidir. • 3– Tanecikler arası boşlukların en çok olduğu hâldir. • 4– Gazlar bulundukları kabın her tarafına aynı basıncı uygularlar. • 5– Gazlar bulundukları kabın hacmini alırlar. 16
6– Akışkandırlar. 7– Sıkıştırılabilirler. 8– Gaz molekülleri hareketlidir. 9– Moleküler hacim ihmal edilebilir düzeydedir. • 10– Gaz moleküllerinin çarpışması esnek çarpışmadır. • 11– İdeal gazda moleküller arası etkileşim yoktur. Gerçek gazlarda ise moleküller arası itme ve çekme vardır. • • • •
17
• 12– Gaz molekülleri farklı hızdadır. Çarpışınca enerjileri fazlalaşır veya azalır; toplam enerji değişmez. • 13– Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri eşittir. • 14– Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi sıcaklıkla doğru orantılıdır.
18
KİNETİK TEORİ KULLANILARAK ÇIKARILAN TEMEL EŞİTLİK • • • •
PV = 1/3 Nmv2 N: Tanecik sayısı m: Molekül kütlesi v2: Molekülün hızının karesi
19
KİNETİK ENERJİ, SADECE SICAKLIĞA BAĞLIDIR • EK = 3/2 nRT
20
SIFIR KELVİNE İNİLMEDİ • 0 K’e inilmedi. • Helyum 4 K’de sıvılaştırılmıştır. Günümüzde inilen en düşük sıcaklık 4 K’dir. 0 K’e yanaşılmıştır. • 0 K’de gaz kalmaz.
21
DİFÜZYON VE EFÜZYON • Difüzyon, bir gazın diğer bir gaz içinde yayılmasıdır. Difüzyon tabiri yaygın olmasa da, sıvılar için de kullanılır. • Efüzyon ise, bulunduğu kabın duvarındaki küçük bir delikten gazın kaçışıdır. • Türkçe kaynaklarda efüzyonu da difüzyon diye anlatılır. Aslında farklıdır.
22
4.BÖLÜM: GAZ KARIŞIMLARI
23
KISMİ BASINÇ • 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.
24
KAPLARIN BİRLEŞTİRİLMESİ (GAZLARIN KARIŞTIRILMASI) • Karıştırılan gazlar tepkimeye girmiyorsa ve sıcaklık sabitse; P1V1 + P2V2 + .....= PsVs
25
5.BÖLÜM: GERÇEK GAZLAR
26
İDEAL GAZ • Gaz taneciklerinin öz hacimlerinin ve gaz tanecikleri arasındaki etkileşimlerin ihmal edildiği, başka bir deyimle 0 sayıldığı gazdır. • Hiçbir gaz ideal olamaz, ancak ideale yaklaşabilir. • Gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçta ideale en yakındır. 27
GERÇEK GAZI İDEAL GAZA YAKLAŞTIRAN ŞARTLAR • 1– Düşük basınç • 2– Yüksek sıcaklık • 3– Küçük mol ağırlığı
28
İDEAL GAZ VAR MIDIR? • Ulaşılan en düşük sıcaklık –270 °C’tır. • Kinetik teoriye göre ideal gaz –273,15 °C’ta (0 K) olur. • –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 (–273,15 °C) erişmek mümkün değildir. Bundan dolayı ideal gaz yoktur. 29
GAZ KANUNLARI İDEAL GAZLAR İÇİN GEÇERLİDİR • Deneylerde kullanılan gazlar, gerçek gazdır. Bu nedenle sonuçlar hatalı çıkabilir. • Örneğin, PV çarpımının eşit olduğunun gösterildiği deneyde değerler büyük alınmamalıdır. 30
VAN DER WAALS EŞİTLİĞİ • PdüzeltilmişVdüzeltilmiş = nRT • Eşitlikte basınçta ilave, hacimde ise çıkarma yapılır. • Van der Waals eşitliği, ideal gaz denklemi olarak da bilinir. • Düzeltme yapılmasının sebebi, Van der Waals eşitliğinin ideal gazlar için geçerli olmasındandır. 31
GAZLARDA YOĞUNLUK • Yoğunluk problemlerinin çözümünde d=m/V formülü kullanılır. • Ancak bazı gaz problemlerinde PMA=dRT formülü kullanılır.
32
GAZLARDA KİNETİK ENERJİ VE DİFÜZYON EK = 3/2kT
EK = 1/2mv2
• Gazların ortalama kinetik enerjisi yalnızca sıcaklıkla değişir. 1. formülden de görüleceği gibi mutlak sıcaklık kaç katına çıkarsa ortalama kinetik enerji de o kadar katına çıkar. (Toplam kinetik enerji ise kütleyle de ilgilidir.) 33
• İki gazın mutlak sıcaklıkları eşitse ortalama kinetik enerjileri de eşittir. • Buna göre; TA = TB ise EK(A) (ortalama) = EK(B) (ortalama) • Ortalama kinetik enerjilerde kütle, mol kütlesi olarak alınır. ½ MAvA2 = ½ MBvB2
34
JOULE – THOMSON OLAYI (JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ) • 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. 35
• 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. • Joule – Thomson olayı sonucunda genleşme sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar küçük ise gaz ideale o derece yakındır. 36
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNDAN YARARLANARAK HAVANIN SIVILAŞTIRILMASI • Joule – Thomson olayından yararlanarak 1877 yılında Louis Paul Cailletet, önce havayı soğutmuş, sonra hızla genleştirmiştir. Böylece hava, sıvı hâle geçmiştir. 37
• Daha sonra sıvılaştırılan havanın içindeki azot gazı ve oksijen gazı damıtma yoluyla birbirinden ayrılarak elde edilmiştir.
38
JOULE – THOMSON OLAYI (JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ) • 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. • Joule – Thomson olayı sonucunda genleşme sırasındaki sıcaklık değişimi ne kadar küçük ise gaz ideale o derece yakındır. 40
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNDAN YARARLANARAK HAVANIN SIVILAŞTIRILMASI • Joule – Thomson olayından yararlanarak 1877 yılında Louis Paul Cailletet, önce havayı soğutmuş, sonra hızla genleştirmiştir. Böylece hava, sıvı hâle geçmiştir. 41
• Daha sonra sıvılaştırılan havanın içindeki azot gazı ve oksijen gazı damıtma yoluyla birbirinden ayrılarak elde edilmiştir.
42
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNA GÖRE BUZDOLAPLARININ SOĞUTMA PRENSİBİNİN AÇIKLANMASI • Soğutucularda da Joule – Thomson olayından yararlanarak amonyak, metil klorür, propan gibi kolay buharlaşabilen akıcı maddeler kullanılır. 43
• 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.
44
JOULE – THOMSON GENLEŞMESİ KANUNUNA GÖRE KLİMALARIN ISITMA VE SOĞUTMA PRENSİBİNİN AÇIKLANMASI • Klimalardaki gaz, kompresör aracılığı ile emilip sıkıştırılarak sıvılaştırılır. Sıkışma esnasında açığa çıkan ısı, bir fan vasıtasıyla dış ortama atılır. 45
• Sıvı üzerindeki basınç düşürülünce, sıvı bulunduğu ortamdan ısı çekerek gaz hâle geçer; böylece dış ortamın sıcaklığını da düşürmüş olur. • Soğutma akışkanının kompresör tarafından emilmesiyle çevrim aynı şekilde tekrarlanır.
46
KRİTİK SICAKLIK • Bir gazın sıcaklığı ne kadar yüksek ise sıvılaşması o kadar zordur ve gazı sıvılaştırmak için gereken basınç o kadar yüksektir. • Her bir gaz için farklı değerde olan öyle bir sıcaklık vardır ki bu sıcaklığın üzerinde bulunan gaz, hiçbir basınç altında sıvılaştırılamaz. 47
• Her bir gaz için karakteristik olan bu sıcaklığa kritik sıcaklık denir. • 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. • Kritik sıcaklık, TK ile gösterilir. 48
BUHAR, GAZ VE KRİTİK SICAKLIK • Kaynama noktası ile kritik sıcaklığın arasında buhardan, kritik sıcaklığın üzerinde ise gazdan söz edilir.
49
BUHARLAŞMA, YOĞUŞMA
50
SIVI BUHAR BASINCI VE KAYNAMA • Tüm sıvılar her sıcaklıkta buharlaşırlar. Kapalı bir kapta bulunan sıvılar önce buharlaşır, sonra miktarları yeterli ise sıvılaşırlar. Bir süre sonra buharlaşma ve sıvılaşma (yoğunlaşma) hızları eşitlenir. Bu anda sıvının buharının kapta oluşturduğu basınca sıvı buhar denge basıncı denir. 51
SIVI BUHAR BASINCININ DEĞİŞMESİ • Sıvı buhar denge basıncı sadece iki şeyle değişir: 1– SICAKLIK 2– SIVININ CİNSİ • Sıcaklık arttıkça buhar basıncı artar. Sıvı molekülleri arasındaki çekim arttıkça buhar basıncı düşer. Buhar basıncı büyük olan sıvılar, uçucu sıvılar olarak tanımlanır. 52
KAYNAMA SICAKLIĞI • Bir sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklık o sıvının kaynama sıcaklığıdır. • Kaynama noktası iki şeye bağlıdır: • 1– SIVININ BUHAR BASINCI • 2– DIŞ BASINÇ
53
BUHAR BASINCI, DIŞ BASINÇ, KAYNAMA SICAKLIĞI • İki sıvı karşılaştırıldığında buhar basıncı büyük olan sıvının kaynama noktası küçüktür. Dolayısıyla kaynama noktası buhar basıncıyla ters orantılıdır. Dış basınç arttıkça kaynama noktası yükselir, yani kaynama noktası dış basınçla doğru orantılıdır. 54
YERYÜZÜNDEKİ FİZİKSEL DENGE • Yeryüzünde ne kadar H2O(s) (su) varsa atmosferde de o kadar H2O(g) (su buharı) vardır. • Yeryüzüne inen yağmur, her sene aynı miktardadır. • Yeryüzünden her sene ne kadar su buharlaşırsa; yine o ağırlıkta su yağmur, kar ve dolu olarak dünyaya yağar. 55
• SORU:
H2O(s) → H2O(g)
Dünyamızdaki suyun buharlaşması tepkimesi yukarıda verildiği gibi tek yönlü olsaydı ne olurdu? CEVAP: Dünyada su kalmazdı. • SORU: H2O(g) → H2O(s) Yukarıdaki tepkimede görülen dünyamızdaki değişim; tek yönlü olsaydı ne olurdu? CEVAP: Yeryüzünü su kaplardı. 56
• SORU: Bu olayın ölçülü, dengeli ve dinamik olması ne anlama gelir? • CEVAP: Ölçülü, yeryüzünde bulunan su kadar atmosferde su buharı bulunduğu anlamına gelir. Dengeli, reaksiyonun denge reaksiyonu (çift yönlü reaksiyon) olduğu anlamına gelir. Dinamik ise, bu olayın her an, yer–gök arasında devam ettiği anlamına gelir.
57
• Dünyada suyun varlığı; güneşle aramızdaki uzaklığın hassaslığı ile de alakalıdır. • Dünya ile güneş arasındaki uzaklık şimdikinden farklı olsaydı su, ya buharlaşacaktı ya da donacaktı.
58
YAĞMURUN YAĞMASI VE ATMOSFERDE FİZİKSEL DENGENİN KORUNMASI • Sıcaklık, suyu buharlaştırmakla suyun bünyesini tahrip ettiği zaman, o tahrip sonucu oluşan su buharı yok olmaz. Belirli bir yere sevk edilir ve belli bir düzeye çıkar; icap ettiğinde yağmak için orada durur. 59
• Atmosferdeki su buharı molekülleri, atmosferdeki hava moleküllerinin onda birini teşkil edince su buharı yoğunlaşır. • Atmosferde bulunan belli bir düzeydeki su buharının yoğunlaşması suretiyle yağmur yağar. • Atmosferde fiziksel dengenin korunması için, yağan katrelerden boş kalan yerler, denizlerden ve yerlerden kalkan buharlarla doldurulur. 60
• Yağmur yağması hakkında en kısa yol şöyle tarif edilir: Su buharı molekülleri, emir aldıkları zaman, o moleküller her taraftan toplanmaya başlarlar ve bulut şeklini alıp hazır vaziyette dururlar. Yine ikinci bir emirden sonra bir kısım moleküller yoğunlaşarak, katrelere dönüşürler. Sonra kanunların temsilcileri vasıtasıyla, çarpışmadan kolayca yere düşerler. 61
• Atmosfer, denizin rengini andırır. Havada, denizlerdeki sudan daha fazla su vardır. Bu nedenle, “atmosferde denizin bulunduğu teşbihi” mecaz olarak akıldan uzak değildir. Sanki, şu atmosfer boşluğu yağmur ile dolu bir havuzdur. • Bulutların bir kısmı negatif elektriği üzerlerinde taşımaktadır, bir kısmı da pozitif elektriği üzerlerinde taşımaktadır. Bu kısımlar birbirlerine yaklaşıp aralarında çarpışma olduğunda, şimşek çakar. 62
• Bulutların bir kısmının hücum ettiği, bir kısmının ise kaçtığı zaman aralarında havasız kalan yerleri doldurmak için atmosfer tabakası hareket ve heyecana geldiğinde gök gürlemesi (gök gürültüsü) meydana gelir. • Bu hâllerin olması bir nizam ve kanun altında olur ki, o nizam ve o kanunu temsil eden gök gürlemesi ve şimşek aracılarıdır.
63
KÜRESEL ISINMAYA BAĞLI KURAKLIKTAN SÖZ ETMEK HATTA BUNA DAİR SOMUT VERİ BULMAYA ÇALIŞMAK BİLİMSEL SKANDALDIR • Türkiye son senelerde kuraklık yaşıyor. Kuraklık; dünyada yağışlar azaldığından değildir. Çünkü; yeryüzüne inen yağış, her sene aynı miktardadır. Yağışlar yer değiştirmiştir. 64
• Dünyanın bazı bölgelerinin çok yağış aldığını duyarken, bazı bölgelerinin daha az yağış aldığını görüyoruz. Örneğin; özellikle Türkiye’de yağışlar azaldı, Amerika’da ise arttı. • Sorun da buradan çıkıyor. Bu sorunu doğuran, insandır. İnsanın canlı–cansız ekosisteme karşı olumsuz müdahalesi, yağış dağılımını bozmaktadır. • Kuraklığın insafımıza ve insanlığımıza olan uyarıcı görevini bir an önce anlayıp, gerekli çalışmaları yaparak bu problemin üstesinden gelmeliyiz.
65