Transcript Gaz madl. ve kanl

Genel Kimya
GAZLAR
Gazların Özellikleri
• Sıvı katılardan farklı olarak,
–
–
–
–
Bulundukları kabın hacmını kaplarlar.
Sıkıştırılabilirler.
Yoğunlukları çok çok azdır.
Sıvılaşabilirler. Gazların sıvılaşabildiği sıcaklığa
kritik sıcaklık, sıvılaşabildiği basınca kritik basınç
denir.
– Belirli şekil ve hacmi yoktur.
– Birbirleriyle her oranda karışabilirler
Basınç
Basınç, birim alana
düşen kuvvettir.
F
P=
A
• Atmosferik basınç
birim alandaki
havanın ağırlığıdır.
Gazların Özellikleri: Gazların Basıncı
Basınç, birim alana düşen kuvvettir.
• Gaz Basıncı
Kuvvet (N)
P (Pa) =
Yüzey (m2)
Paskal, Pa; kilopaskal, kPa
• Sıvı Basıncı
P = g ·h ·d
Barometrik Basınç
Evangelista Torricelli, 1643
Standart Atmosferik
(Barometrik) Basınç
Atmosferik
(Barometrik)
Basınç)
1.00 atm =760 mmHg,
760 torr
101.325 kPa
1.01325 bar
1013.25
mbar
δHg = 13.5951
g/cm3
(0°C)
g = 9.80665 m/s2
Manometre
Açık uç
Atomsferik basınç ile
kapda bulunan gazın basınç
farklılıklarına göre ölçüm
yapar.
Kapalı kaplardaki gaz
basıncını ölçen aletlere
manometre denir. Açık
uçlu ve kapalı uçlu diye
ikiye ayrılır.
Manometreler
Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi
Gaz Basıncı
Barometrik
Basınca Eşittir
Gaz Basıncı
Barometrik
Basınçtan Büyüktür
Gaz Basıncı
Barometrik
Basınçtan Küçüktür
• Gazların yapısına etki eden Basınç(P),
Hacim(V), Sıcaklık(T) ve Mol sayısı(n)
arasındaki ilişikleri inceleyen bilim
adamları kendi adları ile anılan bazı gaz
kanunları ortaya koymuşlardır.
Bunlardan bazılarını inceleyelim.
Basit Gaz Kanunları
Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi basıncı ile ters orantılıdır.
• Boyle 1662
1
Pα
V
B
a
s
ı
n
ç
Hacim
PV = Sabit
Boyle Yasası
• PV = k
• V = k (1/P)
• Basınç ve Hacim ters orantılıdır
Örnek
Gazlarda Basınç-Hacim İlişkisi – Boyle Kanunu.
Başlangıç
Koşulları
21.5 atm
P1V1 = P2V2
Son Durum
1.5 atm
P1V1
= 694 L
V2 =
P2
Vtank = 644 L
Charles Kanunu
Charles 1787 Gay-Lussac 1802
Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru
orantılıdır.
VαT
V=bT
Hacim (mL)
Hacim (mL)
Sıcaklık (oC)
Sıcaklık (K)
Standart(Normal) Basınç ve Sıcaklık
• Gazların özellikleri şartlara bağlıdır.
• Normal Koşullar tanımı:
P = 1 atm = 760 mm Hg
T = 0°C
= 273.15 K
Avogadro Yasası
• Sabit sıcaklık ve basınçdaki gazın hacmi gaz
molekülü sayısı ile doğru orantılıdır.
V = kn
• Matematiksel olarak
İki hacim
hidrojen
Bir hacim
oksijen
İki hacim
su
Suyun oluşumu
Avagadro Kuramı
• Aynı sıcaklık ve basınçta FARKLI gazların
eşit hacimleri EŞİT sayıda molekül içerir.
• Aynı sıcaklık ve basınçta FARKLI gazların
EŞİT sayıda molekülleri EŞİT hacim kaplar
Avogadro Kanunu
Sabit basınç ve sıcaklıkta:
Vαn
veya
V=cn
Normal Koşullarda
(250C, 1atm)
1 mol gaz = 22.4 L gaz
Gaz Kanunlarının Birleşmesi: İdeal Gaz
Eşitliği ve Genel Gaz Eşitliği
• Boyle Kanunu
V α 1/P
• Charles Kanunu
VαT
• Avogadro Kanunu V α n
PV = nRT
Vα
nT
P
Gaz Sabiti
PV = nRT
PV
R=
nT
= 0.082057 L atm mol-1 K-1
= 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1
= 8.3145 J mol-1 K-1
Genel Gaz Eşitliği
P1V1
P2V2
R=
=
n1T1
n2T2
PiVi
niTi
=
PsVs
nsTs
Bu denklem genellikle bir veya iki gaz özelliği sabit olduğu
koşullarda uygulanılır ve denklem bu sabitler yok edilerek
basitleştirilir.
İdeal Gaz Eşitliğinin Uygulaması
Mol veya Kütle olarak
gaz miktarı
veriliyormu veya
soruluyor mu?
Evet
Hayır
Eğer Gaz külesi sabitse İdeal Gaz
Denklemini Kullanınız PV=nRT
Eğer Gazın kütlesi değişiyorsa
Genel Gaz denklemini kullanınız
PiVi = PsVs
Genel Gaz Denklemini birleşik
gaz denklemine indirgeyerek
kullanınız.
PiVi = PsVs
Ti
Ts
niTi
Ti=Ts
nsTs
Boyle Kanunu
PiVi = PsVs
Vi=Vs
Pi = Ps
Ti
Ts
Pi = Ps
Vi = Vs
Ti
Ts
Mol Kütlesi Heaplanması
PV = nRT
ve
n=
m
RT
PV =
M
m RT
M=
PV
m
M
m( verilen miktar)
M(Mol Kütlesi)
Mol Kütlesinin Ideal Gaz Eşitliği ile Bulunması
Propilen 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
Propilen gazı ile doldurulduğu zaman 740,3 mm Hg basınç ve
24,0°C de 40,2959 g gelmektedir. Propilenin mol kütlesi nedir.
Strateji:
Vkab bulun, mgaz bulun, Gaz denklemini kullanın
Örnek
Vkab:
Vkab = mH2O / dH2O = (138.2410 g – 40.1305 g) / (0.9970 g cm-3)
mgaz:
= 98.41 cm3 = 0.09841 L
mgaz = mdolu - mboş= (40.2959 g – 40.1305 g)
= 0.1654 g
Example 5-6
Örnek
Gaz Denklemi:
PV = nRT
M=
m
RT
PV =
M
m RT
M=
PV
(0.6145 g)(0.08206 L atm mol-1 K-1)(297.2 K)
(0.9741 atm)(0.09841 L)
M = 42.08 g/mol
Gazların Yoğunlukları
ve
PV = nRT
m
RT
PV =
M
m
m
, n=
d=
M
V
MP
m
=d=
V
RT
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.
Kimyasal Reaksiyonlarda Gazlar
• Stokiyometrik faktörlerin gaz miktarlarıyla
olan ilişkisi diğer girenler veya ürünlerinki
ile aynıdır.
• Ideal gaz eşitliği gazların kütle, hacim,
sıcaklık ve basınç hesaplamalarında
kullanılır.
• Birleşik gaz kanunu diğer gaz kanunları
ile geliştirilebilir.
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)
2 L NO(g)
+ 1 L O2 (g)
2NO2 (g)
2 L NO2(g)
Örnek
Ideal gaz Eşitliğinin Reaksiyon sitokiyometrisi hesaplamalarında
kullanılması
Yüksek sıcaklıkta sodyum azid, NaN3, bozunarak azot gazı
N2(g) oluşturur. Bu reaksiyon 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(k) → 2 Na(s) + 3 N2(g)
Örnek
N2 nin molünü hesaplayın:
1 mol NaN3
nN2 =70 g NaN3 x
65.01 g NaN3
x
3 mol N2
2 mol NaN3
= 1.62 mol N2
N2 :nin hacmini hesaplayın
nRT
(1.62 mol)(0.08206 L atm mol-1 K-1)(299 K)
V=
=
P
1.00 atm
(735 mm Hg)
760 mm Hg
= 41.1 L
Gazların Karışımı
• Gaz kanunları gaz karışımlarına uygulanabilir.
• Bir kapta bulunan gaz karışımındaki her bir gazın kabı
dolduracak şekilde genişlediğini ve kabın içindeki tek
başına bulunduğu zaman uygulayacağı basınca eş
değer bir basınç uygular.
• Kısmi Basınç
– Aynı kab içerisindeki bir gaz karışımındaki
herbir gaz bileşeni kendi kısmi basıncını
uygular. Ptop= Pa + Pb + Pc.......
Dalton Kısmi Basınç Kanunu
Her gazı hacmi ve sıcaklığı aynı
Gaz miktarları farklı olduğu için uyguladıkları basınç farklı
Toplam basınç her bir gazın uyguladığı kısmi basınçların toplamına eşit
Kısmi Basınç
Ptop = Pa + Pb +…
Va = naRT/Ptop
ve
Vtop = Va + Vb+…
Kısmi hacim=Her bir gazın Pt basıncında tek başına kaplayacağı hacim
na
naRT/Ptop
Va
=
=
n
RT/P
ntop
Vtop
top
top
na
naRT/Vtop
Pa
=
=
ntopRT/Vtop
ntop
Ptop
Hatırlayın
na
ntop
= a (Mol Kesiri)
Örnek
• 1,0 g H2 ve 5,00 g He karışımı 20 0C de 5 L lik bir kaba
koyulduğunda karışımın uyguladığı basınç nedir?
Örnek
• 1,0 g H2 ve 5,00 g He karışımı 20 0C de 5 L lik bir kaba
koyulduğunda H2 ve He nin kısmi basınçları nedir?
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.
Basıncın Bağlı Olduğu Kuvvetler
• Öteleme kinetik Enerjisi,
ek 
1
mu
2
• Moleküllerin çarpışma
frekansı,
v  u
• Vurgu veya momentum
transferi,
I  mu
• Basınç, momentum transferi ile
çarpışma frekansının çarpımına
eşittir.
2
N
V
P 
N
V
mu
2
Bağıl molekül sayısı
Moleküler hızların dağılımı
u
2

3RT
M
Hafif moleküller daha hızlıdır
Molekül hızları sıcaklıkla artar
Hız m/s
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.
Graham Kanunu
A An
nınınındışa
dışa yayılma
hızı
yay ıayılma
ınindyayılma
yıılmahızhız
BBnind
nin dışa

(u rms ) A
(u rms ) B

3RT/M
3RT/MB
A

MB
MA
İki farklı gazın dışa yayılma hızları mol kütlelerinin karekökü ile ters orantılıdır
• Yalnızca düşük basınçtaki gazlar içindir.
• Küçük bir delikten kaçma
• Difüzyona uygulanmaz.
• Oran:
– Efüzyon hızı
– Moleküler hızlar
– Efüzyon zamanı
– Moleküllerin aldığı yolu
– Efüzyon olmuş gaz miktarları.
Gerçek Gazlar
• Sıkıştırılabilirlik faktörü: PV/nRT = 1
• Gerçek gazlardan sapma.
– PV/nRT > 1 – Moleküler hacim büyük ise.
– PV/nRT < 1 – moleküller arası etkileşim kuvveti.
Gerçek gazlar yüksek sıcaklık
düşük basınçda ideal gaz gibi
davranırlar
Gerçek Gazlar
–PV/nRT > 1 – Moleküler
hacim büyük ise.
–PV/nRT < 1 – moleküller arası
etkileşim kuvveti.
van der Waals Denklemi
n2a
P+
V2
V – nb
= nRT
Bastırılamayan hacim-molekülerin
hacmi ile ilgili
Moleküller arası çekim kuvveti
a ve b değerleri her gaz için farklıdır.