Genel Kimya
Petrucci • Harwood • Herring
8.ci Baskı
BÖLÜM 6: GAZLAR
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 1 of 41
İçerik
6-1
6-2
6-3
6-4
6-5
6-6
6-7
6-8
6-9
Gazların Özellikleri: Gaz Basıncı
Gaz Kanunları
Gaz Kanunlarının Birleşimi: İdeal Gaz Eşitliği ve Genel
Gaz Eşitliği
İdeal Gaz Eşitliğinin Uygulamaları
Kimyasal Reaksiyonlarda Gazlar
Gaz Karışımları
Gazların Kinetik ve Moleküler Teorisi
Kinetik ve Moleküler Teorisi ile ilgili Gaz Özellikleri
İdeal olamayan (Gerçek) Gazlar
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 2 of 41
Gaz Basıncı ve Ölçülmesi
• Barometre: açık hava basıncını ölçmeye
yarayan alet
• Manometre: kapalı bir kaptaki gazın
basıncını ölçmeye yarayan alet
• Gaz basıncı birimleri: Paskal (Pa),
milimetre cıva (mmHg veya torr),
atmosferik basınç (atm)
Açık Hava Basıncı
Barometre
Deniz
seviyesinde
hava basıncı:
760mmHg
Atmosferik
basınç
Cıva dolu kap
Yükseklik (km)
Açık Hava Basıncı
Basınç (mmHg)
Gaz Basıncı
Gaz Basıncı ve Ölçülmesi
Açık uçlu
manometre
h
Pgaz = Patm - h
h
Pgaz = Patm + h
Gaz Basıncı ve Ölçülmesi
Kapalı uçlu
manometre
= h mmHg
Gaz Basıncı ve Ölçülmesi
Boşluk
65
PNe = 65mmHg
Bu gazın basıncı nedir?
1 atm
6-1 Gazların Özellikleri: Gazların Basıncı
Basınç, birim alana düşen kuvvettir.
• Gaz Basıncı
Kuvvet (N)
P (Pa) =
Yüzey (m2)
Paskal, Pa; kilopaskal, kPa
• Sıvı Basıncı
Prentice-Hall © 2002
P = g ·h ·d
General Chemistry: Chapter 6
Slide 11 of 41
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
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 12 of 41
Manometreler
Açık uçlu manometre ile gaz basıncının ölçülmesi
Gaz Basıncı
Barometrik
Basınca Eşittir
Prentice-Hall © 2002
Gaz Basıncı
Barometrik
Basınçtan Büyüktür
General Chemistry: Chapter 6
Gaz Basıncı
Barometrik
Basınçtan Küçüktür
Slide 13 of 41
6-2 Basit Gaz Kanunları
Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi basıncı ile ters orantılıdır.
• Boyle 1662
1
Pα
V
PV = Sabit
B
a
s
ı
n
ç
Hacim
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 14 of 41
Sıcaklığı ve miktarı sabit olan bir gazın basıncı ile hacminin çarpımı da
sabittir.
<n ve T > sabit ise P x V = k ( k sabit bir sayı)
ya da
Sıcaklığı ve miktarı sabit olan bir gazın basıncı ile hacmi ters orantılıdır.
<n ve T > sabit ise P a V-1
Şimdi bu olayı sürtünmesiz pistonlu kaplarda görelim...
Bu durumda
P1.V1 = P2.V2 = P3.V3 ...
Şimdi bu olayın grafiklerini inceleyim
Basınç (P)
Hacim (V)
Basınç (P)
1/V
PxV
PxV
Basınç (P)
Hacim (V)
Bu grafiklerin hepsinde n ve T nicelikleri sabit tutulmuştur.
Basınç
(P)Hacim (V)Basınç (P)1/VPxVBasınç (P)PxVHacim (V)Bu
grafiklerin hepsinde n ve T nicelikleri sabit tutulmuştur.
Örnek 5-6
Gazlarda Basınç-Hacim İlişkisi – Boyle Kanunu.
Başlangıç
Koşulları
21.5 atm
P1V1 = P2V2
Prentice-Hall © 2002
Son Durum
1.5 atm
P1V1
= 694 L
V2 =
P2
General Chemistry: Chapter 6
Vtank = 644 L
Slide 18 of 41
Charles Kanunu
Charles 1787 Gay-Lussac 1802
Sabit basınçtaki, belirli miktar bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru
orantılıdır.
Mutlak Sıcaklık eşeli veya
Kelvin eşeli: - 273.15oC
veya 0 K,
T(K)=
t(oC)+
VαT
V=bT
273.15
Hacim (mL)
Hacim (mL)
Sıcaklık (oC)
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Sıcaklık (K)
Slide 19 of 41
"Basıncı (P) ve miktarı (n) sabit olan bir
gazın; hacmi (V) ile mutlak sıcaklığı (T)
doğru orantılıdır.“
Bu olayı şöyle sembolize edebiliriz:
< n ve P > sabit ise V a T
İkinci grafikte -273'ten sonra kesik kesik çizilen kısım;
gazların oralarda sıvılaştığını ifade etmektedir. -273' ten
daha küçük sıcaklıklarda maddenin gaz halinin
bulunmadığı anlamına gelir.
Bu kanunu bir örnekle açıklayalım:
ÖRNEK 1
Normal koşullarda bulunan bir miktar O2 gazının hacmi 20 L gelmektedir bu gazın
hacmini aynı basınçta 100 L yapabilmek için sıcaklığını kaç 0C 'ye çıkartmalıyız?
ÇÖZÜM
N.Ş.A 0 0C = 273 K ve 1 atm'de gazın hacmi 20 L ise;
olduğuna göre;
V1/V2=T1/T2
T2 = 1365 K
Sonuç 0C olarak istendiğine göre: T 0K = t 0C + 273 ise
1365 = t 0C + 273
1365 - 273 = t 0C
1092 = t 0C
Gay – Lussac Kanunu
"Hacmi ve miktarı sabit olan bir gazın,
basıncıyla (P) mutlak sıcaklığı (T) doğru
orantılıdır.“
Bunu şöyle formüle edebiliriz;
< V ve n > sabit ise P a T yani
Şimdi birde örnek çözelim:
ÖRNEK 1
Kapalı bir kapta 2 atm. basınçta bulunan 0 0C'deki He gazının basıncını 8 atm.
yapabilmek için sıcaklığını kaç 0C' çıkartmalıyız?
ÇÖZÜM
Kapalı kap demek hacmi sabit olan gaz demek. Ayrıca gazı ısıtmakla mol sayısı da
değişmeyeceğinden "n" de sabittir. Bu durumda;
Eşitliğinde değerleri yerine koyarsak;
Buradan T2 ' yi bulursak;
2T2 = 8 x 273
T2 = 4 x 273
T2 = 1092 0K ancak sonuç 0C olarak istendiği için;
T 0K = t 0C + 273
1092 0K = t0C+ 273
1092 - 273 = t 0C
819 = t0C
Standart(Normal) Basınç ve Sıcaklık
• Gazların özellikleri şartlara bağlıdır.
• Normal Koşullar tanımı:
P = 1 atm = 760 mm Hg
T = 0°C
Prentice-Hall © 2002
= 273.15 K
General Chemistry: Chapter 6
Slide 28 of 41
DALTON YASASI
Hacmi ve sıcaklığı sabit olan bir gazın
basıncı ile mol sayısı doğru orantılıdır.
Bu ifadeyi şöyle sembolize edebiliriz:
< V ile T > sabit ise P a n
AVOGADRO KANUNU
Sıcaklığı ve basıncı sabit olan bir gazın
hacmi ile mol sayısı doğru orantılıdır.
Bu ifadeyi söyle sembolize edebiliriz.
< P ile T > sabit ise V a n dir.
6-3 Gaz Kanunlarının Birleşmesi: İdeal
Gaz Eşitliği ve Genel Gaz Eşitliği
• Boyle Kanunu
V α 1/P
• Charles Kanunu
VαT
• Avogadro Kanunu V α n
Vα
nT
P
PV = nRT
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 35 of 41
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
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 36 of 41
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.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 37 of 41
6-4 İdeal Gaz Eşitliğinin Uygulaması
Mol veya Kütle olarak
gaz miktarı
veriliyormu veya
soruluyormu
Evet
Eğer Gaz kütlesi sabitse İdeal Gaz
Denklemini Kullanınız PV=nRT
Eğer Gazın kütlesi değişiyorsa
Genel Gaz denklemini kullanınız
Hayır
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
Pi = Ps
Ti
Vi = Vs
Ts
Prentice-Hall © 2002
Ti
General Chemistry: Chapter 6
Ts
Slide 38 of 41
Mol Kütlesi Heaplanması
PV = nRT
ve
n=
m
M
m( verilen miktar)
M(Mol Kütlesi)
m
RT
PV =
M
m RT
M=
PV
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 39 of 41
Örnek 6-10
Mol Kütlesinin Ideal Gaz Eşitliği ile Bulunması
Polipropilen 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
polipropilen gazı ile doldurulduğu zaman 740.3 mm Hg basınç
ve 24.0°C de 40.2959 g gelmektedir. Polipropilenin mol kütlesi
nedir.
Strateji:
Vkab bulun, mgaz bulun, Gaz denklemini kullanın
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 40 of 41
Örnek 5-6
Vkab:
Vkab = mH2O x dH2O = (138.2410 g – 40.1305 g) x (0.9970 g cm-3)
mgaz:
= 98.41 cm3 = 0.09841 L
mgaz = mdolu - mboş= (40.2959 g – 40.1305 g)
= 0.1654 g
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 41 of 41
Example
Örnek
5-65-6
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
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 42 of 41
Gazların Yoğunlukları
ve
PV = nRT
m
RT
PV =
M
m
m
, n=
d=
M
V
MP
m
=d=
V
RT
Katı ve sıvı yoğunlukları ile gaz yoğunluğu arasında önemli iki fark vardır.
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.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 43 of 41
6-5 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.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 44 of 41
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)
2NO2 (g)
2 L NO(g) + 1 L O2 (g)
Prentice-Hall © 2002
2 L NO2(g)
General Chemistry: Chapter 6
Slide 45 of 41
Örnek 6-10
Ideal gaz Eşitliğinin Reaksiyon sitokiyometrisi hesaplamalarında
kullanılması
Yüksek sıcaklıkta sodyum azid, NaN3, bozunarak azot gazı
N2(g) oluşturur. Gerekli reksiyon başlatıcı araçların kullanılması
ve oluşan sodyum metalinin tutulmasıyla bu reksiyon 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(s) → 2 Na(l) + 3 N2(g)
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 46 of 41
Örnek 6-10
N2 nin molünü hesaplayın:
1 mol NaN3
3 mol N2
= 1.62 mol N2
nN2 = 70 g N3 x
x
65.01 g N3/mol N3 2 mol NaN3
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
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 47 of 41
Gazlarda Difüzyon Yayılma
Bir gaz karışımında gazlar birbirleri içerisinde yayılırken (Yol alırken) yaptıkları hız ya da
aldıkları yol molekül kütlelerinin kareköküyle ters orantılıdır.
1. Bir gazın sıcaklığı artırıldığında kinetik enerjisi artar, dolayısıyla da
yayılma hızı artar.
2. Aynı sıcaklıkta bulunan gazların kinetik enerjileri eşit olacağından yayılma
hızı molekül kütlesinden etkilenir.
3. Molekül kütlesi küçük olan gaz daha hızlı hareket eder.
V
Bir gazın yayılma hızı
4. Molekül kütlesi büyük olan gazın özkütlesi de büyük olacağından hızları
özkütlesiyle ters orantılıdır.
VX
VY

MY
MX

Bağıntısı yazılabilir.
dY
dX
Helyum gazından 4 defa daha yavaş hareket eden (yayılan) gaz hangisidir?
(C= 12, H= 1,
A) CH4
O= 16, S= 32)
B) O2
C) C3H4
D) SO2
E) SO3
Gaza X dersek. Bu gazı tanıyabilmek için mol kütlesini bulalım.
Vx
Vy
1


4
M He
Mx
her iki tarafın karesini alalım.
1
4

16
Mx
Mx = 64 g/mol
Mol kütlesi 64 gram olan gaz SO2’dir.
Cevap (D)
Örnek
A
H2
20 m
B
O2
Şekildeki gibi cam borunun A ucundan H2, B ucundan O2 gazları aynı anda bırakılıyor.
Bu gazlar A ucundan itibaren kaçıncı metrede karşılaşır? (H= 1, O= 16)
Gazların yayılma hızları oranını bulalım. Çünkü hız oranları aldıkları yol oranıyla
doğru orantılıdır.
V
V
H2

O2
32
2
5 m lik yolda

16

4
Bu1 durumda
1
H2 4 m gider.
4 kat
20 m lik yolda
4 kat
16 m
O2 1 m gider
4 kat
A
4m
B
20 m
O2
H2
16 m
4 m
6-6 Gazların Karışımı
• Gaz kanunları gaz karışımlarına uygulanabilir.
• Basit bir yaklaşımla ntoplam, fakat....
• Kısmi Basınç
– Aynı kab içerisindeki bir gaz karışımındaki
herbir gaz bileşeni kendi kısmi basıncını
uygular. Ptop= Pa + Pb + Pc.......
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 51 of 41
Dalton Kısmi Basınç Kanunu
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 52 of 41
Kısmi Basınç
Ptop = Pa + Pb +…
Va = naRT/Ptop
ve
na
naRT/Ptop
Va
=
=
ntop
Vtop ntopRT/Ptop
Vtop = Va + Vb+…
Hatırlayın
na
ntop
= a (Mol Kesiri)
na
naRT/Vtop
Pa
=
=
ntopRT/Vtop
ntop
Ptop
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 53 of 41
Gazların Su üzerinde toplanması
Ptop = Pbar = Pgaz + PH2O
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 54 of 41
PROBLEM
• 0.03 mol NO2 gazı kenar uzunluğu 13,5 cm olan
bir kübün içine doldurulup sıcaklığı 40°C
olduğunda gazın basıncını bulunuz.
• Çözüm yolu:
• V:a3
• PV = n RT
• P. (13,5 )3 x10-3 L = 0.03 mol. 0.082 L/mol.K.
(40+273)K
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 55 of 41
ÖRNEK
Helyum ve Neon gaz karışımı 28 oC sıcaklık ve 745 mmHg
basınçta, su üserinde toplanmıştır. Eğer helyumun kısmi
basıncı 368 mmHg ise neonun kısmi basıncı nedir?
(28 oC de suyun buhar basıncı 28,3 mmHg’dır)
Çözüm yolu:
Pt:Pneon+Phelyum+Psu
ÖRNEK
Bir çinko metali örneği aşırı HCl ile tamamen tepkimeye
sokulmuştur. Oluşan hidrojen gazı 25 oC de bir balonda
toplanmıştır. Oluşan gazın hacmi 7,80 L ve basıncı 0,980
atm dir. Tepkimede oluşan çinko metalinin miktarını
hesaplayınız .
Çözüm yolu:
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2(g)
Oluşan hidrojen gazının mol sayısını PV=nRT den bul ve
stokiyometrik orantı kurarak Zn mol sayısını ve gramını
bul.
ÖRNEK
Saf olmayan 3 gram kalsiyum karbonat örneği hidroklorik asit
çözeltisinde çözüldüğünde 20 oC sıcaklıkta ve 792 mmHg
basınçta, 0,656 L karbondioksit gazı açığa çıkmıştır. Kalsiyum
karbonatın saflık yüzdesi nedir?
Çözüm yolu:
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O
Karbondioksitin mol sayısını PV=nRT den bul
Bu mol sayısına göre kalsiyum karbonatın tepkimeye girmesi
gereken mol sayısı ve gramını bul. Başlangıçta konan miktar
ile orantıla ve yüzdeyi hesapla.
ÖRNEK
Hidrojen Bromür gazının 733 mmHg basınç ve 46
oC sıcaklıkta yoğunluğunu hesaplayınız?
d=
MP
RT
ÖRNEK
6,11 gram Cu-Zn alaşımı hidrojen gazı oluşturmak üzere
hidroklorik asit ile tepkimeye girmektedir. 22 oC ve 728 mmHg
de hidrojen gazının hacmi 1,26 L ise alaşımdaki Zn yüzdesi
nedir?
6-7 Kinetik MolekülerTeori
• 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.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 61 of 41
6-8 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.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 62 of 41
Graham Kanunu
An ınındışa yay ıayılma ı
Bnind ınind yıılmahız

(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 (tabii kaçma,).
• Küçük bir delikten
• Difüzyona uygulanmaz.
• Oran:
– Efüzyon hızı
– Moleküler hızlar
– Efüzyon zamanı
Prentice-Hall © 2002
– Moleküllerin aldığı yolu
– Efüzyon olmuş gaz miktarları.
General Chemistry: Chapter 6
Slide 63 of 41
6-9 Gerçek Gazlar
• Sıkıştırılabilirlik faktörü: PV/nRT = 1
• Gerçek gazlardan sapma.
– PV/nRT > 1 – Moleküler hacim büyük ise.
– PV/nRT < 1 – moleküller arası etkileşim kuvveti.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 64 of 41
Gerçek Gazlar
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 65 of 41
van der Waals Denklemi
n2a
P+
V2
Prentice-Hall © 2002
V – nb
= nRT
General Chemistry: Chapter 6
Slide 66 of 41
• Örnek: a = 5.46 l2.atm/mol2 ve b = 0,0304
l/mol olduguna göre 500 K sıcaklıkta 5 mol
su buharının 8 litrelik bir kapta yapacagı
basıncı van der Waals denklemi yardımıyla
hesaplayın.
Prentice-Hall © 2002
General Chemistry: Chapter 6
Slide 67 of 41
Download

Gazlar