Gazların Genel Özellikleri
- Maddenin Gaz Hâli
- Gazların Sıkışma ve Genleşme Özelliği
- Gazların Kinetik Teorisi
- Gazlarda Basınç, Hacim, Mol Sayısı ve Sıcaklık İlişkisi
- Soru Cevap
Maddenin 4 halinden biridir.(katı,sıvı,gaz ve plazma) Bu haldeyken maddenin yoğunluğu çok az, akışkanlığı son derece fazladır. Gaz halindeki maddelerin belirli bir şekli ve hacmi yoktur.Katı bir madde ısıtıldığı zaman, katı halden sıvı, sıvı halden de gaz haline geçer. Bu duruma faz (safha) değişikliği denir. Sıvıyı meydana getiren tanecikler (atom veya moleküller) birbirlerini çeker. Sıvı ısıtıldığı zaman, tanecikler arasındaki çekim kuvveti yenilir ve tanecikler sıvı fazdan (ortamdan) ayrılarak gaz haline dönüşürler. Gazı meydana getiren tanecikler her yönde hareket edebilir ve bulundukları kabın hacmini alırlar. Gazlar birbiriyle her oranda karışabilir.Gazların birbiri ile oluşturdukları karışımlar homojendir. Hacimleri, dolayısıyla yoğunlukları basınç ve sıcaklığa tabidir. Genellikle gazın basınç veya sıcaklığının az miktarda değişmesi, gazın hacminde çok büyük değişiklikler meydana getirir. Bütün gazların genişleme ve sıkışma katsayıları aynıdır. Fakat sıvı ve katıların böyle bir özelliği yoktur. Bu yüzdendir ki, gazlar, katı ve sıvılardan daha kolay incelenir. Hareket halindeki gaz moleküllerinin (taneciklerinin), bulunduğu kabın cidarına (duvarına) çarpması sonucu meydana gelen etkiye, gazın basıncı denir. Bir silindir içindeki gaz, piston ile sıkıştırılırsa pistonun geri itildiği, ilk haline döndürülmek istendiği görülür ki, bu yukarıdaki olayın sonucudur. Pistonu ittirmek için yapılan iş, gazın basıncına karşı yapılan iştir. İzole halde yani çevreden yalıtılmış bir gaz, sıkıştırılınca ısınır. Sıkıştırılmış gaz genişletilirse soğur, yani yine bir iş yapar ve gaz moleküllerinin ortalama hızları düşer. Böylece basınç da azalmış olur.
Video animasyonu (1.14 dakika)
Video animasyonu (0.21 dakika)(gaz özellikleri)
Gazların sıkıştırılabilirlik özelliklerinden pek çok alanda yararlanılır. Örneğin,bir kapta sıkıştırılan gaz, bir delikten püskürtülürken gazla birlikte sıvı da püskürtülebilir. Bundan yararlanarak böcek ilâcı püskürtme, oto boyama, kireçle boyama makineleri yapılmıştır. Ayrıca, otomobil ve kamyonların fren sistemlerinde, hidrolik kaldırma sistemlerinde basınçlı gazlardan yararlanılır.
Sıkışan bir gazdaki moleküller birbiriyle daha fazla çarpışacağı için gazın sıcaklığı artmaya başlar, etrafa ısı verir. Genleşen gazlar ise çevresinden ısı alır. Gazlar genelde yüksek basınçta sıkıştırıldığında sıvı hâle geçer. Böylece gazları sıvılaştırıp tüplerde depolamak mümkün olur. Hastanelerde kullanılan oksijen tüplerinin içinde sıvılaştırılmış gaz bulunur.
Evlerde kullandığımız tüplerin içinde de sıvılaştırılmış gaz bulunur. Bunlara kısaca LPG tüpleri de denir.LPG Liquid Petroleum Gas (Sıvı Petrol Gazı)
Buzdolapları, sıkıştırılan gazların genleşirken, çevresinden ısı alması prensibine dayanarak çalışır.Buzdolabı motoru, borularda dolaşan gazı sıkıştırarak genleşme odasına gönderir.
Genleşme odası denilen yer, çapı diğerlerine göre daha geniş borulardan oluşan bir kısımdır. Motorun pompaladığı gaz burada anîden genleşir ve etrafında ısı alarak boruları soğutur. Gaz daha sonra tekrar dar borulara geçer ve sıkışır. Sıkıştırılan gaz aldığı ısıyı buzdolabının arkasındaki borulardangeçerken etrafa verir. Bu olay motor pompası yardımıyla sürekli tekrar ettiği için buzdolabının içinde soğuk bir bölge oluşur.
Video animasyonu (1.49 dakika)
Video animasyonu (1.29 dakika)
Kinetik teori veya gazların kinetik teorisi, gazların basınç, sıcaklık, hacim gibi makroskopik özelliklerini moleküler bileşim ve hareketlerine bağlı olarak açıklayan teoridir. Esas olarak, teori Isaac Newton’un kanısının tersine basıncın moleküller arası statik itmeden kaynaklanmadığını, bunun yerine belli hızlarda hareket eden moleküller arası çarpışmalardan kaynaklandığını söyler. Kinetik teori aynı zamanda kinetik-moleküler teori veya çarpışma teorisi olarak da bilinir.
Kabuller
Bir ideal gazın moleküler modeli, bir gazın içinde bulunduğu kabın duvarlarına uyguladığı basıncın, gaz moleküllerinin bu duvarlara çarpmalarından ortaya çıktığını kabul eder. Bu modeli geliştirmek için aşağıdaki yaklaşımlar yapılır
1.Gazlar, birbirinden bağımsız her yönde gelişigüzel hareket eden taneciklerden (soy gazlar atomlardan, diğer gazlar moleküllerden) oluşur. Bir gaz, moleküllerin yaptığı doğrusal ya da zikzaklı hareketlerin (Brown hareketi) sonucu bulunduğu kabı tamamen doldurur. Aynı nedenle bir gaz başka bir gaz içine konulduğunda, tüm kaba dağılarak homojen karışım oluşturur. Onun için bir gazın hacmi, içinde bulunduğu kabın hacmine eşittir.
2.Gaz molekülleri arasında büyük boşluklar bulunur. Moleküllerin gerçek (öz) hacimleri toplamı, gazın hacmi yanında ihmal edilebilir. ÖrneğIn; normal koşullarda O2 gazının hacminin % 99,6′sı boşluktur. Bu nedenle gazlar kolaylıkla sıkıştırılabilir.
3.Gaz molekülleri arasında ve moleküllerle kabın iç yüzeyi arasında çekim kuvveti yoktur.
4.Gaz taneciklerinin kendi aralarında ve bulundukları kabın iç yüzeyi ile yaptıkları çarpışmalar tamamen esnektir. Çarpışma sırasında moleküllerden biri enerji kaybederken diğeri enerji kazanabilir. Ancak moleküllerin toplam enerjisi değişmez.
5.Herhangi bir anda bir gazın tüm moleküllerinin hızları birbirine eşit değildir. Moleküllerin çoğu birbirine yakın hızlara sahip iken çok az kısmı düşük, çok az kısmı da daha yüksek hızla hareket eder. Gaz moleküllerinin hızları mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Sıcaklık arttıkça moleküllerin hızları da artar.
6.Moleküller arasında sürekli esnek çarpışmalar olduğundan moleküllerin hızları, dolayısıyla kinetik enerjileri sürekli değişir. Bu bakımdan moleküllerin ortalama hızından ya da ortalama kinetik enerjisinden söz etmek daha anlamlıdır. Kinetik teoriye göre, aynı sıcaklıkta bütün gazların ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir.
Video animasyonu (1.32 dakika)
Graham Difüzyon Kanunu
Odadaki parfüm kokusunu veya doğal gaz kaçağı olduğunda çıkan
gaz kokusunu hemen hissedebiliriz. Bu durumun sebebi gaz moleküllerinin
bulunduğu ortama yayılmalarıdır. Aynı veya farklı koşullarda tüm
gazlar birbirleri içerisinde yayılarak homojen karışımlar oluşturur.
Gazların birbiri içerisinde karışmasını gaz moleküllerinin sürekli
ve gelişigüzel hareket ederken birbirlerine ve kabın çeperlerine çarpmalarıyla
açıklayabiliriz. Bu çarpışmalar sırasında moleküller arası kinetik
enerji aktarımı olur. Fakat sistemin toplam kinetik enerjisi değişmez.
Sistemde farklı gazlar olsa bile aynı sıcaklıkta bütün gaz moleküllerinin
ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir. Bu durumda eşit sıcaklıkta iki
farklı gaz örneği birbiriyle karıştırıldığında moleküllerinin ortalama kinetik
enerjilerinin eşitliği yazılabilir.
Elde edilen eşitlik, gazların yayılma hızlarının mol kütlelerinin
karekökü ile ters orantılı olduğunu göstermektedir. Bu ters orantı 1828-
1833 yılları arasında Thomas Graham (Tamıs Gıraham)’ın yaptığı
deneysel çalışmaların sonucunda bulunmuş ve Graham Difüzyon
Kanunu adını almıştır.
Video animasyonu (2.25 dakika)
Video animasyonu (0.47 dakika)
Gaz ve gaz karışımlarından oluşan sistemlerin daha iyi anlaşılabilmesi
için gazların kimyasal özelliklerinden çok fi ziksel özelliklerinin bilinmesi
gerekir. Bu fi ziksel özelliklerden bazıları gazın basıncı, hacmi, kütlesi ve
sıcaklığıdır.
Basınç
Gazlar, temas ettikleri tüm yüzeylere basınç uygular. Çünkü gaz molekülleri sürekli hareket hâlindedir. Atmosferdeki gazlar (hava) da tüm yüzeylere olduğu gibi vücudumuza bir basınç uygular. Balıklar nasıl
suyun basıncını hissetmiyorsa biz insanlar da etrafımızdaki havanın basıncını hissetmeyiz. Kinetik teoriye göre gaz molekülleri bulundukları kaba homojen olarak dağılırken hem birbirlerine hem de kabın çeperlerine çarparak
çarptıkları yüzeye bir kuvvet uygulamış olurlar. Bu kuvvete gazın basıncı denir ve P ile gösterilir.
Gazın basıncı birim hacimdeki taneciğin sayısı, hızı ve çarpışma sayısıyla orantılıdır. Dünyamızı saran atmosfer bir gaz karışımıdır ve yeryüzüne basınç uygular. Atmosfer basıncını ölçmek için kullanılan araçlara barometre denir. Kapalı kaplardaki gazların basınçlarını ölçmeye yarayan araçlara
da manometre denir. Şekil 4.1.5’te manometre çeşitleri gösterilmiştir
Video animasyonu (0.51 dakika)
Video animasyonu (0.50 dakika)