Gazlar 5. Bölüm

Gerçek Gazlar

Dersin Özellikleri:

  • Seviye: Hiç Bilmeyenler İçin
  • Süre: 40 dakika
  • Gerekli Bilgiler:
    • Mol Kavramı
    • Kimyasal Tepkimeler
    • Kimyasal Tepkimelerde Hesaplamalar
  • Öğretmen:
    • Gökalp AY

Anlatılacak Başlıklar*:

  • Gerçek Gazlar
    • Gerçek – İdeal Gaz Farkı
    • Faz Diyagramları
    • Joule-Thomson Olayı

* Konu anlatımı, örneklerle zenginleştirilmiştir.

Gerçek Gazlar

Gerçek Gaz Nedir?

  • Gerçek hayatta, ideal gaz diye bir gaz yoktur; gerçek hayatta “gerçek gazlar” vardır.

İdeal Gaz

  • Kimyasal türler esnek çarpışmalar yapar.
  • Kimyasal türlerinin hacmi yok kabul edilir.
  • Kimyasal türleri arasında etkileşim yok kabul edilir.

Gerçek Gaz

  • Esnek çarpışma yoktur.
  • Kimyasal türlerinin de bir hacmi vardır ve bu hacme öz hacim denir.
    • Gerçek gaz, idealinden daha fazla hacim kaplar.
  • Kimyasal türleri arasında az da olsa etkileşim vardır.
    • Gerçek gazın basıncı idealinden daha azdır.

Gerçek Gazlar

Gerçek Gazlar Ne Zaman İdeale Daha Yakın Davranır?

  • Aşağıdaki koşullarda, gerçek gazlar ideal gaza daha yakın davranır:
    • Yüksek sıcaklık
    • Düşük basınç
    • Düşük mol ağırlığı (MA)
    • Kimyasal türleri apolar olanlar daha ideal davranırlar.

Örnek:

Aşağıdaki gazlardan hangisi ideale daha yakın davranır?

A) 100 oC’de ve 4 atm basınç yapan He gazı
B) 200 oC’de ve 4 atm basınç yapan He gazı
C) 300 oC’de ve 4 atm basınç yapan He gazı
D) 400 oC’de ve 2 atm basınç yapan He gazı
E) 400 oC’de ve 4 atm basınç yapan He gazı

Gerçek Gazlar

Gerçek Gazların İdeallikten Sapmaları

P.V = n.R.T den mol sayısın (n) çekersek formül şöyle olur:

İdeal Gaz Denkleminden Mol Sayısı Bulma


Bir ideal gaz 1 mol ise P.V / R.T değeri her zaman 1 çıkar:

1 mol İdeal Gaz
  • MA arttıkça ideallikten uzaklaşılır:
Gerçek Gazların İdeallikleri
Hepsi 1 mol alınmıştır.
  • Sıcaklık arttıkça idealliğe yaklaşılır:
Gerçek Gazların Sıcaklık - İdeallik İlişkisi
1 mol gaz

Gerçek Gazlar

Faz Diyagramları (Basınç-Sıcaklık Grafiği)

  • Her maddenin bir faz diyagramı vardır.
  • Maddelerin basınç-sıcaklık grafikleridir.
  • Bir maddenin, basınç ve sıcaklık değerine göre katısıvıgaz hallerinden hangisinde oluğunu görmemizi sağlar.
  • Bir maddenin hangi dış basınçta iken kaç derecede hal değiştirdiğini de görebiliriz.
  • Özensiz çizilmiş bir “Y” harfine benzerler.
Karbon dioksit Maddesinin Faz Diyagramı

Gerçek Gazlar

Faz Diyagramından Maddenin Fiziksel Halini Bulma

  • Bütün faz diyagramlarında 3 tane faz bölgesi vardır.
    • Faz bölgeleri, maddelerin katı-sıvı-gaz hallerinde oldukları sıcaklık ve basınç değerlerini gösterir.
    • Faz bölgelerinin sırası her zaman aynıdır ve yandaki gibidir.
  • Faz bölgeleri arasındaki çizgiler faz sınırlarıdır ve hal değişim noktalarını gösterir.
  • Grafikteki A noktası üçlü nokta olarak bilinir.
    • Üçlü noktada madde hem katı hem sıvı hem de gaz halindedir.
Karbon dioksit Maddesinin Faz Diyagramı

Gerçek Gazlar

Örnek:

Karbon Dioksitin Faz Diyagramı

Faz diyagramı verilen CO2‘in aşağıdaki koşullardaki fiziksel halini bulunuz.

  1. 10 atm basınç ve -78,5 oC sıcaklıkta
  2. 10 atm basınç ve -20 oC sıcaklıkta
  3. 1 atm basınç ve -20 oC sıcaklıkta

Gerçek Gazlar

Örnek:

Faz Diyagramı ve Hal Değişim Sıcaklıkları

CO2‘e ait faz diyagramı verilmiştir.

Buna göre, grafikte verilen A, B, C, D ve E noktalarının anlamları nedir?

Gerçek Gazlar

Faz Diyagramında Hal Değişim Sıcaklığı – Dış Basınç İlişkilisini Görme

Karbon dioksit Maddesinin Faz Diyagramı
  • Faz diyagramlarnda, faz sınırlarına bakarak şunları görebiliriz:
    • Bir maddenin, erime noktası, dış basınç arttıkça artar, azaldıkça azalır.
    • Bir maddenin, kaynama noktası, dış basınç arttıkça artar, azaldıkça azalır.
    • Bir maddenin, süblimleşme sıcaklığı, dış basınç arttıkça artar.

Gerçek Gazlar

Suyun Faz Diyagramı

  • Diğer maddelerden farklı olarak; suyun donma sıcaklığı, dış basınç arttıkça azalır.
Suyun Faz Diyagramı
Suyun Faz Diyagramı
Karbon dioksit Maddesinin Faz Diyagramı
Karbon dioksit Maddesinin Faz Diyagramı

Gerçek Gazlar

Gaz – Buhar – Kritik Sıcaklık

  • Bir gaz sıkıştırıldığında sıvılaşabiliyorsa buhar olarak adlandırılabilir.
  • Gazlar kritik sıcaklıktan, sonra basınç ile sıkışıp sıvılaşabilme özelliklerini kaybederler.
    • Bir gazın, sıkışıp sıvılaşma özelliğini koruyabildiği, son sıcaklık ve basınç değerine kritik sıcaklık denir.
    • Bir gazın süper kritik akışkan olarak davrandığı en düşük sıcaklık ve basınç değerine kritik nokta denir.
  • Suyun faz diyagramı ve kritik noktası:
Suyun Kritik Noktası
Suyun Faz Diyagramı ve Kritik Noktası

Gerçek Gazlar

Joule-Thomson Olayı

James Joule ve William Thomson
James Joule (1918-1989) ve William Thomson (1824-1907)

  • Gazlardan (aslında buharlardan), buz dolabı veya klima yapabilmemizi sağlayan olaydır.
  • Joule-Thomson olayında:
    • Gaz, ortasındaki bir engelle ikiye bölünmüş, kapalı bir kabın, bir kısmından itilerek diğer kısmına geçer. Tabi; kabın diğer kısmına geçebileceği tek yol, kabı ikiye bölen engeldeki küçük bir delik ya da deliklerdir.
    • Karşıya geçerken gazın sıcaklığı düşer ya da yükselir.
    • Sıcaklık değişmiyorsa, Joule-Thomson olayı yok demektir.
      • Bu durumda gaz ideale daha yakın bir gazdır.
  • Jolue-Thomson olayının sebebi, kimyasal türler arasındaki zayıf etkileşimlerdir.

Gerçek Gazlar

Soğutucu Akışkanlar

  • Joule-Thomson olayında sıcaklığı düşen gazlara, soğutucu akışkan denir.
  • Soğutucu akışkan örnekleri;
    • NH3 (Amonyak)
    • Freon (CCl2F2)
    • Puron (Kütlece %50 diklorometan ve pentafloretan)
  • Amonyak ve Freon gazları çevre ve sağlık ve çevre açısından sakıncalı oldukları için; günümüzde Puron gazı soğutucu akışkan olarak kullanılmaktadır.
  • İyi bir soğutucu akışkanın:
    • Kritik sıcaklığı yüksek, kaynama noktasına düşük olmalıdır.
    • Oda koşullarında buhar halinde olmalıdır.
    • Çevreye zarar vermemelidir.
    • Daha az enerji tüketmelidir.
    • Ucuz ve kolay temin edilebilmelidir.
    • Yanıcı ve zehirli olmamalı, kimyasal yönden metallerle tepkimeye girmemelidir.
    • Uygulanabilir basınç altında buharlaşmalı ve sıvılaşmalıdır.

Gerçek Gazlar

Örnek:

Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin normal kaynama noktaları ve kritik sıcaklıkları verilmiştir.

Madde Kaynama Sıcaklığı (oC) Kritik Sıcaklığı (oC)
X-35,6145
Y60322
Z101384,5

Buna göre bu maddeler için aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

A) X soğutucu akışkan olarak kullanılabilir.
B) Y, oda sıcaklığında gaz haldedir.
C) Z, 384,5 derecenin üzerinde sıkıştırılıp sıvılaştırılamaz.
D) Z maddesinin kimyasal türleri arasındaki etkileşim daha güçlüdür.
E) X 120 derecede, sıkışıp sıvılaşabilir.

Gerçek Gazlar

Çevremizdeki Joule-Thomson Olayları

Joule-Thomson Olayı ve Bisiklet Pompası

Bir el pompası ile bisiklet tekerleği şişiren herkes, zamanla pompanın ısındığını bilir.

Çakmaktan Gaz Boşaltmak

Bir çakmağın gazını, valfine kalem batırarak boşaltan herkes, bir süre sonra kalemin üzerinin kırağılandığını ve soğuduğunu bilir.

Klima ve Joule-Thomson Olayı

Sıcaklığın düştüğü Joule-Thomson olayına; buzdolapları ve klimalar da örnek olarak verilebilir.

  • Havadan; Azot ve Oksijen gazlarının elde edilmesi işleminde de, Joule-Thomson olayı sayesinde havanın sıcaklığı, -200 oC ye kadar düşürülür.

Gazlar

V. Bölüm
(Gerçek Gazlar)

Bitti 🙁