Gazlar

Gazlar, içinde bulundukları kabın her tarafına homojen dağılan maddenin en düzensiz halidir.

Gazlarda Basınç, Hacim, Miktar ve Sıcaklık 

Gazlar, dört temel özelliğiyle nitelenir.

– Basınç (P)

-Hacim (V)

-Miktar (n)

-S ıcaklık (T)

Gazların davranışını belirleyen bu özellikleri tek tek inceleyelim.

Basınç (P):

Birim yüzeye etki eden kuvvete basınç denir. Kapalı bir kaba konulan gazlar birbirleriyle ve kabın çeperleriyle sürekli esnek çarpışma yaparlar. Bu çarpışmalar nedeniyle kabın iç yüzeyine bir kuvvet uygularlar.

Kap içindeki gaz moleküllerinin birbirleriyle ve kabın çeperleriyle yaptıkları çarpışmaların tümüne birden gaz basıncı denir.

Kapalı bir kapta, her noktasında gazın basıncı eşittir. Bundan dolayı kabın herhangi bir noktasından ölçülen basınç, gazın basıncını verir. Kapalı kaptaki gazların basıncı manometre ile açık hava basıncı ise barometre ile ölçülür. Yaygın basınç birimleri olarak atmosfer (atm), mmHg ve bar kullanılmaktadır.

Esnek Çarpışma :

Moleküllerin çarpışırken tepkime vermedikleri ve toplam kinetik enerjilerini korudukları çarpışmaya esnek çarpışma denir.

 mmHg:

Deniz seviyesinde, normal bir günde havası boşaltılmış cam bir boru cıva dolu bir kaba dik olarak daldırılırsa cıva bu cam boruda yükselir. Yükselen bu cıva sütununun yüksekliği ölçülürse 760 mm olarak ölçülür.

Cıva sütununun tabana yaptığı basınç, açık hava (atmosfer) basıncıdır. Basınç birimi olarak mmHg yerine bu deneyi ilk yapan bilim insanı olan Torriçelli’den dolayı Torr birimi de kullanılabilir.

760 mmHg = 760 Torr = 76 cmHg

Atmosfer (Atm) 

Yaygın olarak kullanılan basınç birimlerindendir. Deniz kenarında normal bir ortamda atmosferdeki gazların yaptığı basınç 1 atm’dir. 1 atm lik basınç, 760 mm lik cıva sütununun yaptığı basınca eşittir.

1 atm = 760 mmHg

Bar:

1 mm2 lik yüzeye 0,1 Newtonluk kuvvetin dikey olarak etkimesi sonucu oluşan basınca 1 bar denir. Açık hava basıncı meteoroloji raporlarında bar veya milibar (mbar) birimleriyle verilir. 1 bar, 1000 mbara eşittir.

1 atm = 1,01325 bar = 1013,25 mbar

Hacim (V) :

Gazlar, bulundukları kabın her yönünde serbest hareket ederler. Her yönde serbest hareket eden gaz molekülleri kabın her yerine homojen dağılırlar. Bu durumda gaz hacmi içinde bulunduğu kabın hacmine eşit olur. Gazların hacim ve basınçlarını ölçmek için sabit hacimli ve sabit basınçlı kaplar kullanılır.

 Sabit Hacimli Kaplar :

Gazın sıcaklığı veya miktarı değiştiğinde basıncı değişen ancak hacmi değişmeyen kaplara sabit hacimli kap denir.

Gazların hacmi genellikle litre (L) birimi ile belirtilir. Ancak bazı ölçümlerde gaz hacminin L ile ifade edilmesi zor olacak kadar büyükse metreküp (m3), küçükse o zaman da mililitre (mL) olarak verilir.



Sabit Basınçlı Kaplar :

Gazın sıcaklığı veya miktarı değiştiğinde basıncı değişmeyen ancak hacmi değişen kaplara sabit basınçlı kap denir.

Miktar (n) :

Bir çok kimyasal hesaplama işlemlerinde olduğu gibi madde miktarı olarak mol kullanılır. Avogadro sayısı kadar taneciğe 1 mol denir. Avogadro sayısı NA ile gösterilir.

Avogadro sayısı 

Bilim insanı Amadeo Avogadro yaptığı çalışmalarda, aynı sıcaklık ve basınçta bütün gazların birer mollerinin aynı hacmi kapladığını belirledi.

Molar Hacim :

Belirli koşullarda, 1 mol gazın kapladığı hacme molar hacim denir. Normal koşullarda 1 mol gaz 22,4 litre hacim kaplar.

Normal şartlar denildiğinde 0°C sıcaklık ve 1 atm basınç olarak anlaşılmalıdır.

Mol Kütlesi :

Maddelerin 1 molünün kütlesine mol kütlesi denir. Mol kütlesi  ile gösterilir.

Elementlerin mol kütlesini ezberlemeye gerek yoktur. Bir işlemde mol kütlesine gerek duyulduğunda ilgili elementin mol kütlesi parantez içinde verilir. Bir element molekülünün veya bileşiğin mol kütlesini bulabilmek için onu oluşturan elementlerin mol kütleleri toplanır.

 Mol Sayısı Bulma :

Kütlesi bilinen bir gazın mol sayısını bulmak için doğru orantıdan faydalanılır. Aşağıdaki bağıntı kullanılarak da mol sayısı bulunabilir.

Mol sayısı (mol) =

Sıcaklık (T):

Bir maddenin sıcaklığı, o maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Bir gazın sıcaklığı artırıldığında o gazın moleküllerinin ortalama hızı da artar. Hız arttıkça sıcaklık da yükselir. Sıcaklık termometre ile ölçülür. Termometrelerde Celcius (Selsiyus), Fahrenheit (Fahrenayt) ve Kelvin (Kelvin) ölçekleri kullanılır. Her üç ölçekte de suyun donma ve kaynama sıcaklıkları esas alınarak bölmeleme yapılır.

Ancak bilimin sıcaklık ölçeği Kelvin türünden sıcaklıktır. Bir gaz sürekli soğutulduğunda öyle bir sıcaklığa ulaşılır ki bu sıcaklıktaki gaz moleküllerinin tüm hareketleri durur. Bu sırada gaz moleküllerinin kinetik enerjisi sıfır olur. Gaz moleküllerinin kinetik enerjisinin sıfır olduğu bu noktaya mutlak sıfır noktası denir.

Sıcaklık ölçekleri arasındaki dönüşümler aşağıdaki bağıntılar yardımıyla yapılabilir.

Celcius ile Kelvin ölçekleri arasındaki bağıntı;

           T(K) = t(°C) + 273

        Celcius ile Fahrenheit ölçekleri arasındaki bağıntı;



Kinetik Teori :

Gazların davranışlarını açıklamak için geliştirilen teoriye kinetik teori denir.

Bu teoriye göre, gazların davranışlarını açıklayabilmek için şu kabullenmelerde bulunmak gerekir.

-Gaz moleküllerinin hacmi çok küçüktür. Gaz moleküllerinin hacmi, moleküller arası boşluk ve kap hacmi yanında ihmal edilir.

-Gaz molekülleri arasındaki itme ve çekme kuvvetleri ihmal edilir.

– Gaz molekülleri gelişigüzel hareket ederken birbirlerine ve kabın çeperlerine esnek çarpışmalar yaparlar. Bu çarpışmalarda moleküller, birbirlerine enerji aktarabilirler. Ancak sıcaklık sabit kaldığı sürece moleküllerin ortalama kinetik enerjisi değişmez.

-Farklı gazların aynı s ıcaklıkta ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir. Gazların ortalama kinetik enerjisi mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır.

Gerçek Gazlar

Moleküller arası etkileşimin olduğu ve moleküllerin birbirinden etkilendiği gazlara gerçek gaz denir.

Gerçek gazların üzerine belirli bir basınç uygulandığında ve soğutulduklarında sıvılaşırlar.

İdeal Gazlar

Moleküller arası etkileşim olmayan, birbirinin davranışından etkilenmeyen ve aralarında çekim kuvveti olmayan gazlara ideal gaz denir.

İdeal gazlara basınç uygulandığında ve sıcaklıkları düşürüldüğünde sıvılaşmazlar.

Gazların Sıkışma ve Genleşme Özelliği 

Gaz molekülleri arasında büyük boşluklar bulunmaktadır. Bu nedenle gazlara basınç uygulandığında ve sıcaklıkları düşürüldüğünde hacimleri küçülür yani sıkışırlar. Bu olayın tersi olarak gazların üzerindeki basınç azaltıldığında ve sıcaklıkları artırıldığında hacimleri artar yani genleşirler.

Bütün ideal gazların genleşme katsayıları eşittir. Oda sıcaklığında pistonlu iki kaptan birine CO2 diğerine He gazlarından koyalım. Her iki pistona basınç uygulayarak gazları sıkıştıralım. Bu sıkışma sonucunda CO2 gazının sıvılaştığı, He nin ise gaz halde kaldığı görülür.

Gaz Kanunları :

Gazların dört temel özelliği olan basınç, hacim, sıcaklık ve miktar arasındaki ilişkileri deneysel olarak araştıran ve bunun sonucunda bulunan çıkarımlara gaz kanunları denir.

Basınç – Hacim İlişkisi (Boyle Kanunu) 

İçinde belirli miktarda gaz bulunan hareketli pistonlu bir kaptaki gazın sıcaklığı sabit kalacak şekilde, üzerindeki basınç artırıldığında hacmin küçüldüğü görülür. Deneysel olarak, gazın üzerindeki basınç kaç katına çıkarılırsa, hacim aynı oranda azalır. Yani gazın üzerindeki basınç 2 katına çıkarılırsa hacim yarıya düşer, basınç 4 katına çıkarılırsa hacim 1/4 üne düşer.

Boyle adındaki bilim insanı, gazların bu davranışını Boyle yasası ile ifade etmiştir. Boyle yasasına göre, sabit sıcaklıkta belli bir miktar gazın hacmi basıncıyla ters orantılıdır.

Deney sonuçları grafiğe geçirildiğinde aşağıdaki grafik elde edilir.



Sıcaklık – Hacim İlişkisi (Charles Kanunu) 

İçinde gaz bulunan hareketli pistonlu bir kap ısıtıldığında hacminin arttığı soğutulduğunda ise hacminin azaldığı görülür. Deney yapıldığında mutlak sıcaklık (Kelvin türünden sıcaklık) 2 katına çıkarıldığında hacmin de 2 katına, mutlak sıcaklık 3 katına çıkarıldığında hacmin de 3 katına çıktığı görülür.



Gazların sıcaklık – hacim ilişkisi grafiğe geçirildiğinde aşağıdaki grafik elde edilir.



Gazlar ısıtıldığında hacimleri artar, soğutulduğunda ise hacimleri azalır. Ancak bazı sıcaklık değerlerine deneysel olarak ulaşmak zordur. Gazların bu bölgelerdeki davranışı tahmin yoluyla ortaya konabilir. Tahmin yapmanın bir yolu, deneysel verileri kullanarak çizilen grafiğin, deney yapılmayan veya yapılamayan sıcaklık bölgesine uzatılmasıdır. Şekilde noktalarla gösterilen kısım tahminle belirlenen kısımdır. Gazın hacminin sıfır olduğu sıcaklığa deneysel olarak ulaşılamaz ancak ekstrapolasyon yoluyla hacmin sıfır olduğu sıcaklık bulunabilir. Bu şekilde bulunan –273°C sıcaklığı Kelvin eşelinde 0 K olarak alınır ve mutlak sıfır noktası olarak adlandırılır.

Not:

Ekstrapolasyon: Bir fonksiyon üzerinde bilinen bir noktadan hareketle diğer noktaları bulma işlemidir.

Sıcaklık – Basınç İlişkisi (Gay – Lussac Kanunu)

İçinde belirli bir miktar gaz bulunan sabit hacimli bir kap ısıtıldığında basıncın arttığı, soğutulduğunda ise basıncın azaldığı görülür.

Deney yapıldığında, mutlak sıcaklık 2 katına çıkarıldığında basıncın da 2 katına, mutlak sıcaklık 3 katına çıkarıldığında basıncın da 3 katına çıktığı görülür.

Gazların basınçlarının sıcaklıkla değişimini Gay – Lussac gözlemlemiştir. Gay – Lussac, Celcius ölçeğine göre elde ettiği sıcaklık değerlerini yatay eksene, ölçtüğü basınç değerlerini de dikey eksene işaretleyip grafik çizdiğinde bir doğru elde etmiştir.

Gaz miktarı veya hacmi değiştirilince farklı eğimde başka doğrular elde etmiş; ancak bütün doğruların yatay ekseni aynı noktada kestiğini görmüştür. Bu noktaya karşılık gelen sıcaklık değeri, Charles deneyinde olduğu gibi –273 °C dır.



Atmosfer ve Biz :

Atmosferi meydana getiren hava bir gaz karışım olup dünyamızı çevreleyen yaklaşık 100 km kalınlığında bir katmandır.

Atmosferin Özellikleri 

-Atmosfer yer yüzündeki canlı yaşamı için gerekli gazları gerekli oranda bulundurur.

– Atmosfer, güneşten gelen ve canlılar için zararlı olan ışınları tutar.

– Atmosfer, dünyanın aşırı şekilde ısınma ve soğumasını engeller.

-Atmosfer, meteorolojik olaylar ve su döngüsünün oluşmasını sağlar.

Atmosferin Bileşenleri 

Atmosferin bileşiminde % 78 azot (N2), %21 oksijen (O2), %0,9 argon (Ar) ve %0,1 oranında diğer gazlar bulunur.

Atmosferin 0,1’ini oluşturan gazlardan bazıları canlılar için zararlı etkilere sahip olduğundan bunlara kirletici bileşenler denir.

Azot oksitleri ve kükürt oksitleri bu kirletici bileşenlerin başlıcalarıdır

Zararlı Bileşenlerin Başlıca Kaynakları 

Atmosferin kirlenmesine ve yeryüzüne değişik şekillerde zarara neden olan zararlı bileşenlerin temel kaynakları şunlardır:

-Sanayi kuruluşlarından havaya salınan gazlar.

– Motorlu taşıtların eksozundan çıkan gazlar.

– Evlerde ve işyerlerinde ısınma amaçlı kullanılan fosil yakıtlardan (kömür, petrol vs) çıkan gazlar.

-Deodorant ve spreylerden çıkan gazlar.

Atmosferin Zararlı Bileşenlerinin Atmosfere ve Yeryüzüne Etkisi 

Atmosferin zararlı bileşenleri atmosfere ve yeryüzüne farklı şekillerde etki ederek kimi atmosferin yapısını kimi yeryüzünün yapısını değiştirerek doğal yaşam ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkiler oluşturur.

Azot monoksit (NO), azot dioksit (NO2) kükürt dioksit (SO2) ve kükürt trioksit (SO3) en önemli kirletici gazlardır. Bu gazlar insan sağlığını doğrudan olumsuz etkiler.

Bir de insan sağlığını doğrudan etkilemese de atmosferin üst katmanlarında ozon tabakasına zarar verdikleri için çok önemli kabul edilen kirleticiler vardır. Bunlar deodorant ve spreylerden çıkan floroklorokarbonlardır.

Asit Yağmurları 

Azot oksitleri ve kükürt oksitlerinin havadaki su buharı ile birleşerek asit oluşturması ve bu asitlerin yağışlarla yeryüzüne ulaşmasına asit yağmuru denir.

Asit yağmurları, insanlarda deri ve akciğer hastalıklarına neden olurken yağışın olduğu yerlerde bitki örtüsünün bozulmasına veya yok olmasına neden olur.

Ozon Tabakasının İncelmesi 

Atmosferdeki ozon tabakası güneşten gelen ve canlılar için zararlı olan ışınların yeryüzüne ulaşmasını engelleyen bir özelliğe sahiptir. Deodorant ve spreylerden atmosfere salınan floroklorokarbonlar ozonu tüketmekte ve ozon tabakasının incelemesine yol açmaktadır. Bunun sonucunda insanlarda çeşitli deri hastalıkları ve cilt kanserleri oluşmaktadır.

 Küresel Isınma 

Yeryüzüne gelen ışınların bazı gazlar tarafından tutularak yeryüzünün ısınmasına neden olmasına sera etkisi denir.

Yeryüzünden salınan karbondioksit (CO2) gazının artması atmosferde sera etkisi yapmakta ve yeryüzünde sıcaklık değişimlerine yol açmaktadır.

Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çevre Sözleşmesi ve onun Kyoto Protokolü CO2 ile birlikte CH4, N2O, hidroflorokarbonlar, perklorokarbonlar ve kükürt hekzaflorür (SF6), sera etkisine neden olduğu için kontrol altına alınmasını öngörmektedir. Sera etkisi sonucunda yeryüzü aşırı ısınmakta, küresel ısınma olmakta buzul tabakaları erimekte ve doğal yaşamda bozulmalar meydana gelmektedir

Hava Kirliliğini Önleme

Atmosferdeki kirletici bileşenlerin zararlarını önlemek veya azaltmak için aşağıdaki uygulamalar yapılmalıdır.

-Fosil yakıtların (kömür, petrol vs) kullanımı azaltılmalı bunların yerine daha temiz enerji (güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji vs) kaynakları kullanılmalıdır.

-Karayolu taşımacılığı yerine demiryolu ve deniz yolu taşımacılığı yaygınlaştırılmalıdır.

– Özel araçlar yerine toplu taşıma araçlarının kullanımı alışkanlık haline getirilmelidir.

– Sanayi kuruluşlarının bacalarına filtreler yerleştirilerek saldıkları zararlı gazlar tutulmalıdır.

– Ozon tabakasına zarar veren gaz içeren deodorant ve spreyler kullanılmamalıdır.

– Yeşil alanlar korunmalı, yeni yeşil alanlar oluşturulmalı, ağaç dikimleri yaygınlaştırılmalıdır.

 

• Twitter
• Facebook
• Google
• Tumblr
• Pinterest