Kimya I · 5. Ünite: Gazlar

Gerçek Gazlar

İdeal gaz denklemi düşük basınç ve yüksek sıcaklıkta mükemmele yakın çalışır; ama yüksek basınçta ve düşük sıcaklıkta gerçek gazlar bu denklemden sapar ve sonunda sıvılaşır. Bu konuda sapmayı sıkıştırılabilirlik faktörü $Z = PV/(nRT)$ ile ölçecek, van der Waals denklemini moleküllerin hacmi ve çekim kuvvetinden türetecek, Boyle sıcaklığı ile kritik sabitleri (kritik sıcaklık, basınç, hacim) hesaplayacak ve bir gazın ideale ne kadar yakın olduğunu $a$ ve $b$ sabitlerinden yorumlayacaksın.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. 1. Bağlam: İdeal Gazın Sınırları

  2. 2. Sıkıştırılabilirlik Faktörü

  3. 3. Van der Waals Denklemi (Türetme)

  4. 4. Virial Açılım ve Boyle Sıcaklığı

  5. 5. Kritik Nokta ve Sıvılaşma

  6. 6. Çözümlü Örnekler

  7. 7. Grafik ve Simülasyon Yorumu

  8. 8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Sıkıştırılabilirlik faktörü ($Z$)
$Z = PV/(nRT)$; ideal gazda $1$. $Z < 1$ çekimin, $Z > 1$ moleküllerin hacminin baskın olduğunu gösterir.
Van der Waals denklemi
$(P + an^2/V^2)(V - nb) = nRT$; ideal gaz denklemine hacim ($b$) ve çekim ($a$) düzeltmeleri getirir.
Dışlanmış hacim ($b$)
Bir mol molekülün kapladığı ve hareket alanını kısıtlayan hacim; moleküllerin gerçek hacminin yaklaşık dört katı.
Çekim sabiti ($a$)
Moleküller arası çekim kuvvetinin ölçüsü; büyük $a$ daha büyük sapma demektir.
Virial açılım
$Z = 1 + B/V_m + C/V_m^2 + \cdots$; $B(T) = b - a/RT$ (van der Waals için).
Boyle sıcaklığı ($T_B$)
$B(T) = 0$ olduğu sıcaklık, $T_B = a/(Rb)$; bu $T$'de düşük $P$'de gaz geniş aralıkta idealdir.
Kritik nokta
$T_c = 8a/(27Rb)$, $P_c = a/(27b^2)$, $V_c = 3b$. $T_c$'nin üzerinde sıvı-gaz ayrımı yoktur.
Süperkritik akışkan
$T > T_c$ ve $P > P_c$ koşulunda gaz ile sıvı arasında faz sınırı olmayan akışkan hâl.

Örnek soru

Bir gerçek gaz için $Z = PV/(nRT) < 1$ bulunuyorsa aşağıdakilerden hangisi söylenebilir?

  1. Moleküllerin kendi hacmi baskındır; gerçek hacim ideal hacimden büyüktür
  2. Gaz tam ideal davranmaktadır
  3. Sıcaklık Boyle sıcaklığının üzerindedir ve basınç çok yüksektir
  4. Moleküller arası çekim kuvvetleri baskındır; gerçek hacim ideal hacimden küçüktür
  5. Gazın mol sayısı ideal gaza göre azalmıştır

Doğru cevap: D

Çözüm

1. $Z = V_{gerçek}/V_{ideal}$ (aynı $P$, $T$ için). $Z < 1$ ise gerçek hacim idealden küçüktür.
2. Gaz kendi başına ideale göre daha çok sıkışmıştır; bunun nedeni moleküller arası çekimdir ($a$ baskın).
$Z > 1$ moleküllerin hacminin (b) baskın olması demektir; $Z = 1$ ideal davranışı; Boyle sıcaklığının üzerinde düşük basınçta $Z > 1$ olur. $Z$ mol sayısıyla değil, hacim oranıyla ilgilidir.

Kimya I: tüm konular