Gaz molekülleri temsili modeli

Gaz hali, maddenin dört temel halinden biridir (diğerleri katı, sıvı ve plazma). Gaz haldeki maddelerin belirli bir hacim ve şekilleri yoktur. Akışkandırlar ve fiziksel yollarla katı, sıvı veya plazma haline dönüştürülebilirler. Oksijen, hidrojen, helyum, neon doğada gaz halde bulunan maddelere örnektir.

Çevremizi dikkatli bir biçimde incelersek birçok gazın var olduğunu görürüz. Örneğin dünya atmosferi bir çok gazın oluşturduğu homojen bir karışımdır. Tabiattaki yanma olaylarının sebebi yine atmosferde %21 oranında bulunan O2 gazıdır. Dünyayı saran ve çevreleyen atmosfer tabakasının olmaması, dünya üzerindeki yaşamın da olmaması anlamına gelir. Aslında bu örnekten bile gazların varlığının önemi anlaşılabilir.

Yine canlılar solunum yaparken havadaki oksijeni ciğerlerine çekerek, oksijen yardımıyla besinleri parçalar ve enerji elde ederek dışarıya CO2 gazı verir. Diğer taraftan, bitkilerin fotosentez yapması sırasında yine aynı gazlar kullanılır. Birçok kimyasal reaksiyonda reaktant ve ürünlerin bazıları ya da tümü gaz halindedir. Dolayısıyla kimyasal reaksiyonların doğru gerçekleştirilebilmesi ve gazların güvenli bir şekilde sanayide kullanılabilmesi için gazların özelliklerinin iyi bilinmesi gerekir.

Gazların özellikleri

Gazlar hızla hareket eden ve aralarında büyük boşluklar bulunan atom ya da moleküllerden oluşan, belirli hacmi ve şekli olmayan ve sıkıştırılabilen maddelerdir. Gaz karışımlarının tümü homojen yapılıdır. Gazlar sıkıştırıldığında tanecikler arasındaki mesafe azalır ve tanecikler birbirine yaklaşır. Bir tüpteki gaz dışarı bırakıldığın da ise gaz tanecikleri birbirinden uzaklaşarak bulundukları odayı tamamen doldururlar. Ayrıca gaz molekülleri bulundukları kabın çeperlerine çarparak basınç uygularlar. Sonuç olarak Gazlar bulunduğu kabın hacmini tam doldurabilen ve sıkıştırıldığında, hacimleri büyük ölçüde küçülebilen akışkan maddelerdir.

Hacim

Gazlar bulundukları kabın hem hacmini hem de şeklini alırlar. Dolayısıyla bir gazın hacmi bulunduğu kabın hacmine eşittir. Aşağıdaki kapta bulun A, B ve C gazlarının hacimleri birbirine eşit ve 5 litredir.

Gazların hacmi m3birimi veya bu birimin ast ve üst katlarıile ifade edilir. Kimyada en çok kullanılan birimler m3, dm3 (litre: L) ve cm3’tür. Çoğukez cm3 yerine mililitre (ml) kullanılmaktadır. Laboratuarlarda, gaz hacimleri belirli şartlarda bürütleri ile ölçülür.

Sıcaklık

Gazların hacmi ve basıncı sıcaklıktan etkilenir ve bu yüzden gazlar için sıcaklık kavramı çok önemlidir. Celsius ısınma ve soğuma sırasında hacmi önemli ölçüde değişen, düzgün genleşen ve yoğunluğu yüksek olan cıvayı kullanarak ilk termometreyi icat etmiştir. Bir atmosfer basınç altında, suyun donma noktasındaki civa yüzeyini sıfır, kaynama noktasındaki civa yüzeyini ise yüz olarak işaretleyen Celsius, aradaki uzunluğu 100 eşit parçaya bölerek her bir parçayı 1 °C (Celsius derece veya santigrad derece) olarak kabul etmiştir.

Aynı koşullarda suyun donma ve kaynama noktasını 32 ve 212 olarak işaretleyen, aradaki mesafeyi 180 eşit parçaya bölen ve her bir parçayı 1 °F olarak tanımlayan Fahrenheit ise, ikinci bir termometre yapmıştır. Yine aynı şekilde suyun donma ve kaynama noktasını 0 ve 80 olarak işaretleyip aradaki mesafeyi 80 eşit parçaya bölen ve her bir parçayı 1 °Re olarak tanımlayan Réaumur bir başka termometre yapmıştır. SI birim sisteminde sıcaklık birimi Kelvin (K)’dir ve 0°K, herhangi bir gazın hacminin teorik olarak sıfır olduğu sıcaklık olan -273,15 °C’dir(Şekil X). Bu sıcaklık 0°K veya mutlak sıfır noktası olarak adlandırılır.

Basınç

Kapalı bir kapta bulunan bir gazın tanecikleri birbirlerine ve içinde bulundukları kabın çeperlerine çarparak kabın iç çeperlerine bir kuvvet uygularlar. Bir gazın taneciklerinin oluşturduğu toplam kuvveti ölçmek oldukça zordur. Bu toplam kuvvet yerine ortalama gaz basıncından bahsetmek daha kolaydır. Basınç “birim alana uygulanan kuvvet” olarak tanımlanır ve P ile simgelenir.

  • P=F/S olarak hesaplanır. Burada;

Uluslar arası birim (SI) sisteminde kuvvetin (F) birimi Newton (N) ve alan (S) birimi metrekare (m2)’dir. Birim yüzeydeki kuvvetin (basıncın) birimi ise, N / m2’dir ve Pascal (Pa) adını alır.

Gaz Basıncı

Kapalı bir kaptaki gaz taneciklerinin kabın çeperlerine çarpması sonucu basınç oluşur. Dolayısıyla birim zamanda birim yüzeye çarpan gaz taneciklerinin oluşturduğu ortalama basınca gaz basıncı denir. Gaz basıncını ölçen aletlere manometre adı verilir. Manometreler açık uçlu manometreler ve kapalı uçlu manometreler olmak üzere 2’ye ayrılır. Açık uçlu manometrelerde gaz basıncı ölçülürken atmosfer basıncı dikkate alınır. Yukarıdaki resimde açık uçlu ve kapalı uçlu manometreler gösterilmiştir.


Ayrıca bakın;