MADDENİN GAZ HALİ
Maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere 3 temel fiziksel hali vardır. Gazların yapısı ve davranışları katı ve sıvılardan birçok bakımdan farklıdır.
• Katı ve sıvıların belirli hacimleri olmasına karşın gazların belirli hacimleri yoktur. Bulundukları her kabı doldururlar.
• Katıların belirli şekilleri vardır. Sıvı ve gazların şekilleri yoktur.
• Katı ve sıvılar sıkıştırılamazken, gazlar sıkıştırılabilir. Bunun nedeni katı ve sıvıları oluşturan taneciklerin (atom, molekül veya iyon) sık istiflenmiş olması (yığınsal halde) gaz tanecikleri arasında ise geniş boşluklar bulunmasıdır.
• Katılar maddenin en düşük enerjili ve en düzenli halidir. Gazlar ise en yüksek enerjili ve en düzensiz halidir.
• Katılardaki taneciklerde difüzyon(yayılma) olayı yoktur. Sıvı tanecikleri yavaş, gaz tanecikleri ise oldukça hızlı difüzlenir. Gaz tanecikleri sürekli hareket halindedir. Bunun sonucu sıvılar ve gazlar alışkan özellik gösterir.
GAZLARIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
Maddenin gaz halinin tanımlanması için miktarı (mol sayısı) hacmi, sıcaklığı ve basıncı doğru belirlenmelidir. Bunlardan en az üçünün bilinmesi ile gaz hakkında bilgi sahibi olabiliriz.
Gazın miktarı: Bir gaz maddenin kütlesi, mol sayısı veya molekül sayısı miktarı olarak kullanılabilir.
Gazın mol sayısının miktar olarak kullanılması yaygındır.
Gazın hacmi (V) : Gazların belirli bir hacmi yoktur. Bir gazın hacmi her zaman içinde bulunduğu kabın hacmine eşittir. Gaz hacminin bilinmesi miktarı hakkında bilgi vermez. Çünkü 10 litrelik bir kaba aynı gazın 1 molü ya da 10 molü doldurulmuş olabilir. Gaz hacminin anlamlı olabilmesi için gaz sıcaklığının ve basıncının bilinmesi gerekir.
Gazın basıncı(p): Basınç, birim yüzeye etkiyen dik kuvvettir. Gaz molekülleri gelişigüzel hareketleri sırasında kap çeperlerine çarparlar. Çarpma sonucu oluşan itme kuvvetleri gaz basıncını oluşturur. Çarpma sırasında oluşan itme şiddeti, gaz molekülünün kütlesi ve hızı orantılıdır. Buna kinetik kinetik kuramda tekrar değineceğiz.
Gazların basıncının ölçülmesi için değişik aygıtlar kullanılır. Havanın basıncını ölçmek için kullanılan aygıta barometre denir. Havanın basıncını ilk kez ölçen torriçelli’nin kullandığı basit barometre şöyledir;
Yaklaşık 1m uzunluğundaki cam tüp civa ile dolduruluyor. Civanın akması engellenilerek ters çevrilen tüp, civa dolu bir kaba daldırılıyor. Civanın bir kısmı aşağıya boşalıp, h yüksekliğine sahip olduğunda dengeye geldiği gözleniyor. Tüp ve kaptaki değişmeyen civa seviyeleri arasındaki farkın sıvı basıncı havanın basıncına eşittir. Tüpteki civanın üzerinde çok az miktarda civa buharı birikir. Havanın basıncının en doğru büyüklüğü deney sıcaklığında civanın buhar basıncının, ölçüle h yüksekliğine eklenmesi ile bulunur.
Phava=h+Pciva buharı
Barometrede civa kullanılmasının bir nedeni, buhar basıncının çok küçük olması diğer bir nedeni ise özkütlesinin çok büyük olmasıdır. Bunu aşağıdaki gibi açıklayabiliriz.
Barometre tüpündeki civanın yaptığı basınç, havanın basıncına eşittir.
Phava=Phg=g/s=mg/s dir.
Civa kütlesi yerine;
M= V.D yazılırsa,
P= V.D.G/S elde edilir.
Tüpteki civa hacmi
V=S.h dır. Yerine yazılırsa
P=s.h.d.g/s elde edilir.
G: civanın ağırlığı
M:tüpteki civa kütlesi
G:yer çekimi ivmesi
S: tüpün kesit alanı
V:tüpteki sıvı hacmi
d:civanın özkütlesi
h:civanın yüksekliği
Pay ve paydadaki s ler birbirini götürür.
Buna göre;
P= h.d.g bağıntısı elde edilir. Bağıntıdan da görüldüğü gibi, barometre tüpünün kesit alanı, yüksekliğini etkilemez. Yine bağıntıdan, ölçülen yüksekliğin (h), sıvının özkütlesine bağlı olduğu görülmektedir.
• Torriçelli’nin yaptığı barometre sürekli açık sistemdir. Bu nedenle zamanla kaptaki civa buharlaşacağından hem madde kaybı olur, hem de çevre kirliliği oluşur. Bunun yerine işlevi aynı olan şekildeki aygıt kullanılabilir.
Hava basıncının ölçülmesi için musluk açılır, işlem bitince de geri kapatılır. Ölçülen h yüksekliği, torriçelli’nin barometresinde ölçtüğü ile aynıdır.
76cm Hg basınç = 1 atmosfer ATM dir.
1 milimetre Hg basınç = 1 torr dur.
Kapalı kaplardaki gaz basınçlarını ölçmek için kullanılan aygıtlara manometre denir. Manometreler kapalı ve açık olmak üzere 2 türlüdür. Manometrelerde gaz basıncının nasıl ölçüldüğünü örneklerle inceleyelim:
Gazın basıncı, manometre de okunan h yüksekliğinin, santimetre veya milimetre ifadesidir
Pgaz = h mm Hg veya
Pgaz = h cm Hg olarak ifade edilir.
Manometrelerdeki civa düzeyleri aynı olduğundan gazın basıncı havanın basıncına eşittir.
Pgaz = Phava dır
• Manometre kollarındaki civa seviyelerinin en alt noktasında, iki kol için basınç denkliğinin yazılması ile gaz basıncı bulunabilir.
Denklik noktasında Manometrenin 2 kolu için basınç denkliği yazılırsa
Pgaz = Phava +h
Eşitliği elde edilir.
Denklik noktasında manometrenin iki kolu için basınç denkliği yazılırsa
Pgaz+h = Phava
Eşitliği elde edilir.
Bütün manometrelerde yazılan eşitliklerden istenen değerler hesaplanabilir.
Gazın sıcaklığı: Sıklıkla yapılan bir yanlışı önlemek amacı ile, öncelikle sıcaklığın ısıdan farklı olduğunu bilmemiz gerektiğini söyleyelim. Termometre ile ölçülen ve herhangi bir derece ile ifade edilen nicelik sıcaklık, kalorimetre yöntemi ile belirlenen ve herhangi bir enerji birimi ile (kal, joul gibi) verilen nicelik ise ısıdır.
Isı enerjisinin yürütücü kuvvetine sıcaklık denir. Isı enerjisi, sıcaktan soğuğa doğru akar. Televizyonlardaki reklamlar da sıkça duyduğumuz “Her ısı derecesinde etkili deterjan) ifadesini kullanmamanız gerekir. Doğrusu, “her sıcaklık derecesinde etkili deterjan” şeklinde olmalıdır. Benzer şekilde, “vücut ısısı 36,5 santigrat derece” demek yerine “vücut sıcaklığı 36,5 santigrat derece” demek gerekir.
Maddelerin sıcaklığını ölçmek için kullanılan aygıtlara termometre denir. Termometrelerde kullanılan sıvılara ise termometrik madde denir. Bizim kullandığımız termometreler, genellikle sıvılı termometrelerdir ve ısıtma ya da soğutma sırasında ki hacim değişimleri ile çalışır. Bu nedenle seçilen sıvının ısıtılması veya soğutulması sırasında hacminde ki değişimin sıcaklık değişimi ile doğrusal olması gerekir. Celsius, termometrik madde olan civa sıvısını kullanarak ilk termometre yi yapmıştır. 1 atmosfer basınç altında suyun donma sıcaklığını 0 santigrat, kaynama sıcaklığını 100 santigrat alarak, termometre de bunlara karşı gelen sıvı yüzeyleri farklarını 100 eşit parçaya bölmüştür. Her bir parçası 1 santigrat gösteren bu termometre, yapılış tarzından da anlaşıldığı gibi keyfi termometredir. Fahrenheit ve Reomur’da benzer düşüncelerle sıcaklığı keyfi olarak ölçen termometreler yapmışlardır.
Gazların tanımlanmasında kullanılacak sıcaklık birimi Kelvin dir. Kelvin sıcaklığına (T) mutlak sıcaklık da denir. Celsius ile aralarında;
T= t santigrat + 273 ilişkisi vardır. Buna göre saf su 1atmosfer basınç altında 273 K sıcaklığında donmakta veya erimektedir.
“mutlak sıcaklığın en küçük değeri 0 K dir.” Bu sıcaklıkta maddenin gaz hali bulunmaz. 0 K de gazın özellikleri (basınç, hacim) tanımsız olduğundan çizilen grafikler 0 K den başlamaz.
• Termometrelerde boru çapı termometrenin hassaslığını etkiler. Boru çapı küçüldükçe hassaslık artar.
