Ana içerik
Konu: Kimya Kütüphanesi > Ünite 10
Ders 1: İdeal Gaz DenklemiDalton'un Kısmi Basınç Kanunu
Kısmi basıncın tanımına ve Dalton'un kısmi basınç kanununa göz atalım.
Önemli noktalar
- Bir karışımdaki gazların her birinin uyguladığı basınca o gazın kısmi basıncı denir.
- İdeal gazlardan oluşan bir karışımımız olduğunu farz edelim, ideal gaz yasasını kullanarak karışımdaki gazlarla ilgili sorular çözebiliriz.
- Dalton’un kısmi basınçlar yasasına göre, gazlardan oluşan bir karışımın toplam basıncı, karışımdaki gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir:
- Dalton’un yasası aynı zamanda gazların mol oranlarını (
) kullanarak da ifade edilebilir:
Giriş
Günlük hayatta, dışarıdaki atmosfer basıncını kontrol etmek için bir barometreya da bir bisiklet lastiğinin basıncını ölçmek için bir basınç ölçer kullandığımızda aslında gaz basıncını ölçeriz. Bunları yaptığımızda, çıplak gözle göremediğimiz gaz moleküllerinin, gözle görülebilir fiziksel bir özelliğini ölçmüş oluyoruz. Moleküler düzeyde, ölçtüğümüz basınç, her bir gaz molekülünün, diğer cisimlerle (içinde bulundukları kabın duvarları gibi) yaptıkları çarpışmaların kuvvetinden kaynaklanır.
Şimdi de basıncı moleküler açıdan inceleyelim ve Dalton'un yasasının, gaz karışımdaki toplam ve kısmi basınçları ölçmede bize nasıl yardımcı olacağını görelim.
İdeal gazlar ve kısmi basınç
Bu makalede, karışımlarımızdaki gazları ideal gazlar gibi davrandıklarını kabul edeceğiz. Bu varsayım, gazın sıcaklığının çok çok düşük ( 'e yakın) olmadığı ve de basıncın da civarlarında olduğu durumlarda makul kabul edilebilir.
Bu, gaz moleküllerimiz hakkında bazı varsayımlarda bulunacağımız anlamına geliyor:
- Gaz moleküllerinin hacim kaplamadığını varsayıyoruz.
- Moleküllerin, moleküller arası etkileşiminin olmadığını yani diğer gaz moleküllerinden bağımsız davrandıklarını varsayıyoruz.
Bu varsayımlara dayanarak bir karışımdaki farklı gazların toplam basınca katkılarını hesaplayabiliriz. Karışımdaki belirli bir gaz tarafından uygulanan basınca o gazın kısmi basıncı denir. Bir gazın kısmi basıncı, ideal gaz yasası kullanılarak hesaplanabilir. Bu yasayı bir sonraki bölümde, Dalton'un kısmi basınçlar yasasını da kullanarak işleyeceğiz.
Örnek 1: Bir gazın kısmi basıncını hesaplayalım
Hidrojen gazından ( ) ve oksijen gazından ( )oluşan bir karışımımız var diyelim. Bu karışım, hidrojen gazı ve oksijen gazı içeriyor. 'lik bir kapta ve 'de bu gaz karışımının toplam basıncı 'dir.
Hidrojen gazının toplam basınca olan katkısı, onun kısmi basıncına eşittir. İdeal gaz molekülleri, karışımdaki diğer gazlardan bağımsız davrandıkları için hidrojenin kısmi basıncı kapta herhangi bir gaz olmasaydı da aynı olurdu. Bu yüzden, eğer karışımdaki hidrojen gazının kısmi basıncını yani ’ı bulmak istiyorsak oksijen gazını tamamiyle göz ardı edebilir ve ideal gaz yasasını kullanabiliriz:
İdeal gaz denklemini için tekrar düzenlersek, aşağıdaki denklemi elde ederiz:
Bunu yapınca, ideal gaz yasası sayesinde karışımdaki hidrojenin kısmi basıncının olduğunu bulduk. Bu problemdeki hidrojenin kısmi basıncını Dalton’un kısmi basınçlar yasasını kullanarak da hesaplayabiliriz, bunu da bir sonraki bölümde ele alacağız.
Dalton'un kısmi basınçlar yasası
Dalton’un kısmi basınçlar yasasına göre, gazlardan oluşan bir karışımın toplam basıncı, karışımdaki gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir:
kaptaki tek gaz olsaydı kaba yapacağı basınç, gazın kısmi basıncına eşittir. Bunu, gazlar arasında bir etkileşim olmadığını varsaydığımız için söyleyebiliyoruz.
Dalton'un kısmi basınçlar yasası, karışımdaki gazların mol oranları cinsinden de hesaplanabilir. Bir gazın mol oranı ya da mol kesri; o gazın mol sayısının, karışımdaki gazların toplam mol sayısına oranıdır ve genellikle kısaltması ile gösterilir:
Dalton'un yasasını, karışımdaki 1. gazın kısmi basıncını, 1. gazın mol oranı (kesri) ile ifade edecek şekilde yeniden düzenleyebiliriz:
Dalton'un yasasının her iki şekli de aşağıdakiler gibi farklı problemleri çözmek için son derece yararlıdır:
- Toplam basınç ve mol oranı bilindiğinde, bir gazın kısmi basıncını hesaplamak
- Toplam basınç ve kısmi basınç bilindiğinde, bir gazın mol sayısını hesaplamak
- Bileşen gazların kısmi basınçları bilindiğinde toplam basıncı hesaplamak
Örnek 2: Kısmi basınçları ve toplam basıncı hesaplayalım
Bu gazları, hacmi olan bir kapta karıştırırsak azotun ve oksijenin kısmi basınçları ne olur? Toplam basınç ne olur?
1. Adım: Oksijen ve nitrojen gazının mol sayısını hesaplayın
İki gazın da, karıştırılmadan önceki , ve değerlerini bildiğimiz için, ideal gaz yasasını kullanarak azot ve oksijen gazlarının mol sayılarını hesaplayabiliriz.
Denklemi azot ve oksijen için çözdüğümüzde aşağıdaki sonuçları elde ederiz:
2. Adım (1. yöntem): Kısmi basınçları hesaplayın ve 'ı elde etmek için Dalton yasasını kullanın
Karışımımızdaki her bir gazın mol sayısını bulduğumuza göre, 'lik kap içindeki bileşenlerin kısmi basınçlarını hesaplamak için ideal gaz yasasını kullanabiliriz:
Her iki gazın da kısmi basınçlarının ilk kaplardaki basınçlarına oranla arttığına dikkat edin. Gazların hacimleri azaldığı ve basınç da hacim ile ters orantılı olduğu için bu gayet mantıklıdır.
Şimdi, Dalton'un yasasını kullanarak kısmi basınçları toplayıp karışımdaki toplam basıncı bulabiliriz:
2. Adım (2. yöntem): Kısmi basınçları kullanmadan 'ı hesaplamak için ideal gaz yasasını kullanın
Bir ideal gaz karışımının basıncı, gaz moleküllerinin özelliklerine değil de yalnızca kaptaki gaz moleküllerinin sayısına bağlı olduğundan ideal gaz yasasını kullanarak gazların toplam mol sayısı ile toplam basıncı hesaplayabiliriz.
Toplam basıncı da bulduğumuza göre artık Dalton'un yasasının mol oranlı versiyonunu kullanarak kısmi basınçları hesaplayabiliriz:
Şansımıza, iki yöntemle de aynı sonucu bulduk!
Ne zaman hangi yöntemi kullanacağınızı merak ediyor olabilirsiniz. Bu, sizin hangisini tercih edeceğinize ve kısmen de neyi bulmak istediğinize bağlı. Örneğin eğer tüm bilmek istediğiniz toplam basınç ise birkaç hesaplama adımını atlamak adına ikinci yöntemi kullanmak daha iyi olabilir.
Özet
- Bir karışımdaki gazların her birinin uyguladığı basınca o gazın kısmi basıncı denir.
- İdeal gazlardan oluşan bir karışımımız olduğunu farz edelim, ideal gaz yasasını kullanarak karışımdaki gazlarla ilgili sorular çözebiliriz.
- Dalton’un kısmi basınçlar yasasına göre, gazlardan oluşan bir karışımın toplam basıncı, karışımdaki gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir:
- Dalton’un yasası aynı zamanda gazların mol oranlarını (
) kullanarak da ifade edilebilir:
Deneyin: Kapalı sistemde buharlaşma
Bölüm 1
Bölüm 2
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.