Gerçek Gaz: İdeal gaz davranışına uymayan gazlara gerçek gaz denir.

(Gazlar sıcaklık azaltılıp, basınç arttırıldıkça gerçek gaza yaklaşır.)

İdeal Gaz: Taneciklerinin öz hacimleri toplam hacim yanında ihmal edilebilecek kadar küçük olan ve aralarında etkileşme bulunmayan gazlar ideal gaz varsayımına uyar.

Kısacası, kinetik teori özelliklerine en yakın olan gazlara ideal gazlar denir.

Gazlar

  • Düşük basınçta,
  • Yüksek sıcaklıktaki

idealliğe yaklaşırlar.

  • Ayrıca, gazın mol kütlesi ne kadar küçükse gaz idealliğe o kadar yakın olur.
  • Gazlarda moleküller arasındaki etkileşim kuvveti arttıkça gaz ideallikten uzaklaşır.

Gazlarda Moleküller Arasındaki Etkileşimler

İdeal gazlarda, moleküller arasındaki etkileşimler de ihmal edilir.

  • Sıcaklık düşürüldükçe gaz tanecikleri arasındaki çekme kuvvetleri artar ve tanecikler birbirine yaklaşır.

Bu durumda gazın ölçülen basıncı, ideal gaz denkleminden hesaplanan basınçtan daha küçüktür.

  • Tanecikler arasındaki etkileşimleri kuvvetli olan gazlar ideallikten daha uzaktır.

Bu gazların ölçülen basıncı da ideal gaz denkleminde hesaplanan basınçtan daha düşüktür.

Aşağıda verilen gaz çiftlerinden hangisinin ölçülen basıncının, ideal gaz denkleminde hesaplanan basıncından daha düşük olmasını ya da daha yüksek olması beklenir? Neden?

(1H, 6C, 8O, 16S, 18Ar, 54Xe)

a) CH4 – C4H10

b) Ar – Xe

c) CO2 – SO2

d) H2 – O2

FAZ DİYAGRAMLARI

Maddenin bir hâlden diğer hâle geçmesine faz geçişi denir. Maddelerin farklı sıcaklık ve basınç koşullarında fiziksel durumlarını gösteren grafiklere faz diyagramı adı verilir.

AB: Buharlaşma – yoğuşma eğrisi

AC: Erime – donma eğrisi

AD: Süblimleşme – kırağılaşma eğrisi

JOULE – THOMSON OLAYI

Gerçek gazlar yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta sıvılaştırılabilir.

Gazları sıvılaştırmanın diğer bir yolu da gaz moleküllerini bir yerden başka bir yere hareket ettirerek moleküllerin kinetik enerjilerini düşürmektir. Böylece mutlak sıcaklık da düşecektir.

Bu düzenekte ısıca yalıtılmış bir kap, engelle iki bölmeye ayrılmıştır. Bölmeler arasında küçük bir delik bulunmaktadır. I. bölmedeki gaz yüksek basınçta sıkıştırılarak II. bölmeye geçirilmektedir. Gazın I. Bölmeden II. bölmeye geri dönüşümsüz olarak geçmesi için I. Bölmedeki gaz basıncının II. bölmedeki gaz basıncından yüksek olması gerekir. Her iki bölmedeki sıcaklıklar ölçüldüğünde gazın cinsine göre 3 durumla karşılaşılır:

  1. II. bölmedeki sıcaklığın I. bölmedeki sıcaklıktan düşük olduğu durum (T2<T1),
  2. II. bölmedeki sıcaklığın I. bölmedeki sıcaklıktan yüksek olduğu durum (T2>T1),
  3. Her iki bölmedeki sıcaklığın eşit olduğu durum (T2 = T1).

Hızla genleştirilen gazların soğuma nedeni gazın kinetik enerjisi ile mutlak sıcaklığının doğru orantılı olmasıdır. Mutlak sıcaklık artırıldıkça gazın kinetik enerjisi artar. Aynı şekilde kinetik enerjiyi artıracak durumlar gazın sıcaklığını artırır. Kinetik enerjiyi düşürecek durumlar da gazın sıcaklığını azaltır. Bu nedenle aniden genleşen gaz tanecikleri birbirlerinden uzaklaşıp aralarındaki çekim kuvvetleri koparken özısılarını kullandıkları için kinetik enerjileri azalır ve bulunduğu ortamı soğutur. Bu olaya Joule-Thomson olayı veya Joule-Thomson genleşmesi denir.

Joule-Thomson olayında genleşen gazın sıcaklık değişimi ne kadar az ise gaz ideale o kadar yakındır.

Joule-Thomson olayından yararlanılarak hızla genleştirilmiş, soğutulmuş havadan oksijen ve azot gazı elde edilmiştir.

Joule-Thomson olayını daha iyi anlamak için pompanın çalışma sistemini incelemek gerekir. Pompa ile bisiklet tekerleği şişirilirken pompanın gaz çıkış vanası ısınır, bisikletin sibobu soğur. Çünkü sıkıştırılan gazlar ısınır, genişleyen gazlar ise bulundukları ortamı soğutur.

Gıda ve ilaç endüstrisinde düşük sıcaklıklara ulaşmak ve ortam sıcaklığını düşürmek oldukça önemlidir. Bu nedenle soğutucularda da Joule-Thomson olayından yararlanılır. Ayrıca araçlarda ve evlerde kullanılan klimalar da bu olaydan yararlanılan mekanik sistemlerdir.

Gaz, Buhar ve Kritik Sıcaklık Kavramları (Ekstra)

Kritik sıcaklık: Bir gazın basınç uygulanarak sıvılaştırılabileceği en yüksek sıcaklıktır ve TK ile gösterilir.

  • Her bir gaz için ayrı değeri vardır.

Gaz: Kritik sıcaklık değerinin üzerinde bir sıcaklığa sahip olan ve sıkıştırılarak hiçbir basınç altında sıvılaştırılamayan akışkanlardır.

Buhar: Gazlar gibi davrandıkları halde, bulundukları sıcaklıkta basınçla sıvılaştırılabilen akışkanlardır.

Soğutucu akışkan: Buharlaşırken ortamdan ısı alarak ortam sıcaklığının düşmesine neden olan maddelerdir.

NOT: Soğutucu akışkan olarak kullanılacak maddenin basınçla sıvılaştırılabilmesi ve üzerindeki basınç kaldırıldığında genleşerek buhar hale geçmesi gerekmektedir.

YANİ: Soğutucu akışkanların kritik sıcaklıklarının yüksek, kaynama noktalarının düşük olması çok düşük sıcaklıklarda kullanılma imkanı sağlar.

Soğutucularda NH3 (eskiden kullanılırmış), CCl2F2 (Freon12), Puron (%50 diflorometan- %50 pentafloroetan), He, N2, O2, vs. kullanılır.

Soğutucu akışkanların sahip olması gereken bazı özellikler:

  1. Uygulanabilir basınç altında buharlaşmalı ve sıvılaşmalıdır.
  2. Kritik sıcaklığı yüksek olmalıdır.
  3. 1 atm’de mümkün olduğunca düşük kaynama noktasına sahip olmalıdır.
  4. Kimyasal olarak zehirli ve yanıcı olmamalı, metallerle tepkimeye girmemelidir.
  5. Çevreye zarar vermemelidir.
  6. Kolay temin edilebilir ve üretim maliyeti düşük olmalıdır.
  7. Daha az enerji tüketmelidir.

Kriyojeni: Düşük sıcaklıklarda gerçekleşen olayları ve bunların uygulamalarını inceleyen bilim dalıdır. Maddeleri soğutmak için kullanılan sıvılara da kriyojen adı verilir.

İDEAL GAZ ÖZET

  • Özhacmi “0” kabul edilen ve birbirinden etkilenmediği varsayılan gazlara ideal gaz denir. Bu sebeple tabiatta gerçek anlamda ideal gaza rastlanmaz.
  • Ancak gazlar yüksek sıcaklık ve düşük basınçlı ortamlarda idealliğe yaklaşır.
  • Moleküller arası etkileşimlerin zayıf olduğu gazlar daha idealdir.
  • Molekül ağırlığı küçük ve yoğunlaşma noktası düşük olan gazlar diğer gazlara göre daha idealdirler.