Gaz Karışımları

Gerçek Gazlar

Şu ana kadar anlattığımız bütün formüller ve hesaplamalar ideal gaz varsayımına göre yapılmaktaydı. İdeal bir gaz kinetik teoreme tam anlamıyla uyan gazlara denir, ancak gerçek hayatta kinetik teoriye uyan gaz davranışları yoktur. Bu nedenle kinetik teoriye uymayan gazlara gerçek gaz denir.

Gaz Davranışlarının İdealden Sapması

İdeal gazların, ideal olarak davranmasını sağlayan özellikleri tanecikleri arasında etkileşim olmamasıdır. Gerçek gazlarda tanecikler arası etkileşim söz konusudur. Gerçek gazların tanecikleri arasındaki etkileşimi ne kadar azaltırsak, gaz o kadar ideal davranış göstermeye başlar.

• Gerçek bir gazın sıcaklığını yükseltir ve basıncını azaltırsak (kısaca hacmini arttırırsak) ideal gaz gibi davranır.
• Gerçek gazın sıcaklığını düşürür ve basıncını arttırırsak (kısaca hacmini azaltırsak) ideal gaz davranışından sapma miktarı artar.

İdealden Sapmanın Hesaplanması

İdeal gazlar, ideal gaz denklemini tam olarak her türlü sıcaklık değerinde sağlarlar ve aşağıdaki oran her zaman 1’e eşit olur;

\({P.V \over R. T} = 1\)

Ancak gerçek gazlar ısınma ve soğuma durumlarına göre bu oranı korumakta zorluk çekerler. Bu yüzden bu oran 1’e yakındır ancak 1’den küçük veya büyük olur. Bu oran 1’den ne kadar çok saparsa ideallikten sapma derecesi o kadar büyük olur.

Gaz, Buhar ve Kritik Sıcaklık Kavramları

Bulunduğu sıcaklıkta, hiçbir koşulda sıvılaştırılamayan sıkıştırılabilir akışkanlara gaz denir. Gazların özelliğini gösteren ancak bulunduğu sıcaklıkta sıvılaştırılabilen sıkıştırılabilir akışkanlara buhar denir. Buharlar iki şekilde sıvılaştırılabilir;

1. Buharlara basınç uygulanarak molekülleri arasındaki mesafenin azalması sağlanır ve bu sayede moleküller arası çekim kuvvetinin artması sağlanır. Böylece buhar sıvı hale geçer.
2. Buharların sıcaklıkları düşürülerek moleküllerin kinetik enerjisinin azalması sağlanır. Kinetik enerjinin azalmasıyla birlikte gaz molekülleri bir araya gelerek kümelenmeye başlar. Böylece küçük damlalar halinde sıvılar oluşur.

Kritik Sıcaklık ve Kritik Basınç

Buhar özelliğinin bittiği ve gaz özelliğinin başladığı noktaya kritik sıcaklık denir ve T_k ile gösterilir. Kritik sıcaklıkta sıvılaştırmanın yapılabileceği en düşük basınca kritik basınç denir ve P_k ile gösterilir.

Maddeler kritik sıcaklığın üzerinde sadece gaz halinde bulunurken kritik sıcaklığın altında basıncın etkisine göre katı sıvı ya da buhar halinde bulunabilir.

Kritik sıcaklık, maddenin moleküller arası çekim kuvveti arttıkça artar.

Gerçek Gazlarda Buharlaşma ve Yoğuşma

Gazlar sıkıştırıldığında ısınır (ideal gaz denklemini hatırlayarak neden ısındığını bulabilirsiniz), genleştirildiğinde ise soğur. Günümüzde gazların bu özelliğini buz dolaplarında, klimalarda ve soğutup ısıtma özelliğine sahip çoğu yerde kullanmaktayız. Sistemlerin verim oranı kullanılan gazın cinsine ve sistemin dış etkenlerden ne kadar iyi yalıtıldığına bağlı olarak değişiklik gösterir.

Gazların bu davranışı (sıkıştırıldığında ısınması ve genleştiğinde soğuması) Joule – Thomson olayı olarak açıklanmaktadır. Aşağıdaki görsel basit bir joule – thomson olayını görselleştirmektedir.

Soğutucu Akışkanlar

Buhar haline geçerken ortamdan ısı alarak ortamın sıcaklığını düşüren maddelere soğutucu akışkanlar denir. Joule – Thomson olayı soğutucu akışkanların kullanımı açısından çok güzel bir örnektir. Her gaz ideal bir soğutucu akışkan değildir. Soğutucu akışkan olarak kullanılabilecek şu özelliklere sahip olması gerekmektedir.

• Normal şartlar altında kaynama noktası düşük olmalı.
• Oda sıcaklığında ve basıncında gaz halinde bulunmalı
• Kritik sıcaklığı yüksek olmalı
• Kimyasal tepkimeye girme isteği az olmalı
• Yanıcı veya zehirleyici olmamalı
• Sistem maaliyetini düşürmek açısından ucuz ve kolay bulunmalı

Gerçek Gazlar

Şu ana kadar anlattığımız bütün formüller ve hesaplamalar ideal gaz varsayımına göre yapılmaktaydı. İdeal bir gaz kinetik teoreme tam anlamıyla uyan gazlara denir, ancak gerçek hayatta kinetik teoriye uyan gaz davranışları yoktur. Bu nedenle kinetik teoriye uymayan gazlara gerçek gaz denir.

Gaz Davranışlarının İdealden Sapması

İdeal gazların, ideal olarak davranmasını sağlayan özellikleri tanecikleri arasında etkileşim olmamasıdır. Gerçek gazlarda tanecikler arası etkileşim söz konusudur. Gerçek gazların tanecikleri arasındaki etkileşimi ne kadar azaltırsak, gaz o kadar ideal davranış göstermeye başlar.

• Gerçek bir gazın sıcaklığını yükseltir ve basıncını azaltırsak (kısaca hacmini arttırırsak) ideal gaz gibi davranır.
• Gerçek gazın sıcaklığını düşürür ve basıncını arttırırsak (kısaca hacmini azaltırsak) ideal gaz davranışından sapma miktarı artar.

İdealden Sapmanın Hesaplanması

İdeal gazlar, ideal gaz denklemini tam olarak her türlü sıcaklık değerinde sağlarlar ve aşağıdaki oran her zaman 1’e eşit olur;

\({P.V \over R. T} = 1\)

Ancak gerçek gazlar ısınma ve soğuma durumlarına göre bu oranı korumakta zorluk çekerler. Bu yüzden bu oran 1’e yakındır ancak 1’den küçük veya büyük olur. Bu oran 1’den ne kadar çok saparsa ideallikten sapma derecesi o kadar büyük olur.

Gaz, Buhar ve Kritik Sıcaklık Kavramları

Bulunduğu sıcaklıkta, hiçbir koşulda sıvılaştırılamayan sıkıştırılabilir akışkanlara gaz denir. Gazların özelliğini gösteren ancak bulunduğu sıcaklıkta sıvılaştırılabilen sıkıştırılabilir akışkanlara buhar denir. Buharlar iki şekilde sıvılaştırılabilir;

1. Buharlara basınç uygulanarak molekülleri arasındaki mesafenin azalması sağlanır ve bu sayede moleküller arası çekim kuvvetinin artması sağlanır. Böylece buhar sıvı hale geçer.
2. Buharların sıcaklıkları düşürülerek moleküllerin kinetik enerjisinin azalması sağlanır. Kinetik enerjinin azalmasıyla birlikte gaz molekülleri bir araya gelerek kümelenmeye başlar. Böylece küçük damlalar halinde sıvılar oluşur.

Kritik Sıcaklık ve Kritik Basınç

Buhar özelliğinin bittiği ve gaz özelliğinin başladığı noktaya kritik sıcaklık denir ve T_k ile gösterilir. Kritik sıcaklıkta sıvılaştırmanın yapılabileceği en düşük basınca kritik basınç denir ve P_k ile gösterilir.

Maddeler kritik sıcaklığın üzerinde sadece gaz halinde bulunurken kritik sıcaklığın altında basıncın etkisine göre katı sıvı ya da buhar halinde bulunabilir.

Kritik sıcaklık, maddenin moleküller arası çekim kuvveti arttıkça artar.

Gerçek Gazlarda Buharlaşma ve Yoğuşma

Gazlar sıkıştırıldığında ısınır (ideal gaz denklemini hatırlayarak neden ısındığını bulabilirsiniz), genleştirildiğinde ise soğur. Günümüzde gazların bu özelliğini buz dolaplarında, klimalarda ve soğutup ısıtma özelliğine sahip çoğu yerde kullanmaktayız. Sistemlerin verim oranı kullanılan gazın cinsine ve sistemin dış etkenlerden ne kadar iyi yalıtıldığına bağlı olarak değişiklik gösterir.

Gazların bu davranışı (sıkıştırıldığında ısınması ve genleştiğinde soğuması) Joule – Thomson olayı olarak açıklanmaktadır. Aşağıdaki görsel basit bir joule – thomson olayını görselleştirmektedir.

Soğutucu Akışkanlar

Buhar haline geçerken ortamdan ısı alarak ortamın sıcaklığını düşüren maddelere soğutucu akışkanlar denir. Joule – Thomson olayı soğutucu akışkanların kullanımı açısından çok güzel bir örnektir. Her gaz ideal bir soğutucu akışkan değildir. Soğutucu akışkan olarak kullanılabilecek şu özelliklere sahip olması gerekmektedir.

• Normal şartlar altında kaynama noktası düşük olmalı.
• Oda sıcaklığında ve basıncında gaz halinde bulunmalı
• Kritik sıcaklığı yüksek olmalı
• Kimyasal tepkimeye girme isteği az olmalı
• Yanıcı veya zehirleyici olmamalı
• Sistem maaliyetini düşürmek açısından ucuz ve kolay bulunmalı

Gaz Karışımları ve Kısmi Basınç

Birbirleri ile tepkimeye vermeyen gazlar, homojen bir karışım oluşturarak birbirlerinden bağımsız bir şekilde kendi hareketlerine devam ederler. Atmosfer günlük hayatımıza bir çok açıdan etki eden bir gaz karışımını oluşturur.

Kısmi Basınç

Gaz karışımı içerisinde bulunan her bir gazın kendi başına uyguladığı basınca kımsi basınç denir. Bir gazın kısmi basıncı o gazın aynı kapta ve ortamda yalnız başına bulunması durumundaki basıncına eşittir.

Kısmi Basıncın Hesaplanması

Kısmi basınç doğrudan ölçülememektedir. Doğrudan ölçülebilen değer toplam basınçtır. Kısmi basıncı hesaplamak için;

1. Ölçülmek istenen kısmi basıncı oluşturan gazın mol sayısı toplam mol sayısına oranlanır. (Mol kesri, genellikle X ile gösterilir)
2. Elde edilen oran toplam basınç ile çarpılır ve kısmi basınç hesaplanmış olur.

\(P_A = P_t . {n_a \over n_t}\)

• PA: Kısmi basıncı ölçülen gazın kısmi basıncı
• Pt: Ölçülen toplam basınç
• na: Kısmi basıncı ölçülen gazın mol miktarı
• nt: Gaz karışımını oluşturan gazların toplam mol miktarı

Gazların Su Üzerinde Toplanması

Su ile tepkime vermeyen veya suda çözünmeyen gazlar, su içerisinde kabarcıklar çıkararak yukarıya doğru hareket ederler. Bu davranışa günlük hayattan örnek olarak soda verilebilir. Su üzerinde toplanan gazlarla ilgili hesap yapılırken ortamdaki su buharı basıncı da dikkate alınmalıdır.

\(P_t = P_x + P_{su}\)