5.7:
Kinetik Moleküler Teori ve Gaz Yasaları
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Boyle, Charles, Gay-Lussac ve Avogadro tarafından ortaya konan çeşitli gaz yasalarıyla ifade edilen farklı gaz özelliklerinin gözlemleri, kavramsal olarak kinetik moleküler teoriyi takip eder. Bir gazın uyguladığı basınç, sürekli hareket eden parçacıkların yer aldıkları kabın duvarları üzerindeki etkisinden kaynaklanır. Mol sayısı ve sıcaklığı sabit tutulurken, kabın hacminin küçültülmesi, gaz partiküllerini birbirine yaklaştırarak, partiküller arası boşluklarını azaltır.Bu daha küçük hacimde, gazın yoğunluğu ve çarpışma frekansı molekül-duvar çarpışmalarının sıklığı artar. Bu nedenle gazın uyguladığı basınç artar. Basınç ve hacim arasındaki ters ilişki Boyle yasasında verilmiştir.Sabit sıcaklıkta kaba daha fazla gaz molü eklemek, gaz yoğunluğunu ve dolayısıyla çarpışma sıklığını artırır. Başlangıç basıncını korumak için hacim genişlemelidir. Hacim ve moller arasındaki bu doğrudan ilişki Avogadro yasasında belirtilir.Şimdi, mol sayısının sabit tutulduğunu ve sıcaklığın yükseltildiğini düşünelim. Gaz parçacıklarının ortalama kinetik enerjisi sıcaklıkla orantılı olarak arttığı için parçacıklar daha sık ve kuvvetli bir şekilde çarpışır. Sıcaklık artarken hacim sabit tutulursa, gazın yoğunluğu ve çarpışma frekansı artar ve dolayısıyla basınç da artar.Basınç ve sıcaklık arasındaki doğrudan ilişki Gay-Lussac yasasında belirtilir. Öte yandan, basıncın sabit sayıda mol ile birlikte sabit kalması gerekiyorsa, çarpışmaları daha geniş bir yüzey alanına yaymak için sıcaklıktaki bir artışa hacimdeki artış eşlik etmelidir. Hacim ve sıcaklık arasındaki bu doğrudan ilişki Charles yasasında belirtilir.Son olarak, kinetik moleküler teoriye göre, gaz parçacıkları birbirlerini çekmez veya itmez. Farklı gazlardan oluşan bir karışımda, bileşenler bağımsız olarak hareket eder ve ayrı ayrı basınçları başka bir gazın varlığından etkilenmeden kalır. Karışımın toplam basıncı, bu nedenle, ayrı ayrı kısmi basınçların toplamıdır.Bu Dalton yasasıdır.
5.7:
Kinetik Moleküler Teori ve Gaz Yasaları
Kinetik moleküler teorinin (KMT) ve postülatlarının testi, bir gazın davranışını açıklama ve tanımlama yeteneğidir. Çeşitli gaz yasaları (Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro ve Dalton yasaları), kimyagerlerin teorinin varsayımlarının gaz moleküllerinin özelliklerini doğru bir şekilde temsil ettiğine inanmalarına neden olan KMT varsayımlarından türetilebilir.
Kinetik Moleküler Teori Gazların Davranışını Açıklar
Gaz basıncının hızla hareket eden gaz molekülleri tarafından uygulandığını ve doğrudan birim zaman başına duvarın birim alanına çarpan molekül sayısına bağlı olduğunu hatırlatan KMT, bir gazın davranışını kavramsal olarak şöyle açıklar:
- Gay-Lussac yasası: Sıcaklık artarsa, gaz moleküllerinin ortalama hızı ve kinetik enerjisi artar. Hacim sabit tutulursa, gaz moleküllerinin artan hızı, kabın duvarları ile daha sık ve daha kuvvetli çarpışmalara neden olur, bu nedenle basıncı arttırır. Bu aynı zamanda Amontons Yasası olarak da bilinir.
- Bir gazın sıcaklığının artması durumunda, sabit basınç sadece gaz tarafından işgal edilen hacim artarsa korunabilir. Bu, moleküllerin konteyner duvarlarına ulaşmak için kat ettiği ortalama mesafelerin artmasına ve duvar yüzey alanının artmasına neden olacaktır. Bu koşullar, hem molekül-duvar çarpışmalarının sıklığını hem de birim alan başına çarpışma sayısını azaltacaktır, bunun birleşik etkileri, daha yüksek sıcaklıktaki daha büyük kinetik enerjiye bağlı olarak artan çarpışma kuvvetlerinin etkisini dengeleyecektir.
- Boyle yasası: Gaz hacmi azalırsa, konteyner duvar alanı azalır ve molekül-duvar çarpışma frekansı artar, her ikisi de gazın uyguladığı basıncı arttırır.
- Avogadro yasası: Sabit basınç ve sıcaklıkta, molekül-duvar çarpışmalarının sıklığı ve kuvveti sabittir. Bu koşullar altında, gaz halindeki moleküllerin sayısının arttırılması, artan çarpışma sıklığını telafi etmek için birim alan başına çarpışma sayısında bir azalma sağlamak için konteyner hacminde orantılı bir artış gerektirecektir.
- Dalton yasası: aralarındaki büyük mesafeler nedeniyle, karışımdaki bir gazın molekülleri, diğer gazların mevcut olup olmadığına bakılmaksızın, konteyner duvarlarına aynı frekansta çarpar ve bir gaz karışımının toplam basıncı, bireysel gazların (kısmi) basınçlarının toplamına eşittir.
Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 9.5: The Kinetic-Molecular Theory.