İdeal Gaz Yasasının Uygulamaları: Molar kütle, Yoğunluk ve Hacim

Bir maddenin bir molü tarafından işgal edilen hacim, molar hacmidir. İdeal gaz kanunu, PV = nRT, belirli bir gaz miktarının hacminin ve belirli bir gaz hacmindeki mol sayısının basınç ve sıcaklıktaki değişikliklerle değiştiğini göstermektedir. Standart sıcaklık ve basınçta, veya STP'de (273,15 K ve 1 atm), ideal bir gazın bir mol (hangi gaz olursa olsun) yaklaşık 22,4 L hacme sahiptir — ve bu standart molar hacim olarak adlandırılır.

Örneğin, bir mol hidrojen, oksijen, argon veya karbondioksitin her biri STP’de 22,4 litre hacim kaplar. Bu, STP’deki herhangi bir gazın 0,5 molünün 11,2 L'lik bir hacme sahip olduğu ve benzer şekilde, STP'deki herhangi bir gazın 2 molünün 44,8 L'lik bir hacme sahip olduğu anlamına gelir.

İdeal gaz yasası, gazın kimyasal kimliğinden bağımsız olarak bir gazın basıncını, hacmini, mol sayısını ve sıcaklığını ilişkilendiren evrensel bir yasadır:

Öte yandan, bir gazın yoğunluğu d, kimliği ile belirlenir. Yoğunluk, kütlenin hacim üzerindeki oranıdır. İdeal gaz denkleminin V'yi izole etmek üzere yeniden düzenlenmesi ve yoğunluk denklemine ikame edilmesi:

m/n oranı, yani kütle bölü mol, molar kütlenin (M) tanımıdır:

Yoğunluk denklemi daha sonra şu şekilde yazılabilir

Bu denklem bize gaz yoğunluğunun basınç ve molar kütle ile doğru orantılı olduğunu ve sıcaklık ile ters orantılı olduğunu söyler. Örneğin CO₂ (molar kütle = 44 g/mol), N₂ (molar kütle = 28 g/mol) ya da O₂ (molar kütle = 32 g/mol) gazından daha ağırdır ve bu yüzden havadan daha yoğundur. Bu nedenle, bir CO₂ yangın söndürücüsünden çıkan CO₂, yangının üstünü örter ve O₂'nin yanıcı malzemeye ulaşmasını önler. Sıcak hava balonlarının uçabilmesi, eşit molar kütleli (hava gibi) gazlarının daha yüksek sıcaklıklarda daha düşük yoğunluklara sahip olmasına bağlıdır ve bu nedenle sıcak hava balonları havada süzülebilirler.

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 9.3: Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.