İdeal Gaz Yasası

Bir gaz, basitçe sıvı olan ve mevcut alanı işgal etmek için serbestçe genişleyen dağınık bir madde örneğidir. Bununla birlikte, belirli sayıda gaz molekülü, belirli bir sıcaklık ve basınç altında belirli bir hacmi kaplar. Bu parametreler altında bir gazın davranışını, tüm bu değişkenleri ilişkilendirmek için evrensel gaz sabiti R'yi kullanan ideal gaz yasasını kullanarak tanımlayabiliriz.

Evrensel gaz sabiti, mol Kelvin başına 8.314 joule'ye eşittir. Bu denklem, gazlı bir sistemdeki durum ilişkilerini anlamamızı sağlar. Örneğin, sabit sıcaklık ve basınç sisteminde, daha fazla mol gaz eklenmesinin hacimde bir artışa neden olduğunu biliyoruz. Benzer şekilde, sabit sıcaklık ve mol sistemine bakabilir ve hacimdeki bir azalmanın basınçta bir artışa neden olduğunu görebiliriz.

Zorluklardan biri, ideal gaz yasasının ideal şekilde davranan gazları tanımlamasıdır. Peki bununla ne demek istiyoruz? İdeal davranış, ilk olarak, moleküllerin kendilerinin sonsuz derecede küçük olduğunu ve esasen hacimleri olmadığını ve moleküller arasındaki mesafenin tek tek molekülün boyutundan önemli ölçüde daha büyük olduğunu varsayar.

İkincisi, moleküllerin sürekli hareket halinde olduğunu varsayıyoruz. Moleküller arasında meydana gelen herhangi bir çarpışma elastiktir ve hareketleri sürtünmesizdir, yani moleküller enerji kaybetmez. Son olarak, moleküller ve çevreleri arasında etki eden moleküller arası kuvvetler olmadığını varsayıyoruz.

Ne yazık ki, çoğu gaz ideal şekilde davranmaz. Çok düşük sıcaklıkta veya yüksek basınçta, moleküller birbirine çok yakındır ve yavaş hareket eder, bu nedenle moleküller arası etkileşimler önemlidir. Benzer şekilde, yüksek moleküler ağırlığa sahip gazlar, büyük boyutları ve kütleleri nedeniyle artan etkileşimler yaşarlar. Bununla birlikte, ideal gaz ilişkisi genel olarak iyi bir yaklaşım görevi görür.

Peki, bir gazın laboratuvardaki davranışını incelemek için ideal gaz yasasını nasıl kullanırız? Basınç, hacim ve sıcaklık genellikle daha kolay ölçülür, peki ya moller ve buna bağlı olarak kütle?

Bir gazın kütlesini ölçmenin en basit yollarından biri Dumas yöntemidir. Bu testi gerçekleştirmek için, sıvı fazında az miktarda uçucu bir bileşik bir Dumas tüpünün içine yerleştirilir ve daha sonra tüp kaynar suya yerleştirilir.

Uçucu bir bileşik, oda sıcaklığında yüksek bir buhar basıncına sahiptir. Buhar basıncı, sıvı fazı ile dengede olan bir buharın uyguladığı basınçtır. Böylece, yüksek buhar basıncına sahip uçucu bir bileşik, sıvıdan gaza hızlı bir şekilde geçiş yapar.

Bu olduğunda, yeni oluşan gaz havayı Dumas tüpünden dışarı zorlar, böylece sadece gazla doldurulur. Tüp su banyosundan çıkarılıp oda sıcaklığında bırakıldıktan sonra, gaz tekrar bir sıvı oluşturmak üzere yoğunlaşır. Kütle korunduğundan, yoğunlaşan sıvının kütlesinin, Dumas tüpünün bilinen hacmini dolduran gazın kütlesine eşit olduğunu biliyoruz.

Bu laboratuvarda, bilinmeyen uçucu bir maddenin molar kütlesini belirlemek için Dumas Yöntemini kullanarak ideal gaz yasasını keşfedeceksiniz. Daha sonra sistemin sıcaklığını, basıncını ve hacmini ölçecek ve bu gazın ideallikten ne kadar saptığını göreceksiniz.