Gazların Özellikleri, Mol ve Stokiyometri

Konu Özeti

Bu konuda kimyasal değişimin nasıl anlaşıldığını, mol kavramını ve gazların davranışını inceleyeceğiz. Gazların özellikleri kinetik molekül teorisiyle açıklanır. Gaz yasaları ve ideal gaz denklemi basınç, hacim, sıcaklık ve mol sayısı arasındaki ilişkiyi verir. Stokiyometri ile bir tepkimede ne kadar ürün oluşacağını hesaplamayı öğreneceğiz.

Temel Kavramlar

Kimyasal değişimde maddenin türü değişir ve yeni özelliklere sahip maddeler oluşur. Değişimin kanıtlarını gözlemle belirleriz: renk değişimi, gaz çıkışı (köpürme, kabarcık), çökelek oluşumu, ısı veya ışık alışverişi ve koku değişimi. Hâl değişimi ve çözünme fiziksel olaydır, bu yüzden tek bir kanıt her zaman yeterli değildir (KİM.10.1.1).

Tepkime modeli: Tepkimeye girenlerin tanecikleri uygun enerji ve doğrultuyla çarpışır. Eski bağlar kırılır, yeni bağlar oluşur ve atomlar yeniden düzenlenir. Atom çeşidi ve sayısı korunduğu için toplam kütle de korunur (kütlenin korunumu) (KİM.10.1.2).

Tepkime türünü gözlemle anlayabilirsin: gaz çıkışı genelde aktif metal-asit (tek yer değiştirme) ya da ayrışma tepkimelerine işaret eder. Çökelek ise çift yer değiştirme (çökelme) tepkimesine işaret eder (KİM.10.1.3).

Mol, 6,02·10²³ tanecik içeren madde miktarıdır. Bu sayı Avogadro sayısıdır (NA). Atom, molekül veya iyon gibi çok küçük taneciklerle uğraşırken onları saymak yerine mol birimini kullanırız (KİM.10.1.4).

n = m / MA (n: mol, m: kütle (g), MA: mol kütlesi (g/mol))

Tanecik sayısı = n · 6,02·10²³

Normal koşullarda (NK: 0 °C, 1 atm) 1 mol gaz = 22,4 L

Mol köprüsü: Verilen niceliği önce mole çevir, sonra istenen niceliğe geç. Örneğin 1 mol H₂O 18 g, 6,02·10²³ molekül ve 3 mol atom içerir (KİM.10.1.5).

Denklem denkleştirme: Tepkime denkleminde girenlerle ürünlerin atom sayıları eşit olmalıdır. Formülleri değiştirmeden yalnızca katsayıları ayarlarız (KİM.10.1.6). Örneğin N₂ + 3H₂ → 2NH₃ denklemi denkleşmiş halidir. Katsayılar mol oranını, gazlarda ise aynı koşulda hacim oranını verir.

Stokiyometri (KİM.10.1.7): Sırayla denklemi denkleştir, verileri mole çevir, mol oranını kur ve istenen niceliğe dönüştür. Girenlerden biri tamamen bitince sınırlayıcı bileşen denir; ürün miktarını o belirler.

Gazların özellikleri (KİM.10.1.8): Gazlar bulundukları kabın tamamını doldurur ve kabın şeklini alır. Sıkıştırılabilir, birbiriyle her oranda karışır ve kap çeperlerine her yönde basınç uygular.

• Gaz taneciklerinin aralarındaki uzaklık çok büyüktür; tanecik hacmi kabın hacmine göre ihmal edilir.
• Tanecikler sürekli, rastgele ve doğrusal hareket eder; birbirleriyle ve çeperle esnek çarpışır.
• Basınç, taneciklerin kap çeperlerine çarpmasından doğar.
• Ortalama kinetik enerji mutlak sıcaklıkla (Kelvin) doğru orantılıdır: T(K) = t(°C) + 273.

Gaz yasaları (KİM.10.1.9): Sabit tutulan nicelikler değiştikçe gazların diğer özellikleri arasında basit ilişkiler görülür. Bu ilişkileri deneylerle sorgulayıp kinetik teoriyle açıklamak mümkündür.

Bu yasalar birleştirilerek (KİM.10.1.10) P·V/(n·T) oranının sabit olduğu bulunur. Bu sabite R (gaz sabiti) denir. Sonuçta ideal gaz denklemi elde edilir.

P·V = n·R·T (R = 0,082 atm·L/(mol·K); P: atm, V: L, T: K)

Sık hata: Sıcaklığı °C ile yazmak. Gaz denklemlerinde sıcaklık daima Kelvin (K) olmalıdır.

Gazların yayılması (KİM.10.1.11): Gaz taneciklerinin sürekli hareketi nedeniyle bir gaz, başka bir gaz ortamına kendiliğinden yayılır. Buna difüzyon denir. Hava gibi başka gaz taneciklerinin bulunduğu ortamda deneyle gözlenebilir.

• Sıcaklık arttıkça taneciklerin hızı artar ve yayılma hızlanır.
• Aynı sıcaklıkta mol kütlesi küçük gazlar daha hızlı yayılır.
• Ortamdaki diğer gaz taneciklerinin çarpışmaları yayılmayı yavaşlatır.

Deney örneği: Bir borunun iki ucuna HCl ve NH₃ çözeltisi emdirilmiş pamuklar konur. Beyaz NH₄Cl halkası, mol kütlesi büyük olan HCl'ye daha yakın oluşur; çünkü NH₃ daha hızlı yayılmıştır.