Genel Kimya

Kinetik Teoremi Nedir?

Kinetik teori gazların yapmış olduğu sıkıştırabilme, genleşme, yayılma gibi özellikleri açıklamak için ileri sürülmüş kurumsal bir ifadedir. Maxwell ve Boltzman’ ın bu teoriyi iyice genişletmişler ve son şeklini vermişlerdir. İdeal gaz olarak tanımlanan maddeler kinetik teorinin şu kurallarına uyarlar;

  1. Moleküller, gazın en küçük tanecikleridir. O kadar küçüklerdir ki bazen hacimleri ihmal edilebilir. Gaz molekülleri arasında büyük boşluklar vardır. Yani moleküller birbirine uzaktır. İşte bunun içindir ki gazlar sıkıştırılabilir.
  2. Moleküller arası çekim bu uzaklıktan dolayı yok gibidir. Moleküller birbirinden bağımsızdır.İşte bunun içindir ki bir gaz yer buldukça genişler, ikinci bir gazla heterojen karışır.
  3. Gaz molekülleri doğrusal ve büyük bir hızla üç boyutlu olarak hareket ederler. Hareketleri sırasında birbirlerine çarparlar. Fakat bu çarpışma esnek çarpışmadır. Moleküller arası çekimlerin yokluğundan hızları ve hareket yönleri sürekli değişir. Çarpışma sırasında gazların enerjilerinin değişmesine rağmen toplam enerji değişmez.
  4. Gaz ısındıkça moleküllerinin kinetik enerjisi artar. Herhangi bir sıcaklıkta bütün moleküllerin kinetik enerjisi farklıdır. Çünkü çarpışmaların sonucu olarak moleküllerin hızı durmadan değişir. Enerjinin moleküllere göre dağılımını Maxwell – Boltzman eğrileri gösterir.
  5. Molekül kütlelerine bağlı olmaksızın aynı sıcaklıktaki bütün gazların moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri aynıdır. Bütün moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamı molekül sayısına bölünürse bütün moleküller için aynı olan ortalama bir kinetik enerji hesaplanır.

Kinetik teorinin yukarıda sıraladığımız bu esasları gaz basıncının mahiyetini ve gaz kanunlarını aydınlatmaya yeter.Gaz moleküllerinin kap çeperlerine çarpması ile ortaya çıkar.Belirli bir hacim içinde moleküller ne kadar hızlı uçarlarsa çarpmalar o kadar şiddetli olacağından basınç büyüktür. Ortalama kinetik enerjiler ise sıcaklıkla doğru orantılı artar.Sıcaklık derecesi arttırılırken basıncı eski halinde tutmak  için hacmi genişletmek lazımdır.Sıcaklık sabit tutulmak üzere hacim küçültülürse basınç artar, çünkü moleküllerin çeperlere çarpma frekansı büyümüştür. Böylece basıncın konsantrasyonla arttığı kolayca anlaşılır.

YAYILMA HIZI

Aralarında reaksiyon vermeyen gazlar, birbiri içinde her oranda karışarak homojen karışımlar oluştururlar.Gazların birbiri içinde karışma özelliği, moleküllerinin, moleküller arası boşlukta yayılmalarından ileri gelir.Gazların birbiri içinde yayılma özelliğine difüzyon denir.

Kimya laboratuarınızda ağzı açık bırakılan ya da bulundukları kabın kapak    aralarında sızan madde buharlarının  kokularını hissedersiniz. Zaman zaman da madde buharlarının kaptan dışarıya doğru yayıldığını görürsünüz. Bu olaylar gazların yayılma özelliğinin bir sonucudur.

Ayrı ayrı kaplarda  muhafaza  edilen  NH ve HCl çözeltilerini içeren kaplarda bu çözelti buharlarının kaçmalarına izin verildiğinde, buharlar birbirine doğru yayılır.Buharlar birbirine doğru yayılır. Buharlar birbirleriyle karşılaşınca reaksiyon verir.Beyaz bir bulut şeklinde NH Cl oluşturur.

Gazın kinetik teorisine göre gazların kinetik enerjileri (E ), sadece mutlak sıcaklığa bağlıdır.Eğer iki ayrı gazın mutlak sıcaklıkları eşitse, moleküllerin ortalama kinetik enerjileri toplamı da eşit (E  = E  ) olmalıdır.

E  =1/2mV  bağıntısına göre de gaz moleküllerinin kinetik enerjisi, gazın molekül kütlesi (M ) ile moleküllerinin hızına (V) bağlıdır.

Bu bağıntıya göre, gazların bağıl difüzyon hızları, molekül (mol) kütlelerinin kareköküyle ters orantılıdır.Gazların molekül kütleleri, öz kütleleriyle doğru orantılı olduğundan ; molekül kütlesi yerine mol kütlesi alındığında aynı formül, şöyle yazılır:

Bu duruma göre, gazların difüzyon hızları, mol kütlelerinin ve yoğunluklarının karekökleriyle ters orantılıdır. Ayrıca moleküllerin hızları arasındaki oran, yayılma süreleri ile ters orantılıdır. Bugün bu gerçek Graham Difüzyon Kanunu olarak bilinir.

GAZLARIN KİNETİĞİ VE DİFÜZYONU

Gaz tanecikleri  sürekli hareket halindedir.Kapalı bir kapta bulunan tanecikler birbirlerine ve kaba çarparak basınç uygularlar.Farklı cinsten gazların bulunduğu bir kapta gazların kısmi basınçlarından, kinetik enerjilerinden ve taneciklerin ortalama hızından söz edilir.

Aynı kapta bulunan gazların hacimleri ve sıcaklıkları aynı olup, gazların hacimleri toplamı kabın toplam hacmine, her  bir gazın sıcaklığı toplamı da kabın toplam sıcaklığına eşitti denilemez.Örneğin kapalı bir kapta bulunan A, B ve C gazları için:

ÇARPMA SAYISI

Bir kapta bulunan gaz molekülleri, kap çeperlerine dik olarak çarpma yapar. Yapılan çarpma sayısı gazın hızına ve miktarına bağlı olarak değişir

* Kapalı bir kapta bulunan bir gazın yalnızca miktarı arttırılırsa ;

– Gazın mol kütlesi ve sıcaklığı değişmediğinden hızı değişmez.

– Birim hacimdeki tanecik sayısı arttığından çarpma sayısı artar.Mol sayısı iki katına çıkarılırsa, çarpma sayısı ve toplam basınç iki katına çıkar.

*  Bu kabın yalnızca sıcaklığı arttırılırsa ;

–  Gazın kinetik enerjisi arttığından hızı büyür.

–  Hızı arttığı için çarpma sayısı artar.

–  Çarpma sayısı arttığından toplam basınç büyür.

–  Mutlak sıcaklık dört katına çıkarılırsa hız ve çarpma sayısı iki katına , basınç dört     katına çıkar.

*  Sabit basınçlı kapta bulunan gazın, yalnızca miktarı arttırılırsa ;

–  Mol sayısının artışı pistonu yukarı çıkarır ve hacmi arttırır.

–  Mol sayısı artarken hacim arttığı için çarpma sayısı değişmez.

–  Gazın hızı değişmez.

*  Bu kabın yalnızca sıcaklığı arttırılırsa ;

–  Piston yukarı, hacmi artar.

–  Gazın ortalama kinetik enerjisi arttığından difüzyon hızı artar. Hız artarken hacim arttığı için basınç değişmez.

–  Mutlak sıcaklık dört katına çıkarılırsa hız iki katına, toplam hacim dört katına çıkar. Gazın hızı hacmine göre daha az artmıştır. Yani çarpma sayısı azalmıştır.

– Basıncın değişmemesi hızlı olan gaz taneciklerinin etkisinin büyük olmasından kaynaklanır.

*  Kapalı bir kaba farklı bir gaz eklenirse  toplam mol sayısı, toplam basınç, toplam çarpma sayısı artar. Çarpma sayısı gazların hızları arasındaki orana bağlı orana bağlı olarak doğru orantılı artar.

–  Aynı sıcaklıktaki CH  ün hızı He nin hızının yarısına eşittir.

–  He bulunan kaba eşit molde CH  eklenirse çarpma sayısı 1,5 katına, toplam basınç 2 katına çıkar.

–  1 mol He bulunan kaba 2 mol CH  eklenirse, basınç 3 katına, çarpma sayısı 2 katına çıkar

*  Sabit basınçlı kaba farklı bir gaz eklenirse, toplam mol artar, toplam hacim artar, toplam basınç değişmez. Eklenen gazın hızına göre birim alana uygulanan çarpma sayısı değişir.He gazına göre daha hızlı gaz eklenirse çarpma sayısı artar.He gazına göre daha yavaş bir gaz eklenirse çarpma sayısı azalır.

KONSANTRASYON

Aynı çeşit moleküller için kütle/hacim olarak, mesela gram/litre veya mg/100 ml gibi belirtilir. Çünkü kütle molekül sayısı ile orantılı gider. 1 gramdaki molekül sayısı 2 gramdakinin yarısıdır. Aynı çeşit moleküller için de elverişli olan ve bundan dolayı kimyada en çok uygulanan, konsantrasyonu mol/litre olarak göstermektedir.

Basınç ile konsantrasyon arasındaki ilişki kısmi basınçlar kanunun kavranmasını kolaylaştırır. Öte yandan Avogadro kanunu da kinetik teorinin tabii sonucudur.Belirli bir sıcaklık ve konsantrasyonda bütün gazların basıncı belili bir değer gösterecektir. Başka bir deyimle : belirli bir sıcaklıkta belirli bir basınç gösteren bütün gazların konsantrasyonları aynıdır. Bu ifade Avogadro kanunundan başka bir şey değildir.

Belirli bir sıcaklıkta bütün moleküllerin ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir.İki gazın moleküllerinin kütleleri m < m ise bu moleküllerin kinetik enerjileri için:

YOĞUNLAŞMA

Bir gazın dıştan soğutmakla moleküllerin kinetik enerjisi düşürülür. Moleküller artık aralarındaki Van Der Waals kuvvetlerine boyun eğerler, birlerine yaklaşırlar ve adeta yapışırlar.

Bu yoğunlaşma gaz halinden sıvı hale geçiştir. Sıcaklık derecesini pek te düşürmeden gazı sıkıştırarak molekülleri birbirlerine yaklaştırmak ve böylece kohezyonun ilk şartını hazırlamak da mümkündür. Ancak sıvı halde yoğunlaşmanın ikinci şartı Van Der Waals kuvvetlerinin, moleküllerin kinetik hareketlerini frenleyecek  güçte bulunmasıdır. Eğer kinetik enerji kohezyona olan üstünlüğünü bırakmazsa gaz ne kadar sıkıştırılırsa sıkıştırılsın sıvı halde yoğunlaştırılamaz. İşte bir gazın sıvılaşabileceği belirli maksimum sıcaklık derecesine Kritik Sıcaklık denir. Bu sıcaklıkta gazın sıvılaşması için gerekli basınç da kritik basınçtır.Bu kritik özellikler her gaz için karakteristiktir. Bir gaz ancak ve ancak kritik sıcaklığının altında sıvılaştırılabilir.Ve sıvılaşma ne kadar alçak olursa gerekli basınç da o kadar az olur.

Gaz moleküllerinde kinetik hareketleri yavaşlatmanın ve dolayısıyla kohezyonu etkili kılmanın bir yolu da Joule-Thomson olayıdır.

Sıkıştırılmış gazların çoğu ince bir delikten dış iş (mesela bir pistonu itmek gibi ) yapmaksızın boşluğa genişleyerek çıkarsa soğur.Bunun nedeni moleküllerin birbirlerinden uzaklaşırken aralarındaki kohezyonu yenmek için bir iç iş yapmalarıdır. Bu iş moleküllerin kinetik enerjilerini harcamakla yapılır, lüzumlu ısı gazın kendisinden alınır, sıcaklık derecesi bunun yüzünden düşer. Gazlar kritik sıcaklık derecelerinin altına böylece getirilir.Havanın Linde metoduna göre sıvılaştırılması bu prensibe dayanır.

 

 

 

İlgili Makaleler

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu