İdeal gaz karışımı: mol kesri,kısmi basınç ve toplam bilanço
Konunun mantığı
Tepkime vermeyen,yoğunlaşmayan ideal gaz türlerinin aynı denge sıcaklığı Tve ortak hacmi Vpaylaştığı bir karışım düşün. Türün kısmi basıncı Pi=niRT/V,aynı miktardaki gaz bu T,Vde tek başına olsaydı oluşturacağı basınçtır. Her gaz kabın kendine ayrılmış bir köşesini değil bütün Vhacmini kullanır. Bu ifade tanecikler arası etkileşimleri ideal kabul eder;gerçek yoğunlaşma veya güçlü etkileşim durumlarında tam ölçüm yasası değildir. Basınçlar vakuma göre mutlak,TKelvin olmalıdır.
Toplam mol ntop=Σnive aynıT,V,Riçin Ptop=ΣPi=ntopRT/Vdir. Taneciklerin molar kütlesi bu denklemde ayrı çarpan değildir. Basıncın kaynağı duvarlarla momentum alışverişidir;gazların birbiriyle çarpışması tek başına duvar basıncının tanımı yapılmaz. Bütün gaz türlerini bilançoya kat;bir türün kısmi basıncı toplamın tamamı değildir. Tepkime veya faz değişimi varsa gaz fazında kalan miktarlar ayrıca bulunmalıdır.
yi=ni/ntopmol kesri olsun;yi=Pi/PtopvePi=yiPtop. Mol kesirleri toplamı1dir. Kütle verildiyse önce her tür için ni=mi/Mihesaplanır. mi/mtopkütle kesrini yi yerine kullanmak ancak özel eşmolar kütle durumunda aynı sonucu verebilir;genel değildir. Aynı kütlede farklı molar kütleler farklı tanecik molü verir. Mol kesri birimsiz,kısmi basınç ise basınç birimindedir.
SabitT,Vde tepkime vermeyen yeni bir gaz eklenmesi toplam molü ve toplam basıncı artırır. Eski bir türün niaynı kaldıysa onun Pi=niRT/Vdeğişmez;ama toplam mol artınca yiazalır. Bu inert gaz etkisi önceki denge dersinde anılmıştı;burada mol ve basınç bilançosuyla ayrıntılandırılıyor. Hacim sabit tutulmayıp toplam basınç korunursa durum farklıdır;Vdeğişimini ayrıca kullanmadan aynı sonucu kopyalama. Bir niceliğin payı azalırken mutlak katkısının sabit kalması çelişki değildir.
Farklı hacimlerde verilmiş gaz kayıtları için ilk basınçları doğrudan toplama. AynıTde ve miktar kaybı/tepkime yokken son ortak Vfverilmişse Pi,son=Pi,ilkVi/Vfyazılabilir. Toplam son basınç ΣPi,ilkVi/Vfdir;ilk mutlak basınçların aritmetik ortalaması da genellikle yetmez. Bu dersin verileri kurmaca kâğıt üstü durum kayıtlarıdır;gerçek madde karıştırma,basınçlı düzenek kurma,cihaz veya deney talimatı yoktur. Gaz karışımının bütün difüzyon/tepkime kapsamı tamamlanmaz.
AynıT,Videal modelde Pi=niRT/V=yiPtop;Ptop=ΣPi,yi=ni/Σni. Kütle payı mol payı değildir. SabitT,Vde başka gaz eklenince eski ni/Pisabit kalabilirken yi küçülür. Farklı ilk hacimlerin basınçlarını son ortak hacme dönüştür.
Adım adım bir örnek
Kurmaca A/Bideal karışımında A12gveMA=4g/mol;B24gveMB=12g/mol. OrtakT,Vde toplam mutlak basınç150kPa. Tepkime,faz değişimi ve kayıp yok;A/Bgerçek madde adı değildir. İki kısmi basıncı ve Anın mol/kütle payını karşılaştırın.
Önce mol,sonra basınç payları
- nA=12/4=3mol,nB=24/12=2mol;toplam5mol. yA=3/5,yB=2/5.
- PA=150·3/5=90kPa,PB=60kPa;toplam150kPa.
- Anın kütle payı12/36=1/3,yAise3/5;aynı değildir.
Sınır: Molar kütleler ve ideal tepkimesiz model açık verilidir;gerçek gaz seçimi/karıştırılması yok.
Ortak basınç katsayısını miktarlara dağıt
- RT/V=Ptop/ntop=150/5=30kPa/mol.
- PA=3·30=90,PB=2·30=60kPa. Her gaz bütün Vyi kullanır.
- Basınç oranı90/60=3/2,mol oranıdır;kütle oranı12/24=1/2değildir.
Sınır: Bu aynı ideal yasayı başka temsil eder;iki bağımsız deney veya gerçek gaz doğruluk kanıtı değildir.
Kütlece daha az olanAnın bu modelde daha büyük kısmi basınç vermesi hangi molar kütle bilgisiyle açıklanır?
Hatayı bul
“SabitT,VdeCeklendi;Anın mol payı yarıya indiğine göre Anın kısmi basıncı da yarıya iner.” İlk eksik karşılaştırma nedir?
İlk hatayı göster
İlk hata: Mol kesrini tek başına izleyip aynı anda toplam basıncın değiştiğini atlamak.
PA=yAPtopveya nART/V. nA,T,VkorunuyorsaPAkorunur;toplam basınç arttığından yAazalabilir. Bu sonucun sabitVkoşulu başka süreçlere otomatik taşınmaz.
Çalışılmış karışımın mol sayıları veTkorunup ortakViki kat olsaydı PA,PB,yAvenasıl değişirdi?
PA45kPa,PB30kPa,toplam75kPaolur;her biri yarıya iner. nA/nTopdeğişmediğinden yA3/5kalır,kütle payı da1/3tür. Burada değişenVdir;Cekleme sorusundaki sabitVsonucu aynen taşınmaz.
Dersin soruları
1Kurmaca tepkimesiz,yoğunlaşmasız ideal karışımda A8g,MA=4g/mol;B28g,MB=28g/mol. OrtakT,Vde toplam mutlak basınç180kPa. (PA;PB)kaçkPadır?
Bu soruda hata mı var?2İdeal karışımın ilk kaydı:A0,40mol,B0,60mol;aynıT,Vde RT/V=100kPa/mol. Yeni kurmaca kayıtta C1,00mol ek katkı olarak var;A/Bmolleri,T,Vdeğişmiyor. Türler tepkimesiz ve hep gaz. (YeniPtop;PA;yA)hangisidir?
Bu soruda hata mı var?3Kurmaca iki ilk kayıtta aynıTde Atek başına2Lde90kPa;Btek başına6Lde30kPamutlak basınçta. Son kayıtta tümAveBmiktarları kayıpsız,tepkimesiz,yoğunlaşmasız ideal karışım olarak aynıTve ortak8Lde var. Son toplam basınç kaçkPadır?
Bu soruda hata mı var?Kendini dene
Tüm soruları cevapla. Bitirince puanını ve zorlandığın noktaları göreceksin.
1Kurmaca tepkimesiz ideal A–B karışımında ortak T ve V’de toplam mutlak basınç 200 kPa, RT/V = 25 kPa/mol ve A’nın kısmi basıncı 60 kPa. B’nin mol sayısı ve mol kesri nedir?
2Kurmaca tepkimesiz ideal A–B karışımında ortak T ve V’de PA = 90 kPa, PB = 30 kPa. A ve B’nin kütleleri eşittir (ikisi de 18 g). MA/MB oranı kaçtır?
3Kurmaca ideal tepkimesiz kapta 0,5 mol A ve 1,5 mol B vardır; kap esnektir, T sabittir ve toplam basınç 100 kPa’dadır (başlangıçta PA = 25 kPa). Sonra tepkimesiz 2,0 mol C ekleniyor ve kap, toplam basınç yine 100 kPa kalacak biçimde genişliyor. (PA,son; yA,son) hangisidir?
4Kurmaca iki ilk kayıt: aynı T’de A tek başına 4 L’de 50 kPa, B tek başına 2 L’de 100 kPa (mutlak). Tepkimesiz, kayıpsız ideal karışım olarak ortak Vf hacmine aktarılınca aynı T’de son toplam basınç 40 kPa oluyor. Vf kaç L’dir?
5Kurmaca ideal tepkimesiz karışımda 2 mol A ve 3 mol B, aynı T’de 10 L’lik ortak kaptadır. Hacim ve basınç ilişkisi için hangi ifade doğrudur?
6Kurmaca ideal tepkimesiz A–B karışımı sabit hacimli kapta 27 °C’dedir; mutlak kısmi basınçlar PA = 40 kPa, PB = 80 kPa. Mol sayıları değişmeden sıcaklık 327 °C’ye çıkarılıyor. (Ptop,son; yA,son) hangisidir?
7Kurmaca ideal tepkimesiz karışımda 20 g X ve 60 g Y var; molar kütleler verilmemiştir. Bir öğrenci kısmi basınç paylarını PX/Ptop = 20/80 ve PY/Ptop = 60/80 alarak buluyor ve sonuç, mol bilançosuyla yapılan doğru çözümle aynı çıkıyor. Bu uyumun nedeni hangisidir?
8Kurmaca iki ilk kayıt: aynı T’de A tek başına 1 L’de 90 kPa, B tek başına 3 L’de 20 kPa. Tepkimesiz, kayıpsız ideal karışım olarak ortak 3 L’ye aktarılıyor. (PA,son; yA,son) hangisidir?
9Kurmaca sabit T ve V’deki ideal karışımda nA = 0,5 mol, nB = 1,5 mol ve RT/V = 50 kPa/mol. Modelde A’nın 0,2 mol’ü gaz fazından çıkıp ayrı bir faza geçiyor; B etkilenmiyor ve başka değişiklik yok. Gaz fazı için (Ptop; yA) hangisidir?
10Kurmaca ideal tepkimesiz A–B karışımı sabit hacimli kapta 27 °C’dedir; mutlak kısmi basınçlar PA = 40 kPa, PB = 80 kPa. A’nın mol sayısının yarısı gaz fazından çıkarılıyor (B değişmiyor) ve sıcaklık 177 °C’ye çıkarılıyor. (Ptop,son; yA,son) hangisidir?
Aklında kaldı mı?
Kütle kesri neden ideal gazın kısmi basınç payı yerine genellikle geçmez?
Basınç payı mol kesridir. n=m/M;farklı molar kütleler aynı kütleyi farklı mol sayısına dönüştürür. Kütle kesri ancak uygun özel eşmolar kütle durumunda aynı olabilir.
Bir gaz ortak kapta hangi hacmi ve hangi sıcaklığı kullanır?
İdeal denge karışımında bütün ortakVhacmini ve ortakKelvinTyikullanır. Pi=niRT/V;hacmi mol kesriyle bölmek farklı ve yanlış model kurar.
Kaynak ve kontrol durumu
Bu ders Hepnot için hazırlandı; üçüncü taraf soru kitabından soru veya görsel aktarılmadı. Bu, başka içerikle benzerlik olmadığının garantisi değildir.
Branş editörü incelemesi ve müfredat eşleştirmesi sürüyor; bu nedenle ders taslak olarak işaretlidir.
Müfredat için başvurulacak kaynak: MEB öğretim programları.