Gay-Lussac ve Avogadro Yasaları

Gaz yasaları; basınç, hacim, sıcaklık ve miktar gibi gaz değişkenleri arasındaki ilişkileri farklı sabit koşullar altında inceler. Boyle ve Charles yasalarının ardından, Gay-Lussac ve Avogadro yasaları da gaz davranışının tam olarak anlaşılmasını sağlayan diğer iki temel ilişkidir.

Basınç-Sıcaklık İlişkisi (Gay-Lussac Yasası)

Joseph Gay-Lussac, belirli bir miktar gazın sabit hacimli bir kapta basınç ve sıcaklık ilişkisini incelemiştir. Sıcaklık arttıkça gazın basıncının da arttığını gözlemlemiştir.

Sabit hacimli, belirli bir miktar gazın basıncı ile mutlak sıcaklığı doğru orantılıdır:

P ∝ T → P/T = k (sabit) → P₁/T₁ = P₂/T₂ = ... = Pₙ/Tₙ

Sabit hacimde bir miktar gazın sıcaklığı arttıkça (273 K'den 546 K'ye, sonra 819 K'ye) basıncı da aynı oranda artar: 273 K'de P basıncında olan gaz, 546 K'de 2P, 819 K'de 3P basıncına ulaşır. Bu ilişki, basınç-sıcaklık grafiğinde orijinden geçen doğrusal bir çizgi oluşturur.

Hacim-Madde Miktarı İlişkisi (Avogadro Yasası)

Avogadro, 1811'de aynı sıcaklık ve basınçta farklı gazların eşit hacimlerinin aynı sayıda molekül (gaz tek atomluysa atom) içerdiğini belirten bir hipotez yayımlamıştır. Buna göre aynı sıcaklık ve basınçta 1 L oksijen gazı içeren bir kaptaki mol sayısı ile helyum, flor, argon gazlarından herhangi birini veya başka herhangi bir gazı içeren 1 L kaptaki maddelerin mol sayıları aynıdır (gaz türünden bağımsız olarak).

Belli sıcaklık ve basınçta bir gazın mol sayısı ile hacmi doğru orantılıdır:

n ∝ V → V/n = k (sabit) → V₁/n₁ = V₂/n₂ = ... = Vₙ/nₙ

Sabit sıcaklık ve basınçta bir gazın mol sayısı arttıkça (1 mol'den 2 mol'e, sonra 3 mol'e) hacmi de aynı oranda artar: 1 mol gaz V hacmindeyse, 2 mol gaz 2V, 3 mol gaz 3V hacminde olur.

Dört Gaz Yasasının Karşılaştırmalı Özeti

Bu dört yasa, her seferinde iki değişkeni sabit tutarak diğer iki değişken arasındaki ilişkiyi izole eder; birlikte ele alındıklarında gazların P, V, T, n değişkenleri arasındaki tüm temel ilişkileri kapsarlar (bu ilişkiler daha sonra tek bir ideal gaz denkleminde birleştirilir).

Örnek: Akkor Ampulde Argon Gazı

Eski tip akkor ampullerde, ısıtıldığında ışık üreten tungsten filaman bulunur. Filamanın yanmaması için oksijensiz ve yalıtılmış bir ampul içine yerleştirilir; tungsten atomları yüksek sıcaklıkta buharlaşabileceğinden, filamanın parçalanmasını ve camın kararmasını önlemek için ampul içine argon gazı konulur.

Bir miktar argon gazı içeren akkor ampul başlangıçta 27°C sıcaklıktadır; ampul yandıktan bir süre sonra ısındığı gözlemlenmiştir. Ampul kapalı ve sabit hacimli olduğundan (cam yapısı sabit), bu durumda:

• Hacim değişmez (sabit kalır — cam ampulün hacmi sabittir).
• Madde miktarı değişmez (gaz sızıntısı yoksa mol sayısı sabit kalır).
• Sıcaklık artar (ampul ısındığı belirtilmiştir).
• Sabit hacimde sıcaklık arttığından, Gay-Lussac yasasına göre basınç da artar.

Bu örnek, sabit hacimli bir sistemde sıcaklık değişiminin basıncı nasıl doğrudan etkilediğini ve gaz yasalarının günlük teknolojik cihazların (ampuller gibi) tasarımında nasıl dikkate alındığını gösterir.

Özet

• Gay-Lussac yasası (P/T=k), sabit hacim ve miktarda gazın basıncı ile mutlak sıcaklığının doğru orantılı olduğunu ifade eder: sıcaklık artarsa basınç da artar.
• Avogadro yasası (V/n=k), sabit sıcaklık ve basınçta gazın hacmi ile mol sayısının doğru orantılı olduğunu ifade eder; aynı koşullardaki farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda tanecik içerir (gaz türünden bağımsız).
• Dört gaz yasası (Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro) her biri farklı iki değişkeni sabit tutarak kalan iki değişken arasındaki ilişkiyi tanımlar; akkor ampuldeki argon gazı örneğinde olduğu gibi, sabit hacimli kapalı sistemlerde sıcaklık artışı doğrudan basınç artışına yol açar (Gay-Lussac yasası).