Gazların Ölçülebilir Özellikleri

Gazların davranışını tanımlamak ve gaz yasalarını uygulayabilmek için dört temel ölçülebilir özelliğin (basınç, hacim, sıcaklık, miktar) yanı sıra genleşme-sıkıştırma ve yayılma gibi niteliksel özelliklerin de bilinmesi gerekir.

Basınç (P)

Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir. Gazlar bulundukları kabın çeperlerine çarparak kuvvet oluşturur; gazların kabın çeperinde oluşturduğu kuvvete gaz basıncı denir ve P ile gösterilir. Gazlar kabın her tarafına eşit basınç uygular.

Atmosferdeki gazların yeryüzüne uyguladığı basınca açık hava basıncı denir; P₀ veya P_atm ile gösterilir. Deniz seviyesinde açık hava basıncı 1 atmosfer (atm) olarak kabul edilir.

Hacim (V)

Maddelerin boşlukta kapladığı yere hacim denir. Gazlar, bulundukları kabın hacmini doldurur ve şeklini alır. Gazlar için IUPAC tarafından önerilen normal sıcaklık ve basınç koşulları vardır; bu koşullar Normal Şartlar Altında (NŞA) şeklinde belirtilir. Normal şartlar: 0 °C (273,15 K) sıcaklık ve 1 atm (1,01325 bar, 101,325 kPa) basınç olarak alınır.

Sıcaklık (T)

Sıcaklık, maddelerin ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür ve termometre ile ölçülür. Gazların sıcaklıkları arttıkça ortalama kinetik enerjileri artar ve gaz tanecikleri daha hızlı hareket eder. Bu nedenle sıcaklık, gazların fiziksel özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Miktar (n)

Gazların miktarı; kütle, tanecik sayısı veya mol sayısı türünde verilebilir. Sayısal işlemlerde gazların miktarı genellikle mol sayısı olarak ifade edilir.

Genleşme ve Sıkıştırılma

Gazların genleşmesi, gaz taneciklerinin sıcaklık artışıyla daha hızlı hareket etmeye başlaması sonucunda gerçekleşir; bu durumda gaz molekülleri birbirlerinden uzaklaşır.

Gazların sıkıştırılması, gaz taneciklerinin düşük sıcaklık ve yüksek basınç altında yoğunlaştırılarak sıvı hâle getirilmesidir (doğal gazın hacminin 600 kat küçültülerek taşınması bu ilkeye dayanır).

Yayılma

Kapalı kapta bulunan gazlar serbest bırakıldığında gaz tanecikleri birbirlerinden uzaklaşarak çevreye yayılır. Mutfakta yemek pişirildiğinde mutfağa yayılan kokunun sebebi, gaz moleküllerinin ortama yayılmasıdır (difüzyon).

Örnek: Bağlı Kaplarda Gaz Davranışı

3 L'lik bir kapta belirli bir sıcaklıkta eşit mol sayısında Ne ve He gazı bulunmakta, boş bir bölmeye musluk aracılığıyla bağlıdır. Musluk açılıp yeterince beklenildiğinde:

• Basınç, hacim ve yoğunluk değişir. Gazlar boş bölmeye doğru genişleyerek, toplam hacim artacağından basınç düşer; toplam gaz miktarı sabit kalıp hacim arttığından yoğunluk da azalır.
• Boş bölmeye hem Ne hem de He gazı gider. Kinetik moleküler teoriye göre gaz tanecikleri bağımsız hareket ettiğinden, her iki gaz da bağımsız olarak boş bölmeye doğru yayılır ve sonunda her iki bölmede de her iki gazın karışımı homojen olarak bulunur.
• Musluk açılıp yeterince beklendiğinde, her iki bölmedeki gaz basıncı eşitlenir ve gaz karışımı her iki bölmeye de eşit yoğunlukta dağılmış olur (gazlar toplam hacme göre yeniden dengeye ulaşır).

Bu örnek, gazların "bulundukları kabı tamamen doldurma" ve "her oranda homojen karışma" özelliklerinin, bağlı kaplar arasındaki gaz davranışını nasıl belirlediğini somutlaştırır.

Özet

• Basınç (P), birim yüzeye etkiyen dik kuvvettir; gazlar kabın her tarafına eşit basınç uygular (deniz seviyesinde açık hava basıncı 1 atm'dir). Hacim (V), gazın kapladığı kabın hacmine eşittir; Normal Şartlar Altında (NŞA) 0°C ve 1 atm olarak tanımlanır.
• Sıcaklık (T), taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür; sıcaklık arttıkça tanecik hızı ve dolayısıyla genleşme eğilimi artar. Gazların miktarı (n) genellikle mol cinsinden ifade edilir.
• Genleşme (sıcaklık artışıyla taneciklerin birbirinden uzaklaşması), sıkıştırılma (düşük sıcaklık/yüksek basınçta gazın sıvılaştırılması) ve yayılma (serbest bırakılan gazın ortama difüze olması), gazların günlük hayatta ve endüstride (doğal gaz taşımacılığı, koku yayılması gibi) gözlemlenen temel davranışlarıdır.