Gazların Yoğunlaşması, Kritik Nokta ve Karşılıklı Haller İlkesi
Yandaki şekilde CO2 in yoğunlaşıncaya kadar elde edilmiş bir
grup izotermini göstermektedir. Şekildeki veriler gazların davranışları üzerine
1869 da Andrews in çalışmaları sonucu elde edilmiştir. Yüksek sıcaklıklardaki
izotermler, ideal gazlar için beklenen hiperbolik eğrilerden biraz saparlarken, düşük
sıcaklık izotermlerinde ise; ideal gaz yasasında önemli ölçüde sapma gösterirler.
düşük basınç değerlerinde ideal gaz 
davranışı görülür.
Belli bir sıcaklıkta basınç arttıkça hacim Boyle Yasası'na uygun şekilde azalır.
Şekildeki noktalı çizgilerle gösterilmiş noktaya ulaşıldıktan sonra daha düşük
sıcaklıklarda çalışılacak olursa gazın basıncının arttırılmasıyla gaz
sıkışmak yerine yoğunlaşır. Şekilde 21.5, 13 ve 0 oC de yoğunlaşmanın
meydana geleceği basınçlar görülmektedir. Şekilden de görüldüğü gibi
karbondioksit için kritik değer 31.04 oC dir. Bu sıcaklığın
daha altında örneğin şekildeki gibi 13 oC de A
noktasındayken basınç arttırılacak olursa B noktasına gelinceye
kadar gazın basıncı artar. bu noktadan sonra gaz sıkıştırılacak olursa basınç
değişmeksizin gaz sıvılaşmaya başlar ve C noktasına ulaşılır.
Noktalı eğri üzerinde sıvı-buhar birlikte dengededirler diğer bölgelerde yalnızca
tek tip akışkan bulunur.
Gaz sistemlerin ideal olmayan davranışlarına ilişkin çalışmalardaki
ilginç bir yer grafikteki noktalı çizgidir. Bu kritik izoterm olarak
adlandırılır. Kritik izotermin sıcaklığı kritik sıcaklıktır. Bu
sıcaklık sıvı-buhar dengesinin bulunduğu en yüksek sıcaklıktır. O
ile gösterilmiş olan nokta ise kritik noktadır. Bu noktadaki basınç, kritik
basınç ve sıcaklık, kritik sıcaklık olarak isimlendirilir. Bazı
maddeler ilişkin kritik değerler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.
Tablo 1 : Kritik Noktada P, V ve T değerleri
(Gazlar mol tartılarına göre dizilmişlerdir.)
|
| Gaz |
PC
atm |
VC
L mol-1 |
TC
K |
|
| H2 |
12.8 |
0.070 |
33.3 |
| He |
2.26 |
0.062 |
5.3 |
| CH4 |
45.6 |
0.099 |
190.2 |
| NH3 |
112.2 |
0.072 |
405.6 |
| H2O |
217.7 |
0.056 |
647.2 |
| CO |
35.0 |
0.090 |
134.4 |
| Ne |
26.9 |
0.044 |
44.8 |
| N2 |
33.5 |
0.090 |
126.0 |
| NO |
65 |
0.058 |
179 |
| O2 |
49.7 |
0.074 |
154.4 |
| CH3OH |
78.5 |
0.118 |
513.1 |
| HCl |
81.6 |
0.087 |
324.6 |
| Ar |
48.0 |
0.076 |
150.7 |
| CO2 |
72.8 |
0.094 |
304.2 |
| SO2 |
77.7 |
0.123 |
430.4 |
| n-C5H12 |
33.0 |
0.310 |
470.3 |
| Cl2 |
76.1 |
0.124 |
417 |
| C6H6 |
47.9 |
0.256 |
561.6 |
| Kr |
54.3 |
0.107 |
209.4 |
| Xe |
57.9 |
0.120 |
289.8 |
|
Gerçek gazların ideallikten sapmaları gazın şartları ve kritik nokta
arasındaki farka bağımlıdır. Bulunulan P,V, T değerlerini kritik değerlere bağlı
olarak ifade edebiliriz. Bu değerler indirgenmiş değişkenler Pr,
Vr ve Tr simgeleri ile
eşitlikleri ile verilir. Eğer kritik değerler bilinirse gazın
davranışı kolayca karakterize edilebilir.
İndirgenmiş basıncın bir fonksiyonu olarak Z sıkıştırılabilirlik
föktörü incelenebilir. Çeşitli indirgenmiş sıcaklıklarda farklı gazlar için
yapılmış çalışmalar sonucu aşağıdaki grafiğe benzer grafikler elde edilir. Bu
sonuçlar gazların ideallikten sapmalarının yalnızca indirgenmiş basınç ve
sıcaklığa bağlı olduğunu gösterir. Bu ifade karşılıklı haller ilkesini
oluşturur. İfadenin adı, aynı indirgenmiş değişkenlere sahip gazların aynı
miktarda ideallikten sapmalarından hareketle verilmiştir.
Gerçek Gazlarla İlgili Bertholet Denklemi
Yüksek basınçlarda Bertholet hal denklemiyle gerçek gazların deneysel
sonuçları arasında paralellik sağlamak mümkün değildir. Denklem düşük
basınçlarda daha uygun değerler vermektedir. Düşük basınçlarda 1 mol gaz için
sıkıştırılabilirlik faktörü z;
eşitliği ile verilir. PV=znRT ifadesinden hareketle ifade
şeklinde düzenlenebilir.
KAYNAKLAR
Barrow Gordon M., Physical Chemistry, Fourth Edition, McGraw-Hill
Internationl Book Company, 1979, ISBN 0-07-066170-7
Cebe M, Fizikokimya, Cilt I Bölüm I-IV, Uludağ Üniversitesi
Basımevi, 1987