Şu ana kadar anlattığımız bütün formüller ve hesaplamalar ideal gaz varsayımına göre yapılmaktaydı. İdeal bir gaz kinetik teoreme tam anlamıyla uyan gazlara denir, ancak gerçek hayatta kinetik teoriye uyan gaz davranışları yoktur. Bu nedenle kinetik teoriye uymayan gazlara gerçek gaz denir.
Gaz Davranışlarının İdealden Sapması
İdeal gazların, ideal olarak davranmasını sağlayan özellikleri tanecikleri arasında etkileşim olmamasıdır. Gerçek gazlarda tanecikler arası etkileşim söz konusudur. Gerçek gazların tanecikleri arasındaki etkileşimi ne kadar azaltırsak, gaz o kadar ideal davranış göstermeye başlar.
- Gerçek bir gazın sıcaklığını yükseltir ve basıncını azaltırsak (kısaca hacmini arttırırsak) ideal gaz gibi davranır.
- Gerçek gazın sıcaklığını düşürür ve basıncını arttırırsak (kısaca hacmini azaltırsak) ideal gaz davranışından sapma miktarı artar.
İdealden Sapmanın Hesaplanması
İdeal gazlar, ideal gaz denklemini tam olarak her türlü sıcaklık değerinde sağlarlar ve aşağıdaki oran her zaman 1’e eşit olur;
Reklam
Ancak gerçek gazlar ısınma ve soğuma durumlarına göre bu oranı korumakta zorluk çekerler. Bu yüzden bu oran 1’e yakındır ancak 1’den küçük veya büyük olur. Bu oran 1’den ne kadar çok saparsa ideallikten sapma derecesi o kadar büyük olur.
Gaz, Buhar ve Kritik Sıcaklık Kavramları
Bulunduğu sıcaklıkta, hiçbir koşulda sıvılaştırılamayan sıkıştırılabilir akışkanlara gaz denir. Gazların özelliğini gösteren ancak bulunduğu sıcaklıkta sıvılaştırılabilen sıkıştırılabilir akışkanlara buhar denir. Buharlar iki şekilde sıvılaştırılabilir;
- Buharlara basınç uygulanarak molekülleri arasındaki mesafenin azalması sağlanır ve bu sayede moleküller arası çekim kuvvetinin artması sağlanır. Böylece buhar sıvı hale geçer.
- Buharların sıcaklıkları düşürülerek moleküllerin kinetik enerjisinin azalması sağlanır. Kinetik enerjinin azalmasıyla birlikte gaz molekülleri bir araya gelerek kümelenmeye başlar. Böylece küçük damlalar halinde sıvılar oluşur.
Kritik Sıcaklık ve Kritik Basınç
Buhar özelliğinin bittiği ve gaz özelliğinin başladığı noktaya kritik sıcaklık denir ve Tk ile gösterilir. Kritik sıcaklıkta sıvılaştırmanın yapılabileceği en düşük basınca kritik basınç denir ve Pk ile gösterilir.
Maddeler kritik sıcaklığın üzerinde sadece gaz halinde bulunurken kritik sıcaklığın altında basıncın etkisine göre katı sıvı ya da buhar halinde bulunabilir.
| Madde | Kritik Sıcaklık (°C) | Kaynama Noktası (°C) |
|---|---|---|
| He | -267,8 | -268,6 |
| Ne | -228,6 | -245,93 |
| Ar | -122,3 | -185,7 |
| H2 | -240,01 | -252,75 |
| O2 | -118,2 | -182,82 |
| N2 | -146,8 | -195,79 |
| F2 | -129 | -188,1 |
| Cl2 | 144 | -34,6 |
| Br2 | 311 | 58,3 |
| CO2 | 31,2 | -78 |
| H2O | 374,3 | 100 |
| NH3 | 132,4 | -33,34 |
| CH4 | -82,4 | -164 |
| CCl2F2 (Freon-12) | 420 | -29,8 |
Reklam
Kritik sıcaklık, maddenin moleküller arası çekim kuvveti arttıkça artar.
Gerçek Gazlarda Buharlaşma ve Yoğuşma
Gazlar sıkıştırıldığında ısınır (ideal gaz denklemini hatırlayarak neden ısındığını bulabilirsiniz), genleştirildiğinde ise soğur. Günümüzde gazların bu özelliğini buz dolaplarında, klimalarda ve soğutup ısıtma özelliğine sahip çoğu yerde kullanmaktayız. Sistemlerin verim oranı kullanılan gazın cinsine ve sistemin dış etkenlerden ne kadar iyi yalıtıldığına bağlı olarak değişiklik gösterir.
Gazların bu davranışı (sıkıştırıldığında ısınması ve genleştiğinde soğuması) Joule – Thomson olayı olarak açıklanmaktadır. Aşağıdaki görsel basit bir joule – thomson olayını görselleştirmektedir.
Soğutucu Akışkanlar
Buhar haline geçerken ortamdan ısı alarak ortamın sıcaklığını düşüren maddelere soğutucu akışkanlar denir. Joule – Thomson olayı soğutucu akışkanların kullanımı açısından çok güzel bir örnektir. Her gaz ideal bir soğutucu akışkan değildir. Soğutucu akışkan olarak kullanılabilecek şu özelliklere sahip olması gerekmektedir.
- Normal şartlar altında kaynama noktası düşük olmalı.
- Oda sıcaklığında ve basıncında gaz halinde bulunmalı
- Kritik sıcaklığı yüksek olmalı
- Kimyasal tepkimeye girme isteği az olmalı
- Yanıcı veya zehirleyici olmamalı
- Sistem maaliyetini düşürmek açısından ucuz ve kolay bulunmalı
