Soru:
Eşit hacimdeki \( \text{N}_2 \) ve \( \text{O}_2 \) gazları, aynı sıcaklık ve basınçta tam verimle reaksiyona girerek \( \text{N}_2\text{O} \) bileşiğini oluşturuyor. Tepkime sonunda gazların tamamı tükendiğine göre, reaksiyona giren \( \text{N}_2 \) ve \( \text{O}_2 \) gazlarının molekül sayıları oranı (\( \frac{\text{N}_2}{\text{O}_2} \)) kaçtır? Bu durum hangi kanunla açıklanabilir?
Çözüm:
💡 Bu problem, Gay-Lussac / Kombine Gaz Kanunu ve Avogadro Yasası ile ilişkilidir. Aynı koşullardaki gazların eşit hacimleri, eşit sayıda molekül içerir.
- ➡️ Adım 1: Tepkime denklemini yazalım: \( 2\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{N}_2\text{O} \). Denkleme göre, 2 molekül \( \text{N}_2 \), 1 molekül \( \text{O}_2 \) ile reaksiyona girer.
- ➡️ Adım 2: Başlangıçta eşit hacimde ve aynı koşullarda oldukları için eşit molekül sayısında \( \text{N}_2 \) ve \( \text{O}_2 \) gazları vardır. Ancak denklem, \( \text{O}_2 \)'nin yarısı kadar \( \text{N}_2 \) kullanmamız gerektiğini söyler. Bu çelişkiyi gidermek için, denklemin stokiyometrisini sağlayacak şekilde hacim/molekül oranını düşünmeliyiz. Denklemdeki katsayılar, reaksiyona giren gazların hacim oranlarını da verir: \( V_{\text{N}_2} : V_{\text{O}_2} = 2 : 1 \). Eğer başlangıç hacimleri eşitse (V olsun), \( \text{O}_2 \)'nin tamamı (V) reaksiyona girerken, \( \text{N}_2 \)'nin sadece V/2'si reaksiyona girer. Fakat soruda "tamamı tükeniyor" denmiş. Bu durumda başlangıçtaki molekül sayıları oranı, denklemdeki katsayılar oranının tersi olmalıdır ki her ikisi de aynı anda tükensin. Yani \( \text{N}_2 / \text{O}_2 = 1/2 \) olursa, \( \text{O}_2 \) bitene kadar \( \text{N}_2 \)'nin yarısı kullanılır ve ikisi de biter. Bu, Gay-Lussac'ın Hacim Oranları Kanunu'nun bir sonucudur.
✅ Sonuç: Reaksiyona giren gazların molekül sayıları oranı, denklem katsayılarına eşittir: \( \frac{\text{N}_2}{\text{O}_2} = \frac{2}{1} \). Bu durum Gay-Lussac'ın Hacim Oranları Kanunu ile açıklanır.
