Sabit sıcaklıkta bir gazın hacmi artırıldığında, gaz molekülleri ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğru olur?
A) Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi artar
B) Moleküllerin birim zamanda kabın çeperine yaptığı çarpma sayısı azalır
C) Moleküllerin hızı artar
D) Moleküller arası çarpışma sıklığı artar
Bu soruyu çözmek için, gazların temel özelliklerini ve ideal gaz yasalarını hatırlayalım. Özellikle sabit sıcaklık ve hacmin artırılması durumlarının moleküler düzeydeki etkilerini adım adım inceleyelim.
-
Sabit Sıcaklık Kavramı: Bir gazın sıcaklığı, o gazı oluşturan moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Eğer sıcaklık sabit tutuluyorsa, gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi de sabit kalır. Kinetik enerji formülü $KE = \frac{1}{2}mv^2$ olduğundan, molekül kütlesi (m) sabit olduğuna göre, ortalama kinetik enerji sabitse moleküllerin ortalama hızı (v) da sabit kalır.
-
A) Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi artar: Soruda sıcaklığın sabit olduğu belirtilmiştir. Sıcaklık sabit olduğunda, gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi de sabit kalır, artmaz. Bu nedenle A seçeneği yanlıştır.
-
C) Moleküllerin hızı artar: Ortalama kinetik enerji sabit kaldığı için, moleküllerin ortalama hızı da sabit kalır. Hızın artması için sıcaklığın artması gerekir. Bu nedenle C seçeneği yanlıştır.
-
D) Moleküller arası çarpışma sıklığı artar: Gazın hacmi artırıldığında, aynı sayıdaki gaz molekülü daha geniş bir alana yayılır. Bu durum, gazın yoğunluğunu (birim hacimdeki molekül sayısı) azaltır. Moleküllerin birbirleriyle çarpışma olasılığı, birim hacimdeki molekül sayısı azaldığı için düşer. Dolayısıyla, moleküller arası çarpışma sıklığı azalır. Bu nedenle D seçeneği yanlıştır.
-
B) Moleküllerin birim zamanda kabın çeperine yaptığı çarpma sayısı azalır: Gazın hacmi artırıldığında, moleküllerin ortalama hızı sabit kalsa da (çünkü sıcaklık sabit), kabın çeperlerine ulaşmak için kat etmeleri gereken ortalama mesafe artar. Ayrıca, birim hacimdeki molekül sayısı (gaz yoğunluğu) azaldığı için, birim zamanda çepere çarpan molekül sayısı da azalır. Bu iki etki birleştiğinde, birim zamanda kabın çeperine yapılan çarpma sayısı azalır. Bu durum, gazın basıncının düşmesine de neden olur (çünkü basınç, birim zamanda birim yüzeye yapılan çarpma kuvvetiyle orantılıdır). Bu nedenle B seçeneği doğrudur.
Cevap B seçeneğidir.
