Bir gazın kritik sıcaklığı, o gazın basınç uygulanarak sıvılaştırılabileceği en yüksek sıcaklıktır. Bu sıcaklığın üzerinde, ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın, gaz sıvılaştırılamaz. Kritik sıcaklık, gaz molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin (intermoleküler kuvvetler) gücüyle doğrudan ilişkilidir.
- Kritik Sıcaklık ve Moleküller Arası Kuvvetler: Moleküller arası çekim kuvvetleri ne kadar zayıfsa, gaz moleküllerini bir arada tutmak o kadar zorlaşır ve dolayısıyla gazı sıvılaştırmak için daha düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyulur. Bu da kritik sıcaklığın daha düşük olması anlamına gelir. Tam tersine, moleküller arası çekim kuvvetleri ne kadar güçlüyse, kritik sıcaklık o kadar yüksek olur.
- Moleküller Arası Kuvvetler ve Molekül Büyüklüğü: Genellikle, bir molekülün kütlesi ve boyutu arttıkça, moleküller arası çekim kuvvetleri (özellikle London dağılım kuvvetleri) de artar. Daha küçük ve hafif moleküller, daha zayıf çekim kuvvetlerine sahiptir.
- Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- Helyum (He): Tek atomlu, periyodik tablodaki en hafif ve en küçük elementlerden biridir. Moleküller arası çekim kuvvetleri (sadece London kuvvetleri) son derece zayıftır. Bu nedenle, Helyum'u sıvılaştırmak çok zordur ve kritik sıcaklığı diğer seçeneklere göre çok düşüktür (yaklaşık $-267.9^\circ C$ veya $5.2 K$).
- Azot ($N_2$): İki atomlu bir moleküldür. Helyum'dan daha büyük ve daha ağırdır. Moleküller arası çekim kuvvetleri Helyum'dan daha güçlüdür. Kritik sıcaklığı yaklaşık $-146.9^\circ C$'dir.
- Oksijen ($O_2$): İki atomlu bir moleküldür. Azot'a benzer büyüklükte ve ağırlıktadır, dolayısıyla benzer güçte moleküller arası çekim kuvvetlerine sahiptir. Kritik sıcaklığı yaklaşık $-118.6^\circ C$'dir.
- Karbon dioksit ($CO_2$): Üç atomlu bir moleküldür. Diğerlerine göre daha büyük ve daha ağırdır. Daha fazla elektronu olduğu için London kuvvetleri diğerlerine göre daha güçlüdür. Bu nedenle kritik sıcaklığı diğerlerine göre oldukça yüksektir (yaklaşık $31.0^\circ C$).
- Sonuç: Yukarıdaki değerlendirmelere göre, moleküller arası çekim kuvvetleri en zayıf olan gaz Helyum'dur. Bu da Helyum'un en düşük kritik sıcaklığa sahip olduğu anlamına gelir.
Cevap C seçeneğidir.
