Gazların kinetik teorisi Test 1

Bir gazın sıcaklığı artırıldığında aşağıdaki değişikliklerden hangisi gözlenmez?

A) Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar
B) Gaz moleküllerinin ortalama hızı artar
C) Gazın basıncı sabit hacimde artar
D) Gaz moleküllerinin kütlesi artar

Sevgili öğrenciler, bu soru bir gazın sıcaklığı artırıldığında moleküler düzeyde ve makroskopik düzeyde hangi değişikliklerin meydana geldiğini anlamamızı istiyor. Seçenekleri tek tek inceleyerek doğru cevabı bulalım:

• A) Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar

  Sıcaklık, bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Mutlak sıcaklık ($T$) ile ortalama kinetik enerji ($E_k$) arasında doğrudan bir ilişki vardır: $E_k = \frac{3}{2}kT$ (burada $k$ Boltzmann sabitidir). Bu nedenle, bir gazın sıcaklığı artırıldığında, moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi de artar. Bu ifade doğrudur.

• B) Gaz moleküllerinin ortalama hızı artar

  Kinetik enerji, molekülün kütlesi ($m$) ve hızı ($v$) ile ilişkilidir: $E_k = \frac{1}{2}mv^2$. Eğer gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artıyorsa (A seçeneğinde açıkladığımız gibi) ve moleküllerin kütlesi değişmiyorsa, moleküllerin ortalama hızı da artmak zorundadır. Daha yüksek kinetik enerji, daha hızlı hareket eden moleküller anlamına gelir. Bu ifade doğrudur.

• C) Gazın basıncı sabit hacimde artar

  İdeal Gaz Yasası'na göre $PV = nRT$ (burada $P$ basınç, $V$ hacim, $n$ mol sayısı, $R$ ideal gaz sabiti ve $T$ mutlak sıcaklıktır). Eğer gazın hacmi ($V$) sabit tutulur ve gazın mol sayısı ($n$) değişmezse, sıcaklık ($T$) arttığında basınç ($P$) da artmak zorundadır. Moleküllerin daha hızlı hareket etmesi (B seçeneği) ve daha yüksek kinetik enerjiye sahip olması (A seçeneği), kabın duvarlarına daha sık ve daha şiddetli çarpmalarına neden olur, bu da basıncı artırır. Bu ifade doğrudur.

• D) Gaz moleküllerinin kütlesi artar

  Bir gaz molekülünün kütlesi, o molekülü oluşturan atomların ve dolayısıyla proton, nötron ve elektronların toplam kütlesidir. Sıcaklık, moleküllerin hareket enerjisini etkiler, ancak moleküllerin yapısını veya kütlesini değiştirmez. Örneğin, bir oksijen molekülü ($O_2$) ister soğuk ister sıcak olsun, her zaman aynı kütleye sahiptir. Bu nedenle, sıcaklık artışı gaz moleküllerinin kütlesini değiştirmez. Bu ifade gözlenmez.

Yukarıdaki analizlere göre, bir gazın sıcaklığı artırıldığında gözlenmeyen değişiklik D seçeneğinde verilmiştir.

Cevap D seçeneğidir.