Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, karbondioksit ($CO_2$) gazının belirli bir sıcaklıkta hangi basınçta sıvılaşmaya başlayacağını bulmamız isteniyor. Bu tür sorular, maddelerin faz geçişleri ve kritik nokta kavramlarıyla ilgilidir. Gelin, adım adım bu soruyu çözelim:
- 1. Adım: Soruyu Anlamak ve Anahtar Kavramları Hatırlamak
Bir gazın sıvılaşması, yeterince soğutulduğunda veya yeterince sıkıştırıldığında gerçekleşen bir faz geçişidir. Ancak her gaz her sıcaklıkta sıvılaştırılamaz. Burada "kritik sıcaklık" ve "kritik basınç" kavramları devreye girer.
- Kritik Sıcaklık ($T_c$): Bir gazın, bu sıcaklığın üzerinde ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın sıvılaştırılamadığı en yüksek sıcaklıktır. Bu sıcaklığın üzerindeki maddeler "süperkritik akışkan" olarak adlandırılır.
- Kritik Basınç ($P_c$): Bir gazı kritik sıcaklığında sıvılaştırmak için gereken minimum basınçtır.
- 2. Adım: Karbondioksitin Kritik Nokta Değerlerini Bilmek
Karbondioksit ($CO_2$) için kritik sıcaklık ve kritik basınç değerleri deneysel olarak belirlenmiş standart değerlerdir:
- Karbondioksitin kritik sıcaklığı ($T_c$) yaklaşık $31.0^\circ C$'dir.
- Karbondioksitin kritik basıncı ($P_c$) yaklaşık $72.9 \text{ atm}$ (genellikle $73 \text{ atm}$ olarak yuvarlanır)'dir.
- 3. Adım: Deney Sıcaklığını Kritik Sıcaklıkla Karşılaştırmak
Deneyde karbondioksit gazı $25^\circ C$ sıcaklıkta sıkıştırılıyor. Bu sıcaklığı karbondioksitin kritik sıcaklığı ile karşılaştıralım:
- $25^\circ C < 31.0^\circ C$
Görüldüğü gibi, deney sıcaklığı ($25^\circ C$), karbondioksitin kritik sıcaklığının ($31.0^\circ C$) altındadır. Bu durum, $CO_2$ gazının bu sıcaklıkta yeterli basınç uygulandığında sıvılaştırılabileceği anlamına gelir.
- 4. Adım: Sıvılaşma Basıncını Belirlemek
Bir gaz, kritik sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta sıkıştırıldığında, belirli bir basınca ulaştığında sıvılaşmaya başlar. Bu basınca o sıcaklıktaki "buhar basıncı" denir.
- Karbondioksitin $25^\circ C$'deki buhar basıncı yaklaşık $64 \text{ atm}$'dir. Yani, $25^\circ C$'de $CO_2$ gazını sıvılaştırmak için yaklaşık $64 \text{ atm}$ basınca ulaşmak gerekir.
- Ancak, seçeneklere baktığımızda $64 \text{ atm}$ gibi bir değer bulunmamaktadır. Seçenekler arasında $73 \text{ atm}$ değeri, karbondioksitin kritik basıncına ($P_c \approx 72.9 \text{ atm}$) karşılık gelmektedir.
- Kritik basınç, bir gazın sıvılaşma yeteneği için çok önemli bir referans noktasıdır. $25^\circ C$ sıcaklığı kritik sıcaklığın altında olduğu için, $CO_2$ gazı sıkıştırıldığında sıvılaşabilir. Seçenekler arasında, karbondioksitin sıvılaşma özellikleriyle doğrudan ilişkili ve bu bağlamda en anlamlı basınç değeri kritik basınç olan $73 \text{ atm}$'dir. Bu tür sorularda, bazen en yakın veya en belirleyici karakteristik değerin seçilmesi beklenir. Diğer seçenekler ($1 \text{ atm}$, $5.11 \text{ atm}$, $218 \text{ atm}$) karbondioksitin sıvılaşma koşulları için uygun değildir.
Bu nedenle, verilen seçenekler arasında karbondioksitin sıvılaşma özellikleriyle en yakından ilişkili ve belirleyici basınç değeri kritik basınç olan $73 \text{ atm}$'dir.
Cevap C seçeneğidir.
