Özdeş iki balondan birini helyum gazıyla, diğerini aynı sıcaklık ve basınçta karbondioksit gazıyla şişiriyoruz. Her iki balon da aynı hacme ulaşıyor.
Bu durumla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, gazların davranışlarını ve temel özelliklerini anlamak için önemli bir senaryo inceliyoruz. İki özdeş balonu, aynı sıcaklık ve basınçta farklı gazlarla (helyum ve karbondioksit) şişirip aynı hacme ulaştırdığımızda neler olduğunu değerlendireceğiz. Şimdi adım adım seçenekleri inceleyelim:
İdeal gaz denklemi $PV = nRT$ şeklindedir. Burada:
Soruda, her iki balon için sıcaklık ($T$), basınç ($P$) ve hacim ($V$) değerlerinin aynı olduğu belirtilmiştir. Eğer gazlar ideal davranış sergileseydi, bu durumda $n$ (mol sayısı) değerlerinin de eşit olması gerekirdi. Avogadro Yasası'na göre, aynı sıcaklık ve basınçta, eşit hacimdeki tüm gazlar eşit sayıda molekül içerir.
Ancak, gazlar her zaman ideal davranış sergilemezler. Özellikle molekül büyüklüğü ve moleküller arası çekim kuvvetleri arttıkça, gazlar ideal davranıştan sapmaya başlarlar. Helyum (He) çok küçük bir atomdur ve moleküller arası çekim kuvvetleri yok denecek kadar azdır, bu yüzden ideal gaza çok yakın davranır.
Karbondioksit ($CO_2$) ise helyuma göre daha büyük bir moleküldür ve moleküller arası çekim kuvvetleri (dipol-dipol etkileşimleri ve London kuvvetleri) daha fazladır. Bu nedenle, karbondioksit gazı, helyum gazına göre ideal gaz davranışından daha fazla sapar.
Aynı $P$, $V$, $T$ koşullarında, ideal gazdan sapma gösteren bir gazın mol sayısı, ideal gazın mol sayısından farklı olabilir. Karbondioksit gibi moleküller arası çekim kuvvetleri olan gazlar, genellikle ideal gazlara göre aynı hacimde daha fazla molekül içerirler (çünkü moleküller birbirini çektiği için daha sıkışık olabilirler veya molekül hacimleri nedeniyle serbest hacim azalır). Bu durumda, her iki balondaki gaz molekülü sayısı eşit olmayacaktır.
Yukarıda açıkladığımız gibi, helyum ideal gaza çok yakın davranırken, karbondioksit ideal gazdan daha fazla sapar. Bu sapma nedeniyle, aynı sıcaklık, basınç ve hacimde olsalar bile, her iki balondaki gaz molekülü sayısı tam olarak eşit olmayacaktır. Karbondioksit balonu, helyum balonuna göre biraz daha fazla molekül içerebilir. Dolayısıyla bu ifade **yanlıştır**.
Gazların mol kütlelerini ($M_w$) hesaplayalım:
Karbondioksit molekülü, helyum atomundan çok daha ağırdır. Eğer mol sayıları eşit olsaydı bile karbondioksitin kütlesi daha fazla olurdu. Gerçek gaz sapması nedeniyle karbondioksit balonunda molekül sayısı biraz daha fazla olabileceği için kütle farkı daha da belirginleşir. Bu ifade **doğrudur**.
Gazlar, atomlardan (helyum gibi) veya moleküllerden (karbondioksit gibi) oluşan tanecikli bir yapıya sahiptir. Bu, maddenin temel özelliklerinden biridir. Bu ifade **doğrudur**.
Eylemsizlik (atalet), bir cismin kütlesiyle doğru orantılıdır. Kütlesi az olan bir cismin eylemsizliği de azdır. Karbondioksit dolu balonun kütlesinin helyum dolu balondan daha fazla olduğunu B seçeneğinde belirlemiştik. Dolayısıyla, helyum gazının kütlesi daha az olduğu için eylemsizliği de daha azdır. Bu ifade **doğrudur**.
Sonuç olarak, B, C ve D seçeneklerindeki ifadeler doğruyken, A seçeneğindeki ifade gerçek gaz davranışları göz önüne alındığında yanlıştır.
Cevap A seçeneğidir.
