Gaz Karışımları ve Gerçek Gazlar

Soluduğun havada mavi azot (N₂) ve kırmızı oksijen (O₂) molekülleri birlikte dolaşır: her 38 taneciğin 30'u azot, 8'i oksijen. Gazlar her oranda karışır ve kabın her yerine eşit dağılır.

Çepere değen her tanecik kendi renginde parlar. Her gaz, kapta tek başınaymış gibi kendi tanecik sayısınca çarpar ve kendi basıncını yapar. Bu paya kısmi basınç denir: N₂ için 0,79 atm, O₂ için 0,21 atm.

İki sütunu üst üste koy: kabın toplam basıncı çıkar, $0{,}79 + 0{,}21 = 1$ atm. Bu Dalton kısmi basınçlar yasasıdır. Kısmi basınç gazın türüne değil, tanecik (mol) sayısına bağlıdır.

Kapta yalnız 12 N₂ var: 3 atm. Hacim ve sıcaklık sabitken 4 O₂ eklenir. N₂'nin sütunu yerinde kalır; artan yalnız toplam basınçtır: $3 + 1 = 4$ atm.

12 N₂ ve 4 O₂ var: N₂'nin mol kesri $\tfrac{12}{16} = 0{,}75$. Toplam 4 atm'nin 0,75'i, yani 3 atm N₂'nindir. Aynı kapta kısmi basınçların oranı mol sayılarının oranıdır.

Solda 1 L H₂, sağda 1 L He var; ikisi de 1 atm. Ortadaki 2 L'lik küre boştur. Musluklar kapalıyken her gaz yalnız kendi küresinde dolaşır.

Musluklar açılınca iki gaz da bütün kürelere yayılır; sıcaklık sabit. Her gaz için Boyle: $1 \cdot 1 = P \cdot 4$, $P = 0{,}25$ atm. İki gazın toplamı $0{,}5$ atm olur.

Erlendeki tepkimeden çıkan N₂ borudan ters şişeye kabarcıklarla girer ve şişedeki suyu aşağı iter. Şişede biriken gaz saf değildir: su yüzeyinden kopan su buharı tanecikleri de aradadır.

İç ve dış su düzeyleri eşitken şişedeki toplam basınç açık hava basıncıdır: 750 mmHg. 60 °C'de suyun buhar basıncı 149 mmHg; N₂'ye $750 - 149 = 601$ mmHg kalır.

Dipte su, üstünde N₂ ve su buharı var. Pistonu itince N₂'nin basıncı artar; buharınki 149 mmHg'de kalır, fazla buhar tanecikleri yoğuşup suya katılır. Sıvısıyla dengedeki bu buharın basıncına doygun buhar basıncı denir.

Doygun buhar basıncı yalnız sıcaklığa ve sıvının türüne bağlıdır: suda 20 °C'de 17,5, 60 °C'de 149, 80 °C'de 355 mmHg. Buhar basıncı dış basınca (760 mmHg) ulaşınca su kaynar.

İdeal gazda taneciklerin hacmi ve aralarındaki çekim yok sayılır. Gerçek N₂ tanecikleri ise yer kaplar ve birbirini çeker. Yüksek sıcaklık ve düşük basınçta bu etkiler küçüktür: $\tfrac{PV}{nRT} \approx 1$.

Soğuyan tanecikler yavaşlar, aralarındaki çekim etkin olur (sarı çizgiler): oran 1'in altına iner. Sıcaklık yüksekken çok sıkıştırırsan bu kez taneciklerin kendi hacmi öne çıkar: oran 1'i aşar.

Diyagram, CO₂'nin hangi sıcaklık ve basınçta katı, sıvı ya da gaz olduğunu gösterir. Üçlü nokta 5,1 atm'de olduğundan 1 atm'de sıvı CO₂ yoktur: kuru buz −78,5 °C'de doğrudan gaza geçer (süblimleşme).

Suyun üçlü noktası 0,006 atm'de. 1 atm çizgisi önce katı–sıvı, sonra sıvı–gaz çizgisini keser: buz 0 °C'de erir, su 100 °C'de kaynar. Hâl değişirken sıcaklık sabit kalır. Buz sudan az yoğundur.

CO₂'nin kritik sıcaklığı 31 °C. 25 °C'deki CO₂ bir buhardır: sıkıştırınca dipte sıvı birikir. 40 °C'de bir gazdır: piston ne kadar inerse insin sıvı oluşmaz, tanecikler yalnız sıkışır.

Kompresör akışkanı sıkıştırıp ısıtır; arkadaki yoğuşturucuda ısısını mutfağa verir ve sıvılaşır. Genleşme vanasından geçince basıncı düşer ve soğur (Joule-Thomson olayı); buharlaştırıcıda buharlaşırken dolabın içinden ısı çeker.

Dalton: $P_{\text{top}} = \sum P_i$, $P_i = X_i P_{\text{top}}$. Su üstünde $P_{\text{top}} = P_{\text{gaz}} + P_{\text{H}_2\text{O}}$. Doygun buhar basıncı yalnız sıcaklığa bağlı. Gerçek gaz yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta sapar. Kritik sıcaklığın altında buhar, üstünde gaz.