Gazların Mol tartılarının Hesaplanması İçin Yöntemler

Buhar Yoğunluklarından Hareketle Mol Kütlesi Tayini ( Dumas Yöntemi ): Şekil 1 : Uçucu sıvıların mol tartılarını belirlemekte kullanılan birkaç cm3 lük örnek kabı. Bu yöntem kolayca buharlaşabilen sıvıların mol tartılarının belirlenmesinde yararlanılır. Şekil 1 de görüldüğü gibi, ucundaki kapiler yardımıyla sıvı ve buharın giriş ve çıkışını sağlayan birkaç cm3 lük hacime sahip baloncuk şeklindeki örnek kabı; Normal deney koşullarında havayla doldurularak tartılarak mbalon+hava büyüklüğü belirlenir. Daha sonra baloncuk bir su banyosunda hafifçe ısıtılarak, kapiler uç mol tartısı belirlenecek sıvıya daldırılır. Böylece baloncuk soğurken mol tartısı belirlenecek madde baloncuğa alınmış olur. Yeterince sıvı alındıktan sonra, balon sıvının kaynama noktasında tutularak sıvının tümü buharlaştırılır. Kapiler borunun ucu kapatılarak sıvı buharıyla dolu balon tartılarak mbalon+sıvı büyüklüğü belirlenir. Son olarak ısıtılarak çözünmüş gazı uzaklaştırılmış suya daldırılan balonun kapiler kısmı kırılarak içerisine su doldurulur ve suyunla dolu balonun kütlesi mbalon+su belirlenir. Tartma işleminin yapıldığı laboratuvar şartlarında su ve havanın yoğunluğu literatür değerlerinden belirlenir. Suyun yoğunluğu dsu, havanın yoğunluğu dhava olmak üzere, balon içerisindeki sıvı kütlesi, msıvı; \rm m_{sıvı} = m_{balon+sıvı} - \big[ m_{balon+hava} - \Big({ m_{balon+su} - m_{balon+hava} \over d_{su}} \big) d_{hava} \big] bağıntısından belirlenebilir. Balon ve balon içindeki gazın hacmi; \rm V = { m_{balon+su} - m_{hava+su}\over d_{su}} eşitliğinden belirlenebilir. msıvı, V, P, T büyüklükleri bağıntısında yerine konularak uçucu sıvıya ilişkin M mol tartısı belirlenir. \rm M = { m_{sıvı} RT\over PV } Victor Mayer Yöntemiyle Mol Kütlesi Tayini : Bu yöntem ilk defa 1878 yılında Zürich Üniversitesi Profesörlerinden Victor Mayer tarafından bulunmuştur. Dumas yöntemi parelelinde, uçucu sıvıların mol tartılarını belirlemek amacı ile kullanılır. Tartısı bilinen uçucu bir sıvının hacminin ölçülmesi ilkesine dayanır. Bu hacim ise; buharlaşan sıvı ile yer değiştiren aynı hacimdeki havayı oda sıcaklığındaki bir gaz büretindeki su üstüne toplama ilkesine dayanarak ölçülür. Büret içindeki gazın basıncı \rm P = P^o - P_b - { h \over 13.6} eşitliğinden elde edilir. Burada Po; barometreden okunan mm-Hg cinsinden basınç, Pb; suyun deney şartlarındaki buhar basıncı; h; cm olarak gaz büretindeki su yüksekliğidir. 13.6 sabit değeri ise g cm-3 olarak civanın yoğunluğunu gösterir. Yöntemi kullanarak duyarlık sonuçlar elde edilmek istenirse gerçek gazlarla ilgili hal denklemlerinin işleme sokulması gerekir. Bu amaçla eğer gazın a ve b van der Walls sabitleri biliniyorsa, van der Walls hal denklemi kullanılabilir. Bertholet Denklemi kullanılacak olursa tablolarda verilen kritik basınç ve sıcaklık değerleri gerekli olacaktır. Gerçek gazın mol sayısı m/M olarak alınırsa ve gazın yoğunluğu d = m/V dönüşümü yapılırsa; \rm M = \big( {m \over V} \big) \big( {RT \over P} \big) \Big[ 1\; + \; { 9 PT_c \over 128 p_cT } \big( 1 -{ 6T_c^2 \over T^2} \big) \Big] \rm M = \big( {dRT \over P} \big) \Big[ 1\; + \; { 9 PT_c \over 128 p_cT } \big( 1 -{ 6T_c^2 \over T^2} \big) \Big] yazılabilir. Kaynama noktası suyun kaynama noktasından en az 20 oC daha düşük sıvılar için Victor Mayer Yöntemi, Bertholet hal Eşitliği kullanılarak oldukça uygun sonuçlar vermektedir. Gerçek gazların düşük basınçlarda ideal gaz davranışı gösterdiklerinden daha önce söz etmiştik. P basıncının limit durumda sıfıra gitmesi halinde gaz tamamen ideal halde bulunacaktır ki bu durumda gerçek gazların mol tartıları ideal hal denkleminden yararlanılarak hesaplanabilir. Bu amaçla gaz veya sıvı buharının yoğunlukları belirli ve istenen sıcaklıkta 1 atmosferden itibaren düşürülerek yeterli sayıda ölçüm alınır. d/P = f(P) değişim eğrisi oluşturulduğunda eğer gaz idallik gösteriyorsa belirli sıcaklık için \rm { d \over P } = { M \over RT} = \; sabit sabit olacağından d/P = f(P) eğirisi P eksenine parelel konum gösterecektir. Gaz gerçek gaz davranışı göstermeğe başladığında bu değer sabir olmayacaktır. Bu nedenle elde edilen eğrinin ektrapolasyon değerinin ideal gaz gibi davrandığı basınç değerinin belirlenmesi gerekir. Bu matematiksel olarak; \rm { d \over P }_{P=0} = lim_{ P \rightarrow 0 } \big( { d \over P } \big) = { M \over RT } şeklinde gösterilebilir.