Yalıtılmış düzende SO2 gazının küçük bir delikten sızarak B kabına genleşmesi (Joule–Thomson olayı) durumunda verilen I–IV yargılarından hangileri doğrudur?

, , , ,
1

17660835673608396571318782565839
176608356736083965713187825658391920×3409 984 KB

Thomson Olayı

Piston A B
SO2(g) Boş
Şekil - 1 T1

Piston
SO2(g)
Şekil - 2 T2

Yalıtılmış ortamda bulunan yukarıdaki sistemde (Şekil-1) piston itilerek T1 sıcaklığındaki SO2 gerçek gazının çok küçük bir delikten sızarak B kabında genleşmesi sağlanıyor (Şekil-2).

Buna göre,
I. T2 > T1’dir.
II. SO2 gazı yerine CO2 gazının genleşmesi sağlanırsa T1 ve T2 sıcaklıkları arasındaki farkın artması beklenir.
III. SO2 gazının B kabında genleşmesi sırasında moleküller arasındaki etkileşimlerin kırılması için gereken enerji kendi iç enerjisinden sağlanır.
IV. B bölmesine genleşmiş SO2 gazının ortalama kinetik enerjisi, genleşmeden önce A bölmesindeki SO2 gazınkinden düşüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?
(CO2 = 44 g/mol SO2 = 64 g/mol)

A) Yalnız III B) I ve II C) III ve IV D) I, III ve IV E) II, III ve IV

Genel açıklama: Görsel, yalıtılmış bir düzende küçük bir delikten sızarak gerçekleşen gerçek gaz genleşmesi (Joule–Thomson olayı) üzerine, SO2 ve CO2 için sıcaklık değişimi, iç enerji ve ortalama kinetik enerjiye ilişkin yargıların sorgulandığı çoktan seçmeli bir kimya/termodinamik sorusudur.

2

Doğru cevap: C) II, III ve IV

Önce metni kısaca toparlayalım:

  • Şekil–1’de, yalıtılmış ortamda A kabında SO_2 (g) , B kabında boşluk (vakum) var.
  • Piston itilip, SO_2 gazı B kabına engel olmadan serbestçe genişliyor → Şekil–2.
  • Başlangıç sıcaklığı: T_1 , son sıcaklık: T_2 .

Bu, yalıtılmış ortamda vakuma karşı serbest genleşme (Joule genişlemesi) örneği.

Bu tür bir süreçte:

  • Isı alışverişi yok: Q = 0
  • Dış basınca karşı iş yok (vakum): W = 0
  • \Delta U = Q + W = 0 \Rightarrow \Delta U = 0
  • İdeal gaz için U sadece sıcaklığa bağlı olduğundan: \Delta T = 0 \Rightarrow T_1 = T_2

Şimdi yargıları inceleyelim:

I. $ T_1 > T_2 $’dir.

Serbest genleşmede (özellikle ideal gaza yakın davranışta) iç enerji değişmiyor, dolayısıyla sıcaklık değişmez:
T_1 = T_2 olmalı.

Bu ifade yanlış.

II. SO_2 gazı yerine CO_2 gazının genleşmesi sağlanırsa, T_1 ve T_2 sıcaklıkları arasındaki farkın artması beklenir.

Gerçek (ideal olmayan) gazlar için Joule–Thomson etkisi nedeniyle serbest genleşmede küçük sıcaklık değişimleri görülebilir ve bu etki gaz türüne göre farklıdır.
CO_2 , $ SO_2 ’ye göre **daha belirgin sapmalar** gösterebilir, sıcaklık farkı ( |T_1 - T_2| $ ) daha büyük olabilir.

Bu, sorunun bağlamında doğru kabul edilir.

III. SO_2 gazının B kabında genleşmesi sırasında, moleküller arasındaki etkileşimin kırılması için gereken enerji kendi iç enerjisinden sağlanır.

Gerçek bir gazda moleküller arası çekim kuvvetlerini “kırıp” hacmi artırmak için enerji gerekir. Yalıtılmış sistemde dışarıdan ısı alamadığına göre bu enerji gazın iç enerjisinden gelir; bu da sıcaklığın azalması yönünde etki eder.

Bu ifade doğru.

IV. B bölmesinde genleşmiş SO_2 gazının ortalama kinetik enerjisi, son durumda A bölmesindeki SO_2 gazınınkinin düşüktür.

Genleşme sonucunda gerçek gaz için sıcaklık bir miktar azalmış kabul ediliyor (III’teki açıklama).
Ortalama kinetik enerji \propto T olduğuna göre, son durumda:

  • B’deki $ SO_2 $’nin sıcaklığı daha düşük,
  • Dolayısıyla ortalama kinetik enerjisi de daha düşük olur.

Bu ifade de doğru.

Sonuç

  • I: Yanlış
  • II: Doğru
  • III: Doğru
  • IV: Doğru

Dolayısıyla doğru seçenek: C) II, III ve IV

TERİMLER:

İç enerji ( U ): Bir sistemdeki taneciklerin tüm kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı.

Serbest genleşme (Joule genleşmesi): Gazın vakuma doğru engel olmadan, dış basınca karşı iş yapmadan genişlemesi.

Joule–Thomson etkisi: Gerçek gazların basınç değişimi sırasında, ısı alışverişi olmadan sıcaklıklarının artması ya da azalması olayı.