Ünite II Ders_5 Ayırt Edici Özellikler - Yoğunluk (Özkütle)

Özkütle (Yoğunluk - d)

• Tanımı: Birim hacmin kütlesidir.
• Özkütleye yoğunluk da denir.
• Sembolü "d" harfidir.
• Arkadaşlar, özkütlesi büyük olan maddeler ağırdır, küçük maddeler de hafiftir. Bu yüzden, gazların özkütlesi hep katı ve sıvılardan daha küçüktür.
• Bir maddenin özkütlesini hesaplamak oldukça basittir. Maddenin kütlesini hacmine böleriz, o kadar. Yani özkütlenin formülü şöyledir:

Özkütlenin Formülü (Yakından görmek için resme tıklayınız)

Yukarıdaki formülde basit bir içler dışlar çarpımı yaparsak kütle (m) ve hacmin (V) de formülü ortaya çıkar: 

• m=d.v
• V=m/d

• Kütlenin birimi  g (gram) ve hacmin birimi de cm³ alındığında özkütlenin birimi de g/cm³ olacaktır.
• Ökütle; kütle ve hacim ile hesaplandığı için özkütle sorularında, kütle-hacim-özkütle üçlüsünün ikişerli olarak grafikleri sık sık karşımıza çıkacaktır. Madde gaz değilse ve sıcaklık sabitse bu grafikler her zaman şöyle olur:

Sabit Sıcaklıkta Bir Katı veya Sıvının Özkütle-Kütle-Hacim İlişkisi

Yukarıdaki grafiklere bakınca:

• Kütle-hacim garafiğinden: Kütlesi artan maddenin hacmi de kütlesi oranında artar. Böylece özkütlesi değişmez.
• Özkütle-hacim grafiğinden: Hacmi artan bir maddenin özkütlesi değişmez.
• Özkütle-kütle grafiğinden: Kütlesi artsa da bir maddenin özkütlesi değişmez.

Örnek:

Yukarıda kütle-hacim grafikleri verilen X ve Y maddelerinin özkütlelerini hesaplayınız.

 Çözüm: 

Arkadaşlar, özkütle için her iki maddenin de kütle ve hacim değerlerini bilmemiz gerekir. Zaten grafik de bu yüzden verilmiştir. Grafiğe bakarsak:

X maddesinin kütlesi 30 gramken hacmi de 40 cm3 oluyor. O zaman özkütlesi de 30/40=0,75 g/cm3 olur.

Yine grafiğe baktığımızda, Y maddesinin kütlesi 10 gramken hacmi 40 cm3 oluyor. O zaman özkütlesi 10/40=0,25 g/cm3 olur.

Kimya Basittir: Unutmayalım, grafikler, bize, soruda sorulan şeyi bulmamız için gereken sayıları veya ilişkileri verir. Yani korkulacak değil tam aksine görünce sevinmemiz gereken şeylerdir garafikler...

Yoğunluğu Etkileyen Faktörler

Kimya Basittir: Arkadaşlar, bir maddenin molekülleri veya atomları birbirine yaklaştıkça maddenin yoğunluğu artar, maddenin atomları veya molekülleri birbirinden uzaklaştıkça maddenin yoğunluğu azalır yani moleküller sıkıştıkça maddenin yoğunluğu artar...

• Mesela bir gazı sıkıştırırsak, hacmi küçülür, molekküller birbirine yaklaşır, sonuçta özkütlesi artar.
• Katıların molekülleri veya atomları birbirine sıvılardan daha yakındır, bu yüzden katıların yoğunluğu sıvılardan yüksektir.
• Sıvıların molekülleri veya atomları birbirine gazlardan daha yakındır, bu yüzden sıvıların yoğunluğu gazlardan yüksektir.

Lafı çok uzatmadan başlığı daha derli toplu verelim. Özkütleyi 4 şey etkiler veya değiştirebilir. Bunlar:

1. Madde cinsi
2. Sıcaklık
3. Basınç
4. Safsızlık

Şimdi sırayla bu dört faktörü inceleyelim:

1-Madde Cinsi

• Özkütle, ayırt edici bir özellik olduğundan (parmak izi gibi), tabi ki de her maddenin kendine ait bir özkütlesi vardır.
• Arkadaşlar, burda şunu da kulak ardı etmeyelim: Milyonlarda saf madde vardır, içlerinden mutlaka özkütleleri aynı olanlar çıkacaktır. Yani her saf maddenin özkütlesi kesinlikle farklıdır diyemeyiz. Fakat, özkütleleri aynı denk gelse bile, bu defa kaynama noktaları farklı olacak ya da diğer ayrıt edici özellikler farklı olacaktır.

2-Sıcaklık

• Isınan madde genleşir, yani molekülleri biribirinden uzaklaşır. Böylece yoğunluğu azalır.
• Soğuyan madde de büzüşür yani molekülleri birbirine yaklaşır. Böylece yoğunluğu artar.
• Arkadaşlar burda gazlara dikkat edecez. Sabit hacimli bir kaptaki gazı ısıtsak da soğutsak da hacmi sabit olduğundan, ısıtma veya soğutma ile kütlesi de değişmeyeceğinden yoğunluğu değişmez.
• Burda grafiklere de dikkat edecez. Bir madde ısındıkça kütlesi değişmez ama özkütlesi azalır. Bir madde ısındıkça hamci artar ama özkütlesi azalır.

Suyun Özel Durumu

Arkadaşlar su bazen diğer maddelerden farklı davranır. Normal bir maddede, katı halin yoğunluğu daha büyükken, suda katı hal sıvı halden daha az yoğundur. Yani katı su sıvı suyun üzerinde yüzer. Yani buz suyun üzerinde yüzer. Buzlu kola içerken bunu mutlaka görmüşsünüzdür.

Demek ki buz halinde iken su moleküller daha uzak, sıvı halde iken su moleküller daha sıkışık, daha yakın yani daha yoğundur. Grafiklere dikkat edelim:

Suyun, Sıckalık ile Özkütlesi ve Hacmi Arasındaki İlişkiyi Gösteren Grafikler

Yukarıdaki grafikler bize der ki: 4 derecede suyun hacmi en küçük yoğunluğu da en büyüktür. 4 dereceden daha sıcak veya daha soğuk tarafa gittikçe, suyun hacmi artar (genleşir yani) yoğunluğu da azalır. Bu yüzden, cam bir şişedeki suyu buz dolabına koyup dondurursak içindeki su genleşir ve şişe kırılır.

Sonuç olarak: Diğer maddeler sadece ısındığında genleşirken, su soğudunda da genleşir (4 derecenin altındaki sıcaklıklarda)! Suyun bu özelliği Bizmut (Bi) ve Antimon (Sb) elementlerinde de vardır.

3-Basınç

Arkadaşlar, basınç uygulamak derken bir maddenin üzerine veya her yerine baskı uygulayıp sıkıştırmayı kastediyoruz. Mesela bir kartopunu avcumuza alıp sıktığımızda, kartopuna bir basınç uygulamış oluruz... Örnekten de anladığımız gibi, basıncı bazen elimiz ile biz yaparız bazen de bu işi atmosfere veya başka bir gaza bırakırız. 

Hangi şekilde olursa olsun, bir katı veya sıvıya baskı uygulamak, yani üzerindeki basıncı arttırmak o katı veya sıvının yoğunluğunu pek etkilemez fakat biz hiç etkilemediğini kabul edecez. Yani biz sıkıştırıyoruz diye bir katı veya sıvının molekülleri birbirine daha çok yaklaşmaz. Zaten katı ve sıvı molekülleri birbirine yeterince yakındır.

Yani, basınç katı ve sıvıların yoğunluğunu değiştirmez.

Fakat gazlarda durum farklıdır. Gazlarda, moleküller arasında devasa boşluklar olduğundan, gaza basınç uyguladığımızda, bu moleküller, birbirine yakalşırlar, gazın hacmi azalır ve yoğunluğu artar. Aslında bu duruma biz tam olarak Boyle-Mariotte Kanunu diyoruz. Bu kanunu gazları anlatırken inceleyeceğiz.

Aşağıdaki resimde, piston aşağı itildiğinde gazın hacminin nasıl azaldığını görüyoruz. Yani bir şırınganın ağzını kapatıp pistonundan itiyoruz ve içindeki havayı sıkışıtırıyoruz:

Sıkıştırılan Gazın Hacmi Azalır Yoğunluğu Artar

4-Safsızlık

• Arkadaşlar, safsızlık derken aslında bir maddeye başka bir madde eklemeyi kastediyoruz. Yani fizik dersinden bildiğimiz karışımların yoğunluğu konusu yani.
• Arkadaşlar, karışım veya saf madde farketmez, her maddenin yoğunluğu aynı formül ile bulunur (d=m/V). Kütlesini hacmine bölecen o kadar.
• Şunu söylecem, kalanını fizik dersine bırakacam: İki madde karışırsa, oluşan karışımın yoğunluğu, karışan maddelerin yoğunlukları arasında bi yerde olur. Mesela yoğunlğu 2 birim olan bir madde ile yoğunluğu 4 birim olan başka bir madde karışırsa karışımın yoğunluğu 2 birimden büyük 4 birimden küçük olur.

Hal değişim sıcaklıkları ile devam ediyoruz.

sonraki ders için tıklayınız