Ünite II Ders_6 Ayırt Edici Özellikler - Hal Değişim Sıcaklıkları

HAL DEĞİŞİM SICAKLIKLARI

• Arkadaşlar, bir maddenin 3 temel hali vardır. Bunlar: KATI, SIVI ve GAZ halleridir.
• Bir madde katı halden sıvı hale, sıvı halden gaz haline veya tam tersi yönde hal değiştirebilir.
• Maddenin bir halden başka bir hale dönüşmesine hal değişimi denir.
• Hal değişim olayları, her zaman maddenin ısıtılması ya da soğutulması ile olur. (Isı alış-verişi ile olur)
• Bir madde hal değiştirdiğinde, aslında maddenin tanecikleri arasındaki mesafe, boşluk değişmiş olur.
• Katıdan sıvıya veya sıvıdan gaza geçen bir maddede, tanecikler arası boşluklar artar.
• Gazdan sıvıya veya sıvıdan katıya geçen bir maddede de tanecikler arası boşluk azalır. Aşağıdaki şekle dikkat edelim:

Maddenin Sırasıyla KATI SIVI ve GAZ Halleri

• Yukarıdaki şekilde de görüldüğü gibi katı halde maddelerin tanecikleri düzenli ve yakındır. Sıvı halde, taneciklerin düzeni bozulmuş ve aralarındaki boşluk biraz artmıştır. Gaz halde ise tanecikler tamamen bağımsızlıklarını ilan etmişler ve birbirlerinden çok uzaklaşmışlardır. 

Şimdi maddelerin katı, sıvı ve gaz hallerinin özelliklerini görelim:

Katılar

• Tanecikleri düzenli şekilde dizilmiştir.
• Tanecikleri arasındaki boşluklar en azdır bu yüzden sıkışmazlar.
• Tanecikler, titreşim hareketi yaparlar.
• Tanecikler arasında fiziksel bağlar vardır.
• Kendi şekilleri ve hacimleri vardır.
• Potansiyel ve kinetik enerjileri diğer hallere göre en düşüktür.
• Kristal katılar ve amorf katılar vardır.

Metaller Katıyken Atomları Oldukça Düzenlidir

Sıvılar

• Tanecikleri katılardan daha düzensizdir.
• Tanecikleri arasındaki boşluk katılardan daha fazladır yine de sıkıştırılamazlar.
• Tanecikleri titreşim ve öteleme hareketi yaparlar.
• Tanecikler arasında fiziksel bağlar vardır.
• Kendi hacimleri vardır fakat içinde bulundukları kabın şeklini alırlar.
• Potansiyel ve kinetik enerjileri katılardan daha fazladır.
• Vizkozite ve yüzey gerilimi özellikleri vardır.

Gazlar

Gazlarda Taneciklerin Durumu

• Taneciklerin en düzensiz olduğu haldir.
• Tanecikler arası boşluklar katı ve sıvılardan çok daha fazladır.
• Tanecikler; titreşim, öteleme ve dönme hareketlerini yaparlar.
• Tanecikler birbirlerinden tamamen kopmuş, aralarında fiziksel bağlar kalmamıştır.
• İçinde bulundukları kabın hacmini ve şeklini alırlar.
• Potansiyel ve kinetik enerjileri fazladır.
• Sıcaklıkları arttıkça, moleküller hızlanır, moleküllerin ortalama kinetik enerjileri artar.
• Molekülleri devamlı gelip çarptığı için, her gazın bir basıncı vardır. Atmosferde bir gaz karışımıdır ve atmosfer basıncını yapar.
• Gazları karıştırdığımızda, her zaman homojen karışımlar oluştururlar.

HAL DEĞİŞİM OLAYLARI

• Arkadaşlar, hal değişimi olayları, ERİME, DONMA, KAYNAMA (buharlaşma), YOĞUNLAŞMA, SÜBLİMLEŞME, KIRAĞILAŞMA (depozisyon) olmak üzere 6 çeşittir.
• Aşağıdak şekli incelersek, hangi hal değişimi olayında, maddenin hangi halden hangi hale geçtiğini görürüz:

Hal Değişim Olayları

veya başka bir şekilde:

Hal Değişimi Olayları

• Arkadaşlar, katı halden başlayıp bir saf maddeyi -mesela suyu- ısıtırsak, zamanla sıcaklığı şöyle değişir:

Saf Suyun Isıtılmasına Ait Sıcaklık-Zaman Grafiği

• Tabi ki bütün saf maddeler gibi suyun da hal değiştirirken sıcaklığı sabit kalacaktır. Dikkat ettiysek su; 0 derecede eriyerek katıdan sıvıya, 100 derecede kaynayarak sıvıdan gaza geçer.

Peki saf suyu ısıtmak değil de soğutursak ne olur?

Saf Suyun Soğutulmasına Ait Sıcaklık-Zaman Grafiği

• Tabiki de soğuttuğumuzda da su, yine 100 derecede yoğunlaşarak gazdan sıvıya, yine 0 derecede donarak sıvıdan katıya geçer.
• O zaman, demek ki bir sıvı hangi sıcaklıkta gaza geçiyorsa o gaz da aynı sıcaklıkta sıvıya geçer. Bir katı hangi sıcaklıkta sıvıya geçiyorsa, o sıvı da aynı sıcaklıkta katıya geçer.
• Her maddede, erime noktası = donma noktasıdır ve  kaynama noktası = yoğunlaşma noktasıdır. Mesela saf su 0 derecede donar, saf buz 0 derecede erir.

Kimya Basittir: Erime ve kaynama noktalarını birer kapı gibi düşünün. Nasıl tek sınıfımıza hangi kapıdan girdiysek mecburen yine o kapıdan çıkarız. Tıpkı bunun gibi de, bir madde hangi sıcaklıkta katıdan sıvıya geçiyorsa, yine o sıcaklıkta sıvıdan katıya geçer. Yine bir madde, hangi sıcaklıkta sıvıdan gaza geçiyorsa, yine o sıcaklıkta gazdan sıvıya geçer.

• Bir madde, erime sıcaklığının altındayken katıdır.
• Bir madde, erime sıcaklığı ve kaynama sıcaklığı arasındayken sıvıdır.
• Bir madde, kaynama sıcaklığının üzerinde iken de buhardır veya gazdır.
• Bir madde erime sıcaklığında iken tamamen katı da olabilir, tamamen sıvı da olabilir veya bir kısmı sıvı bir kısmı katı da olabilir. Çünkü, erime olayı, madde tamamen katı iken başlar, madde tamamen sıvı olduğunde erime biter.
• Kaynama sıcaklığındaki bir madde de tamamen sıvı, tamamen buhar veya bir kısmı sıvı bir kısmı buhar da olabilir. Çünkü, kaynama olayı, madde tamamen sıvı iken başlar, madde tamamen buhar olduğunda biter.

Hal Değişim Sıcaklıklarını Etkileyen Faktörler

• Arkadaşlar, bir maddenin erime ve kaynama sıcaklıklarını değiştirmek elimizdedir. Bunu yapabilmek için 3 farklı yok vardır. Bunlar:

1. Maddenin Cinsini Değiştrimek
2. Dış Basıncı Değiştirmek
3. Safsızlık

Şimdi bu 3 faktörü sırasıyla inceleyelim:

1- Maddenin Cinsini Değiştirmek

• Hal değişim sıcaklıkları, saf maddelerin ayrıt edici özelliklerindedir.
• Bu yüzden parmak izi gibi her madde için farklıdır. Amma burada yine dikkat edecez; milyonlarca saf maddeden mutlaka bikaçının erime noktası aynı olabilir, kaynama noktası aynı olabilir. Ama diğer ayırt edeci özellikler mutlaka farklı olacaktır.

Aşağıda, bazı saf maddelerin hal değişim sıcaklıkları verilmiştir:

Bazı Maddelerin Hal Değişim Sıcaklıkları (Santigrad derece olarak)

2-Dış Basıncı Değiştirmek - Faz Diyagramı

• "Deniz seviyesine inersek ya da dağ tepesine çıkarsak kaynama noktası artar mı yoksa düşer mi?" tipi sorular işte bu başlığın sorularıdır.
• Arkadaşlar, dış basınç denince genellikle kastedilen şey, havanın yaptığı basınçtır yani atmosfer basıncıdır.
• Bir kere şunu bilmek lazım: Deniz seviyesinden yukarı çıktıkça hava basıncı azalır.
• Genç arkadaşlar, üzgünüm ama aşağıdaki grafiği anlamadan bu başlığın sorularını gözü kapalı çözmek kolay değildir. Bu grafiğe faz diyagramı denir ve su için başkadır, diğer maddeler için başkadır. Dikkat edelim:

Normal Bir Maddenin Faz Diyagramı

Saf Suyun Faz Diyagramı

• Faz diyagramı Y harfine benziyor di mi? Biz faz diyagramına Y diyeceğiz artık.
• Dikkat edersek, Y harfi, garafikte üç tane farklı bölge oluşturmuştur. Mesela Y'nin çatal bölgesi maddenin sıvı olduğu şartları gösterir. Y'nin sol tarafında kalan bölge, maddenin katı olduğu şartları gösterir. Y'nin sağ tarafındaki bölge de maddenin hangi sıcaklık ve basınçta gaz olduğunu gösterir.

Aşağıda sayısal değerleri ile birlikte verilmiş iki tane faz diyagramı vardır:

Normal Bir Maddenin Faz Diyagramı

Suyun Faz Diyagramı

Mesela, suyun faz diyagramında, kırmızı çigileri takip ederek, 0 derece ve 0,06 atm basınçta suyun katı olduğunu görüyoruz. (0 derece ve 0,06 atm değerlerinin kesişimine bakınız, katı bölgede kesişirler.)

Mesela X maddesinin grafiğine bakarsak, 90 mmHg basınçta ve 150 derecenin kesişim noktası gaz bölgesinde olur ve X maddesinin bu şartlarda gaz olduğunu anlarız.

• Arkadaşlar Y harfinin üç tane kolu var ya, her bir kolu bir hal değişimi sıcaklığını bulmamızı sağlar.
• Gençler, Y harfinin sol kolu (çatalın sol çizgisi), maddenin erime sıcaklığını bulmamıza yarar. Dikkat ederseniz, sol kol katı ile sıvı hali birbirinden ayırıyor.
• Y harfinin sağ kolu, maddenin kaynama sıcaklığını bulmamıza yarar. Dikkat ederseniz, sol kol sıvı ile gaz hali birbirinden ayırıyor.
• Y harfinin sapı, maddenin süblimleşme sıcaklığını bulmamıza yarar. Dikkat ederseniz, sap kısmı katı ile gaz hali birbirinden ayırıyor.

Şimdi arkadaşlar, suyun garafiğindeki sol kol ile normal maddelerin sol koluna dikkat edelim. İki grafiğin tek farkı budur. Suyun grafiğinde sol kol yine sola doğru gider, diğer maddelerin grafiğinde sol kol sağa doğru gider.

Faz diyagramı gördüğümüzde, gözümüz önce Y'nin sol koluna gitmelidir. Çünkü grafik suya mı ait yoksa diğer maddelere mi ait bunu farketmemiz gerekiyor.

    Lafı çok uzattık, kısaca dış basıncın erime ve kaynama sıcaklığına etkisi şudur.:

• Arkadaşlar, Y'nin sol kolu, erime sıcaklıklarını gösteriyordu ya, dikkat ederseniz basınç arttıkça, suyun erime sıcaklığının düştüğünü, normal maddelerin ise erime sıcaklıklarının basıç arttıkça arttığını görürüz.
• Grafiğin sağ kolu da kaynama sıcaklıklarını gösteriyordu ya, dikkat ederseniz basınç arttıkça, suyun ve normal maddelerin kaynama sıcaklıklarının arttığını görürüz. 

Son olarak bir de "üçlü nokta" var. O da şudur:

• Faz diyagramındaki Y harfinin tam göbeğine üçlü nokta denir. Üçlü nokta hangi sıcaklık ve basınç değerinin kesişimi ile oluşuyorsa, o madde için o şartlar üçlü noktadır. Üçlü noktanın şartlarında iken bir madde, hem katı hem sıvı hem de gaz halinde bulunabilir.

Arkadaşlar, çözünürlük, bilmemiz gereken ayırt edici özelliklerden biridir fakat, karışımlar ünitesinin konusudur. Karışımları anlatırken, çözünürlüğü detaylıca inceleyeceğiz. Şimdilik geçiyoruz.

• Ayırt edici özellikler, saf maddelerin her halinde geçerli değildir. Mesela erime sıcaklığı, sadece katı saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir; sıvılar ya da gazların erime sıcaklığı yoktur. Aşağıda, hangi fiziksel halde hangi ayırt edici özellik geçerlidir bunu görüyoruz:

Fiziksel Hallere Göre Ayırt Edici Özellikler

• Burada şunu bilmekte fayda var, genleşme katsayısı ve esneklik katsayısı gazlar için ayırt edici bir özellik olmasa da bu gazların genleşmediği ya da esnemediği anlamına gelmez.
• Tabi ki hepimiz de şahit olmuşuzdur, gazlar gayet de esnek ve sıcakta genleşen maddelerdir ama her gaz aynı koşullarda aynı miktarda genleşir ya da esner, ayırt edici bir durum yoktur yani.

sonraki ders için tıkayınız