İleride bilim adamı olmak isteyen Arda katı,sıvı ve gaz halde bulunan

MADDENİN HALLERİ VE ISI
ALIŞVERİŞİ
Anahtar Kavramlar




Erime: Bir Katının ısı alarak sıvı hale
geçmesidir.Sıvı hale geçmeye başladığı sıcaklığa
erime noktası denir.
Donma: Bir maddenin sıvı halden katı hale
geçmesine donma, donmanın meydana geldiği
sıcaklığa donma sıcaklığı denir.
Buharlaşma:Sıvı bir maddenin ısı olarak gaz haline
geçmesi olayına buharlaşma denir .Buharlaşma
olayı sıvı yüzeyinde olur.
Yoğuşma:Gazdan sıvıya maddenin ısı kaybetmesine
denir.
İleride bilim adamı olmak isteyen Arda katı,sıvı ve gaz
halde bulunan maddeleri oluşturan taneciklerin
hareketlerini somutlaştırmak için bir etkinlik
tasarlar.Düşündüklerini arkadaşlarına yaptığı resimler
eşliğinde anlatıp onların da bu durumu kavramaları
için pil yuvası 1,2 veya 3 pil ile kullanılmaya uygun
olan 9 adet oyuncak fare temin etmeyi düşünür.Bu
oyuncak farelerin gövdelerinin belirli yerlerine
mıknatıs parçaları parçaları yerleştirerek bir kutu
içine koymayı planlar.Ardından oyuncak farelerin pil
sayılarını değiştirerek aşağıdaki durumların olacağını
anlatır.
I. Şekildeki farelerin pil yuvasında sadece 1 adet pil
vardır.Bu durumdaki oyuncak farelerin mıknatısın
etkisinden kurtulamayıp oldukları yerde hareket
edeceklerini düşünür.
II.şekildeki oyuncak farelerin pil yuvalarına 2 adet pil
yerleştirilmiştir.Bu durumda oyuncak farelerin
hareketlerinin artacağını fakat kutudan
çıkamayacaklarını ,bulundukları ortamda birbirleri
etrafında yer değiştirerek hareket edebileceklerini
iddia eder.
Daha sonra kutudaki oyuncak farelerin pil yuvalarına 3
adet pil yerleştirildiğinde oyuncak farelerin III.
Şekildeki gibi hareketlerinin artacağı ve kutuyu
parçalayarak dışarı çıkabilecek enerji
bulabileceklerini arkadaşlarına anlatır.
7.sınıfta kimyasal bağlar konusunda,atomlar arasındaki çekim kuvveti
sonucunda moleküllerin oluştuğunu öğrenmiştik.Peki ,bir arada durarak
maddenin bütünsel yapısını nasıl oluşturuyor olabilir?Veya demir
elementinde olduğu gibi demir atomları bir arada nasıl duruyor olabilir?
Maddeyi oluşturan taneciklerin birbirlerine uyguladıkları çekim
kuvvetleri
sayesinde bir arada bulunur.Bu tanecikler arasındaki çekim kuvveti çok
zayıf iken molekülü oluşturan atomlar veya zıt yüklü iyonlar arasındaki
çekim kuvveti çok güçlüdür.Çok güçlü olan bu çekim kuvveti kimyasal bağ
olarak adlandırılmaktadır.
Tanecikler arasındaki çekim kuvvetinin büyüklüğü maddenin fiziksel halini belirtir.Taneciklerin hareket enerjisi arttıkça
aralarındaki çekim kuvveti azalır,buna bağlı olarak tanecikler
arasındaki mesafe artar.Bu durumu konu giriş sayfasında
Yer alan farelerin besin aldıkça enerjilerinin artması ve
birbirlerinden uzaklaştırmalarına benzetiriz.Maddenin
katı,sıvı ve gaz hallerini oluşturan taneciklerinin
yakınlık derecelerini aralarındaki mesafeyi ve çekim
kuvvetinin büyüklüğünü alt sayfadaki şekilleri
inceleyerek tartışalım…
Madde katı hâlde iken tanecikler arasındaki çekim kuvveti en fazla, gaz
halde iken çekim kuvveti yok denecek kadar azdır. Bu çekim kuvvetine
bağlı olarak madde hâl değiştirdiğinde tanecikler arasındaki çekim
kuvvetinin büyüklüğü de değişir.
Bu durumu mıknatısların iki zıt kutbunu birbirine yaklaştırdığımızda
birbirlerini etkileyerek daha çok çekmesine benzetebiliriz. Katı hâldeki
maddelerde tanecikler birbirlerini daha yakın oldukları için aralarındaki
çekim kuvveti daha büyüktür. Peki katı maddeye ısı aktarıldığında
tanecikler arasındaki mesafe, buna bağlı olarak aralarındaki çekim
kuvveti nasıl değişir.
Maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime adı
verildiğini biliyoruz. Mıknatıs
örneğimize tekrar
“
dönelim. Mıknatısları birbirinden biraz
uzaklaştırdığımızda aralarındaki çekim kuvveti
azalacaktır. Benzer şekilde katı maddeye ısı
aktarıldığında tanecikler hız kazanacak ve tanecikler
arasındaki mesafe artacak ve madde sıvı hâle
geçecektir. Bu durumda tanecikler yer değiştirecek ve
dolayısıyla farklı taneciklerle yeni çekim kuvvetleri
oluşmuş olacaktır.
Peki sıvı maddeye ısı aktarıldığında tanecikler arasındaki
çekim kuvveti hakkında ne söyleyebilirsiniz?
Biliyoruz ki sıvı hâldeki madde,ısı aldığında gaz hâle geçer ve bu olaya
buharlaşma adı verilir.Mıknatısları birbirinden tamamen uzaklaştırarak
bu durumu düşünelim.Bu durumda mıknatısların birbirini çekmesinden
bahsedebilir miyiz?Madde sıvı hâlden gaz hâle geçerken tanecikler
arasındaki çekim kuvvetleri etkisini kaybeder ve tanecikler serbest
hareket ederler.
Şekilde görüldüğü gibi madde katı hâlden sıvı hâle, sıvı hâlden gaz hâle
geçerken maddenin taneciklerinin sahip oldığu hareket enerjisinin
artması sonucunda tanecikler daha hızlı hareket eder ve aralarındaki
mesafe artar. Bu bilgilere dayanarak konu girişinde fareler ile yapılan
deneyde farelerin hangi durumları maddenin hangi hâllerine karşılık
gelir? Peki maddeler ısı verirse ne olur ? Maddeler ısı vererek hâl
değiştirirken tanecikler arasındaki çekim kuvveti bu durumdan nasıl
etkilenir? Maddeler gazdan sıvıya, sıvıdan katıya geçerken maddenin
taneciklerinin hareket enerjileri nasıl değişir?
ÖĞRENELİM!!!
Buz suyun donarak katı hale gelmesi sonucu
oluşur.Su molekülleri sıvı hâlden katı hâle
geçerken daha az hareket ettikleri için daha
düzenli kristal yapı oluşturur.Eğer suyun
içerisine suda çözünen bir madde örneğin
yemek tuzu eklenirse tuzun yapısını oluşturan
iyonlar su moleküllerinin arasına girerek
moleküllerin düzenli bir kristal yapı olmasını
geciktirir. Böylece 0° henüz düzenli yapıda
olmayacağı için sıvı hâlde bulunacak ve daha
düşük bir sıcaklıkta donacaktır.
SOĞUK VE KARLI GÜNLERDE YOLLARA
TUZ DÖKÜLMESİNİN SEBEBİ SİZCE NE
OLABİLİR??
*Kış aylarında yoğun kar yağışı yüzünden yollarımızın
buzlanması ve arabalarımızın tekerleklerine zincir
takmamamız dışın tekerleklerin kaymaması için
bulunan ,çözüm :
Buz üzerine tuz döküldüğünde
Suyun donma derecesini -15° ‘ye
Kadar düşürülür ve suyun erimesini
sağlar…
Katı maddeler erirken çevresinden ısı alır.Çevreden alınan
ısı,katı maddenin erime sıcaklığına gelmesi ve tamamen
erimesi için kullanılır.Bu sebeple buz erimeye
başladığında(yani sıcaklığı 0 derecede iken)ısı almaya
devam etmesine rağmen sıcaklığında bir değişme olmaz
fakat buz erir.Çünkü alınan ısı buzun halinin değişmesine
harcanmıştır.Buz erirken çevreden aldığı bu ısıya buzun
erime ısısı denir.Erime ısısı erime sıcaklığındaki 1 gram saf
katı maddeyi sıvı hale geçiren ısıdır.Erime ısısı,katı halde
bulunan maddenin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetinin
azalmasına neden olur.Başka ifadeyle katı bir maddenin
erimesi için sadece erime sıcaklığına kadar ısıtmak yeterli
değildir.Bu sıcaklığa geldikten sonra,katı maddenin
taneciklerinin,sıvı maddeyi oluşturan tanecikler gibi
birbirinden uzaklaşması gerekir.Bu sebeple maddeye erime
ısısı kadar enerji verilmelidir.
Erime ısısı(L),ile gösterilir ve birimi J/g’dır.0 derecedeki 1gr buzun eriyerek 0
derecedeki 1g su haline gelmesi için bu maddeye 334,4 j enerji verilmesi
gerekir.Peki 0derecedeki 10g buzun 0derecedeki 10g su haline getirmek için ne
kadar enerji aktarılması gerekir?Tabii ki 1g buz için gereken enerjinin toplam 10
katı kadar enerji aktarılması gerekir.Bu durumda toplam enerji 10g.344,4J/g
olmalıdır.Peki, 0derecedeki 20g buzun 0derecedeki 20g su haline getirmek için ne
kadar enerji gerekir?Benzer şekilde 0derecedeki (m)g buzu ,0 derecedeki (m)g su
haline getirmek için ne kadar enerji aktarılması gerekir?Bu durumda, “Aktarılan ısı
kütle ile doğru orantılı olarak artar veya azalır.“diyebilir miyiz?Kısaca bir miktar
maddenin erimesi için gerekli ısıyı aşağıdaki bağıntıyla hesaplayabiliriz.
Q
Erimesi için
=
m .
Kütle
L
Erime ısısı
gereken ısı
Erime sıcaklığındaki 5g demir tamamen sıvı hale getirmek için gereken ısıyı hesaplayalım.(Demir L e:117,04 J/g)
m: 5 g
Le:117.04 J/g Q: ?
Q= m.Le
Q=5g.117,04 J/g
Q=585,2 J olarak hesaplanır.


Katı bir madde erirken ne kadar ısı alırsa aynı ısıyıkatı hale
geçerken de çevresine verir.Bu sebeple maddelerin donma
ve erime ısıları birbirine eşittir.Donma sıcaklığında bulunan
1g sıvı saf maddenin katı hale geçmesi için çevreye verdiği
ısı miktarına donma ısısı denir.donma ısısı “Ld“şelinde
gösterilir.
Buzun erime ısısı 334,4J/g olduğuna göre suyun donma
ısısı hakkında ne söyleyebilirsiniz?Peki erime ve donma
ısıları maddeler için ayırt edici bir özellik midir?Her katı
madde,erirken farklı miktarda ısıya ihtiyaç duyar.Çünkü
maddelerin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetinin etkisi
maddeden maddeye değişir.Bu sebeple erime sırasında bu
çekim kuvvetlerinin zayıflaması için harcanan enerji de her
madde için farklı olacaktır.Bu durumda“Erime ısısının değeri
katı maddenin taneciklerinin arasındaki çekim kuvvetinin bir
ölçüsüdür.”diyebiliriz.Kısaca maddelerin erime-donma ısıları
birbirinden farklıdır.Bu sebeple erime-donma ısısı maddeler
için ayırt edici bir özelliktir.
Yandaki çizelgede bazı
maddelerin erime/donma
ısıları verilmiştir.
Çizelgedeki değerleri inceleyelim
ve bu maddelerin birer gramını
göz önüne alarak hangi
maddenin sıvı hale geçmesi
için daha çok enerjiye ihtiyacı
olduğunu belirtelim.Donma
sıcaklığındaki 50g civanın
tamamen katı hale geçmesi için
gereken enerji miktarını
çizelgeden yararlanarak
hesaplayalım
MADDE
ERİME
DONMA
ISISI(J/g)
CİVA
11,28
DEMİR
117,04
BAKIR
175,56
BUZ
334,40
KURŞUN
22,57
ALÜMİNYUM
321,02
Maddelerin katı halden sıvı hale,sıvı halden katı hale geçmesi
ile enerji alışverişini ilişkilendirdik. Bir başka hal değişimi ise
maddelerin sıvı halden gaz hale(buharlaşma)ve gaz halden
sıvı hale(yoğuşma)geçmesidir.
Buharlaşma olayının gerçekleşmesi için ısıya ihtiyaç vardır.
Sıvı buharlaşırken dışarıdan ısı alır ve çevresini soğutur. Sıvı
maddeye ısı verildiğinde sıcaklık değeri kanama sıcaklığına
kadar artar. Sıvıların bundan sonra aldıkları ısı ise sıvının
buhar haline geçmesi için harcanır. Buharlaşma sırasında
sıvı maddeye aktarılan ısı, tanecikler arasındaki çekim
kuvvetlerinin yok denecek kadar azalması ve taneciklerin
bağımsız hale gelmesine sebep olur.
Kaynama sıcaklığında 1g saf sıvıya, aynı sıcaklıktaki 1g buhar
haline getirmek için gerekli ısıya buharlaşma ısısı denir.
Sıvılar buharlaşırken aldıkları ısıyı yoğunlaşırken geri
verirler.Kaynama sıcaklığındaki buhar,yoğunlaşma ısısı
kadar ısı kaybettiğinde sıvı hale geçer.Bu sebeple
buharlaşma ısısı yoğunlaşma ısınsa eşittir.buharlaşma ısısı
Lb,yoğunlaşma ısısı Ly şeklindedir ve Lb=Ly olarak ifade
edebiliriz.
Farklı maddeler farklı buharlaşmayoğunlaşma ısısına sahiptir.Bu sebeple
buharlaşma-yoğunlaşma ısıları da
maddeler için ayırt edici bir
özelliktir.Yandaki çizelgede bazı
maddelerin buharlaşma-yoğunlaşma
ısıları
Verilmiştir. Sıvıların buharlaşması için
verilmesi gereken ısı miktarı
kütleleriyle doğru orantılıdır.Kaynama
sıcaklığındaki “m“ gram sıvıyı
buharlaştırmak için gerekli ısı
aşağıdaki formülle hesaplanır.
Q = m
Çevreye verilen ısı Kütle(g)
Toplam ısı(J)
.
L
BUHARLAŞMAYOĞUNLAŞM
A ISISI(J\g)
2257
520,41
854,97
296,78
MADDE
Su
Aseton
Alkol
Eter
Q
Alınan Toplam
Isı (J)
=
M .
Kütle(g)
L
Buharlaşma
ısısı(J/g)
Yoğuşma ısısıJ/g
100 derece sıcaklığındaki 50 g su buharının aynı sıcaklıkta 50 g su
haline getirmek için çevreye verilen toplam ısı miktarını hesaplayalım.
m: 50 g
Ly:2254 J/g
Q= m . x
Q= 50g . 2257 J/g
Q=112 850 J olarak hesaplanır.
Maddelerin buharlaşırken çevreden ısı alması ve yoğuşurken çevreye ısı
vermesi,günlük hayatta birçok alanda karşımıza çıkmaktadır.Örneğin,bu olaydan
yararlanılarak soğutucular yapılmıştır.Buzdolaplarının çalışması ve içindeki
maddelerin soğuması bu ilkeye dayanır.
Elimize kolonya döktüğümüzde bir süre sonra serinlik hissetmemizi veya
karpuzu kesip güneş ışığı alına koyduğumuzda soğumasını buharlaşma ile nasıl
ilişkilendiririz?
Sıcak havada duş aldığımızda serinlik hissedip ardından sıcaktan bunalmamızı
buharlaşma ve yoğuşma ile bir ilgisi var mıdır?
Bildiğimiz gibi saf maddelerin erime-donma ve buharlaşma-yoğuşma
sıcaklıkları sabittir.Peki, saf maddelere farklı maddeler karışınca,bu karışımların
erime-donma ve buharlaşma-yoğuşma sıcaklıkları hakkında ne söyleyebiliriz?
Buz, suyun donarak katılaşmış halidir.sıvı haldeyken düzensiz hareket eden
su, molekülleri, donma sıcaklığında daha düzenli yapıda ve daha az hareketli
halidir.Suya tuz gibi farklı bir madde eklendiğinde,tuzu oluşturan klor ve sodyum
iyonları su moleküllerinin arasına girer ve su moleküllerinin düzenli bir yapı
oluşturmasını geciktirir.Böyle bir durumda,içinde tuz olan suyun donması için,
sıcaklığın(atılan tuz oranına göre) 0derecenin altında bir değere inmesi
gerekir.Yani saf olmayan maddelerin belli bir donma sıcaklığı yoktur,donma olayı
geniş bir sıcaklık aralığında gerçekleşir.
Katı maddeleri,sıvıların donma sıcaklığını düşürdüğünden,kışın yollardaki
buzlanmayı önlemek için yollara tuz dökülür.Tuz atıldığında,suyun donma sıcaklığı
0dereceden-15dereceye kadar düşebilir.Verilen örnekten yola çıkarak arabaların
radyötörlerindeki suya hangi amaçla antifiriz konduğunu söyleyebilir miyiz?
Uçak pistlerinin kışın alkolle yıkanması,buzlanmayı nasıl
engelliyor olabilir?
Peki,suya eklenen katı maddelerin suyun kaynama sıcaklığına
olan etkisini nasıl açıklarız?
Sıvılara karışmış olan katkı maddeleri ise sıvının kaynama
sıcaklığını yükseltir.Saf su 100derecede kaynarken içine farklı
madde eklediğimizde kaynama sıcaklığı eklenen katkı
maddesinin miktarına bağlı olarak yükselir.Bu bilgiden yola
çıkarak yemek pişerken tuzun, yemek pişmeden önce
eklemek mi yoksa yemek piştikten sonra eklemek mi bize
avantaj sağlar?
Konumuzda fark ettiğimiz gibi bilimsel bilgileri ve bilimsel
düşünme becerilerini hayatımızda uygulamamız,
karşılaştığımız problemlerin çözümünde kolaylık
sağlayacaktır.Geçmişimize baktığımızda bilimsel bilgilerin
doğru uygulama alanlarında kullanılması birçok toplumsal
sorunun giderilmesine sağlamıştır.Kurtuluş Savaşı yıllarında
maddi yokluk içinde iken bu durumdan zaferle çıkmamızı
Atatürk şu sözleriyle ifade etmiştir:“Düşmanı mağlup eden
zaferin sırrı nedir, bilir misiniz?
Orduların sevk ve idaresinde bilim ve fen
ilkelerinin kılavuz edinilmesindendir.Milletimizin
siyasi ve sosyal hayatı ile ulusumuzun
düşünsel eğitiminde de yol göstericimiz bilim
ve fen olacaktır.“
Bilim;herhangi bir alanda, herhangi bir
zamanda birikmiş olan bilgiler yığını olmaktan
çok, doğru düşünme, güvenilir ve geçerli
sebep-sonuç bağlantıları kurmanın
yöntemidir.Bu sebeple Atatürk akılcı ve
bilimsel davranışı kılavuz olarak
almıştır.Bilimsel ve teknolojik gelişmelerde
öncü olan toplumların bilim toplumu haline
gelmeyi başarmış toplumlar olduğu
unutulmamalıdır.
Hızla gelişen teknolojik süreçte çağdaş
ülkelerin gerisinde kalmamak ve ulusal
bağımsızlığımızı sürdürebilmek için
gençlerimizin üstün bir çalışma ve gayret
içinde olması zorunludur.Bunun içindir
ki“çocuklar!Ufuklara kadar görüyoruz,onun
ötesini görmeye çalışacağız.“diyerek Atatürk
gençlere olan inancını belirtmiştir.Manevi miras
olan bilim ve akılcılığı bırakmıştır.