Madde ve Değişim

• Erime
• Donma
• Kaynama
• Yoğunlaşma (Yoğuşma)
• Buharlaşma
• Süblimleşme
• Kırağılaşma
• Erime ve donma noktası
• Kaynama noktası
• Isı
• Sıcaklık

Soğuk havalarda gördüğümüz buzlu su birikintileri veya sıcak havalarda eriyen buz parçaları gibi durumlar, maddenin farklı hâllere geçişini gözlemlememizi sağlar.

Katı maddenin sıvı hâle geçmesi nasıl olur? Örneğin, katı yağın sıvıya dönüşmesinin nedeni nedir? Bu durumun arkasında ısı olabilir mi? Katı hâldeki maddenin sıvı hâle geçmesi veya sıvı maddenin tekrar katı hâle dönüşmesi için hangi önerilerde bulunabilirsiniz?

Bir bardağa koyduğunuz buz parçaları veya dışarıda donmuş su birikintileri, ısının etkisiyle erir ve su hâline döner. Bu durumda, erirken maddelerin ısı aldığını düşünürsünüz. Benzer şekilde, buzlukta donmuş suyun bir süre sonra çözülmesi de gözlemlediğiniz bir durumdur. Maddenin farklı hâllere geçerken ısı alıp verdiği konusunda ne düşünüyorsunuz?

Buzdolabının buzluk kısmına koyduğunuz suyun neden donduğunu düşünün. Aynı şekilde, donmuş suyun neden eridiğini anlayabilir misiniz?

Maddenin bir hâlden diğerine geçmesine “hâl değişimi” denir. Bu hâl değişimlerinin ardında genellikle ısı etkisi bulunur. Maddenin hâl değiştirirken aldığı veya verdiği ısı, sıvıdan katıya geçerken “donma” olarak adlandırılırken, katıdan sıvıya geçerken “erime” adı verilir.

Peki ya sıvı hâldeki bir madde ısıtıldığında ne olur? Bu durumu düşünün. Bu sıcaklık arttıkça ne tür değişiklikler yaşanır?

Donma ve erime olaylarına benzer şekilde, sıvı maddeleri ısıttığınızda buharlaşmaya başlarlar. Ayrıca, sıvının tüm yüzeyinden kabarcıklar çıkarak hızlı bir buharlaşma olayı olan “kaynama” da bir hâl değişimidir.

Sıcak bir yüzeye su damlatırsanız, suyun hızla buharlaşması sonucu suyun kaybolduğunu gözlemleyebilirsiniz. Bu kabarcıkların hava değil, su buharı olduğunu bilmek ilginç olabilir. Su buharı soğuduğunda ise tekrar sıvı hâle döner, bu olaya “yoğuşma” denir.

Isıtılan sıvılar yavaşça buharlaşmaya başlar ve daha sonra kaynamaya geçer. Kaynama sırasında ise kabarcıklar sıvının her tarafından yükselir.

Buğulanmanın nasıl gerçekleştiğini düşünün. Islak bir yüzeyin zamanla nasıl kuruduğunu anlayabilirsiniz.

Bir yerdeki ısının, maddenin hâl değişimini nasıl etkilediğini düşünün. Örneğin, sıcak bir ortamda suyun daha hızlı buharlaşacağını tahmin edebilirsiniz. Aynı şekilde, farklı sıcaklıklardaki bezlerin kuruma sürelerini karşılaştırarak her sıcaklığın buharlaşma hızını etkilediğini gözlemleyebilirsiniz.

Buharlaşma ve Kaynama

Buharlaşma ve kaynama olaylarını inceledik. Bu bağlamda, buharlaşma ile kaynama arasındaki temel farkları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:

• Kaynama belli bir sıcaklıkta gerçekleşirken buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.

• Kaynama, sıvının her tarafında kabarcıklarla gerçekleşirken buharlaşma sıvının yüzeyinde meydana gelir.

Bir su şişesini buzdolabından çıkarıp oda sıcaklığında bıraktığınızda şişenin dışında oluşan damlacıkları gözlemleyebilirsiniz.

Banyo yaptığınızda, sıcak su buharıyla dolu bir ortam oluşur. Banyo alanının soğuk yüzeylerinde, aynalar ve camlar dahil, su damlacıklarının oluştuğunu gözlemleyebilirsiniz. Bu soğuk yüzeylerin atmosferin üst bölgeleri gibi soğuk olduğunu düşünebilirsiniz.

Sıvılar ısı alarak buharlaşır. Bir madde ısındığında buharlaşır ve su buharına dönüşür. Soğuyan su buharı ise tekrar sıvı hâle geçerken çevreye ısı verir. Etkinlikte görülen termometre sıcaklık artışının, ısıtma olmadan gerçekleştiğini fark etmişsinizdir. Bu, madde değişimlerindeki ısı etkisine örnektir. Buzun sıvı hâle geçerken ısı aldığını, suyun ısıtıldığında kaynadığını ve bu esnada buharlaşma olduğunu gözlemlemişsiniz. Katı bir madde sıvı hâle geçmeden doğrudan gaz hâline geçebilir mi?

Elbette, katı bir madde sıvı hâle geçmeden doğrudan gaz hâline geçebilir. Bu duruma “süblimleşme” adı verilir. Örneğin, naftalin ve iyot gibi maddelerin karakteristik kokuları, katı hâlden sıvıya geçmeden doğrudan gaz hâline geçmelerinden kaynaklanır. Naftalin, iyot gibi maddelerin yanı sıra katı karbondioksit, koku giderici maddeler gibi bileşikler, süblimleşen maddelere örnektir.

Süblimleşmenin tersi olan olaya “kırağılaşma” denir. Bu, gaz hâlindeki bir maddenin doğrudan katı hâle geçmesini ifade eder. Havada bulunan su buharının, sıcaklığın 0°C’nin altına düştüğü durumlarda sıvı hâle dönüşmeden doğrudan buz kristalleri haline gelmesi sonucu kırağı oluşur. Bu buz kristalleri soğuk yüzeylerde birikerek görünür hale gelir.

Fen bilimleri dersindeydik ve dışarıda kar yağmaktaydı. Sınıf içi sıcak olduğundan pencereyi biraz aralık bırakmıştık. Büyük bir kar tanesi pencereye yaklaşıyordu ve onu avuç içimde karşıladım. Kar tanesinin temiz, beyaz, düzgün ve güzel bir şekli vardı. İçimden “Keşke bu kar tanesi bana hikayesini anlatabilse” dedim. Ve kar tanesi gerçekten de dile geldi, “Eğer serüvenimi öğrenmek istersen, dinle de anlatayım” dedi.

“Önceden sadece bir damla suydum. Birçok diğer damlacık gibi büyük bir okyanusta ailemizle beraber yaşıyorduk. Bu aile içinde dayanışma ve kardeşlik ilişkileri güçlüydü. Her zaman birbirimize yardım eder, sevgiyle bağlıydık. Birimizin yardıma ihtiyacı olduğunda, hep birlikte fedakarlık yaparak destek olurduk. Sonra hava ısındı ve ben buharlaştım. Diğer milyarlarca damlacık da aynı şekilde buharlaştı ve bulutları oluşturduk. Yine bir aradaydık, bu kez bulut olarak. Bu yeni durumda o kadar hafiftik ki sürekli yükseliyorduk. Ancak hava tekrar soğuduğunda yağmur olmaya hazırdık. Yarı su yarı buhar olarak asılı kaldık. Fakat hava öyle bir soğudu ki titremeye başladım. Bir arkadaşım, ‘Soğuk hava yağmur olmamızı engelliyor. Bak, ben kar oluyorum. Sen de…’ dedi ama sözünü tamamlayamadan kar olup yeryüzüne düştü. Arkasından binlerce benzer zerre de kar olup düştü.”

“Yeryüzüne yaklaştıkça, bazı su buharlarının yoğuşarak küçük su damlacıklarına dönüştüğünü fark ettim. Bu damlacıklar havada asılı kalarak sisi oluşturuyordu. Bulut içindeyken ağırdım, ama artık hafiflemiştim ve rüzgar beni farklı yerlere sürükledi. Senin pencerenin yakınına geldiğimde, bir dost elini hissettim.”

Fakat birden kar tanesinin konuşması kesildi ve baktım ki o, su damlacığına dönüşmüş.

Maddeleri renk, koku, esneklik, sertlik ve matlık gibi özellikleri ayırt etmemizi sağlar. Ancak bunlar sadece o maddeye özgü değil, ölçülebilir özelliklerdir. Maddeleri kesin olarak ayırt etmemizi sağlayan ölçülebilir özellikler olduğunu biliyor musunuz?

Kaynama başladığında suyun sıcaklığının sabit kaldığını ve sürekli değişmediğini gözlemledik. Bu sabit sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Acaba her saf maddenin kaynama sıcaklığı onu diğer maddelerden ayıran bir özellik midir?

Diğer sıvıların da kaynama noktalarının sabit olduğunu, ancak sudan farklı olduğunu söyleyebilirim.

Maddenin Erime ve Kaynama Sıcaklıkları

Madde | Kaynama Sıcaklığı (°C)

Demir | 2862
Kükürt | 444
Naftalin | 218
Su | 100
Etil Alkol | 78
Aseton | 56
Oksijen | 183

Yukarıdaki tablodaki veriler ve yaptığımız etkinliklerdeki maddelerin kaynama sıcaklıklarının farklı olduğunu gözlemledik. Maddeleri ayırt edebilmek için kaynama sıcaklıklarını ölçebiliriz. Kaynama sıcaklığı, bir maddenin ayırt edici bir özelliğidir.

Katı maddeler ısı aldıkça sıcaklıkları yükselir. Belli bir sıcaklıkta erime olayı başlar. Maddelerin saf halleri için erime sıcaklığı denen, erime sırasında sabit kalan bu sıcaklık vardır. Bu erime sıcaklığı, saf maddeler için tanımlayıcı bir özelliktir. Yukarıdaki etkinlikte buzun erirken sabit bir sıcaklıkta olduğunu gözlemledik.

Aşağıdaki tabloda verilen katı maddelerin erime sıcaklıklarını buzun erime sıcaklığıyla karşılaştıralım. Bu katı maddelerin, buzun erime sıcaklığına göre daha yüksek sıcaklıklarda eridiklerini söyleyebilir miyiz?

Katı Maddeler | Erime Sıcaklığı (°C)

Demir | 1535
Kurşun | 327
Bakır | 1084
Altın | 1065
Gümüş | 961
Kalay | 232

Suyun donma sıcaklığı kaç derecedir ve donma sırasında sıcaklığı değişir mi? Saf sıvı maddelerin katı hale geçtikleri sıcaklığa donma sıcaklığı denir. Erimenin ve donmanın sırasında sıcaklığın sabit olduğunu düşünür müsünüz?

Yukarıdaki tablolardan ve yaptığımız deneylerden yola çıkarak, aynı saf maddenin erime ve donma sıcaklıklarının birbirine eşit ve sabit olduğunu söyleyebilir miyiz?

Demir, kalay, bakır, altın gibi katı maddeler yüksek sıcaklıklarda erirler. Mazot, benzin gibi sıvılar ise düşük sıcaklıklarda donarlar.

Her saf maddenin kendine özgü erime ve donma sıcaklıkları vardır. Örneğin, suyun 0°C’ta eridiğini ve aynı sıcaklıkta donduğunu biliyoruz. Ancak bu değer benzinde donmaz. Maddeleri tanımada erime ve donma sıcaklıklarını kullanabiliriz.

Saf maddelerin erime ve donma sıcaklıkları birbirine eşittir. Bu nedenle aynı saf maddenin erime ve donma sıcaklıklarının birbirine eşit ve sabit olduğunu söyleyebiliriz. Örneğin, buzun erime sıcaklığı ile donma sıcaklığı aynıdır.

Saf Maddelerin Erime ve Donma Sıcaklıkları (°C):

Su ————- 0
Cıva ———— -39
Naftalin ——— 80
Kükürt ———– 119
Etil Alkol —— -117

Isı ve sıcaklık, yakından ilişkili iki kavramdır. Soğuk kış günlerinde ellerimizi ısıtmak için kaloriferin üstüne koyarak kaloriferin yaydığı ısıdan yararlanabiliriz.

Her madde bir sıcaklığa sahiptir ve farklı maddelerin sıcaklıkları farklı olabilir. Farklı sıcaklıklardaki maddeler temas ettirildiğinde, sıcaklığı yüksek olan maddeden düşük olan maddenin sıcaklığına ısı transferi olur. Isı transferi her zaman sıcaklığı yüksek olan maddeden düşük olan maddenin yönüne doğrudur. Isı alışverişi maddelerin sıcaklıklarının dengeye gelene kadar devam eder.

Isı ve sıcaklık farklı kavramlardır. Isı, farklı sıcaklıklara sahip maddeler arasında aktarılan enerjidir. Bu enerji transferi sonucunda maddelerin sıcaklıkları değişebilir. Isı bir enerjidir ve kalorimetre ile ölçülür. Sıcaklık ise termometre ile ölçülebilen bir büyüklüktür ve birimi derece Celsius (°C)’tır.

Isı ve sıcaklık farklı olduğu için, ısıtıldığında maddelerin sıcaklıkları artar. Ancak, sıcaklık ölçülebilir bir büyüklük olduğundan, ısı ve sıcaklık arasındaki bu farkı ayırt edebiliriz.

Soruları Cevaplayalım

• Cisimlerin ısı alıp vermesiyle hacimleri arasında nasıl bir ilişki vardır? Açıklayınız.

Isınan maddeler genellikle genişler, yani hacimleri artar. Bu genleşme olarak adlandırılır. Hacimlerindeki bu değişim, sıcaklığın etkisi altında gerçekleşir. Bunun tersine, soğuyan maddeler sıkışabilir veya büzülebilir, yani hacimleri azalır. Genleşme ve büzülme olayları, sıcaklık değişiklikleri ile ilgilidir.

Örneğin, içinden sıcak su geçen borular genleşir ve bu nedenle bükülmeleri gereken yerlerde kıvrımlar bırakılır. Bu, genleşmenin engellenmesine yardımcı olur ve boruların kırılmasını önler. Aynı şekilde, termometrelerde ve diğer araçlarda da sıvıların genleşme özellikleri kullanılır.

Buzun özgül bir özelliği vardır: Suyun donması sırasında hacmi artar. Bu nedenle donan suyun buz hâlindeki hacmi sıvı halinden daha büyüktür. Donan suyun hacmindeki bu artış, buzun daha düşük yoğunluğa sahip olmasına neden olur.