Maddenin Halleri → 1. Bölüm

Dersin Özellikleri:

• Seviye: Hiç Bilmeyenler İçin
• Süre: 40 dakika
• Gerekli Bilgiler:
  • Kimyasal Türler Arası Etkileşimler
• Öğretmen:
  • Gökalp AY

Anlatılacak Başlıklar*:

• Maddenin Fiziksel Halleri
  • Hal Değişim Olayları
  • Katı – Sıvı ve Gazların Karşılaştırılması
  • Suyun Katı – Sıvı – Gaz Hallerinin Önemi
  • Buharı Sıkıştırıp Sıvılaştırma
  • Havadan Azot ve Oksijen Eldesi

* Konu anlatımı, örneklerle zenginleştirilmiştir.

Fiziksel Hal Nedir?

• Maddelerin 3 temel fiziksel hali vardır. Bunlar şunlardır:
  1. Katı hal (Katı faz)
  2. Sıvı hal (Sıvı faz)
  3. Gaz hal (Gaz faz)

• Maddenin hallerine, “maddenin fazları” da denir.
• Maddelerin katı, sıvı ve gaz hale ek olarak “Plazma” hali de vardır.

Örnek:

Suyun; katı, sıvı ve gaz halleri

Hal Değişimi Olayı Nedir?

• Maddelerin, fiziksel halinin değişmesi olayına, hal değişim olayı denir.

• Katı, Sıvı ve Gaz halleri arasındaki bütün hal değişimi olayları aşağıdaki şemada özetlenmiştir:

Erime ve Donma

• Erime: Katıdan sıvaya geçme olaydır.
  • Erime Noktası (Erime Sıcaklığı): Bir katının sıvı hale geçmek ulaşması gereken sıcaklıktır.
• Donma: Sıvıdan katıya geçme olaydır.
  • Donma Noktası (Donma Sıcaklığı): Bir sıvının katı hale geçmek için düşmesi gereken sıcaklıktır.
• Bir maddenin erime sıcaklığı ile donma sıcaklığı aynıdır. (Kapı)

Kaynama ve Yoğuşma

• Kaynama (Buharlaşma): Sıvıdan gaza geçme olayıdır.
  • Kaynama Noktası: Bir sıvının, gaz haline geçmek için ulaşması gereken sıcaklıktır.
• Yoğuşma (Yoğunlaşma): Gazdan sıvıya geçme olaydır.
  • Yoğunlaşma Noktası (Yoğuşma Sıcaklığı): Bir buharın sıvı hale geçmek için düşmesi gereken sıcaklıktır.
• Aynı maddenin kaynama ve yoğunlaşma sıcaklığı aynıdır.

Süblimleşme ve Kırağılaşma

• Süblimleşme: Katının, sıvı hale geçmeden gaz haline geçmesi olayıdır.
  • Şu maddeler süblimleşebilir:
    • Naftalin, I₂ (iyot), CO_2(k) (Kuru buz) katıları
• Kırağılaşma (Depozisyon veya Geri süblimleşme): Gaz halindeki madde, soğutulduğunda sıvı hale geçmeden doğrudan katı hale geçer.
  • Süblimleşebilen katılar, kırağılaşır da.

Endotermik (Isı Alan) Hal Değişimleri

• Katıdan gaza doğru gerçekleşen hal değişim olayları, endotermiktir.

Ekzotermik (Isı Veren) Hal Değişimleri

• Gazdan katıya doğru gerçekleşen hal değişim olayları ekzotermiktir.

Örnek:

Sude, online bir alış-veriş sitesine girerek, Maraş’tan dondurma siparişi vermiştir. Siparişi alan firma, kargo süresince erimemesi için, dondurmayı paketlerken, paketin içine kuru buz da koymuştur.

Buna göre, dondurmanın erimesini engelleyen ve yaygın adı kuru buz olan bu maddenin formülü aşağıdakilerden hangisidir?

A) H₂O_(k)
B) CO_2(k)
C) I_2(k)
D) C_(k)
E) S_(k)

Katı Hal

• Kimyasal türleri, en düzenli haldedir.
• Kimyasal türler arasındaki boşluk yok denecek kadar azdır.
• Maddenin en yoğun halidir. (Su, Bizmut, Antimon hariç)
• Kimyasal türleri, titreşim hareketi yapar.
• Sıkıştırılamazlar.
• Akışkan değildirler.
• Belli bir şekilleri ve hacimleri vardır.

Sıvı Hal

• Kimyasal türler katıdan daha düzensizdir.
• Kimyasal türler arası boşluk katılara göre daha fazladır.
• Yoğunluğu katıdan daha az, gazdan daha çoktur.
• Kimyasal türleri, titreşim ve öteleme hareketi yapar.
• Sıkıştırılamazlar.
• Akışkandırlar.
• Hacimleri sabittir; kaplarının şeklini alırlar.

Gaz Hal

• Kimyasal türler en düzensiz haldedir.
• Kimyasal türler arası boşluk, en fazladır.
• Yoğunluğun en düşük olduğu haldir.
• Kimyasal türleri titreşim, öteleme ve dönme hareketi yapar.
• Sıkıştırılabilirler.
• Akışkandırlar.
• Kaplarının hacim ve şeklini alırlar.

Su Döngüsü

Suyun Önemi

• Yeryüzünün yaklaşık %70’i sularla kaplıdır.
  • Fakat; bu suların sadece %3 kadarı tatlı sudur.
  • Tatlı suların da büyük kısmı kutuplarda buz halindedir.
• Suyun (H₂O), normal kaynama sıcaklığı 100⁰C, normal donma sıcaklığı da 0⁰C dir.
• Normalde katılar donarken büzüşür fakat; su, donarken genleşir. Bu yüzden:
  • Buzun öz kütlesi, suyun öz kütlesinden daha azdır.
  • Buz sudan daha hafiftir ve buz suyun üzerinde yüzer.
  • Bu beklenmedik durum; yaşamsal bir öneme sahiptir.
  • Buz daha hafif olduğundan, göller ve nehirlerdeki su donduğunda, oluşan buz, suyun yüzeyini kaplar ve balıkların, alttaki suda yaşamına devam etmelerini sağlar.

Sıkışan Buhar Sıvılaşır

• Buhar halindeki maddeler, yeterince sıkıştırıldığında sıvılaşabilir. Bunun en güzel örneği, çakmak gazıdır.
  • Buhar sıvılaştığında daha az yer kaplar ve taşımak daha ekonomik olur.

Bazı Sıvı Buharlar

• Sıvılaşmış buharlara örnekler:
  • LPG (Likit Petrol Gazı)
  • LNG (Likit Naturel Gaz)
  • İtici Akışkanlar
  • Soğutucu Akışkanlar

LPG (Likit Petrol Gazı)

• Çakmak gazıdır.
• Şu gazların karışımıdır:
  • %70 Bütan (C₄H₁₀)
  • %30 Propan (C₃H₈)
• Bu iki buhar, yeterince sıkışırsa sıvı hale geçer.
• Sıvı hale geçen buharların hacmi 300 kat azalır.
• Piknik tüplerinde veya diğer mutfak tüplerinde ve gazlı arabalarda bulunan sıvı LPG’dir.

LNG (Likit Naturel Gaz)

• LNG; sıvılaştırılmış doğal gaz demektir.
• LNG gazı şu gazların karışımından oluşur;
  • %90 oranında metan gazı (CH₄),
  • %10 oranında da etan (C₂H₆), propan (C₃H₈) ve diğer hidrokarbonlar
• LNG, evlerimizde ve iş yerlerimizde, ısınma amaçlı kullandığımız gazdır.
• Sıvılaştırılması çok kolay değildir.
• Tanker gemilerle veya boru hatları ile taşınır.
• Karbon sayısı az olduğundan, diğer yakıtlara göre daha az CO₂ (Karbon dioksit) oluşturur ve daha çevrecidir.

İtici Gazlar

• Deodorantlarda, şişenin içindeki sıvıyı dışarıya püskürtmek için, itici gazlar kullanılır.
• İtici gazlar, yine sıvılaştırılmış buharlardır.
• Deodorantlarda kullanılan başlıca itici gazlar şunlardır:
  • Propan gazı
  • n-bütan gazı
  • İzobütan gazı

Soğutucu Akışkanlar

• Derin dondurucu, Buzdolabı veya klimalarda kullanılan gazlara soğutucu akışkanlar denir.
• Soğutucu akışkan olarak kullanılan buharlar, sıkıştırılıp sıvı hale geçer.
  • Sıvılaşmış bu buharı, dar bir delik açarak serbest bırakırsak, tekrar buhar haline geçer ve bu esnada ortamdan ısı çekerek ortamı soğutur.
  • Bu şekilde, soğutucu amaçla kullanılan buharlara soğutucu akışkan denir.
  • Şimdiye kadar kullanılan freon-12 soğutucu akışkanı ozon tabakasına verdiği zarardan dolayı terk edilmiş, yerine puron gazı (%50 difloro metan, %50 floro etan) soğutucu akışkan olarak kullanılmaya başlanmıştır.

Hava Nedir?

• Hava bir gaz karışımıdır.
• Havada bulunan gazların oranları farklı yüksekliklerde değişmekle birlikte, kuru havada yaklaşık olarak hacimce;
  • %78 azot (N₂),
  • %21 oksijen (O₂),
  • %1 oranında CO2_(g) ve diğer gazlar bulunur.
• Havada yüksek oranda bulunan iki gaz N₂ ve O₂ gazlarıdır.
  • Sanayide çeşitli amaçlar için kullanılan bu gazlar büyük oranda havadan elde edilir.

Azot ve Oksijen Gazlarının Kaynama Noktaları

Aşağıdaki tabloda, azot ve oksijen gazlarının kaynama sıcaklıkları verilmiştir:

Azotu ve Oksijeni Havadan Ayırma İşlemi

1. Hava, yaklaşık 40 atm’lik bir basınçla sıkıştırılır ve yaklaşık -200 ^oC’a kadar soğutularak sıvı hâle getirilir.
2. Havadaki CO₂ ve su, -200 ^oC’ta katı hâlde olacağı için önce ayrılır. Sıvı karışımda ise, azot ve oksijen kalır.
3. Sıkıştırılmış hava, azotun buharlaşmasına yetecek kadar genleştirilir ve azot, kolonun üstünden gaz olarak çıkar.
4. Azotun gaz olarak bulunduğu sıcaklıkta (-183 ^oC) oksijen hâlâ sıvıdır.
5. Sıvı haldeki oksijen, kolonun alt kısmından ayrılır.

• Bu şekilde elde edilen oksijen gazı şu alanlarda kullanılır:
  • Kaynakçılıkta
  • Hastalara solunum desteği için suni solunum cihazlarında
  • Çelik sanayisinde

• N₂ elementinin kullanıldığı alanlardan bazıları şunlardır:
  • H₂ gazı ile tepkimeye sokularak Amonyak (NH₃) elde edilir.
  • Sıvı azot, tepkime verme yatkınlığı çok düşük olduğundan, soğutucu olarak da kullanılır.
  • Tıpta çeşitli ilaçlar, canlı dokular veya bazı gıdalar sıvı azot içinde saklanır.