1. Maddenin Fiziksel Halleri


Maddenin Halleri

  • Kütlesi ve hacmi olan (boşlukta yer kaplayan) her şeye madde denir.
    • Bütün maddelerin;
      • Kütlesi (m)
      • Hacmi (V)
      • Eylemsizlik kuvveti (F) olmak zorundadır.
    • Bu 3 özellik maddelerin ortak özellikleridir.
  • 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.
  • Katı, sıvı ve gaz haline en çok şahit olduğumuz madde sudur.
  • Suyun
    • katı haline “buz” veya “katı su”,
    • sıvı haline “su” veya “sıvı su”,
    • gaz haline de “buhar” veya “su buharı” diyoruz.
      • Su; hava sıcaklığına bağlı olarak, katıdan sıvıya veya sıvıdan gaz haline veya tam tersine dönüşebiliyor.
  • Katı-Sıvı-Gaz halleri arasındaki dönüşümlerin her biri, bir, hal değişimi olaydır.
    • Sadece su değil, bütün maddeler uygun koşullar yerine getirildiğinde hal değişimine uğrar.

Katı – Sıvı – Gaz Farkı

Bir maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasındaki temel farkları anlamak için önce yandaki/aşağıdaki videoya bir göz atalım.

  • Videoda:
    1. H2 ve O2 moleküllerinden H2O (su) molekülünün oluşumu
    2. Su molekülünün polar yapısı ve hidrojen bağları
    3. Suyun önce sıvı hali, sonra katı ve sonra gaz hali canlandırılmıştır.
Suyun Katı – Sıvı – Gaz Halleri

Katı Hal

  • Sıcaklıkları ya erime noktasına eşit ya da erime noktasından daha düşüktür.
  • Kimyasal türleri, en düzenli haldedir.
  • Kimyasal türler arasındaki boşluk yok denecek kadar azdır.
  • Maddenin en yoğun halidir. (Su, Bizmut, Antimon hariç)
  • Kimyasal türler titreşim hareketi yapar.
  • Sıkıştırılamazlar.
  • Akışkan değildirler.
  • Belli bir şekilleri ve hacimleri vardır.
  • Bir maddenin katı olduğu, formülünün ya da sembolünün sol altına “(k)” ifadesi bırakılarak gösterilir.
    • H2O(k) : Katı su
    • Ca(k) : Katı kalsiyum

Sıvı Hal

  • Sıcaklıkları ya donma ve kaynama noktalarına eşit ya da bu ikisi arasındadır.
  • Kimyasal türler katıdan daha düzensizdir.
  • Kimyasal türler arası boşluk katılara göre daha fazladır.
  • Yoğunluğu katıdan daha az, gazdan daha çoktur.
  • Kimyasal türler titreşim ve öteleme hareketi yapar.
  • Sıkıştırılamazlar.
  • Akışkandırlar.
  • Belli bir hacimleri vardır fakat; kaplarının şekillerini alırlar.
  • Bir maddenin sıvı olduğu, formülünün ya da sembolünün sol altına “(s)” ifadesi bırakılarak gösterilir.
    • H2O(s) : Sıvı su
    • Ca(s) : Sıvı kalsiyum

Gaz Hal

  • Sıcaklıkları ya kaynama noktasına eşit ya da kaynama noktasından daha yüksektir.
  • Kimyasal türler en düzensiz haldedir.
  • Kimyasal türler arası boşluk, katı ve sıvılara göre çok fazladır.
  • Yoğunluğun en düşük olduğu haldir.
  • Kimyasal türler titreşim, öteleme ve dönme hareketi yapar.
  • Sıkıştırılabilirler.
  • Akışkandırlar.
  • Belli bir hacim ve şekilleri yoktur. Kaplarının hacmini kaplarlar ve şekillerini alırlar.
  • Bir maddenin gaz olduğu, formülünün ya da sembolünün sol altına “(g)” ifadesi bırakılarak gösterilir.
    • H2O(g) : Gaz su
    • Ca(g) : Gaz kalsiyum

Hal Değişimi Olayları

  • Fiziksel halini değiştirebilme özelliği, sadece suya özgü bir durum değildir.
    • Tıpkı su gibi, bütün maddeler, uygun basınç altında, uygun sıcaklığa geldiklerinde, hal değiştirebilirler.
  • Maddelerin, fiziksel halinin değişmesine, hal değişimi denir.
  • Katı, Sıvı ve Gaz halleri arasındaki bütün hal değişimi olayları aşağıdaki şemada özetlenmiştir:
Hal Değişimi Olayları
Hal Değişimi Olayları

Erime ve Donma

  • Erime: Maddenin katıdan sıvaya geçmesi olayıdır.
  • Donma: Maddenin sıvıdan katıya geçmesi olaydır.
  • Erime Noktası (Erime Sıcaklığı): Bir katının sıvı hale geçtiği sıcaklıktır.
  • Donma Noktası (Donma Sıcaklığı): Bir sıvının katı hale geçtiği sıcaklıktır.
Buzun Erimesi – Suyun Donması

Erime Noktası = Donma Noktası

  • Erime ve donma sıcaklığı, katı ve sıvı arasındaki bir kapı gibidir:
    • Katı, hangi kapıdan sıvıya geçtiyse, sıvı da aynı kapıdan geri dönerek katıya geçer.
  • Yani; bir maddenin erime sıcaklığı ile donma sıcaklığı aynıdır.
    • Mesela, Galyum (Ga) metali 30 dereceye kadar ısıtılırsa erir ve sıvı hale geçer.
      • Galyum sıvısının sıcaklığı 30 derece ve üzerindedir.
      • 29 derecede ve daha düşük sıcaklıklarda Galyum sıvı bulunamaz.
    • Sıvı Ga metali ise yine 30 dereceye kadar soğutulursa donar ve katı hale geçer.
      • Galyum katısının sıcaklığı 30 dereceden yukarı olamaz.
      • 31 derece ve daha yüksek sıcaklıklarda galyum katısı bulunamaz.

Erime ve Donma Olayında Isı Alış-Verişi

  • Bir madde, erime sıcaklığından (erime noktasından) daha soğukken katı haldedir.
  • Bir katıyı eritmek için, ısıtmalıyız.
    • Sıcaklığı erime sıcaklığına yükselen katı, erimeye başlar.
    • Isıtmaya devam edersek tamamen erir ve sıvı olur.
  • Eriyen madde ısı aldığı için, erime olayı endotermiktir.
  • Bir madde, donma sıcaklığından (donma noktasından) daha sıcakken sıvı haldedir.
  • Bir sıvıyı, dondurmak için soğutmalıyız.
    • Sıcaklığı donma noktasına kadar düşen sıvılar donmaya başlar.
    • Soğutma işlemine devam edersek tamamen donar ve katı olurlar.
  • Donan madde ısı verdiği (soğuduğu) için, donma olayı ekzotermiktir.

Erime ve Donma Tepkimeleri

  • Erime olayını bir tepkime denklemi ile göstermek istersek;
    • Tepkime okunun arkasında maddenin katı hali
    • Tepkime okunun önünde de maddenin sıvı halini yazmalıyız
  • Örnek:
    • H2O(k) —> H2O(s)
  • Donma olayını bir tepkime denklemi ile göstermek istersek;
    • Tepkime okunun arkasında maddenin sıvı hali
    • Tepkime okunun önünde de maddenin katı halini yazmalıyız
  • Örnek:
    • H2O(s) —> H2O(k)

Tam erime noktasındaki bir madde:

  • Aynı zamanda tam donma noktasındadır.
  • Tamamen katı olabilir: Erimenin başladığı an veya donmanın bittiği anda ise.
  • Tamamen sıvı olabilir: Donmanın başladığı an veya erimenin bittiği anda ise.
  • Bir kısmı katı, bir kısmı sıvı olabilir: Erime ve donma olayının gerçekleştiği anda ise.
  • Isıtılırsa:
    • Katı ise erimeye başlar.
    • Sıvı ise daha sıcak bir sıvı olur.
  • Soğutulursa:
    • Katı ise daha soğuk bir katı olur.
    • Sıvı ise donmaya başlar.
Galyum (Ga) Metalinin Katı ve Sıvı Hali

Merak edenler için erimiş (sıvı) Galyum (Ga) metali

Kaynama ve Yoğuşma

  • Kaynama (Buharlaşma): Maddenin sıvıdan gaza geçmesi olayıdır.
  • Yoğuşma (Yoğunlaşma): Maddenin gazdan sıvıya geçmesi olaydır.
  • Kaynama Noktası (Kaynama Sıcaklığı: Bir sıvının, gaz (buhar) haline geçtiği sıcaklıktır.
  • Yoğunlaşma Noktası (Yoğuşma Sıcaklığı): Bir gazın sıvı hale geçtiği sıcaklıktır.
Sıvıların Kaynaması

Kaynama Noktası = Yoğunlaşma Noktası

  • Kaynama ve yoğunlaşma sıcaklığı, sıvı ve gaz arasındaki bir kapı gibidir:
    • Sıvı, hangi kapıdan gaza geçtiyse, gaz da aynı kapıdan geri dönerek sıvıya geçer.
  • Yani; bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma sıcaklığı aynıdır.
    • Mesela, etil alkol 78 dereceye kadar ısıtılırsa kaynar ve gaz haline geçer.
      • Alkol sıvısının sıcaklığı hiç bir zaman 78 dereceden yüksek olamaz.
      • Yani; 79 derecede ve daha yüksek sıcaklıklarda alkol gaz halindedir, sıvı halde bulunamaz.
    • Gaz alkol ise yine 78 dereceye kadar soğutulursa yoğunlaşır ve sıvı hale geçer.
      • Sıvılar her sıcaklıkta buharlaşabilirler.
      • Buhar haline geçebilmek için, bir sıvının kaynaması şart değildir.
      • Sıvı haldeki bütün maddelerin üzerinde buharları her zaman vardır.
      • Alkolün sıvı olduğu bütün sıcaklıklarda buharı da vardır.

Kaynama ve Yoğunlaşma Olayında Isı Alış-Verişi

  • Bir madde, kaynama sıcaklığından daha soğukken sıvı haldedir.
  • Bir sıvıyı kaynatmak için, ısıtmalıyız.
    • Sıcaklığı kaynama sıcaklığına yükselen sıvı, kaynamaya başlar.
    • Isıtmaya devam edersek tamamen kaynar ve buhar olur.
  • Kaynayan madde ısı aldığı (ısındığı) için, kaynama olayı endotermiktir.
  • Bir madde, yoğuşma sıcaklığından daha sıcakken gaz haldedir.
  • Bir gazı, sıvılaştırmak için soğutmalıyız.
    • Sıcaklığı yoğuşma noktasına kadar düşen gazlar yoğuşmaya başlar.
    • Soğutma işlemine devam edersek tamamen yoğunlaşır ve sıvı olurlar.
  • Yoğunlaşan madde ısı verdiği (soğuduğu) için, yoğuşma olayı ekzotermiktir.

Kaynama ve Yoğunlaşma Tepkimeleri

  • Kaynama olayını bir tepkime denklemi ile göstermek istersek;
    • Tepkime okunun arkasında maddenin sıvı hali
    • Tepkime okunun önünde de maddenin gaz halini yazmalıyız
  • Örnek:
    • H2O(s) —> H2O(g)
  • Yoğunlaşma olayını bir tepkime denklemi ile göstermek istersek;
    • Tepkime okunun arkasında maddenin gaz hali
    • Tepkime okunun önünde de maddenin sıvı halini yazmalıyız
  • Örnek:
    • H2O(g) —> H2O(s)

Tam kaynama noktasındaki bir madde:

  • Aynı zamanda tam yoğunlaşma noktasındadır.
  • Tamamen sıvı olabilir: Kaynamanın başladığı an veya yoğunlaşmanın bittiği anda ise.
  • Tamamen gaz olabilir: Kaynamanın bittiği an veya yoğunlaşmanın başladığı anda ise.
  • Bir kısmı gaz, bir kısmı sıvı olabilir: Kaynama veya yoğuşma olayının gerçekleşmekte olduğu anda ise.
  • Isıtılırsa:
    • Sıvı ise kaynamaya başlar.
    • Gaz ise daha sıcak bir gaz olur.
  • Soğutulursa:
    • Sıvı ise daha soğuk bir sıvı olur.
    • Gaz ise yoğunlaşmaya başlar.

Süblimleşme ve Kırağılaşma

  • Süblimleşme: Katıdan gaza geçme olayıdır.
    • Bu olayda, katı madde ısıtıldığında, sıvı hale geçmeden doğrudan buhar haline geçer.
  • Uygun şartlar sağlandığında, maddeler süblimleşebilir.
  • Yaşadığımız basınç ve sıcaklık koşullarında, süblimleşme özelliğine sahip başlıca katılar şunlardır:
    • Naftalin
    • I2 (iyot)
    • CO2 (Karbon dioksit) katıları
  • Kırağılaşma (Depozisyon veya Geri süblimleşme): Süblimleşme olayının tersidir.
    • Gaz halindeki madde, soğutulduğunda sıvı hale geçmeden doğrudan katı hale geçer.
    • Süblimleşebilen katıların, buharları soğutulduğunda, kırağılaşarak katı hale geçerler.

İyot (I2) katısının süblimleşmesi ve kırağılaşması şöyle olur:

İyotun (I2) Süblimleşmesi

Kuru buzun (CO2(k) – Karbon dioksit katısı) süblimleşme deneyini izle:

Kuru Buzun Süblimleşmesi

Endotermik (Isı Alan) Hal Değişimleri

  • Aşağıdaki grafik, buzun su buharına dönüşmesi esansında sıcaklığının nasıl değiştiğini göstermektedir: (Grafiğin detayları ünitenin Gazlar bölümünde verilecektir.)
Endotermik Hal Değişimleri -Suyun Hal Değişimi Grafiği
Suyun Isıtılması ve Hal Değişimi
  • Buz ısı alarak suya, su da ısı alarak buhara dönüşür.
  • Isı alarak gerçekleşen olaylara endotermik olay denir.
  • Madde; katıdan gaza doğru hal değiştiriyorsa, ısı almak zorundadır.
    • Yani; aşağıda verilen hal değişim olayları, endotermik olaylardır:
      • Erime: Bir katıyı ısıtmadan eritemeyiz.
      • Kaynama: Bir sıvıyı ısıtmadan kaynatamayız.
      • Süblimleşme: Bir katıyı ısıtmadan buharlaştıramayız.

Ekzotermik (Isı Veren) Hal Değişimleri

  • Aşağıdaki grafik, su buharının buza dönüşmesi esansında sıcaklığının nasıl değiştiğini göstermektedir: (Grafiğin detayları ünitenin Gazlar bölümünde verilecektir.)
Hal Değişimi Olayları - Ekzotermik - Suyun Soğutulması
Suyun Soğutulması ve Hal Değişimi
  • Madde; gazdan katıya doğru hal değiştiriyorsa, ısı vermek zorundadır. Yani; aşağıda verilen hal değişimi olayları ekzotermiktir:
    1. Donma: Bir sıvıyı soğutmadan donduramayız.
    2. Yoğuşma: Bir gazı soğutmadan sıvılaştıramayız.
    3. Kırağılaşma: Bir gazı soğutmadan katılaştıramayız.

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) CO2(k)
C) I2(k)
D) C(k)
E) S(k)

Suyun Katı – Sıvı – Gaz Hallerinin Önemi

  • Yeryüzünün yaklaşık %70’i sularla kaplıdır.
    • Fakat; yer yüzündeki 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.
    • Buzun öz kütlesi, suyun öz kütlesinden daha azdır.
    • Bu yüzden 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.

Su Döngüsü

  • Yer yüzündeki su, zamanla buharlaşır ve bulutları oluşturur. Bulutlar da yağmur, kar veya dolu şeklindeki yağışlar ile suyu tekrar yer yüzüne gönderir.
    • Bu döngüye, su döngüsü denir.
    • Su döngüsü sayesinde, yeryüzünün hemen her yerine su ulaşmış olur.
Su Döngüsü
Su Döngüsü

Endüstride Hal Değişim Olayları

  • Buhar halindeki maddeler, yeterince sıkıştırıldığında sıvılaşabilir.
    • Bunun en güzel örneği, çakmak gazıdır.
      • Çakmak gazı, serbest bırakıldığında bir buhardır. Fakat çakmağın içinde, sıkışık halde olduğu için sıvı hale geçmiştir.
  • Buhar, sıvılaştığında, yüzlerce kat daha az yer kaplar
    • Böylece, taşımak daha kolay ve ekonomik olur.
    • Bu hal değişimi olayı, sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır.

LPG (Likit Petrol Gazı)

  • Çakmakların içinde, sıvı olarak duran madde, aslında sıkışmış bir buhardır, adı da LPG (Likit/Sıvılaştırılmış Petrol Gazı)’dir.
  • LPG gazı, 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.
    • Bu da, 300 tane tanker ile taşımak yerine 1 tane tankere sığmaları demektir.
  • Piknik tüplerinde veya diğer mutfak tüplerinde ve gazlı arabalarda bulunan sıvı LPG’dir.

LNG

  • LNG; likit yani 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
İtici Gazlar
İtici Gazlar

Soğutucu Akışkanlar

  • Derin dondurucu, buzdolabı veya klimalarda kullanılan gazlara (buharlara) soğutucu akışkanlar denir.
  • Soğutucu akışkan olarak kullanılan gazlar, 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.
    • 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.
Soğutucu Akışkanlar
Derin Dondurucu

Havadan Azot ve Oksijen Eldesi

  • 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.
  • Aşağıdaki tabloda, havadaki gazların kaynama sıcaklıkları verilmiştir:
Gaz Kaynama Sıcaklığı
N2 –195,8 0C
O2 –183 0C
CO2 –78,5 0C

Azotu ve Oksijeni Havadan Ayırma İşlemi

  1. Hava, normal atmosfer basıncının yaklaşık 40 katı kadar (40 atm) yüksek bir basınçla sıkıştırılır.
  2. Sıkıştırılan hava sıvı azot ünitesinde yaklaşık -200 oC’a kadar soğutularak sıvı hâle getirilir.
  3. Sıvı hâldeki karışımın içinde bulunan karbon dioksit (CO2) ve su -200 oC’ta katı hâlde olacağı için karışımdan ilk olarak karbon dioksit ve su ayrılır. Sıvı karışımda ise azot ve oksijen kalır.
  4. Sıkıştırılmış havanın genleşmesine izin verilir.
  5. Kolona gelen sıvı karışımındaki azot, kaynama noktası daha düşük (-196 oC) olduğu için kolonun üstünden gaz olarak çıkar.
  6. Azotun gaz olarak bulunduğu sıcaklıkta (-183 oC) oksijen hâlâ sıvıdır.
  7. Sıvı olan oksijen kolonun alt kısmından ayrılır.
  8. Yapılan işlem sonucunda havadan azot ve oksijen elde edilir.
  • Bu şekilde elde edilen oksijen gazı şu alanlarda kullanılır:
    • Kaynakçılıkta
    • Hastalara solunum desteği için suni solunum cihazlarında
    • Çelik sanayisinde
  • Havadan elde edilen N2 elementinin kullanıldığı alanlardan bazıları şunlardır:
    • H2 gazı ile tepkimeye sokularak Amonyak (NH3) elde edilir.
    • Elde edilen NH3 maddesinden de çeşitli azotlu suni gübreler üretilir.
    • Sıvı azot, tepkime verme yatkınlığı çok düşük olduğundan, soğutucu olarak da kullanılır.
    • Tıpta çeşitli ilaçlar, canlı dokular veya bazı gıdalar sıvı azot içinde saklanır.

Katı CO2 ve Sıvı Azot

Yandaki/Aşağıdaki videoda, katı CO2(k) (kuru buz) beyaz bir katı olarak, sıvı nitrojeni (N2(s)) de, metal bir bidondan dökülürken görebilirsiniz:

Kuru Buz (CO2(k)) ve Sıvı Nitrojen (N2(s))

DERSİN SONU

Kimya Özel Dersi Al

Yorum yaparak bize destek olabilirsiniz.

2 yorum “1. Maddenin Fiziksel Halleri”

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Şu kadar HTML serbest:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>