Isı ver,
sıcaklık
değişmesin
Kaynayan suyun altındaki ateşi büyütürsen su daha sıcak olmaz — sadece daha hızlı buharlaşır. Isının sıcaklığa değil, hâl değişimine harcandığı o bölge, bu ünitenin en çok soru çıkan yeri.
Madde; katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere dört farklı fiziksel hâlde bulunabilir. Hâl değişimi, maddenin bu farklı hâller arasında geçişini ifade eder. Örneğin katıdan sıvıya geçiş erime, sıvıdan gaz hâline geçiş buharlaşma, gazdan sıvı hâline geçiş yoğuşma ve gazdan plazma hâline geçiş iyonlaşma gibi hâl değişimlerine örnektir. Şemadaki bir oka tıkla.
Erime · Buharlaşma · Süblimleşme · İyonizasyon
Şemada soldan sağa giden yön. Tanecikler arasındaki bağların çözülmesi için maddeye
enerji verilmesi gerekir.
Donma · Yoğuşma · Kırağılaşma · Deiyonizasyon
Şemada sağdan sola giden yön. Tanecikler düzene girerken madde çevresine
enerji verir.
Bir maddenin katı hâlden sıvı hâle geçişi sürecidir. Örneğin buzun oda sıcaklığında suya dönüşmesi bir erime olayıdır. Bu süreçte maddenin moleküler düzeni bozulur ve serbestçe hareket edebilen sıvı hâl oluşur.
Maddenin sıvı hâlden katı hâle geçişi anlamına gelir. Örneğin suyun buzluğa konduğunda, oda sıcaklığında olan sıvı hâlden daha düşük bir sıcaklıkta bulunan buzlukta soğutulması sonucunda katı buz hâline dönüşmesi bir donma olayıdır.
Maddenin sıvı hâlden gaz hâle geçmesidir. Örneğin su, belirli bir sıcaklıkta (100 °C'ye kadar) buharlaşarak gaz hâline geçer.
Bir maddenin gaz hâlden sıvı hâle geçişini ifade eder. Bu süreç, gaz hâldeki bir maddenin soğutulması sonucu gerçekleşir. Örneğin yemek pişirirken tencerenin kapağına temas eden su buharının soğuması sonucu su damlacıklarına dönüşmesi bir yoğuşma olayıdır.
Katı hâlde bulunan bir maddenin doğrudan gaz hâline geçişini ifade eder. Karbondioksit (CO₂) gibi bazı maddelerin belirli sıcaklık ve basınç koşullarında süblimleşerek katı hâlden doğrudan gaz hâline geçmesi, süblimleşme sürecinin örnekleridir.
Gaz hâlindeki bir maddenin sıvı hâle geçmeden doğrudan katı hâle geçmesini ifade eder. Özellikle havadaki su buharının, hava sıcaklığının ani bir şekilde düşmesi sonucu direkt olarak katı hâle geçmesi kırağılaşma olayına örnektir. Bu durum, su buharının doğrudan buz kristallerine dönüşmesi şeklinde meydana gelir ve genellikle bitkilerin üzerinde ve diğer yüzeylerde gözlemlenebilir.
Gaz hâlde bulunan moleküllerin yüksek enerjiye maruz kalarak iyonize olması sonucu gerçekleşir. Örneğin kuzey ve güney ışıkları, Dünya'nın manyetik alanı içindeki yüksek enerjili parçacıkların atmosferle etkileşimi sonucu oluşur. Bu etkileşim, atmosfer gazlarının iyonize olmasıyla plazma hâline geçmelerini sağlar.
Plazma hâlindeki maddenin enerjisini kaybederek gaz hâline geçmesidir. Şimşek sonrası atmosferdeki gazlar plazma hâlinde kısa bir süre kalır ve ardından tekrar normal durumlarına geri dönerler. Plazma hâli geçici bir durumdur ve yıldırımın enerjisi azaldıkça normale dönerler.
Bu ayrım, ünitenin en çok karıştırılan noktası. Islak çamaşır 20 °C'de de kurur; su ise yalnızca kaynama sıcaklığında kaynar.
Buharlaşma, sıvının yüzeyinde ve her sıcaklıkta gerçekleşen bir süreçtir. Sıcaklık arttıkça buharlaşma hızı artar.
Kaynama, kaynama sıcaklığında gerçekleşir ve bu sıcaklıkta sıvının içindeki tüm moleküller gaz hâline geçer. Kaynama sıcaklığı, sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklığı ifade eder.
Maddelerin bir fiziksel hâlden (faz) başka bir fiziksel hâle geçmesine "hâl değişimi" denir.
Ayrıca hâl değişimi, maddenin miktarına bağlı değildir: bir bardak su da bir kazan su da aynı koşullarda aynı sıcaklıkta kaynar; değişen sadece gereken süre ve ısı miktarıdır.
Hâl değiştirme ısısı, saf maddenin birim kütlesinin (1 gram) hâl değiştirmesi için gerekli olan ısı miktarını ifade eder. Bu ısının sembolü 'L' ile gösterilir. Saf maddeler için ayırt edici bir özellik olan hâl değiştirme ısısı, SI birim sisteminde joule/kilogram (J/kg) olarak ölçülürken, yaygın olarak kalori/gram (cal/g) birimi de kullanılır.
Q ısı miktarını, m madde miktarını, L ise maddenin hâl değiştirme ısısını temsil eder. Hâl değiştirme için gerekli ısı miktarı, maddenin kütlesi ile doğru orantılıdır.
Erime sıcaklığındaki saf bir maddenin birim kütlesinin, aynı sıcaklıkta sıvı hâle geçmesi için maddeye verilmesi gereken ısı miktarı LE olarak adlandırılır.
Donma sıcaklığındaki saf bir maddenin birim kütlesinin, aynı sıcaklıkta katı hâle geçmesi için maddeden alınması (madde tarafından dışarı yayılması) gereken ısı miktarı LD olarak adlandırılır. Donan madde ısı verir, almaz — bu yüzden LD hep “dışarı çıkan” ısıdır. Saf bir maddenin erime ve donma ısıları eşittir: erime sıcaklığında sıvı hâle geçmesi için gereken ısı ile aynı sıcaklıkta katı hâle geçmesi için yayması gereken ısı birbirine eşittir. (LE = LD)
Kaynama sıcaklığında saf bir maddenin birim kütlesinin, aynı sıcaklıkta gaz hâle geçmesi için maddeye verilmesi gereken ısı miktarı olarak adlandırılır.
Yoğuşma sıcaklığında saf bir maddenin birim kütlesinin, aynı sıcaklıkta gaz hâlinden sıvı hâle geçmesi için madde tarafından yayılması gereken ısı miktarı LY olarak adlandırılır. Saf bir maddenin buharlaşma ve yoğuşma ısıları eşittir. (LY = LB)
Hâl değiştiren saf bir maddenin sıcaklığı değişmediği için hâl değiştirmeyen kısmının özkütlesi değişmez. Örneğin 0 °C'te buz-su karışımında henüz erimemiş buzun özkütlesi, erime devam ederken de aynı kalır.
Buzu ısıtmaya başlayıp buhara kadar götürelim. Grafikte eğik bölgelerde sıcaklık artar (Q = m·c·ΔT), yatay bölgelerde ise sıcaklık sabit kalır ve verilen ısı hâl değişimine harcanır (Q = m·L). "Isıt" düğmesine bas.
| Bölge | Ortamda ne var? | Bağıntı |
|---|---|---|
| 1 | Buz — Bu bölgede buz katı hâldedir. Q₁ kadar ısı verilerek sıcaklığı erime sıcaklığına çıkarılmıştır. | Q₁ = m · cbuz · ΔT₁ |
| 2 | Buz + Su — Buz erime sıcaklığında, buz ve su birlikte bulunmaktadır. (Q₂ − Q₁) kadar ısı verildiğinde buzun tamamı suya dönüşür. | Q₂ − Q₁ = m · LE |
| 3 | Su — Bu bölgede yalnız su vardır. (Q₃ − Q₂) kadar ısı verildiğinde suyun tamamı kaynama noktasına çıkar. | Q₃ − Q₂ = m · csu · ΔT₂ |
| 4 | Su + Buhar — Su kaynama noktasına ulaşmıştır. (Q₄ − Q₃) kadar ısı verilerek suyun tamamı buhar hâline dönüşür. | Q₄ − Q₃ = m · LB |
| 5 | Buhar — Bu bölgede buhar, (Q₅ − Q₄) kadar ısı verilerek sıcaklığı artırılmıştır. | Q₅ − Q₄ = m · cbuhar · ΔT₃ |
Eğik bölgelerin eğimi 1/(m·c) ile belirlenir; öz ısısı büyük olan bölge daha yatıktır. Yatay bölgelerin uzunluğu ise m·L kadardır.
Hâl değişimi laboratuvarda değil, günün her saatinde gözünün önünde oluyor.
Yemek pişirirken tencerenin kapağına temas eden su buharının soğuması sonucu su damlacıklarına dönüşmesi bir yoğuşma olayıdır. Kapağı kaldırınca damlayan su, gazdan sıvıya dönmüş buhardır.
Su kaynamaya başladıktan sonra ateşi açmak sıcaklığı yükseltmez; hâl değişim sıcaklığında ısı verilse dahi maddenin tamamı hâl değiştirmeden sıcaklığı değişmez. Sadece daha hızlı buharlaşır ve tencere daha çabuk kurur.
Havadaki su buharının, hava sıcaklığının ani bir şekilde düşmesi sonucu doğrudan katı hâle geçmesi kırağılaşmadır. Su buharı önce sıvıya dönmez; doğrudan buz kristallerine dönüşür ve genellikle bitkilerin üzerinde görülür.
Kuzey ve güney ışıkları, Dünya'nın manyetik alanı içindeki yüksek enerjili parçacıkların atmosferle etkileşimi sonucu oluşur. Bu etkileşim atmosfer gazlarının iyonize olarak plazma hâline geçmesini sağlar. Gökyüzündeki o perde, bir hâl değişiminin ta kendisi.
Şimşek sonrası atmosferdeki gazlar plazma hâlinde kısa bir süre kalır ve ardından tekrar normal durumlarına döner — bu deiyonizasyondur. Plazma hâli geçici bir durumdur; yıldırımın enerjisi azaldıkça gazlar normale döner.
Hava 10 °C olsa da çamaşır kurur, çünkü buharlaşma sıvının yüzeyinde ve her sıcaklıkta gerçekleşir. Yaz günü daha hızlı kurumasının sebebi ise sıcaklık arttıkça buharlaşma hızının artmasıdır. Kaynama ise sadece kaynama sıcaklığında olur.
Karbondioksit (CO₂) belirli sıcaklık ve basınç koşullarında süblimleşerek katı hâlden doğrudan gaz hâline geçer. Sıvı aşamayı atladığı için ne kap ıslanır ne de zemin. Sahne dumanı da bu yüzden kuru buzla yapılır.
Buz 0 °C'te erir, su 0 °C'te donar. Bir maddenin erime ve donma, kaynama ve yoğuşma sıcaklıkları birbirine eşittir ve LE = LD, LB = LY'dir. Hangi yöne gidersen git aynı sayı.
Farklı saf maddelerin aynı koşullardaki hâl değişim sıcaklıkları birbirinden farklıdır ve saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Bu yüzden bir sıvının kaynama sıcaklığını ölçmek, onun hangi madde olduğunu anlamanın en pratik yollarından biridir.
30 sorudan oluşan bu test ile "Hâl Değişimi ve Çeşitleri" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Madde dört farklı fiziksel hâlde bulunabilir; hâl değişimi bu hâller arasındaki geçişi ifade eder.
Bu geçişlerde madde enerji alır. Ters yönleri olan donma, yoğuşma, kırağılaşma ve deiyonizasyonda ise enerji verir.
Katının doğrudan gaz hâline geçmesi. Karbondioksit (CO₂) belirli koşullarda süblimleşir. Tersi kırağılaşmadır.
Sıvının yüzeyinde ve her sıcaklıkta gerçekleşir; sıcaklık arttıkça hızı artar.
Kaynama sıcaklığında gerçekleşir ve bu sıcaklıkta sıvının içindeki tüm moleküller gaz hâline geçer.
Birim kütlenin hâl değiştirmesi için gereken ısı. L sembolüyle gösterilir, birimi J/kg veya cal/g'dır ve ayırt edicidir.
Saf bir maddenin erime ve donma ısıları eşittir; buharlaşma ve yoğuşma ısıları da birbirine eşittir.
Hâl değişim sıcaklığında ısı verilse dahi maddenin tamamı hâl değiştirmeden sıcaklığı değişmez.
Eğik bölgelerde sıcaklık artar, yatay bölgelerde verilen ısı hâl değişimine harcanır ve sıcaklık sabit kalır.