Katı, sıvı,
gaz ve
plazma
Aynı su; buz olarak elinde durur, sıvı olarak akar, buhar olarak kaybolur. Değişen tek şey taneciklerin birbirine olan uzaklığı ve hareketi. Evrendeki maddenin büyük çoğunluğu ise dördüncü hâlde: plazma.
Maddeler dört farklı hâlde bulunur. Bunlar; katı, sıvı, gaz ve plazma hâlidir. Aşağıdaki kaydırağı soldan sağa çek — taneciklerin arasındaki boşluğun, düzenin ve hareket biçiminin nasıl değiştiğini gör.
Bakır, demir, altın, gümüş, şeker, tuz ve kum katıdır.
Su, benzin, kolonya, sirke, zeytinyağı sıvıdır.
Oksijen, azot, karbon dioksit, metan, LPG, helyum gaz hâlindedir.
Güneş, diğer yıldızlar, şimşek, yıldırım, kutup ışıkları, floresan ve neon lambalar plazma hâlindedir.
Dikkat: magma ve lav plazma değildir. Erimiş kayadır, yani sıvıdır (yaklaşık 700-1200 °C). Plazma iyonlaşmış gazdır ve on binlerce derece gerektirir.
Maddelerin hâl değişimi sırasında sadece taneciklerin birbirinden uzaklığı değişir, maddenin kimyasal yapısı ve formülü değişmez.
Bir önceki üniteyle bağlantı: bu yüzden hâl değişimleri fiziksel değişimdir. Buz, su ve su buharı üçü de H₂O'dur.
Bir gazı sıvılaştırmak, onu çok daha küçük bir hacme sığdırmak demektir. Mutfaktaki tüpten buzdolabına, deodorantından doğal gaz tankerlerine kadar bunun dört büyük uygulaması var.
LPG havadan daha yoğundur, bu nedenle sızıntı ve kaçak durumlarında zemine yakın yerde daha çok birikir.
Doğal gaz (LNG) genellikle boru hatlarıyla taşınır. Boru hatlarıyla taşınmasının mümkün olmadığı yerlerde özel yapılmış çelik tanklarla taşınır.
Soğutucu akışkanlar, kimyasal olarak aktif olmamalı; kullanıldıkları sistemlerdeki metallerle reaksiyona girmemelidir. Eskiden kullanılan Cl₂ ve NH₃ gazlarının zehirli olmasından ve Freon-12'nin ise ozon tabakasına zarar vermesinden dolayı kullanımları yasaklanmıştır. Günümüzde Puron adı verilen soğutucu akışkan yaygınlaştırılmaya çalışılmaktadır.
Kuru hava; hacimsel olarak yaklaşık %78 azot, %21 oksijen, %1 diğer gazları (argon, karbon dioksit, su buharı vb.) içerir. Bunları ayırmak için ayrımsal damıtma kullanılır; yöntemin dayandığı tek şey oksijen ve azotun kaynama noktaları farkıdır.
Endüstride kaynakçılıkta ve çelik üretiminde, tıpta ve farklı birçok alanda kullanılır.
Hem sıvı hem de gaz hâlde kullanılır. Gübre sanayisinde, tıpta, gıda sanayisinde gıdaların korunmasında, otomobil ve uçak lastiklerinin şişirilmesinde, ani soğutma gerektiren işlemlerde ve daha birçok alanda kullanılmaktadır.
Suyun hâl değiştirerek atmosfer ile yeryüzü arasındaki bu döngüsüne doğal su döngüsü denir.
Küçük bir tüpe koca bir gaz nasıl sığıyor? Çünkü içindeki bütan ve propan karışımı basınç altında sıvı. Ocağı açınca basınç düşer ve gaz olarak çıkar. LPG havadan daha yoğun olduğu için kaçak durumunda zemine yakın yerde birikir — bu yüzden gaz kokusu alınca yere eğilmek yerine pencere açılır.
Deodorant kutusunu salladığında içeride sıvı sesi duyarsın. Deodorant ve spreylerde kullanılan gazlar, atmosfer basıncından daha yüksek basınca sahip sıvılaştırılmış gazlardır. Bu itici gazlar renksiz, kokusuz ve toksik olmamalıdır.
Buzdolabının arkası neden sıcak olur? İçerideki soğutucu akışkan ortamdan ısı alarak buharlaşır ve ortam sıcaklığını düşürür, o ısıyı dışarıda geri verir. Aynı sistem klimalarda ve ısı pompalarında kullanılır.
Poşetteki bezelye tane tane durur, birbirine yapışmaz. Sanayide bu iş sıvı azotla ani soğutma ile yapılır. Azot ayrıca gıda sanayisinde gıdaların korunmasında da kullanılır — paketin içine azot basıldığı için cips paketleri şişkin durur.
Uçak ve yarış otomobillerinin lastiklerine hava değil azot basılır. Otomobil ve uçak lastiklerinin şişirilmesinde azot kullanılır; nem içermediği için sıcaklık değişimlerinde basınç daha az oynar.
Ambulanstaki oksijen tüpü havadan ayrılmış oksijendir. Oksijen gazı; endüstride kaynakçılıkta ve çelik üretiminde, tıpta ve farklı birçok alanda kullanılır ve özel çelik kaplarda depolanır.
Kutuplarda gökyüzünü kaplayan yeşil perdeler plazma hâlidir. Güneş, yıldızlar, şimşek ve kutup ışıkları plazma hâlindedir — yani evrende en çok bulunan hâl, dünyada en az gördüğümüz hâl. Yanardağdan akan lav çok sıcak görünse de plazma değil, erimiş kaya yani sıvıdır.
Balkondaki çamaşır kurur, su kaybolmaz — atmosfere karışır ve günün birinde yağmur olarak geri döner. Suyun hâl değiştirerek atmosfer ile yeryüzü arasındaki bu döngüsüne doğal su döngüsü denir ve kirlenen suları arıtarak içilebilir hâle getirir.
Eski buzdolaplarını atarken özel toplama isteniyor. Çünkü içlerindeki Freon-12 ozon tabakasına zarar verdiği için kullanımı yasaklanmıştır. Aynı şekilde Cl₂ ve NH₃ gazları zehirli oldukları için bırakılmış, yerlerine Puron yaygınlaştırılmaya çalışılmaktadır.
30 sorudan oluşan bu test ile "Maddenin Fiziksel Hâlleri" ünitesini ne kadar kavradığını gör.
Maddeler dört farklı hâlde bulunur: katı, sıvı, gaz ve plazma. Standart şartlarda bakır, demir, altın, gümüş, şeker, tuz ve kum katı; su, benzin, kolonya, sirke, zeytinyağı sıvı; oksijen, azot, karbon dioksit, metan, LPG, helyum gaz; Güneş, diğer yıldızlar, şimşek, yıldırım ve kutup ışıkları plazma hâlindedir. Magma ve lav plazma değil sıvıdır.
Katı maddenin en düzenli ve en yoğun hâlidir, belirli şekil ve hacmi vardır, sıkıştırılamaz. Sıvının belirli şekli yoktur ama hacmi vardır, sıkıştırılamaz, akışkandır. Gaz en düzensiz hâldir; belirli şekil ve hacmi yoktur, sıkıştırılabilir, akışkandır.
Pozitif ve negatif yüklerin serbestçe dolaştığı taneciklerden oluşur. Diğer hâllere göre taneciklerinin enerjisi en yüksektir. Belirli şekil ve hacimleri yoktur, akışkandır. Tanecikleri arasındaki boşluk katı ve sıvılara göre fazla, yoğunlukları katı ve sıvılardan daha azdır.
LPG bütan ve propan gazlarından oluşan bir karışımdır; doğal gazın işlenmesi ya da ham petrolün rafinasyonu ile elde edilir, yanıcı ve parlayıcıdır, düşük karbon sayılı olduğu için çevreye zararı azdır. Havadan yoğun olduğu için kaçakta zemine yakın birikir. LNG doğal gazın sıvılaştırılmasıyla elde edilir, %90'ı metandır, doğal gaza göre daha saftır; atmosfer basıncında −162 °C'ye kadar soğutulunca sıvı faza geçer.
İtici gazlar basınç altında sıkıştırılarak küçük hacimli kaplara konur; renksiz, kokusuz ve toksik olmamalıdır. Ortamdan ısı alarak buharlaşan ve ortam sıcaklığını düşüren maddelere soğutucu akışkanlar denir; basınçla sıvılaştırılabilmeli ve basınç kalkınca genleşerek buhar hâline geçmelidir. Buzdolabı, klima ve ısı pompalarında kullanılır.
Kuru hava hacimsel olarak yaklaşık %78 azot, %21 oksijen, %1 diğer gazları içerir. Ayrımsal damıtma ile kaynama noktası farkından yararlanılır: hava soğutulup sıkıştırılarak sıvılaştırılır, sıvı havadan önce kaynama noktası düşük olan azot, sonra oksijen ayrılır. Gaz hâldeki hava soğutulursa önce oksijen sıvılaşır.