Maddenin Hâl Değişim Noktaları

Konu Anlatımı

Hâl Değişim Noktası Nedir?

Madde katı, sıvı ve gaz hâllerinde bulunabilir. Bu hâller arasında geçiş yapıldığındaki sıcaklığa hâl değişim noktası denir. Sıvının gaz hâline geçmeye başladığı sıcaklığa kaynama noktası, katı ile sıvı hâl arasındaki geçiş sıcaklığına ise erime (donma) noktası denir.

Bu değerler sabit bir sayı değildir; basınca bağlıdır. Özellikle kaynama noktasında basıncın etkisi belirgindir. Deniz seviyesinde saf suyun kaynama noktası 100 °C, donma noktası ise 0 °C'dir.

Hâl Değişimde Isı ve Sıcaklık

Hâl değişim sırasında madde ısı alır ya da verir, ancak sıcaklığı sabit kalır. Çünkü alınan ya da verilen ısı, tanecikleri hâl değiştirmek için kullanılır; taneciklerin hareketini hızlandırmaya harcanmaz.

Bu ısıya hâl değişim ısısı denir. Katının sıvıya geçerken aldığı ısıya erime ısısı, sıvının gaza geçerken aldığı ısıya buharlaşma ısısı denir. Ters yöndeki geçişlerde ise aynı miktarda ısı çevreye verilir; bu yüzden kalıptaki buz çıkardığında ortamı soğutur.

Basıncın Etkisi

Bir sıvının kaynama noktası, üzerine uygulanan basınçla değişir. Basınç arttıkça kaynama noktası yükselir, basınç azalınca düşer. Deniz seviyesinden yüksekte bulunan yerlerde basınç daha düşük olduğu için su daha düşük sıcaklıkta kaynar ve yemekler daha geç pişer.

Bu nedenle bir dağın zirvesinde açık bir kapta pişen yemek, deniz seviyesindeki aynı yemekten daha geç pişer. Kap kapatıldığında ise buharın basıncı artacağı için suyun kaynama noktası yükselir ve yemek daha çabuk pişer.

Katılaşma ve Kristallenme

Sıvıdan katıya geçişe katılaşma ya da donma denir. Bu geçiş sırasında düzenli bir yapı oluşuyorsa buna kristallenme, oluşan düzenli yapıya da kristal denir. Bir yüzeyde alçak sıcaklıklarda dumanın yoğuşması da hâl değişimidir; sıvı damlacıklar oluşur ve yüzey ısınıp buharlaşır.

Arı Maddeler ve Karışımlar

Arı maddelerin hâl değişim noktaları belirli ve sabittir. Bu nedenle hâl değişim noktaları maddelerin ayırt edici özellikleridir; elde edilen madde hangi noktada kaynıyorsa öyle tanımlanır.

Karışımlarda ise noktalar sabit değildir. İçine çözünen madde katılan bir suda donma noktası düşer, kaynama noktası ise yükselir. Bu yüzden şekerli su, meşrubat ve süt donmadan ya da kaynamadan önce ısıtılabilir.

Çözümlü Örnek

Suyun normal koşullarda 100 °C'de kaynadığı bilinmektedir. Suyun 90 °C'de kaynaya başladığı bir ortam için ne söylenebilir?

• Adım 1: Kaynama noktasının 100 °C'den daha düşük olduğu görülür.
• Adım 2: Kaynama noktasının düşmesi, ortamdaki basıncın normal basınçtan düşük olduğunu gösterir.
• Adım 3: Bu, suyun üzerindeki basıncın az olduğu bir ortam olduğunu doğrular.

Özet

Sıvının gaz hâline geçmeye başladığı sıcaklığa kaynama noktası, katı ile sıvı arasındaki geçiş sıcaklığına erime ya da donma noktası denir. Bu değerler basınca bağlıdır; basınç arttıkça kaynama noktası yükselir. Deniz seviyesinde saf suyun kaynama noktası 100 °C, donma noktası 0 °C'dir. Hâl değişim sırasında madde ısı alır ya da verir ama sıcaklığı sabit kalır, çünkü enerji tanecikleri hâl değiştirmeye harcanır; bu ısıya hâl değişim ısısı denir. Arı maddelerin hâl değişim noktaları sabit olduğundan bu değerler ayırt edici özellik olarak kullanılır. Karışımlarda çözünen madde donma noktasını düşürür, kaynama noktasını yükseltir.

Sık Yapılan Hatalar

• Hâl değişimde sıcaklığın yükseldiğini düşünmek: Isı alınsa da alınan enerji hâl değişiminde kullanılır, sıcaklık sabit kalır.
• Her yerde suyun aynı sıcaklıkta kaynadığını varsaymak: Kaynama noktası basınca bağlıdır; yüksek yerlerde su daha düşük sıcaklıkta kaynar.
• Kapalı kapta suyun kaynama noktasının düştüğünü düşünmek: Kapalı kapta buhar basıncı artar ve kaynama noktası yükselir.
• Donma noktası ile erime noktasını farklı sayılar sanmak: Aynı madde için bu iki değer aynı sıcaklığa karşılık gelir.
• Şekerli suyun daha kolay donduğunu düşünmek: İçine çözünen madde katılan suyun donma noktası düşer, yani daha düşük sıcaklıkta donar.

Ne Öğreneceğiz

Kaynama ve erime-donma noktaları, hâl değişiminde sıcaklığın sabit kalması, hâl değişim ısısı ve basıncın noktalar üzerindeki etkisi. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Kaynama noktası ile erime-donma noktasını tanımlar ve maddelerin ayırt edici özelliği olarak kullanır.
• Hâl değişim sırasında sıcaklığın neden sabit kaldığını ısı alışverişiyle açıklar.
• Saf suyun donma ve kaynama noktalarını bilir, bunların bağlı olduğu koşulları belirtir.
• Basıncın kaynama noktasını nasıl etkilediğini açıklar.
• Hâl değişim ısısı kavramını tanımlar ve günlük hayattan iki örnek verir.
• Arı madde ile karışımların hâl değişim noktaları arasındaki farkı belirtir.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Kaynama noktası sıvının gazlaşmaya başladığı, erime noktası ise katı ile sıvının birbirine dönüştüğü sıcaklıktır.
• Hâl değişim sırasında sıcaklık sabit kalır, madde ise ısı alır ya da verir.
• Deniz seviyesinde saf suyun kaynama noktası 100 °C, donma noktası 0 °C'dir.
• Basınç arttıkça kaynama noktası yükselir, basınç azalınca düşer.
• Yüksek yerlerde su daha düşük sıcaklıkta kaynar ve yemek daha geç pişer.
• Arı maddelerin hâl değişim noktaları sabit olduğu için ayırt edici özellik olarak kullanılır.
• Karışımlarda çözünen madde, donma noktasını düşürür ve kaynama noktasını yükseltir.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Suyun 0 °C'de donduğunu ve 100 °C'de kaynadığını bilen bir öğrenci, suyun 50 °C'deki hâlini söyleyin.

1. Adım 1: 50 °C, suyun donma noktasından büyük olduğu için su katı değildir.
2. Adım 2: 50 °C, suyun kaynama noktasından küçük olduğu için su gaz değildir.
3. Adım 3: Bu nedenle su 50 °C'de sıvı hâldedir.

Sonuç/cevap: Su 50 °C'de sıvı hâldedir.

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Şeker katılmış bir suyun donma noktası saf suyunkiyle karşılaştırıldığında nasıl değişir?

1. Adım 1: Şeker suda çözünerek karışım meydana getirir.
2. Adım 2: Karışımlarda çözünen madde donma noktasını düşürür.
3. Adım 3: Bu nedenle şekerli su, saf sudan daha düşük sıcaklıkta donar.

Sonuç/cevap: Şekerli suyun donma noktası düşer.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Suyun Hâl Değişimleri konusunun adımları:

1. Adım 1: 50 °C, suyun donma noktasından büyük olduğu için su katı değildir.
2. Adım 2: 50 °C, suyun kaynama noktasından küçük olduğu için su gaz değildir.
3. Adım 3: Bu nedenle su 50 °C'de sıvı hâldedir.

Karşılaştırma Tablosu

Kendini Dene

Soru: Suyu bir kapta ısıtarak sıcaklığını düzenli aralıklarla ölçün; kaynama anında sıcaklığın neden sabit kaldığını yazınız.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Deneyin güvenli bir ısıtıcı ile yapılmasının belirtilmesi 3 puan; en az dört ölçümün yapılıp yazılması 4 puan; kaynama anında sıcaklığın sabit kaldığının belirtilmesi 4 puan; bunun hâl değişim ısısıyla açıklanması 3 puan; kaynama sonrası sıcaklığın yükseldiğine dair not 1 puan. Toplam 15 puan.