Maddenin Fiziksel Halleri - Kimya Budur - TYT Kimya

Maddenin Fiziksel Halleri

Maddenin Fiziksel Halleri ünitesine ait PDF Ders Notu için aşağıdaki linkleri tıklayabilirsiniz.

Madde katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere dört temel fiziksel halde bulunur. Madde ısı alış verişi sonucu bu fiziksel haller arasında geçiş yapabilir. Bu geçişlere hal değişimi denir. Hal değişimi sırasında zayıf etkileşimler kopar ya da oluşur. Bu da hal değişiminin fiziksel bir olay olduğunu gösterir.

Bir maddenin ısı alarak
Katı hâlden sıvı hâle geçmesine erime,Sıvı hâlden gaz hâline geçmesine buharlaşma,
Katı hâlden gaz hâline geçmesine süblimleşme,
Gaz hâlden plazma hâline geçmesine iyonizasyon,ısı vererek
Gaz hâlden sıvı hâline geçmesine yoğuşma,
Sıvı hâlden katı hâline geçmesine donma,
Gaz hâlden katı hâline geçmesine kırağılaşma,
Plazma hâlden gaz hâline geçmesine deiyonizasyon denir.

Maddenin fiziksel halleri ve özellikleri

 

 

 

 

 

 

 

Bir maddenin ısı alarak katı-sıvı-gaz hal değişimleri meydana geldiği sırada:

1. Tanecikler arası boşluk artar.
2. Sistem ısı alır, olay endotermiktir.
3. Düzensizlik artar.
4. Potansiyel enerji artar.
5. Sıcaklık değişmez.
6. Kinetik enerji değişmez.
7. Tanecikler arası çekim kuvveti azalır.

Havadan Azot ve Oksijen Eldesi

Azot gazı, -196oC’ta sıvılaştığı için sıvı azot en soğuk maddelerden biridir. Bu nedenle temas ettiği her şeyi dondurur. Bu özelliğinden dolayı tıpta organların dondurulmasında kullanılır. Çok geniş kullanım alanlarına sahip olan azot ve oksijenin elde edildiği en önemli kaynak havadır. Kuru hava hacimsel olarak yaklaşık % 78 azot, % 21 oksijen, % 1 diğer gazları (argon, karbon dioksit, su buharı vb) içerir. Havadan azot ve oksijenin elde edilmesi ayrımsal damıtma yöntemiyle gerçekleştirilir. Bu yöntemde oksijen ve azotun kaynama noktaları farkından yararlanılarak sırasıyla aşağıdaki işlemler uygulanır:

Havadan azot ve oksijenin ayrıştırılması

1. Hava, normal atmosfer basıncının yaklaşık 40 katı kadar yüksek bir basınçla sıkıştırılır.

2. Sıkıştırılan hava sıvı azot ünitesinde yaklaşık -200 oC’a kadar soğutularak sıvı hâle getirilir. Sıvı hâldeki karışımın içinde bulunan karbon dioksit ve su -200 oC’ta katı hâlde olacağı için karışımdan ilk olarak karbon dioksit ve su ayrılır. Sıvı karışımda ise azot ve oksijen kalır.
3. Sıkıştırılmış havanın genleşmesine izin verilir.
4. Kolona gelen sıvı karışımındaki azot, kaynama noktası daha düşük (-196oC) olduğu için kolonun üstünden gaz olarak çıkar. Azotun gaz olarak bulunduğu sıcaklıkta (-183oC) oksijen hâlâ sıvıdır. Sıvı olan oksijen kolonun alt kısmından ayrılır.
Yapılan işlem sonucunda havadan azot ve oksijen elde edilir.

KATILAR VE SIVILAR

Katılar tanecikler arası boşlukları yok denecek kadar azdır. Sıvıların ise boşlukları biraz daha fazla olup akışkandır. Katılar kristal ve amorf olmak üzere ikiye ayrılır.

KATILAR

 

Katılar kristal ve amorf olmak üzere iki ana sınıfta gruplandırılır

Katılar, amorf ve kristal katılar olmak üzere ikiye ayrılır. Amorf katıların belirli geometrik şekilleri yoktur, sert ve sıkıştırılamazlar. Cam, lastik, plastik ve tereyağ amorf katıya örnek olarak verilebilir.

Kristal yapılar düzenli, amorf yapılar ise düzensizdir

 

 

 

 

 

KRİSTAL KATILAR

Belirli geometrik şekli olan sert ve sıkıştırılamayan katılara kristal katılar denir. Günlük hayatta karşılaşılan katıların çoğu kristal katıdır.
Kristal katılara tuz, iyot, elmas ve çinko örnek verilebilir. Kristal katılar, kimyasal türlerini birarada tutan kuvvetlere göre 4’e ayrılır:

 

İyonik Katılar

İyonik bileşikleri bir arada tutan güçlü etkileşimler olduğu için iyonik bileşikler serttir. İyonik katıların erime ve kaynama noktaları oldukça yüksektir. İyonik katılar elektriği iletmezler. Suda çözündüklerinde veya eritildiklerinde elektriği iletirler.
NaCl, CsCl, ZnS, MgO, CaFbileşikleri iyonik katılara örnektir.

 

Moleküler Katılar

Moleküler katılarda moleküller arasındaki çekim kuvvetleri; dipol- dipol, London etkileşimleri ve hidrojen bağları olabilir.
Örneğin iyot, kuru buz (katı CO2) ve naftalin (C10H8) gibi apolar kovalent bağlı katılarda London etkileşimleri, SO2 gibi polar katılarda, dipol-dipol etkileşimleri, H2O, NH3 ve HF bileşiklerinin katı hâllerinde ise hidrojen bağları etkindir.
Bu etkileşimler kovalent ve iyonik çekim kuvvetlerinden daha zayıftır. Bu nedenle moleküler katıların erime ve kaynama noktaları düşüktür.
Parafin, naftalin gibi bazı moleküler katılar yumuşaktır. Isı ve elektriği iletmezler.

 

Kovalent Katılar

Kovalent katıları bir arada tutan çok sayıda atomun güçlü kovalent bağlarla etkileşmesidir. Ametal atomlarının elektronlarını ortaklaşa kullanması
sonucunda oluşan katılardır. Kovalent katılara elmas, silisyum karbür, kuartz, silisyum nitrür örnek verilebilir.

Elmasın erime ve kaynama noktası yüksek ve sert bir madde iken, grafit ve kuartz gibi kovalent katıların erime ve kaynama noktası düşük ve yumuşaktır.

 

Metalik Katılar

Metalik katılar, pozitif iyonların belirli bir düzene göre yerleşmesi ile oluşur. Metalik katılar metalik bağ ile birbirlerine bağlanırlar. Katının tamamında pozitif iyonlar serbest hareketli elektron deniziyle çevrilmiş olarak bir arada bulunur. Elektronların hareketliliği metallere tel ve levha hâline gelme, ısı ve elektriği iletme, parlaklık gibi özellikler kazandırır.Metallerin erime ve kaynama noktaları metalden metale değişir. Örneğin sezyum 28,4 C’ta erirken, tungsten 3680 C’ta erir.
Çinko, gümüş, bakır, potasyum, sodyum metalik katılara örnek verilebilir.

 

SIVILAR

SIVILARDA VİZKOZİTE

Viskozitesi büyük olan sıvıların akıcılığı düşüktür

Sıvıların akmaya karşı gösterdiği dirence vizkozite denir. Bir sıvının viskozitesi ne kadar yüksekse sıvının akışkanlığı o kadar düşüktür. Akışkanlıkla viskozite zıt kavramlardır. Örneğin balın viskozitesi sudan daha yüksektir. Bal sudan daha viskozdur denir.

Moleküller arası kuvvetleri büyük olan sıvılar, moleküller arası kuvvetleri zayıf olan sıvılara göre genellikle daha yüksek viskoziteye sahiptir.

Su, glikol ve gliserin sıvılarından gliserinde hidrojen bağları sayısı ( 3 adet OH) daha fazla ve sağlam olduğundan daha viskozdur. Suda ise hidrojen
bağı sayısı (1 adet OH) daha az olduğundan akıcılığı daha yüksektir. Sıcaklık arttıkça viskozite genellikle azalır, sıvının akıcılığı artar.

BUHAR BASINCI

Buharlaşma, sıvı moleküllerinin yeterli kinetik enerjiye ulaştığında gaz faza geçip sıvı yüzeyini terk etmesidir. Sıvı yüzeyini terk eden gaz moleküllerinin bir kısmı soğuk hava ile karşılaştığında sıvılaşır ve sıvı faza geçer. Bu olay sürekli tekrarlanır ve sıvı-buhar dengesi oluşur. Sıvısıyla dengede bulunan buharın oluşturduğu basınca denge buhar basıncı denir.


Bir sıvının denge buhar basıncı:

* Sıvının cinsine bağlıdır. Farklı sıvıların denge buhar basınçları farklıdır.
* Sıvının miktarına, kabın şekline ve dış basınca bağlı değildir.
* Sıcaklık arttıkça sıvının denge buhar basıncı artar.
* Moleküller arası çekim kuvveti fazla olan sıvının buhar basıncı düşüktür.

Sabit hacimli kaplarda sıcaklığın sıvı-buhar dengesine etkisi:

Denge buhar basıncı sıcaklıkla doğru orantılıdır

Sıcaklık arttırıldığında denge buhar basıncı artar:
Sıvı tanecikleri sayısı azalır.
Gaz tanecikleri sayısı artar.

Sıcaklık azaltıldığında denge buhar basıncı azalır:
Sıvı tanecikleri sayısı artar.
Gaz tanecikleri sayısı azalır

 

Sabit sıcaklıkta pistonlu kaplarda sıcaklığın sıvı-buhar dengesine etkisi:

Dış basıncın denge buhar basıncına etkisi yoktur

Piston yukarı doğru çekilirse denge buhar basıncı değişmez:
Sıvı tanecikleri sayısı azalır.
Gaz tanecikleri sayısı artar.

Piston aşağı doğru itilirse denge buhar basıncı değişmez:
Sıvı tanecikleri sayısı azalır.Gaz tanecikleri sayısı artar.

 

 

KAYNAMA OLAYI

Kaynama sırasında sıvının her tarafında kabarcıklar oluşur

Bir sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu anda sıvının her yerinde buharlaşma başlar. Bu olaya kaynama denir. Bu olayın gerçekleştiği sıcaklığa kaynama sıcaklığı veya kaynama noktası denir. Pbuhar = Pdış olduğunda kaynama başlar.

*Açık hava basıncı arttıkça kaynama noktası artar. Örneğin deniz seviyesinden yükseğe çıkıldıkça açık hava basıncı düşer ve su 100 oC nin altında kaynamaya başlar.
*Buhar basıncı küçük olan sıvıların kaynama noktası yüksek, uçuculuğu düşük olur.

 

Buharlaşma ve Kaynama

Buharlaşma ve kaynama farklı olaylardır

Kaynama ve buharlaşma farklı olaylardır:
* Buharlaşma her sıcaklıkta, kaynama belirli sıcaklıkta olur.
* Buharlaşma sıvının yüzeyinde, kaynama sıvının her bölgesinde gerçekleşir.
* Buharlaşma sırasında sıvının sıcaklığı değişirken, kaynama sırasında değişmez.

* Buharlaşma maddenin cinsine, saflığına, sıcaklık, basınç, yüzey alanı, neme bağlıdır, kaynama maddenin cinsine, saflığına ve dış basınca bağlıdır.

*Buharlaşma sırasında kabarcıklar oluşmaz, kaynama sırasında kabarcıklar oluşur.

GAZLAR

Gazların Genel Özellikleri

1. Gazlar her yöne gelişigüzel, doğrusal ve sürekli hareket ederler (Brown hareketi).
2. Gazlar bulundukları kabın tamamına yayılırlar. Belirli şekil ve hacimleri yoktur.
3. Gaz tanecikleri bulunduğu kabın çeperine çarparak basınç uygular.
4. Gaz tanecikleri arasında büyük boşluklar olduğundan sıkıştırılabilirler.
5. Gaz taneciklerinin ortalama kinetik enerjileri mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Sıcaklığı aynı olan tüm gazların ortalama kinetik enerjileri eşittir.
6. Katı ve sıvı hale göre en düzensiz ve yüksek enerjilidir.
7. Tüm gazlar birbiri içinde homojen dağılırlar.
8. Gazlar yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta sıvılaştırılabilirler.
9. Gaz tanecikleri arasında çekim kuvvetleri katı ve sıvılarınkine oranla çok az olduğu için tanecikleri birbirinden uzaktır ve bağımsız hareket eder.
10. Gaz molekülleri öteleme, dönme ve titreşim hareketlerini yapabilir.

Gazları Tanımlayan Özellikler

Gazlar, sıcaklık, basınç, hacim ve madde miktarı gibi çeşitli değişkenlere bağlı olarak farklı fiziksel davranışlar sergileyebilir

Basınç

Atmosferin yeryüzüne uyguladığı basınca atmosfer basıncı denir. Atmosfer basıncı barometre ile ölçülür. Atmosfer basıncı deniz seviyesinde 1 atmosferdir (atm). Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncı azalır.
Kapalı kaplardaki gaz basıncını ölçen aletlere manometre denir. Gazın basıncı birim hacimdeki taneciğin sayısı, hızı ve çarpışma sayısıyla orantılıdır.
Basınç birim yüzeye uygulanan kuvvettir. P ile gösterilir. Basınç birimlerinden en çok kullanılanlar atmosfer (atm) ve mmHg’dır

1 atm = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 760 Torr

açık hava basıncı
Deniz seviyesinde açık hava basıncı 76 cm Hg iken dağın zirvesinde 73 cm Hg dir.

Hacim

Hacim, maddenin boşlukta kapladığı alandır. Gazın hacmi bulunduğu kabın hacmine eşittir. V ile gösterilir. Gazlarda en çok kullanılan hacim birimi litredir (L).

Örneğin bütün gazların 1’er molleri oda koşullarında (1 atm basınç, 25 C’ta) 24,5 L hacim kaplarken normal koşullarda (1 atm basınç, 0 C’ta) 22,4 L hacim kaplar.
Normal koşullarda 22,4 litre hacim kaplayan 1 mol gazda 6,023.1023 tanecik bulunur. Bu sayı Avogadro sayısı olarak bilinir ve (NA) ile gösterilir.

Miktar (Mol)

Avogadro sayısı kadar taneciğe (atom, molekül veya iyon) 1mol denir. Eşit sayıda tanecik içeren gazlar eşit hacimdedirler.

Sıcaklık

Gazın davranışını etkileyen önemli özelliklerden biri de sıcaklıktır. Sıcaklık termometre ile ölçülür.
Kelvin cinsinden sıcaklığa mutlak sıcaklık denir ve T ile gösterilir. Celsius (C) cinsinden sıcaklık ise t ile gösterilir. Gazların basıncı mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Celsius sıcaklık birimi Kelvin’e çevrilmelidir

Kelvin (K) = Celcius (oC) + 273

T (K) = t (oC) + 273 şeklindedir

Sıcaklık arttıkça gaz taneciklerinin hızı ve ortalama kinetik enerjisi artarken soğuk ortamda hız ve ortalama kinetik enerjileri azalır. Aynı sıcaklıkta tüm gazların ortalama kinetik enerjisi aynıdır.

SAF MADDELERİN HAL DEĞİŞİM GRAFİĞİ

Hâl değişimi kimyasal değil, fiziksel bir olaydır. Hâl değişimi sırasında maddenin kimyasal yapısı değişmez. Yani buz, ısı verildiğinde su ya da
buhar olmasına rağmen bileşik formülü daima H2O’dur.

 

Saf maddelerin ısınma-zaman grafiği
Saf maddelerin ısınma-zaman grafiği
Saf maddelerin soğuma-zaman grafiği
Saf maddelerin soğuma-zaman grafiği

 

PLAZMA

plazma hal
Molekül, iyon, serbest elektronlar olazma hali oluşturur.

Maddenin gaz hâlindeki atomuna enerji verilirse elektronlar çekirdeğin çekim kuvvetinden kurtularak, iyon hâline geçer. Bu nedenle plazma hâline
iyonize gaz da denir. Atom, molekül, iyon ve serbest elektronların tamamının aynı ortamda bulunmasıyla plazma hâli oluşur.
Plazmada pozitif iyon sayısı negatif iyon sayısına eşittir. Bu nedenle plazma elektriksel olarak nötrdür. Ancak elektriği iyi iletir.
• Gazlar; gibi plazmalarında belirli şekil ve hacimleri yoktur.
• Yoğunlukları katı ve sıvılardan daha azdır.
• Gaz hâlinde nötr moleküller ve atomlar olduğu hâlde plazma hâli nötr atom, molekül, pozitif ve negatif yüklerin serbestçe dolaştığı taneciklerden oluşur.
ÖRNEK: Şimşek, yıldırım, mum, kibrit alevi, kutup ışıkları, volkan lavları, güneş ve yıldızlar, oresan lamba, neon ışıkları, plazma topu, plazma
televizyon