Konu anlatımı
Buz erir, su buharlaşır, kışın camlarda kırağı oluşur. Bu alt başlıkta maddenin hâl değiştirmesini, hâl değişimi sırasında sıcaklığın neden sabit kaldığını, hâl değişimi grafiklerini ve basıncın kaynama noktasına etkisini göreceksin.
Hâl değişimleri
Katının sıvıya dönüşmesine erime, sıvının katıya dönüşmesine donma; sıvının gaza dönüşmesine buharlaşma, gazın sıvıya dönüşmesine yoğuşma denir. Katının doğrudan gaza dönüşmesi süblimleşme, gazın doğrudan katıya dönüşmesi kırağılaşmadır. Erime, buharlaşma ve süblimleşme ısı alarak; donma, yoğuşma ve kırağılaşma ısı vererek gerçekleşir. Naftalinin zamanla küçülmesi süblimleşmeye, kışın camlarda oluşan buz çiçekleri kırağılaşmaya örnektir.
Sabit sıcaklık ve hâl değişim ısısı
Saf bir madde sabit basınçta belirli bir sıcaklıkta erir ve aynı sıcaklıkta donar; benzer biçimde kaynama ve yoğuşma da aynı sıcaklıkta olur. Hâl değişimi süresince sıcaklık değişmez; alınan ısı taneciklerin hızını artırmaya değil, aralarındaki bağları zayıflatmaya harcanır ve iç enerji artar. Birim kütlenin hâl değiştirmesi için gereken ısıya hâl değişim ısısı (erime ya da buharlaşma ısısı) denir; ayırt edicidir. Gereken ısı Q = m·L bağıntısıyla verilir; TYT'de bu bağıntı yalnızca yorum için kullanılır. Suyun buharlaşma ısısı erime ısısından çok büyüktür.
Kaynama, buharlaşma ve basınç
Buharlaşma her sıcaklıkta ve yalnızca sıvının yüzeyinden olur; kaynama ise belirli bir sıcaklıkta sıvının her yerinde kabarcıklar oluşarak gerçekleşir. Buharlaşma, ortamdan ve sıvıdan ısı aldığı için serinletir; terlemek bu yüzden vücudu soğutur. Kaynama noktası dış basınca bağlıdır: deniz seviyesinde su 100 °C'de kaynar, basıncın düşük olduğu yüksek dağlarda daha düşük sıcaklıkta kaynar. Düdüklü tencerede basınç arttığı için su 100 °C'nin üstünde kaynar ve yemekler daha çabuk pişer.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Saf bir maddenin özdeş bir ısıtıcıyla ısıtılmasıyla elde edilen sıcaklık-zaman grafiğinde iki yatay bölüm vardır; ikinci yatay bölüm birinciden çok daha uzundur. Yatay bölümler neyi gösterir? Uzunluk farkı neyi anlatır?
Çözüm. Yatay bölümlerde sıcaklık değişmediği için madde hâl değiştirmektedir: birinci yatay bölüm erimeyi, ikincisi kaynamayı gösterir. Isıtıcı eşit sürede eşit ısı verdiğinden yatay bölümün uzunluğu hâl değişimi için gereken ısıyla orantılıdır. İkinci bölüm daha uzun olduğuna göre bu maddenin buharlaşma ısısı erime ısısından büyüktür. Su da böyle bir maddedir.
Örnek 2. Deniz seviyesinden yüksek bir dağın tepesinde yumurta neden geç pişer? Düdüklü tencere bu sorunu nasıl çözer?
Çözüm. Yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncı azalır ve suyun kaynama noktası düşer; dağın tepesinde su 100 °C'den düşük bir sıcaklıkta kaynar. Kaynayan suyun sıcaklığı bu değerin üstüne çıkamadığı için yumurta daha düşük sıcaklıkta ve daha geç pişer. Düdüklü tencere kapalı olduğu için içindeki basınç artar, kaynama noktası yükselir ve yemekler daha yüksek sıcaklıkta, daha çabuk pişer.
Sık yapılan hatalar
- Hâl değişimi sırasında sıcaklığın arttığını sanmak.
- Buharlaşma ile kaynamayı aynı olay sanmak; buharlaşma her sıcaklıkta yüzeyden olur.
- Suyun her yerde 100 °C'de kaynadığını düşünmek; kaynama noktası dış basınca bağlıdır.
- Erime, buharlaşma ve süblimleşme ısı alarak; donma, yoğuşma ve kırağılaşma ısı vererek olur.
- Saf madde hâl değiştirirken sıcaklık sabittir; Q = m·L.
- Basınç artınca kaynama noktası yükselir, azalınca düşer.