Konu anlatımı
Açıkta bırakılan kolonya kısa sürede uçar, aynı yerdeki su ise günlerce durur. Dağ başında yemeklerin geç pişmesi ve düdüklü tencerenin hızlı pişirmesi de aynı konuyla ilgilidir. Bu alt başlıkta buharlaşmayı, denge buhar basıncını ve kaynamanın dış basınca nasıl bağlı olduğunu göreceksin.
Buharlaşma
Sıvının yüzeyindeki yeterli enerjiye sahip moleküllerin çekim kuvvetlerini yenerek gaz hâline geçmesine buharlaşma denir. Buharlaşma her sıcaklıkta ve yalnızca sıvının yüzeyinde olur. Sıcaklık arttıkça, yüzey alanı genişledikçe, ortamdaki hava akımı arttıkça ve moleküller arası çekim zayıfladıkça buharlaşma hızlanır. Buharlaşan moleküller enerjiyi sıvıdan alıp götürdüğü için buharlaşma serinletir; terlemenin vücudu soğutması bu yüzdendir.
Denge buhar basıncı
Kapalı bir kaptaki sıvının buharlaşan molekülleri sıvının üzerinde birikir ve bir kısmı yeniden sıvıya döner (yoğuşma). Bir süre sonra birim zamanda buharlaşan ve yoğuşan molekül sayıları eşitlenir; bu duruma denge, buharın bu durumda yaptığı basınca denge buhar basıncı denir. Denge buhar basıncı yalnızca sıvının cinsine ve sıcaklığa bağlıdır; kapta sıvı ve buhar birlikte bulunduğu sürece sıvı miktarına ve kabın hacmine bağlı değildir. Sıcaklık arttıkça buhar basıncı artar. Moleküller arası çekimi zayıf olan sıvıların buhar basıncı yüksektir; bu sıvılara uçucu denir: aynı sıcaklıkta eter, aseton ve etil alkolün buhar basıncı suyunkinden büyüktür.
Kaynama ve dış basınç
Bir sıvı ısıtıldıkça buhar basıncı artar. Buhar basıncı sıvının üzerindeki dış basınca eşit olduğunda sıvının yalnızca yüzeyinde değil, her yerinde buhar kabarcıkları oluşur; buna kaynama denir. Saf bir sıvının sıcaklığı kaynama boyunca sabit kalır. Dış basınç 1 atm iken ölçülen kaynama noktasına normal kaynama noktası denir; suyunki 100 °C olur. Dış basınç düşerse sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar: yüksek bir dağda su 100 °C'nin altında kaynadığı için yemekler geç pişer. Düdüklü tencerede ise basınç arttığı için su yaklaşık 120 °C sıcaklıkta kaynar ve yemek daha çabuk pişer.
Buharlaşma ile kaynamanın farkı
İki olay da sıvının gaz hâline geçmesidir, ama şu yönlerden ayrılır:
- Buharlaşma her sıcaklıkta olur; kaynama, buhar basıncının dış basınca eşit olduğu belirli sıcaklıkta olur.
- Buharlaşma yalnızca yüzeyde olur; kaynamada sıvının her yerinde kabarcık oluşur.
- Kaynama süresince saf sıvının sıcaklığı sabit kalır.
- Konu faz diyagramları kullanılmadan, buhar basıncı ve dış basınçla açıklanır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. 20 °C sıcaklıkta X, Y ve Z sıvılarının denge buhar basınçları sırasıyla 440 mmHg, 44 mmHg ve 18 mmHg olarak ölçülüyor. Aynı dış basınçta kaynama noktaları, moleküller arası çekimleri ve uçuculukları nasıl sıralanır?
Çözüm. Buhar basıncı yüksek olan sıvının molekülleri kolay buharlaşır; demek ki moleküller arası çekimi zayıftır. Çekim kuvvetleri Z > Y > X biçiminde sıralanır. Buhar basıncı yüksek olan sıvı dış basınca daha düşük sıcaklıkta ulaşır; kaynama noktaları da Z > Y > X olur. Uçuculuk ise buhar basıncıyla aynı sırada, X > Y > Z biçimindedir.
Örnek 2. Bir kapalı kapta bir miktar su ile buharı dengededir. Sıcaklık sabit tutulup kaba biraz daha su eklenirse ya da sıcaklık artırılırsa denge buhar basıncı nasıl değişir?
Çözüm. Denge buhar basıncı yalnızca sıvının cinsine ve sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık sabitken su eklemek buhar basıncını değiştirmez; denge yeniden kurulduğunda buhar basıncı aynı değere döner. Sıcaklık artırılırsa daha fazla molekül buharlaşacak enerjiye ulaşır ve denge buhar basıncı artar.
Sık yapılan hatalar
- Buhar basıncı yüksek olan sıvının kaynama noktasının da yüksek olduğunu sanmak; tersine düşüktür.
- Su miktarı artınca denge buhar basıncının arttığını düşünmek; sıcaklık sabitse değişmez.
- Kaynama noktasının yalnızca maddenin cinsine bağlı olduğunu sanmak; dış basınç da kaynama noktasını belirler.
- Denge buhar basıncı: sıvının cinsine ve sıcaklığa bağlı.
- Buhar basıncı = dış basınç olunca sıvı kaynar.
- Dış basınç düşerse kaynama noktası düşer, artarsa yükselir.