Konu anlatımı
Hâl değişim grafikleri, bir maddenin ısıtılırken ya da soğutulurken neler yaşadığını tek bir çizgide özetler. TYT'de bu grafikler sıkça sorulur ve doğru okunduğunda erime noktası, kaynama noktası ve kapta hangi hâllerin bulunduğu kolayca bulunur. Bu alt başlıkta hâl değişimlerini ve grafiklerin nasıl okunduğunu göreceksin.
Hâl değişimleri
Katının sıvıya dönüşmesine erime, sıvının katıya dönüşmesine donma denir. Sıvının gaza dönüşmesi buharlaşma, gazın sıvıya dönüşmesi yoğuşmadır. Katının sıvı olmadan doğrudan gaza dönüşmesine süblimleşme denir; naftalin, iyot ve kuru buz (katı karbon dioksit) süblimleşir. Gazın doğrudan katıya dönüşmesine kırağılaşma ya da geri süblimleşme denir. Erime, buharlaşma ve süblimleşme sırasında madde ısı alır; donma, yoğuşma ve kırağılaşma sırasında ise ısı verir.
Isınma eğrisini okumak
Saf bir katı sabit basınçta ve sabit güçlü bir ısıtıcıyla ısıtılırsa sıcaklık-zaman grafiğinde eğimli ve yatay bölümler sırayla görülür. Eğimli bölümlerde madde tek hâldedir ve sıcaklığı artar; taneciklerin ortalama hareket enerjisi artar. Yatay bölümler hâl değişimidir: ilk düzlükte madde erir, ikinci düzlükte kaynar. Düzlük boyunca iki hâl bir arada bulunur ve sıcaklık sabit kalır; verilen ısı tanecikler arasındaki çekimleri yenmeye harcanır, ortalama hareket enerjisi değişmez. Düzlüğün sıcaklığı erime ya da kaynama noktasını verir; bu noktalar saf maddeler için ayırt edici özelliktir.
Soğuma eğrisi ve düzlüklerin uzunluğu
Gaz hâlindeki saf bir madde soğutulursa aynı düzlükler ters sırayla görülür: önce yoğuşma, sonra donma. Saf bir maddenin donma noktası erime noktasına, yoğuşma noktası kaynama noktasına eşittir. Sabit güçlü ısıtıcıyla yapılan ısıtmada bir düzlüğün uzunluğu o hâl değişimi için gereken ısının büyüklüğünü gösterir. Suyun ısınma eğrisinde kaynama düzlüğü erime düzlüğünden çok daha uzundur, çünkü molekülleri birbirinden tamamen ayırmak için çok daha fazla ısı gerekir. TYT'de gizli ısılarla hesap yapılmaz. Saf olmayan maddelerde, örneğin tuzlu suda, hâl değişimi sırasında sıcaklık sabit kalmaz.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. 1 atm basınçta −20 °C sıcaklıktaki bir parça buz, sabit güçlü bir ısıtıcıyla 120 °C sıcaklığa kadar ısıtılıyor. Isınma eğrisinde hangi bölümler görülür? Hangi bölümlerde kapta iki hâl bir arada bulunur?
Çözüm. Önce buz −20 °C sıcaklıktan 0 °C sıcaklığa kadar ısınır; bu bölüm eğimlidir. Sonra 0 °C sıcaklıkta buz erirken bir düzlük oluşur; burada katı ve sıvı birlikte bulunur. Ardından su 0 °C sıcaklıktan 100 °C sıcaklığa ısınır. 100 °C sıcaklıkta su kaynarken ikinci düzlük oluşur; burada sıvı ve gaz birlikte bulunur. Son olarak su buharı 120 °C sıcaklığa kadar ısınır. İki hâl yalnızca iki düzlükte bir aradadır ve kaynama düzlüğü erime düzlüğünden uzundur.
Örnek 2. Isınma eğrisinin düzlüklerinde taneciklerin ortalama hareket enerjisi ve tanecikler arası uzaklık nasıl değişir?
Çözüm. Düzlük boyunca sıcaklık sabit kaldığı için taneciklerin ortalama hareket enerjisi değişmez. Verilen ısı tanecikler arasındaki çekim kuvvetlerini yenmek için harcanır; erimede tanecikler sabit konumlarından ayrılıp birbiri üzerinden kayabilir hâle gelir, kaynamada ise birbirinden tamamen uzaklaşır. Bu yüzden düzlüklerde tanecikler arası uzaklık artar, ama sıcaklık artmaz.
Sık yapılan hatalar
- Düzlükte sıcaklık sabit olduğu için ısı verilmediğini sanmak; ısı verilir ama hâl değişimine harcanır.
- Erime düzlüğünde kapta yalnızca sıvı olduğunu düşünmek; düzlük boyunca katı ve sıvı bir aradadır.
- Süblimleşme ile kırağılaşmayı karıştırmak: süblimleşmede katı gaza, kırağılaşmada gaz katıya dönüşür.
- Eğimli bölüm: tek hâl, sıcaklık artar. Düzlük: iki hâl, sıcaklık sabit.
- Erime, buharlaşma ve süblimleşme ısı alır; donma, yoğuşma ve kırağılaşma ısı verir.
- Saf maddede erime noktası donma noktasına, kaynama noktası yoğuşma noktasına eşittir.