Konu anlatımı
Aynı madde farklı koşullarda farklı hâllerde bulunabilir ve her hâlin canlılar ve teknoloji için ayrı bir önemi vardır. Bu alt başlıkta katı, sıvı ve gazı tanecik düzeyinde karşılaştırmayı, suyun hâllerinin işlevlerini, gazların sıvılaştırılarak nasıl kullanıldığını ve havadan azot ile oksijenin nasıl elde edildiğini göreceksin.
Katı, sıvı ve gaz
Katılarda tanecikler birbirine çok yakın ve düzenli dizilmiştir; bulundukları yerde titreşirler. Bu yüzden katıların belirli şekli ve hacmi vardır ve sıkıştırılamazlar. Sıvılarda tanecikler yine birbirine yakındır ama birbiri üzerinden kayabilir; sıvılar belirli hacimdedir, bulundukları kabın şeklini alır ve çok az sıkıştırılabilir. Gazlarda tanecikler arasındaki boşluk taneciklerin boyutuna göre çok büyüktür, tanecikler gelişigüzel ve hızlı hareket eder; gazların belirli şekli ve hacmi yoktur, bulundukları kabı tamamen doldurur ve kolayca sıkıştırılır.
Suyun hâllerinin önemi
Su, doğada üç hâlde de bulunan ender maddelerdendir ve her hâli ayrı bir işlev görür. Sıvı su canlıların yapısının büyük bölümünü oluşturur, maddeleri çözer ve taşır. Buz, sudan hafif olduğu için göllerin yüzeyinde bir tabaka oluşturur ve altındaki suyun donmasını geciktirerek canlıları korur; buzullar ise büyük tatlı su depolarıdır. Su buharı su döngüsünün parçasıdır: buharlaşan su bulut oluşturur ve yağış olarak yeryüzüne döner.
Gazların sıvılaştırılması
Gazlar sıvılaştırılınca hacimleri çok küçülür ve kolayca depolanıp taşınır. LPG (sıvılaştırılmış petrol gazı) propan ve bütan karışımıdır; tüplerde basınç altında sıvı hâlde bulunur, vana açılınca buharlaşarak gaz hâlinde yanar. LNG (sıvılaştırılmış doğal gaz) çoğunlukla metandan oluşur ve çok düşük sıcaklığa soğutularak sıvılaştırılır; hacmi yaklaşık 600'de birine indiği için gemilerle taşınabilir. Deodorantlardaki itici gazlar kutuda basınç altında sıvıdır; valf açılınca hızla buharlaşarak içerikteki maddeyi püskürtür. Buzdolaplarındaki soğutucu akışkan iç kısımdaki borularda buharlaşırken ortamdan ısı alır, dış kısımda yoğuşurken bu ısıyı dışarı verir.
Havadan azot ve oksijen eldesi
Hava soğutulup sıkıştırılarak sıvılaştırılır. Sıvı hava yavaşça ısıtıldığında kaynama noktası daha düşük olan azot (yaklaşık −196 °C) oksijenden (yaklaşık −183 °C) önce buharlaşır ve ayrı toplanır. Kaynama noktası farkına dayanan bu yönteme ayrımsal damıtma denir. Elde edilen azot gıdaların bozulmadan saklanmasında ve dondurma işlemlerinde, oksijen ise hastanelerde ve kaynak işlerinde kullanılır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Bir deodorant bir süre aralıksız püskürtüldüğünde kutunun soğuduğu hissedilir. Bunun nedeni nedir?
Çözüm. Kutudaki itici gaz basınç altında sıvı hâldedir. Valf açılınca basınç düşer ve sıvı hızla buharlaşır. Buharlaşma, sıvının çevresinden ısı alarak gerçekleşen bir hâl değişimidir; ısı kutudan ve içindeki sıvıdan alındığı için kutu soğur. Buzdolaplarındaki soğutucu akışkan da buharlaşırken iç ortamdan ısı alarak soğutma yapar.
Örnek 2. Sıvı hava yavaşça ısıtıldığında azot ile oksijenden hangisi önce gaz hâline geçer? Bu ayırma hangi özellik farkına dayanır?
Çözüm. Azotun kaynama noktası yaklaşık −196 °C, oksijeninki yaklaşık −183 °C olur. Sıvı hava ısıtılırken sıcaklık önce azotun kaynama noktasına ulaşacağı için azot önce buharlaşır; oksijen sıvı hâlde kalır. Bu ayırma, iki maddenin kaynama noktası farkına dayanan ayrımsal damıtmadır.
Sık yapılan hatalar
- Sıvıların belirli şekli olduğunu sanmak; sıvılar bulundukları kabın şeklini alır.
- LPG tüpünde gazın gaz hâlinde bulunduğunu düşünmek; tüpte basınç altında sıvıdır.
- Sıvı havadan önce oksijenin buharlaştığını sanmak; kaynama noktası düşük olan azot önce buharlaşır.
- Katı: belirli şekil ve hacim; sıvı: belirli hacim; gaz: ikisi de yok.
- Gazlar sıvılaştırılınca hacimleri çok küçülür; LPG basınçla, LNG soğutmayla sıvılaştırılır.
- Buharlaşma ısı alır; soğutucular ve deodorantlar bu yüzden soğur.