Su neden ve nasıl donar? Suyun donma sebeplerinin etkenleri nelerdir?
Ziyaretçi
Su neden ve nasıl donar? Suların donma sebeplerinin en önemli etkenleri nedir?
Su nasıl donar?
MsXLabs.org
Suyun ya da su buharının donmasıyla oluşan katı madde buzdur. Sıcaklık 0 °C nin altına düştüğünde, yeryüzündeki su buharı kırağı biçiminde, bulutlardaki su buharı da kar taneleri biçiminde donar; her kar tanesi tek bir buz kristalinden oluşmuştur. Sıvı haldeki su ise, aynı sıcaklıkta donara, akarsu buzu, deniz buzu, dolu tanesi, ticari yada ev tipi soğutucularında üretilen buz gibi katı taneciklere dönüşür.
Buz, bir kristaller yığınından oluşmuştur; ama suyun donmasıyla oluşan buz kristalleri, buhar buzundaki gibi kristal yüzeyleri olmadığından kolayca görülemez. Suyun donmasıyla ortaya çıkan buz kristallerinin boyutları genellikle 1 – 20 mm arasındadır. Buna karşılık eski bir buzulda, uzun süren yeniden yapılaşmış kristalleşme süreciyle, buz kristallerinin çapı yaklaşık 50 cm yi bulabilir.
Bir gram buzu eritmek için 79,8 kalori ısı enerjisi gereklidir (gizli erime ısısı). Bu değer başka maddelerin gizli ısılarıyla karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Buzun soğutucu yada ısı soğurucu olarak çok kullanılmasının temelinde bu özellik yatar. Erimekte olan buzun sıcaklığı 0 °C de sabit kalır.
Suyun yoğunluğunun 0,9998 gr / cm3 olmasına karşılık buzun yoğunluğu 0,918 gr / cm3 dür. Bu nedenle, bir buz kütlesi, 0 °C sıcaklıkta ve eşit kütledeki sudan % 9 daha fazla yer kaplar. Donan su borularının patlaması ve buzun (hacminin yaklaşık 1 / 10 u su yüzeyinde kalmak üzere) suda yüzmesinin nedeni budur. Basınç altındaki buzun erime noktası, donma sırasındadaki hacım artışı nedeniyle, atmosfer başına 0,0075 °C kadar düşer. Buz pateninde yada buzlu yolda otomobilin kaymasından da bilindiği gibi buz yüzeyinin kayma sürtünmesi düşüktür. Bunun nedeni kayan cismin uyguladığı basınçla eriyen buzun, yüzeyler arasında sürekli bir bağlayıcı işlevi görmesidir.
Donarak katılaşan suya buz denir. Kışın çok soğuk günlerde havuz ve göllerdeki suyun donarak buz oluştuğunu görürüz. Saf su 0°C'de donarak kristal yapılı katı bir madde olan buza dönüşür. Bir kar tanesi büyüteçle incelendiğinde altı köşeli yıldıza benzeyen kristal yapısı görülebilir. Bir buz parçasında ise kristaller gözle görülemeyecek kadar sıkışıktır.
Çoğu sıvıdan farklı olarak su donduğu zaman genleşir, yani hacmi artar. Çok soğuk havalarda, içindeki su donunca su borularının patlamasının nedeni budur. Motorlu taşıtlara kışın antifriz konulmasının nedeni de motordaki soğutma suyunun donmasını önlemektir. Eğer motordaki su donarsa hacmi genişler ve motoru çatlatabilir. Çağlar boyunca kayaların çatlaklarına dolan sular donarak kayaların parçalanmasına, ufalanmasına ve böylece toprağın oluşmasına yardımcı olmuştur. Finlandiya'daki taşocaklarında granit bloklar çatlaklarına su doldurulup donma*ya bırakılarak parçalanır.
Su donunca genleştiği için, buzun yoğunluğu sudan azdır; 1 cm3 suyun ağırlığı 1 gr, 1 cm3 buzun ağırlığı ise 0,9 gramdır. Bu nedenle buz suyun üzerinde yüzer. Donan bir göl ya da havuzda önce yüzeyde ince bir buz katmanı oluşur ve su dondukça yeni buzlar bu katmanın altına eklenir. Üstte oluşan bu buz katmanı havuzun bütünüyle donmasını önler. Buz tabakasının hemen altındaki su tam donma noktasında, havuzun dibinde ise 4°C'dedir. Eğer buz sudan hafif olup su yüzeyinde kalmasaydı, kışın havuz ve göller, hatta bazı denizler dibe kadar donabilir, sudaki canlılar ölürdü. Ama buz sudan hafif olduğu için sudaki balıklar ve öteki canlılar yüzeyde oluşan buz katmanının altında yaşamlarını sürdürebilmektedir.
Suyun donduğu zaman büyük ölçüde gen-leştiğini buzdolabındaki buz kabında oluşan buzlara baktığımızda kolayca görebiliriz. Buz küplerinin ortaları kubbe biçiminde yüksektir. Kenarlardan başlayarak donan suyun hacmi genişlediği için kalıpların en son donan orta bölümleri yükselir. Dokuz ölçek su donduğu zaman yaklaşık 10 ölçek buz oluşur.
Bu nedenle sudaki bir buz parçası hacminin onda dokuzu sualtında kalacak biçimde yüzer. Eğer bir bardağı buz küpleriyle doldurup sonra da ağzına kadar dolu olmasını sağlayacak biçimde su eklersek, su yüzüne çıkan bazı buz parçalarının bardağın üst kenarını aştığını görürüz. Buzlar erimeye bırakılırsa, bütün buzlar eridikten sonra bardağın kenarından hiç su taşmadığı görülür. Çünkü eriyen buzun hacmi küçülür ve hacim fazlalığı ortadan kalkar. Büyük buzdağlarının gövdelerinin çok önemli bir bölümünün su yüzeyinin altında olmasının nedeni de aynıdır..
Bir havuz ya da göldeki durgun su donunca üstünde oluşan buz saydam olmaz, donuk görünür; çünkü her su damlası donarken, buz kristallerine tutunan minik bir hava kabarcığı çıkarır. Çevresinde oluşan kristaller arttıkça kabarcık bunlar arasında sıkışır kalır. Buz kütlesinin içindeki bu hava kabarcıkları buza donuk bir görünüm verir. Hareketli sular üzerinde buz oluştuğunda ise, hava kabarcıkları buzun içinde kalmadığından buz saydam olur.
Alkol ve benzer maddeler karıştırarak suyun donma noktası düşürülebilir. Otomobil radyatörlerinde kışın antifriz olarak kullanılan etilen glikol de, aynı biçimde, donma noktasını düşürür ve soğutma sistemi dondurucu havalarda bile çalışır. Deniz suyundaki tuz da onun donma noktasını düşürür. Bunun için Kuzey ve Güney Kutup bölgeleri dışında deniz suyunun donması ender görülür. Gene aynı nedenle, soğuk havalarda karın buzlaşmasını önlemek için yollara tuz serpilir. İzlanda'da geniş alanlar tatlı suyun oluşturduğu buz tabakaları ve buzullarla kaplıdır, ama kıyılarını çevreleyen denizde buz çok seyrek görülür.
Suyun donma noktası üstündeki basınçtan da etkilenir. Basınç arttıkça suyun donması güçleşir. Basıncın suyun donma noktasını düşürdüğünü görmek için bir deney yapabiliriz. Bir buz blokunun üzerine konan bir telin iki ucuna ağırlıklar asalım. Telin buza gömüldüğünü, bir süre sonra gittikçe buz içinde aşağı doğru inip sonunda buzun altına geldiğini, ama buzun bölünmediğini, bütün olarak kaldığını görürüz. Ağırlıkların aşağı doğru çektiği telin basıncı altında buz erimiş, ancak tel geçtikten sonra basınç kalktığı için yeniden donmuştur. Böylece, tel içinden geçtiği halde buz bütün olarak kalır. Bu deneyin yapılabilmesi için sıcaklığın çok düşük olmaması gerekir. Eğer sıcaklık buzun o basınç altında bile erimeyeceği kadar düşük olursa telin buzdan geçmediği görülür. Buz pateninde, patencinin ağırlığının basıncı altında eriyen buz daha kaygan hale gelir ve patenci kolayca kayar. Çok soğuk havada buz pateni yapmak zordur, çünkü buz basınç altında erimediği için kaymak güçleşir.
MsXLabs.org
Sponsorlu Bağlantılar
Suyun ya da su buharının donmasıyla oluşan katı madde buzdur. Sıcaklık 0 °C nin altına düştüğünde, yeryüzündeki su buharı kırağı biçiminde, bulutlardaki su buharı da kar taneleri biçiminde donar; her kar tanesi tek bir buz kristalinden oluşmuştur. Sıvı haldeki su ise, aynı sıcaklıkta donara, akarsu buzu, deniz buzu, dolu tanesi, ticari yada ev tipi soğutucularında üretilen buz gibi katı taneciklere dönüşür.
Buz, bir kristaller yığınından oluşmuştur; ama suyun donmasıyla oluşan buz kristalleri, buhar buzundaki gibi kristal yüzeyleri olmadığından kolayca görülemez. Suyun donmasıyla ortaya çıkan buz kristallerinin boyutları genellikle 1 – 20 mm arasındadır. Buna karşılık eski bir buzulda, uzun süren yeniden yapılaşmış kristalleşme süreciyle, buz kristallerinin çapı yaklaşık 50 cm yi bulabilir.
Bir gram buzu eritmek için 79,8 kalori ısı enerjisi gereklidir (gizli erime ısısı). Bu değer başka maddelerin gizli ısılarıyla karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Buzun soğutucu yada ısı soğurucu olarak çok kullanılmasının temelinde bu özellik yatar. Erimekte olan buzun sıcaklığı 0 °C de sabit kalır.
Suyun yoğunluğunun 0,9998 gr / cm3 olmasına karşılık buzun yoğunluğu 0,918 gr / cm3 dür. Bu nedenle, bir buz kütlesi, 0 °C sıcaklıkta ve eşit kütledeki sudan % 9 daha fazla yer kaplar. Donan su borularının patlaması ve buzun (hacminin yaklaşık 1 / 10 u su yüzeyinde kalmak üzere) suda yüzmesinin nedeni budur. Basınç altındaki buzun erime noktası, donma sırasındadaki hacım artışı nedeniyle, atmosfer başına 0,0075 °C kadar düşer. Buz pateninde yada buzlu yolda otomobilin kaymasından da bilindiği gibi buz yüzeyinin kayma sürtünmesi düşüktür. Bunun nedeni kayan cismin uyguladığı basınçla eriyen buzun, yüzeyler arasında sürekli bir bağlayıcı işlevi görmesidir.
Donarak katılaşan suya buz denir. Kışın çok soğuk günlerde havuz ve göllerdeki suyun donarak buz oluştuğunu görürüz. Saf su 0°C'de donarak kristal yapılı katı bir madde olan buza dönüşür. Bir kar tanesi büyüteçle incelendiğinde altı köşeli yıldıza benzeyen kristal yapısı görülebilir. Bir buz parçasında ise kristaller gözle görülemeyecek kadar sıkışıktır.
Çoğu sıvıdan farklı olarak su donduğu zaman genleşir, yani hacmi artar. Çok soğuk havalarda, içindeki su donunca su borularının patlamasının nedeni budur. Motorlu taşıtlara kışın antifriz konulmasının nedeni de motordaki soğutma suyunun donmasını önlemektir. Eğer motordaki su donarsa hacmi genişler ve motoru çatlatabilir. Çağlar boyunca kayaların çatlaklarına dolan sular donarak kayaların parçalanmasına, ufalanmasına ve böylece toprağın oluşmasına yardımcı olmuştur. Finlandiya'daki taşocaklarında granit bloklar çatlaklarına su doldurulup donma*ya bırakılarak parçalanır.
Su donunca genleştiği için, buzun yoğunluğu sudan azdır; 1 cm3 suyun ağırlığı 1 gr, 1 cm3 buzun ağırlığı ise 0,9 gramdır. Bu nedenle buz suyun üzerinde yüzer. Donan bir göl ya da havuzda önce yüzeyde ince bir buz katmanı oluşur ve su dondukça yeni buzlar bu katmanın altına eklenir. Üstte oluşan bu buz katmanı havuzun bütünüyle donmasını önler. Buz tabakasının hemen altındaki su tam donma noktasında, havuzun dibinde ise 4°C'dedir. Eğer buz sudan hafif olup su yüzeyinde kalmasaydı, kışın havuz ve göller, hatta bazı denizler dibe kadar donabilir, sudaki canlılar ölürdü. Ama buz sudan hafif olduğu için sudaki balıklar ve öteki canlılar yüzeyde oluşan buz katmanının altında yaşamlarını sürdürebilmektedir.
Suyun donduğu zaman büyük ölçüde gen-leştiğini buzdolabındaki buz kabında oluşan buzlara baktığımızda kolayca görebiliriz. Buz küplerinin ortaları kubbe biçiminde yüksektir. Kenarlardan başlayarak donan suyun hacmi genişlediği için kalıpların en son donan orta bölümleri yükselir. Dokuz ölçek su donduğu zaman yaklaşık 10 ölçek buz oluşur.
Bu nedenle sudaki bir buz parçası hacminin onda dokuzu sualtında kalacak biçimde yüzer. Eğer bir bardağı buz küpleriyle doldurup sonra da ağzına kadar dolu olmasını sağlayacak biçimde su eklersek, su yüzüne çıkan bazı buz parçalarının bardağın üst kenarını aştığını görürüz. Buzlar erimeye bırakılırsa, bütün buzlar eridikten sonra bardağın kenarından hiç su taşmadığı görülür. Çünkü eriyen buzun hacmi küçülür ve hacim fazlalığı ortadan kalkar. Büyük buzdağlarının gövdelerinin çok önemli bir bölümünün su yüzeyinin altında olmasının nedeni de aynıdır..
Bir havuz ya da göldeki durgun su donunca üstünde oluşan buz saydam olmaz, donuk görünür; çünkü her su damlası donarken, buz kristallerine tutunan minik bir hava kabarcığı çıkarır. Çevresinde oluşan kristaller arttıkça kabarcık bunlar arasında sıkışır kalır. Buz kütlesinin içindeki bu hava kabarcıkları buza donuk bir görünüm verir. Hareketli sular üzerinde buz oluştuğunda ise, hava kabarcıkları buzun içinde kalmadığından buz saydam olur.
Alkol ve benzer maddeler karıştırarak suyun donma noktası düşürülebilir. Otomobil radyatörlerinde kışın antifriz olarak kullanılan etilen glikol de, aynı biçimde, donma noktasını düşürür ve soğutma sistemi dondurucu havalarda bile çalışır. Deniz suyundaki tuz da onun donma noktasını düşürür. Bunun için Kuzey ve Güney Kutup bölgeleri dışında deniz suyunun donması ender görülür. Gene aynı nedenle, soğuk havalarda karın buzlaşmasını önlemek için yollara tuz serpilir. İzlanda'da geniş alanlar tatlı suyun oluşturduğu buz tabakaları ve buzullarla kaplıdır, ama kıyılarını çevreleyen denizde buz çok seyrek görülür.
Suyun donma noktası üstündeki basınçtan da etkilenir. Basınç arttıkça suyun donması güçleşir. Basıncın suyun donma noktasını düşürdüğünü görmek için bir deney yapabiliriz. Bir buz blokunun üzerine konan bir telin iki ucuna ağırlıklar asalım. Telin buza gömüldüğünü, bir süre sonra gittikçe buz içinde aşağı doğru inip sonunda buzun altına geldiğini, ama buzun bölünmediğini, bütün olarak kaldığını görürüz. Ağırlıkların aşağı doğru çektiği telin basıncı altında buz erimiş, ancak tel geçtikten sonra basınç kalktığı için yeniden donmuştur. Böylece, tel içinden geçtiği halde buz bütün olarak kalır. Bu deneyin yapılabilmesi için sıcaklığın çok düşük olmaması gerekir. Eğer sıcaklık buzun o basınç altında bile erimeyeceği kadar düşük olursa telin buzdan geçmediği görülür. Buz pateninde, patencinin ağırlığının basıncı altında eriyen buz daha kaygan hale gelir ve patenci kolayca kayar. Çok soğuk havada buz pateni yapmak zordur, çünkü buz basınç altında erimediği için kaymak güçleşir.
