HAL DEĞİŞİMİ

Katilar ısıtılınca molekülleri hızlanır, aralarındaki bağlar gevşer ve sıvılaşır. Sıvı molekülleri arasındaki bağlar ise koparak serbest hale gelir yani gaz haline geçer. Bu olayların tersi de meydana gelir. Gaz halindeki bir maddeden ısı alınırsa molekülleri birbirine bağlanmaya başlar ve dolayısıyla sıvılaşmaya geçerler. Sıvı halindeki bir maddeden de yeteri kadar ısı alınırsa molekülleri arasındaki mesafe azalır ve bağ kuvvetlenir. Bu olaylara hal değişimi denir. Hal değişimi olaylarında kinetik enerji değişmemekle beraber potansiyel enerji değişir.

Erime ve Donma Olayı

Katı haldeki bir maddeye ısı verildiğinde sıcaklığı artar. Sıcaklığındaki artış miktarı bağıntısı ile bulunur.
Cisme ısı vermeye devam edildiğinde sıcaklık öyle bir noktaya gelir ki ısı verilmesine rağmen sıcaklığı değişmez. Bunun nedeni şöyle açıklanabilir:
Isıtılan katıların molekülleri önce hızlanır. Yani kinetik enerjileri artar. Bu ise sıcaklığın artışı demektir. Isı vermeye devam ettiğimizde moleküllerin hızı öyle yükselir ki birbirlerinden uzaklaşmaya başlar. Yani erime olayı olur ve moleküller artık hızlanmazlar. Aldıkları enerjiyi birbirinden uzaklaşmak için kullanır.
Dolayısıyla hal değiştirme sırasında sıcaklık sabit kalır.

Erime ve Donma Isıları

Moleküller arasındaki bağ bazı maddelerde zayıftır. Dolayısıyla bazı maddelerin moleküllerini birbirinden uzaklaştırmak için daha çok enerji, bazılarında da daha az enerji harcanır. O halde maddenin erimesi sırasında aldığı enerji maddenin cinsine ve kütlesine bağlıdır.
Alınan ya da verilen ısı , Q = m.L ifadesinden bulunur.
Burada L maddenin cinsine bağlı büyüklük olup adına 'hal değiştirme ısısı' denir.
Erime Isısı: Erime sıcaklığına gelmiş bir katının 1 gramının sıvı hale gelmesi için gerekli ısıya denir.
Donma Isısı: Donma sıcaklığına gelmiş bir sıvının 1 gramının donması için dışarıya vermesi gereken ısıya denir.

Erime ve Donma Sıcaklığına Etki Eden Faktörler

Erime ve donma noktasına iki faktör etki eder. Yani iki değişiklik yaparak erime ve donma noktaları değiştirilebilir.
- Basınç
- Safsızlık
Basıncın Erime ve Donmaya Etkisi
Basınç birim yüzeye etkiyen dik kuvvettir. Bundan dolayı basınç bir maddenin moleküllerini bir arada tutarak parçalanıp dağılmasını önleyecek yönde etkir.

• Erime sırasında hacmi artan maddelerde basıncın artması erimeyi zorlaştırır. Maddenin erime sıcaklığı basınçla yükselmiş olur.
• Erime sırasında hacmi azalan maddelerde basıncın artması erimeyi kolaylaştırılır. Maddenin erime sıcaklığı düşer.

Safsızlığın Erime ve Donmaya Etkisi
Yabancı maddeler erimeye ve donmaya basınç gibi etki eder. Buzun içine tuz karıştırılması erime sıcaklığını düşürür. Suyun içine antifriz karıştırılması suyun donma sıcaklığını düşürür.

Kaynama ve Yoğunlaşma Olayları

Maddenin tamamı eridikten sonra cisme ısı vermeye devam ettiğimizde sıvının sıcaklığı artar ve bu sıcaklık artışı bağıntısından hesap edilir. Bu sıcaklık öyle bir noktaya gelir ki, ısı verilmesine rağmen sıcaklığında değişme meydana gelmez
Burada verilen enerji erimede olduğu gibi sıvı molekülleri arasındaki bağı koparmaya ve molekülleri birbirinden uzaklaştırmaya harcanır.
Bir maddenin ısı alarak gaz haline geçmesi olayına buharlaşma, ısı vererek gaz halinden sıvı hale geçmesi olayına da yoğunlaşma denir.
Kaynama noktası: Bir sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu andaki sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. 76 cm - Hg basıncında saf suyun kaynama sıcaklığı 100 °C dir.
Yoğunlaşma sıcaklığı: Yoğunlaşma olayı kaynama olayının tersinir durumudur.
Sabit basınç altında gaz haldeki madde yoğunlaşarak sıvı hale geçerken sıcaklığı değişmez.
Bu sıcaklık değerine yoğunlaşma sıcaklığı denir.
Bu durumda kaynama ve yoğunlaşma noktaları aynı olur. Kaynama ve yoğunlaşma noktaları madde miktarına bağlı değildir.
Yoğunlaşma ısısı: Yoğunlaşma sıcaklığına gelmiş 1 gram buharın 1 gram sıvı haline gelmesi için dışarıya vermesi gerekli ısıya o buharın yoğunlaşma ısısı denir.
Bir maddenin;
Erime ve buharlaşma olaylarının tersi donma ve yoğunlaşmadır.
Sabit bir basınçta erime ve kaynama sıcaklığı, erime ve kaynama ısısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

Kaynama ve Yoğunlaşma Sıcaklıklarına Etki Eden Faktörler
- Basınç
- Safsızlık
Basıncın Kaynamaya Etkisi
Kaynama olayının gerçekleşmesi için sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olması gerekir. Buna göre atmosfer basıncı artarsa kaynama zorlaşır. Yani kaynama noktası yükselir. Düdüklü tencerede buhar basıncının artması kaynama noktasını 110 °C veya 120 °C lere yükseltir. Dolayısıyla yemek daha iyi pişer.
Basınç azalırsa kaynama noktası düşer. Deniz seviyesinden yükseldikçe açık hava basıncı azalacağından kaynama noktası düşer. Erzurum' da saf su yaklaşık 94 °C de kaynar. Everest dağının tepesinde 75 °C de kaynar.
Eğer yeryüzünde atmosfer olmasaydı bütün sular kaynayarak uzaya yayılırdı.

Buharlaşma

Sıvıların gaz haline geçmesi olayına buharlaşma denir. Buharlaşmada basınç ve diğer fiziksel şartların etkisi çoktur. Sıvı ısıtıldığında moleküllerin hızı artar. Hızla sıvı yüzeyine ulaşan molekül, moleküller arası çekim kuvvetini ve yüzey gerilimini
yenerek sıvıyı terk eder. Bu olaya buharlaşma denir.
Buharlaşma Isısı: Kaynama sıcaklığındaki 1 gram sıvının buharlaşarak, aynı sıcaklıkta 1 gram buhar haline gelmesi için gerekli ısıya o sıvının buharlaşma ısısı denir.

• Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.
• Buharlaşma ısı soğurmayı gerektirir. Bütün soğutma makinelerinde özel bir sıvı buharlaştırılarak soğuma sağlanır. Testinin içindeki suyun soğuması buharlaşmanın bir sonucudur.
• Basıncın artması buharlaşmayı zorlaştırır. Azalması ise buharlaşmayı kolaylaştırır. Rüzgârlı havalarda çamaşırların kolay kurumasının sebebi akışkanın hızının arttığı yerde basıncın azalmasındandır.
• Sıvının açık yüzeyinin artması buharlaşmayı arttırır.

Bir miktar buz parçasına verilen ısının sıcaklığa göre değişim grafiği şekildeki gibidir. Grafikte sıcaklığın değişmediği yerlerde madde hal değiştirmektedir. Yani hal değiştirme sırasında sıcaklık atışı gözlenmez.
Bir miktar buzu katı halden buhar haline getirmek için verilmesi gereken ısı grafiğin 1,2,3,4,5 aralıklarında ayrı ayrı verilmesi gereken ısıların toplamına eşittir

Dikkat edilecek noktalar

• Isıalan veya veren bir madde hem hal değişikliği hem de sıcaklık değişiminin ikisini de yapabilir.
• - Sıcaklığı değişen bir maddenin kinetik enerjisi, hal değişikliği yapan bir maddenin de potansiyel enerjisi değişir.
• Hal değişikliği yapan maddelerde erime ve kaynama süreleri madde miktarına bağlıdır.
• Birden fazla sıvı karışımın olduğu bir kabı ısıttığımızda ilk önce kaynama noktası en küçük olan sıvı buharlaşır. Diğer sıvılarda bu sırayı takip eder. Kaptaki sıvının birisi kaynarken karışımdaki diğer sıvıların sıcaklığı değişmez.
• Sıcaklıkları eşit olan maddelerde ısı alış-verişi olmaz.
• Bir maddenin katı halden sıvı hale geçerken ve sıvı halden gaz hale geçerken yoğunluğu değişir.
• Su hariç maddelerin yoğunlukları sıcaklıkla ters orantılıdır.

BOYUT DEĞİŞİMİ (GENLEŞME)

Genleşmeler ve Büzülmeler
Isıtılan cisimlerin hareketleri hızlanır ve molekülleri arasındaki uzaklık artar. Bunun sonucunda da cisim genleşir yani hacmi artar.
Bütün genleşmeler aslında hacimcedir. Uzun bir demir çubuk ısıtıldığı zaman boyu uzar, boyu uzamanın yanında kalınlığı da artar. Ancak kalınlığındaki artış boyundaki uzamanın yanında ihmal edilecek kadar küçük olduğundan bu olay sadece boyca uzama diye adlanır. Keza bunun gibi bir metal levha ısıtıldığında metal levhanın yüzeyi artar, yüzeyin artmasıyla birlikte kalınlığı da artar. Ancak kalınlığındaki artış yüzeyindeki artışın yanında ihmal edilecek kadar küçük olduğu için bu olay sadece yüzeyce genleşme diye adlandırılır.
Netice olarak diyebiliriz ki ısıtılan cisimlerin hacimlerinde meydana artışa genleşme denir.
Bu olayın tersi ise büzülmedir. Üzerinden ısı alınan cisimlerin hacimlerinde meydana gelen küçülmeye büzülme denir.

Genleşme Nelere Bağlıdır?
Maddelerin ilk hacimleri büyükse aynı sıcaklık değişiminde genleşme miktarı da artar. O halde genleşme miktarı maddenin ilk hacmi ile doğru orantılıdır.
Faklı metallerin molekülleri arasındaki boşluk da farklıdır. Örneğin bakırın molekülleri arasındaki boşluk ile kurşunun molekülleri arasındaki boşluk aynı değildir. Bu nedenle genleşmeleri de aynı değildir. O halde genleşme, maddenin cinsine bağlıdır.
Sıcaklık artışı ne kadar çok olursa maddenin molekülleri de o kadar çok hızlanır. Bundan da anlaşılacağı gibi genleşme, sıcaklık artışı ile doğru orantılıdır.