Maddenin Yoğun Hali (Sıvılar ve Katılar)
Maddenin Yoğun Hali (Sıvılar ve Katılar)
Maddenin Yoğun Hali (Sıvılar ve Katılar)
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Maddenin</strong> <strong>Yoğun</strong> <strong>Hali</strong><br />
(<strong>Sıvılar</strong> <strong>ve</strong> <strong>Katılar</strong>)<br />
Yazar<br />
Doç.Dr.Ayşe Eren PÜTÜN<br />
Amaçlar<br />
Bu üniteyi çalıştıktan sonra;<br />
• sıvıların <strong>ve</strong> katıların bazı özellikleri,<br />
• kristal türleri,<br />
• faz değişimleri hakkında bilgi sahibi olacaksınız.<br />
İçindekiler<br />
• Giriş 119<br />
• <strong>Sıvılar</strong> 119<br />
• <strong>Katılar</strong> 122<br />
• Kristal Türleri 124<br />
• Faz Değişimleri 127<br />
• Özet 130<br />
• Değerlendirme Soruları 131<br />
• Yararlanılan <strong>ve</strong> Başvurulabilecek Kaynaklar 132<br />
ÜNİTE<br />
7
Çalışma Önerileri<br />
• Bu üniteyi kavrayabilmek için Ünite 3'de <strong>ve</strong>rilen kavramları<br />
bir kez gözden geçiriniz.<br />
• Ünite sonundaki kaynaklardan konu ile ilgili daha ayrıntılı bilgiler<br />
edinebilirsiniz.<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 119<br />
1. Giriş<br />
Her ne kadar dünya atmosferini oluşturan gaz karışımları ile sarılmış olarak yaşıyorsak<br />
da, sıvı <strong>ve</strong> katıları davranışlarının görünür olmaları nedeniyle daha kolay<br />
inceleyebiliriz. Hergün su <strong>ve</strong> diğer sıvıları içmek, banyo yapmak, temizlemek<br />
<strong>ve</strong> pişirmek için kullanıyoruz. Aynı zamanda katılar üzerinde oturuyor, iş yapıyor<br />
<strong>ve</strong> çeşitli şekillerde katılardan yararlanıyoruz.<br />
Bu bölümde; katı <strong>ve</strong> sıvıların özelliklerini inceleyip, bu iki halin bazı temel özelliklerini<br />
tartışacağız.<br />
2. <strong>Sıvılar</strong><br />
<strong>Sıvılar</strong>; molekülleri gelişigüzel hareket eden gazlarla, düzenli istiflenmiş katılar<br />
arasında bir özelliğe sahiptirler. Moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tleri, sıvıların<br />
birçok özelliğinin belirlenmesine neden olurlar.<br />
<strong>Sıvılar</strong>ın özelliklerini aşağıdaki genellemelerle özetleyebiliriz:<br />
• <strong>Sıvılar</strong> içinde bulundukları kabın şeklini alırlar.<br />
• Basınç yükseltildiğinde sıvıların hacimleri ölçülebilir büyüklükte değişmez;<br />
ancak sıcaklık yükseltildiğinde hacimleri az da olsa arttığından yoğunlukları<br />
düşer.<br />
• Birbirleri içinde çözünebilen iki sıvı temasa geldiklerinde, az da olsa birbirlerinin<br />
içinde yayılırlar (difüzlenirler).<br />
• <strong>Sıvılar</strong> akmaya karşı direnç gösterirler.<br />
• <strong>Sıvılar</strong>ın yüzey gerilimleri vardır.<br />
• Açık kaptaki sıvılar buharlaşırlar.<br />
Şimdi sıvılarla ilgili iki önemli karakteristik özelliği yani "yüzey gerilimi" <strong>ve</strong> "viskozite"<br />
olgularını ele alalım.<br />
Yüzey Gerilimi<br />
Yandaki şekilden de görüldüğü gibi sıvı içindeki moleküller, çevresindeki diğer<br />
moleküller tarafından, her yöne moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tlerle, eşit olarak çekilirler.<br />
Oysa sıvının yüzeyindeki moleküller yalnızca sıvının iç kısmına <strong>ve</strong> yanlara<br />
doğru çekilirler. Komşu moleküllerin çekiminin artışı, içerdeki molekülleri<br />
yüzeydeki moleküllerden daha düşük enerji düzeyinde tutar. Bu da, çok sayıda<br />
molekülün sıvı içine gitmesi <strong>ve</strong> az sayıda molekülün yüzeyde kalmasıdır. Bu durum,<br />
sıvı yüzeyinin küresel bir şekil alarak küçülmesine neden olur. <strong>Sıvılar</strong>ın<br />
yüzey alanlarını küçültmeye doğal olarak eğilimli olmaları, havada asılı duran bir<br />
sıvı damlacağının küresel oluşundan açıkça görülmektedir (Şekil 7.2).<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ<br />
Şekil 7.1: Moleküller Arası<br />
Kuv<strong>ve</strong>tlerin Bir Sıvının Yüzeyindeki<br />
<strong>ve</strong> İçindeki Bir<br />
Moleküle Etkisi<br />
Şekil 7.2: Havada Asılı<br />
Duran Sıvı<br />
Damlacıkları Küresel Olma<br />
Eğilimindedir.
120<br />
!<br />
!<br />
!<br />
!<br />
En küçük yüzey alanlı şekil,<br />
küre'dir.<br />
Cam yüzeyi <strong>ve</strong> sıvı arasındaki<br />
kuv<strong>ve</strong>tler adhezyon,<br />
sıvı moleküllerini bir<br />
arada tutan kuv<strong>ve</strong>tler kohezyon<br />
kuv<strong>ve</strong>tleridir.<br />
!<br />
Şekil 7.3: Mumla Kaplanmış<br />
Elma Yüzeyinde Su<br />
Damlacıkları<br />
Yüzeydeki moleküllerin<br />
dengelenmemiş kuv<strong>ve</strong>tlerinden<br />
kaynaklanan<br />
yüzey gerilimi, canlı <strong>ve</strong><br />
cansız doğadaki önemi<br />
çok büyüktür.<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
Ayrıca, mumsu bir yüzey üzerindeki su damlacıkları da hemen hemen küreseldir<br />
(Şekil 7.3). Bu da su molekülleri arasındaki kuv<strong>ve</strong>tlerin, su <strong>ve</strong> büyük kısmı hidrokarbon<br />
olan mum arasındaki kuv<strong>ve</strong>tlerden daha güçlü olmasından kaynaklanmaktadır.<br />
<strong>Sıvılar</strong>ın yüzey alanlarını büyütmek için, dışardan enerji <strong>ve</strong>rmek gerekir. Bir sıvının yüzeyini<br />
bir birim alanı (Ör. 1 cm 2 ) kadar uzatmak <strong>ve</strong>ya arttırmak için gereken enerji miktarına<br />
"yüzey gerilimi" denir.<br />
Sıcaklığın artması, sıvının yüzey gerilimini düşürür. Çünkü artan moleküler hareket,<br />
moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tlerinin etkisini azaltır.<br />
Bir sıvı bir yüzey boyunca bir film halinde yayılırsa, bu sıvının yüzeyi ıslattığı söylenir. Su;<br />
kağıt, cam <strong>ve</strong> bazı kumaşlarla etkileşime girer, yani su bunları ıslatır.<br />
Su <strong>ve</strong> cam gibi maddeler arasındaki çekim sonucu, sıvılar dar borularda yükselirler <strong>ve</strong> bu<br />
olaya "kapiler etki" denir. Kapiler etkiyi iki kuv<strong>ve</strong>t meydana getirir. Bunlar,<br />
• Kohezyon kuv<strong>ve</strong>tleri<br />
• Adhezyon kuv<strong>ve</strong>tleri<br />
olarak bilinirler.<br />
Benzer moleküller arasındaki çekim kuv<strong>ve</strong>tlerine "kohezyon", benzer olmayan moleküller<br />
arasındaki çekim kuv<strong>ve</strong>tlerine de "adhezyon kuv<strong>ve</strong>tleri" denir. Dar borularda, adhezyon<br />
kuv<strong>ve</strong>tleri yeterince büyükse, sıvı kendiliğinden yükselir.<br />
Bir süngerin suyu çok iyi emmesinin nedeni, süngerde bulunan kılcal borular içinde<br />
suyun kolayca yükselmesidir. Eğer bir tüpte su bulunuyorsa, su ile üzerindeki<br />
hava arasındaki ara yüzey iç bükeydir. Çünkü su ile cam arasındaki adhezyon<br />
kuv<strong>ve</strong>tleri, suyun kohezyon kuv<strong>ve</strong>tlerinden büyüktür. Dolayısıyla su,<br />
camda mümkün olan en büyük alana yayılma eğilimindedir. Aynı koşullarda cıvanın<br />
yüzey sınırı dış bükeydir. Burada civa atomları arasındaki kohezyon kuv<strong>ve</strong>tleri,<br />
cama doğru olan adhezyon kuv<strong>ve</strong>tlerinden daha kuv<strong>ve</strong>tlidir <strong>ve</strong> cıva, camla<br />
bağlantısını azaltmak eğilimindedir (Şekil 7.4).<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 121<br />
Vizkozite<br />
Bir sıvının viskozitesi, onun (sıvının) akmaya karşı gösterdiği dirençtir. Tersine ise<br />
"akıcılık" adı <strong>ve</strong>rilir.<br />
Gliserinin (C3 H8 O3 ) viskozitesinin suyunkinden çok yüksek olduğu hepimizin<br />
dikkatini çekmiştir. Öyleyse, sıvıların viskozitesi mol kütlesi, molekül yapıları <strong>ve</strong><br />
moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tler ile yakından ilgilidir.<br />
Moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tlerinin artması viskoziteyi arttırır. Yani sıvı içindeki<br />
kohezyon kuv<strong>ve</strong>tleri, akış hızını düşüren bir "iç sürtünme" yaratır. Su <strong>ve</strong> etil alkol<br />
gibi düşük viskoziteye sahip sıvılarda, bu etki zayıftır. Bunlar kolay akarlar. Bal <strong>ve</strong><br />
gliserin ise, çok daha yavaş akarlar. Bunlara ise "viskoz sıvılar" denir.<br />
Demek ki büyük <strong>ve</strong> gelişi güzel molekül yapısına sahip sıvıların viskozitesi, küçük <strong>ve</strong><br />
küresel moleküllerden oluşan sıvıların viskozitesinden çok daha yüksektir.<br />
Genellikle sıcaklık yükseldikçe viskozite düşer.<br />
Moleküllerin yüksek sıcaklıkta kinetik enerjileri arttığından, hareketleri hızlanır.<br />
Örneğin; suyun 100°C deki viskozitesi, 0°C daki değerinin altıda biridir.<br />
Dolayısıyla aynı miktar su, yüksek sıcaklıkta altı kez daha hızlı akar.<br />
Neden, gliserin sudan daha viskoz bir sıvıdır?<br />
Öncelikle sözkonusu moleküllerin açık formüllerini yazalım.<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ<br />
(a) (b)<br />
Şekil 7.4: a) Adezyon Kohezyondan Büyük Olduğunda Sıvı Kapiler Tüpte Yükselir (Ör: Su).<br />
b) Kohezyon Adezyondan Büyük Olduğunda Sıvı Kapiler Tüpte Alçalır (Ör: Civa).<br />
CH2<br />
OH<br />
CH OH H OH<br />
Su<br />
CH2 OH<br />
Gliserin<br />
!<br />
Bir sıvının viskozitesi iç<br />
sürtünme kuv<strong>ve</strong>tlerinin<br />
akmaya karşı gösterdiği<br />
dirençtir.<br />
!<br />
!<br />
!<br />
?
122<br />
* Anımsatma: Bundan<br />
sonra "katı" sözcüğü<br />
"kristal" sözcüğü ile<br />
eşanlamlı kullanılacaktır.<br />
!<br />
!<br />
!<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
Görüldüğü gibi, gliserin hem sudan daha büyük hem de molekülleri arasında birçok<br />
H- bağının oluşumuna el<strong>ve</strong>rişli bir moleküldür. Bu nedenle gliserin oda sıcaklığında<br />
sudan çok daha viskozdur.<br />
3. <strong>Katılar</strong><br />
Tüm maddeler, yeteri kadar soğutulduğunda katıları oluştururlar. Oluşan katıların<br />
doğası atom, iyon <strong>ve</strong>ya molekülleri birarada tutan kuv<strong>ve</strong>tlere bağlıdır. <strong>Katılar</strong>,<br />
kristal <strong>ve</strong> amorf olabilirler. Kristal katılarda* atom, iyon <strong>ve</strong>ya moleküller düzenli<br />
bir şekilde sıralanmıştır. Tuz <strong>ve</strong> şeker bu tür kristal katılara örnek olarak <strong>ve</strong>rilebilirler.<br />
Amorf katılarda ise, atom, iyon <strong>ve</strong>ya moleküller rastgele yığılmışlardır. Örneğin,<br />
tereyağ, lâstik, cam, plâstiklerde olduğu gibi.<br />
Kristal katılar ile amorf katılar arasında gözlenen en önemli ayrıcalıklardan biri de,<br />
kristal olanların sabit sıcaklıkta erimeleri, amorf olanların ise belli bir sıcaklık aralığında<br />
gitgide yumuşayarak akıcılık kazanmalarıdır.<br />
Kristallerin büyüklükleri <strong>ve</strong> şekilleri, kristallenme ortamına <strong>ve</strong> süresine bağlı olarak<br />
değişir. Kristallenme süresi uzadıkça, kristal daha büyük olur. Doğada uzun yıllar boyunca<br />
oluşan mineraller, bu nedenle çok büyüktür. Oysa, laboratuvarlarda hızla elde edilen<br />
kristaller çok küçüktür.<br />
Katıyı oluşturan taneciklerin belirli bir düzenle üç boyutlu olarak dizilmesiyle meydana<br />
gelen yapıya "kristal örgüsü" adı <strong>ve</strong>rilir. Bir kristalin tüm özelliklerini gösteren en küçük<br />
parçasına da "birim hücre" denir.<br />
Doğada kendiliğinden<br />
oluşan <strong>ve</strong> belli bir geometrik<br />
şekli ile belli bir<br />
Birim hücre boyutları <strong>ve</strong> eksenleri arası açılar gözönüne alınırsa, kristaller yedi<br />
grupta toplanırlar. Bunlar Şekil 7.5 de gösterilmiştir.<br />
kimyasal formülü olan<br />
maddelere mineral adı<br />
● ●<br />
● ●<br />
<strong>ve</strong>rilir. Ekonomik değeri<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
olan minerallere ise cevher<br />
<strong>ve</strong>ya filiz denir. a<br />
● b ●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
β<br />
●<br />
α<br />
γ<br />
● ●<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ<br />
●<br />
●<br />
c<br />
●<br />
● ●<br />
●<br />
●<br />
● ●<br />
●<br />
●<br />
● ●<br />
Basit kübik Tetragonal Rombik Rombedrik<br />
a = b = c<br />
α = β = γ = 90˚<br />
● ●<br />
●<br />
● ●<br />
● ●<br />
●<br />
a = b c<br />
α = β = γ = 90˚<br />
●<br />
●<br />
a b c<br />
α = β = γ = 90˚<br />
●<br />
● ●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
a = b = c<br />
α = β = γ 90˚<br />
● ●<br />
●<br />
●<br />
● ●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
● ●<br />
Monoklinik Triklinik Hekzagonal<br />
a b c<br />
α = γ = 90˚ , β 90˚<br />
a b c<br />
α β γ 90˚<br />
●<br />
a = b c<br />
α = β = 90˚ , γ 120˚<br />
Şekil 7.5: Yedi Birim Hücre Tipi α açısı, b <strong>ve</strong> c β açısı, a <strong>ve</strong> c γ açısı, a <strong>ve</strong> b kenarları ile tanımlanır.<br />
●
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 123<br />
Bu kristal sistemlerde, kristali oluşturan taneciklerin dizilişine göre değişik kristal<br />
yapıları vardır. Örneğin; kübik sistem; Şekil 7.6'da görüldüğü gibi "basit", "iç<br />
merkezli" <strong>ve</strong> "yüzey merkezli" olarak üç şekilde tanımlanır.<br />
Şekil 7.6: Üç Tip Kübik Hücre. Atom, Molekül <strong>ve</strong> İyonları Gösteren Küreler, Kübik Hücrelerde<br />
Birbirleriyle Temas <strong>Hali</strong>ndedirler<br />
Kristal yapının belirlenmesinde, (yani kristaldeki atom, iyon ya da moleküllerin<br />
nasıl istiflendiğini görmek için), X- ışını kırınımı yönteminden yararlanılır. X- Işını<br />
kırınımı, X- ışınının kristal yapıdaki atomların elektronları ile etkileşmesi <strong>ve</strong><br />
ışın demetinin yeniden yayılması <strong>ve</strong>ya saçılmasıdır. Şekil 7.7 X- ışınlarının bir<br />
kristal tarafından saçılmasını göstermektedir.<br />
Şekil 7.7: X- Işınlarının Kristal İçindeki Atomlardan <strong>ve</strong>ya İyonlardan Saçılması<br />
Burada tek dalga boylu X- ışını demeti 1 <strong>ve</strong> 2 olarak, kristalin birbirine paralel iki<br />
farklı düzleminde yansıtılmaktadır. İkinci dalga birinciden daha fazla yol almakta<br />
olup, bu fazla yol 2d sin θ' ya eşittir. Eğer dalgalar birbirlerini güçlendirirlerse,<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ<br />
X- ışınları: yüksek enerjili<br />
katot ışınlarının bir anti<br />
katota çarpmasıyla oluşurlar.
124<br />
X- ışınları kırınımı yalnızca<br />
bir maddenin yapısının<br />
aydınlatılmasında<br />
değil, anorganik <strong>ve</strong> organik<br />
binlerce maddenin nitel<br />
<strong>ve</strong> nicel analizlerinin<br />
belirlenmesinde kullanıl<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
yani aynı fazda olurlarsa, yansıma şiddeti büyük olur. Bunun içinde fazla yol, Xışını<br />
dalga boyunun tam katı olmalıdır.<br />
Bu eşitlik, "Bragg eşitliği" olarak bilinir. X- Işınlarının dalga boyu (λ), kristale gelme<br />
açısı (θ) ölçülürse, atom düzlemleri arasındaki uzaklık (d) hesaplanabilir.<br />
Çözümlü Soru<br />
Dalga boyu 0,154 nm olan X ışınları bir alüminyum kristaline çarpar <strong>ve</strong> 19,3° lik<br />
açı ile yansıtılır. n = 1 olduğunu varsayarsak, Al atomları arasındaki uzaklığı pm<br />
cinsinden hesaplayınız (1 nm = 1000 pm)<br />
Cevap<br />
Dalga boyu 0,154 nm olan X- ışınları 14,17° lik bir açı ile bir kristalden yansıtılır.<br />
n = 1 Olduğunu varsayarak, kristaldeki tabakalar arasındaki uzaklığı hesaplayınız.<br />
4. Kristal Türleri<br />
Kristallerin yapıları <strong>ve</strong> özellikleri (örneğin, erime noktası, yoğunluk <strong>ve</strong> sertlik)<br />
tanecikleri (atom, iyon <strong>ve</strong> molekülleri) birarada tutan kuv<strong>ve</strong>tlerin çeşitlerine göre<br />
belirlenir. Kristalleri dört tür olarak sınıflandırabiliriz: İyonik, kovalent, moleküler<br />
<strong>ve</strong> metalik. Tablo 7.1 de kristal türleri <strong>ve</strong> genel özellikleri <strong>ve</strong>rilmiştir.<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ<br />
BC + CD = 2d sin θ = nλ n = 1 , 2 , 3 , ...<br />
d = nλ<br />
2 sin θθ =<br />
=<br />
λ<br />
2 sin θ<br />
1000 pm<br />
0,154 .<br />
1 nm<br />
2 sin 19,3°<br />
= 233 pm
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 125<br />
İyonik Kristaller<br />
İyonik kristallerin iki önemli özelliği vardır: (1) yüklü parçacıklardan oluşmuşlardır<br />
<strong>ve</strong> (2) anyon <strong>ve</strong> katyonların büyüklükleri genelde farklıdır.<br />
İyonları kristal içinde tutan elektrostatik çekme <strong>ve</strong> itme kuv<strong>ve</strong>tleridir. Çoğu iyonik<br />
bileşikte anyonlar katyonlardan daha büyük olduğundan anyonların oluşturduğu<br />
bir örgüde, aralardaki boşluklara katyonlar girmiştir. NaCl, CsCl, ZnS,<br />
MgO, CaF2 , bileşikleri iyonik kristal katılara örnektir.<br />
İyonik katı bileşikleri parçalamak <strong>ve</strong> iyonlarına ayırmak kolay mıdır?<br />
Bu sorunun yanıtı kristalin örgü enerjisinde gizlidir. Örgü enerjisi bir ölçüde kristal<br />
yapısına bağlıdır. İyonik bileşiklerin pek çoğunda örgü enerjileri, iyonun kendiliğinden<br />
kristalden ayrılıp, gaz haline geçemeyeceği kadar büyüktür. İyonik<br />
katılar normal sıcaklıkta süblimleşmezler. Kristal örgüsü, parçalamaya yetecek<br />
kadar ısı enerjisi <strong>ve</strong>rilerek eritilebilir. Genel olarak, örgü enerjisi arttıkça erime<br />
noktası yükselir. Bu tür iyonik katılar elektriği ancak suda çözündüklerinde <strong>ve</strong><br />
erimiş haldeyken iletirler.<br />
Kovalent Kristaller<br />
Örgü noktalarındaki atomlar, elektronların ortaklaşa kullanılması ile birarada<br />
tutuluyorsa, bu tür katılara "kovalent kristaller" denir. Kovalent bağlar kristal<br />
içinde üç boyutlu bir ağ yapısı oluştururlar <strong>ve</strong> çok kuv<strong>ve</strong>tli olmaları bu tür kristallerin<br />
çok sert <strong>ve</strong> erime noktalarının yüksek olmasına neden olur.<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ<br />
Tablo 7.1: Kristal Türleri <strong>ve</strong> Özellikleri<br />
Moleküllerarası<br />
Kristal Türü Kuv<strong>ve</strong>tler Genel Özellikler Örnekler<br />
Kovalent Kovalent bağ Çok sert, yüksek erime noktası, SiO2 (kuartz)<br />
ısı <strong>ve</strong> elektrik yalıtkanlığı C (elmas)<br />
Moleküler Dipol-dipol Yumuşak, düşük erime noktası, Ar, CO2, I2, H2O,<br />
London, H-bağları ısı <strong>ve</strong> elektrik yalıtkanlığı C12 H22 O11 (Şeker)<br />
İyonik Elektrostatik çekim Sert, kırılgan, yüksek erime NaCl , LiF , MgO ,<br />
noktası, ısı <strong>ve</strong> elektrik yalıtkanlığı CaCO3<br />
Metalik Metalik bağlar Sertlik çok değişken, erime Tüm metalik<br />
noktası çok değişken, ısı <strong>ve</strong> elementler.<br />
elektriği iyi iletirler Örn. Na, Mg, Fe, Cu<br />
?<br />
Zıt yüklü bir iyon çifti arasındaki<br />
çekim kuv<strong>ve</strong>ti,<br />
iyon yükü ile artar, iyon<br />
büyüklüğü ile azalır.
126<br />
Elmas 3500°C in üzerinde<br />
erir.<br />
Grafit, kurşun kalemin<br />
"kurşun"udur.<br />
SiC: Zımpara taşı yapımında<br />
kullanılır.<br />
!<br />
Karamel (moleküler kristalden<br />
sakkarozun, C12<br />
H22O11 , 184°C de kısmen<br />
parçalandıktan sonra<br />
oluşan ürünler karışımı),<br />
gıdalara renk <strong>ve</strong> tat<br />
<strong>ve</strong>rmekte kullanılır.<br />
!<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
Kovalent kristallerin en önemli örneği karbonun iki allotropudur (elmas <strong>ve</strong> grafit).<br />
Elmastaki her C atomu, dört komşusuna sp 3 hibrit orbitali aracılığı ile bağlanmıştır<br />
(Şekil 7.8). Tetrahedral iskelet katı boyunca devam eder. Bu üç boyutlu<br />
sağlam kovalent bağlar, elmasın bilinen en sert <strong>ve</strong> erime noktası en yüksek katı<br />
olmasının nedenidir. Bilindiği üzere elmas aşındırma <strong>ve</strong> kesme aracı olarak kullanılır.<br />
Şekil 7.8: a) Elmasın Yapısı Her C Atomu Dörtyüzlü Olarak Diğer Dört C Atomuna Bağlanır.<br />
b) Grafitin Yapısı Tabakalar Arası 335 pm 'dir.<br />
Grafit ise, siyah, parlak, elektriği ileten kaygan bir katıdır. Grafitte sp 2 hibritleşmiş<br />
kovalent bağlı karbon atomları, hegzagonal düz tabakalar halindedir. Tabakalar<br />
arasında zayıf bağlar bulunur <strong>ve</strong> elmasın sertliğinin aksine grafit yumuşaktır.<br />
Diğer örnekler olarak silisyum karbür (SiC), silisyum nitrür (Si3N4) <strong>ve</strong> kuarz<br />
(SiO2) <strong>ve</strong>rilebilir.<br />
Elektronların kovalent bağlarda hareketsiz bir şekilde yoğunlaşmasından dolayı, kovalent<br />
kristaller genellikle elektriği çok az iletirler.<br />
Moleküler Kristaller<br />
Moleküler kristallerde örgü noktalarında moleküller bulunur <strong>ve</strong> bunlar arasındaki<br />
çekim kuv<strong>ve</strong>tleri, dipol-dipol <strong>ve</strong> van der Waals (London) kuv<strong>ve</strong>tleri ile hidrojen<br />
bağlarıdır. Kuru buz (katı CO2) , O2 <strong>ve</strong> C10 H8 (naftalin) gibi polar olmayan<br />
maddelerin kristallerinde, van der Waals kuv<strong>ve</strong>tleri vardır. Katı SO2<br />
gibi polar molekül içeren kristallerde ise, etkin kuv<strong>ve</strong>t dipol-dipol çekimleri olduğu<br />
halde, H2 O (buz), NH3 <strong>ve</strong> HF katılarında, hidrojen bağları etkindir.<br />
Bu kuv<strong>ve</strong>tler kovalent bağ <strong>ve</strong> iyonik çekim kuv<strong>ve</strong>tlerinden çok zayıf olduklarından,<br />
moleküler kristallerin kristal (örgü) enerjileri küçüktür <strong>ve</strong> kolay şekil değiştirecek kadar<br />
yumuşaklardır. Genellikle moleküler kristallerin erime noktaları düşüktür <strong>ve</strong> pek çoğu<br />
100°C ın altında erirler.<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 127<br />
Metalik Kristaller<br />
Metalik kristaller daha önce tartışılan üç tür kristalden daha farklı özellikler gösterirler<br />
<strong>ve</strong> bunların yapıları basittir. Çünkü bir kristaldeki her örgü noktasında, aynı<br />
metalin katyonları belirli bir düzene göre yerleşmişlerdir <strong>ve</strong> tüm katı boyunca,<br />
elektron bulutlarıyla çevrilmiş olarak bulunurlar (şekil 7.9). Metalik kristaller genelde<br />
kübik <strong>ve</strong> hegzagonal türde kristallere sahiptirler.<br />
Bilindiği gibi metaller aşağıda özetlenen temel özellikleri gösterirler.<br />
• Kendilerine özgü parlaklıkları vardır.<br />
• Kolay tel <strong>ve</strong> levha haline gelebilirler.<br />
• Isı <strong>ve</strong> elektriği iyi iletirler.<br />
Tüm bu önemli özellikler, metalik katılardaki elektron bulutlarının hareketliliğinden<br />
kaynaklanmaktadır. Örneğin; çekiç darbesiyle kurşun parçası levha haline<br />
getirilirken, kurşun (II) oksit iyonik bileşiği parçalanır. Çünkü çekiç darbesiyle<br />
çok sayıda elektron yer değiştirir; ancak elektron bulutu atomların dağılmayıp yeni<br />
yerlerinde kalmasını sağladığından Pb parçası levha haline gelir.<br />
5. Faz Değişimleri<br />
Faz değişimleri yani bir fazdan bir faza geçiş, genellikle ısı enerjisinin <strong>ve</strong>rilmesi <strong>ve</strong>ya<br />
alınması ile olur. Bunlar molekül düzenindeki değişmelerle karakterize edilen fiziksel<br />
değişimlerdir. Moleküller, en düzenli şekilde "katı fazda", en gelişi güzel şekilde "gaz<br />
fazda" bulunurlar. Örneğin; elmas <strong>ve</strong> grafit, karbonun iki katı fazıdır. Buz, sıvı su <strong>ve</strong><br />
su buharı ise suyun üç halidir. Buzun erimesi, suyun buharlaşması, grafitin elmasa dönüşmesi<br />
gibi faz dönüşümlerine, "faz geçişleri" denir.<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ<br />
Metalin artı yüklü iyonları<br />
Herhangi bir<br />
metal iyonuna<br />
ait olmayan<br />
elektron bulutu<br />
Şekil 7.9: Metalik Kristalin Elektron Denizi Modeli<br />
Alaşım: İki <strong>ve</strong>ya daha fazla<br />
metalin karıştırılması<br />
ile meydana gelir.<br />
Faz: <strong>Maddenin</strong> kendine<br />
özgü fiziksel hali.<br />
!
128<br />
!<br />
!<br />
Buhar, sıvı yüzeyinden<br />
moleküllerin ayrılması<br />
ile oluşur.<br />
!<br />
!<br />
<strong>Yoğun</strong>laşma, buharlaşmanın<br />
tersidir.<br />
Dinamik: Sürekli hareket<br />
demektir.<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
Buharlaşma<br />
<strong>Sıvılar</strong>ın <strong>ve</strong> katıların en önemli özelliklerinden biri de buharlaşma eğilimleridir.<br />
Belli bir sıcaklıkta bir sıvının moleküllerinin kinetik enerjileri, diğer moleküller<br />
ile çarpışmadan dolayı devamlı değişir. Verilen bir anda, bir sıvının moleküllerinin<br />
bazıları, ortalama kinetik enerjiden daha büyük bir kinetik enerjiye; bazıları<br />
ise, daha düşük kinetik enerjiye sahiptirler.<br />
Sıvı yüzeyine yakın moleküller arasında<br />
koşulunu yerine getiren moleküller, sıvı fazdan buhar fazına geçerler. Bu olaya "buharlaşma"<br />
denir. Bir sıvının buharlaşma eğilimi, sıcaklık arttıkça artar <strong>ve</strong> moleküller<br />
arası kuv<strong>ve</strong>tler arttıkça azalır.<br />
Buharlaşma, açık bir kapta oluyorsa, yüksek enerjili moleküller sürekli uzaklaştığından,<br />
geriye kalan moleküllerin ortalama kinetik enerjileri azalır. Bu da buharlaşan<br />
sıvının sıcaklığında bir azalmaya neden olur. Yani, sıvı soğur. Bundan<br />
sonra ısı dengesinin kurulması için çevreden sıvıya ısı akışı olur. Isınan sıvı moleküllerinin<br />
bazıları tekrar moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tlerini yenecek enerjiye sahip<br />
olurlar <strong>ve</strong> buhar fazına geçerler. Bu olay açık kapta bulunan tüm sıvı buharlaşıncaya<br />
kadar devam eder. Buharlaşan bir sıvının çevresinden ısı çekmesi; denizden<br />
çıkan bir kişinin üşümesi (ciltte kalan su, beden ısısını alarak buharlaştığından<br />
üşüme hissi algılanır), kolonya ile yıkanan ellerin soğuması (alkol, beden ısısını<br />
alır <strong>ve</strong> buharlaşır), testiden dışa sızan suyun buharlaşarak testideki suyu soğutması<br />
örnekleri ile açıklanabilir.<br />
Sabit sıcaklıkta 1 mol sıvıyı buharlaştırmak için <strong>ve</strong>rilen ısıya "molar buharlaşma ısısı"<br />
adı <strong>ve</strong>rilir <strong>ve</strong> ∆∆∆∆Hb ile gösterilir. Örneğin; su için,<br />
olarak ölçülmüştür.<br />
Kinetik enerjileri > Moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tleri<br />
H2O (s) H2O (g) ∆Hb = + 9,7 Kcal mol -1<br />
Buharlaştırma kapalı bir kapta yapılırsa, buharlaşan moleküller sıvıdan fazla uzaklaşamazlar<br />
<strong>ve</strong> bazıları sıvı fazına geri dönerler. Bu geri dönme olayına "yoğunlaşma" denir.<br />
Sonunda, öyle bir an gelir ki sıvıya dönen moleküllerin sayısı, sıvıdan ayrılan<br />
moleküllerin sayısına eşit olur. Buhar, sıvının buharlaşma hızında yoğunlaşmaya<br />
başlar. Bu durumda sıvı <strong>ve</strong> buharın "dinamik denge" halinde olduğunu söyleyebiliriz.<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ<br />
Buharlaşma hızı = <strong>Yoğun</strong>laşma hızı<br />
= 44 kJ / mol
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 129<br />
Sıvı su <strong>ve</strong> buharı arasındaki dinamik denge aşağıdaki gibi gösterilir:<br />
Bir sıvının (<strong>ve</strong>ya bir katının) buhar basıncı, "buhar <strong>ve</strong> sıvı (<strong>ve</strong>ya katı) dinamik bir denge<br />
halinde iken buhar tarafından uygulanan basınç" olarak tanımlanır.<br />
Buharlaşmanın çoğu, sıvı <strong>ve</strong>ya katı fazın yüzeyinden olur. Buhar basıncı, sıcaklıkla<br />
artar; çünkü ısıtılan sıvıdaki moleküller daha hareketlidir <strong>ve</strong> kolay ayrılırlar.<br />
Aynı zamanda buhar basıncı, sıvıyı bir arada tutan moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tlere<br />
de bağlıdır. Buhar basıncı yüksek sıvılara "uçucu", buhar basıncı düşük sıvılara<br />
"uçucu olmayan" sıvılar denir. Moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tli çekim gücüne sahip sıvılar<br />
zor buharlaşır <strong>ve</strong> uçucu olmayan sıvıları meydana getirirler.<br />
25°C de Dietil eter <strong>ve</strong> aseton gibi uçucu sıvıların buhar basınçları sırasıyla 534<br />
<strong>ve</strong> 231 mm Hg 'dır. Su orta uçuculukta bir sıvıdır <strong>ve</strong> 25°C deki buhar basıncı 23,8<br />
mm Hg 'dır. Cıva ise uçucu olmayan bir sıvıdır <strong>ve</strong> 25°C 'deki buhar basıncı 0,0018<br />
mm Hg 'dır.<br />
Kaynama<br />
Bir sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına (dış basınca) eşit olduğu sıcaklığa, o sıvının<br />
"kaynama noktası" denir.<br />
Bu sıcaklıkta, sıvı içinde buhar kabarcıkları oluşur <strong>ve</strong> sıvı kargaşalı biçimde karışarak<br />
kaynar. Kaynama noktasının altındaki sıcaklıklarda kabarcık oluşumu olanaksızdır.<br />
Sıvı içindeki buhar kabarcıklarının basınç, atmosfer basıncı <strong>ve</strong> üstündeki sıvının<br />
hidrostatik basıncı toplamından büyük olmadıkça kaynama tümüyle başlamaz.<br />
Kaynayan bir sıvının sıcaklığı tüm sıvı buharlaşıncaya dek sabit kalır.<br />
Açık bir kapta, bir sıvının ulaşabileceği maksimum (en fazla) buhar basıncı, atmosfer<br />
basıncıdır. Bu buhar basıncı da kaynama noktasındaki basıncıdır. Kaynayan<br />
bir sıvıya ısı <strong>ve</strong>rilme hızı ne kadar büyükse sıvının kaynama hızı da o kadar<br />
büyük olur. Fakat bu sırada sıvının sıcaklığı yükselmez.<br />
Bir sıvının kaynama noktası dış basıncın değişmesi ile değişir.<br />
Örneğin; su sadece 1 atm. basınçta 100°C de kaynar. Denizden 3048 m yükseklikte<br />
ortalama hava basıncı 0,695 atm. olup, bu basınçta su 90,1°C de kaynar. Bir<br />
sıvının normal kaynama noktası, sıvının buhar basıncının 1 atm. e eşit olduğu sıcaklık<br />
olarak tanımlanır.<br />
Normal kaynama noktası yüksek olan <strong>ve</strong> ısıtılınca bozunan sıvılar, basınç düşürülerek daha<br />
düşük sıcaklıklarda kaynatılabilirler.<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ<br />
H2O (s) H2O (g)<br />
!<br />
( ) , her iki tarafın<br />
dinamik bir denge<br />
içinde olduğunu gösterir.<br />
Ürünler reaktiften oluşurken,<br />
aynı hızda, geriye dönerek<br />
reaktifleri oluştururlar.<br />
Dinamik Denge: İki zıt<br />
yönlü olayın eş zamanlı <strong>ve</strong><br />
eşit hızda olduğunu belirtir.<br />
Moleküler H- bağı oluşturan<br />
sıvılar diğerlerinden<br />
daha uçucudur.<br />
!<br />
Dayanabileceğimiz en<br />
yüksek sıcaklık yaklaşık<br />
60°C 'dir.<br />
!<br />
Yüksek kaynama noktası,<br />
moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tlerin<br />
büyük olduğunu<br />
gösterir.<br />
!<br />
Deniz seviyesinde ortalama<br />
kara basıncı 1 Atm<br />
'dir.<br />
!
130<br />
Yüksek sıcaklıkta kaynayan<br />
<strong>ve</strong> normal kaynama<br />
noktasına gelmeden bozunan<br />
sıvılar vakum damıtılması<br />
ile saflaştırılır.<br />
!<br />
!<br />
!<br />
!<br />
!<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
Örneğin; basıncın 0,0121 atm.'e düşürülmesiyle, su oda sıcaklığının çok altında<br />
bir sıcaklıkta 10°C 'de bile kaynatılabilir.<br />
Donma <strong>ve</strong> Erime<br />
Bir sıvı soğutulduğunda moleküllerin kinetik enerjileri azalacağından hareketleri gittikçe<br />
yavaşlar. Sonunda öyle bir sıcaklığa gelinir ki, moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tleri,<br />
molekülleri kristal içinde istiflenmeye zorlar. Bu sıcaklık sıvının kristallenmeye başladığı<br />
sıcaklıktır <strong>ve</strong> "donma noktası" olarak bilinir.<br />
Katı <strong>ve</strong> sıvının 1 atmosfer basınç altında dengede bulunduğu sıcaklığa "normal donma<br />
noktası" adı <strong>ve</strong>rilir. Donma sıcaklığı tüm sıvı donana dek sabit kalır. Bir mol sıvının<br />
donması süresince açığa çıkan ısı, "molar kristallendirme (donma) ısısı" olarak tanımlanır.<br />
Bazı hallerde sıvılar donma noktası altına kadar soğutuldukları halde, sıvı molekülleri<br />
düzensiz hallerine devam ederler. Bu tür sıvılara "aşırı soğumuş sıvılar"<br />
denir. Aşırı soğumuş sıvı, karıştırma <strong>ve</strong> aşı kristalleri atılması gibi dış etkilerle hemen<br />
kristallenmeye başlar. Bu anda açığa çıkan bir miktar ısı ile sıvı normal sıcaklığına<br />
döner. Bazı aşırı soğumuş sıvılar uzun süre, hatta devamlı olarak kristallenmeden<br />
kalabilirler. Bu sıvılar soğutulduğunda moleküller düzensiz bir şekilde<br />
katılaşırlar. Bu tür maddeler, genellikle amorf katılar <strong>ve</strong> camsı maddeler olarak<br />
isimlendirilirler. Örneğin; cam, bazı plâstikler bu tür maddelere ilişkin tipik örneklerdir.<br />
Amorf katıların belirli bir donma ya da erime noktaları yoktur.<br />
Donmanın tersine, bir katının sıvıya dönüşmesine "erime", erimenin olduğu sıcaklığa da<br />
"erime noktası" denir. Bir katının erime noktası ile sıvının donma noktası aynıdır. Bu sıcaklıkta<br />
katı <strong>ve</strong> sıvı bir arada dengededir.<br />
Bir mol katıyı erime sıcaklığında sıvı hale getirmek için sisteme <strong>ve</strong>rilmesi gereken ısıya<br />
"molar erime ısısı"denir. Molar erime ısısı, molar kristallenme ısısı ile sayısal olarak<br />
aynı olup, birbirleri ile zıt işaretlidir.<br />
Özet<br />
• <strong>Sıvılar</strong>ın viskozitesi <strong>ve</strong> yüzey gerilimi moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tlerden kaynaklanır.<br />
• Viskozite, bir sıvının akmaya karşı gösterdiği dirençtir. Genellikle sıcaklık yükseldikçe<br />
düşer.<br />
• Yüzey gerilimi, sıvı yüzeyindeki molekülleri içeriye doğru çeken kuv<strong>ve</strong>tin bir ölçüsüdür.<br />
Sıcaklığın artması ile azalır. Damla biçimi, yüzey sınırı <strong>ve</strong> kılcallık etkisi<br />
gibi olaylar yüzey geriliminden ileri gelir.<br />
• <strong>Katılar</strong>, kristal <strong>ve</strong> amorf olmak üzere iki gruba ayrılır.<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR) 131<br />
• Kristal katılarda; atom, iyon <strong>ve</strong>ya moleküller düzenli sıralanmışlardır. Tüm<br />
kristal türlerinde birim hücreler bulunduğu kabul edilir.<br />
• Kristal yapının belirlenmesinde, X- ışını kırınımı kullanılır.<br />
• Kristaller, iyonik, kovalent, moleküler <strong>ve</strong> metalik olmak üzere dört tür olarak<br />
sınıflandırılırlar.<br />
• Sıvısı ile dengede olan buharın basıncına sıvının "buhar basıncı" denir <strong>ve</strong> sıvının<br />
uçuculuğunun bir ölçüsüdür.<br />
• Bir sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklığa, o sıvının<br />
"kaynama noktası" denir.<br />
• Katı <strong>ve</strong> sıvının 1 Atmosfer basınç altında dengede bulunduğu sıcaklığa "normal<br />
donma noktası" denir.<br />
• Erime noktası sıcaklığı, normal donma noktası sıcaklığı ile aynıdır.<br />
Değerlendirme Soruları<br />
Aşağıdaki soruların yanıtlarını seçenekler arasından bulunuz.<br />
1. Bir sıvının yüzey gerilimini aşağıdaki faktörlerden hangisi etkiler?<br />
A. Basınç<br />
B. Sıcaklık<br />
C. Hacim<br />
D. Viskozite<br />
E. Difüzyon<br />
2. Viskozite aşağıdakilerden hangisine bağlı değildir?<br />
A. Sıcaklığa<br />
B. Moleküllerin şekline<br />
C. Moleküllerin boyutuna<br />
D. Yüzey gerilimine<br />
E. Mol kütlesine<br />
3. Aşağıdaki bileşiklerden hangisi iyonik kristaldir?<br />
A. NaF<br />
B. CH4<br />
C. SO2<br />
D. NH3<br />
E. H2O<br />
4. 1,13 A° dalga boyundaki X ışınları NaCl kristalinde yansıtılıyor. Birinci<br />
dereceden yansıma (n = 1) <strong>ve</strong> yansıma açısı 11,6 derece olarak ölçülüyor.<br />
Buna göre parıldama düzlemleri arasındaki uzaklığı hesaplayınız?<br />
[ (sin (11,6) = 0,20]<br />
A. 2,82 A°<br />
B. 28,2 A°<br />
C. 0,282 A°<br />
D. 1,41 A°<br />
E. 1,141 A°<br />
AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ
132<br />
MADDENİ N YOĞ UN HALİ (SIVILAR VE KATILAR)<br />
5. Aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?<br />
A. Bir sıvının donma noktası, katının erime noktası ile aynı değildir.<br />
B. Kaynama, sıvının buhar basıncı atmosferik basınca eşit olduğu zaman<br />
olur.<br />
C. Donma noktasının altındaki bir sıvıya "süper soğutulmuş sıvı" denir.<br />
D. Suyun yoğunluğu buzdan daha büyük olduğundan basınç altında buz<br />
erir.<br />
E. Yüksek kaynama noktası, moleküller arası kuv<strong>ve</strong>tlerin büyük olduğunu<br />
gösterir.<br />
6. Bir sıvının normal kaynama noktasına aşağıdaki faktörlerden hangisi etki<br />
eder?<br />
A. Atmosfer basıncı<br />
B. <strong>Yoğun</strong>laşma hızı<br />
C. Buharlaşma hızı<br />
D. Moleküller arası çekim kuv<strong>ve</strong>tleri<br />
E. Dış sıcaklık<br />
7. Aşağıdakilerden hangisi HCl molekülündeki en güçlü moleküller arası çekim<br />
kuv<strong>ve</strong>tidir?<br />
A. Kovalent bağlar<br />
B. Dipol-dipol etkileşimi<br />
C. İyonik bağlar<br />
D. H- bağları<br />
E. London kuv<strong>ve</strong>tleri<br />
Yararlanılan <strong>ve</strong> Başvurulabilecek Kaynaklar<br />
Brady, J.E. and Holum, J.R., 1996, Chemistry, John Wiley and Sons, Inc. New York.<br />
Atkins, P. and Jones, L., 1998, Temel Kimya, Bilim Yayıncılık, Ankara.<br />
Petrucci, R.H. and Harwood, W.S., 1994, Genel Kimya, Palme Yayıncılık, Ankara.<br />
Erdik, E. <strong>ve</strong> Sarıkaya, Y., 1984, Temel Üni<strong>ve</strong>rsite Kimyası, Hacettepe, Taş Kitapçılık<br />
LTD. ŞTİ., Ankara.<br />
Sarıkahya, Y.; Güler, Ç.; Sarıkahya, F., 1985, Genel Kimya, Uğur Ofset Matbaası,<br />
İzmir.<br />
Değerlendirme Sorularının Yanıtları<br />
1. A 2. D 3. A 4. A 5. A 6. D 7. B<br />
ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ