Ders 11 / 28 · TYT Kimya

Katılar ve Sıvılar

Bu salt okunur bir görünüm. Burada yaptığın hiçbir şey kaydedilmez, hiçbir puan tutulmaz.

Düzenli ve Düzensiz Katılar

Bir kavanoz balı ters çevirince bal ağır ağır ilerlerken su hemen akar. Peki cam neden katı olduğu hâlde düzenli bir iç yapıya sahip olmayabilir?

Katıların Sınıflandırılması: Amorf ve Kristal Katılar Belirli geometrik şekli olmayan amorf katılar ile iyonik, moleküler, kovalent ve metalik kristal katıların tanecik düzeni ve örnekleri.

Katıların iç düzeni

Katılar, tanecikleri birbirine yakın ve belirli konumlar çevresinde titreşen maddelerdir. Ancak bütün katıların tanecik dizilişi aynı değildir.

Kristal katılar, taneciklerin düzenli ve tekrarlayan bir örgü oluşturduğu katılardır.
Amorf katılar, taneciklerin uzun mesafede düzenli bir sıra izlemediği katılardır.

Tuz kristalinde iyonlar düzenli bir geometrik dizilim gösterir. Camda ise tanecikler katı hâlde bulunur, fakat kristallerdeki gibi düzenli bir tekrar oluşturmaz. Bu yüzden cam, amorf katıya örnektir.

Kristal katılarda belirgin bir erime sıcaklığı görülür. Amorf katılar ise belirli bir sıcaklıkta aniden erimez, sıcaklık arttıkça yumuşar. Plastik, mum ve cam bu davranışa örnek verilebilir.

Görsel

Katı Türleri: Amorf ve Kristal Katılar

Sıvının akmaya karşı direnci

Aynı eğimde su hızla, bal ise yavaş akar. Sıvının akmaya karşı gösterdiği dirence viskozite denir. Viskozitesi büyük olan sıvı daha zor akar.

Tanecikler arası çekim arttıkça sıvı tanecikleri birbirinin yanından daha zor geçer. Bu nedenle balın viskozitesi sudan büyüktür. Sıcaklık yükseldiğinde sıvı tanecikleri daha hızlı hareket eder ve aralarındaki çekimi daha kolay aşar. Sıvıların viskozitesi genellikle azalır.

Karşılaştırmayı şöyle yazabiliriz:

\eta_{\text{bal}} > \eta_{\text{su}}

Burada $\eta$ , viskoziteyi gösterir. Viskozite birimi TYT düzeyinde çoğunlukla yorumlanır, sayısal birim dönüşümü beklenmez.

Viskozitenin sembolik gösterimi

\eta = \frac{\tau}{dv/dy}

$\eta$ : Viskozite (Pa·s)
$\tau$ : Kayma gerilmesi (Pa)
$dv/dy$ : Hız değişimi (s^{-1})

Su ve balın akışını karşılaştırma

Gözlem sürelerini yazma

t_{su}=4\ \mathrm{s},\quad t_{bal}=40\ \mathrm{s}

Aynı hacimdeki sıvıların aynı koşullarda akma süreleri karşılaştırılır. Akış hızlarını karşılaştırma

v_{su}>v_{bal}

Su daha kısa sürede aktığı için akış hızı sudan yana daha büyüktür. Viskoziteleri sıralama

\eta_{bal}>\eta_{su}

Balın akmaya karşı direnci sudan büyüktür.

Uyarı

Sık yapılan hata Sıcaklık arttığında sıvıların viskozitesi genellikle azalır. Bu durum gazlardaki viskozite değişimiyle karıştırılmamalıdır.

Buhar basıncı ve kaynama

Ağzı kapalı bir kaba su konulduğunda bazı su tanecikleri yüzeyden ayrılır, bazıları tekrar sıvıya döner. Bir süre sonra buharlaşma ve yoğuşma hızları eşitlenir. Bu durumda buharın uyguladığı basınca denge buhar basıncı denir.

Denge buhar basıncı, belirli sıcaklıkta sıvının buhar hâline geçme eğilimini gösterir. Sıcaklık yükseldikçe daha fazla tanecik gaz hâline geçebildiği için buhar basıncı artar.

Kaynama, buhar basıncının dış basınca eşit olduğu anda başlar:

P_{\text{buhar}}=P_{\text{dış}}

Bu nedenle dağda dış basınç daha düşük olduğundan su deniz seviyesine göre daha düşük sıcaklıkta kaynar. Buhar basıncı, sıvının kapalı ortamda oluşturduğu denge basıncıdır. Kaynama ise bu basıncın dış basınca ulaşmasıyla gerçekleşen hâl değişimidir.

Daha güçlü tanecikler arası çekim, taneciklerin sıvıdan ayrılmasını zorlaştırır. Böyle sıvıların aynı sıcaklıktaki buhar basıncı daha düşük olur. Basıncı artırmak tek başına sıvının özelliğini değiştirmez, fakat kaynama koşulunu değiştirir.

Cam, tanecikleri uzun mesafede düzenli dizilmediği için amorf katıdır. Cam katı hâlde olmasına rağmen kristallerdeki gibi düzenli ve tekrarlayan tanecik örgüsüne sahip değildir.
Bal ısıtıldığında akışının kolaylaşmasının temel nedeni hangisidir? Sıcaklık artınca sıvı tanecikleri daha hızlı hareket eder ve balın akmaya karşı direnci, yani viskozitesi genellikle azalır.
Bir sıvı, buhar basıncı dış basınca eşit olduğunda ___ başlar. Kaynama koşulu, sıvının denge buhar basıncının bulunduğu dış basınca eşit olmasıdır.

Etkileşimli

3D Katı Türleri ve Kristal Kafes Laboratuvarı (İyonik, Kovalent, Moleküler, Amorf)

Neden Akmıyor?

Zayıf etkileşimlerin gücü, sıvı taneciklerinin birbirinin yanından ne kadar kolay geçeceğini etkiler. Tanecikler arası çekim arttıkça sıvının akmaya karşı direnci, yani viskozitesi, genellikle artar.

Sıvılarda Viskozite, Akışkanlık ve Sıcaklık İlişkisi Sıvıların akmaya karşı gösterdiği direnç (viskozite), bilye düşme deneyi, moleküller arası çekim kuvveti ve sıcaklık arttıkça viskozitenin azalması.

Taneciklerin akışı nasıl yavaşlattığı

Bir sıvıyı eğik bir yüzeye döktüğünde su hızla yayılır, bal ise daha yavaş ilerler. Balın tanecikleri hem birbirini daha güçlü çeker hem de büyük molekülleri birbirine dolanarak akışı zorlaştırır. Bu yüzden balın viskozitesi sudan büyüktür.

Sıvı içindeki tanecikler aynı hızla hareket etmez. Bazıları hızlı, bazıları yavaş ilerler. Bir sıvı tabakası diğerinin üzerinden kayarken tanecikler arasındaki çekim, tabakaların hareketini frenler. Bu iç direnç arttıkça sıvı daha zor akar.

Viskoziteyi etkileyen başlıca faktörler şunlardır:

Tanecikler arası çekim: Çekim güçlendikçe viskozite artar.
Molekül büyüklüğü ve şekli: Büyük veya uzun zincirli moleküller daha fazla temas eder ve akışı zorlaştırabilir.
Sıcaklık: Sıcaklık arttığında sıvı tanecikleri daha hızlı hareket eder. Çekim etkisini daha kolay aşabildikleri için viskozite genellikle azalır.
Basınç: Sıvılar zaten birbirine yakın taneciklerden oluştuğu için basınç değişiminin viskoziteye etkisi, gazlardaki kadar belirgin değildir.

Sıcak çorbanın soğuk çorbaya göre daha kolay karıştırılması bu nedenle şaşırtıcı değildir. Isınan sıvıda taneciklerin hareket enerjisi artar ve birbirlerinin yanından daha kolay geçer. Ancak sıcaklık etkisi her sıvıda aynı büyüklükte olmak zorunda değildir.

Katıların düzeni akışkanlığı neden açıklamaz?

Kristal katılarda tanecikler düzenli bir örgü içinde bulunur. Amorf katılarda ise uzun mesafeli düzen yoktur. Camın amorf, sofra tuzunun kristal olması buna örnektir.

Bu ayrım katıların iç yapısını açıklar, fakat viskozite doğrudan katılara ait bir akma özelliği değildir. Katı, dış kuvvet altında hemen akmaz. Tanecikleri yalnızca denge konumları çevresinde titreşir. Bu nedenle camın amorf olması, camın oda sıcaklığında yavaşça akan bir sıvı olduğu anlamına gelmez.

Bazı katılar kuvvet uygulandığında şekil değiştirebilir veya kırılabilir. Bu davranış, sıvının akmaya karşı direnciyle aynı kavram değildir. TYT sorularında amorf ve kristal sınıflandırması iç düzenle, viskozite ise sıvı akışıyla ilişkilendirilir.

Sıcaklık ve viskozite karşılaştırması

Aşağıdaki gözlemde aynı miktardaki sıvıların bir kaptan geçiş süreleri karşılaştırılıyor:

Sıvı durumu	Geçiş süresi	Akış yorumu
Soğuk bal	40 saniye	Daha zor akar
Ilık bal	20 saniye	Daha kolay akar
Sıcak bal	10 saniye	En kolay akar

Geçiş süresi azaldıkça sıvının akış kolaylığı artar. Bu, sıcaklık yükseldiğinde balın viskozitesinin azaldığını gösterir. Süre, viskozitenin kendisi değildir. Yalnızca karşılaştırma yapmak için kullanılan gözlenebilir bir ölçüdür.

Sıcaklık değişiminde akış karşılaştırması

Gözlemleri yaz

t_{\text{soğuk}}=40\ \mathrm{s},\quad t_{\text{ılık}}=20\ \mathrm{s}

Soğuk balın kaptan geçiş süresi 40 saniye, ılık balınki 20 saniyedir. Süreleri karşılaştır

\frac{t_{\text{soğuk}}}{t_{\text{ılık}}}=\frac{40}{20}=2

Soğuk balın geçiş süresi ılık balın geçiş süresinin 2 katıdır. Sonucu yorumla

T\uparrow\ \Rightarrow\ \eta\downarrow

Sıcaklık arttığında viskozite azalır ve sıvı daha kolay akar.

Uyarı

Dikkat “Basınç arttı, o hâlde sıvının viskozitesi kesinlikle çok arttı.” düşüncesi doğru değildir. Sıvı tanecikleri zaten birbirine yakın olduğundan basınç değişiminin etkisi genellikle sınırlıdır. Viskozite karşılaştırmalarında önce sıcaklık ve tanecikler arası çekim değerlendirilir.

Buhar basıncıyla karıştırılmaması gereken nokta

Viskozite, sıvının akmaya karşı direncidir. Denge buhar basıncı ise kapalı bir kapta sıvıdan ayrılan buhar taneciklerinin uyguladığı basınçla ilgilidir. Biri sıvının akışını, diğeri sıvı-buhar dengesini anlatır.

Örneğin gliserin suya göre daha viskozdur ve daha yavaş akar. Bu bilgi, gliserinin denge buhar basıncının kesinlikle daha büyük olduğunu göstermez. Akışkanlık ile buharlaşma eğilimi farklı fiziksel özelliklerdir.

Kapalı kapta bazı sıvı tanecikleri yüzeyden ayrılırken bazı buhar tanecikleri tekrar sıvıya döner. Denge buhar basıncı bu iki olayın hızları eşitlendiğinde ölçülür. Kaynama ise buhar basıncının dış basınca eşit olduğu koşulla ilgilidir ve sonraki içerikte ayrıntılandırılacaktır.

Günlük yaşamda motor yağlarının seçimi de viskoziteye dayanır. Soğuk havada yağ koyulaşır, motor parçaları arasında zor hareket eder. Uygun yağın viskozitesi, hem düşük sıcaklıkta akabilmeli hem de çalışma sıcaklığında yüzeyler arasında koruyucu tabaka oluşturabilmelidir.

Sıvıların viskozitesi sıcaklık arttıkça genellikle azalır. Tanecikler ısındığında daha hızlı hareket eder ve birbirlerinin yanından daha kolay geçer, bu nedenle akmaya karşı direnç azalır.
Aşağıdakilerden hangisi viskozitesi en büyük sıvının özelliğidir? Tanecikler arası çekim ve dolanma arttığında sıvı tabakaları birbirine göre daha zor hareket eder ve viskozite büyür.
40 saniyede akan bal, 20 saniyede akan ılık bala göre daha ___ viskozludur. Aynı koşullarda daha uzun sürede akan sıvı daha fazla akma direncine, yani daha yüksek viskoziteye sahiptir.

Buharlaşma ve Kaynama

Moleküller arası çekim, bir sıvının yüzeyinden ayrılmayı ve akmayı etkileyen temel etkendir. Bu çekimin sıcaklıkla değişen sonuçlarından biri buhar basıncı, diğeri ise sıvının viskozitesi ile ilgilidir.

Sıvılarda Denge Buhar Basıncı ve Kaynama Olayı Kapalı kapta buharlaşma-yoğuşma dengesi (buhar basıncı) ve buhar basıncının dış basınca eşitlendiği anda başlayan kaynama olayı.

Buharlaşma ve kaynama arasındaki fark

Bir sıvının yüzeyindeki bazı tanecikler, diğerlerinden daha yüksek kinetik enerjiye sahiptir. Bu tanecikler yüzeyden ayrıldığında buharlaşma gerçekleşir. Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir ve yalnızca sıvının yüzeyinde gerçekleşir.

Kapalı bir kapta sıvıdan ayrılan tanecikler gaz hâlinde birikir. Bir süre sonra bazı gaz tanecikleri tekrar sıvıya döner. Sıvıdan ayrılan tanecik sayısı ile sıvıya dönen tanecik sayısı eşitlendiğinde denge buhar basıncı oluşur.

Buhar basıncı, sıvının üzerindeki buhar taneciklerinin kaba uyguladığı basınçtır. Bu değer sıvının miktarına değil, aynı sıcaklıkta sıvının cinsine ve sıcaklığa bağlıdır. Sıvı miktarı azalırsa, kapta hâlâ sıvı bulunduğu sürece denge buhar basıncı değişmez.

Sıcaklık yükseldiğinde daha fazla tanecik yüzeyden kaçabilecek enerjiye ulaşır. Bu nedenle denge buhar basıncı artar.…

Viskozite Yarışı

Tanecikler arası çekim arttığında sıvı moleküllerinin birbirinin yanından geçmesi zorlaşır. Bu yüzden zayıf etkileşimler bilgisi, viskozite ve buhar basıncını karşılaştırırken temel dayanak olur.

Akış süresinden viskoziteyi karşılaştırma

Aynı sıcaklıkta üç sıvının bir borudan akma süreleri şöyle ölçülüyor:

Sıvı	Akma süresi
A	4 s
B	11 s
C	7 s

Sıvıların borudan geçerken aynı miktarda ve aynı koşullarda aktığı kabul edilirse akma süresi uzadıkça viskozite artar. Buna göre sıralama:

\eta_B > \eta_C > \eta_A

Buradaki $\eta$ viskoziteyi gösterir. B sıvısının tanecikleri birbirine daha güçlü tutunduğu veya daha zor yer değiştirdiği için akmaya karşı direnci en büyüktür.…