Suya Ait Isınma-Soğuma Eğrileri Nasıldır?

Suyun Halleri

Maddeler doğada çeşitli fiziksel hallerde bulunurlar. Örneğin normal şartlarda suyun sıvı,çoğu metalin katı ve bazı maddelerinde gaz halinde bulunması gibi. Maddelerin normal şartlar altında bulundukları fiziksel halden başka bir hale geçmeleri erime veya donma olarak adlandırılır. Örneğin suyun buharlaşması olayı için dışarıdan ısı almalıdır aynı şekilde bir sıvının dışarıya ısı vererek katı hale geçmesine donma denir.

Suyun Kaynama Noktası

Kaynama, sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu noktada meydana gelir. Bir sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklığa sıvının kaynama noktasıdenir. Bu sıcaklıkta, sıvının iç kesimlerinde açığa çıkan buhar, kaynama olayına ilişkin bir özellik olan kabarcık oluşumu ve türbülansa (çalkantıya) neden olur. Kaynama noktasının altındaki sıcaklıklarda kabarcık oluşumu olanaksızdır. Sıvının yüzeyindeki hava basıncı, bundan daha küçük bir iç basınca sahip olan kabarcıkların oluşumunu önler. Kaynayan bir sıvının sıcaklığı bütün sıvı buharlaşıncaya kadar sabit kalır. Açık bir kapta, bir sıvının ulaşabileceği maksimum buhar basıncı atmosfer basıncıdır. Bu buhar basıncı da kaynama noktasındaki buhar basıncıdır. Kaynama sırasında yüksek kinetik enerjili moleküller sıvıdan ayrıldığından, sıcaklığın sabit kalması için kaynayan bir sıvıya ısı verilmelidir. Kaynayan bir sıvıya ısı verilme hızı ne kadar büyükse sıvının kaynama hızı da o kadar büyük olur. Fakat bu sırada sıvının sıcaklığı yükselmez.

Normal kaynama noktası yüksek olan veya ısıtılınca bozunan bir sıvı, basınç düşürülerek daha düşük sıcaklıklarda kaynatılabilir. Vakum altında damıtmada (vakum distilasyonu) bu yol izlenir. Basıncın 0,0121 atm’e düşürülmesiyle, su oda sıcaklığının çok altında bir sıcaklık olan 10°C de bile kaynatılabilir Pek çok gıda maddesinde istenmeyen su, düşük basınç altında kaynatılarak uzaklaştırılabilir. Bu yöntemle ürün, bozunabileceği veya renginin değişebileceği sıcaklıkların etkisinde kalmaz.

Suyun Erime Noktası

Katı bir maddenin sıvı hale geçmesi olayına erime denir. Erime olayının olduğu bu sıcaklığa ise erime sıcaklığı denir. Buz 0 0C de erirken alüminyum 600 0C de erir. Böyle olunca her maddenin erime sıcaklığı farklı farklı olup 1 g maddenin erimesi için gerekli olan erime ısısı da farklıdır. Erime noktasında bir mol maddeyi eritmek için gerekli olan ısı miktarına molar erime ısısı denir.

1. Erime süresince sıcaklık saf maddelerde sabit kalır.
2. Aynı maddenin erime noktası donma noktasına eşittir.
3. Katı madde sıvı hale geçerken ısı alır. Sıvı halden katı hale geçerken ise ısı verir. Bu olaya donma denir.

Erime ve donma sıcaklığının madde miktarı ile ilişkisi yoktur. Madde miktarı, erime süresini değiştirir. Erime olayı süresince madde ısı alır, fakat sıcaklık değişmez.

Suyun Donma Noktası

soğumuş veya süper soğumuş sıvılar denir. Böyle sistemler, bulundukları kabın iç cidarı bir cam bagetle sürtülerek veya içine etrafında kristalleşmenin olabileceği bir aşı kristali atılarak donma noktasına ve kararlı sıvı-katı dengesine getirilebilir.

Kristallendirme işlemi sırasında dışarıya ısı verildiğinden, sistemin sıcaklığı normal kristalleşme tamamlanıncaya kadar donma noktasına yükseltilir.

Bazı aşırı soğumuş sıvılar bu halde uzun süre hatta devamlı olarak kalabilirler. Bu sıvılar soğutulduğunda, moleküller, bir kristalin geometrik düzeninde değil, bir sıvının tipik özelliği olan düzensiz bir yapıda katılaşır. Bu tür maddeler, kristalleşmenin güç olduğu karma-şık moleküler düzenlere sahip olup genellikle amorf katılar, camsı malzemeler veya camlar olarak isimlendirilir.

Cam, katran ve bazı plastikler bu tür maddelere ilişkin tipik örneklerdir. Amorf katıların belirli bir donma ya da erime noktalan yoktur. Bu geçişler bir sıcaklık aralığında oluşur ve kırıldıklarında eğri istiridye kabuğuna benzer yüzeyli parçalara ayrılır. Kristal yapıdaki maddeler ise kırıldığında ana kristale benzeyen parçalara bölünür.

Erime ve Kaynama Noktası Grafiği

Erime ve kaynama grafikleri ya verilen ısıya veya geçen zamana göre çizilir. Verilen ısıya göre ayarlamak zor olduğu için geçen zamana göre yapılır. Genellikle aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. Erime olayı çabuk olur ve erime ısısı düşüktür, kaynama olayı uzun ve yavaş yavaş gerçekleşir. Sıvının ısınma ısısı ise büyüktür.

Suyun Isınma-Soğuma Eğrileri

İçinde bir miktar ve belli sıcaklıkta buz bulunan bir kap buzlar eriyip buharlaşıncaya kadar ısıtıldığında buzun tanecik modeli şekildeki gibi değişecektir.

Suyun Soğuma Eğrisi

Suyun Isınma Eğrisi

Grafikte sıcaklık 0 °C ve 100 °C de sabit kalmıştır. Sıcaklığın sabit kaldığı bu durumlarda madde hal değiştirmiştir. Yani 0 °C bu maddenin erime (donma) sıcaklığı; 100 °C ise bu maddenin buharlaşma (yoğunlaşma) sıcaklığıdır.

Grafiğimizi açıklayalım: A noktasında ısı alan buz taneciklerinin hareket enerjileri arttığından aralarındaki uzaklık artmıştır. A noktasından B noktasına doğru madde de sıcaklık artışı gözlenir. B noktasına yani, 0°C değerine gelindiği zaman erime başlar. Artık buz taneciklerinin aldığı ısı buzun erimesi için kullanılır. Burada B ve C noktaları arasında hal değişimi olduğu için maddenin sıcaklığı değişmeyecek, buzun aldığı ısı erimeye harcanacaktır. Ancak su sürekli ısı almaya devam ederse suyun aldığı bu ısı erime tamamlanınca suyun sıcaklığının yükselmesini sağlar. C ve D noktaları arasında suyun sıcaklığı hızla yükselir. Yükselen bu sıcaklık değeri 100 °C ‘ye ulaştığında sıcaklık yine sabit kalır. Alınan ısı tanecikler arasındaki bağları daha da zayıflatarak suyun artık buhar haline gelmesini sağlar. D noktasında buharlaşmaya başlayan su, E noktasında tamamen buhar olur. E noktasından itibaren su buharına verilen ısı onun sıcaklığının sabit kalmadan artmasına neden olur.

Isıtıcının gücü sıcaklık- zaman grafiğini nasıl etkiler?

Cevap: Kabın içindeki maddenin değişmediğini dikkate alırsak Madde yine normal erime ve buharlaşma sıcaklığında eriyip buharlaşacaktır. Sadece bu kez maddenin tamamen buharlaşması çok daha kısa sürecektir.

Buhar halinde bulunan su taneciklerinin hal değişim grafiği (gaz-sıvı katı):