TYT-Kimya 11. Maddenin Halleri-1
Maddeler sıcaklık ve basınç koşullarına göre 4 temel halde bulunur.
- Katı
- Sıvı
- Gaz
- Plazma
Maddelerin fiziksel halleri sıcaklık ve basınç değiştikçe değişebilir. Yani hal değişimleri sırasında ısı alışverişi olur.
Katı
- Tanecikleri temas halindedir ve aralarındaki boşluk yok denecek kadar azdır.
- Su ve bizmut gibi birkaç örnek dışında maddenin en yoğun halidir.
- Maddenin en düzenli halidir.
- Tanecikleri sadece titreşim hareketi yapar.
- Belirli hacim ve şekilleri vardır.
- Sıkıştırılamazlar.
- Akışkan değildirler.
Katılar, geometrik yapılarına ve kimyasal türleri bir arada tutan kuvvetlere göre aşağıdaki şekilde sınıflandırılırlar
Amorf Katılar
Belirli bir kristal yapıları (belirli geometrik şekilleri) olmayan katılara amorf katılar denir. Amorf katılarda tanecikler gelişigüzel istiflenmiştir.
- Serttirler ve sıkıştırılamazlar.
- Cam, lastik, plastik, kauçuk ve tereyağı amorf katıya örnektir.
Amorf katılar ısıtıldıklarında önce yumuşarlar. Yumuşama olayına camsı geçiş sıcaklığı denir.
Kristal Katılar
Belirli bir geometrik düzene göre istiflenmiş katılardır.
- Serttirler ve sıkıştırılamazlar.
İyonik Katılar
Tanecikleri arasında iyonik bağ olan katılardır.
- Birim hücre yapılıdırlar.
İyonik katılarda genellikle anyonlar katyonlardan daha büyüktür. Bu nedenle iyonik katılarda anyonların oluşturduğu boşluklara katyonlar yerleşmiştir.
İyonik bağ güçlü etkileşim olduğu için iyonik katılar sert ve kırılgandırlar. İşlenemezler. Erime ve kaynama noktaları oldukça yüksektir.
İyonik katılar elektriği iletmezler. Suda çözündüklerinde veya sıvı hallerinde elektriği iletirler.
Mermer ve tebeşir iyonik katılara örnektirler.
Kovalent Katılar
Çok sayıda ametal atomunun güçlü kovalent bağlarla bağlı bulunduğu katı türüdür.
- Kovalent katılarda atomlar ve moleküller arasında her yöne uzanan kovalent bir ağ örgüsü vardır.
Elmas kovalent kristale bir örnektir. Elmasta her karbon atomu dört karbon atomuna kovalent bağlarla bağlanarak sağlam bir yapı oluşturur. Bu yapı nedeniyle elmas oldukça sert ve yüksek kaynama noktasına sahip bir maddedir.
Kovalent katılara elmas, grafit, silisyum karbür (\(SiC\)), kuartz (\(SiO_2\)), silisyum nitrür (\(Si_3N_4\)) örnek verilebilir.
Grafit, elmas gibi karbon atomlarından oluşmasına rağmen erime ve kaynama noktası elmastan daha düşüktür ve elmastan daha yumuşaktır. Diğer kovalent katıların erime ve kaynama noktaları elmas ve kuartza göre daha düşüktür.
Moleküler Katılar
Molekülleri arasında dipol-dipol etkileşimler, London etkileşimleri ya da hidrojen bağı gibi zayıf etkileşimler bulunan katılardır.
- Katıyı oluşturan birimler polar veya apolar moleküller olduğu katı türüdür.
Moleküller arasındaki çekim kuvvetleri maddenin türüne göre değişiklik gösterir.
- \(SO_2\) gibi polar katılarda, dipol-dipol etkileşimleri
- İyot (\(I_2\)), kuru buz (katı \(CO_2\)) ve natfalin (\(C_{10}H_8\)) gibi apolar kovalent bağlı katılarda London etkileşimleri
- Glikoz, \(H_2O\) ve \(NH_3\) gibi bileşiklerin katı hallerinde ise hidrojen bağları etkindir.
Molekülleri arasındaki etkileşimler iyonik ve kovalent bağa göre daha zayıftır, erime ve kaynama noktaları düşüktür. Parafin, naftalin gibi bazı moleküler katılar yumuşaktır.
Isı ve elektriği iletmezler
Metalik Katılar
Pozitif yüklü metal iyonların serbest değerlik elektronlarının oluşturduğu elektron denizinde belirli bir düzene göre yerleşmesi ile oluşan katılardır.
Metalik katılarda etkin olan bağ türü metalik bağdır.
Metalik bağdaki elektronların hareketliliği metallere tel ve levha haline gelmei ısı ve elektriği iletme, parlaklık gibi özellikler kazandırır.
Metallerin erime ve kaynama noktaları metale göre değişiklik gösterir. Örneğin galyum 29,8 santigrat derecede erirken, tungsten 3680 derecede erir.
Altın, çinko, gümüş, bakır, potasyum ve sodyum metalik katılara örnektir.
Sıvı
- Tanecikler temas halindedirler ve aralarındaki boşluk katılardan daha fazladır.
- Yoğunlukları katılara göre küçük, gazlara göre büyüktür.
- Katı haline göre düzensiz, gaz haline göre düzenlidir.
- Tanecikleri titreşim ve öteleme hareketi yapar.
- Belirli hacimleri vardır, belirli şekilleri yoktur.
- Sıkıştırılamazlar.
- Akışkandırlar.
TYT-Kimya 12. Maddenin Halleri-2
Gaz
- Tanecikleri birbirinden bağımsızdır ve aralarındaki boşluk çok fazladır.
- Yoğunlukları katı ve sıvılardan daha azdır.
- Maddenin en düzensiz halidir.
- Tanecikleri titreşim, öteleme ve dönme hareketi yapar.
- Belirli hacimleri ve şekilleri yoktur.
- Sıkıştırılabilirler.
- Akışkandırlar.
Plazma
- Tanecikleri arasındaki boşluk katı ve sıvılara göre daha fazladır.
- Yoğunlukları katı ve sıvılardan daha azdır.
- Nötrdürler, ancak pozitif ve negatif yükler içerirler.
- Diğer hallere göre enerjisi en yüksektir.
- Belirli hacimleri ve şekilleri yoktur.
- Elektriği iletirler.
- Akışkandırlar.
Suyun Farklı Hallerinin Önemi
Yeryüzündeki suların buharlaşarak atmosferdeki su buharını ve bulutları oluşturması, daha sonra bu suyun yağışlarla yeryüzüne geri dönmesi olaylarının bütünü su döngüsü olarak adlandırılır.
Su döngüsünde sürekli bir hal değişimi vardır. Buharlaşma, yoğuşma, donma, erime, kırağılaşma ve süblimleşme olayları gerçekleşir.
- Su döngüsüyle yeryüzünde kirlenen su doğal olarak temizlenir.
- Sıvı haldeki su; içme ve sulama amaçlı kullanılır, canlılar için önemlidir.
- Buzun yoğunluğu sıvı suyunkinden küçük olduğu için su üstten donar. Bu durum soğuk bölgelerde su altı hayatının devamını sağlar.
- Atmosferdeki su buharı nem olarak adlandırılır. Nemin varlığı solunumu kolaylaştırır, aynı zamanda sera etkisine sebep olarak sıcaklığın aşırı yükselip düşmesini önler.
Endüstride Hal Değişiminin Önemi
LPG (Sıvılaştırılmış Petrol Gazı)
Sıvılaştırılmış petrol gazlarıdır. Ağırlıklı olarak bütan ve propan gazlarından oluşur. Oda koşullarında gaz olan bu karışım, sıkıştırılarak sıvı hale getirilip tüp ve tanklar içinde taşınarak kullanılır.
- Ham petrolün rafinasyonu ile ve doğal gazın çeşitli işlemlerden geçirilmesiyle elde edilir.
- Yanıcı ve parlayıcıdır. Mutfaklarda, sanayide ve taşıtlarda yakıt olarak kullanılır.
- Birim kütlesinden elde edilen enerji verimi yüksektir.
- Çevreye zararı ve sera etkisi diğer fosil yakıtlara göre azdır. (\(CO_2\) salınımı benzine göre %20 daha azdır.)
LNG (Sıvılaştırılmış Doğal Gaz)
- Doğal gazın sıvılaştırılması ile elde edilir. 1atm de -162 santigrat dereceye soğutulan doğal gaz, sıvılaşır ve LNG elde edilir.
- %90 metan (\(CH_4\)) gazı içerir. Kalan kısmı etan (\(C_2H_6\)), propan (\(C_3H_8\)), bütan (\(C_4H_{10}\)) ve diğer hidrokarbonlardır.
- LNG nin sıvı haldeki hacmi, doğal gazın hacmine göre 600 kat küçüktür.
- Doğal gaz genellikle sıkıştırılmış gaz halinde boru hatlarıyla taşınır. Ancak gerektiğinde sıvılaştırılarak depolanabilir ya da taşınabilir.
Elektrik üretimi, sıcak hava eldesi, kızgın yağ eldesi, buhar eldesi, pişirme ve kurutma fırınlarında, seramik ve cam sanayi, metal işleme alanlarında kullanılır.
İtici gazlar
İtici gazların sıkıştırma ve genleşme özelliklerinden zehir, parfüm ve spreylerde faydalanılmaktadır.
- Bu amaçla kullanılan maddeler arasında karbon dioksit, diazot monoksit, kloroflorokarbonlar (CFC) gibi maddeler bulunur.
- CFC ozon tabakasına zarar verir ve kullanımı yasaklanmıştır.
- Diazot monoksit de zararlıdır.
- LPG yakıt özelliğinin yanında itici gaz olarak da kullanılan bir maddedir.
Soğutucu Akışkanlar
Soğutucu sistemlerde de maddenin hal değişim özelliğinden yararlanılır.
- Buharlaşırken ortamdan ısı alarak ortam sıcaklığının düşmesine neden olan maddelere soğutucu akışkanlar denir.
- Bir maddenin soğutucu akışkan olarak kullanılabilmesi için uygulanabilir basınçta buharlaşması ve sıvılaşması gerekir.
Gazların hal değişiminden ilaçlama sistemlerinde, oto boyama makinelerinde, fren sistemlerinde, oksijen tüplerinde, sıcak hava balonlarında ve soğma sistemlerinde faydalanılır.
Havadan Azot ve Oksijen Eldesi
- Kuru hava hacimce yaklaşık %78 azot, %21 oksijen, %1 diğer gazları (argon, karbon dioksit, su buharı vb) içerir.
- Yaklaşık 40 atm basın. altında sıkıştırılarak sıvı hale getirilen hava önce soğuk sıvı azot ortamından geçirilerek içindeki su, karbon dioksit ve diğer katılaşabilen bileşenlerinden ayrılır. Kalan karışım ayrımsal damıtma ile ayrılarak azot ve oksijen elde edilir.
- Damıtma sonucunda kaynama noktası daha düşük olan azot gazı (-196 derece) gaz olarak, kaynama noktası daha yüksek olan oksijen gazı ise (-183 derece) sıvı olarak elde edilir.
Sıvı azot, tıpta organların dondurulması için de kullanılır.