Hâl Değişimi Konu Anlatımı

Hâl Değişimi

Maddeler ısı aldığında veya verdiğinde sıcaklıklarının değişmesinin yanında fiziksel hâllerini de değiştirebilir. Saf maddelerde hâl değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır. Bu sırada alınan ya da verilen enerji sıcaklığı değiştirmek yerine tanecikler arasındaki etkileşimleri değiştirir.

Hâl Değişimini Etkileyen Nitelikler

Hâl değişiminde maddenin saflığı, madde üzerine etkiyen basınç, kütle ve maddenin cinsi önemlidir. Saflık ve basınç hâl değişim sıcaklığını değiştirebilir. Kütle ve maddenin cinsi ise maddenin tamamının hâl değiştirmesi için gereken ısı miktarını etkiler.

Saflığın Etkisi

Buzun içine tuz atıldığında buzun erime sıcaklığı düşer ve erime kolaylaşır. Bu nedenle kışın buzlu yollara tuz serpilir. Suyun içine tuz atılması ise suyun kaynama sıcaklığını yükseltir.

Basıncın Erime Sıcaklığına Etkisi

Buz, antimon ve bizmut gibi erirken hacmi azalan maddelerde basınç arttığında erime sıcaklığı düşer. Demir, alüminyum ve kalay gibi erirken hacmi artan maddelerde ise basınç arttığında erime sıcaklığı yükselir.

Basıncın Kaynama Sıcaklığına Etkisi

Basınç arttığında bütün maddelerin kaynama sıcaklığı yükselir. Düdüklü tencerede yaklaşık 2 atm basınçta suyun kaynama sıcaklığı yaklaşık 120 °C'ye yükselebilir.

Kütlenin ve Maddenin Cinsinin Etkisi

Aynı madde için kütle arttıkça tamamının hâl değiştirmesi için gereken ısı artar. Eşit kütlede farklı cins maddelerin gereken ısıları ise farklı olabilir.

Ders kitabındaki etkinlikte 1 g buzu eritmek için yaklaşık 334 J, 1 g bal mumunu eritmek için yaklaşık 168 J ısı gerekir.

Hâl Değişim Isısı

Hâl değişim sıcaklığındaki bir maddenin birim kütlesinin tamamen hâl değiştirmesi için gereken ısı miktarına hâl değişim ısısı denir.

• Sembolü: L
• SI birimi: J/kg
• Ayırt edici özelliktir.

Maddenin tamamının hâl değiştirmesi için:

Q = m·L

bağıntısı kullanılır.

Erime, Donma, Buharlaşma ve Yoğuşma Isıları

Saf maddelerde erime ısısı donma ısısına eşittir. Benzer biçimde buharlaşma ısısı yoğuşma ısısına eşittir.

0 °C'deki 1 kg buzu eritmek için 334 kJ gerekir. 0 °C'deki 1 kg su donarken aynı miktarda ısı verir. Kaynama sıcaklığındaki 1 kg suyun tamamen buharlaşması için 2260 kJ gerekir.

Isıtma Grafiği ve Enerji Değişimi

-20 °C'deki saf buz önce 0 °C'ye kadar ısınır. Bu bölümde sıcaklık ve kinetik enerji artar. 0 °C'de erime sırasında sıcaklık ve kinetik enerji sabit kalırken potansiyel enerji artar.

Sıvı su 0 °C'den 100 °C'ye ısınırken kinetik enerji artar. 100 °C'de kaynama sırasında sıcaklık ve kinetik enerji yeniden sabit kalırken potansiyel enerji artar.

Hâl değişim bölgeleri ısı-sıcaklık grafiğinde yatay bölümlerle gösterilir.

Saflık, Basınç ve Günlük Hayat

Karlı yollarda araç lastiğinin uyguladığı basınç, buzun erime sıcaklığını düşürebilir. Düdüklü tencere içindeki yüksek basınç ise suyun kaynama sıcaklığını yükseltir.

Kar yağarken yağmur damlaları kara dönüşürken çevreye ısı verir. Bu nedenle hava sıcaklığında bir miktar artış görülebilir.

Sayısal Örnek

2 kg buzun erime ısısı 334 kJ/kg ise:

Q = 2 × 334 = 668 kJ

4 kg buz için:

Q = 4 × 334 = 1336 kJ

Kaynama sıcaklığındaki 1 kg suyu tamamen buharlaştırmak için 2260 kJ gerekir. Bu nedenle 1336 kJ bu işlem için yeterli değildir.

Sık Karıştırılan Noktalar

• Saf madde hâl değiştirirken sıcaklığı sabit kalır.
• Hâl değişimi sırasında kinetik enerji sabit kalır.
• Potansiyel enerji hâl değişimi sırasında değişir.
• L hâl değişim ısısıdır.
• Q=m·L kullanılır.
• Erime ısısı donma ısısına eşittir.
• Buharlaşma ısısı yoğuşma ısısına eşittir.
• Saflık erime ve kaynama sıcaklığını değiştirebilir.
• Basınç bütün maddelerin kaynama sıcaklığını yükseltir.
• Basıncın erime sıcaklığına etkisi erirken hacim değişimine bağlıdır.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Hâl değişimi olup olmadığını belirle.
2. Tam hâl değişimi için Q=m·L kullan.
3. Kütle ile L birimlerini uyumlu tut.
4. Erime-donma ve buharlaşma-yoğuşma eşitliklerini kullan.
5. Grafiklerde yatay bölümlerin hâl değişimini gösterdiğini unutma.
6. Hâl değişiminde sıcaklık ve kinetik enerjinin sabit olduğunu kullan.
7. Saflık ve basınç etkilerini ayrı ayrı değerlendir.

Konu Özeti

Saf maddeler hâl değiştirirken sıcaklıkları sabit kalır. Hâl değişim sıcaklığı saflık ve basınçtan etkilenebilir. Birim kütlenin tamamen hâl değiştirmesi için gereken ısı hâl değişim ısısıdır ve L ile gösterilir. Maddenin tamamının hâl değişimi için Q=m·L kullanılır. Erime-donma ve buharlaşma-yoğuşma ısılarının büyüklükleri eşittir.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Hâl değişimini açıklayabilmelisin.
• Saflık ve basıncın hâl değişim sıcaklığına etkisini söyleyebilmelisin.
• Basıncın erime ve kaynama sıcaklığına etkisini ayırt edebilmelisin.
• Hâl değişim ısısını tanımlayabilmelisin.
• Q=m·L bağıntısını kullanabilmelisin.
• Isıtma grafiğindeki hâl değişim bölgelerini yorumlayabilmelisin.
• Kinetik ve potansiyel enerji değişimlerini açıklayabilmelisin.