Sıvılar ve Özellikleri Konu Anlatımı

Sıvılar ve Özellikleri

Sıvılar belirli bir hacme sahip olmalarına rağmen bulundukları kabın şeklini alır. Sıvı tanecikleri birbirine katılardakinden daha uzak, gazlardakinden daha yakındır. Tanecikler titreşim, dönme ve özellikle öteleme hareketi yapabildiği için sıvılar akışkandır.

Bu konuda sıvıların;

• buharlaşma ve denge buhar basıncı,
• kaynama sıcaklığı,
• viskozite,
• adezyon ve kohezyon,
• kılcallık,
• yüzey gerilimi

gibi özellikleri ve bu özellikleri etkileyen faktörler ele alınır.

Buharlaşma

Bir sıvının ısı alarak gaz veya buhar hâline geçmesine **buharlaşma** denir.

Sıvı yüzeyindeki moleküllerden kinetik enerjisi yeterince yüksek olanlar, moleküller arası çekim kuvvetlerini aşarak sıvıdan ayrılır ve gaz fazına geçer.

Buharlaşma:

• her sıcaklıkta gerçekleşebilir,
• sıvının yalnız yüzeyinde gerçekleşir,
• endotermik bir olaydır.

Birim zamanda sıvı hâlden gaz hâline geçen molekül sayısı **buharlaşma hızı** olarak tanımlanır.

Buharlaşma Hızını Etkileyen Faktörler

Kitaptaki etkinliklerde buharlaşma hızının;

• sıvının cinsine,
• sıvının yüzey alanına,
• sıcaklığa

bağlı olduğu üzerinde durulur.

Sıvının Cinsi

Moleküller arası çekim kuvvetleri zayıf olan sıvıların molekülleri yüzeyden daha kolay ayrılır. Bu nedenle buharlaşma hızları daha yüksektir.

Yüzey Alanı

Sıvının yüzey alanı arttıkça yüzeyde bulunan molekül sayısı artar. Böylece birim zamanda gaz fazına geçebilecek molekül sayısı da artar.

Sıcaklık

Sıcaklık arttıkça sıvı moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar. Daha fazla molekül çekim kuvvetlerini aşabildiği için buharlaşma hızı artar.

Buhar ve Buhar Basıncı

Bir sıvının gaz tanecikleri sıvısıyla temas hâlindeyse bu gaz fazı **buhar** olarak adlandırılır.

Kapalı kapta sıvı molekülleri buharlaşarak gaz fazına geçer. Buhar molekülleri kabın yüzeyine çarpar ve bir basınç oluşturur. Bu basınca **buhar basıncı** denir.

Ağzı açık kapta sıvı tamamen buharlaşabilir. Kapalı kapta ise buharlaşmayla birlikte yoğuşma da gerçekleştiği için sıvının tamamı buharlaşmaz.

Denge Buhar Basıncı

Kapalı bir kapta başlangıçta buharlaşma hızı yoğuşma hızından büyüktür. Zamanla gaz fazındaki molekül sayısı arttıkça yoğuşma hızı artar.

Bir süre sonra:

**buharlaşma hızı = yoğuşma hızı**

olur. Bu durumda dinamik denge kurulur.

Denge kurulduğunda buharlaşma ve yoğuşma durmaz; aynı hızla devam eder.

Sıvısıyla denge hâlinde bulunan buharın basıncına **denge buhar basıncı** denir.

Kitapta saf suyun 25 °C'taki denge buhar basıncı **23,8 mmHg** olarak verilir.

Denge Buhar Basıncını Etkileyen Faktörler

Kitaptaki kavram haritasına göre denge buhar basıncı:

• sıvının cinsine,
• saflık derecesine,
• sıcaklığa

bağlıdır.

Şunlara bağlı değildir:

• sıvı miktarı,
• kabın hacmi,
• kabın şekli.

Sıvının Cinsi ve Moleküller Arası Etkileşim

Moleküller arası çekim kuvveti zayıf olan sıvılarda daha fazla molekül buhar fazına geçer. Bu nedenle denge buhar basıncı daha yüksektir.

Aynı sıcaklıkta buhar basıncı daha yüksek olan sıvı **daha uçucu** kabul edilir.

Sıcaklık

Sıcaklık arttıkça moleküllerin kinetik enerjisi artar. Buhar fazına geçen molekül sayısı arttığı için denge buhar basıncı da artar.

Buharlaşma ve Kaynama Arasındaki Fark

Buharlaşma:

• her sıcaklıkta gerçekleşir,
• yalnız sıvı yüzeyinde olur.

Kaynama:

• belirli koşullarda belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir,
• sıvının her yerinde gerçekleşir,
• sıvı içinde gaz kabarcıkları oluşur.

Kaynama Sıcaklığı

Sıvının iç kısmındaki moleküller yeterli enerjiye ulaştığında gaz fazına geçer ve sıvı içinde kabarcıklar oluşur.

Kabarcık içindeki buharın basıncı sıvı yüzeyine etki eden dış basınca eşit olduğunda kaynama gerçekleşir.

**Sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklığa kaynama noktası veya kaynama sıcaklığı denir.**

Dış Basıncın Kaynama Sıcaklığına Etkisi

Dış basınç arttığında kaynamanın gerçekleşebilmesi için sıvının daha yüksek buhar basıncına ulaşması gerekir. Bunun için sıvı daha fazla ısıtılır.

Bu nedenle:

• dış basınç ↑ → kaynama sıcaklığı ↑
• dış basınç ↓ → kaynama sıcaklığı ↓

Kitapta deniz seviyesinde su:

• 1 atm basınçta 100 °C'ta

kaynar.

Daha düşük dış basınçta ise su daha düşük sıcaklıkta kaynar.

Kaynama Sırasında Sıcaklık

Sabit basınç altında saf bir sıvı kaynarken sıcaklığı değişmez.

Sıvıya verilen enerji sıcaklığı artırmak yerine moleküller arasındaki çekim kuvvetlerini aşmak ve sıvı moleküllerini gaz fazına geçirmek için kullanılır.

Moleküller Arası Etkileşim ve Kaynama Sıcaklığı

Kaynama sırasında moleküllerin birbirinden uzaklaşması gerekir. Moleküller arası çekim kuvveti ne kadar güçlüyse molekülleri birbirinden ayırmak için o kadar fazla enerji gerekir.

Bu nedenle:

**moleküller arası çekim kuvveti ↑ → kaynama sıcaklığı ↑**

Kitaptaki örnekler:

• CH₄ → 112,65 K
• H₂S → 213,15 K
• H₂O → 373,15 K

Saf maddelerde moleküller arası etkileşimlerin en güçlüsü hidrojen bağıdır.

Hidrojen Bağı ve Kaynama Noktası

Kitapta:

• H₂O → 100 °C
• HF → 19,5 °C
• NH₃ → −33,3 °C

değerleri verilir.

H₂O molekülü dört su molekülüyle etkileşerek dört hidrojen bağı oluşturabilir. HF molekülü ise iki HF molekülüyle etkileşerek iki hidrojen bağı oluşturabilir.

Bu nedenle suyun kaynama sıcaklığının daha yüksek olması, moleküller arasında daha fazla hidrojen bağı oluşturabilmesiyle ilişkilendirilir.

HF'nin NH₃'e göre daha yüksek kaynama sıcaklığı ise H–F bağındaki elektronegatiflik farkının daha büyük ve hidrojen bağlarının daha güçlü olmasıyla açıklanır.

Aynı Ortamda Kaynayan Sıvılar

Aynı dış basınç altında kaynayan farklı sıvıların kaynama anındaki buhar basınçları birbirine eşittir ve dış basınca eşittir.

Örneğin deniz seviyesinde farklı sıvılar farklı sıcaklıklarda kaynayabilir ancak kaynama anında buhar basınçları 1 atm dış basınca eşittir.

Uçucu Olmayan Çözünenin Kaynama Sıcaklığına Etkisi

Saf bir sıvıya uçucu olmayan bir çözünen eklenirse oluşan çözeltinin kaynama sıcaklığı saf çözücüye göre yükselir.

Çözünen madde miktarı arttıkça kaynama sıcaklığı da artar.

Kaynama sıcaklığı:

• ısıtıcının gücüne,
• sıvının miktarına,
• kabın şekline

bağlı değildir.

Viskozite

Sıvıların akmaya karşı gösterdiği dirence **viskozite** denir.

Viskozitenin SI birimi: **Pa·s (paskal saniye)**

Viskozitesi büyük sıvılara viskoz sıvı denir.

Akışkanlık ile viskozite ters ilişkilidir:

• viskozite ↑ → akışkanlık ↓
• viskozite ↓ → akışkanlık ↑

Kitaptaki Bazı Viskozite Değerleri

20 °C'ta:

• su → 1,01×10⁻³ Pa·s
• zeytinyağı → 81×10⁻³ Pa·s
• aseton → 0,316×10⁻³ Pa·s
• etanol → 1,20×10⁻³ Pa·s
• propanol → 1,94×10⁻³ Pa·s
• etilen glikol → 19,83×10⁻³ Pa·s
• gliserin → 1,49 Pa·s
• bal → 2–10 Pa·s
• pekmez → 5–10 Pa·s

Bu değerler aynı sıcaklıkta farklı sıvıların akmaya karşı farklı direnç gösterdiğini gösterir.

Viskoziteyi Etkileyen Moleküller Arası Etkileşim

Moleküller arası çekim kuvveti büyüdükçe taneciklerin birbirlerinin üzerinden kayması zorlaşır.

Bu nedenle:

• moleküller arası etkileşim ↑
• akışkanlık ↓
• viskozite ↑

Su, etilen glikol ve gliserin arasında hidrojen bağı bulunur. Gliserin daha fazla hidrojen bağı oluşturabildiği için viskozitesi daha yüksektir.

Apolar Moleküllerde Viskozite

Apolar moleküllerde elektron sayısı arttıkça London kuvvetlerinin etkisi artar. Bu nedenle akışkanlık azalır ve viskozite artar.

Kitapta 25 °C'ta:

• pentan → 42 e⁻, 2,24×10⁻⁴ Pa·s
• hekzan → 50 e⁻, 3,00×10⁻⁴ Pa·s
• heptan → 58 e⁻, 3,87×10⁻⁴ Pa·s
• oktan → 66 e⁻, 5,08×10⁻⁴ Pa·s

örnekleri verilir.

Molekül Şekli ve Mol Kütlesinin Viskoziteye Etkisi

Molekülün geometrik şekli ve kütlesi de akışkanlığı etkiler.

Genellikle:

• küçük ve küresel moleküller → daha akışkan,
• büyük ve uzun zincirli moleküller → daha az akışkan.

Benzer molekül yapısına sahip sıvılarda mol kütlesi büyük olanın akışkanlığı genellikle daha azdır.

Örneğin propil alkolün mol kütlesi etil alkolden daha büyük olduğu için 25 °C'taki akışkanlığı daha düşüktür.

Sıcaklığın Viskoziteye Etkisi

Sıcaklık arttıkça moleküller arası etkileşimler zayıflar ve tanecikler daha kolay hareket eder.

Bu nedenle:

• sıcaklık ↑ → akışkanlık ↑
• sıcaklık ↑ → viskozite ↓

Viskozitenin Ölçülmesi

Sıvıların viskozitesini ölçmek için kullanılan araçlara **viskozimetre** denir.

Kitapta laboratuvarlarda yaygın olarak **Ostwald viskozimetresi** kullanıldığı belirtilir.

Akışkanlık ayrıca:

• ince borudan akma süresi,
• büret veya pipetten belirli sürede akan hacim,
• eğimli yüzeyde akış hızı,
• sıvı içindeki çelik bilyenin düşme süresi

gibi yöntemlerle karşılaştırılabilir.

Adezyon ve Kohezyon

Aynı tür moleküllerin birbirine uyguladığı çekim kuvvetine **kohezyon** denir.

Farklı maddelerin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetine **adezyon** denir.

Islatma ve Islatmama

Sıvı ile yüzey arasındaki adezyon kuvveti sıvının kendi molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetinden büyükse sıvı yüzeyde yayılır ve yüzeyi ıslatır.

**Adezyon > kohezyon → ıslatma**

Kohezyon kuvveti adezyondan büyükse sıvı damlacık hâlinde kalır ve yüzeyi ıslatmaz.

**Kohezyon > adezyon → ıslatmama**

Menisküs

Kap içindeki sıvının yüzeyi adezyon ve kohezyon kuvvetlerinin büyüklüğüne göre şekil alır.

• kohezyon > adezyon → dışbükey yüzey
• adezyon > kohezyon → içbükey yüzey
• adezyon = kohezyon → düz yüzey

Kitaptaki su ve cıva örnekleri bu durumu gösterir.

Kılcallık

İnce borularda sıvı seviyesinin kendiliğinden yükselmesi veya alçalması **kılcal hareket (kapiler etki)** olarak açıklanır.

Kılcallık:

• sıvı ile yüzey arasındaki adezyona,
• sıvı molekülleri arasındaki kohezyona

bağlıdır.

Adezyon yeterince büyükse sıvı kılcal tüpte yükselir. Adezyon kohezyondan zayıfsa sıvı çok az yükselir veya seviye alçalabilir.

Günlük yaşam örnekleri:

• kâğıt havlunun su çekmesi,
• kan örneğinin ince tüpte ilerlemesi,
• bitkilerde suyun kökten yapraklara taşınması.

Yüzey Gerilimi

Yüzey gerilimi, kohezyon kuvvetlerinin neden olduğu sıvı özelliğidir.

Sıvının içindeki bir molekül çevresindeki moleküller tarafından her yönden çekildiği için net kuvvet sıfırdır.

Yüzeydeki moleküller ise alttaki ve yanlardaki moleküller tarafından çekilir. Kuvvetler dengelenmediği için yüzeydeki moleküllere sıvının içine doğru net kuvvet etki eder.

Bu durum sıvı yüzeyinin küçülme eğiliminde olmasına ve gergin bir yüzey gibi davranmasına yol açar.

Yüzey Geriliminin Günlük Hayattaki Sonuçları

Yüzey gerilimi sayesinde:

• bazı böcekler su yüzeyinde batmadan durabilir,
• dikkatlice bırakılan bir ataş su yüzeyinde kalabilir,
• su damlaları bombeli ve yuvarlağa yakın biçim alabilir.

Kitapta 25 °C'ta:

• cıvanın yüzey gerilimi → 480 dyn/cm
• suyun yüzey gerilimi → 72 dyn/cm

olarak verilir.

Damla Şekli ve Yüzey Gerilimi

Bir sıvının damla büyüklüğü ve damla şekli yüzey gerilimiyle ilişkilidir.

Damla ne kadar bombeli duruyorsa sıvının yüzey gerilimi o kadar yüksek kabul edilir.

Kitaptaki kanıt kartlarında 20 °C'ta:

• su → 73 dyn/cm
• gliserin → 63 dyn/cm
• etil alkol → 22 dyn/cm
• n-hekzan → 18 dyn/cm

değerleri verilir.

Yüzey Gerilimini Etkileyen Faktörler

Kitaba göre yüzey gerilimi:

1. sıvının cinsine,
2. sıcaklığa,
3. sıvıda çözünen maddeye (safsızlığa)

bağlıdır.

Sıvının Cinsi ve Yüzey Gerilimi

Moleküller arası etkileşim kuvveti arttıkça kohezyon kuvveti artar ve yüzey gerilimi yükselir.

Sıcaklığın Yüzey Gerilimine Etkisi

Sıcaklık arttığında moleküller arası çekim kuvvetleri zayıflar.

Bu nedenle: **sıcaklık ↑ → yüzey gerilimi ↓**

Kitaptaki 20 °C ve 50 °C değerleri tüm örneklerde bu azalmayı gösterir.

Çözünen Maddenin Yüzey Gerilimine Etkisi

Kitapta:

• suda çok çözünen maddelerin suyun yüzey gerilimini artırabildiği,
• az çözünen veya çözünmeyen maddelerin yüzey gerilimini azaltabildiği

belirtilir.

Örneğin tuz eklendiğinde su ve tuz iyonları arasında güçlü etkileşim oluştuğu için suyun yüzey gerilimi artar.

Sabun ve deterjan ise suyun yüzey gerilimini azaltır.

Yüzey Aktif Maddeler

Sıvının yüzey özelliklerini değiştiren sabun ve deterjan gibi maddelere **yüzey aktif madde** denir.

Sabun ve deterjan molekülleri:

• hidrofil (suyu seven),
• hidrofob (suyu sevmeyen)

kısımlardan oluşur.

Bu maddeler su içindeki kohezyon kuvvetlerini azaltarak yüzey gerilimini düşürür.

Sık Karıştırılan Noktalar

• Buharlaşma her sıcaklıkta, kaynama belirli koşulda gerçekleşir.
• Buharlaşma yüzeyde, kaynama sıvının her yerindedir.
• Denge buhar basıncı dinamik dengede ölçülür.
• Denge buhar basıncı sıvı miktarına, kap hacmine ve kap şekline bağlı değildir.
• Sıcaklık arttıkça denge buhar basıncı artar.
• Moleküller arası çekim arttıkça buhar basıncı azalır.
• Kaynama, buhar basıncı dış basınca eşit olduğunda gerçekleşir.
• Dış basınç arttıkça kaynama sıcaklığı artar.
• Sabit basınçta saf sıvının kaynama sırasında sıcaklığı değişmez.
• Moleküller arası çekim arttıkça kaynama sıcaklığı artar.
• Viskozite akmaya karşı dirençtir.
• Viskozite arttıkça akışkanlık azalır.
• Sıcaklık arttıkça sıvıların viskozitesi azalır.
• Kohezyon aynı tür, adezyon farklı tür tanecikler arasındadır.
• Adezyon > kohezyon ise sıvı yüzeyi ıslatır.
• Kohezyon > adezyon ise sıvı damlacık hâlinde kalır.
• Yüzey gerilimi kohezyonun sonucudur.
• Sıcaklık arttıkça yüzey gerilimi azalır.
• Sabun ve deterjan yüzey gerilimini azaltır.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Sorunun buharlaşma, buhar basıncı, kaynama, viskozite veya yüzey gerilimiyle ilgili olup olmadığını belirle.
2. Buharlaşmada sıcaklık, yüzey alanı ve sıvının cinsini kontrol et.
3. Denge buhar basıncında sıcaklık ve sıvının cinsini öncelikle karşılaştır.
4. Kaynamada mutlaka Pbuhar = Pdış eşitliğini kullan.
5. Kaynama sıcaklığında dış basınç ve moleküller arası etkileşim kuvvetine bak.
6. Viskozite sorularında akışkanlıkla ters ilişkiyi kullan.
7. Adezyon-kohezyon sorularında aynı tür/farklı tür tanecikleri ayır.
8. Menisküste içbükey-dışbükey ayrımını adezyon-kohezyon karşılaştırmasıyla yap.
9. Yüzey geriliminde sıvı cinsi, sıcaklık ve çözünen maddeyi değerlendir.
10. Sabun/deterjanın yüzey gerilimini azalttığını unutma.

Konu Özeti

Sıvıların davranışları moleküller arası çekim kuvvetleriyle yakından ilişkilidir. Buharlaşma her sıcaklıkta yüzeyde gerçekleşirken kaynama, sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklıkta sıvının her yerinde gerçekleşir. Denge buhar basıncı sıcaklık ve sıvının cinsine bağlıdır. Viskozite sıvının akmaya karşı direncidir; moleküller arası çekim arttıkça artar, sıcaklık yükseldikçe azalır. Adezyon farklı, kohezyon aynı tür tanecikler arasındaki çekimdir. Yüzey gerilimi kohezyonun sonucudur ve sıvının cinsi, sıcaklık ve çözünen maddeden etkilenir.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Buharlaşma ve buharlaşma hızını açıklayabilmelisin.
• Denge buhar basıncını ve etkileyen faktörleri belirleyebilmelisin.
• Buharlaşma ile kaynamayı ayırt edebilmelisin.
• Dış basınç ve moleküller arası etkileşimin kaynama sıcaklığına etkisini açıklayabilmelisin.
• Viskoziteyi tanımlayıp etkileyen faktörleri yorumlayabilmelisin.
• Adezyon ve kohezyonu ayırt edebilmelisin.
• Kılcallık, ıslatma ve menisküsü adezyon-kohezyonla açıklayabilmelisin.
• Yüzey geriliminin oluşumunu ve etkileyen faktörleri açıklayabilmelisin.