Sorun nedir'?
'Madde' uzayda yer kaplayan (hacmi olan) ve kütlesi olan her şeydir. Evrendeki her şeyi bir şekil veya formda oluşturur; evrendeki her şeydir. Gezegenimizi ve tüm evreni oluşturur.
Dünyadaki tüm maddeler üç farklı durumdan birinde bulunur: katı, sıvı veya gaz.
İnsanların maddenin üç ana halinden de oluştuğunu biliyor musunuz?
Bir maddenin oda sıcaklığında bulunduğu duruma standart durum denir. Örneğin oda sıcaklığında su sıvı halde bulunur. Bazı maddeler oda sıcaklığında gaz halinde bulunurken (oksijen ve karbondioksit), su gibi diğerleri ise sıvı halde bulunur. Çoğu metal oda sıcaklığında katı halde bulunur. Cıva, standart halinde hem metal hem de sıvı olma gibi ilginç özelliklere sahiptir.
Bu durumların her biri çok küçük parçacıklardan oluşur. Maddenin durumu, onları oluşturan taneciklerin sayısına bağlıdır.
Sağlam
Kendi şeklini koruyabilen ve sıkıştırılması zor olan bir şey genellikle katı olarak tanımlanır. Örneğin katı haldeki su buzdur. Bir katıda moleküller birbirine yakın bir şekilde paketlenir ve yoğunluğu yüksektir.
Sıvı
Su gibi bir sıvı akabilir veya akabilir ancak gerilemez veya sıkıştırılamaz. Sıvılarda moleküller birbirine özellikle yakındır ancak katı madde kadar yakın değildir; Moleküller hareket etme ve birbirlerinin yanından geçme yeteneğine sahiptir. Sıvı maddenin kendine ait bir şekli yoktur, tutulduğu kabın şeklini alır. Sıvı örnekleri su, süt, meyve suyu, petrol, limonata vb.'dir.
Gaz
Gaz akabilir, genişleyebilir ve sıkıştırılabilir. Gaz halindeki su buhardır. Eğer mühürsüz bir kaptaysa kaçar. Gazlarda moleküller katılara veya sıvılara göre çok daha fazla yayılır ve rastgele birbirleriyle çarpışırlar. Gaz herhangi bir kabı dolduracaktır, ancak kap kapatılmazsa gaz kaçacaktır. Gaz, sıvı veya katıya göre çok daha kolay sıkıştırılabilir.
Maddenin hallerinin değişmesi
Madde katı, sıvı veya gaz halinde bulunabilir ve bir maddenin durumu büyük ölçüde sıcaklığıyla belirlenebilir. Her maddenin kendine özgü bir eşik sıcaklığı vardır ve sonrasında durumunu değiştirir. Bu eşik sıcaklığı aşıldıktan sonra madde fazını değiştirecek ve böylece maddenin durumu değişecektir. Sabit basınç koşulları altında sıcaklık, bir maddenin fazının birincil belirleyicisidir.
Sıcaklığına bağlı olarak madde hal değiştirebilir. Erime, donma, kaynama, buharlaşma, yoğunlaşma, süblimleşme ve biriktirme bir malzemenin hal değiştirme yollarıdır.
Düşük sıcaklıklarda moleküler hareket azalır ve maddelerin iç enerjisi azalır. Moleküller birbirlerine göre düşük enerji durumlarına yerleşecek ve katı maddenin özelliği olan çok az hareket edeceklerdir. Sıcaklık arttıkça, katıyı oluşturan parçalara ek ısı enerjisi uygulanır ve bu da ek moleküler harekete neden olur. Moleküller birbirini itmeye başlar ve maddenin toplam hacmi artar. Bu noktada madde sıvı hale geçmiştir. Moleküllerin artan sıcaklıklar nedeniyle çok fazla ısı enerjisi emdiği ve yüksek hızlarda birbirlerinin etrafında serbestçe hareket edebildikleri zaman gaz halinde bir durum ortaya çıkar.
Basınç sabitse, bir maddenin durumu tamamen maruz kaldığı sıcaklığa bağlı olacaktır. Bu nedenle dondurucudan çıkarıldığında buz erir, uzun süre çok yüksek sıcaklıkta bırakıldığında ise tencereden su kaynar. Sıcaklık yalnızca çevrede mevcut olan ısı enerjisi miktarının bir ölçümüdür. Bir madde farklı sıcaklıktaki bir ortama yerleştirildiğinde, madde ile çevre arasında ısı alışverişi olur ve her ikisinin de denge sıcaklığına ulaşması sağlanır. Yani bir buz küpü ısıya maruz kaldığında, içindeki su molekülleri çevredeki atmosferden ısı enerjisini emer ve daha enerjik bir şekilde hareket etmeye başlar, bu da su buzunun eriyerek sıvı suya dönüşmesine neden olur.
Erime, katı bir maddenin sıvıya dönüşmesi işlemidir. Bir katı ısıtıldığında parçacıklara daha fazla enerji verilir ve daha hızlı titremeye başlarlar. Belirli bir sıcaklıkta parçacıklar o kadar titreşir ki düzenli yapıları bozulur. Bu noktada katı madde eriyerek sıvıya dönüşür. Katıdan sıvıya geçişin gerçekleştiği sıcaklığa erime noktası denir. Her katının normal hava basıncında belirlenmiş bir erime noktası vardır. Bir dağın yukarısı gibi daha düşük hava basıncında erime noktası düşer.
Buharlaşma, bir sıvının gaza dönüşmesi işlemidir. Geniş ağızlı bir kapta bir miktar su bırakırsanız bir süre sonra suyun bir kısmının kaybolduğunu fark edeceksiniz. Sıvı su gaza dönüşür (su buharı) – bu buharlaşmadır. Bir sıvının kaynama noktasının çok altında gaza dönüşmesiyle oluşur. Bir sıvının içinde her zaman diğerlerinden ayrılarak gaz haline gelmeye yetecek enerjiye sahip bazı parçacıklar bulunur.
Yoğunlaşma , bir gazın sıvıya dönüşmesi işlemidir. Örneğin, soğuk bir gecenin ardından sabah saatlerinde havadaki su buharı soğuyarak yapraklar ve pencereler üzerinde küçük sıvı su damlalarına (çiğ) dönüşür. Daha soğuk nesneler genellikle daha sıcak nesnelerden enerji emer.
Donma, bir sıvının katı hale dönüştürülmesi işlemidir. Erimenin tersidir. Örneğin lav, bir volkanın içinden 1.500 O C (2.732 O F) kadar yüksek sıcaklıklarda çıkan sıvı kayadır. Ancak kırmızı-sıcak lav, Dünya yüzeyine çarptıkça soğur ve yeniden katı kayaya dönüşür.
Kaynama – Bir sıvı ısıtıldığında parçacıklara daha fazla enerji verilir. Daha hızlı hareket etmeye ve birbirlerinden uzaklaşmaya başlarlar. Belirli bir sıcaklıkta parçacıklar birbirinden ayrılır ve sıvı gaza dönüşür. Bu kaynama noktasıdır. Bir maddenin kaynama noktası her zaman aynıdır; değişiklik göstermez. Örneğin su, 100°C (212°F) kaynama noktasına ulaştığında kaynar. Bu, suyun buhara dönüştüğü sıcaklıktır. Buhar görünmez bir gazdır. Kapağa ulaştığında soğuyarak tekrar sıvı hale gelir.
Süblimleşme katı bir maddenin sıvı hale geçmeden gaz haline geçmesidir. Süblimleşmenin en kolay örneği kuru buz olabilir. Kuru buz katı karbondioksittir (CO2). Şaşırtıcı bir şekilde, kuru buzu bir odada bıraktığınızda sıvı hale gelmeden gaza dönüşür. Sıvı karbondioksiti hiç duydunuz mu? Yapılabilir ama normal durumlarda yapılamaz. Kömür, normal atmosferik basınçta erimeyen bir bileşiğin başka bir örneğidir. Çok yüksek sıcaklıklarda süblimleşecektir.
Biriktirme, bir gazın katıya dönüşmesidir. Bir gazın, maddenin sıvı halinden geçmeden katı hale gelmesiyle oluşur. Kutuplara yaklaştıkça kış sabahları don görülür. Bitkilerdeki bu küçük don kristalleri, havadaki su buharının bitkilerin yaprakları üzerinde katılaşmasıyla oluşur.
Kimyasal Değişiklikler ve Fiziksel Değişiklikler
Kimyasal ve fiziksel değişimler arasındaki farkı anlamak önemlidir. Fiziksel değişiklikler genellikle maddenin fiziksel durumuyla ilgilidir ve kimyasal değişiklikler, bir kimyasal reaksiyon sırasında moleküler bağlar kırıldığında veya oluştuğunda meydana gelir. Kimyasal değişiklikler moleküler düzeyde gerçekleşir.
Moleküllerde Değişiklik Yok
Bir lastiğin gerilmesi, bir balonun içine hava doldurulması veya bir kutunun ezilmesi fiziksel değişimlerin örnekleridir. Bunlar sadece eşyaların şeklindeki değişikliklerdir. Moleküler seviyedeki enerji değişmediği için maddenin durumunda da bir değişiklik olmaz. Fiziksel değişimde moleküllerde herhangi bir değişiklik olmaz, moleküller hala aynı kalır, yeni bir kimyasal bağ oluşmaz veya kırılmaz.
Benzer şekilde buz küplerinin erimesi, suyun kaynaması veya sıvı suyun donması da enerji eklenmesiyle meydana gelen fiziksel değişikliklerdir. Maddenin fazındaki veya durumundaki değişiklikler, yani katıdan sıvıya, sıvıdan gaza, sıvıdan katıya tüm fiziksel değişikliklerdir. Sıcaklık veya basıncın değiştirilmesi gibi fiziksel eylemler fiziksel değişikliklere neden olabilir. Örneğin buzun erimesinde veya sıvı suyun donmasında hiçbir kimyasal değişiklik olmaz, su molekülleri hala su molekülleridir.
Molekülleri değiştirmek
Kimyasal değişiklikler çok daha küçük ölçekte gerçekleşir. Bazı deneyler renk değişimi gibi bariz kimyasal değişiklikler gösterirken çoğu kimyasal değişiklik gözle görülemez. Her iki sıvı da berrak olduğundan hidrojen peroksitin (H2O2) suya dönüşmesiyle oluşan kimyasal değişim görülemez. Ancak perde arkasında milyarlarca kimyasal bağ oluşturulup yok ediliyor. Hidrojen peroksit suya dönüştüğünde oksijen (O2) gazı kabarcıkları görülebilir. Bu kabarcıklar kimyasal değişimlerin kanıtıdır.
Küp şekerin erimesi fiziksel bir değişimdir çünkü madde hala şekerdir. Küp şekeri yakmak kimyasal bir değişimdir. Ateş, şeker ve oksijen arasındaki kimyasal reaksiyonu harekete geçirir. Havadaki oksijen şekerle reaksiyona girer ve kimyasal bağlar kopar.
Demir, havadaki oksijen gazına maruz kaldığında paslanır. Bu süreç uzun bir süre boyunca görülebilir. Demir oksitlendikçe moleküller yapılarını değiştirir ve sonunda demir oksit haline gelir. Terk edilmiş binalardaki paslı borular oksidasyon sürecinin gerçek dünyadaki örnekleridir.
Değişim geri döndürülebilir veya geri döndürülemez olabilir
Geri döndürülebilir bir değişiklik, tekrar geri değiştirilebilen bir değişikliktir. Örneğin, bir buz küpü eritilirse suya dönüşür, ancak onu tekrar dondurup buz küpüne dönüştürebiliriz, böylece orijinal durumuna dönebilir. Erime ve ısınma geri dönüşümlü değişikliklere örnektir.
Geri dönüşü olmayan bir değişiklik, bir daha geri döndürülemeyen bir değişikliktir. Mesela kek karışımı pişirildiğinde kek oluyor ve onu tekrar karışıma dönüştüremiyoruz. Kimyasal bir reaksiyon meydana geldiğinden değişiklik geri döndürülemez. Bir sıvının soda bikarbonatıyla yakılması veya karıştırılması geri dönüşü olmayan değişikliklere bir örnektir.
Belirli terimlerin ve ilgili aşama değişikliklerinin hızlı bir görüntüsü:
Füzyon/erime – Katıdan sıvıya
Donma – Sıvıdan katıya
Buharlaşma/kaynama – Sıvıdan gaza
Yoğunlaşma – Gazdan sıvıya
Süblimleşme – Katıdan gaza
Biriktirme – Gazdan katıya
