T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

Transkript

1 T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) KİMYA TEKNOLOJİSİ SIVILAR ANKARA 2007

2 Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

3 İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...ii GİRİŞ...1 ÖĞRENME FAALİYETİ SIVILAR Sıvıların Özellikleri Sıvılarda Yoğunluk Sıvı Karışımın Özkütlesi Yoğunluk Ölçümünde Kullanılan Araçlar Dansimetre (Yoğunluk Ölçer) Bomemetre (Yoğunluk Karşılaştırıcı) Laktodansimetre Alkolimetre Piknometre ile Özgül Ağırlık Tayini...16 UYGULAMA FAALİYETİ...19 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...24 PERFORMANS DEĞERLENDİRME YÜZEY GERİLİMİ VE VİSKOZİTE Yüzey Gerilimi Yüzey Gerilimini Ölçme Metodları Viskozite Sıvının Viskozitesi Üzerine Sıcaklık ve Basınç Etkisi Stokes Yasası Kapiler Akma Yöntemi Oswald Viskozimetresi...32 UYGULAMA FAALİYETİ...35 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...39 PERFORMANS DEĞERLENDİRME...40 MODÜL DEĞERLENDİRME...41 CEVAP ANAHTARLARI...45 KAYNAKLAR...46 i

4 AÇIKLAMALAR KOD 524KI0021 ALAN Kimya Teknolojisi DAL/MESLEK Alan Ortak MODÜLÜN ADI Sıvılar Sıvıların; dansimetre ve piknometre ile özkütlesini ölçmek, MODÜLÜN TANIMI viskozimetresini bulabilmek ile ilgili bilgilerin verildiği öğrenme materyalidir. SÜRE 40/32 ÖN KOŞUL Katılar modülünü başarmış olmak. YETERLİK Sıvıları İncelemek Genel Amaç Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, sıvıları kuralına uygun olarak inceleyebileceksiniz. Amaçlar MODÜLÜN AMACI 1. Sıvıların dansimetre ve piknometre ile özkütlesini kuralına uygun olarak bulabileceksiniz. 2. Sıvıların viskozitesini kuralına uygun olarak bulabileceksiniz. Ortam: Sınıf, atölye, laboratuvar, işletme, kütüphane, ev, bilgi teknolojileri ortamı ( İnternet ) vb, kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar. EĞİTİM ÖĞRETİM Donanım: ORTAMLARI VE Büyük ekran televizyon, sınıf veya bölüm kitaplığı, VCD DONANIMLARI veya DVD çalar, tepegöz, projeksiyon, bilgisayar ve donanımları, Internet bağlantısı, öğretim materyalleri vb. Mezür, dansimetre, bomemetre, laktodansimetre, alkolometre, piknometre, terazi, etüv, oswald viskozimetresi, yağ banyosu, kronometre. ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME AÇIKLAMALAR Modül içerisindeki her bir öğrenme faaliyetinden sonra belirtilen ölçme araçları ile kendinizi değerlendireceksiniz. Modülün sonunda ise, kazanmış olduğunuz bilgi ve beceriler, tavırlarınız öğretmen tarafından hazırlanacak ölçme araçları ile değerlendirilecektir. ii

5 GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Atatürk ün Dinlenmemek üzere yürümeye karar verenler asla ve asla yorulmazlar. sözü hepimizin hayat anahtarlarından biri olmalıdır. Çünkü kendimize, ailemize ve devletimize faydalı olabilmemiz için çalışma yolunda dinlenmeden yürümemiz gerekir. Bunun içinde bilgi okyanusundan usanmadan kaşık kaşık almalıyız. Yoksa Kutadgu Bilig de Yusuf Has Hacib in Bilgisizlik, gözleri görmeyen insanın hali gibidir dediği gibi yolumuzu bulamayız. Hayatın devamını sağlayan unsurların başında hepimizin bildiği gibi su gelir. Dünyamızın büyük bir kısmı sularla kaplıdır. Suyun yapısıda sıvıdır. Bu da demek oluyor ki yaşantımızın büyük bir kısmını sıvılarla paylaşmaktayız. Bu modülle sıvıları tanıyacak onların başlıca özelliklerini inceleyeceksiniz. Hayatınızda bilim ve çalışmak adına hep yeni pencereler açılsın. 1

6 2

7 ÖĞRENME FAALİYETİ-1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-1 Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak sıvıların dansimetre ve piknometre ile özkütlesini bulabilecek bilgi, beceri ve deneyime sahip olabileceksiniz. ARAŞTIRMA Çevrenizde karşılaştığınız sıvı maddeler nelerdir? Araştırınız. Etrafınızda süs eşyası olarak kullandığınız camların içinde bulunan renkli ve birbirine karışmayan sıvılar nasıl hazırlanır? Araştırınız. 1. SIVILAR Maddenin sıvı hali, gaz halinden katı hale geçişte ortaya çıkan bir ara haldir. Sıvıların kimi özellikleri katılarınkine benzer. Sıvılarda katılar gibi sıkıştırılamazlar. Hacimleri belirlidir, konuldukları kapta daima belirli bir yer kaplarlar, kabı bütünüyle dolduramazlar. Kimi özellikleri gazlarınkine benzer. Belirli bir biçimleri ve yüzeyleri yoktur, konuldukları kabın biçimini alırlar. Kimi özellikleride gazlarla katılar arasındadır. Birbiri içinde yayılırlar. Akıcılıkları katılarınkinden çok gazlarınkinden azdır. Resim 1.1: Erlenmayerlerin içinde çeşitli sıvılar 3

8 Bu özellikleri açıklayabilecek bir sıvı modeli nasıl olmalıdır? Sıvılarda, gazlar ve katılar gibi atom ve moleküllerden oluşmuşlardır. Bu atom ve moleküller nasıl bir düzen veya düzensizlik içindedirler? Çeşitli ipuçlarından yararlanarak birlikte bu soruyu yanıtlayalım. Sıvı haldeki azotun hacmi, katı halindeki hacminden (% 27 kadar) büyüktür. Sizce katı azot ısıtılıp eriyince moleküller büyümüş müdür? Moleküller ısıtmakla büyümezler, fakat kinetik enerjileri artar. (Hareket halindeki cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.kütlesi m, hızı v olan bir cismin kinetik enerjisi, Ek =1/2 mv2 dir.) Kinetik enerjisi artan moleküller, katı halde yan yana sıkı bir şekilde duran moleküllerin düzenini bozar. Moleküller yine birbirlerine değerler ama merkezleri arasındaki ortalama uzaklıkları biraz artar ve moleküller birbirinden bağımsız hareket edebilirler. Katı molekülleri genellikle olabildiği kadar sık bir biçimde istiflenmişlerdir. Bu istiflenme bozulunca hacimde biraz büyür. Ama az da olsa kimi maddelerde durum değişiktir. Böyle maddelerin kristallerinde moleküller olabildiğince sık istiflenmiş değillerdir. Kristal örgüsü boşlukları kafes gibidir. Örgü noktalarındaki moleküller birbirine değerler, ama örgünün kendisi seyrek bir örgüdür. Böyle bir kristal ısıtılıpta örgü bozulunca, moleküller üst üste yığılırlar ve hacim biraz küçülür. Buna karşın, moleküllerin merkezleri arasındaki ortalama uzaklık, katıda birbirine değen moleküllerin merkezleri arasındaki uzaklıktan büyüktür. Hacimdeki küçülme moleküllerin birbirine yaklaşmasından değil, kristal örgüsünde boş durmakta olan yerlere yığılmalarından ileri gelir. Örneğin buz böyle yapıdadır. Eritilince hacmi küçülür. Böyle olduğu halde, sıvı haldeki suyu ısıtmaya, yani moleküllerin kinetik enerjilerini artırmaya devam edersek, moleküllerin merkezleri arasındaki uzaklık gitgide artar, hacim gitgide büyür ve buzun hacmini geçer. Buzun su üzerinde yüzebilmesi, 0 0 C dolayında sudaki istiflenmenin buzdakinden daha sıkışık olmasının bir sonucudur. Eğer buz da, bütün öbür maddelerin pek çoğunda olduğu gibi, kendi sıvısından daha yoğun olsaydı, kışın donan göllerdeki veya denizlerdeki buzlar su yüzeyinde kalmayacak, dibe çökecekti. Bunun doğuracağı sonuçlar üzerinde düşününüz. Resim 1.2: Su damlası 4

9 1.1. Sıvıların Özellikleri Moleküller arası çekim kuvveti nedeniyle moleküller dağınık olarak değil belli bir hacim içinde sıkışmış olarak bulunurlar. Daha yavaş olmakla birlikte sıvı moleküllerinin hareketi izlenebilir. Mesela bir kaptaki suya bir damla mürekkep damlatılırsa herhangi bir karıştırma olmadığı halde rengin sıvıya nasıl yayıldığı görülebilir. Böyle bir gözlem 1827 yılında ilk kez botanikçi Robert Brown tarafından yapılmıştır. Brown yaklaşık 10-4 cm çapındaki küçük parçacıkları suya bıraktığında gelişi güzel zigzag hareketler yaptığını görmüştür. Daha sonra gaz veya sıvıların bu tür hareketlerine Brown Hareketi denmiştir. Basıncın artırılmasının sıvı hacmi üzerinde hemen hemen bir etkisi yoktur. Bunun nedeni gazlarda olduğu gibi moleküller arasında belli bir boşluğun olmamasıdır. Sıvıların hacmi gazların tersine sabittir, ancak katıların tersine belli bir şekilleri yoktur, bulundukları kabın şeklini alırlar. Mesela 50 ml lik bir sıvı hangi kaba konursa konsun daima 50 ml gelir, ancak şekli tamamen kabın şekline bağlıdır. Basıncın sıvı hacmine hemen hemen hiç etkisi yok iken sıcaklık artışı hacmin artması yönünde etkir. Çünkü sıcaklığın artışı ile moleküller birbirinden uzaklaşır, hacim genişler. Eğer sıcaklık artması devam ederse kinetik enerji, bunun sonucu olarak moleküllerin hızı artmaya devam edeceğinden, öyle bir noktaya gelirki moleküller arası çekim kuvveti yenilir ve molekül serbest hale geçer. Bu, sıvının gazlaşması yani buharlaşmasıdır. Sıvılar birbiri içinde dağılabilir. Ancak bu gazınkinden çok yavaştır ve gazlarınkinin tersine bütün sıvılar birbiri içinde dağılmaz. Mesela alkol ile su birbiri içinde dağılırken su ve benzen dağılmaz. Bir kapta 10 ml su ile 10 ml alkol karıştırılırsa toplam hacmin 20 ml den daha az olduğu görülür. Bunun nedeni su ve alkol moleküllerinin birbirlerinin molekülleri arasındaki boşluklara dağılmış olmasıdır. KATI SIVI GAZ Sıvı moleküllerin Katı moleküllerin kinetik enerjileri gaz Gaz moleküllerinin kinetik enerjileri çok moleküllerine göre az, kinetik enerjileri azdır. katı moleküllerine yüksektir. göre çoktur. 5

10 Moleküller arası boşluk hemen hemen yoktur. Moleküller arası çekim kuvveti hakimdir. Katı molekülleri serbestçe hareket edemezler, yer değiştiremezler. Katılarda basıncın etkisi olmaz. Sıcaklık artırıldığında (belli bir miktar) hacim genleşmesi hemen hemen gözlenmez. Katıların hem hacimleri, hemde şekilleri sabittir. Katılar birbiri içinde moleküler olarak dağılmazlar. Katı ısıtıldığında (özel durumlar hariç) önce sıvı hale geçer. Sıvı molekülleri birbirinden katı moleküllerine göre daha uzak olmasına karşın gaz moleküllerine göre daha yakındır. Sıvı molekülleri gaz moleküllerinde olduğu gibi serbestçe hareket edemezler, ancak kendi içlerinde birbiri üzerinden kayarak yerdeğiştirebilirler. Sıvılarda basıncın etkisi önemsenmeyecek kadar azdır. Sıcaklık artmasıyla görülen hacim genleşmesi gazlardaki kadar çok olmamasına karşın sıvılarda da gözlenir. Sıvıların hacimleri sabittir, ancak şekilleri sabit değildir. Sıvılar birbiri içinde bazen dağılırlar, bazen de iki sıvı birbiri içinde karışmadan kalır. Sıvı ısıtıldığında gaz hale geçer. Sıvı soğutulduğunda katı hale geçer. Gaz molekülleri arasında büyük boşluklar vardır. Moleküller arası çekim etkin değildir. Gaz molekülleri serbestçe hareket ederler. Gazlarda basıncın etkisiyle moleküller birbirine yaklaşır ve hacim azalır. Sıcaklığın artırılması sonucu oluşan hacim genleşmesi gazlarda çok belirgindir. Gazların belirli hacimleri yoktur, içinde bulundukları kabı doldururlar. Gazlar birbiri içinde tam olarak ve her zaman dağılırlar. Gaz soğutulduğunda (özel durumlar hariç) önce sıvı hale geçer. Tablo 1.1: Sıvıların özelliklerinin katı ve gazların özellikleri ile karşılaştırılması 1.2. Sıvılarda Yoğunluk Katılar modülündende hatırlayacağınız gibi yoğunluk birim hacim başına düşen kütle dir. 6

11 Resim 1.3. Sıvı Aynı hacme sahip iki cisimden, diğerine göre yoğunluğu fazla olanın kütlesi de daha fazladır. Ortalama yoğunluk ise bir cismin toplam kütlesinin toplam hacmine oranıdır. SI birim sisteminde yoğunluk (kg/m 3 ) olarak verilir. d = m V d cismin yoğunluğu (kilogram bölü metreküp) m cismin toplam kütlesi (kilogram) V cismin toplam hacmi (metreküp) Sıvılarda özkütle ölçülürken sıvının madde miktarı önemli değildir. Örneğin, bir bardak su ile bir sürahi suyun hacim ve kütleleri farklı olmasına rağmen ikisinin de yoğunluğu aynıdır. Özdeş iki bardağa su konulduğunda, iki örneğin kütleleri de eşit olur. Buna dayanarak; aynı tür maddelerin birim hacimlerinde eşit miktarlarda madde bulunur diyebiliriz. Her maddenin birim hacminin kütlesi birbirinden farklıdır. Sıvıların hacimleri, sıcaklık değişikliklerinden etkilendiği için yoğunluk tayini genellikle 20 0 C veya 15,6 0 C de yapılmalıdır. 7

12 1.3. Sıvı Karışımın Özkütlesi Birden fazla sıvının birbirine karıştırılmasıyla oluşan karışımın özkütlesi, karışımı oluşturan maddelerin kütlelerinin toplamının, hacimlerinin toplamına bölünmesiyle bulunur. dkarışım = d K = m V m + V Kütle d 1 Karışım d 2 Hacim Grafik 3.3: Kütle Hacim grafiği d 1 ve d 2 özkütleli iki sıvı karıştırılırsa karışımın özkütlesi d k dır.. Karışımın özkütlesi, her zaman karıştırılan maddelerin özkütlelerinin arasında bir değer alır. d 1 ve d 2 özkütleli sıvılardan eşit hacimde karıştırılırsa, karışımın özkütlesi; d 1 + d d 2 K = 2 formülü ile bulunur. d 1 ve d 2 özkütleli sıvılardan eşit kütlede karıştırılırsa, karışımın özkütlesi; 8

13 d d d 1 = 2. K d + 1 d 2 2 formülü ile bulunur. Örnek 3:Birbiri ile karışabilen özkütlesi 0,6 g/cm 3 olan bir sıvı ile özkütlesi 2,4 g/cm 3 olan ikinci bir sıvıdan 20 şer cm 3 alınarak karışım hazırlanıyor.hazırlanan karışımın özkütlesi nedir? d 1 =0,6 g/cm 3 d 2 =2,4g/cm 3 d k =? d 1 + d d 2 K = 2 0,6 + 2,4 d K = = 1,5 g / cm Yoğunluk Ölçümünde Kullanılan Araçlar Sıvılarda yoğunluk ölçümü için kullanılan dalıcı ve yüzücü aletler Aerometre olarak adlandırılır. Aerometrelerin temel ilkesi, sıvının kaldırma kuvvetinin sıvı yoğunluğu ile doğru orantılı olmasıdır. Sıvı içine daldırılarak kullanılırlar. Doğrudan yoğunluğu verecek şekilde işaretlenebildikleri gibi Bome (Baumé), alkol yüzdesi, süt yoğunluğu vb. için de derecelendirilmiş olanları bulunmaktadır. Bu durumda, bomemetre, alkolometre, laktodansimetre gibi isimler alırlar. Aerometrelerin esası aynı cismin yüzdüğü bütün sıvılarda aynı ağırlıktaki sıvı ile yer değiştirmesi ilkesine dayanır. Yer değiştiren sıvının ağırlığı hacmine ve yoğunluğuna bağlıdır. Aynı yüzücü cismin iki sıvıda yer değiştirttiği hacimlere V 1, V 2 ; sıvıların yoğunluklarına ise d 1,d 2 dersek V 1. d 1 = V 2. d 2 eşitliğinden d 1 / d 2 = V 2 / V 1 olur. Aynı yüzücü cisimle değişik sıvıların yer değiştiren hacmi sıvıların yoğunlukları ile ters orantılıdır. Eğer yüzücü cismin üst tarafında belirli çapta bir silindir oluşursa yer değiştiren hacimler cismin batış derinliği ile orantılıdır. d 1 / d 2 = H 2 / H 1 9

14 Resim 1.4: Çeşitli aerometreler Bu temel prensipten yola çıkılarak çeşitli areometreler geliştirilmiştir.areometre ile çalışırken dikkat edilmesi gereken kurallar vardır. Areometrenin skalası kontrol edilerek taksimatların neye denk geldiğini belirlemek gerekir. Kullanılacak areometrenin tamamen kuru ve temiz olması gerekmektedir. Sıcaklık düzeltmesi yapılacağından areometrenin ayar edildiği sıcaklık üzerinden okunarak kaydedilmelidir. Şekil 1.1: Aerometrelerin doğru okunma şekli 10

15 Sıvının koyulacağı silindirin hacmi areometreye uygun olmalıdır. Areometre, kabın çeperlerine çarpmadan serbestçe yüzebilmelidir. Resim 1.5: Aerometreler Bazı areometrelerde okumada kolaylık sağlamak için virgülden önceki kısımlar atılarak skalaya virgülden sonraki kısım eklenmiştir. Yani skaladan 30 değeri okunursa yoğunluk 1,030 a, 5 okunursa buda değerine denk gelmektedir Dansimetre (Yoğunluk Ölçer) Yoğunluk ölçümleri için uygulamada yaygın olarak kullanılan araçlardır. Sıvının özgül ağırlığını doğrudan verirler. Genellikle kapalı bir cam tüpten oluşmuşlardır. Tüpün alt kısmı, aracın dik durması ve gerekli ağırlığın sağlanması amacıyla içerisinde saçma veya civa bulunan bir kürecik şeklindedir. Üst kısmı da üzerinde yoğunluk ve bazılarında da sıcaklık göstergesi bulunan bir cam borudan oluşmuştur. Bir sıvı içinde dengede duran dansimetrenin sıvı yüzeyine rastlayan bölüm çizgisi karşısında okunan sayı o sıvının yoğunluğunu verir. Resim 1.6: Dansimetre çeşitleri 11

16 Doğrudan doğruya sıvının özgül ağırlığını verir. Sıcaklık düzeltme faktörü 0.2 dir. Örneğin aerometrenin sıcaklık kalibrasyonu 15 C de yapılmışsa ve yoğunluğu ölçülecek çözeltinin sıcaklığı 19 C ise aradaki fark 4 C dir. Her bir derece için 0.2 sıcaklık düzeltme faktörü kullanılacağından =0.8 birimlik sıcaklık düzeltmesi yapılacaktır. Sıcaklık arttığında yoğunluk azalacaktır. Bu nedenle çözeltinin sıcaklığı aerometrenin kalibrasyon sıcaklığından yüksekse hesaplanan sıcaklık düzeltmesi okunan skalanın üzerine eklenir, düşük ise okunan skaladan çıkarılır. Yukarıdaki örnekte skaladan okunan değer ise 0.8 lik bir ekleme ile sıcaklığa bağlı doğru yoğunluk g/ ml olarak bulunur. En doğru okuma aşağıdaki şekildeki gibi yapılmalıdır Dansimetre İle Yoğunluk Tayini Çalışmaya başlamadan önce dansimetrenin ölçeği kontrol edilerek taksimatların neye denk geldiği belirlenmelidir. Ölçmede kullanılacak dereceli silindirin (mezür) boyutları kullanılacak dansimetrenin boyutlarına uygun olmalıdır. Dereceli silindirin çapı, dansimetrenin çapından en az 1,5 2 cm büyük ve yüksekliği de daha fazla olmalıdır. Ölçüm sırasında dansimetre, kabın çeperlerine ve tabanına dokunmamalıdır. Dansimetre ve dereceli silindir kullanılmadan önce temizlenmeli ve kurulanmalıdır. Yoğunluğu saptanacak örnek herhangi bir yabancı madde içermemesi için süzülmelidir. Yoğunluğu saptanacak sıvının sıcaklığı ölçülmelidir. Sıcaklık düzeltmesi yapabilmek için, sıcaklık düzeltme katsayısı ile düzeltme yapılmalıdır. Sıcaklık düzeltme katsayısı 0,2 dir. Sıcaklık arttığında yoğunluk azalacaktır. Bu nedenle; numunenin sıcaklığı, dansimetrenin sıcaklığından yüksekse hesaplanan sıcaklık düzeltmesi okunan değerin üzerine eklenir, düşük ise okunan değerden çıkarılır. Örnek 15 o C ye ayarlı bir dansimetre ile 19 0 C deki sıvının yoğunluğu 1,032 g/cm 3 bulunmuştur. Burada; düzeltme şöyle yapılır: = 4 0 C, 4 x 0,2 = 0,8, 1, ,8 = g/ml olarak hesaplanır. d = 1,832 g/ml Düzeltme, sıcaklık düzeltme katsayısına gerek duyulmadan sıvının sıcaklığının dansimetrenin sıcaklığına ayarlanmasıyla daha kolay ölçüm de yapılabilir. Ayarlamalar yapıldıktan sonra, dansimetre örnek içerisine yavaş yavaş daldırılmalı ve boyun kısmı ıslatılmadan su yüzeyi üzerinde bırakılmalıdır. Çünkü boyun kısmına tutunacak olan damlalar dansimetrenin ağırlığına etki edeceğinden ölçümü etkiler. 12

17 Okuma, dansimetrenin dikey salınımı durduktan sonra gerçekleştirilmelidir. Okuma sırasında, dansimetrenin boyuna tırmanan sıvı göz önüne alınmamalı ve göz tam sıvı yüzeyi düzeyine getirilerek okuma gerçekleştirilmelidir Bomemetre (Yoğunluk Karşılaştırıcı) Sabit ağırlıklı bir yoğunluk ölçerdir yılında Baume tarafından tasarlanmıştır. Taksimatı gelişigüzel seçilmiş olan bu araç ve birim herhangi bir çözeltinin derişiminin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Resim 1.7: Bomemetre Bome aerometresi yoğunluk ve şekere göre değil de %10 luk tuzlu suya göre kalibre edilmiştir. Sudan ağır sıvılara ait olan bome aerometrelerinin 15 C deki suda battığı yer (0), %10 luk tuz çözeltisinde battığı yere 10 koyularak kalibrasyonu yapılmıştır. Aerometrelerde skala 0-10 arasında eşit olarak bölünmüştür ve her bir çizgi %1 tuza (NaCl) denk gelecek şekilde ayarlanmıştır. Bome aerometresi çözeltideki g/100g olarak tuz (NaCl) miktarını ifade eder. Aynı zamanda sanayide şekerli sıvıların, tuzlu çözeltilerin ve çeşitli çözeltilerin yoğunluğunun ölçülmesinde de kullanılır. En fazla şıra ve şarapçılıkta kullanılır Bomemetre İle Yoğunluk Tayini Ölçümde çeşitli cetveller hazırlanmıştır. Cetvel olmadığı zaman bome derecesi 1,9 ile çarpılarak kuru madde, 1,8 ile çarpılarak % şeker miktarı bulunur. 13

18 Yoğunluk hesaplamasında ise 15/4 0 C de 144,3 15/15 0 C de 146,3 katsayıları kullanılarak şu şekilde hesaplanır. Yoğunluğu 1 den büyük olan çözeltiler için; d = 144,3/(144,3-B) Yoğunluğu 1 den küçük olan çözeltiler için; d = 144,3/(144,3+B) Laktodansimetre Camdan yapılmış özel şekilli bir araçtır. Laktodansimetreler sadece süt yoğunluğu tayininde kullanılır. Sütün yoğunluğu (cinsi ne olursa olsun) 1,02-1,04 arası değişir. Bu nedenle bu tip dansimetreler üzerinde sadece 20, 30, 35 gibi sayıları gösteren işaretler bulunur. Okunan değer süt yoğunluğunun (1,0) dan sonraki kesirli kısmıdır.örneğin; dansimetreden 35 sayısı okunursa süt yoğunluğu 1,035 olarak belirlenmiş olur Laktodansimetre İle Yoğunluk Tayini Sıcaklığı 15 C ye getirilen süt örneği iyice karıştırılarak homojen hale getirildikten sonra,köpürtülmeden çapı 3-4 cm olan dereceli silindire veya cam tüpe boşaltılır. Kuru ve temiz laktodansimetre sap kısmından tutularak süte yavaş yavaş daldırılır. Laktodansimetre süte 30 rakamına kadar daldırıldıktan sonra serbest bırakılır. Laktodansimetrenin inip çıkması durunca göz süt düzeyine getirilerek okuma yapılır. Eğer laktodansimetrenin üzerinde termometre varsa sütün sıcaklığı bu termometreden, termometresiz ise sütün sıcaklığı ayrı bir termometre ile belirlenir. Okuma sırasında sütün sıcaklığı 15 C ise laktodansimetrede okunan değer alınır ve buna 1000 eklenip 1000 e bölünerek sütün yoğunluğu bulunur. Örnek 15 0 C de okunan değer 31 ise; Sütün yoğunluğu= / 1000 = 1,031 g/cm 3 tür. Sütün sıcaklığı 15 C de değilse düzeltme yapılır. Düzeltme 10 C ile 20 C arasında yapılabilir. Eğer sıcaklık laktodansimetrenin ayarlı olduğu sıcaklıktan yüksekse, okunan sıcaklık derecesinin 15 C den farkı alınır ve düzeltme katsayısı olan 0,2 ile çarpılır.bulunan değer laktodansimetrede okunan değere eklenir.sıcaklık 15 0 C den düşükse, 15 0 C den farkı alınır ve 0,2 ile çarpılır.bulunan değer okunan laktodansimetre değerinden çıkarılır. Örnek 20 0 C de laktodansimetrede okunan değer 31,2 ise; 20 0 C 15 0 C = 5 0 C sıcaklık farkı 5. 0,2 = 1,0 14

19 31,2 + 1,0 = 32,2 (32, )/1000 = 1,0322 g/cm 3 bu sütün yoğunluğudur C de laktodansimetrede okunan değer 32 ise ; 15 0 C 12 0 C = 3 0 C sıcaklık farkı 3. 0,2 = 0,6 32 0,6 = 31,4 (31, ) /1000= g/cm 3 süt örneğinin yoğunluğudur. Yoğunluk ölçümünde kullanılan laktodansimetre 20 0 C ye ayarlı ise ve ölçümler 20 0 C den farklı sıcaklıklarda yapılırsa, düzeltme faktörü olarak 0,25 alınır Alkolimetre Alkol ve su karışımında ağırlık ve hacim olarak % alkol miktarını verir. Alkol tayininde kullanılan areometreler genellikle % hacim gösterenler olup 15,56 C ye göre kalibre edilmiştir. Sıcak düzeltme faktörü beher derecesi için 0,18 dir. Yalnız bu sıcaklık düzeltmesi 15,5 C ye yakın olan sıcaklıklarda yapılmalıdır. Alkolimetrede rakamlar diğer areometrelerin aksine aşağıdan yukarı doğru yükseldiğinden sıcaklık düzeltmesi diğer areometrelerin tersine yapılır. Yani çözelti sıcaklığı aerometre kalibrasyon sıcaklığından yüksekse, sıcaklık düzeltmesi bulunan değerden çıkarılır. Eğer daha düşükse bulunan değere eklenir. Örnek 17,5 C de alkolimetre 11,9 okunuyorsa ve aerometre cihazının kalibrasyonu 15,5 C ye göre yapılmışsa sıcaklığa göre düzeltilmiş değer Cevap %A= 11,9- (17,5-15.5) = 11.5 Resim1.8: Alkolimetre 15

20 Alkolimetre İle Yoğunluk Tayini Alkolimetre ve dereceli silindir temizlenir, kurutulur. Damıtma balonuna 100ml örnek konur.içine derişik NaOH çözeltisi katılarak ortamın alkali olması sağlanır. Köpürmeyi önlemek için balona birkaç parça parafin veya az miktarda tannik asit konur. Yaklaşık 3/4 kısmı damıtılır. Damıtma ürünü saf su ile 100ml ye tamamlanır. Hazırlanan ürün dereceli silindire konur. Alkolimetre silindirin içine yavaşça daldırılır. Dikey salınım durduktan sonra okuma yapılır. Alkolimetrede rakamlar diğer areometrelerin aksine yukarıdan aşağıya küçüldüğü için okumada buna dikkat edilmelidir. Alkolimetre ile 20 0 C de yoğunluk ölçümü yapıldığında,yoğunluğa karşılık gelen alkol hacim miktarı düzenlenmiş olan çizelgelerden bulunur Piknometre ile Özgül Ağırlık Tayini Piknometreler küçük, hafif ve genelde camdan yapılmış kaplardır. Aynı hacimdeki su ve sıvının, aynı sıcaklıktaki ağırlıklarının oranı özgül ağırlığı verir. Özgül ağırlık tayini için çeşitli piknometreler bulunmaktadır Boot Tipi Piknometreler Bunlar kapaklı olup kapağın içinde bir kapiler boru vardır.ayrıca üzerinde bir de muhafaza kapağı olur. Bunların büyük bir kısmı çift cidarlıdır. İki cidar arasındaki hava alınmıştır. Bu nedenle de özgül ağırlığı tayin edilecek sıvı, istenilen sıcaklık derecesine getirildikten sonra piknometreye koyularak bu sıcaklık muhafaza edilebilir. Resim1.9: Boot tipi piknometre 16

21 Piknometrenin içinin yıkanması ve aynı ısı derecesinde olması için piknometre 1-2 defa analizi yapılacak sıvı ile çalkalanır. Daha sonra ağzına kadar sıvı ile doldurularak kapak yerleştirilir. Kapak yerleştirilirken fazla gelen sıvı kapaktaki kapiler borudan yükselerek dışarı çıkar. Serçe parmağın ucu ile kapağın üstü silinir. Piknometrenin üstü temiz bir bezle silinip, kurulanır ve tartılır. Dış hararet yüksek olduğu taktirde piknometredeki sıvı kapiler borudan yükselerek kapağın üzerinde damlacık halinde toplanırsa da bu damlacık silinmez ve öyle tartılır. Boot tipi piknometreler özellikle rutin analizlerde işte sürat sağladığından tercih edilir Reischauer Tipi Piknometreler Bu tip piknometreler şekilden de görüldüğü geniş bir gövde ile ince uzun boyun kısmından ibaret olup boyun kısmının ortasında bir çizgi vardır Şekil 1.2: Reischauer piknometre takımı 1)Piknometre doldurma hunisi 2)Piknometredeki sıvıyı çizgisine getirmekte kullanılan kılcal boru 3)Piknometredeki sıvının kılcal boru ile boşaltılması Standart Reischauer tipi piknometreler boyun kısmı mm, yüksekliği ise mm.boyun iç çapı 2,5-3,5 mm dir. İşaret çizgisi, boynun yukardan mm aşağısındadır. Su kapasitesi 20ºC de gr dır Piknometrenin Kullanılması Piknometre de bulunan suyun ağırlığına o piknometrenin su kıymeti denir. Piknometrenin su kıymetini bulmak için ilk önce boş piknometre sabit ağırlığa getirilerek darası bulunur. Daha sonra piknometre yeni kaynatılmış ve soğutulmuş damıtık su ile çizginin biraz üstüne kadar doldurulur. Özgül ağırlık 20 ºC sıcaklığa göre verildiği için deneylerin bu sıcaklığa ayarlı su banyosunda gerçekleştirilmesi tavsiye edilir. Su banyosundaki suyun piknometrenin boğazındaki çizginin biraz üstüne çıkacak kadar dolu olmasına dikkat edilir. Piknometrenin içinde bulunduğu müddetçe su banyosundaki ısının 20 C + 0,1 derece kalması sağlanır. 17

22 Piknometredeki dış ısıyı tamamen alması için 30 dakika su banyosunda bekletilir Kılcal boru yardımı ile su seviyesi tam çizgiye getirilir. İçerisinde hava kabarcığının kalmamasına dikkat edilmelidir. Daha sonra piknometrenin dış çeperi iyice kurutularak 4 haneli bir terazide tartım alınır. Örneğin, sabit tartıma getirilmiş piknometrenin kendi darası 21,3515 g ve su ile beraber tartıldığında ise 71,3853 gram geliyorsa olsa piknometre su kıymeti: 71, ,3515 = 50,0338 g olur ki bu da piknometrenin hacmi demektir. Daha sonra yoğunluğunu tayin edilecek sıvı ile piknometre birkaç defa çalkalanır ve sıvı çizgisinin biraz üstüne kadar doldurulur. Aynı şekilde su banyosunda aynı derecede bekletilerek ve aynen su gibi tartılır. Dara çıktıktan sonra sıvının ağırlığı 49,9842 g ise sıvının özgül ağırlığı; = 49,9842 / 50,0338 = 0,9990 g/ml olarak verilir. 18

23 UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamaklari Mezüre yoğunluğu ölçülecek sıvıyı koyunuz. Öneriler Laboratuvar önlüğünüzü giyiniz. Çalışma ortamınızı temizleyiniz. Uygun dansimetreyi ve mezürü seçiniz. Örneğe uygun dansimetreyi seçiniz. Dansimetrenin boyutlarına uygun mezürü seçiniz. Mezüre yoğunluğu ölçülecek sıvıyı koyunuz. Mezürü uygun temizlik maddesi ile yıkayarak kurulayınız. Mezüre koyduğunuz sıvının sıcaklığını ölçüp, kaydediniz. 19

24 Dansimetreyi sıvının içine bırakınız. Dansimetreyi sıvının içine yavaşça bırakınız. Dansimetrenin boyun kısmının ıslatılmadan yüzey üzerinde kalmasına dikkat ediniz. Dansimetreden sıvının yoğunluğunu okuyunuz. Okumayı dansimetrenin dikey salınımı durduktan sonra yapınız. Okuma yaparken dansimetrenin boyuna tırmanan sıvıyı göz önüne almamaya dikkat ediniz. Gözünüzü tam sıvı yüzeyi düzeyine getirerek okumayı gerçekleştiriniz. Okuduğunuz değeri kaydediniz. Kullanılan araç-gereci temizleyip, yerine kaldırınız. Gerekli düzeltmeyi yapınız. Sonucu belirleyiniz. Sonuçları rapor ediniz.. Sıcaklık düzeltme katsayısı ile gerekli hesaplamaları yapınız. Örnek sıcaklığı dansimetre sıcaklığından yüksek ise hesapladığınız sıcaklık düzeltmesini okunan değerin üzerine ekleyiniz. Örnek sıcaklığı düşükse okunan değerden çıkarınız. Yaptığınız düzeltmelerle yoğunluğu hesaplayarak bulunuz. Bulduğunuz sonuçları rapor haline getiriniz. Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız. 20

25 UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamaklari Piknometre seçiniz. Öneriler Laboratuvar önlüğünüzü giyiniz. Çalışma ortamınızı temizleyiniz. Örneğe uygun piknometreyi seçiniz. Piknometreyi temizleyiniz. Piknometreyi sıcak su ile veya % 4 potasyum ya da sodyum kromat içeren sülfirik asit çözeltisi ile yıkayınız. Bir kez alkol veya eter ile çalkalayınız. Piknometreyi kurutunuz. Kurutma işleminden sonra piknometreyi maşayla alınız. 21

26 Piknometrenin darasını alınız. Boş piknometreyi sabit ağırlığa getiriniz. Boş piknometrenin darasını alıp kaydediniz. Piknometreyi sıvı ile doldurunuz. Sıcaklığını ölçtüğünüz sıvı ile piknometreyi çizgisinin üzerini geçecek şekilde doldurunuz. Piknometrenin kapağını kapatınız. Termometre ile sıcaklığı kontrol ediniz. İstenilen sıcaklığa gelindiğinde piknometrenin kapağını kapatınız. Piknometre üzerinden taşan sıvıyı siliniz. Piknometrenin içindeki fazla suyu taşırarak iyice kurulayınız. 22

27 Piknometreyi tartınız. Piknometreyi tartarak aldığınız sonucu kaydediniz. Hesaplama yapınız. Sonuçları rapor ediniz. 23

28 ÖLÇME ÖLÇME VE VE DEĞERLENDİRME Aşağıda verilen soruların doğru cevap şıklarını işaretleyiniz, verilen cümleleri doğru veya yanlış olarak değerlendiriniz, boşluklu cümleleri uygun terimlerle tamamlayınız. 1. Aşağıdakilerden hangisi sıvıların özelliği değildir? A) Konuldukları kabın hacmini alırlar. B) Birbiri içinde yayılırlar. C) Sıvı molekülleri serbestçe hareket edemezler, yer değiştiremezler. D) Sıvılarda basıncın etkisi çok azdır. 2. Özkütle (g/cm 3 ) 1 +4 Sıcaklık ( 0 C) Sabit basınç altında saf suyun özkütle- sıcaklık değişimi grafikle gösterilmiştir. Buna göre, I C de su molekülleri birbirine en yakındır. II C deki saf su 0 0 C ye soğutulursa hacmi büyür. III. Buz parçası C deki su içerisinde batar. Yargılarından hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II 3. Kütle (g) X Y Hacim (ml) 24

29 Birbiri içinde çözünemeyen ve tepkime vermeyen X ve Y arı sıvılarının aynı sıcaklıktaki kütle-hacim grafiği şekilde verilmiştir. Yargılarından hangileri yanlıştır? Buna göre; I. X in özkütlesi Y den küçüktür. II. Eşit kütleler alındığında Y nin hacmi X inkinden büyüktür. III. Aynı kaba konulduklarında X, Y nin altında yer alır. A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II 4. Aşağıdakilerden hangisi aerometre değildir? A) Dansimetre B) Bomemetre C) Alkolimetre D) Piknometre 5. Aerometrelerin temel ilkesi sıvının kaldırma kuvvetinin sıvı yoğunluğu ile doğru orantılı olmasıdır. ( ) DOĞRU ( ) YANLIŞ 6. Piknometrenin içinin yıkanması ve aynı ısı derecesinde olması için piknometreye 1-2 defa analizi yapılacak sıvı ile çalkalanır. ( ) DOĞRU ( ) YANLIŞ 7. Sıvılarda yoğunluk ölçümü için kullanılan dalıcı ve yüzücü aletlere denir. 8. Sıvıların doğrudan özgül ağırlığını veren aerometre çeşidi.. dir. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız ve doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 25

30 PERFORMANS PERFORMANS DEĞERLENDİRME Etil alkolün yoğunluğunu dansimetre ve piknometre ile bulunuz, raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı hayır olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1.Dansimetre 2.Mezür 3.Piknometre 4.Hassas Terazi 5.Beher 6.Bez Değerlendirme Ölçütleri Evet Hayır 1 Çalışma ortamınızı hazırladınız mı? ( ) ( ) 2 Laboratuvar güvenlik kurallarına uydunuz mu? ( ) ( ) 3 Laboratuvar önlüğünüzü giydiniz mi? ( ) ( ) 4 Kullanılacak malzemeleri temin ettiniz mi? ( ) ( ) 5 Uygun mezürü aldınız mı? ( ) ( ) 6 Mezürü alkolle doldurdunuz mu? ( ) ( ) 7 Dansimetreyi dikkatli bir şekilde mezüre daldırdınız mı? ( ) ( ) 8 Dansimetrede görülen değeri doğru okudunuz mu? ( ) ( ) 9 Piknometre seçtiniz mi? ( ) ( ) 10 Piknometreyi temizlediniz mi? ( ) ( ) 11 Piknometreyi kuruttunuz mu? ( ) ( ) 12 Piknometrenin darasını aldınız mı? ( ) ( ) 13 Piknometreyi alkol ile doldurdunuz mu? ( ) ( ) 14 Piknometrenin kapağını kapattınız mı? ( ) ( ) 15 Piknometre üzerinden taşan sıvıyı sildiniz mi? ( ) ( ) 16 Piknometreyi tarttınız mı? ( ) ( ) 17 Hesaplama yaptınız mı? ( ) ( ) 18 Sonuçları rapor ettiniz mi? ( ) ( ) DEĞERLEDİRME Bu değerlendirme sonucunda eksik olduğunuzu tespit ettiğiniz konuları tekrar ederek eksiklerinizi tamamlayınız. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Hayır cevapları için öğretmeninize danışınız 26

31 ÖĞRENME FAALİYETİ-2 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak sıvıların viskozitesini bulabilecek bilgi, beceri ve deneyime sahip olabileceksiniz. ARAŞTIRMA Göller buz tuttukları zaman sadece yüzeyi buz tutar. Gölün altında canlılar hayatlarını devam ettirirler. Bunun nedenlerini araştırınız. Yağmur damlaları ne şekilde yeryüzüne inerler? Neden bu şekli alırlar? Araştırınız. Ostwald Viskosimetresi hangi sanayilerde kullanılırlar? Araştırınız. 2. YÜZEY GERİLİMİ VE VİSKOZİTE 2.1. Yüzey Gerilimi Moleküller birbirlerine yeteri kadar yakın bulundukları zaman birbirlerini çekerler. Sıvı içinde bulunan bir molekül şekil de görüldüğü gibi ortalama olarak bütün yönlerden aynı kuvvetle çekilir. Halbuki sıvının yüzeyinde bulunan bir molekül aşağı ve yanlara doğru çekildiği halde yukarıya doğru çeken kuvvet çok zayıftır ( buharın etkisi çok azdır.) Bunun sonucu olarak yüzeydeki moleküller sıvı içine doğru yüzeye dik olarak çekilirler. Sıvı yüzeyi bir gerilim altında bulunur ve bu, sıvı yüzeyinde her noktada ve her yönde aynıdır, buna yüzey gerilimi denir.yüzey gerilimi santimetre başına dyn olarak verilir. kuvvet γ = = uzunluk dyn cm Şekil 2.1: Sıvı molekülleri hareketleri 27

32 Kütlesel çekim kuvvetinin olmadığı bir yere örneğin uzay boşluğuna bırakılan bir miktar sıvı, küre şeklini alarak hemen en küçük yüzey alanına sahip olur. Sıvının içindeki moleküller üzerine etkiyen çekim kuvvetlerinin bileşkesi 0 olduğu halde sıvı yüzeyindeki molekülleri sıvı içine doğru çeken net bir kuvvetin etkisi altındadır. Yüzeyi küçültmeye çalışan bu kuvvetleri yenmek için dışarıdan sıvıya enerji vermek gerekmektedir. Sabit sıcaklık ve basınçta sıvı yüzeyini 1m 2 veya 1cm 2 büyütmek için verilmesi gereken enerjiye yüzey enerjisi denir ve σ ile gösterilir. Yüzey İşi erg dyn Yüzey Enerjisi = = = Yüzey cm 2 cm Yüzey gerilimi etkisiyle sıvı mümkün olduğu kadar yüzeyini küçültmeye çalışır. En küçük yüzey gösteren şekil küre olduğundan, damlayan sıvı küresel bir şekil gösterir. Büyük damlaların şekli yüzey geriliminden başka kuvvetlerin etkisi altında bozulmuştur. Büyük miktarda bulunan sıvılar, bulundukları kabın şeklini alırlar, bu gibi sıvıların şekilleri üzerine yüzey gerilimi, ancak kabın kenarları yakınında hafifçe etki eder. Resim 2.1: Çeşitli sıvılar Yüzey gerilimi sadece sıvılar için söz konusu değildir. Benzer gerilimler muhtelif fazlar arasındaki bütün yüzeylerde mevcuttur. Bu halde yüzeyler arası gerilim veya yüzeyler arası enerji söz konusudur. Örneğin katı-sıvı, katı-gaz, sıvı-gaz, sıvı-sıvı yüzeyler arası gerilimleri gibi. Özel olarak kaydedilmedikçe, sıvı-hava yüzey gerilimi söz konusudur. Bu halde hava o sıvının o sıcaklıktaki buharı ile doygundur. Yüzey gerilimi her maddeye has özelliktir. Hava yerine başka gazlar alınırsa, genellikle yüzey geriliminin büyüklüğü değişir. Sıvı ile cam arasındaki çekim kuvvetlerine adezyon kuvvetleri denir. Kılcal boruda yükselmeye bu adezyon kuvvetleri yol açmaktadır. Örneğin alttaki şekilde görüldüğü gibi kılcal boruya su konulmuştur. 28

33 ( a ) Sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerine kohezyon kuvvetleri adı verilir. Kılcal boruda alçalmaya yol açan bu kohezyon kuvvetleridir. Örneğin alttaki şekilde görüldüğü gibi kılcal boruya civa konulmuştur. ( b ) Şekil 2.2: (a) Adezyon, (b) Kohezyon Yüzey Gerilimini Ölçme Metodları Yüzey gerilimini ölçmek için çeşitli metodlar vardır. Örneğin özel bir cam aletten damlatılan damlaların ağırlığından, sayısından yüzey gerilimi tayin edildiği gibi, kapiler bir boruda yükselen sıvı yüksekliğinden faydalanılarak da yüzey gerilimi tayin edilir Viskozite Akışkanların akmaya karşı gösterdikleri dirence viskozite denir. Aynı koşullarda, viskozitesi küçük olan sıvılar, viskozitesi büyük olan sıvılara göre daha hızlı akarlar. Viskozitenin tersine akıcılık denir. Viskozite η, akıcılık ise Ø gösterilir. Aralarında eşitliği yazılabilir. 1 φ = η Sıvıların viskozitesi sıvıların bileşimine bağlıdır. Yoğunluk ve ağır bileşen miktarı arttıkça viskozite de artar. Sıcaklık ve gaz miktarı arttıkça viskozite düşer. SI birim sisteminde viskozitenin birimi pascal.saniyedir. (Pa.s) Pa.s(pascal.saniye) birimi ;kg.m - 1s -1 yani (kütle) -1.(zaman) -1 veya N.s.m -2 ile eşdeğerdir. CGS birim sistemindeki viskozite birimi poise (g cm -1 s -1 )dir. 1 poise(puvaz)=0,1 Pa.s veya 1cP(santipuvaz)=1mPa 29

34 s(mili Pa.s)dır. Bir sıvı 1 cm 2 kesitindeki bir tüp içerisinde 1 dyn basınç altında 1 saniyede 1 cm ilerliyebiliyorsa viskozitesi 1 Poise dir. Poise ın yüzde birine Santipoise denir. Sıvıların viskozluğu molekül yapıları ve moleküller arası etkileşmelerle yakından ilgilidir. Herhangi bir boru içinde akan bir sıvının akış hızı akımı sağlayan yürütücü kuvvet ile akımı engellemeye çalışan direncin büyüklüğüne bağlıdır Sıvının Viskozitesi Üzerine Sıcaklık ve Basınç Etkisi Çoğu sıvıların viskozitesi, artan sıcaklıkla azalır. Boşluk (hole) teorisine göre bir sıvı içerisinde boşluklar bulunmaktadır ve moleküller sürekli boşluklara doğru hareket ederler. Bu olay akışa izin verir, fakat bir molekülün bir boşluğa taşınması bir aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyduğundan enerji gerektirir. Yüksek sıcaklıklarda aktivasyon enerjisi daha kolay temin edileceğinden sıcaklık yükseldikçe sıvı daha kolay akar. Diğer yandan artan basınçla bir sıvının viskozitesi artar, çünkü basıncın arttırılması sıvı içerisindeki boşluk sayısını azaltır ve bunun sonucu moleküllerin hareketi zorlaşır Stokes Yasası Bir metal bilyenin sıvı içinde limit düşme hızı ölçülerek de viskozluk bulunabilir. Sıvı içinde düşmekte olan bir metal küre yerçekimi kuvveti ile buna ters yönde olan Stokes sürtünme kuvvetinin etkisi altındadır.bu iki kuvvet eşitliğinde küre limit hıza erişir ve sıvı içinde düzgün doğrusal bir hareketle aşağıya düşer. Şekil 2.3: Stokes yasası uyarınca viskozluk tayini Şekilde görülen belli bir limit hıza ulaşma aralığı geçildikten sonra kürenin a ve b arasındaki z yüksekliğinden limit hızla düşme süresi olan t ölçülür. Buradan 30

35 z v= t limit hızı bulunur. Küreye etkiyen yerçekimi kuvveti, yani kürenin sıvı içindeki ağırlığı ve Stokes kuvveti eşitlendiğinde viskozite için η = 2.r 2. g.( ρ ρ ) 2.r 2. g.( ρ ρ ). t = 9. v 9. h bağıntısı ele geçer. Örnek:20 0 C sıcaklıkta yoğunluğu 3,051 g/ ml olan 9, cm yarıçaplı bir küre, su içinde 50 cm yükseklikten limit hızla 1614,8 saniyede düşüyor. Suyun yoğunluğu 0,9982 g/ ml olduğuna göre viskozitesini hesaplayınız. Çözüm Verilenler: r = cm d k = 3,051 g/ ml d su = 0,9982 g/ ml h = 50 cm t = 1614,8 sn η η η 2.r 2. g.( ρ ρ ). t = 9. h 2.(9,16.10 ).981.(3,051 0,9982).1614,8 = = 1, poise olarak hesaplanır Kapiler Akma Yöntemi Hacmi V olan bir akışkan iç yarıçapı r ve uzunluğu l olan bir kılcal borudan t süresinde aktığında, akımın hacimsel hızı Hagen- Poiseuille tarafından denklemi ile verilmiştir. V Πr 4 p = t 8η l 31

36 Birim zamanda akan sıvının hacmi, yani hacimsel hız borunun yarıçapının dördüncü kuvveti ve borunun iki ucu arasındaki p basınç farkı ile doğru orantılıdır. Dinamik viskozite ve boru uzunluğu ile ters orantılıdır. Kılcal boru yere dik tutulduğunda iki ucu arasındaki basınç farkı, yüksekliği h ve yoğunluğu ρ olan sıvının basıncına eşittir. Viskozite çekilirse viskozimetre için bütün sabitler k sabiti içinde toplanır ve aynı viskozimetre kullanıldığında iki ayrı sıvı için ayrı ayrı yazılıp oranlanırsa sonuçta eşitliği elde edilir. η ρ t η = 2 = 22 2 η 1 ρ 11 t Burada η 2 ikinci sıvının birinci sıvıya göre bağıl viskozitesini göstermektedir. Çoğu kez birinci sıvı su alındığında, bütün sıvıların suya göre bağıl viskoziteleri verilmektedir. Suyun mutlak viskozitesi η 1 ve diğer sıvının suya göre bağıl viskozitesi η 2 bilindiğinde, aynı sıvının mutlak viskozitesi eşitliğinden hesaplanır. η = ηη En çok kullanılan kılcal viskozimetre Ostwald viskozimetresidir Oswald Viskozimetresi Viskozite ölçümü için birbirinden farklı birkaç yöntem vardır. Viskozite ölçmek için kullanılan araçlara viskozimetre, viskozite ölçme işlemine ise viskozimetri denir. Kılcal viskozimetre, düşen küre viskozimetresi, dönme viskozimetresi ve Engler viskozimetresi çok kullanılan viskozite ölçen araçlardan bir kaçıdır. Burada yalnızca Ostwald viskozimetresi adı verilen kılcal viskozimetre ile ölçmeyi göreceğiz. Bir Ostwald viskozimetresi aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bir kolu kılcal olan U şeklinde borudur. Hacmi a ve b çizgileri arasında kalan v değerine eşit olan bir sıvının kılcal borudan akma süresi ölçülerek viskozite tayini yapılır. 32

37 Şekil 2.4: Ostwald viskozimetresi Şekildeki v akan sıvının hacmini, t akma süresini, r kılcalın yarı çapını, h akmanın başladığı andaki hidrostatik yüksekliği, l işaretli iki çizgi arasında kalan kılcalın uzunluğunu, ρ sıvının yoğunluğunu, η ise viskozluğunu göstermektedir. Böyle bir viskozimetre için k bir sabit olmak üzere ; η = Πr 4 hg 8vl ρ t Fakat, bu kadar fazla sayıda büyüklüğün tam doğru olarak ölçülmesi imkansızdır. Bunun için sıvıların suya göre bağıl viskoziteleri ölçülerek yapılan hatalar azaltılır. Örnek: Aynı kılcal viskozimetre kullanıldığında 20 0 C de eşit hacimdeki su ve benzenin akma süreleri sırayla 150 saniye ve 96,0 saniye olarak bulunmuştur. Bu sıcaklıkta su ve benzenin yoğunlukları sırayla 1 g/cm 3 ve 0,879 g/cm 3 dür C de suyun mutlak viskozitesi 10, poise olduğuna göre verilen sıcaklıkta benzenin bağıl ve mutlak viskozitesini hesaplayınız. Cevap: Verilenler: t su = 150 sn t benzen =96 sn d su = 1 g/cm 3 d benzen =0,879 g/cm 3 η su =10, poise 33

38 η ρ t η = 2 = 22 2 η ρ t ,879 η 2 = = 0,5626 poise η = ηη η 2 0,5626.(10,05.10 ) 5, = = poise 34

39 UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamakları Oswald viskozimetresinin konacağı yağ banyosunu hazırlayınız. Öneriler Laboratuvar önlüğünüzü giyiniz. Çalışma ortamınızı temizleyiniz. Temiz oswald viskozimetresi alınız. Ostwald viskozimetresini aldığınız yerden dikkatli çıkarınız. Oswald viskozimetresini hazırlayınız. Ostwald viskozimetresini hazırlarken cam boruların kırılmamasına dikkat ediniz. 35

40 Oswald viskozimetresini yağ banyosuna yerleştiriniz. Kılcal borudaki akış zamanını ölçmek için kronometre alınız. Kronometreyi sıfırlamayı unutmayınız. Viskozitesi bulunacak sıvıyı şırıngayla çekiniz. Viskozitesini ölçeceğiniz sıvıya göre şırınga seçiniz. 36

41 Viskozitesi ölçülecek sıvı ile Oswald viskozimetresini doldurunuz. Şırıngadan sıvıyı aktarırken, doğru cam borudan aktarmaya dikkat ediniz. Oswald viskozimetresinde viskozitesi ölçülecek sıvıyı puarla çekerek akmanın sağlanacağı bölüme getiriniz. Sıvıyı çekerken puarın içine sıvı kaçırmamaya dikkat ediniz. Sıvı ilk seviyeden akmaya başladığı an kronometreye basınız. 37 Sıvının üst çizgiden itibaren akmasına dikkat ediniz.

42 Sıvı ikinci seviyeye geldiği an kronometreyi durdurunuz. Sıvının alt çizginin altına inmeden kronometreyi durdurmaya dikkat ediniz. Sıvının viskozitesi ölçüldükten sonra yağ banyosunu kapatıp, soğumaya bırakınız. Yağ banyosu soğumadan viskzimetreyi almayınız. İşleminiz bittiğinde viskozimetreyi temizleyiniz. Kullanılan araç-gereci temizleyip, yerine kaldırınız. Hesaplama yapınız. Sonuçları rapor ediniz. Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız. 38

43 ÖLÇME ÖLÇME VE VE DEĞERLENDİRME Aşağıda verilen soruların doğru cevap şıklarını işaretleyiniz, verilen cümleleri doğru veya yanlış olarak değerlendiriniz, boşluklu cümleleri uygun terimlerle tamamlayınız. 1.Aşağıdaki yargılarından hangileri doğrudur? I. Sıvı içinde bulunan bir molekül ortalama olarak bütün yönlerden aynı kuvvetle çekilir. II. Sıvı yüzeyi bir gerilim altında bulunur ve bu, sıvı yüzeyinde her noktada ve her yönde aynıdır. III. Sıvıların yüzeyi küçülürken dışarıdan enerji alması gerekmektedir. A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II 2. Ostwald viskozimetresinde 20 0 C de su ve n- bütil alkolün akma süreleri sırayla 126,2 saniye ve 442,2 saniyedir. Her iki sıvının aynı sıcaklıktaki yoğunlukları sırayla 0,99820 g/ml ve 0,80961 g/ml dir.20 0 C da suyun mutlak viskozitesi 1, poise olduğuna göre, aynı sıcaklıkta n-bütil alkolün viskozitesi aşağıdaki şıklardan hangisinde doğru verimiştir? A) 2, B) 2, C) 2, D) 1, Boşluk (hole) teorisine göre bir sıvı içerisinde boşluklar bulunmaktadır ve moleküller sürekli boşluklara doğru hareket ederler. ( ) DOĞRU ( ) YANLIŞ 4. Sıvı ile cam arasındaki çekim kuvvetlerine kohezyon kuvvetleri denir. ( ) DOĞRU ( ) YANLIŞ 5. Sabit sıcaklık ve basınçta sıvı yüzeyini 1m 2 veya 1cm 2 büyütmek için verilmesi gereken enerjiye denir 6. Akışkanların akmaya karşı gösterdikleri dirence denir. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız ve doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Cevaplarınız doğru ise uygulamalı teste geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. 39

44 PERFORMANS PERFORMANS DEĞERLENDİRME Etil alkolün viskozitesini Ostwald viskozimetresini kullanarak bulunuz, raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı hayır olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler: 1. Ostwald Viskozimetresi 2. Kronometre 3. Şırınga 4. Puar Değerlendirme Ölçütleri Evet Hayir 1 Çalışma ortamınızı hazırladınız mı? ( ) ( ) 2 Laboratuvar güvenlik kurallarına uydunuz mu? ( ) ( ) 3 Laboratuvar önlüğünüzü giydiniz mi? ( ) ( ) 4 Kullanılacak malzemeleri temin ettiniz mi? ( ) ( ) 5 Oswald viskozimetresinin konacağı yağ banyosunu hazırladınız mı? ( ) ( ) 6 Temiz oswald viskozimetresi aldınız mı? ( ) ( ) 7 Oswald viskozimetresini hazırladınız mı? ( ) ( ) 8 Oswald viskozimetresini yağ banyosuna yerleştirdiniz mi? ( ) ( ) 9 Kılcal borudaki akış zamanını ölçmek için kronometre aldınız mı? ( ) ( ) 10 Viskozitesi bulunacak alkolü şırıngayla çektiniz mi? ( ) ( ) 11 Viskozitesi ölçülecek sıvı ile Oswald viskozimetresini doldurdunuz mu? ( ) ( ) 12 Oswald viskozimetresinde viskozitesi ölçülecek alkolü puarla çekerek, akmanın sağlanacağı bölüme ( ) ( ) getirdiniz mi? 13 Sıvı ilk seviyeden akmaya başladığı an kronometreye bastınız mı? ( ) ( ) 14 Sıvı ikinci seviyeye geldiği an kronometreyi durdurdunuz mu? ( ) ( ) 15 Sıvının viskozitesi ölçüldükten sonra yağ banyosu kapatıp, soğumaya bıraktınız mı? ( ) ( ) 16 İşleminiz bittiğinde viskozimetreyi temizlediniz mi? ( ) ( ) 17 Hesaplama yaptınız mı? ( ) ( ) 18 Sonuçları rapor ettiniz mi? ( ) ( ) DEĞERLENDİRME Bu değerlendirme sonucunda eksik olduğunuzu tespit ettiğiniz konuları tekrar ederek eksiklerinizi tamamlayınız. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Hayır cevapları için öğretmeninize danışınız. 40

45 MODÜL DEĞERLENDİRME Aşağıda verilen soruların doğru cevap şıklarını işaretleyiniz. 1. Saf X, Y, Z maddelerinin aynı sıcaklıkta kütle-hacim değişimleri grafikte verlmiştir. Z ve Y sıvı, X bu sıvılarda çözünmeyen bir katıdır. Kütle(g) X MODÜL DEĞERLENDİRME Y Z Hacim (cm 3 ) Z ve Y homojen karışan sıvılar olduğuna göre aşağıdaki yargılardan hangisi yanlıştır? (Maddeler arasında kimyasal tepkime olmamaktadır.) A) X katısı Y sıvısında yüzer. B) Özkütlesi en küçük olan Z dir. C) Z ile Y karışımı çözeltidir. D) X katısı Z ve Y karışımında batar. 2. Madde Kütle(g) Hacim (cm 3 ) Sıcaklık 0 C X Y Z X, Y, Z saf sıvılarının kütle, hacim, ve sıcaklıkları tabloda verilmiştir. Buna göre, bu maddelerle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) 50 0 C de özkütleleri (d) arasında, d x > d y > d z ilişkisi vardır. B) Aynı sıcaklıkta eşit hacimde alındığında Y ve Z nin kütleleri eşittir. C) X ve Y için ayırt edici bir özelliktir. D) Y ve Z aynı madde olabilir, X farklı maddedir. 3. Hangi aerometre alkol yoğunluğunu ölçmek için kullanılır? A) Sakkarometre B) Alkolimetre C) Laktodansimetre D) Bomemetre 41

46 4. Hangi aerometre sütün yoğunluğunu ölçmek için kullanılır? A) Laktodansimetre B) Alkolimetre C) Sakkarometre D) Bomemetre 5. Aerometre cihazının kalibrasyonu 15,5 C ye göre yapılmıştır. 19,5 C de alkolimetre 13,9 okunuyorsa sıcaklığa göre düzeltilmiş değeri aşağıdaki şıklardan hangisinde doğrudur? A) 1,702 B) 1,082 C) 1,780 D) 1, C de sütün laktodansimetreden okunan değeri 35,5 ise bu sütün yoğunluğu kaç gr/cm 3 tür? A) 1,0360 B) 1,365 C) 1,0365 D) 1, Bir piknometrenin boş ağırlığı 26,5006 g, su ile dolu ağırlığı 92,3682 g, örnek ile dolu ağırlığı 96,4748 g ise örneğin özgül ağırlığı kaç gr/cm 3 dir? A)1,06253 B) 1,06235 C) 1,6235 D)1, Bir piknometrenin boş ağırlığı 29,8833 g, su ile dolu ağırlığı 84,2395 g, örnek ile dolu ağırlığı 85,7816 g ise örneğin özgül ağırlığı kaç g/ml dir? A) 1,0284 B)1,0382 C)1,0824 D)1, Yoğunluğu 7,9 g/ ml ve çapı 4 mm olan çelik bir küre, yoğunluğu 1,2 g/ ml olan 1 m yüksekliğindeki yağ içinden 55 saniyede düşüyor. Yağın viskozitesini kaç poisedir? A) 32,1332 B) 32,3213 C)32,2331 D)32, Aynı kılcal viskozimetre kullanıldığında 20 0 C de eşit hacimdeki su ve metonolün akma süreleri sırayla 150 saniye ve 86,0 saniye olarak bulunmuştur. Bu sıcaklıkta su ve metanolün yoğunlukları sırayla 1 g/cm 3 ve 0,790 g/cm 3 dür C de suyun mutlak viskozitesi 10, poise olduğuna göre verilen sıcaklıkta metanolün mutlak viskozitesini kaç poisedir? A) 47, B) 47, C) 46, D) 45,