T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI

Transkript

1 T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKÎ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) KİMYA TEKNOLOJİSİ FİZİKSEL DEĞİŞİMLER 3 ANKARA 2006

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 ÖĞRENME FAALİYETİ MADDENİN HALLERİ VE HAL DEĞİŞİMİ Erime ve Donma Kaynama Yoğunlaşma Süblimleşme Hal Değişim Grafiği Damıtma Adi Damıtma Ayrımsal Damıtma Vakumda Damıtma Damıtma İşleminde Kullanılan Araçlar Mantar Delme Seti Mantar Termometre Damıtma Balonu Soğutucu Kaynama Taşı Toplama Başlığı...13 UYGULAMA FAALİYETİ...14 UYGULAMA FAALİYETİ...20 DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ...25 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...26 ÖĞRENME FAALİYETİ SICAKLIK VE ISI Sıcaklık Uluslararası Sıcaklık Birimleri Sıcaklık Birimlerinin Çevrilmesi Isı Uluslararası Isı Birimleri Isı Birimlerinin Çevrilmesi Isınma Isısı (Özısı) Isı Hesaplaması Isı ve Sıcaklığın Karşılaştırılması...33 UYGULAMA FAALİYETİ...34 DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ...36 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...37 MODÜL DEĞERLENDİRME...38 DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ...39 CEVAP ANAHTARLARI...40 KAYNAKLAR...42 i

4 AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR KOD 524KI0013 ALAN Kimya ve İşleme DAL/MESLEK Alan Ortak MODÜLÜN ADI Fiziksel Değişimler 3 Maddelerin ısı alışverişleri sırasında meydana gelen hal değişimlerini inceleyen, maddelerin hal değiştirmelerinden MODÜLÜN TANIMI yararlanılarak karışımları ayırmayı gerçekleştiren Isı ve sıcaklık hesaplamalarını yapabilen öğrenme materyalidir. SÜRE 40/32 ÖN KOŞUL Fiziksel Değişimler 2 modülünü başarmış olmak. YETERLİK Fiziksel değişim oluşturmak. Genel Amaç: Bu modül ile gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun fiziksel değişimleri inceleyebileceksiniz. Amaçlar MODÜLÜN AMACI 1. Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak karışımları damıtma ile ayırabileceksiniz. 2. Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak çözünme olayındaki ısı değişimini inceleyebileceksiniz. Ortam Sınıf, atölye, laboratuvar, işletme, kütüphane, ev, bilgi teknolojileri ortamı ( İnternet ) vb, kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar. EĞİTİM ÖĞRETİM Donanım ORTAMLARI VE Projeksiyon, bilgisayar, DVD çalar, televizyon, DONANIMLARI beher,baget,spatül, üçayak, amyant, tel, bek, destek, kıskaç, damıtma balonu, termometre, mantar, mantar delme seti, soğutucu, erlen, toplama başlığı, kaynama taşı, hortum gereklidir. ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Modülün içinde yer alan herhangi bir öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Modül sonunda öğretmeniniz tarafından teorik ve pratik performansınızı ölçme teknikleri uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek değerlendirileceksiniz. ii

5 GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Bu modülde maddelerde meydana gelen fiziksel değişimlerin nasıl gerçekleştiğini, günlük yaşantınızda da karşılaştığınız veya gözlemleyebildiğiniz birçok hal değişimi olaylarının kurallarını öğreneceksiniz. Çevremizde gördüğümüz birçok madde ısı değişimleri nedeniyle fiziksel hallerini değiştirir. Maddelerin fiziksel değişim göstermelerinden yararlanılarak karışım halindeki maddeleri birbirinden ayırabilir ve saflaştırabiliriz. İnsanların kullanımı için doğadaki maddelerin birbirinden ayırt edilip saflaştırılması gerekir. Gerek çeşitli maddelerin üretilmesinde gerekse tüketilmiş atık maddelerin tekrar geri kazanılmasında fiziksel değişim işlemlerinden yararlanılır. Örneğin; ham petrol rafinerilerde damıtma işlemine tabi tutularak benzin, motorin ve gaz yağı gibi bileşenlerine ayrıştırılır. Bitkilerden yağ veya esans üretiminde damıtma işlemi, en sık kullanılan işlemlerdir. Bu modülde laboratuvar ortamında bu işlemlerin ne olduğunu ve ne şekilde yapıldığını öğreneceksiniz. 1

6 2

7 ÖĞRENME FAALİYETİ-1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-1 Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak karışımları damıtma ile ayırabileceksiniz. ARAŞTIRMA Çevrenizdeki işletmelerden bilgi alarak damıtma işlemlerinin uygulanıp uygulanmadığını araştırınız. 1. MADDENİN HALLERİ VE HAL DEĞİŞİMİ Çevremizde gördüğümüz maddelerin çoğunluğu katıdır. Bazıları sıvı, çok azı da gazdır. Gaz halindeki bir madde soğutulursa moleküllerin hareketi yavaşlar ve birbirine yaklaşırlar. Moleküller arasındaki çekim kuvveti artar.böylece sıvı hale geçilmiş olur. Sıcaklığın daha da düşürülmesi sonucu sıvı katılaşır. Bir fiziksel halden diğerine ısı değişimleri nedeniyle geçilmesine yani bir katının erimesine, bir sıvının buharlaşmasına ya da bir gazın yoğunlaşmasına, bir sıvının donmasına hal değişimi denir. Maddelerin hal değişimleri esnasında yani erime, donma ve kaynama olayları süresince sıcaklıkları değişmez. Aldıkları veya verdikleri ısı potansiyel enerjilerinin artmasına neden olur. Sıcaklık Süblimleşme K Erime S Buharlaşma G A I A T I Donma V I Yoğunlaşma Z Kristallenme Şekil 1.1: Maddelerin hal değişim tablosu 3

8 1.1. Erime ve Donma Bir katıya ısı verildiğinde katı taneciklerinin enerjileri artar, atom ve moleküllerinin titreşim hareketi artar. Sıcaklık yeteri kadar arttırılırsa bu titreşim hareketleri dengelenemez ve katının şekli bozulur, katı sıvılaşır. Bir katının katı halden sıvı hale dönüşmesine erime denir. Katının belirli bir basınçta sıvıya dönüştüğü sıcaklığa ise erime sıcaklığı veya erime noktası denir. Bir sıvı soğutulursa taneciklerin hareketi yavaşlar ve aralarındaki çekim kuvveti artar Bunun sonucu madde tekrar katı hale döner. Bir sıvının katı hale dönmesine donma denir. Donmanın gerçekleştiği sıcaklığa da donma noktası denir. Bir maddenin erime noktası ile donma noktası aynıdır. Doğada meydana gelen kırağılaşma olayı havada bulunan nemin katılaşarak kristaller halinde nesneler üzerinde birikmesidir. Erime Isısı: Herhangi bir maddenin 1 gramını erime noktasında sıvı hale dönüştürmek için verilmesi gerekli ısıya o maddenin erime ısısı denir ve Le ile gösterilir. Birimi cal/g dır.bir maddenin erime ısı ile donma ısısı birbirine eşittir Kaynama Bir sıvının molekülleri diğer moleküller tarafından her yöne doğru eşit kuvvetlerle çekilir. Fakat yüzeyde bulunan bir molekül yanlara ve aşağıya doğru çekilir. Sıcaklık yükseldikçe yüzeydeki moleküllere uygulanan çekim kuvveti yani yüzey gerilimi azalır, moleküllerin kinetik enerjileri artar. Bir molekülün kinetik enerjisi, çekim kuvvetlerini yendiği anda bu molekül ortamı terk ederek gaz haline geçer. Bu olaya buharlaşma denir. Daha yüksek sıcaklıklarda ise yüzeydeki değil sıvının her yerindeki moleküllerin kinetik enerjileri çekim kuvvetlerine üstün gelir ve her yerde buharlaşma başlar. Bu olaya da kaynama denir. Kaynama olayında sıvının buhar basıncı dış atmosfer basıncına eşit olur. Yüksek yerlerde dış atmosfer basıncı düşük olduğu için sıvıların kaynama sıcaklıkları düşük olur. Kaynama olayında sıvının buhar basıncı dış atmosfer basıncına eşit olur. Kaynama olayı belirli bir sabit sıcaklıkta gerçekleşirken buharlaşma olayı ise daha düşük ve farklı sıcaklıklarda da gerçekleşebilen bir olaydır. Buharlaşma Isısı: Herhangi bir maddenin 1 gramını kaynama noktasında buhar haline dönüştürmek için gerekli ısı miktarına o maddenin buharlaşma ısısı denir ve Lb ile gösterilir.birimi cal/g dır Yoğunlaşma Gaz halindeki maddelerin soğutularak sıvı hale getirilmesine denir. Örneğin soğuk kış günlerinde havadaki nem soğuk cama temas ettiğinde yoğunlaşarak sıvı hale geçer. 4

9 1.4. Süblimleşme Katı bir maddenim ısı alarak sıvılaşmadan direk gaz haline dönüşmesidir. Örneğin iyot katısı ısıtıldığında gaz haline geçer. Şekil 1.2: Kaynama ve erime Yukarıdaki şekil 1.2 de görüldüğü gibi katı haldeki maddelerin tanecikleri birbirine çok yakın mesafede ve düzenli bir şekilde dizilmişlerdir. Sıvı haldeki maddelerin tanecikleri katı hale göre biraz daha mesafeli ve boşlukludur. Gaz halinde ise tanecikler arası mesafe oldukça fazla ve tanecikler düzensiz olarak hareket ederler Hal Değişim Grafiği Her hangi bir maddedeki ısı etkisinin belli bir zaman aralığındaki değişimini gösteren grafiktir. Grafikte yatay sütun zaman değişimini dikey sütun ise sıcaklık değişimlerini gösterir. 5

10 SICAKLIK ZAMAN Şekil 1.3: Hal değişim grafiği Grafikte 1. zaman aralığı bölümünde madde katı halde bulunmaktadır. 2.zaman aralığı bölümünde madde erimektedir 3. zaman aralığı bölümünde madde sıvı haldedir. 4. zaman aralığı bölümünde ise madde kaynamaktadır. 5. zaman aralığında ise madde gaz halindedir. Erime ve kaymama olayları esnasında sıcaklığın değişmediği gözlenmektedir. Maddeye verilen ısı atom ve moleküllerin potansiyel enerjilerinin artmasına neden olur. Sıvı halinde ısıtılmaya devam edilen madde buharlaşır, oluşan buharın belli bir basıncı vardır. Bu buhar basıncı dış atmosfer basıncına eşit olduğu zaman sıvıdan gaz hale geçen tanecik miktarı ile gaz halinden sıvı hale geçen taneciklerin miktarı birbirine eşit olur. Bu durumda sıvı buhar dengesi kurulur ve kaynama olayı gerçekleşir Damıtma Maddelerin kaynama sıcaklıklarının birbirinden farklı olmasından yararlanılarak yapılan ayırma ve saflaştırma işlemine damıtma denir. Damıtma işlemi sıvıların ısı yardımıyla buhar haline dönüştürülüp oluşan buharların tekrar yoğunlaştırılarak sıvı haline dönüştürülmesi esasına dayanır. Homojen katı sıvı ve sıvı sıvı karışımlarının ayrılmasında oldukça yaygın bir şekilde kullanılır. Kondenzasyon işlemi kritik sıcaklık ve basınçta gaz karışımlarının ayrılması yöntemidir. Damıtma işleminin tersidir Adi Damıtma Basit yapılı, kolay uçucu, kaynama sıcaklığında bozulmayan maddeler normal atmosfer basıncında damıtılır. 6

11 Resim 1.4: Adi damıtma düzeneği Ayrımsal Damıtma Birbirinden ayrılacak karışımların kaynama noktaları birbirine ne kadar yakınsa bu maddeleri ayırmak o kadar güçtür. Kaynama noktaları arasındaki fark 20 o C den az olan sıvı karışımlarının ayrılmasında ayrımsal damıtma kullanılır. Ayırma normal damıtma düzeneğine bir fraksiyon başlığı takılarak yapılır. Fraksiyon başlıkları daha geniş bir soğutma yüzeyine sahip olduklarından karışımdaki maddelerin kaynama noktalarına göre birbirinden ayrılması daha kolaydır. Daha az uçucu olanlar yoğunlaşıp geri dönerken, uçuculuk özelliği fazla olanlar başlığın üst kısmına geçerler. İyi bir ayrımsal damıtma için fraksiyon başlığındaki ısı kayıplarının önlenmesi gerekir. Bunun için kolon bir bez parçası ya da cam pamuğu ile izole edilmelidir. 7

12 Resim1.5: Ayrımsal damıtma düzeneği Vakumda Damıtma Birçok madde normal atmosfer basıncındaki kaynama sıcaklığına gelmeden bozunur. Bu maddeler normal atmosfer basıncında damıtılamaz. Bazı bileşikler ise çok yüksek kaynama noktasına sahip olduklarından normal damıtma uygulamak zordur. Bu iki durumda da vakumda damıtma uygulanır. Vakumda damıtma yönteminde atmosfer basıncının altındaki basınçlarda damıtma işleminin yapılması gereklidir. Bu amaç için kullanılan düzenek aşağıdaki resimde gösterilmiştir. Damıtılacak sıvının konacağı balonun şekilde gösterildiği gibi olmasında yarar vardır. Bu tip balonlarının, tek boyunlu balonlardan üstünlüğü vakumdan veya ısıtmadan dolayı gelebilecek sıçramaları azaltması ve sıçrayan sıvının destilata karışmasını önlemektir. Balon içindeki ucu kılcal olarak çekilmiş K kapileri, gerektiğinde basınç ayarlamalarda kullanılır. Gerektiğinde kapilerin dışarıda kalan ucuna bağlanan lastik hortum ve kıskaç(morpens) yardımı ile istenen basınç ayarlanabilir. Termometre, balonun yan boynundaki ağzına ve soğutucuya giden borunun hizasına yerleştirilir. Toplama kabı olarak kullanılan nuçe erleni aynı zamanda, 8

13 sistemi vakuma bağlamaya yarar. Manometre ile vakum sistemi (düzenekte su trompu) arasına konan nuçe erleni ise emniyet şişesi görevini görür. S morpensi ise gerektiğinde sistemin basıncını dış basınca ayarlar. Resim1.6: Vakumda damıtma Resim1.6: Su trompu Yukarıda ki resimde su trompları görülmektedir. Sağda su trompunun vakum oluşturabilmesi için kısa bir hortum aracılığıyla musluğa monte edilir, trompun orta çıkışına da yine hortum ve bir cam boru yardımı ile nuçe erlenine bağlanır. Musluk açıldığında trompun alt çıkışından su hızla akarken ortadaki bağlantıda yardımıyla nuçe erleni içerisinde vakum oluşması sağlanmış olur Damıtma İşleminde Kullanılan Araçlar Mantar Delme Seti Mantarlara delik açmak amacıyla kullanılan bakır alaşımından yapılmış değişik çaplardaki settir. 9

14 Resim 1.7: Mantar delme seti Mantar Kauçuk veya hafif yumuşaklıkta, plastik türünde cam malzemeye zarar vermeyen özellikte materyallerdir Termometre Resim1.8: Mantar Sıcaklık ölçen, içerisinde cıva veya renklendirilmiş alkol olan deney aracıdır. Termometrelerde sıcaklık değerini okurken civa sütununun yükseldiği üst noktanın sınırındaki gösterge dikkatlice ve göz hizasında olacak şekilde okunmalıdır. 10

15 . Resim1.9: Termometre Damıtma Balonu İçerisine damıtılacak karışım konulan cam malzemedir. Değişik boyunluk biçimleri vardır, kullanım amacına göre değişik biçimlerde olanları kullanılır.. Resim1.10: Damıtma balonu 11

16 Soğutucu Damıtma işleminde gaz haline geçen maddeyi soğutarak yoğunlaştıran cam malzemelerdir. Resim 1.10: Değişik tipte soğutucular Alttaki şekilde görülen düz soğutucu adi damıtma işleminde kullanılır. Resim 1.11:Düz soğutucu Alttaki şekilde görülen boğumlu soğutucu ayrımsal damıtma işleminde kullanılır. Resim Kademeli (boğumlu) soğutucu 12

17 Alttaki şekilde görülen spiral soğutucu ayrımsal (fraksiyonlu) damıtma işleminde kullanılır Kaynama Taşı Resim1.13: Spiral soğutucu Sıvı karışımların kaynama esnasında sıçrama yapmasını önlemek ve düzenli bir kaynama sağlamak için karışımın içerisine atılan küçük taşlardır. Porselen kroze parçacıkları da kaynama taşı olarak da kullanılabilir Toplama Başlığı Yoğunlaşarak karışımdan ayrılmış olan sıvıyı toplamak amacıyla kullanılan cam malzemedir. Resim 1.14: Toplama başlığı (Vakum adaptörlü) 13

18 UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamakları Isıtma düzeneğini kurunuz. Öneriler Isıtma düzeneği olarak beki deney masasının uygun bir yerine ve lavaboya yakın mesafeye yerleştiriniz. Saflaştırılacak karışımı damıtma balonuna alınız. Damıtma balonunun içerisine konulacak sıvı balonun hacminin2/3 nü geçmemelidir. Sıvı hacmini önce bir mezür ile ölçüp, damıtma balonunun içerisine aktarabilirsiniz. Damıtma balonunu destek çubuğuna tutturunuz. Damıtma balonunu amyant telin üzerine bek alevini dengeli dağıtacak şekilde koyarak kıskaca bağlamalısınız, kıskacı aşırı sıkmamalısınız. Balonun yerinden oynayıp oynamadığını elinizle kontrol etmelisiniz. 14

19 Damıtma balonuna kaynama taşı koyunuz. Damıtma balonunun içerisine kaynama taşlarını yavaşça koymalısınız. Damıtma balonu çıkış borusuna soğutucu takınız. Soğutucu başlığına önce uygun çapta delikli mantar geçirmelisiniz. Balonun uzantılı bölümünü mantardan geçirereksoğutucunun içteki borusunun içerisine kadar yerleştirmelisiniz. Soğutucuya toplama başlığı takınız. Soğutucunun çıkış bölümüne toplama başlığını boşluk bırakmadan takmalısınız. 15

20 Toplama başlığını toplama kabına bağlayınız Toplama başlığını, damlayarak gelen sıvının dışarıya dökülmesini engelleyecek şekilde toplama kabına takmalısınız. Kullanılan damıtma balonu için mantar seçiniz. Damıtma balonunun başlığının çapına göre uygun bir mantar seçilmelidir. Kullanılacak termometre için mantar deliniz. Mantar delinmeden önce mantar presinde yumuşatılmalıdır. Mantar presinin bulunmadığı hallerde, mantar temiz bir kağıda sarılarak ayak altında fazla bastırılmadan yuvarlanarak ta yumuşatılabilir. Mantar önce gereken çaptan daha küçük çaptaki delici ile delinir. Mantara önce küçük çapta delik açınız. Küçük çapta deldiğiniz mantarın içerisinde ve delici setteki kalıntıları temizleyiniz. 16

21 Mantara istenilen çapta delik deliniz. Mantara istenilen çapta delik açabilmek için uygun delici set kullanınız. Mantara termometreyi yerleştiriniz. Mantar ve lastik tıpalara, termometre hafifçe bastırılarak, yavaş yavaş döndürerek takınız. Mantar ile damıtma balonunun ağzını kapatınız. Termometrenin alt uç haznesi asla cam balonun dibine değmemelidir, hazne cam balonun yan buhar çıkış borusunun karşısına gelecek şekilde termometreyi yerleştiriniz. Soğutucuya su giriş ve çıkış hortumlarını bağlayınız. Su giriş hortumunun bağlantısı alttan, su çıkışı hortumunun bağlantısını ise üstten yapınız. Bol veya dar hortumlar seçmeyiniz. Giriş ve çıkış uçlarına su sızdırmayacak hortumlar kullanınız. 17

22 Soğutucunun su giriş hortumunu çeşmeye bağlayınız. Musluğun ağız çapı ile hortumun delik çapının uygun olmasına dikkat ediniz. Soğutucuya su veriniz. Soğutucuya su verilme esnasında musluk dikkatli bir şekilde yavaşca açılmalıdır. Musluk fazla açılırsa hortumlar bağlantılarından çıkabilir.suyun akış hızı az olursa soğutma işlemi iyi gerçekleşemez ve istenilen yoğunlaşma sağlanamaz. Beki yakarak damıtma balonundaki karışımı ısıtınız. Termometreden sıcaklık takibi yapınız. Soğutucuda yoğunlaşan sıvıyı toplama kabına alınız. Bekin vanasını açmadan önce hava bileziğini kapatınız. Bek alevinin isli yanmaması gerekir. Alevin ayarını hava bileziğinden yapabilirsiniz. Isıtılan karışımın sıcaklığını sürekli olarak kontrol ediniz. Sıcaklık artışı çok hızlı olmamalıdır. Bek alevinin sıcaklığını ayarlayarakta sıvının sıcaklık artışının kontrolünü yapabilirsiniz. Her iki dakikada bir termometredeki sıcaklık değişimini kaydediniz. Sıcaklığın sabit kaldığı değer dikkatli tespit edilmelidir. Kaynama gerçekleşmeden soğutucudan gelen sıvı öncül olduğundan saf değildir istenilen sıvıya karışmaması için kaynama olayı başladığında toplama kabı değiştirilmelidir. 18

23 Damıtma balonunda kalan madde ile destilatı değerlendiriniz. Damıtma işleminin tamamlanmasından sonra toplama Kabındaki destilatı koyu renkli şişeye koymalısınız. Üzerine etiket yapıştırıp etikete destilatın adını yazmalısınız. Malzemeleri temizleyiniz. Tamamlanan damıtma işleminden sonra kullandığınız tüm malzemeleri iyice temizlemelisiniz. Temizlediğiniz cam malzemelerin hepsimi en son saf su ile durulamalısınız. Sonuçları rapor ediniz. Yaptığınız uygulama faaliyetlerinin tümünü sırası ile deney raporu defterinize yazınız. İşlem sırasında gözlemlediğiniz değişimleri belirtiniz. Raporda kullandığınız malzemelerin adlarını ve miktarlarını belirtmelisiniz. Zamanla sıcaklık değişimi grafiğini çiziniz. 19

24 UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamakları Isıtma düzeneğini kurunuz. Öneriler Isıtma düzeneği olarak bek alevi olabileceği gibi resimdeki bir ısıtıcı da kullanılır. Isıtıcıyı deney masasının uygun bir yerine yerleştiriniz. Saflaştırılacak karışımı balon içerisine alınız. Damıtılacak karışımın hacmini mezür ile ölçtükten sonra düz boyunlu ve şilifli balonun içerisine aktarınız. Balonu ısıtıcıya yerleştiriniz. Kullanacağınız balonun hacmi ısıtıcının sepet hacmine uygun olmasına dikkat ediniz. 20

25 Damıtma balonunun içerisine kaynama taşı koyunuz. Damıtma balonu ağız kısmına soğutucu takınız. Damıtma balonunun içerisine kaynama taşlarını yavaşça koymalısınız. Soğutucu başlığına önce uygun çapta delikli mantar geçirmelisiniz. Soğutucuyu damıtma balonuna bağlayınız. Kullanacağınız soğutucunun fraksiyonlu soğutucu olmasına dikkat ediniz. Kullanacağınız fraksiyonlu soğutucu ve damıtma balonunun şilifli olmasına dikkat ediniz. Soğutucuyu kıskaç ile destek çubuğuna bağlayınız.. Destilasyon başlığını soğutucuya bağlayınız. Şilifli destilasyon başlığını soğutucunun üst kısmına dikkatli bir şekilde bağlayınız. 21

26 Destilasyon başlığına düz soğutucuyu bağlayınız. Destilasyon başlığına düz soğutucuyu dikkatli bir şekilde bağlayarak destekle sabitleyiniz. Destilasyon başlığına termometreyi bağlayınız. Destilasyon başlığına termometreyi bir adaptör ya da mantar aracılığı ile bağlayınız. Termometrenin civa haznesinin, buhar geçiş kısmına denk gelmesine dikkat ediniz. Soğutucuya toplama başlığı takınız. Soğutucuya toplama başlığını dikkatlice takınız. Toplama başlığına, toplama kabını bağlayınız. Toplama başlığının ağzı şilifli olanını kullanınız. Toplama kabını, toplama başlığına bağladıktan sonra kıskaç yardımıyla destek çubuğuna sabitleyiniz. 22

27 Soğutucu su giriş ve çıkışlarına hortumları bağlayınız. Soğutucunun su giriş ve çıkışlarına hortumları su sızdırmayacak şekilde bağlamaya dikkat ediniz. Soğutucunun su giriş hortumunu çeşmeye bağlayınız. Su giriş hortumunun bağlantısı alttan yapılmalıdır, su çıkışı hortumunun bağlantısı ise üstten yapılmalıdır. Bol veya dar hortumlar seçilmemelidir. Giriş ve çıkış uçlarına su sızdırmayan hortumlar seçmeye özen gösteriniz. Musluğu açarak soğutucuya su veriniz. Isıtıcıyı açarak damıtma balonundaki karışımı ısıtınız. Termometreden sıcaklık takibi yapınız. Soğutucuya su verme sırasında musluk dikkatli bir şekilde yavaşca açılmalıdır. Isıtıcının sıcaklık ayarını birden yüksek sıcaklık değerinde açmayınız. Isıtılan karışımın sıcaklığını sürekli olarak kontrol ediniz. Sıcaklık artışı çok hızlı olmamalıdır. Bek alevinin sıcaklığını ayarlayarak ta sıvının sıcaklık artışının kontrolünü yapabilirsiniz. Her iki dakikada bir termometredeki sıcaklık değişimini kaydetmeyi unutmayınız. Sıcaklığın sabit kaldığı değeri not etmeyi unutmayınız. 23

28 Soğutucuda yoğunlaşan sıvıyı toplama kabına alınız. Damıtma balonunda kalan madde ile destilatı değerlendiriniz. Malzemeleri temizleyiniz. Sonuçları rapor ediniz. Kaynama gerçekleşmeden soğutucudan gelen sıvı öncül olduğundan saf değildir, istenilen sıvıya karışmaması için kaynama olayı başladığında toplama kabını değiştirmeyi unutmayınız. Damıtma işleminin tamamlanmasından sonra toplama kabında ki destilatı koyu renkli şişeye koymalısınız. Üzerine etiket yapıştırmalısınız. Etikete destilatın adını yazmayı unutmayınız. Tamamlanan damıtma işleminden sonra kullandığınız bütün malzemeleri iyice temizlemeyi unutmayınız. Temizlediğiniz cam malzemelerin hepsini en son olarak saf su ile durulamayı ihmal etmeyiniz. Yaptığınız uygulama faaliyetlerinin tümünü sırası ile deney raporuna yazmayı unutmayınız. İşlem sırasında gözlemlediğiniz değişimleri belirtiniz. Raporda kullandığınız malzemelerin adlarını ve miktarlarını belirtmeyi unutmayınız. Zamanla sıcaklık değişimi grafiğini yani hal değişim grafiğini çiziniz. 24

29 DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Adi damıtma düzeneğini kurarak, 50ml alkol ve 50 ml saf su karışımını damıtma işlemini gerçekleştiriniz ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı hayır olan soruları öğretmeninize danışınız. Sıra Nu: Gerekli malzemeler: 1. Amyant tel 8. Mantar delme seti 2. Üçayak 9. Termometre 3. Bek 10. Düz soğutucu 4. Destek 11. Erlen 5. Kıskaç 12. Toplama başlığı 6. Damıtma balonu 13. Kaynama taşı 7. Mantar 14. Hortum Davranışlar Evet Hayır 1 İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? 2 Kullanacağınız malzemeleri temizlediniz mi? 3 İş güvenliği tedbirlerinizi aldınız mı? 4 Isıtma düzenini kurdunuz mu? 5 Damıtma balonunu destek çubuğuna tutturdunuz mu? 6 Damıtma balonu çıkış borusuna soğutucuyu taktınız mı? 7 Soğutucuya toplama başlığı taktınız mı? 8 Termometre için mantar deldiniz mi? 9 Mantarı termometreye yerleştirdiniz mi? 10 Soğutucuya su giriş ve çıkış hortumlarnı takdıniz mı? 11 Soğutucu su giriş hortumunu çeşmeye bağladınız mı? 12 Soğutucuya su verdiniz mi? 13 Termometreden sıcaklık takibi yaptınız mı? 14 Yoğunlaşan sıvıyı toplama kabına aldınız mı? 15 Sonuçları rapor ettiniz mi? DEĞERLENDİRME Yaptığınız değerlendirme sonunda hayır şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz. Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Eksiklerinizi araştırarak ya da öğretmeninizden yardım alarak tamamlayabilirsiniz. 25

30 ÖLÇME ÖLÇME VE VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME SORULARI Aşağıdaki ilk 6 soruda boş bırakılan yerleri doldurunuz. Diğer sorularda uygun seçeneği işaretleyiniz. 1.. halde bulunan maddelerin atom ve molekülleri arasında boşluklar en fazladır. 2. Maddelerin hal değişimleri esnasında.. değişmez. 3. Katı bir maddenin ısı alarak sıvı hale geçmesine. denir. 4. Bir sıvının kaynamaya başladığı anda buhar basıncı, na eşit olur. 5. Maddelerin kaynama sıcaklıklarının birbirinden farklı olmasından yararlanılarak yapılan ayırma işlemine. denir. 6. Kaynama noktası sıcaklıkları birbirine yakın olan karışımları yöntemi ile ayırabiliriz. 7. Sıcaklık değerlerini ölçen araç aşağıdakilerden hangisidir? A) Manometre B) Termometre C)Voltmetre D)Dansimetre 8. Kış aylarında camlarda su zerreciklerinin oluşmasını aşağıdaki hangi olayla açıklayabiliriz? A) Erime B)Donma C)Kaynama D)Yoğunlaşma 9. Aşağıda erime sıcaklıkları verilen maddelerin hangisi oda sıcaklığında katıdır? A) 0 0 C B)10 O C C) 15 0 C D)30 0 C 10. Aşağıda kaynama noktaları verilen ikili karışımlardan hangisini ayrımsal damıtma yöntemi ile ayırmalıyız? A) C B) C C) C D) DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.. 26

31 ÖĞRENME FAALİYETİ-2 ÖĞRENME FAALİYETİ-2 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında kuralına uygun olarak çözünme olayındaki ısı değişimini inceleyebileceksiniz. ARAŞTIRMA Çevrenizde kullanılan ısı kaynakları nelerdir? Çevrenizde kullanılan ısı kaynaklarının hangi amaçla kullanıldığını araştırınız Sıcaklık 2. SICAKLIK VE ISI Sıcaklık kavramı bir maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama hızları ile ilgili bir büyüklüktür. Sıcaklık, maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama kinetik enerjileri ile doğru orantılıdır.iki cismin sıcaklıklarını karşılaştırmakla bu iki maddenin ortalama hızla hareket eden taneciklerinin kinetik enerjilerini kıyaslamış oluruz Uluslararası Sıcaklık Birimleri Celsius(selsiyus): Suyun donma noktasını 0 o C, kaynama noktasını100 o C ölçer. Fahrenheit(fahrenhayt): Suyun donma noktasını 32 o F, kaynama noktasını 212 o F ölçer. Reamur(Reomür): Suyun donma noktasını 0 o R, kaynama noktasını 80 o R ölçer. Kelvin: Suyun donma noktasını 273 o K, kaynama noktasını 373 o K ölçer. 27

32 Kelvin Kelvin Celcius Fahrenheit Reamur Su kaynar kaynar 373 kaynar K 100 o C 212 o F 80 o R 273 o K 0 o C 32 o F 0 o R Su donar Sıcaklık Birimlerinin Çevrilmesi Tablo 2.1: Suyun kaynama ve donma sıcaklıkları Tüm sıcaklık birimlerini aşağıdaki eşitlikten yararlanarak birbirine çevire biliriz. ο ο F 32 R ο C = = = K 273 1,8 0,8 ο Örnek: 10 o C olarak ölçülen bir sıcaklık değerini Fahrenheit ve Reamür değerlerine çeviriniz. ο C = F 32 ο 1,8 ο = F 1,8 18 = o F- 32 o F = = 50 o F ο R C = 0,8 ο ο R 10 = 0,8 o R = 10.0,8= 8 Örnek: 68 o F kaç o C yapar? ο C = F 32 ο 1,8 ο C = 1,8 28

33 2.2. Isı ο C = 20 Örnek: Sıcaklığı 50 o C olan bir cismin Kelvin cinsinden sıcaklığı nedir? ο C= ο K 273 ο K = ο C ο K = = 323 Maddelerin atom ve molekülleri sürekli hareket ederler, ısınan maddelerde taneciklerin molekül hızları artar. Böylece moleküllerin kinetik( hareket) enerjisi de artar. Isı bir maddenin bütün taneciklerinin sahip oldukları kinetik enerjilerinin toplamıdır Uluslararası Isı Birimleri Isı bir enerji türü olduğu için kullanılan birimler erg, joule, kalori, kg.m dir. En çok kullanılan ısı birimleri kalori ve joule dir. BİRİM SICAKLIK ISI CGS Celcius( o C ) Kalori SI Kelvin( o K) Joule 2.4.Isı Birimlerinin Çevrilmesi Tablo 2.2: Uluslar arası ısı birimleri 1 gram suyun sıcaklığını 1 o C arttıran ısı miktarına 1 kalori denir. 1 kilokalori = 1000 kalori 1 kalori = 4,18 joule 1 joule = 0.24 cal Örnek:Enerjisi 20 kalori olan bir cismin ısısı kaç joule dür? 1kalori 4,18joule ise 20kalori x X = 4, = 83,60 joule Örnek: Isısı 1772 joule olan bir cismin ısısı kaç kaloridir? 29

34 1kalori 4,18 joule ise X 1772 joule X = 1772/4,18 = 400 kalori 2.5 Isınma Isısı (Özısı) Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 o C arttırmak için gerekli olan ısı miktarına ısınma ısısı denir ve c ile gösterilir Isı Hesaplaması Madde Isınma ısısı(kal/g. o C) Buz 0.5 Su 1 Bakır 0,09 Alüminyum 0,22 Demir 0,11 Cıva 0,03 Cam 0,2 Tablo 2.3: Bazı maddelerin ısınma ısısı Bir maddenin sahip olduğu veya alıp verdiği ısı miktarını Q =m.c. t formülü ile hesaplayabiliriz. Q = alınan veya verilen ısı miktarı(kalori) m = maddenin kütlesi(gram) t=sıcaklık farkı(t 2- t 1 ) c= özısı ( cal/ g. o C ) Örnek: 25 gram alüminyum parçasının sıcaklığı 20 o C den 100 o C ye çıkarabilmek için kaç kalorilik ısı gerekir? (c =1) Q = m.c t m =25 t 1 = 20C t 2 = 100 o C Q = 25.1.( ) = 2000 kalori Örnek: 100 gramlık bir demir parçası 220 kalorilik bir ısı verdiğinde sıcaklığı kaç o C azalır? (c = 0,11) 30

35 Q = m.c. t 220 = ,11. t 220 = 11. t t = 220/11 = 20 o C Örnek: 0 o C deki 20 gram buzu 100 o C deki buhar haline getirebilmek için kaç kalori ısı gereklidir? Q 1 Q 2 Q 3 Çözüm: 0 o C 20 g buz 0 o C 20 g su 100 o C 20 g su 100 o C 20 g buhar Q 1= m.l e = 20.80= 1600 cal Q 3 = m.l b = = cal Q 2 = m.c. t = = 2000 cal Q TOPLAM = =14400 cal Örnek Sıcaklık( o C) Isı (cal) Yukarıdaki grafikte 10 o C deki gram buzun 80 o C deki su haline gelişi sırasında takip ettiği adımlar görülmektedir. Buna göre a- Buzun öz ısısı kaçtır? b- Buzun erime ısısı kaçtır? c- Suyun özısısı kaçtır? Çözüm: a) 10 g buz -10 o C den 0 o C ye gelinceye kadar 50 kalori almıştır. Q= 50 kalori m= 10 g t= 0 (-10) = 10 o C 31