ÖĞRENME ALANI : MADDE VE DEĞĐŞĐM ÜNĐTE 5 : MADDENĐN HALLERĐ VE ISI G- ISINMA SOĞUMA EĞRĐLERĐ (2 SAAT) 1- Suyun Isınma (Buzun Hal Değişim) Grafiği (Buzun Su Buharı Haline Geçmesi) 2- Suyun Soğuma (Su Buharının Hal Değişim) Grafiği (Su Buharının Buz Haline Geçmesi) 3- Herhangi Bir Maddenin Hal Değişim Grafiği 1
G- ISINMA SOĞUMA EĞRĐLERĐ : 1- Suyun Isınma (Buzun Hal Değişim) Grafiği (Buzun Su Buharı Haline Geçmesi) : Buz, 0 0 C de erir, su 100 0 C de kaynar. t 1 0 C sıcaklığındaki buzun + t 2 0 C sıcaklığında su buharı haline dönüşebilmesi için ısı enerjisi verilir. Verilen ısı enerjisi; t 1 0 C de ki buzun, erime sıcaklığına (0 0 C ye) kadar sıcaklığının artmasını sağlar. (A B aralığı, madde buz halinde). Q 1 Buzun sıcaklığını 0 0 C ye çıkarmak için gerekli ısı. Q 1 = m. c buz. t = m. c buz. (0 ( t 1 )) Erime sıcaklığındaki (0 0 C de ki) buzun eriyerek (hal değiştirerek) aynı sıcaklıkta (0 0 C de) su haline dönüşmesini sağlar. (B C aralığı, madde B de buz, C de su). Q 2 0 0 C de ki buzu eritmek için gerekli ısı. Q 2 = m. L e 0 0 C de ki suyun, kaynama sıcaklığına (100 0 C ye) kadar sıcaklığının artmasını sağlar. (C D aralığı, madde su halinde). Q 3 0 0 C de ki suyun sıcaklığını 100 0 C ye çıkarmak için gerekli ısı. Q 3 = m. c su. t = m. c su. (100 0) Kaynama sıcaklığındaki (100 0 C de ki) suyun buharlaşarak (hal değiştirerek) aynı sıcaklıkta (100 0 C de) su buharı haline dönüşmesini sağlar. (D E aralığı, madde D de su, E de su buharı). Q 4 100 0 C de ki suyu kaynatmak için gerekli ısı. Q 4 = m. L k 100 0 C de ki su buharının sıcaklığının +t 2 0 C ye kadar artmasını sağlar. (E F aralığı, madde su buharı halinde). Q 5 100 0 C de ki su buharının sıcaklığını arttırmak için gerekli ısı. Q 5 = m. c buhar. t = m. c buhar. (t 2 100) t 1 0 C sıcaklığındaki buzun + t 2 0 C sıcaklığında su buharı haline dönüşebilmesi için dışarıdan alınması gereken toplam ısı enerjisi miktarı, harcanan bütün ısı enerjilerinin toplamına eşittir. Q T Toplam Isı Enerjisi Q T = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 Q T = (+) Isı alınıyor. Hal değişimi sırasında sıcaklık değişmez ve madde her iki halde de bulunabilir. (B C, D E aralıkları) 2
t ( 0 C) (Sıcaklık) +t 2 0 C 100 0 C Buhar Su+Buhar D E F Su 0 0 C t 1 0 C A Buz B t 1 (Q 1) Buz+Su C Erime t 2 (Q 2) t 3 (Q 3) Kaynama t 4 (Q 4) t 5 (Q 5) Zaman Veya Q (cal) Cismin Aldığı Isı Enerjisi 2- Suyun Soğuma (Su Buharının Hal Değişim) Grafiği (Su Buharının Buz Haline Geçmesi) : Su buharı, 100 0 C de yoğunlaşır, su 0 0 C de donar. + t 2 0 C sıcaklığındaki su buharının t 1 0 C sıcaklığında buz haline dönüşebilmesi için ısı enerjisi kaybetmesi gerekir. Kaybedilen ısı enerjisi; +t 2 0 C de ki su buharının, yoğunlaşma sıcaklığına (100 0 C ye) kadar sıcaklığının azalmasını sağlar. (F E aralığı, madde su buharı halinde). Q 1 Su buharının sıcaklığını 100 0 C ye düşürmek için verilen ısı. Q 1 = m. c buhar. t = m. c buz. (100 t 2 ) Yoğunlaşma sıcaklığındaki (100 0 C de ki) su buharının yoğunlaşarak (hal değiştirerek) aynı sıcaklıkta (100 0 C de) su haline dönüşmesini sağlar. (E D aralığı, madde E de su buharı, D de su). Q 2 100 0 C de ki su buharını yoğunlaştırmak için verilen ısı. Q 2 = m. L y 100 0 C de ki suyun, donma sıcaklığına (0 0 C ye) kadar sıcaklığının azalmasını sağlar. (D C aralığı, madde su halinde). Q 3 100 0 C de ki suyun sıcaklığını 0 0 C ye düşürmek için verilen ısı. Q 3 = m. c su. t = m. c su. (0 100) Donma sıcaklığındaki (0 0 C de ki) suyun donarak (hal değiştirerek) aynı sıcaklıkta (0 0 C de) buz haline dönüşmesini sağlar. (C B aralığı, madde C de su, B de buz). Q 4 0 0 C de ki suyun donması için verilen ısı. Q 4 = m. L d 3
0 0 C de ki buzun sıcaklığının t 1 0 C ye kadar azalmasını sağlar. (B A aralığı, madde buz halinde). Q 5 0 0 C de ki buzun sıcaklığını düşürmek için verilen ısı. Q 5 = m. c buz. t = m. c buhar. ( t 1 0) + t 2 0 C sıcaklığındaki su buharının t 1 0 C sıcaklığında buz haline dönüşebilmesi için dışarıya verilmesi gereken toplam ısı enerjisi miktarı, verilen bütün ısı enerjilerinin toplamına eşittir. Q T Toplam Isı Enerjisi Q T = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 Q T = ( ) Isı veriliyor. Hal değişimi sırasında sıcaklık değişmez ve madde her iki halde de bulunabilir. (C B, E D aralıkları) t ( 0 C) (Sıcaklık) +t 2 0 C 100 0 C F Buhar E Buhar+Su D Su 0 0 C t 1 0 C t 1 (Q 1) Yoğunlaşma t 2 (Q 2) C Su+Buz B t 3 (Q 3) Donma t 4 (Q 4) Buz (Q 5) t 5 A Zaman Veya Q (cal) Cismin Verdiği Isı Enerjisi NOT : 1- Madde miktarı ve ısı kaynağının gücü taneciklerin düzenini, erime, kaynama, donma ve yoğunlaşma sıcaklıklarını ve ısılarını değiştirmez. Sadece erime, kaynama, donma ve yoğunlaşma sürelerini değiştirir. 2- Buzun erime ısısı, suyun kaynama ısısından küçük olduğu için erime süresi, kaynama süresinden daha azdır. 3-76 cm Hg basınçta ve deniz seviyesinde buzun erime sıcaklığı 0 0 C, suyun kaynama sıcaklığı 100 0 C dir. 4- Madde miktarı ve ısı kaynağının gücü değiştiğinde, maddenin sıcaklık ve hal değişim süreleri değişir. Bu nedenle de çizilen grafiklerin eğimi değişir. 4
3- Herhangi Bir Maddenin Hal Değişim Grafiği : t ( 0 C) (Sıcaklık) t 4 0 C t 3 0 C Gaz Sıvı+Gaz D E F Sıvı t 2 0 C Katı Katı+Sıvı B C t 1 0 C A t 1 (Q 1) Erime t 2 (Q 2) t 3 (Q 3) Kaynama t 4 (Q 4) t 5 (Q 5) Zaman (t) Veya Q (cal) Cismin Aldığı Isı Enerjisi NOT : 1- Hal değişimi için gerekli ısı enerjisi, sıcaklık değişimi için gerekli ısı enerjisinden daha fazladır. Grafiklere göre; Isınma Grafiklerinde ; Q 1 Katı maddeyi erime sıcaklığına çıkarmak için gerekli ısı. Q 2 Katı maddeyi eritmek için gerekli ısı. Q 3 Sıvı maddeyi kaynama sıcaklığına çıkarmak için gerekli ısı. Q 4 Sıvı maddeyi gaz haline geçirmek için gerekli ısı. Q 5 Gaz haldeki maddenin sıcaklığını arttırmak için gerekli ısı. Q 4 > Q 3 Q 4 > Q 2 Soğuma Grafiğinde ; Q 1 Gaz haldeki maddeyi donma sıcaklığına düşürmek için verilen ısı. Q 2 Gaz haldeki maddeyi yoğunlaştırmak için verilen ısı. Q 3 Sıvı maddeyi donma sıcaklığına kadar soğutmak için verilen ısı. Q 4 Sıvı maddeyi katı haline geçirmek için verilen ısı. Q 5 Katı maddenin sıcaklığını düşürmek için verilen ısı. Q 2 > Q 3 Q 2 > Q 4 2- Su soğudukça hacmi artar ve yoğunluğu azalır. Yoğunluğu azalan soğuk su, sıcak suyun üstüne çıkar ve bu nedenle su üstten donmuş olur. 5
ÖRNEKLER : 1-0 0 C sıcaklıktaki 10 gram buzun, 15 0 C sıcaklıkta 10 gram su haline dönüşebilmesi için kaç kilo kalorilik (kcal lik) ısı enerjisi gerekir? (c su = 1 cal/gr. 0 C, L e = 80 cal/gr) 2-10 0 C deki 15 gram buzdan 50 0 C de 15 gram su elde etmek için kaç kilo kalorilik (kcal lik) ısı enerjisi gerekir? (c buz = 0,5 cal/gr. 0 C, L e = 80 cal/gr, c su = 1 cal/gr. 0 C) 3-20 0 C deki 50 gram buzdan, 110 0 C de 50 gram su buharı elde etmek için kaç kilo kalorilik (kcal lik) ısı enerjisi gerekir? (c buz = 0,5 cal/gr. 0 C, L e = 80 cal/gr, c su = 1 cal/gr. 0 C) 4- Verilen A, B, C, D, E saf maddelerinin erime ve kaynama sıcaklıklarına göre bu maddelerin ısınma ve soğuma grafiklerini çizin. Madde Erime Sıcaklığı ( 0 C) Kaynama Sıcaklığı ( 0 C) Đlk Sıcaklık ( 0 C) A 0 100 20 B 40 20 45 C 20 120 0 D 0 80 50 E 120 700 500 6