9. Sınıf Sıvıların Özellikleri — Konu Anlatımı

Erzurum'da Makarna Neden Geç Pişer?

İstanbul'da makarna suyu 100 °C'de kaynar. Yaklaşık 1900 m yükseklikteki Erzurum'da ise tencere 94 °C civarında fokurdamaya başlar. Su daha erken kaynıyor ama makarna daha geç pişiyor. Çelişki gibi görünen bu durum, kaynamanın neye bağlı olduğunu anlatan en iyi örnektir.

Tablo tek bir şey söylüyor: dış basınç düştükçe kaynama noktası da düşüyor. Makarnayı pişiren şey kabarcıklar değil, suyun sıcaklığıdır. 94 °C'lik su nişastayı 100 °C'lik sudan daha yavaş yumuşatır. Bunu anlamak için önce buhar basıncını tanımak gerekiyor.

Buharlaşma ve Denge Buhar Basıncı

Sıvının yüzeyindeki moleküllerden yeterince hızlı olanlar, komşularının çekiminden kurtulup gaz fazına geçer. Buna buharlaşma denir ve her sıcaklıkta olur. Kap kapalıysa buhar birikir, bir kısmı yeniden sıvıya döner (yoğunlaşma). Bir süre sonra iki olayın hızı eşitlenir; buharın o anda uyguladığı sabit basınca denge buhar basıncı denir.

25 °C'de üç tanıdık sıvı:

Etkileşim zayıfladıkça molekülün sıvıdan kaçması kolaylaşır, buhar basıncı büyür. Buhar basıncı yüksek sıvılara uçucu denir. Kolonyayı (büyük bölümü etil alkol) elinize döktüğünüzde serinlik hissetmenizin nedeni budur: hızla buharlaşan alkol, buharlaşma için gereken ısıyı derinizden çeker. Su da aynı işi yapar ama daha yavaş.

Neyi Değiştirir, Neyi Değiştirmez?

Sınavda en çok sorulan nokta burasıdır.

Neden miktar önemli değil? Denge, birim yüzeyden kaçan ve dönen molekül sayılarının eşitlenmesidir. Yüzey iki katına çıkarsa kaçan da dönen de iki katına çıkar; oran, dolayısıyla basınç aynı kalır.

Çözümlü örnek: Aynı sıcaklıkta, biri 50 mL biri 500 mL su içeren iki kapalı kabın denge buhar basınçları nasıldır? Sıvı türü ve sıcaklık aynı olduğu için basınçlar eşittir. Büyük kap dengeye daha geç ulaşabilir ama ulaştığı değer değişmez.

Kaynamanın Tek Koşulu

Buharlaşma yüzeyde olur. Kaynama ise sıvının içinde kabarcık oluşmasıdır. Bir kabarcığın ezilmeden büyüyebilmesi için içindeki buharın basıncı, sıvının üstündeki dış basıncı karşılamalıdır:

$P_{\text{buhar}} = P_{\text{dış}}$

Su 100 °C'de kaynar, çünkü suyun buhar basıncı 100 °C'de tam 1 atm'ye (760 mmHg) ulaşır. Erzurum'da dış basınç 0,80 atm olduğu için bu değere daha düşük sıcaklıkta varılır. Düdüklü tencerede ise buhar dışarı çıkamaz, iç basınç yükselir ve suyun kaynaması için 100 °C'yi aşması gerekir. Yemek daha sıcak suda, daha kısa sürede pişer.

Kaynama sürerken sıcaklık sabit kalır. Verilen ısı moleküllerin hızını artırmaya değil, aralarındaki çekimi koparmaya gider. Ocağın altını açmak suyu daha sıcak yapmaz, yalnız daha hızlı buharlaştırır.

Mini soru: Makarna suyuna tuz atmak suyu daha çabuk kaynatır mı?

Hayır, tersine. Suda çözünen tuz uçucu değildir; yüzeydeki su moleküllerinin bir kısmının yerini alır ve buhar basıncını düşürür. Aynı dış basınca ulaşmak için daha yüksek sıcaklık gerekir, kaynama noktası yükselir. Ama etki çok küçüktür: 1 L suya atılan 10 g tuz kaynama noktasını yalnızca yaklaşık 0,2 °C yükseltir. Tuz lezzet içindir, hız için değil.

Viskozite: Akmaya Direnç

Bal kaşıktan ağır ağır, su hızla akar. Bir sıvının akmaya gösterdiği dirence viskozite denir. Akmak, moleküllerin birbirinin üzerinden kayması demektir; onları tutan çekim ne kadar güçlüyse kayma o kadar zordur. 20 °C'de gliserinin viskozitesi suyunkinin yaklaşık 1400 katıdır: gliserin molekülünde üç O–H grubu vardır ve her biri komşularıyla hidrojen bağı kurar. Uzun zincirli moleküller de birbirine dolanarak viskoziteyi artırır; zeytinyağının sudan koyu olmasının nedeni budur.

Sıcaklık artınca sıvının viskozitesi azalır. Hızlanan moleküller çekimi daha kolay yener. Kavanozdaki donmuş bal, sıcak suya konunca akmaya başlar. Motor yağlarının kış ve yaz için ayrı sınıflarla etiketlenmesi de bu yüzdendir: soğukta fazla koyulaşan yağ motor parçalarına geç ulaşır.

Burada sık bir karışıklık var: viskoziteyi yoğunlukla aynı şey sanmak. Zeytinyağının yoğunluğu yaklaşık 0,92 g/cm³'tür, sudan hafiftir ve suyun üstünde yüzer; ama sudan çok daha yavaş akar. Yoğunluk birim hacimdeki kütleyi, viskozite ise moleküllerin birbirinin üzerinden kaymaya ne kadar direndiğini anlatır.

En Çok Karıştırılan Dört Nokta

1. Buhar basıncını sıvı miktarına bağlamak. Buhar basıncını yalnız sıvının türü ve sıcaklık belirler.

2. Buharlaşma hızıyla buhar basıncını karıştırmak. Geniş yüzey hızı artırır, denge değerini değiştirmez.

3. Yüksek rakımda suyun geç kaynadığını sanmak. Su erken kaynar, ama daha düşük sıcaklıkta; yemek bu yüzden geç pişer.

4. Kaynarken sıcaklığın artmaya devam ettiğini sanmak. Saf sıvıda kaynama boyunca sıcaklık sabittir.

Sınav ipucu: Buhar basıncı-sıcaklık grafiklerinde yatay 1 atm çizgisini çizin. Eğrinin bu çizgiyi kestiği sıcaklık o sıvının normal kaynama noktasıdır; çizgiyi daha düşük sıcaklıkta kesen sıvı daha uçucudur.

Sık sorulanlar