Hal değişimi nedir? Erime buharlaşma süblimleşme

Hal değişimi bir saf maddenin bir halden başka bir hale dönüşmesidir. Bir madde ısı aldığında ya da verdiğinde maddenin ya sıcaklığı değişir ya da hal değiştirir. Maddenin hal değişimleri katı, sıvı, gaz halleri arasındaki değişimlere göre adlandırılır. Plazma hali bu konuda kapsanmıyor. Maddenin nasıl hal değiştirdiğini bu simülasyonla inceleyebilirsiniz. Erime, buharlaşma ve süblimleşme ayrıntılı açıklanacak.

Aşağıdaki tablo maddenin halleri arasındaki değişimlerin adlarını gösteriyor.

Hal	Katı	Sıvı	Gaz
Katı	–	Erime	Süblimleşme
Sıvı	Donma	–	Buharlaşma
Gaz	Kırağılaşma	Yoğunlaşma	–

Bir saf maddeye ısı verildiğinde sıcaklığının nasıl değiştiğini ve hangi sıcaklık noktalarında hal değişimi olduğunu aşağıdaki grafik gösteriyor.

Maddeye sürekli ısı veriliyor. Bu sırada şu süreçlerden geçiyor:

1. Madde önce katı haldeyken ısı verilince sıcaklığı artıyor.
2. Sonra ısı verilmeye devam edildiği halde sıcaklığı değişmiyor, eriyor.
3. Erime süreci bittikten sonra ısı verilmeye devam edildiği için madde sıvı haldeyken sıcaklığı artıyor.
4. Maddeye ısı verildiği halde sıcaklığı değişmiyor, kaynıyor.
5. Gaz haline dönüşen maddeye ısı verilmeye devam edildiği için sıcaklığı artmaya devam ediyor.

Grafikte hal değişimi mavi çizginin yatay eksene (ısı eksenine) paralel olduğu yerlerde gerçekleşiyor.

Erime ve donma nedir? Örnekler

Maddenin katı halden sıvı hale değişmesine geçmeye erime olayı ya da süreci denir. Maddenin erimesi için dışarıdan enerji alması gerekir. Saf maddelerde erime sadece belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir. Bu sıcaklığa saf maddenin erime noktası ya da erime sıcaklığı denir. Erime süreci şöyle gerçekleşir:

1. Madde katı haldeyken, tanecikler arası çekim kuvvetinden dolayı, tanecikler sıkı sıkıya birbirine bağlıdır.
2. Dışarıdan ısı verildiğinde katı maddenin tanecikleri daha hızlı titreşim hareketi yapmaya başlar, kinetik enerjileri artar.
3. Erime sıcaklığına ulaşıldığında taneciklerin enerjisi, tanecikler arası çekim kuvvetini aşmaya yeterli olur.
4. Tanecikler katı haldeki belirli yerlerinden ayrılır ve madde sıvı hale dönüşür.

Sıvı halden katı hale geçmeye donma olayı ya da süreci denir. Madde donarken çevreye enerji verir. Saf maddelerde donma sadece belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir, bu sıcaklık maddenin donma noktası ya da donma sıcaklığı olarak adlandırılır. Donma süreci şöyle gerçekleşir:

1. Sıvı haldeki maddenin tanecikleri arasında çekim kuvveti hala vardır, ama öteleme ve titreşim hareketi yapabilirler.
2. Çevreye ısı verdiği zaman sıvının taneciklerinin kinetik enerjisi azalır dolayısıyla hareketleri yavaşlar.
3. Donma sıcaklığına erişildiğinde tanecikler arası çekim kuvveti taneciklerin kinetik enerjilerini yenecek kadar güçlü olur.
4. Tanecikler belirli bir konumda sabitlenir ve sadece titreşim hareketi yapabilir hale gelir. Madde katı hale dönüşür.

Örneğin, su 0 °C’de donar, buz da 0 °C’de erir.

Buharlaşma ve yoğunlaşma nedir? Örnekler

Bir sıvının kaynamadan gaz haline geçmesine buharlaşma olayı ya da süreci denir. Buharlaşmada sıvı çevreden enerji alır. Buharlaşma her sıcaklıkta olur. Ama yüksek sıcaklıklarda sıvı daha hızlı buharlaşır. Sıvıda moleküller sürekli rastgele hareket ederler ve birbirlerine çarparlar. Sıvının yüzeyine yakın bir yerde bir molekül yeterli hıza yani kinetik enerjiye sahip olursa, sıvının yüzeyinden ayrılır. Tamamen bağımsız hareket edebilir hale gelir ve gaz haline dönüşür.

Kaynama ve buharlaşma farklı süreçlerdir.

Örneğin, kolonyayı elinize dökünce kısa bir süre içinde sıvı halden gaz haline dönüşür, yani buharlaşır. Balkona astığınız ıslak çamaşırlar da buharlaşma süreci sayesinde kurur.

Gaz halindeki bir maddenin sıvı hale dönüşmesi olayına ya da sürecine yoğunlaşma (yoğuşma) denir. Yoğunlaşmada gaz çevreye enerji verir. Gaz tanecikleri sıcaklığı düşük bir ortamla karşılaşınca çevreye enerji vererek yavaşlar ve diğer taneciklerin çekim kuvvetine karşı koyamaz hale gelir. Bu tanecikler, diğer taneciklerle birlikte bağ yaparak sıvı haline dönüşürler.

Aşağıdaki resim, içinde buzlu su olan bir bardağın dışında havadaki su buharının yoğunlaşmasını gösteriyor. Bardağın dışında su damlacıkları yoğunlaşma sürecinden dolayı oluşuyor.

Gözlüklü biri soğuk bir ortamdan sıcak bir ortama girerse gözlükleri buğulanır. Çünkü havadaki nem, yani su buharı, bulunduğu ortama göre daha soğuk olan gözlük camına değince yoğunlaşır.

Yağmurlu bir havada evinizin camına nefesinizi üflerseniz su damlacıklarının oluştuğunu görürsünüz. Bu olayın da nedeni nefesinizdeki sıcaklığı cama göre daha yüksek olan su buharının cama değince yoğunlaşıp sıvı hale geçmesidir.

Süblimleşme ve kırağılaşma nedir? Örnekler

Pek alışık olmadığımız hal değişimi durumları süblimleşme ve kırağılaşmadır. Kuru buz (katı karbon dioksit) ve naftalin gibi bazı maddeler çevreden enerji alarak doğrudan katı halden gaz haline geçebilir. Arada sıvı hale hiç geçmezler. Katıdan doğrudan gaza dönüşmeye süblimleşme olayı ya da süreci denir. Süblimleşme de her sıcaklıkta gerçekleşir. Bir katı madde süblimleşirken çevreden enerji alır.

Yukarıdaki resimde kuru buzun süblimleşmesi görülüyor. Katı karbon dioksit çevreden ısı alarak doğrudan gaz haline geçiyor.

Bazı maddeler de çevreye enerji vererek, sıvı hale hiç geçmeden, doğrudan gaz halden katı hale değişebilir. Gazdan katıya dönüşme olayına ya da sürecine kırağılaşma ya da kristalleşme denir.

Yukarıdaki resimde sıcaklığın aniden düşmesi sonucu havadaki su buharının doğrudan kristalleşmesi olan kırağılaşma görülüyor. Yaprakların ve çimenlerin üstündeki buz kristalleri kırağılaşma sonucu oluşur.

Hal değişimi ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

9.5.2.1. Saf maddelerde hâl değişimi için gerekli olan ısı miktarının bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.

• Deney veya simülasyonlardan yararlanarak değişkenler arasındaki ilişkiyi belirlemeleri sağlanır. Matematiksel model verilir. Matematiksel hesaplamalara girilmez.