[Constantin]

2. Safsızlığın Erime ve Donmaya Etkisi
Saf bir maddenin içine başka bir madde karıştırılırsa, maddenin saflığı bozulur. Saf olmayan bu karışımın, saf maddeye göre erime ve donma sıcaklığı değişir.

Arabaların soğutucu suyunun içine antifriz denen maddenin karıştırılması suyun donma noktasını – 20 °C, – 25 °C gibi sıcaklıklara indirmektedir.

Kışın hava sıcaklığının 0 °C nin altında olduğu durumlarda, yollardaki buzu eritmek için, tuz dökülür. Tuz, buzun erime noktasını düşürür ve (–) değerli sıcaklıklarda da buz eriyebilir.

KAYNAMA, BUHARLAŞMA ve SÜBLİMLEŞME
Buharlaşma
Sıvı bir maddenin ısı olarak gaz haline geçmesi olayına buharlaşma denir. Buharlaşma olayı sıvı yüzeyinde olur. Isı alan sıvı moleküllerinden bazıları sıvı yüzeyinde, moleküller arası çekim kuvvetini ve sıvının yüzey gerilimini yenerek gaz fazına geçer.
Buharlaşmaya basınç ve diğer fiziksel şartların etkisi çoktur.
* Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.
* Maddeler dışarıdan ısı alarak buharlaşırlar. Dolayısıyla buharlaşmanın olduğu yerde serinleme olur.
* Sıcaklığın artması buharlaşmayı hızlandırır.
* Açık hava basıncının azalması buharlaşmayı artırır.
* Sıvının açık yüzey alanı arttıkça buharlaşma daha fazla olur.
* Rüzgarlı havada buharlaşma fazla olduğundan çamaşırlar daha çabuk kurur.
Kaynama
Bir kapta bulunan sıvı ısıtılırsa sıcaklığı yükselir ve buharlaşma artar. Sıvının sıcaklığının yükselmesiyle meydana gelen buhar basıncı, sıvının yüzeyine etki eden basınca eşit olduğu an, sıvı kaynamaya başlar. Kaynama sırasında sıvının sıcaklığı değişmez.
Kaynama Sıcaklığı
Sabit atmosfer basıncı altında bütün sıvı maddelerin, sıvı halden gaz hale geçtiği sabit bir sıcaklık değeri vardır. Bu sıcaklık değerine kaynama noktası denir. Kaynama sıcaklığı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
Buharlaşma Isısı
Kaynama noktasına gelmiş 1 gram sıvı maddenin tamamının aynı sıcaklıkta gaz haline gelmesi için verilmesi gereken ısıya buharlaşma ısısı denir. Buharlaşma ısısı Lb ile gösterilir. Kaynama sıcaklığındaki m gramlık maddeyi gaz haline getirmek için verilmesi gereken ısı miktarı Q=m.Lb bağıntısı ile bulunur. Suyun buharlaşma ısısı Lb = 540 cal/g dır. Buharlaşma ısısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Gaz halindeki bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçmesine yoğunlaşma denir. Erime ve donmada olduğu gibi, yoğunlaşma da, kaynamanın tersidir. Dolayısıyla bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma sıcaklığı eşittir. Buharlaşma ısısı ile yoğunlaşma ısısı da eşittir.

* Kaynama ve yoğunlaşma anında maddenin sıcaklığı değişmez.
* Bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma ısısı eşittir
* Bir maddenin buharlaşma ısısı ile yoğunlaşma ısısı eşittir.
* Kaynama sıcaklığı ile buharlaşma ısıs ayırt edici özelliklerdendir.

Süblimleşme
Bazı katı maddeler ısıtılınca sıvı hâle geçmeden doğrudan gaz hâle geçerler. Bu olaya süblimleşme denir. Naftalin, ernet ve bazı koku yayan maddelerin zamanla azaldığı görülür. Fakat hiç sıvılaştığı görülmez. Bu tür maddelerde süblimleşme olur.

Kaynama ve Yoğunlaşmaya Etki Eden Faktörler
Yine erime ve donmada olduğu gibi, kaynama ve yoğunlaşmaya etki eden faktörler vardır. Basınç ve maddenin saflığının değiştirilmesi, kaynama sıcaklığını etkiler.

Kaynama olayının gerçekleşmesi için, buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olması gerekir. Atmosfer basıncı artarsa, ağzı açık kaptaki sıvının kaynaması zorlaşır. Atmosfer basıncının azalması ise kaynamayı kolaylaştırır. Dolayısıyla sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar.

Deniz düzeyinde 100 °C de kaynayan saf su, Ankara’da 96 °C de, Erzurum’da ise 94 °C de kaynar.

Düdüklü tencerede basıncın artmasıyla sıvının kaynama sıcaklığı artırılır, dolayısıyla yemekler daha çabuk pişer.

Saf sıvı içine karıştırılan farklı maddeler sıvının saflığını bozar. Saflığı bozulan sıvının kaynama noktası değişir. Örneğin suyun içine tuz karıştırılırsa, kaynama noktası yükselir

Suyun Hal Değişim Grafiği
Bir parça buz ısıtıldığında önce sıcaklığı artar. Erime sıcaklığına geldiğinde hal değiştirmeye başlar ve buzun tamamı eriyinceye kadar sıcaklığı değişmez. Isı enerjisi verilmeye devam edildiğinde, suyun sıcaklığı artar ve 100 °C de kaynamaya başlar. Sıvının tamamı bitinceye kadar sıcaklık değişmez. Bu açıklamaya göre buzun sıcaklık-aldığı ısı enerjisi grafiği şekildeki gibi olur.

Buzun erime ısısı Le = 80 cal/g, buharlaşma ısısı Lb = 540 cal/g dır. Dolayısıyla 0 °C deki 1 gram buzu eritmek için 80 calorilik ısı gerekirken, 100 °C deki 1 gram suyu gaz haline geçirmek için 540 calori gerekir. Bundan dolayı ?Q1 < ?Q2 dir.

Madde ısı hızı sabit olan ocakla ısıtılıyorsa, ısı ekseni yerine zaman ekseni alınabilir.

GENLEŞME
Isı alan cisimlerin moleküllerinin hareketi artar. Bu da moleküller arası uzaklığın artmasına neden olur. Bunun sonucunda da cismin hacmi artar yani genleşir.

Isıtılan cisimlerin hacminde meydana gelen artışa genleşme, azalmaya ise büzülme denir. Genleşme ve büzülmelerin sonucunda elektrik tellerinin yazın sarkık, kışın ise gergin durduğu görülür. Tren raylarının birleşme yerlerinde genleşmeden dolayı boşluk bırakılır.

Katılarda Genleşme
Katı madde, çubuk şeklinde ise boyca uzama, levha şeklinde ise yüzeyce genleşme, küre ve silindir gibi cisimlerde ise hacimce genleşme olarak incelenir.
Boyca Uzama
Katı bir çubuk, ısıtılıp sıcaklığı artırıldığında boyunun uzadığı gözlenir. Boyu uzayan bir çubuğun genişliği de artar. Fakat boyundaki artışın yanında genişliğindeki artış ihmal edilecek kadar küçüktür. Bundan dolayı metalin tek boyutta genleştiği kabul edilir ve buna boyca uzama denir.

İlk boyu l0 olan bir çubuğun sıcaklığı ?T kadar artırılırsa, boyundaki ?l uzama miktarı,
?t=l0.a. ?T bağıntısı ile hesaplanır. Buradaki a katsayısı, maddenin cinsine bağlı olup boyca uzama katsayısı olarak ifade edilir.

Birim uzunluktaki bir çubuğun sıcaklığı 1 °C artırıldığında boyundaki uzama miktarı boyca uzama katsayısına eşittir.

* Uzama katsayısı katı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
* Çubuk şeklindeki maddelerin boyca uzaması kesit alanına bağlı değildir.Aynı maddeden yapılmış, ilk boyları eeşit olan çubukların sıcaklıkları eşit oalrak artırılırsa ,kalın olan çubukla ince olan çubuğun boyları eşit miktarda artar.
* Genleşmenin terzi büzülmedir. Bir çubuk sıcaklığı artırıldığında ne kadar uzuyorsa, ilk duruma göre sıcaklığı eşit miktar azaltılırsa , eşit miktar kısalır.
* a uzama katsayısı büyük olan çubuk, ısıtıldığında fazla uzar soğutulduğunda ise fazla kısalır.

İlk boyları eşit olan X ve Y metal çubuklarından X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olsun (aX > aY).d
Bu çubukların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, X in boyu daha fazla uzar. Eğer sıcaklıkları eşit miktar azaltılırsa X in boyu daha fazla kısalır.

Fakat bu çubuklar birbirinden ayrılmayacak şekilde perçinlenmiş iseler, ısıtıldıklarında ya da soğutulduklarında bükülme meydana gelir.

X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olduğundan, ısıtılma sonucu X çubuğu daha fazla uzayacağı için Y nin üzerine doğru bükülür. Soğutulma sonucunda ise X daha fazla kısalacağı için Y çubuğu X in üzerine doğru bükülür.

Yüzeyce Genleşme
İnce levha şeklindeki katı maddelerin kalınlığındaki genleşme, yüzeyindeki genleşmenin yanında çok küçük kaldığı için dikkate alınmaz. Dolayısıyla böyle bir levhadaki genleşmeye yüzeyce genleşme denir.
Yüzey alanı S0 olan ince metal bir levha ısıtıldığında yüzey alanı artar. Yüzey alanındaki ?S artış miktarı
?S=So.2a. ?T
bağıntısı ile hesaplanır. İki boyutta genleşme olduğu için a uzama katsayısı 2a olarak alınmıştır. Benzer şekilde soğutulan levhanın yüzey alanındaki azalma da aynı bağıntı ile hesaplanır.

Şekildeki levhanın içinden r yarıçaplı bir parça çıkarılıp atılıyor.
a. Levha ısıtıldığında genleşme olur. Genleşme sonucu levhanın yüzey alanı artar. İçteki boşluğun alanı da artar. Yani r yarıçapı büyür. Isıtılan bu levha içe doğru genleşmez hep dışa doğru genleşir. Fotokopik büyütme gibi olur. Dolayısıyla a, b ve r uzunluklarından üçüde artar.
b. Levha soğutulduğunda, levhanın yüzey alanı azalır. Dolayısıyla a, b ve r uzunlukları küçülür. Yine fotokopik küçülmeye benzetebiliriz.