Maddenin Fiziksel Değişimleri


FİZİKSEL VE KİMYASAL DEĞİŞMELER



fiziksel değişimler

Maddedeki fiziksel değişiklikler maddenin atomik veya moleküler yapısı bozulmadan, maddenin fazları arasında oluşan değişikliklerdir. Bu değişiklikleri açıklamak için önce maddenin fazlarını inceleyelim.

Maddeler evrende dört temel fazda bulunurlar; bunlar katı, sıvı, gaz ve plazma* fazlarıdır. Maddeler sıcaklık ve / veya basınç gibi etkilerle bu fazlardan birisinden diğerine geçiş yapabilirler. Kuvvet etkisi ile şekillerini değiştirebilirler. Bu geçişler ve değişimler (plazma hariç)* maddenin kimyasal yapısını etkilemediği için fiziksel değişimler olarak adlandırılır. Maddenin bir ortamda hangi fazında bulunacağı maddenin cinsine, ortamın sıcaklığına ve basıncına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça maddenin enerjisi artar ve katı fazdan sıra ile sıvı, gaz, ve plazma fazına geçer. Soğuma ve basınç ise bu duruma ters orantıyla etki eder.

*
Fiziksel değişimler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir, sıcaklıklar söz konusu maddenin faz değiştirdiği sıcaklıklar değil, belirtilen fazını koruduğu bilinen sıcaklıklardır.

Maddenin Fazı
Yapısı
Şekli
Faz Değişimleri
Dönüşebileceği fazlar
Örnek Bileşik
Örnek Element
Katı
Sert
Sabit
Erime, süblimleşme
Sıvı, gaz
Buz (-5C0)
Demir (21C0)
Sıvı
Akışkan
Kabının şeklini alır
Donma, kaynama
Katı, gaz
Su (20C0)
Sıvı Demir
(2500C0)
Gaz
Akışkan
Ortamın şeklini alır
Yoğunlaşma, plazma
Sıvı, plazma
Su buharı (110C0)

Gaz Demir
(5500C0)
Plazma
Akışkan
Şekli yok
Yok
Faz değiştirmez
plazma
(24 x 106 C0)
plazma
(24 x 106 C0)
Fiziksel değişimler tablosu - Katı, sıvı ve gaz halindeki maddeler, kendi aralarında aşağıdaki gibi fiziksel değişimlere uğrayabilirler.

Katı maddeler sert yapıda olup ve belirgin-sabit bir şekle sahiptirler. Atomları / molekülleri hareket etmez. Katı bir maddenin kuvvet etkisi ile şekli değiştirilebilir (örneğin, bir demirin bükülmesi gibi) Katılar sıcaklık etkisinde eriyerek sıvılara dönüşürler. Ayrıca bazı katılar süblimleşme ile kendiliğinden katı halden gaz hale geçebilirler. (örneğin naftalin). Bu değişimler fiziksel birer değişimdir ve katının atomik / moleküler yapısını etkilemez.

ÖRNEK: Bir element olan sodyumun bir bıçaktan gelen kuvvet etkisi ile bükülmesi yada kesilmesi onun kimyasal yapısını, yani Na atomlarını değiştirmez, sadece katının şekli değişir ve bu değişim geri çevrilebilir.
Na düz çubuk + Kuvvet = Na yamuk/kesik çubuk

Sıvı maddeler sabit bir hacme sahip olmakla birlikte (sabit hacimlarinden dolayı sıvılar sıkıştırılamaz – bu prensipten yararlanılarak su kaldıracı yapılır) belirgin bir şekilleri yoktur, bulundukları kabın şeklini alırlar. Atomları yada molekülleri birbirleri üstünde kayar. Sıvılar donarak katı, kaynayarak gaz haline dönüşürler. Bu değişimler de fiziksel birer değişimdir. ÖRNEK: Bir bileşik olan suyun sıcaklık etkisi ile kaynaması, erimesi, donması suyun kimyasal yapısı olan H2O molekülünü değiştirmez, sadece suyun şekli değişir ve bu değişim geri çevrilebilir.

H2Okatı (erime) → H2Osıvı (kaynama) → H2Ogaz
H2Okatı (donma) ← H2Osıvı (yoğunlaşma) ← H2Ogaz

Suyun faz değişimi ile ilgili örnek deney; suyun distilasyonu.


Yukarıda görülen deneyde suya ait tüm fiziksel değişimlerdeki ortak yan, suyun maddesel, yani moleküler yapısında bir değişiklik olmadan gerçekleşmeleridir. Reaksiyonun giren ve çıkan maddeleri yine sudur. Özetle, fiziksel değişim sonucu ortaya yeni bir madde çıkmaz.


Gaz maddeler sabit bir hacme sahip değildir ve belirgin bir şekilleri yoktur, bulundukları kabın/ortamın şeklini alırlar. Atomları / molekülleri birbirinden uzaktır ve sürekli bulundukları kabın yüzeyleri ile çarpışarak basınç oluştururlar. Gazlar soğutulursa yoğunlaşarak sıvı haline dönüşürler. Gazlar basınç / kuvvet etkisi ile sıkıştırılabilirler, bu nedenle hacimleri değişkendir.


Gazlar yeterince sıkıştırılırlarsa, atomları birbirine yakınlaşır ve çarpışmaları azalır – böylece yoğunlukları artarak sıvılaşırlar. Gazlardaki bu değişimler de fiziksel birer değişimdir. Gazın atomik yapısı değişmeden kalır.

kimyasal değişimler

Bütün maddeler kendilerini oluşturan yapıtaşları olan atomların çeşitli kombinasyonlarla birleşmesi sonucu oluşmuştur. Tek tip atomlardan oluşan maddeler element, çok sayıda atomun oluşturduğu gruplardan (molekül) oluşan maddelere bileşik denir. Kimyasal değişim, bir maddenin atomik diziliminde, moleküler yapısında meydana gelen, bir maddeden başka özellikte bir madde oluşturan değişimlere denir.

Maddenin kimyasal değişimleri, kimyasal tepkimeler olarak da bilinir.

ÖRNEK – Sofra tuzu (NaCl) iki atomdan oluşan kimyasal bir bileşiktir. Sodyum (Na) yumuşak bir metal, klor (Cl) ise sarı renklı bir gazdır. Bu iki element bir araya getirilip tepkimeye sokulursa kimyasal değişime uğrarlar ve ortaya sofra tuzu (NaCl) çıkar. Ortaya çıkan bu ürün, tepkimeye giren her iki maddeden de farklıdır.


Örnek deney; sodyumun klor ile tepkimesi sonucu sofra tuzu oluşur. Bu olay maddenin kimyasal değişimine bir örnektir.
Tıpkı fiziksel değişimlerde olduğu gibi, kimyasal değişimler de bir enerji etkisinde oluşur. Bu enerji ısı, basınç ya da radyoaktivite olabilir. Aradaki fark, kimyasal değişimlerde enerjinin sadece tepkimeyi başlatmak için gereksinimi varken, fiziksel değişimin devamı için enerji sürekli olmalıdır.

Örnek – Su elde etmek için buzu eritmek için sürekli ısıtmak gerekirken, Su elde etmek için hidrojen – oksijen karışımını tepkimeye sokmaya bir kıvılcım yeterlidir. Bunun sebebi, hidrojen ve oksijenin su (H20) olarak birleşmiş halinin kimyasal enerjisinin, iki ayrı gaz iken sahip olduğu enerjiden az olmasıdır. Kimyasal tepkimeler sonucunda ortaya enerji çıkar.

NOT: Yukarıdaki açıklama ısı veren (egzotermik) kimyasal değişimler için geçerlidir. Isı veren kimyasal değişimler küçük bir enerji ile başlatılıp kendiliğinden devam edebilirler. ISI yada ENERJI ALAN (endotermik) kimyasal değişimler de vardır – örneğin suyu tekrardan gaz haline ayrıştırmak sürekli enerji verilmesi gereken bir kimyasal değişimdir.

Kimyasal değişimler geri çevrilebilir.
2H + O → H2O + enerji (ısı)
H2O + enerji (elektrik) → 2H + O

Kimyasal değişimlerde bir bileşikten başka bir bileşik ya da elementler elde edilir. Elementler korunumludur - elementlerden yeni elementler elde edilemez.


Örnek deney; Potasyum Klorat ve Mangan Dioksit karışımının oksijen veren tepkimesi ısı alan bir tepkimedir – karışım ısıtıldığı zaman oksijen gazı elde edilir.

Kimyasal değişimlerde maddenin moleküler yapısı yada atomik dizilimi değişirken, atomların iç yapıları ve kütlesi değişmeden kalır. (Kütle korunumu). Yukarıdakı tepkimeye giren oksijenli bileşiklerdeki oksijen atomları tepkime sonucunda atomun içinde yapısal değişime uğramadan oksijen olarak tepkimeden çıkarlar. Ayrıca tepkimeye giren bileşiklerdeki oksijen miktarı, çıkan oksijen gazı ve oluşan sudaki oksijen miktarına eşittir.