Buz - Su - Buhar

Suyu neden katı, sıvı ve gaz halinde görürüz? Maddelerin üç hali (katı, sıvı, gaz) nelerdir? Su neden kolayca bu haller arasında geçiş yapar? Erime, kaynama, buharlaşma gibi durum değiştirme terimleri ne anlama gelir? Molekül hareketlerinin maddenin hallerini nasıl belirlediği ve suyun donarken genleşmesinin (buzun yüzmesi) dünya hayatındaki önemi.

Suyu bir çeşmeden veya bir ırmağın yatağında akarken görürüz. Buzdolabının buzluğunda bulunan, yüksek dağların tepelerini kaplayan buzlar aslında sudur. Ateş üstüne konan tencereden çıkan, havadaki bulutları meydana getiren buhar da sudur. Su bir «sıvı»dır, buz «katı»dır, su buharı ise bir «gaz»dır. Tabiatta maddeler genellikle «katı» (mermer, tahta, taş vb.), «sıvı» (su, şarap, zeytinyağı vb.) ve «gaz» (hava, buhar gibi) olmak üzere üç değişik durumda bulunurlar. Bazı maddeler çeşitli ortamda biçim değiştirirler. Örnek olarak: su soğukta donar, buz durumunu alır, ısıtılınca da buharlaşır. Bundan dolayı su, öteki maddelerden daha kolaylıkla bir durumdan ötekine geçebilir.

Bütün maddeler “molekül” diye adlandırılan çok küçük parçacıklardan meydana gelmiştir. Bu parçacıklar sürekli olarak ve büyük bir hızla hareket eder. Moleküllerin diğer bir özelliği de birbirlerini mıknatıs gibi çekmesidir.

MADDELERİN DURUM DEĞİŞTİRMESİNİ ANLATAN DEYİMLER SÖZLÜĞÜ:

• ERGİME: Ateşin etkisiyle bir maddenin katı durumdan sıvı durumuna geçmesidir.
• KATILAŞMA: Soğutma yoluyla bir maddenin sıvı durumdan katı duruma geçmesidir.
• BUHARLAŞMA: Bir sıvının gaz durumuna gelmesidir. Buharlaşma sıvının yüzeyinde olur (deniz ve nehir sularının buharlaşması). Buharlaşma bütün suyun yüzeyinde olunca KAYNAMA olur (100 derece ısıda suyun kaynaması).
• UÇMA: Katı bir maddenin gaz durumuna gelmesidir.
• SIKIŞTIRILMA: Gazın buhar durumundan sıvı duruma geçmesidir.

Su kaynatılıp buharları bir soğutucu içinde toplanırsa kimya bakımından katıksız bir madde (“arı su”) elde edilir; bu işe DAMITMA denir.

Maddelere bakarken, moleküllerin hayret edilecek derecede küçük olmaları yüzünden her şeyin farkına varamamaktayız. Çok kalabalık ama insanların hareket edebilecekleri bir stadyum düşünelim. Stadyumu uçakla çok yüksekten seyredecek olursak onu koyu tek bir leke gibi görürüz; ne oradaki insanları ne de hareketlerini seçemeyiz. Bir cisme baktığımızda da aynı durumla karşılaşırız; onu meydana getiren moleküller arasındaki boşluklar öyle küçüktür ki cisim bize tek parça olarak görünür.

MADDE: Uzayda bir yer işgal eden ve ağırlığı bulunan her şeye “MADDE” denir; kurşun, kükürt, toprak, su ve bazıları gibi.

CİSİM: MADDE’nin biçim almış durumuna (ağırlıkça ve hacimce belirli maddeye) “CİSİM” denir. Bakır tencere, demir çubuk, altın yüzük ve bazıları gibi.

KATILARDAN… SIVILARA… GAZLARA…

İşte bir buz parçası: bu katı durumda bir su’dur. Molekülleri arasındaki boşluk çok azdır. Onun için birbirlerini kuvvetle çekerler, hareket ederler ama uzaklaşmazlar. Bundan dolayı buz ne biçimini değiştirir ne de hacmi artar. Böyle yakın ve basınçlı moleküllerden meydana gelen maddelere «KATI» denir.

Bir buz parçasını ısıtırsak erir ve bir «SIVI» olur. Moleküller, ısı ile daha hızlı hareket etmeye başlamışlardır. Hareket ederken birbirlerine çarparlar, birbirlerini iterler, birbirlerinin üzerine yuvarlanırlar. Bundan dolayı sıvıların kendilerine ait bir biçimleri yoktur, bulundukları kapların şeklini alırlar.

Suyu bir kap içinde ısıtırsak düzeyinin alçaldığını görürüz: su değişerek buhar, yani «GAZ» olmuştur. Gerçekten suyun molekülleri ısı yükseldikçe hareketlerinin hızını artırmışlardır; birbirlerinden daha fazla uzaklaşmakta ve sıçramak, itmek, çarpmak suretiyle sıvıdan dışarı fırlamaktadırlar. Aralarındaki çekimi kaybederek havaya yayılmaktadırlar. Bunun için gazlar çok yayılırlar; ne şekilleri ne de hacimleri vardır.

Buzu ısıtarak önce su, sonra onu da ısıtarak su buharı elde ettik. Buhar soğursa, saçılan ve uzaklaşan moleküller, sanki üşüyüp de birbirlerine sokulmak ister gibi tekrar yaklaşmaya başlarlar. Böylece yeniden su olurlar. Isı daha da eksilecek olursa moleküller hareketlerini çok ağırlaştırır, birbirlerini kuvvetle çekerek buzu meydana getirirler.

Su gibi diğer birçok madde de bir durumdan ötekine geçebilir, ama onları sudan daha fazla ısıtmak veya soğutmak gerekir. Demir de çok yüksek ısıda (“1530 derece”) sıvı olabilir. Demirin molekülleri birbirine son derece yakındır, bağlarını çok kuvvetli bir ısının etkisiyle kaybederler.

Fizikçiler havayı da sıkıştırmayı, yani sıfırın altında 189 derecede soğutarak sıvı hava elde etmeyi başarmışlardır. Böylece elde edilen sıvı hava o derece soğuktur ki buz onun yanında çok sıcak kalır. Bu durumu görmek için şöyle bir deneme yapılabilir: içinde sıvı hava bulunan kabın içine bir buz parçası atılır. Yanan bir kömür konmuş gibi sıvı havanın kaynadığı görülür.