Erime Özellikleri Rehber

FizikBaşlangıçOkuma süresi: 3 dk

Genel Bakış

Dondurma erir, çelik erir ve mumlar da erir. Bir maddenin katıdan sıvıya geçmesine "Erime" (Melting) denir. Ancak, Hipo (sodyum tiyosülfat) eridiğinde sıcaklığın $48^\circ\text{C}$ 'de sabit kaldığını, buna karşın parafinin yandıkça daha sıcak ve daha akışkan hale geldiğini fark ettiniz mi? Bu deney, klasik "su banyosu" (benmari) ısıtma yöntemini kullanarak, erime süreci sırasında kristal ve amorf maddeler arasındaki temel farkları size göstermektedir.

Arka Plan

Erime olaylarının sistematik incelenmesi 18. yüzyılda başladı. 1761'de İskoç kimyager Joseph Black ilk kez "Gizli Isı" kavramını önerdi. Buzun erime sırasında ısı emmeye devam etmesine rağmen sıcaklığının sabit kaldığını keşfetti - bu ısı kristal yapıyı kırmak için "gizlenmişti". 19. yüzyılda bilim insanları, kristallerin içindeki atomların düzenli dizilimini X-ışını kırınımı teknolojisiyle daha da ortaya koyarak, kristallerin neden sabit bir erime noktasına sahip olduğunu, cam ve asfalt gibi amorf maddelerin atomik diziliminin ise düzensiz olduğunu, bu nedenle net bir faz değişim sıcaklığı olmadığını açıkladılar. Bu keşif, maddenin mikroskobik yapısına dair anlayışımızı derinleştirmekle kalmadı, aynı zamanda modern malzeme biliminin de temelini attı.

Temel Kavramlar

Kristal (Crystalline)

Düzenli iç parçacık dizilimine ve sabit erime noktalarına sahip katılar. Yaygın örnekler arasında buz, sofra tuzu, hipo ve metaller bulunur.

Amorf (Amorphous)

Düzensiz iç parçacık dizilimine sahip ve sabit erime noktaları olmayan katılar. Yaygın örnekler arasında parafin, cam, reçine ve asfalt bulunur.

Erime Noktası (Melting Point)

Bir kristalin erime süreci boyunca koruduğu ve değişmeyen belirli sıcaklık değeri.

Formüller ve Türetme

Isı Soğurma İlişkisi

Q = mc\Delta t

Tam erimeden önce ve sonra, ısının emilmesi sıcaklığın artmasına neden olur. Ancak erime sürecinde, kristal tarafından emilen ısı, moleküllerin kinetik enerjisini artırmak yerine kristal örgü yapısını yok etmek için kullanılır, bu nedenle sıcaklık artmaz.

Deney Adımları

1
Deney Nesnesini Seçin
İlk olarak "Hipo"yu seçin. Başlangıç durumunun $20^\circ\text{C}$ civarında katı granüller olduğuna dikkat edin. Su banyosu kullanmak bölgesel aşırı ısınmayı önler.
2
Isıtmaya Başlayın ve Eğriyi Gözlemleyin
"Isıtmaya Başla"ya tıklayın. Sıcaklık-zaman eğrisinin gidişatını ve hiponun görünümündeki değişiklikleri dikkatlice gözlemleyin. Sıcaklık belirli bir değere yükseldiğinde hiponun durumuna ne olur?
3
Eğri Özelliklerini Analiz Edin
Sıcaklık-zaman eğrisini gözlemlemeye devam edin. Eğri her zaman yükseliyor mu? Bir plato (düzlük) belirirse, hipo o sırada hangi durumdadır? Sıcaklığın özellikleri nelerdir?
4
Amorf ile Karşılaştırın
Deneyi sıfırlayın ve "Parafin"e geçin. Isıtmaya tıklayın ve parafinin sıcaklık-zaman eğrisinin hipodan nasıl farklı olduğunu karşılaştırın. Isıtma sürecinde parafinin durum değişimi nasıldır?

Öğrenme Çıktıları

Kristal erimesi için koşulları özetleyin: erime noktasına ulaşmak + ısı emmeye devam etmek.
Kristallerin erime sırasında ısı emerken sabit bir sıcaklığı koruduğu fiziksel gerçeğini anlayın.
Amorf erime sırasındaki "sıcaklık artışı ve yumuşama" fiziksel fenomenini tanımlamayı öğrenin.
Su banyosu ısıtma yönteminin amacını ve termometre kullanımının ayrıntılarını kavrayın.

Gerçek Dünya Uygulamaları

Çelik Üretimi: Demirin bir kristal olduğu özelliğinden yararlanarak hassas erime için fırın sıcaklığını kontrol etmek.
Döküm: Sıvı metalin soğuyup tekrar kristal halinde katılaşması özelliğinden yararlanmak.
Cam İşleme: Camın amorf olduğu ve sabit bir erime noktası olmadığı özelliğinden yararlanarak, yumuşarken onu esnetip üfleyerek sanat eserlerine dönüştürmek.

Yaygın Hatalar

Yanlış

Hipo

48^\circ\text{C}

'ye ulaştığında, hemen tamamen eriyecektir.

Doğru

Mutlaka değil. Ayrıca çevreden sürekli olarak ısı emmesi gerekir. Ortam sıcaklığı da

48^\circ\text{C}

ise hipo eriyemez.

Yanlış

Kristaller yalnızca erime noktası sıcaklığında sıvı halde olabilir.

Doğru

Yanlış. Erime noktasında bir kristal katı (erime noktasına yeni ulaşmış), sıvı (yeni tamamen erimiş) veya katı-sıvı bir arada bulunma durumunda olabilir.

Ek Okuma

Wikipedia - Erime

Başlamaya hazır mısın?

Temelleri anladığına göre, etkileşimli deneye başla!

Deneyi Başlat Sınavı Başlat