MADDE VE ÖZELLİKLERİ

                        

                                         MADDE VE ÖZELLİKLERİ

                                     MADDELERİN ORTAK ÖZELLİKLERİ

Evrende yer kaplayan, hacmi, kütlesi ve eylemsizliği olan her şey madde olarak tanımlanır. Daha iyi bir tanım yapılması gerekirse, madde bir algı ya da algılar bütünün sonucu olarak beyinde oluşan elektrik sinyallerinin yorumlanmasıdır. Madde doğada katı, sıvı, gaz ve plazma halde bulanabilir.

Maddeden maddeye farklılık göstermeyen sadece madde miktarı ile değişen özelliklere maddenin ortak özellikleri denir. Maddenin ortak özellikleri Kütle, hacim ve eylemsizliktir.

Kütle: Cismin barındırdığı madde miktarı olarak tanımlanabilir. Eşit kollu terazi ile ölçülür. Bu ölçümde kilogram adı verilen bir birim referans olarak kullanılır. Ölçmede esas olan karşılaştırma olduğu için herhangi bir cismin kütle değeri evrenin her yerinde sabittir.

1887 yılında referans bir kilogram olarak kabul edilen Platin-İridyum karmışımı silindir. Fransa’nın Serves Kentinde Uluslararası Ağırlık ve Ölçümler Bürosunda korunmaktadır. 3,9 cm boyunda ve 3,9 cm çapında ki bu silindirin, platin-iridyum alaşımından yapılmasının nedeni bu alaşımın çok kararlı olmasıdır. Bu kararlılığı sayesinde yıllarca hiçbir kayba uğramadan saklanabilir.

Tanecikli Yapı: Tüm maddeler tanecikli yapıya sahiptir. Maddeler atomlardan, atomlar da belirli yörüngede dönen elektronlar ile merkezdeki çekirdekten meydana gelir. Elektron ile çekirdek arası ise boşluktan meydana gelir. Eğer siz çekirdeği Ankara’da bir futbol sahası olarak düşünürseniz elektronu da Ankara’ya 100 km uzaklıktaki Kars’ta bir top olarak düşünebilirsiniz. Arada ise boşluk vardır.

Elektrikli Yapı: Tüm maddeler pozitif (+) yükü proton, negatif (-) yüklü elektron ve yüksüz (nötr) nötronlardan oluşmaktadır.

Ağırlık: Cisme uygulanan yerçekimi kuvvetine ağırlık denir, birimi Newton dur. Ağırlık yerçekimine bağlı olduğu için kütle değişmezken ağırlık ölçüldüğü bölgenin yer çekimi ivmesine bağlı olarak değişir.

Hacim: Cismin evrende kapladığı yere hacim denir. Her hangi bir cisim için hacim ortamın sıcaklığına ve basınca göre değişebilir.

Eylemsizlik: Maddenin durumunu koruma eğilimine eylemsizlik adı verilir. Örneğin duran bir cisim herhangi bir kuvvet etkisinde kalmadığı sürece hareket etmez. Hareket eden bir cisim de herhangi bir kuvvet altında kalmadığı sürece durmaz.

Maddelerin Fiziksel Özellikleri ve Fiziksel Olaylar

   Maddelerin dış yapıları ile ilgili olan özelliklerine fiziksel özellik denir. Fiziksel özellikler, madde başka bir maddeye dönüşmeden ölçülebilen ve gözlenebilen özelliklerdir.

   Maddenin fiziksel özelliklerinin değiştiği olaylara fiziksel olaylar denir . Fiziksel olaylarda maddenin yapısı değişmez. Buzun su, suyun buhar haline geçmesi fiziksel olaydır. Ölçülebilen özelliklerin çoğu aynı zamanda görülebilen ve hissedilebilen özelliklerdendir.

Maddenin Ayırt Adici Özellikleri:

Her madde için sabit bir değeri olan ve maddelerin birbirinden ayırt edilebilmesini sağlayan özelliklere maddenin ayırt edici özellikleri denir.

Ayırt Edici Özellik	Katı	Sıvı	Gaz
Özkütle	+	+	+
Genleşme	+	+	-
Esneklik	+	-	-
Çözünürlük	+	+	+
İletkenlik	+	+	+
Kaynama Noktası	-	+	-
Erime Noktası	+	-	-
Donma Noktası	-	+	-

Öz Kütle: Birim hacimdeki kütleye öz kütle denir.

Genleşme: Isının etkisi ile cismin boyunda ve yüzeyinde meydana gelen değişikliklere genleşme denir.

Esneklik: Bir kuvvetin etkisi ile maddenin şeklinde meydana gelen değişikliğe esneklik denir.

Çözünürlük: Bir maddenin diğer madde içerisinde çözünme oranına çözünürlük denir.

İletkenlik: Maddenin elektronları bir noktadan bir noktaya ilete bilme özelliğine iletkenlik denir.

Kaynama Noktası: Sıvı haldeki bir maddenin kaynaması için gerekli olan sıcaklık değeri.

Yoğunlaşma Noktası: Gaz haldeki bir maddenin sıvı hale geçebilmesi için gerekli olan sıcaklık değeri.

Erime Noktası: Katı haldeki bir maddenin sıvı hale geçebilmesi için gerekli olan sıcaklık değeri.

Donma Noktası: Sıvı haldeki bir maddenin katı hale geçebilmesi için gerekli olan sıcaklık değeri.

      Katılarda boyutlar arası ilişkiler ve dayanıklılık

Bu ünitede, katı maddeleri belli bir oranda büyüttüğümüz de kesit alanları, yüzey alanları ve hacimlerinin kaç kat büyüdüğünü hesaplayacağız. Canlıların çeşitli özellik ve ihtiyaçları ile bu değerler arasında nasıl bir ilişki olduğunu, sıvılarda adezyon , kohezyon, yüzey gerilimini ve kılcallık olaylarını tanıyacak, güncel olaylarla ilişkilerini kuracağız. Bir gaz olarak atmosferin nasıl oluştuğunu birlikte açıklayacağız. Soğuk ve sıcak plazmayı günlük yaşamdan örneklerle tanımlayacağız.

Düzgün geometrik yapılı katıların en, boy ve yükseklikleri katının öz kütlesi değiştirilmeden eşit miktarda arttırılır ya da azaltılırsa maddelerin kesit alanı, toplam yüzey alanı ve hacminde değişiklik meydana gelir. Öz kütle sabit olduğu için maddenin kütlesiyle hacmi de doğru orantılıdır. Buna göre hacim değişirse kütlede aynı oranda değişir.

Buna göre katı maddenin üç boyutunda da eşit miktarda değişiklik yapıldığında en büyük değişiklik maddenin hacminde dolayısıyla kütlesinde meydana gelir.

Kesit Alanı: Katı bir maddenin enlemesine ya da boylamasına kesilmesi durumunda oluşan yüzey şeklinin alanına kesit alanı denir.

                                                                                                  

Varlıkların en ve boylarındaki değişim yüzey alanı, kesit alanı ve hacimlerinde de değişime neden olmaktadır. Kesit alanı/hacim oranı varlıkların dayanıklılığını belirler. Oranın büyük olması dayanıklılığın fazla olduğu anlamına gelir. Varlıkları orantılı bir şekilde büyüttüğümüzde dayanıklılıkları ağırlıklarına oranla daha az artacaktır.               

Dayanıklılık =

EK BİLĞİ: Cisimlerin ebatları orantılı bir şekilde arttırıldığında dayanıklılıkları o oranda azalır.

EK BİLĞİ: Taş yapılar dayanıklılıkları en büyük değerde olacak şekilde                                                                                                                                                                                                                                            Projelendirilir.

                                                                        

NOT: Bir insan kendi ağırlığının 0,86 katını, karıncalar ise kendi ağırlıklarının 52 katını kaldırabilmektedir.

Canlı ve Cansız Varlıkların Yüzey Alanı- Hacim İlişkisi

Varlıkların boyutları artırıldığında yüzey alanlarıyla, hacimleri artmaktaydı. Hacimlerindeki artış kütlelerinin dolayısıyla ağırlıklarının da artacağı anlamına gelir. Bu yüzey alanıyla hacimdeki değişme, varlıkların dış çevreyle olan etkileşmelerini, enerji alış verişlerini, canlı organizmaların yaşamsal faaliyetlerini etkilemektedir. Bir odunun normal şekilde sobaya atıldığındaki yanmasıyla, çok küçük parçalar haline getirilerek sobaya atıldığındaki yanması arasında fark vardır. Odunlar küçük parçalar haline iken daha çabuk yanacaktır. Küçük bir cam parçası belli bir yükseklikten bırakıldığında yere çarptığında kırılmazken, aynı cins camdan büyük bir pencere camı aynı yükseklikten bırakılırsa kırıldığı gözlenecektir.

Örneğin:1kg büyük patatesle,1kg küçük patates soyulduğunda, küçük patatesten daha fazla kabuk çıkar.                                                                                                Bütün bu durumlardaki farklılığı belirleyen, varlıkların       oranıdır.

Bu oran birim kütle başına düşen yüzey alanı olarak ta ifade edilebilir. Doğadaki canlı varlıkların şekilleri birbirinden farklıdır. Bundan dolayı her farklı canlı için bu   oranı, yaşamlarını en uygun şekilde yaşayabilmeleri için gereken en uygun değerlerdir.

Canlılar için vücutlarında üretilen enerjinin dış ortama aktarılması ya da dış ortamdan alacakları enerjinin değerini canlının  oranı belirler.

Canlılar hacimleri oranında enerji üretirken, yüzey alanları oranında bu enerjiyi dış ortama aktaracakları için,  oranı büyükse enerji kaybının çok olacağı, küçükse de az olacağı anlaşılır. Bundan dolayı bu oranın büyük olduğu canlılarda canlının metabolizma faaliyetleri hızlı, enerji üretiminin fazla olması gerekir ki canlı yaşamını sürdürsün.

Örneğin: Fare gibi yüzey alanının hacmine oranı büyük olan canlıların enerji kaybı fazla olacağından metabolizmalarının hızlı çalışması gerekir.                                                 Buna karşın Fil gibi yüzey alanının hacmine oranı küçük olan canlılar fazla enerjilerini dışarıya verebilmek için vücutlarında yüzey alanını artıracak fiziksel özelliklere ihtiyaç duyarlar. Fillerde bu ihtiyaç vücutlarına oranla büyük olan kulaklarıyla karşılaşırken maymunlarda bu iş denge aracı olarak da kullandıkları kuyruklarıyla karşılanır.

Bunun sebebi de  oranının küçük çıkması durumunda metabolizmalarındaki fazla enerjiyi yüzey alanlarını arttırarak dışarıya atma ihtiyacıdır.

NOT:

Aynı hacme sahip geometrik cisimler içerisinde en küçük yüzey alanına ve en az  oranına küre sahiptir.

           

Sıvılarda kılcallık ve Yüzey gerilimi

SIVILARIN TEMEL ÖZELLİKLERİ:

1-Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini alırlar.

2-Hacimleri belirlidir. Şekilleri belirli değildir.

3-Molekülleri arasında boşluklar vardır.

4-Molekülleri kaygandır. Sıkıştırılabilirlik çok çok azdır.

5-Sıvıların yüzey gerilimi vardır.

6-Açık kaptaki sıvılar buharlaşırlar.

SIVILARDA KILCALLIK VE YÜZEY GERİLİMİ

Farklı iki maddenin molekülleri arasında var olan ve bu iki maddenin birbirine yapışmasını sağlayan çekim kuvvetine adezyon kuvveti (yapışma) denir.

Örneğin:1-yağmur damlacıklarının cama yapışması

2- denizden çıkan bir insan vücudunun ıslak kalması

3- durgun bir su üzerinde hareket eden yaprağın suyu sürüklemesi v.b

Maddenin kendi molekülleri arasındaki çekim kuvvetine kohezyon denir. Bir musluktan su damlarken önce küçük bir damla oluştuğunu sonra damlanın büyüyüp aşağı doğru uzandığını ve nihayet musluktan kopup bağımsız halde fakat yine de bir bütün olarak yere düştüğünü gözlemişizdir. 

Örnek: içinde su bulunan ince bir cam tüpü düşünecek olursak burada suyun kendi molekülleri arasında kohezyon kuvvetinden cam ve su arasında bir adezyon kuvveti vardır.

Sıvıların ince tüpler içerisindeki yükselme veya alçalma hareketi de, tamamen bu iki kuvvet arasındaki etkileşim ile bağlantılı olan yüzey gerilimi ile ilişkilidir. İnce tüpler içerisinde yüzey gerilimi nedeniyle sıvının en üst seviyesinde içbükey veya dışbükey bir kavis gözlenir.

Sıvının kohezyon kuvveti eğer içinde bulunduğu kılcal yapının duvarlarıyla arasındaki adezyon kuvvetinden büyükse, sıvı seviyesi düşmeye eğilimlidir ve sıvının üst yüzeyinde de dışbükey bir eğri görülür. Ancak durum bunun tam tersi ise, yani kılcal yapının duvarları ve sıvı arasındaki çekim kuvveti daha yüksekse sıvı bu kez yükselmeye eğilim gösterir ve üst yüzeyde de içbükey bir kavis görülür.

  Islaklık hissi de doğal olarak bu iki kuvvet arasındaki etkileşimle ilişkilidir. Kimya ve Fizikte 'ıslaklık' bu kuvvetler arasındaki ilişkiye bağlı olarak adlandırılır.

                                             

adezyon > Kohezyon =Islanma Koşulu

Kohezyon > Adezyon=Islanmama koşulu

Bir sıvının yüzeyini bir birim alanı (ör.1cm²)kadar uzatmak veya arttırmak için gereken enerji miktarına yüzey gerilimi denir.                                                                       Sıvıların serbest yüzeyinde fark edilen ve sıvı yüzeyini gergin bir zar gibi dengede tutan kuvvete yüzey gerilimi denir.

     Sıvının molekülleri arasındaki kohezyonun etkisiyle sıvı yüzey ile hava arasında bir tabaka varmış gibi bir duruma yol açar. Bu durumun etkisini suya batırılmış bir

Fırçanın sudan çıkarılırken uçlarının birbirine yaklaşmasında görebiliriz.

 Yüzey gerilimi diye adlandırılan bu durumun sıvıların diğer maddeler üzerindeki ıslanma etkisini gösterir.

 Sudan çıkartılan boya fırçasının uçları su yüzeyindeki gerilimden dolayı birbirine yapışır.

                              

                                                                                                                                                        NOT: çoğu sıvıların yüzey gerilimleri artan sıcaklıkla doğrusal bir şekilde azalır.

(bazı erimiş metaller hariç) ve moleküller arası kohezyon kuvvetlerinin sıfıra yaklaştığı kritik sıcaklık civarında çok küçük bir değer olur.

Sıvılarda yüzey geriliminin azalması sıvıların diğer maddelerle etkileşimini kolaylaştırır. Günlük hayatta kullandığımız birçok temizlik malzemesi sıvıların yüzey gerilimini düşürerek suyun maddeyi ıslatmasını arttırmasının yanında kirlere daha iyi nüfuz etmesini sağlar. Bu şekilde daha iyi sonuçlar elde edilmesine katkıda bulunur.

Sıvı molekülleri arasındaki etkileşim sonucu olan yüzey gerilimi, su örümceği gibi böceklerin su üzerinde rahatça hareket etmesini sağlamanın yanı sıra sıvıların bazı maddelerin bünyesine nüfuz etmesini ve sıvının madde içerisindeki kılcal atomlarda taşınmasını da sağlar.

  Bitkilerde köklerden alınan suyun bitkinin diğer organlarına iletiminde ve kanın damarlarda yerçekimine ters yönlü hareketinde de yine bu prensipler geçerlidir.

Sıvı molekülleri ile ince yüzeyi oluşturan moleküller arasında adezyon kuvvet, sıvı moleküllerinin kendi arasında da kohezyon vardır. Sıvıların çok ince borularda yükselmesi onların bu özelliklerinden kaynaklanan etkiyle gerçekleşir.Bunan göre; Bir sıvının adezyon etkisiyle bir katı içinde yayılmasına  kılcallık  denir.

Kılcallığı:

              *Gaz lambası fitilinde yükselen Gaz yağında

              *Kurutma kâğıdının ya da havluların Suyu çekmesinde

          

 *Bitkilerde suyu topraktan alıp üst kısımlara Çıkartması ve benzeri birçok örnekte görmekteyiz.

           

GAZLAR VE PLAZMALAR

AURORA (KUTUP IŞIKLARI)

Kutup ışıkları ya da aurora, genellikle kutup bölgelerinde görülen bir gece ışımasıdır. Aurora, gökyüzündeki doğal ışık görüntüleridir. Genelde gece görülen kutup ışıkları, çıplak gözle de izlenebilir. Güney kutbundan görenler güney ışıkları (aurora australis),kuzey kutbundan görülenler kuzey ışıkları (aurora borealis) olarak adlandırılır.

Bu doğa olayının temel kaynağı, güneş lekelerine neden olan güneş patlamalarıdır. Auroralar, güneşin dünya atmosferi üzerindeki etkilerinin en belirgin şekilde görülebilenidir.

Kutup ışığı görüntüleri güneş’ten gelen solar rüzgârlarındaki yüklü parçacıkların atmosferle etkileşmesi sonucu oluşur.

Kutup ışıkları,11 yıllık güneş döngüsünün en yoğun zamanlarında oluşur. Eylül-Ekim ve Nisan-Mayıs aylarında en çok görülür. Genellikle yeşil renkte görülen auroralar çok yükseklere çıkıldığında kırmızı ve pembe renkte görülür.

                    

            GAZLARIN TEMEL ÖZELLİKLERİ:

* Gaz molekülleri arasında geniş boşluklar vardı.                                                   *Gazların sıkıştırılabilirlik özellikleri vardır.                                                            *Belirli bir şekilleri ve belirli bir hacimleri yoktur.                                                                        *Bu özelliklerinden dolayı gaz molekülleri bulundukları ortamı tamamen doldururlar.

     Dünyada yaşama olanağı sağlayan Dünyamızın diğer gezegen ve yıldızlardan ayıran atmosferdir.

ATMOSFER: Yerçekimi etkisiyle dünyayı saran gaz ve buhar tabakasına atmosfer denir.

Belirli bir sınırı olmayan atmosferin kalınlığını hava moleküllerine etkileyen yer çekimi kuvveti ve bu moleküllerin sahip olduğu kinetik enerji belirler. Yer çekimi kuvveti uzaya dağılma eğilimi gösteren hava moleküllerini tutarken moleküllerin sahip olduğu kinetik enerji, moleküllerin yere düşmesini engeller. Moleküllerin yerin çekim kuvvetiyle yere doğru çekilmesi ve kinetik enerjiyle dağılma eğilimleri arasında bir denge söz konusudur. Bu denge öyle hassastır ki yer çekim kuvveti olmazsa atmosferde olmaz. Moleküllerin hareketini sağlayan enerji ise güneştir.

     Auroranın gerçekleştiği yer olan atmosferimiz güneş enerjisi ile beslenmekte ve yer çekimiyle tutulmaktadır. Atmosfer canlılara yaşama imkânı tanısa da bu imkân atmosferin her seviyesinde eşit değildir.

     Mükemmel bir dengeye sahip olan atmosferimizin gaz yoğunluğu yeryüzünden itibaren kademeli olarak azalmaktadır. Auroranın gerçekleştiği yüksekliklerde (100–1000 km)ise gaz yoğunluğu neredeyse en küçük değeri alır. Yoğunluğu yükseklikle azalan havanın atmosfer içerisindeki toplam kütlesinin %50’si 5–6 km de ,%90 ilk 20km de ve %99’u da ilk 30km de bulunmaktadır.

     

     Gazların günlük hayatta değişik kullanım alanları vardır.

1-kamyon gibi taşıtların fren sistemlerinde

2-ısınmada

3-elektrik üretiminde

4-mutfak tüplerinde

5-havalı matkaplarda

6-taşıtlarda yakıt olarak

                              

                                        PLAZMA

Maddelerin 4 hali vardır

1-katı hali

2-sıvı hali

3-gaz hali

4-plazma hali

                        

    Maddelerin plazma hali günlük hayatımızda en az görülen hal iken evrenin neredeyse tamamı (%96) plazma hali özelliğini taşımaktadır.

        Maddenin plazma halinin uzaydaki örnekleri;

Güneş, yıldızlar, güneş rüzgârları vb.

    Yerküre üzerindeki maddenin plazma halinin örnekleri;

Şimşek, yıldırım, kuzey ve güney kutup ışıkları (auroralar)

PLAZMALAR:

1-Isı ve elektriği iyi iletirler

2-Eşit sayıda pozitif (iyon yükleri) ve negatif (elektronlar) yüklere sahiptir.

3-Yüksek veya düşük sıcaklık ve enerji yoğunluğuna sahiptir.

   Plazmalar, laboratuar ortamlarında gazların ısıtılarak çok yüksek sıcaklıklara ulaştırmasıyla veya çok düşük sıcaklıklarda yüksek enerjili parçacıklara veya ışımaya maruz bırakılarak da üretilebilir.

Örneğin: Plazma topu, flüoresan ve neon Lambaları ile mum alevi (fitile yakın kısmı) yerkürede üretilen plazma örnekleridir.

Plazmalar çok düşük veya yüksek sıcaklıkta görülür. Buna göre plazmalar

1-soğuk plazma

2-sıcak plazma olmak üzere iki gruba ayrılır.

Plazmaların yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları ve diğer enerji üretim yöntemlerine göre daha temiz olması bazı ülkelerde plazmalardan enerji üretimine yöneltmiştir.

    Hafif atomların yüksek hızlarda çarpışması sonucu daha ağır atomların oluştuğu füzyon olayının gerçekleşmesi için çok yüksek enerjilere ihtiyaç duyulur. Doğada sıvı füzyon için uygun koşullar yıldızların merkezlerindeki plazmalarda görülmektedir. Üretim için gerekli olan yakıt ise deniz suyunda da bulunan ağır hidrojendir ve bu nedenle sınırsız enerji kaynaklarındandır ancak yeterli sıcaklığa ulaştırmadaki istenilen ideal ortamın oluşturmasındaki ve uygun reaktör yapımındaki sorunlar nedeniyle sıcak plazmadan enerji üretimi güçleşmektedir.