Question:
Atmosfer basıncının 680 mmHg olduğu bir ortamda saf X sıvısının ısıtılmasına ait sıcaklık-zaman grafiği verilmiştir. Buna göre aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
Answer:
Grafikte sıcaklık ve zaman ilişkisi incelendiğinde, verilmiş olan ifadelerin durumu analiz edilmelidir:
Sıcaklık-Zaman Grafiği İncelemesi:
-
a − b arası:
- Grafikte sıcaklığın zamanla arttığı görülmektedir. Bu bölge sıvının sıcaklığı artıyorken kinetik enerjisinin yükseldiği bölgedir.
- Doğru ifadedir.
-
b − c arası:
- Bu aralıkta sıcaklık sabittir (X sıvısı buharlaşma noktasına ulaşmıştır). Sıvının hem sıvı hem buhar hâlinin birlikte olduğu bir bölge olduğunu söyleyebiliriz (heterojen görünüm).
- Doğru ifadedir.
-
X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir.
- Bu ifade yanlıştır, çünkü normal kaynama noktası atmosfer basıncının 760 mmHg olduğu durumda ölçülür. Burada atmosfer basıncı 680 mmHg olarak verilmiş ve X sıvısının bu basınç altındaki kaynama noktası 72 °C’dir.
-
40 °C’de X sıvısı sadece yüzeyden buharlaşır.
- Bu ifade doğrudur, çünkü kaynama başlamadan önce buharlaşma sadece yüzeyde meydana gelir.
-
10. dakikada buhar basıncı 680 mmHg’dir.
- Bu ifade grafikten açıkça doğrudur.
Sonuç:
Yanlış ifade: D) X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir.
Atmosfer basıncının 680 mmHg olduğu bir ortamda saf X sıvısının ısıtılmasına ait sıcaklık-zaman grafiği verilmiştir. Buna göre, aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
Answer:
Bu soruda yanlış ifade genellikle “X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir” şeklindeki önermedir. Çünkü:
- Normal kaynama noktası, 1 atm (760 mmHg) basınç altındaki kaynama sıcaklığıdır.
- Soruda belirtilen atmosfer basıncı 680 mmHg olup, standart 1 atm’den daha düşüktür (1 atm ≈ 760 mmHg). Daha düşük basınçta sıvılar, normal basınca göre daha düşük bir sıcaklıkta kaynar.
- Grafikteki 72 °C kaynama noktası, ancak 680 mmHg basınç altında geçerlidir. 1 atm yani 760 mmHg basınçta kaynama noktası daha yüksek bir değer olacaktır. Dolayısıyla 72 °C, sıvının “normal” kaynama noktası olamaz.
Bu nedenle “X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir” ifadesi yanlıştır.
Soru: Atmosfer basıncının 680 mmHg olduğu bir ortamda saf X sıvısının ısıtılmasına ait sıcaklık-zaman grafiği aşağıda verilmiştir. Grafikte görüldüğü gibi a–b, b–c ve c–d şeklinde üç önemli aşama vardır. Buna göre aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) 40 °C’de X sıvısı sadece yüzeyden buharlaşır.
B) a–b arasında maddenin kinetik enerjisi artar.
C) b–c arasında maddenin görünümü heterojendir.
D) X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir.
E) 10. dakikada buhar basıncı 680 mmHg’dir.
Cevap:
İçindekiler
- Isı ve Madde Kavramlarına Giriş
- Sıcaklık-Zaman Grafiği Nedir?
- Grafiğin Aşamaları: a→b, b→c, c→d
3.1 a→b Aralığı: Katı veya Sıvının Sıcaklığının Artması
3.2 b→c Aralığı: Faz Değişimi ve Heterojen Görünüm
3.3 c→d Aralığı: İkinci Isınma veya Farklı Faz Isınması - Normal Kaynama Noktası ve Deney Koşullarında Kaynama Noktası
- Seçeneklerin Analizi ve Doğruluğu
5.1 A Seçeneğinin Değerlendirilmesi
5.2 B Seçeneğinin Değerlendirilmesi
5.3 C Seçeneğinin Değerlendirilmesi
5.4 D Seçeneğinin Değerlendirilmesi
5.5 E Seçeneğinin Değerlendirilmesi - Yanlış İfadenin Tespiti
- Kapsamlı Konu Anlatımı ve Ek Bilgiler
7.1 Buhar Basıncı ve Dış Basınç İlişkisi
7.2 Kaynama Noktası ve Atmosfer Basıncı
7.3 Sadece Yüzeyden Buharlaşma ve Kaynama Arasındaki Fark
7.4 Maddenin Kinetik Enerjisi ve Faz Geçişi
7.5 Heterojen Görünüm: Sıvı+Gaz Fazı - Çözümün Adım Adım Özeti
- Özet Tablo
- Sonuç ve Kısa Değerlendirme
1. Isı ve Madde Kavramlarına Giriş
Bir maddenin ısıtılması sırasında sıcaklığın nasıl değiştiği, maddenin sahip olduğu fiziksel hali (katı, sıvı ya da gaz) ve ortamdaki basınç şartlarıyla yakından ilişkilidir. Isı, maddede taneciklerin kinetik enerjisini artırır ve bu artış sıcaklık yükselmesi veya faz değişikliği (erime, buharlaşma gibi) şeklinde görülebilir.
- Sıcaklık: Madde taneciklerinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür.
- Faz Geçişi: Maddenin bir halden diğerine (katıdan sıvıya, sıvıdan gaza vb.) dönüşmesi olayıdır.
- Normal Kaynama Noktası: 1 atm (760 mmHg) basınç altında maddenin kaynadığı sıcaklıktır.
Soruya göre atmosfer basıncı 680 mmHg olup deniz seviyesindeki “normal” basınç olan 760 mmHg’den düşüktür. Bu basınç farkı, sıvının kaynama noktasını değiştirecektir. Dolayısıyla grafikte görülen kaynama sıcaklığının “normal kaynama noktası” ile tam olarak örtüşmesi beklenmez.
2. Sıcaklık-Zaman Grafiği Nedir?
Bir madde ısıtılırken veya soğutulurken, geçtiği sıcaklık değişimleri ve faz geçişleri, dikey ekseninde sıcaklık (°C), yatay ekseninde ise zaman (dakika, saniye vb.) bulunan bir grafikle gösterilir. Soru kökünde “X sıvısının ısıtılmasına ait sıcaklık-zaman grafiği”nden bahsedilmektedir. Grafikte tipik olarak şu aşamalar görülür:
- Isınma Bölgeleri (Sıcaklığın düzenli artışı): Maddenin sıcaklığı zamanla artar; maddenin o andaki haline bağlı olarak kinetik enerji yükselir.
- Faz Değişimi Bölgeleri (Sıcaklığın sabit kaldığı yatay kısımlar): Maddenin katıdan sıvıya ya da sıvıdan gaza dönüştüğü dönemlerdir. Enerji sıcaklık artırmak yerine faz geçirecek kadar gereklidir.
Soruda, grafikte a–b, b–c ve c–d bölgeleri belirtilmiştir. Genellikle:
- a–b: Sıvı ısınıyor (sıcaklık artıyor).
- b–c: Sıvının kaynama noktası civarında yatay bir kısım (kaynama veya buharlaşma süreci).
- c–d: Maddenin gaz halinin sıcaklığının artmaya devam ettiği bölge.
3. Grafiğin Aşamaları: a→b, b→c, c→d
3.1 a→b Aralığı: Katı veya Sıvının Sıcaklığının Artması
Soruda başlangıç sıcaklığı 25 °C olarak verilmiş görünüyor (nokta a). Bu sıvı 25 °C’den 72 °C’ye kadar ısıtıldığında (nokta b) sıcaklık düzenli biçimde artmaktadır. Yani yüzeyden sınırlı buharlaşma olsa bile henüz kaynama başlamamıştır. Taneciklerin kinetik enerjisinde net bir artış söz konusudur.
Bu bölgede madde tamamen sıvı formdadır. Dolayısıyla grafiğin eğimi, sıvının öz ısısı (ısı sığası) ile ilişkilidir. “a–b arasında maddenin kinetik enerjisi artar” ifadesi, sıvı şiddetle ısındığı için genelde doğru kabul edilir.
3.2 b→c Aralığı: Faz Değişimi ve Heterojen Görünüm
Soruya göre b→c arasında sıcaklık sabit kalıyor (72 °C civarı). Bu durum bir kaynama sürecini ifade eder. Kaynama sırasında tüm sıvı tanecikleri buhar fazına geçme imkânı bulur ve sistemde aynı anda hem sıvı hem de gaz fazı bulunacağından “heterojen” bir görünüm ortaya çıkar. Buhar kabarcıkları sıvı içerisinde oluşur, yüzeye yükselir ve sıvı-gaz karışımı gibi gözlemlenir.
Bu aşamada alınan ısı, sıcaklığı artırmaya değil, faz dönüşümüne (sıvıdan gaza geçiş) harcanır. Dolayısıyla sıcaklık b–c bölgesinde sabit kalır. Bu sabit sıcaklık, mevcut basınç altında sıvının kaynama noktasıdır.
3.3 c→d Aralığı: İkinci Isınma veya Farklı Faz Isınması
Kaynama bitip sıvı kalmadığında, yani tüm madde gaz haline dönüştüğünde, sistem ısı almaya devam ediyorsa gazın sıcaklığı artar. Dolayısıyla c–d arasında sıcaklık tekrar artmaya başlar. Bu kez maddenin gaz halinin kinetik enerjisi yükselir. Grafikte son nokta olan d, yaklaşık 98 °C civarına denk geliyor.
Buradan anlaşılacağı üzere soru metninde 72 °C civarında bir kaynama noktası gözlenmektedir. Ama bu kaynama noktası 680 mmHg basınçta gerçekleşmektedir. Normal kaynama noktası (1 atm = 760 mmHg) bundan farklı olacaktır.
4. Normal Kaynama Noktası ve Deney Koşullarında Kaynama Noktası
- Normal Kaynama Noktası: 1 atm (yani 760 mmHg) basıncında maddenin kaynama sıcaklığına denir.
- Deney Koşullarındaki Kaynama Noktası: Deneyde basınç 680 mmHg olarak verilmiştir. Bu basınç, 1 atm’nin (760 mmHg) altındadır. Basıncın düşmesi kaynama noktasının da düşmesine neden olur.
Dolayısıyla, deney koşullarında 72 °C kaynayan bir sıvının normal kaynama noktası daha yüksek bir değer olmalıdır (muhtemelen 72 °C’nin üzerindedir). Eğer sıvı suya benzer bir davranış gösteriyorsa normalde suyun kaynama noktası 100 °C’dir. Her ne kadar soruda su dememiş olsa da, normal şartlarda kaynama noktası 100 °C olan bir sıvı, basınç düşünce 72 °C civarında kaynayabilir.
Özetle 72 °C bu basınçta kaynama noktasıdır ama “normal kaynama noktası” olarak adlandırmak yanlıştır. Zira “normal” ifadesi 1 atm’yi işaret eder.
5. Seçeneklerin Analizi ve Doğruluğu
Soruda beş seçenek mevcuttur ve hangisinin yanlış olduğu aranır. Seçenekler şu şekildedir:
5.1 A) 40 °C’de X sıvısı sadece yüzeyden buharlaşır.
Bu ifade genel anlamda doğrudur çünkü 40 °C (kaynama noktası altındaki herhangi bir sıcaklık) yüzeyden yavaş buharlaşmayı ifade eder. Kaynama ise o sıcaklıkta gerçekleşmez. Buharlaşma, her sıcaklıkta olabilir ancak yeterince yüksek sıcaklık veya yeterince düşmüş basınç yoksa buharlaşma sadece yüzey olayıdır. Bu yüzden A seçeneğinde fiziksel bir doğruluk vardır.
5.2 B) a–b arasında maddenin kinetik enerjisi artar.
a–b aralığında sıcaklık 25 °C’den 72 °C’ye çıkar. Sıcaklık artışı demek taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin artması demektir. Bu ifade de doğru kabul edilir.
5.3 C) b–c arasında maddenin görünümü heterojendir.
Buharlaşma ya da kaynama sırasında (b–c aralığında) aynı anda hem sıvı hem de gaz fazı bulunur. Kabarcıklar görünür. Dolayısıyla sıvı-gaz karışımı heterojen bir görünüm sergiler. Bu ifade de doğrudur.
5.4 D) X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir.
Burada “normal kaynama noktası” ifadesi, 1 atm (760 mmHg) basıncını anlatmak için kullanılmaktadır. Ancak soru, deneyin 680 mmHg basınçta yapıldığını söyler ve tam da 72 °C civarında kaynama gözlemlendiğini gösterir. 680 mmHg, 760 mmHg’den düşüktür; dolayısıyla kaynama noktası da normalden düşük çıkar. Bu nedenle “normal kaynama noktası 72 °C’dir” ifadesi yanlış olur.
5.5 E) 10. dakikada buhar basıncı 680 mmHg’dir.
Grafiğe bakıldığında, 72 °C’de kaynama görülmeye başlanması, sıvının buhar basıncının dış basınca (680 mmHg) eşitlendiğini gösterir. Soruya göre 10. dakika civarında madde buharlaşma aşamasına gelmiş veya gelmek üzeredir. Buhar basıncının dış basınca eşitlenmesi kaynama koşulunu ifade eder. Bu yüzden bu seçenek, grafiğe ve gerçeğe uygun olarak doğru kabul edilebilir.
6. Yanlış İfadenin Tespiti
Yukarıdaki analizden görüldüğü gibi hatalı ifade:
“X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir.” (D seçeneği)
çünkü 72 °C, 1 atm basınç altında ölçülen kaynama noktası değildir; sadece 680 mmHg basınç altında ölçülen kaynama noktasıdır.
7. Kapsamlı Konu Anlatımı ve Ek Bilgiler
Faz değişimleri, kaynama ve buharlaşma kavramları hem deneysel hem de kuramsal olarak anlaşılması önemli konulardır. Aşağıdaki alt başlıklarda, hem soruyu pekiştirecek hem de temel kavramları açıklığa kavuşturacak detaylar ele alınacaktır.
7.1 Buhar Basıncı ve Dış Basınç İlişkisi
Bir sıvıda, tanecikler her sıcaklıkta yüzeyden ayrılmaya (buhar fazına geçmeye) eğilimlidir. Sıvının üstündeki boşlukta buhar moleküllerinin oluşturduğu basınca buhar basıncı denir.
- Sıcaklık arttıkça taneciklerin kinetik enerjisi artar, daha fazla tanecik buhar fazına geçer ve buhar basıncı yükselir.
- Bir sıvının kaynaması, “buhar basıncının dış basınca (= atmosfer basıncına) eşit olduğu an” olarak tanımlanır.
Bu nedenle atmosfer basıncı düşük olduğunda, buhar basıncının eşitlenmesi daha erken sıcaklıklarda gerçekleşir. Sonuç olarak sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar.
7.2 Kaynama Noktası ve Atmosfer Basıncı
- Normal Kaynama Noktası: 760 mmHg (1 atm) basınç için tanımlıdır.
- Basınç azaldığında sıvının kaynama noktası da düşer.
- Basınç arttıkça sıvının kaynama noktası yükselir.
Burada sorudaki 680 mmHg, deniz seviyesinin biraz altında (veya yüksek rakımda ya da kontrol altındaki bir laboratuvar ortamında) olabilir. Buhar basıncının dış basınca 72 °C’de erişmesi, kaynama olgusunu tetiklediğini gösterir.
7.3 Sadece Yüzeyden Buharlaşma ve Kaynama Arasındaki Fark
- Yüzeyden Buharlaşma: Sıvı, kaynama noktasına ulaşmamış olsa bile, yüzeydeki yüksek enerjili tanecikler havaya kaçabilirler. Bu olay her sıcaklıkta olabilir, ancak hız sıcaklık arttıkça yükselir.
- Kaynama: Sadece yüzeyde değil, sıvının her yerinde (içinde kabarcıklar oluşması) gaz fazına geçiş görülür. Yani kaynama, sıvının buhar basıncının dış basınca eşitlenmesi sonucu gerçekleşir.
Örneğin, “40 °C’de sadece yüzeyden buharlaşma” ifadesi, suyun 40 derecedeyken kaynamadığını ama yavaş da olsa buharlaştığını doğrular.
7.4 Maddenin Kinetik Enerjisi ve Faz Geçişi
Doğrudan ısı verildiğinde (bir ısı kaynağıyla ısıtıldığında), madde taneciklerindeki titreşim ve hareket enerjisi yükselir. Bu da sıcaklık artışı olarak makroskopik seviyede gözlenir.
- a–b gibi sıcaklığın düzenli arttığı bölgede “taneciklerin kinetik enerjisi artıyor” demek hatasızdır.
- b–c gibi faz geçişinde ise sıcaklık sabit kaldığı ölçüde, alınan ısı taneciklerin birbirinden kopmasına (buhar fazına geçmeye) harcanır.
7.5 Heterojen Görünüm: Sıvı+Gaz Fazı
b–c aralığında, kaynama esnasında sıvı yüzeyinde ve içindeki kabarcıklarda gözlenen gaz fazı (buhar) mevcuttur. Sıvı (aşağı) ve gaz (kabarcıklar) aynı anda mevcut olduğundan karışım homojen değildir; “heterojen” bir yapı ortaya çıkar. Bu nedenle “b–c arasında maddenin görünümü heterojendir” ifadesi de doğru kabul edilir.
8. Çözümün Adım Adım Özeti
- Grafiğin İncelenmesi: a noktasında madde 25 °C civarından başlamış, b noktasında 72 °C’ye gelmiş ve burada sıcaklık sabit kalmış, sonra c noktasından sonra sıcaklık tekrar artıp d noktasında 98 °C civarına ulaşmıştır.
- Basınç Bilgisi: Ortam basıncı 680 mmHg olarak verilmiştir, bu normal basınç (760 mmHg) altında değildir.
- Kaynama Tanımı: Sıvının buhar basıncı dış basınca eşitlendiğinde kaynama başlar. 72 °C, bu ortam koşullarında sıvının kaynadığı sıcaklıktır.
- Normal Kaynama Noktası: 1 atm basınçtaki kaynama sıcaklığıdır. 72 °C, 680 mmHg’de ölçülen değer olduğu için normal kaynama noktası olamaz.
- Seçenek Kontrolü:
- A: “40 °C’de sadece yüzeyden buharlaşır” → Doğru.
- B: “a–b arasında maddenin kinetik enerjisi artar” → Doğru.
- C: “b–c arasında maddenin görünümü heterojendir” → Doğru.
- D: “X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir” → Yanlış.
- E: “10. dakikada buhar basıncı 680 mmHg’dir” → Kaynama noktasında basınçlar eşit, doğru.
- Yanlış Seçenek: D.
9. Özet Tablo
Aşağıdaki tabloda, sorudaki her seçeneğe ilişkin kısa değerlendirmeleri görebilirsiniz:
| Seçenek | İfade | Kısa Açıklama | Doğruluk |
|---|---|---|---|
| A | 40 °C’de X sıvısı sadece yüzeyden buharlaşır. | Kaynama noktasının altında olduğu için buharlaşma yüzeyden gerçekleşir. | Doğru |
| B | a–b arasında maddenin kinetik enerjisi artar. | Sıcaklık artışı → taneciklerin kinetik enerjisinde artış → normal ısınma süreci. | Doğru |
| C | b–c arasında maddenin görünümü heterojendir. | Kaynama safhasında aynı anda sıvı ve buhar fazı bulunur. | Doğru |
| D | X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir. | 72 °C, 680 mmHg altında gerçekleşen kaynama noktasıdır, “normal” (760 mmHg) kaynama noktası değildir. | Yanlış |
| E | 10. dakikada buhar basıncı 680 mmHg’dir. | 72 °C’de dış basınç = buhar basıncı → Kaynama koşulu. 10. dakikada bu durumun gerçekleştiği kabul edilebilir | Doğru |
10. Sonuç ve Kısa Değerlendirme
Bu soruda kritik nokta, “normal kaynama noktası” ifadesinin hatalı kullanımıdır. Normal kaynama noktası, 1 atm basınç altında ölçülmelidir. Ancak soru metni, deneyin 680 mmHg altında yapıldığını belirtmiş ve grafikten yaklaşık 72 °C’de kaynama başladığını göstermiştir. Dolayısıyla bu koşullarda kaynayan sıvının “normal kaynama noktası”nın 72 °C olarak ifade edilmesi yanlıştır.
Doğru cevap: D seçeneği (X sıvısının normal kaynama noktası 72 °C’dir) yanlış ifadedir.
@anonymous13