Soru:
Grafiklere göre X, Y ve Z maddelerinden saf madde olanları belirleyelim.
Cevap:
Saf maddelerin sıcaklık-zaman grafiği incelendiğinde, sabit sıcaklıkta hal değişimi yapmaları gerektiği bilinir. Bunun nedeni, saf maddelerin hal değişimi sırasında enerjiyi sıcaklık değişikliği yerine bağların kırılması veya oluşması için kullanmalarıdır.
Grafiklerin Analizi:
-
X Grafiği:
X grafiği sürekli bir şekilde sıcaklık artışı gösteriyor ve sabit sıcaklıkta bir duraklama (hal değişimi anı) mevcut değil. Bu nedenle X saf madde olamaz. -
Y Grafiği:
Y grafiği sıcaklığın belirli bir süre sabit kaldığını (yatay çizgi) gösteriyor, bu durum hal değişimi yapıldığının göstergesidir. Y saf madde olabilir. -
Z Grafiği:
Z grafiğinde hal değişiminin olmadığını gösteren sürekli bir sıcaklık artışı var, bu nedenle Z saf madde olamaz.
Doğru Seçenek:
C) Y ve Z Saf madde çünkü yalnız halinde değişikliği vardır.
Şükrü
Buna göre; X, Y ve Z maddelerinden hangileri saf madde olabilir?
Cevap:
Bu tür sorularda, sabit (düzgün) ısı alan veya ısı veren ortamlarda maddelerin sıcaklığındaki değişimler incelenerek onların saf ya da karışım olup olamayacağı değerlendirilir. Özellikle saf maddeler, hâl değişimi (erime, donma, kaynama, yoğunlaşma vb.) esnasında sıcaklıklarını sabit tutma (plato oluşturma) eğilimindedir. Ancak ortam sıcaklığı, maddeyi hâl değiştirme sıcaklıklarına ulaştırmıyorsa veya yeterince uzun süre incelenmediyse, grafik üzerinde net bir plato gözlenmeyebilir.
Aşağıdaki noktalara dikkat ederek her bir grafiği inceleyelim:
1. X Maddesi
- Grafikte sıcaklığın düzenli şekilde arttığı görülüyor.
- Dikkat edilmesi gereken konu, hâl değişimi yapıp yapmadığıdır. Eğer X maddesi erime veya kaynama gibi bir hâl değişimi geçirseydi, belli bir süre sıcaklığı sabit kalabilirdi. Ancak verilenden, net bir düz hat (plato) göremiyoruz.
- Her ne kadar ısı verilerek sıcaklığı artsa da, hâl değiştirebileceği sıcaklığa ulaşmamış ya da grafikte hâl değişimi bölgesi ayrıntılı gösterilmemiş olabilir.
- Saf bir maddenin tek bir erime ve kaynama noktası vardır; ancak grafik hâl değişimini içermiyor gibi görünse de, bu tek başına X’in “saf madde değildir” diye kanıtlanması için yeterli değildir. Sıcaklık hâl değiştirme sıcaklığını aşmamışsa, plato bölgesi oluşmayacaktır.
2. Y Maddesi
- Grafikte önce sıcaklığın azaldığı, sonra tekrar artmaya başladığı gözleniyor.
- Eğer bir soğuma sürecinde saf madde donma yaşıyor olsaydı, ister istemez donma noktası civarında sıcaklık bir süre sabit kalırdı. Fakat grafikte böyle belirgin bir sabitleşme (plato) bölgesi görünmüyor; sıcaklık sürekli değişiyor (başta düşüyor, sonra tekrar yükseliyor).
- Bu durum genellikle ya karışım maddelerde (farklı bileşenler farklı sıcaklıklarda donmaya/erimeye başladığından grafik daha eğimli olur) ya da saf maddede henüz donma sıcaklığına tam gelinmeden geçen süreçte görülebilir. Ama saf maddeler için tipik olan plato, Y grafiğinde anlaşılır biçimde gösterilmiyor.
- Deneysel koşullarda “tam” hâl değişimine ulaşmadıysa veya çok hızlı soğuma/ısınma olduysa plato gözlenmeyebilir; yine de grafik bu şekliyle genellikle saf madde davranışından uzak görünür.
3. Z Maddesi
- Grafikte sıcaklığın yükseldiği, bir süre sabit kalıyor gibi (küçük bir yatay ya da eğimin azaldığı geçiş bölgesiyle) göründüğü, ardından tekrar artmaya devam ettiği dikkat çekiyor.
- Bu tarz bir sabitleşme (plato), erime ya da kaynama gibi bir hâl değişimi göstergesi olabilir. Dolayısıyla Z maddesinin saf olma ihtimali, diğerlerine göre daha yüksek olarak yorumlanabilir.
- Z maddesinde gözlenen plato, saf maddede tek ve belirgin erime ya da kaynama noktası olduğu için ortaya çıkar. Karışımsa farklı bileşenler farklı sıcaklıklarda hâl değiştirdiğinden belirgin bir sabit sıcaklık (plato) görülmez.
Hâl Değişimi ve Saf Madde İlişkisi
-
Saf Maddeler
- Belirli erime noktaları ve kaynama noktaları vardır.
- Bir hâl değişimi esnasında, dışarıdan ısı almalarına veya vermelerine rağmen sıcaklıkları sabit kalır (yatay çizgi: plato).
- Grafikte plato görme olasılığımız yüksektir (ısınma veya soğuma süreci hâl değişimi sıcaklıklarına ulaştıysa).
-
Karışımlar
- Erime veya kaynama sırasında sıcaklık yavaş yavaş değişir; sabit kalmaz.
- Grafikte plato yerine kademeli (eğimli) geçişler gözlenir.
- Karışımdaki farklı maddelerin farklı kaynama veya erime noktaları olduğu için tek ve net bir plato olmaz.
-
Grafik ve Ortam Şartları
- Ortamdaki sıcaklık ya da verilen ısının miktarı, maddenin hâl değiştirme sıcaklığına ulaşmasına yetmiyorsa, saf maddede de plato görünmeyebilir.
- Bu yüzden saf madde olup olmadığına karar vermek için çoğu zaman ek bilgi gerekebilir.
- Ancak okul müfredatındaki tipik çıkarıma göre “gözle görülür plato varsa saf maddedir” ilkesi kullanılır.
Muhtemel Yorum ve Seçenek Analizi
Soru “Buna göre; X, Y ve Z maddelerinden hangileri saf madde olabilir?” şeklinde. Seçenekler genellikle şu yönde olur:
| Seçenek | İçerik | Değerlendirme |
|---|---|---|
| A) Yalnız X | Sadece X’in saf olabileceğini söyler | X grafikte sürekli ısınıyor; plato yok. Salt bu grafiğe bakarak saf olduğunu savunmak zor. |
| B) X ve Z | Hem X hem de Z saf olabilir diyor | Z’de plato var, saf madde işareti güçlü. X ise hâl değişimi bölgesine ulaşmamış olabilir. |
| C) Y ve Z | Y ile Z’yi saf kabul eder | Y’de belirgin plato yok; saf olma olasılığı düşük. Z’nin saf olması mantıklı. |
| D) X, Y ve Z | Üç maddenin de saf olabileceğini öne sürüyor | Y için gerek soğuma sırasında plato göremiyoruz. X ve Z’de ihtimal var; Y’de belirsizlik fazla. |
Grafik yorumuna göre, Z grafiğinde açıkça bir hâl değişimi (plato) seziliyor ve saf madde olması çok güçlü bir ihtimal. X’te plato açıkça görülmese de faz değişim μ noktasına ulaşmamış olması nedeniyle saf madde olma seçeneğini tamamıyla dışlayamayız. Fakat Y grafiğinde bariz bir sabit sıcaklık bölgesi yok, soğuma ve ısınma aralığında hâl değişiminin gerçekleşmesi beklenirdi; yine de tam zamanlamaya ulaşmamışsa gözlenmeyebilir. Yine de bu tür sorularda en tipik yorum, plato görmediğimiz maddeleri saf madde diye kabul etmemektir.
Okul kurgusunda en çok “X ve Z saf madde olabilir” şeklinde cevaplara rastlarız. Çünkü X’in erime/kaynama sıcaklığına erişmediği ve bu yüzden plato göstermediği varsayılır; Z ise net bir hâl değişimi grafiğine sahiptir. Y’nin sürekli dalgalanan sıcaklık-değişim eğrisi, ya karışım ya da soğuma-ısınma parametrelerinin saf maddeyi plato gösterecek şekilde etkileyecek düzeyde olmadığına işaret eder. Soru tipik olarak X ve Z’nin ön plana çıktığı bir çözüme sahiptir.
Dolayısıyla en olası cevap: B) X ve Z.
Özet Tablosu
| Madde | Grafikteki Gözlem | Saf Madde İhtimali | Açıklama |
|---|---|---|---|
| X | Sürekli ısınma (artış) | Var (plato gözükmüyor ama olması mümkün) | Hâl değiştirme sıcaklığına her an ulaşılamamış olabilir; saf maddeyse plato görülmeyebilir. |
| Y | Önce soğuyor sonra ısınıyor, sabitlenme yok | Düşük | Soğumada ya da ısınmada net bir hâl değişim plato bölgesi görmüyoruz; tipik olarak karışım ya da belirsiz. |
| Z | Artış sırasında olası plato | Yüksek | Grafik, saf bir maddeye özgü hâl değişim grafiğini andıran bir plato olduğunu düşündürüyor. |
Sonuç olarak; X, Y ve Z maddelerinden saf olma ihtimali en güçlü olanlar X ve Z olarak değerlendirilir.
Kısaca Özet
- Saf maddeler, hâl değiştirme sırasında sıcaklıklarını sabit tutar ve grafikte plato (yatay çizgi) görülür.
- X grafiğinde plato gözlenmese de yeterli hâl değiştirme sıcaklığına ulaşmadığı için saf madde olması dışlanamaz.
- Y grafiğinde bariz bir sabit sıcaklık bölgesi yok, bu nedenle saf madde olma ihtimali düşük görünür.
- Z grafiğinde olası bir plato tespiti, Z’nin saf madde olma ihtimalini güçlendirir.
- Bu tür sorularda çoğunlukla “X ve Z” saf madde olabilir sonucuna varılır.
Buna göre; X, Y ve Z maddelerinden hangileri saf madde olabilir?
Answer:
Bu tür sorularda, saf maddelerin ayırt edici özelliği olarak, eğer madde ısıtılırken veya soğutulurken bir hâl değişimi (erime, donma, kaynama vb.) gerçekleşiyorsa sıcaklığın bir süre sabit (yatay çizgi) kalması beklenir. Ancak grafikte denge sıcaklığına ulaşıp hâl değiştirdiği bir nokta gösterilmemişse, grafiğin tamamı tek faz içinde kalmış olabilir. Yani madde, o sıcaklık aralığında hâl değiştirmemiştir.
• X grafiğinde sıcaklık sürekli artıyor fakat herhangi bir yatay (sabit) kısım yok. Bu, X maddesinin (örneğin sadece katı veya sadece sıvı hâlde) erime veya kaynama sıcaklığını aşmadığını, tek faz içinde ısındığını gösterebilir. Böyle bir durumda “sıcaklık-zaman grafiğinde yatay bölüm yok” diye X’in “mutlaka karışım” olduğunu söyleyemeyiz; çünkü saf madde olup sadece hâl değiştirmeyecek aralıkta da ısınabilir.
• Y grafiğinde sıcaklık sürekli azalıyor. Yine bir yatay kısım göremiyoruz. Bu da Y maddesinin bu süreçte hâl değiştirmeyen bir aralıkta soğutulmuş olması demektir. Yani saf madde için hâl değiştirme zorunluluğu yoktur. Soğuma sürecinde erime/donma sıcaklığına denk gelmemişse yatay bölüm gözlenmez.
• Z grafiğinde de anlık bir kavis veya eğim değişikliği görünüyor ama yatay bir bölüm yok. Tıpkı X ve Y’de olduğu gibi, bu maddenin de faz geçiş noktasına gelmemiş olması mümkündür. Dolayısıyla Z de hâl değişimi göstermeden ısınan ya da soğuyan bir saf madde olabilir.
Kısacası, grafikte yatay (sabit sıcaklık) bölge olmaması, tek başına “madde karışımdır” sonucuna götürmez. Söz konusu maddenin, ısıtma ya da soğutma sırasında erime veya kaynama noktalarına ulaşmamış olması da mümkündür. Bu nedenle üçü de (X, Y ve Z) saf madde olabilir.
Doğru seçenek:
(D) X, Y ve Z