| Ana Sayfa  | Dersler | Ders Programı | Simülasyonlar  | Diğer | İletişim |

Madde ve Enerji

Madde Nedir? Maddeyi kısa ve basitçe tanımlamak istersek uzayda yer kaplayan kütlesi olan herşeydir diyebiliriz. Maddeyi oluşturan elementlerin birbirleri ile olan etkileşimleri ve bu etkileşimler sonucu ortaya çıkacak türlerin tamamı ve hatta bunların karışımlarınn tamamını madde olarak tanımlayabiliriz. Bu nedenle çoğu zaman kimyanın tanımı için madde bilimidir denir. Maddelerin özelliklerine baktığımızda ise örneğin mumun bakırdan daha kolay eridiğini, bakır parlak ve karakteristik bir renginin olmasına karşın mum donuk beyaz bir renge sahip olduğunu biliriz. Kükürt ısıtıldığında ise sarı olan rengi koyukahve ye dönüşür. Kükürt havada yüksek sıcaklıkta ısıtıldığında mavi bir alevle yanarken geride keskin kokulu bir gaz bırakır ve yanan bir mumda olduğu gibi gözden kaybolur. Bu maddelerin üçüde (kükürt, bakır ve mum) tamamen farklı özelliklere sahiptirler. Diğer pekçok maddeyi de benzer özellikleri ile karşılaştırmaya kalkarsak hemen herbirinin farklı özelliklere sahip olduğunu görürüz. Kimyacılar, maddelerin neden birbirlerinden farklı özelliklere sahip olduğunu anlamaya çalışırlar. Tüm maddelerin temel özellikleri sorusuna bir yanıt bulmaya çalıştılar. Yanıtlar hayatımızı değiştirecek ürünler olarak bize geri döner. Yanıtları ararken yeni bir kaç sorunun cevaplanması gerekir. "Neden hava uzaya yayılmak yerine dünya etrafına kalmaktadır?" ya da "Neden tüm maddeler yukarıdan bırakıldıklarında yere düşerler?" Tüm bu soruların yanıtını maddenin bir ağırlığının olmasına bağlayabiliriz. Bu maddenin en temel özelliğidir ve Sir Isaac Newton yaklaşık bundan 300 yıl önce Çekim Kanunu'nu önerdi. Newton'a göre; örneğin, ağaçta duran elma ve dünya her ikisin de karşılıklı olarak birbirlerini çekiyorlardı. Ağaç elmayı tutuyordu. Ama herhangi bir nedenle elma daldan ayrıldığında, elma ve dünya karşılılı birbirlerine düşüyordu. Fakat dünya elmaya göre o kadar büyüktü ki; pratik olarak dünya yerinden oynamamasına karşın elmanın dünyaya hızla hareket ettiğini gözlüyorduk. Bu iki kütle arasındaki çekim gücünü \rm F = G{ m_1m_2\over d^2} eşitliği ile verdi. Burada \rm m_1 ve \rm m_1 sırasıyla farklı iki kütle ve d bu kütleler arasındaki uzaklık, G sabit bir sayıdır. Ayın dünyanın hareketleri, uzaydaki diğer yıldızların ve gezegenlerin hareketleri aynı yasa ile uygunluk gösterir. Yukarıdaki eşitliğe göre eğer biz bir cisme dünya tarafından uygulanan çekim kuvvetini öğrenmek istersek yapmamız gereken en basit şey belki de cismi bir yaya tuturmakdır. Cismi yaya tutturduğumuzda F kuvvetinin büyüklüğüne bağlı olarak yayın uzama miktarı değişecektir. Ve eğer biz yaya takılı cisimle yukarılara doğru çıktığımızada yayın giderek normal haline döndüğünü görmemiz gerekir. Bunun nedeni d nin değişmesidir. Yaya takılı cisme uygulanan kuvvete bakarak ağırlığını söyleyebiliriz. Bu şu demektir. Bu şekildeki bir sistem kullanılarak dünyanın bir yerinde tartılmış bir cismin ağırlığı bir başka yerde farklı çıkacaktır. Kütlenin büyüklüğü yeden bağımsız olmasına karşı ağırlığı bağımlı olacaktır. Bundan kurtalmanın yolu standart kütlelerle karşılaştırmak daha kolaydır ve bu nedenle çift kefeli teraziler uygun düzeneklerdir. Böylece maddenin kütlesini daha kolay olarak yerden bağımsız şekilde ölçebiliriz. Maddeyi daha ayrıntılı tanımlamak için kimyada kullanacağımız özellikleri ekstensif (kapasite) ve intensif (şiddet) özellikler olarak iki ayrı grupta toplayabiliriz. Eksensif özellikler madde miktarına bağlı olarak değişim gösterirken, intensif özellikler madde miktarından bağımsızdır. Örneğin hacim maddenin ektensif özelliğidir. çünkü madde miktarı arttıkça artma gösterir. Fakat maddenin kaynama noktası, yoğunluk gibi özellikler madde miktarından bağımsız oldukları için intensif bir özellliktir. Bazen pratik açıdan maddenin özelliklerini fiziksel özellikler veya kimyasal özellikler diye iki gruba ayırabiliriz. Maddenin fiziksel özellikleri denildiğinde diğer maddelerle olan etkileşimleri düşünülmeden gösterdikleri davranışları ifade ederiz. Diğer maddelerle olan etkileşimleri göz önüne alınarak verilen özellikleri maddenin yapısında değişime neden oluyorsa kimyasal özellikler olarak adlandırılır. Eğer bir olay sırasında da maddenin bileşiminde değişime neden olmuşsa kimyasal bir olay meydana geldiğini söyleriz. Örneğin maddenin rengi, erime noktası, kaynama noktası gibi özellikleri fiziksel özellikler olarak adlandırılırken, buzun eriyerek su olması fiziksel bir olaydır. Fakat şekeri eritmeye çalışırken ortaya çıkan yapışkan, kahverengileşmiş şey ısıtmaya başlamadan önceki şeker değildir. Bu kimyasal bir olaydır. Biraz önce buzun eriyerek su olacağını söylemiştik. Eğer suyu ısıtacak olursak onun gözden kaybolarak buhara veya gaza dönüştüğüne bilirsiniz. Soğuttuğunuzda da katı hale geçtiğini bilirsiniz. Bu maddenin hal değiştirmesidir. Maddeler 3 halde bulunurlar. Buharlaşmı veya gaz haldeki maddeyi daha fazla ısıtacak olursanız serbest iyonlar ve elektronları içeren bir hali ile karşılaşabilirsiniz. Bu çoğu zaman maddenin dördüncü hali olarak adlandırılır. Bu halin özel adı da plazma halidir. Örneğin alev maddenin plazma halidir. Maddenin farklı şartlarda farklı hallerde bulunmalarının nedeni daha sonra üzerinde ayrıntılı olarak duracağımız atom ve moleküler etkileşmelerin bir sonucudur. Katılarda atom veya moleküller arası çekim kuvvetlerinin büyük olması yapıyı düzenli bir şekide tutarken, sıvılarda bu kuvvetlerin nisbeten zayıf olması düzenli yapının korunmasına engel olur. Ve bu nedenle sıvılar bulundukları kaın şeklini alırlar. Gazlarda ise atom ve moleküller arasındaki çekim kuvvetlerin zayıf olması molekül veya atomların serbestçe hareketlerine izin verir ki bu nedenle gazlar bulundukları kabı tamamen doldururlar. Bütün maddeler homojen ve heterojen maddeler olmak üzere 2 grup altında toplanabilirler. Homojen maddelerin her noktadaki fiziksel ve kimyasal özellikleri aynıdır. Heterojen maddeler ise her noktadaki özelliklerinin aynı olmadığı göz ile bile kolayca görülebilir. Homojen maddeler birbiri ile çeşitli oranlarda karıştırılarak heterojen maddeler elde edilebilir. Heterojen maddeleri oluşturan maddeler çeşitli fiziksel yöntemler ile homojen maddeleri elde edecek şekilde ayrıştırılabilir. Heterojen madde örnekleri : Bir taş parçası alıp inceleyin. Birçok farklı kısımdan meydana geldiğini görebilirsiniz. Bu tür katı malzemeler kompozit madde olarak da anılır. Sütü alıp çalkalayın. Yeterince çalkaladığınızda yağlı ve sulu kısım ayrılacaktır. Yağlı kısım kaymak olarak bilinir. Homojen maddeler, homojen karışımlar veya saf maddeler olarak karşımıza çıkar. Homojen maddeler aslında saf madde karışımlarıdır. Homojen karışımların kimyasal ve fiziksel davranışları maddenin her noktasında aynıdır. Homojen karışımlar çeşitli yöntemler kendilerini oluşturan saf maddelere ayrıştırılabilir. Homojen karışım örnekleri : Tuzu suda çözün, elde ettiğiniz karışımın her noktasındaki özelliğin aynı olduğunu göreceksiniz. Tuzu ve suyu birbirinden ayırmak için buharlaştırmanız yeterli olacaktır. Saf maddeler ise bileşikler ve elementler olarak 2 grup altında toplanabilir. Bileşikler elementlerin kimyasal olarak oluşturduğu maddelerdir. Kendilerini oluşturan elementlerden tamamen farklı ve kendilerine özgü kimyasal ve fiziksel davranışları vardır. Bileşikler ancak kimyasal yollar ile kendilerini oluşturan elementlere dönüştürülebilirler. aynı tip atomlardan oluşan elemenler ise maddenin davranışını gösteren en temel yapıtaşı olarak düşünülebilir. Bileşik örnekleri : Sodyum ve klor elementlerini etkileştirirseniz sodyum klorür diye adlandırdığımız yemek tuzunu elde edersiniz. Oda şartlarında; Sodyum, yumuşak oldukça aktif bir metalik element iken, klor, gaz halinde ve sarımtırak renkli oldukça zehirli bir elementtir. Bildiğiniz gibi yemek tuzu ne sodyumun ne de klorun özelliklerine benzer özellik göstermez. Yemek tuzundan yeniden sodyum ve kloru elde etmek isterseniz bunu ancak kimyasal yollar kullanrak başarabilirsiniz. Enerji Nedir? fiziksel veya kimyasal olaylara baktığımızda hemen tüm olaylarda enerji dediğimiz şeyin yaptıklarını görür veya hissederiz. Tüm olaylarda işe karışmış gözüken enerji kimyanın ikinci temel bileşenlerinden biridir. Enerjinin ne olduğunun yanıtlanabilmesi için bazı sorular sorup, bu sorulara yanıtlar üretmek enerjinin ne olduğu konusunda bize fikir verebilir. Bu sorular; "enerji hangi şekillerde bulunur?", "enerji bir şekilden bir başka şekle dönüşebilir mi?" ve "enerjiyi ölçmek için nasıl bir birim kullanmalıyız?" olabilir. Bir cisim hareket ediyorsa, hareket etmeyen cisme göre fazlalığı onun enerjisidir. Cismin hareketi nedeniyle üzerinde bulundurduğu bu enerji Greekçe kinetikos (hareket) kelimesinden esinlenilerek kinetik enerji olarak adlandırılmıştır. Örneğin bir otomobilin hareketi için gereken enerjinin, yakıtı oluşturan moleküllerin içinde bir şekilde bulunduğunu düşünsek de, çıkan enerji pistonları harekete geçirir. Otomobilin ileri gitmesini sağlayan şey kimyasal enerjinin pistonlarda kendini kinetik enerji olarak göstermesinden başka birşey değildir. Elektrik enerjisini kullanarak televizyonlarımızı seyrederken, elde edilmiş olan bu elektrik enerjisi elektrik santrallerindeki dönen türbinlerden elde edilir. Işık enerjinin bir başka şekli olarak karşımıza çıkar ve güneş pilleri kullanarak çalışan araçların sayısı hergün biraz daha arttıyor. Güneş pillerini harekete geçiren şey ise fotonların kinetik enerjilerini bu panellere bir şekilde aktarmasından başka birşey değildir. Bir değer enerji şekli ise potansiyel enerjidir. Biraz önce kinetik enerjiyi tanımlamaya başlarken hereket eden bir cisimle aynı cismin duran şekli arasındaki farkın onun kinetik enerjisi olduğunu söylemiştik. Peki aynı cismin duran iki durumu arasında enerji farkı olamaz mı? Bu sorunun yanıtı evet olmalıdır. Çünkü bir cismi farklı yüksekliklerden bıraktığımızda onun giderek hızlandığını biliriz. Bu noktada dikkat etmemiz gereken bir diğer nokta, yukarıdan bırakılan cismin hareket ederek hızını arttırmasıdır. Aslında gerçekte olan şey potansiyel enerjiye sahip cisim, yukarıdan bırakılmasıyla birlikte potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşmeye başlar ve çarpıncaya kadar kinetik enerjisi maksimum seviyeye ulaşır (Çarptıktan sonra cisim durursa kinetik enerjiye ne olur?). Sonuç olarak şunu söylemek gerekir ki 2 temel enerji tipi vardır. Bunlar Kinetik ve Potansiyel enerjilerdir. Enerji bir formdan bir diğer forma dönüşür.