Madde ve Enerji
Madde Nedir?
Kimyayı elementlerin bilimi olarak tanımlamamıza karşın, elementlerin birbirleri ile olan ilişkileri ve bu ilişkiler sonucu orataya çıkacak türlerin tamamı ve hatta bunların karışımlarınn tamamını madde olarak tanımlarız. Maddeyi daha kısa ve basitçe tanımlamak istersek uzayda yer kaplayan kütlesi olan herşeydir diyebiliriz. Bu nedenle çoğu zaman kimyanın tanımı için madde bilimidir de denilmektedir.
Maddelerin özelliklerine baktığımızda ise örneğin mumun bakırdan daha kolay eridiğini, bakır parlak ve karakteristik bir renginin olmasına karşın mum donuk beyaz bir renge sahiptir. Kükürdü 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 maddeyide benzer özellikleri ile karşıılaştırmaya kalkarsak hemen herbirinin farklı özelliklere sahip olduğunu görürüz. Kimyacılar, maddelerin neden birbirlerinden farklı özellikleri olduğunu anlamaya çalıştılar. Ve tüm maddelerin temel özellikleri sorusuna bir yanıt bulmaya çalıştılar. Bunu cevaplamaya çalışırken yeni bir kaç sorunun cevaplanması gerekiyordu. “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
eşitliği ile verdi. Burada M1 ve M2 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 bkarak 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. Bndan 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 kimyasal özellikler olarak adlandırılır. Eğer bir olay 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 bu suyu ısıtacak olursak onun gözden kaybolarak buhara veya gaza dönüştüğüne defalarca şahit olmuşuktur. Bu maddenin hal değiştirmesidir. Maddeler 3 halde bulunurlar. Bunlar katı, sıvı ve gaz halleridir.
Bu 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 kuvvetleriin zayıf olması molekül veya atomların serbestçe hareketlerine izin verir ki bu nedenle gazlar bulundukları kabı tamamen doldururlar.
Bütün maddeler saf maddeler ve karışımlar olmak üzere 2 grup altında toplanabilirler. Saf maddelerin her noktadaki fiziksel ve kimyasal özellikleri aynıdır. Saf suyun tüm özellikleri nereden elde edilirse edilsin hep aynıdır. Karışımlar ise saf madelerin iki ya da daha fazlasının karışması ile ortaya çıkan maddelerdir. Bir maddenin her noktasındaki özellikleri birbirine benzer ise madde homojen olarak nitelendirilir. Eğer madde üzerinde farklı bölgeler göze çarpıyor veya bölge bölge özellik değiştiriyorsa madde heterojen olarak nitelendirilir. Aşağıdaki çizime bakarsak, tüm heterojen karışımların aslinda homojen maddelerden meydana geldiğini söyleyebiliriz. homojen maddelerin ise homojen karışımlar veya saf maddelerdir. Homojen karışımlar içinden karışımı oluşturan saf maddeler ayrılabilir. Elimizdeki saf madde ise ya bileşik ya da elementtir. Bileşikler parçalanarak kendilerini meydana getiren elementler elde edilebilir. Bu çizimden; maddenin yapıtaşı element olarak görülmektedir (Sizce bu ne kadar doğrudur?).
ENERJİ NEDİR?
Buraya kadar maddenin özelliklerini incelemeye ve onu sınıflandırmaya çalıştık. Fakat 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, Bir lokomotif termal enerjiden yararlanır. Işık enerjinin bir başka şekli olarak karşımıza çıkıyor ve güneş pilleri kullanarak çalışan araçların sayısı hergün biraz daha arttıyor.
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. Gömülebilecekleri bir yüzeye çarparlarsa daha yukarıdan bırakılan daha çok gömülecektir. Bu noktada dikkat etmemiz gereken bir diğer nokta, yukarıdan bırakılan cismin hareket ederek hızını arttırmasıdır. Aslında gerçekte olan şey potansiyel enerjiye sahip cismin, yukarıdan bırakılmasıyla birlikte potansiyel nerjiye 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.
ENERJİ BİRİMLERİ VE SICAKLIK
Enerjinin büyüklüğünün ölçülebilmesi için enerjinin ısıya çevrilmesinden yararlanılabilir. Enerji ısıya dönüştürüldükten sonra, suya enerji transfer edilirse suyun sıcaklığı değişir. Suyun sıcaklığındaki artıştan yararlanılarak enerjinin büyüklüğüne geçilebilir. Enerji ve sıcaklık birimleri bu nedenle ilk olarak suyun özelliklerine bağlı olarak tanımlanmıştır. Sıcaklık birimini elde edebilmek için suyun donma noıktasından ve kaynama noktasından yararlanılmıştır. Donma ve kaynama noktaları arasında fark 100 eşit parçaya bölünmüş ve bu parçalardan herbiri Celsius (santigrat ) derece olarak adlandırılmıştır. Suyun donma noktasına sıfır olarak tanımlanmıştır. Bir gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece arttırabilmek için gereken enerji miktarı bir kalori olarak tanımlanmıştır. Herhangi bir enerji tipini ölçmek için sonradan kalori ya da santigrat scalası yerine Uluslararası Birim Sisteminde (SI) farklı birimler kullanılmaya başlanıldı. Joule uluslararası enerji birim siseminde yerini alırken sıcaklık birimi için Kelvin kullanılmaya başlandı. Bir kalori 4.1868 joule dir. Standart uluslararası birim sisteminde sıcaklık için kullanılan Kelvin sıcaklık sıcalası Celsiusa eşit olmasına karşın sıfır noktaları birbirinden farklıdır. 0 Kelvin –273.15 °C dir. Bununla beraber celsius skallası hala yaygın olark kullanılmaktadır. Örneğin labratuarlardaki termometrelerden santigratlar okunur.
Benzer şekilde uluslararası birim sisteminde joule kullanılmasıyla beraber pratik ölçme işlerinde sık sık kaloriden yararlanılmaktadır.
Bu içerik internet kaynaklarından yararlanılarak sitemize eklenilmiştir
Editörün Seçtikleri
POPÜLER MESAJLAR
