Madde ve Özellikleri

[askinelibol]

Madde ve Özellikleri: Madde ve Özkütle​

Madde; boşlukta yer kaplayan, hacmi, kütlesi ve eylemsizliği olan tanecikli bir yapıdır. Taş, hava, su gibi birçok şey madde olarak kabul edilir. Maddeler genellikle atomlardan oluşur, tanecikli ve boşluklu bir yapıya sahiptir. Ancak, ışık, ses, radyo dalgaları, akıl gibi soyut kavramlar bu madde şartlarını sağlamazlar.
Katı maddeler, belirli bir şekle sahip olan cisimler olarak tanımlanır. Örneğin, demir bir madde iken buna şekil verilmiş hali olan bir tel bir cisimdir. Cisimler, genellikle belirgin sınırlara ve şekillere sahiptir.
Bu bağlamda, madde, evrende yer kaplayan her şeyi içerirken, cisim, belirli bir form ve yapıya sahip olan maddeleri ifade eder. Cisimlerin belirli bir hacmi, şekli ve sınırları vardır, ancak madde genel bir kavramdır ve evrendeki her şeyi kapsar.

Özkütle, Kütle ve Hacim İlişkisi​

Kütle​

Değişmeyen madde miktarıdır. Eşit kollu terazi ile ölçülür, m sembolü ile gösterilir çünkü ingilizcede ”mass” sözcüğü kütle anlamına gelmektedir ve bu yüzden de baş harfiyle simgelenir. Kütlenin SI birimi kg‘dır fakat kütlenin çok büyük ya da çok küçük olması halinde katları veya askatları kullanılabilir. Aşağıdaki şekile ek olarak kg’ın 100 katına Kental(q) ve 1000 katına ise Ton(t) denir.

Hacim​

Maddenin uzayda kapladığı yerdir. V (volume) sembölu ile gösterilir SI birim sisteminde birimi
m3tür. Hacmin çok büyük ve ya çok küçük olma durumunda katları veye askatları kullanılır. Sıvılarda hacim ölçüsü olarak litre(l) kullanılabilir.
1dm3=1Litre
Maddelerin Hacim Ölçümü
Maddelerin hacimleri ölçülürken çeşitli yöntemler kullanılır. Akışkan maddelerin hacmini ölçerken genellikle konuldukları kabın hacmini bilmek yeterlidir. Ancak katı maddelerin hacmi, cismin şekline göre farklı yöntemlerle hesaplanır.
Eğer katı cisim düzgün geometrik bir şekle sahipse, bu durumda türetilmiş hacim formülleri kullanılarak hacmi hesaplanabilir. Örneğin, bir dikdörtgen prizmanın hacmi için V = L x W x H formülü kullanılabilir, burada L uzunluğu, W genişliği ve H yüksekliği temsil eder.
Ancak, cisim düzgün geometrik bir şekle sahip değilse, bu durumda katı cismin hacmi, çözünmediği bir sıvının içine atılarak ölçülür. Bu yöntemde cisim, sıvının taşıdığı hacmi gösterir.
Sıvıların hacmi genellikle ölçeklendirilmiş dereceli silindir benzeri kaplar kullanılarak ölçülür. Bu kaplarda sıvının yükseldiği seviye, sıvının hacmini temsil eder. Bu ölçümler, hassas bir şekilde sıvının hacmini belirlemek için kullanılır.
Bu yöntemler, farklı maddelerin hacimlerini doğru bir şekilde ölçmek ve belirlemek için bilimsel ve pratik bir yaklaşım sunar.

Düzgün Geometrik Cisimlerin Hacimlerinin Ölçülmesi
Düzgün geometrik şekle sahip katıların hacmi heaplanırken cismin eni, boyu ve yüksekliği çarpılır. Düzgün geometrik cisimlerin hacmini hesaplamak için kullanılan formüller bu yöntemle türetilmiştir.

Dereceli silindir: Sıvıların hacimlerini ölçmeye yarayan eşit bölmeli, cam veya plastik şeffaf kaplardır.

Taşırma kabı: Akma seviyesine kadar sıvı alabilen ve içine bir cisim atıldığında cismin hacmi kadar sıvının başka bir kaba akmasını sağlayan kaplardır.

Özkütle​

Sabit sıcaklık ve basınç altında, birim hacimde değişmeyen madde miktarına denir. Özkütle (density) d sembolü ile gösterilir ve SI birim sistemindeki birimi
kg/m3tür. Öüü
Özkütle(d)=kütle(m)hacim(V)formülü ile hesaplanır ve birimi çeşitlenebilir;
g/cm3,g/ml,kg/mlbu çeşitlere örnek verilebilir.

Karışımın Özkütlesi​

Sabit basınç ve sıcaklıkta iki ya da daha fazla maddenin kimyasal özelliklerini kaybetmeden bir araya gelmesiyle elde edilen yeni maddeye karışım denir. Karışımda kullanılan maddeler birbiri içerisinde çözünüyor ise elde edilen karışım homojen olur. Homojen karışımların özkütlesidk
şeklinde gösterilir. Kütlesi
m1hacmiV1olan bir sıvı ile kütlesi
m2hacmiV2olan başka bir sıvı karıştırıldığında yeni karışımın öz kütlesi
dk=m1+m2V1+V2şeklinde hesaplanır. Özetle karıştırılan sıvı sayısı artsa dahi ü
ToplamKütleToplamHacimşeklinde özkütle hesaplanabilir.

• • Eşit kütle kullanılarak oluşturulan karışımın özkütlesi
    dk=2.d1.d2d1+d2
  • Eşit hacimde alınarak elde edilen karışımın özkütlesi
    dk=d1+d2+…+dnnşeklinde hesaplanır.
  • Kaplardaki sıvıların tamamı alınarak elde edilen karışımın özkütlesi
    d1<d2ise d1<dk<d2olur

Birbirine karışmayan sıvılar aynı kaba koyulduğunda özkütlesi küçük olan üstte büyük olan altta birikir ve buna suya dökülen yağın yüzeyde birikmesi örnek verilebilir.

Özkütlenin Hayatımızdaki Yeri ve Önemi
Saf maddelerin (aynı cins atom ya da moleküllerden oluşan) sıcaklığa göre değişen bir özkütlesi bulunur. Sabit sıcaklık altında bu özkütle saf maddenin içinde sabittir ve konuma veya miktarına göre değişmez.
Özkütle farkından dolayı saf maddeler içerisine atılan (ve birbirinde çözünmeyen) karışımlar birbirinden ayrıştırılabilmektedir. Örneğin; zeytinyağı – su, mazot – su karışımları özkütle farkı sayesinde kolayca birbirinden ayrılır.
Günlük hayatta; kuyumculuk faaliyetlerinde (altın madenciliğinde vb.), porselen yapımında, ebru sanatında ve kan tahlillerinin sonuçlandırılmasında özkütleden faydalanılır. Özellikle altın gibi kıymetli metallerin ayrıştırılmasında özkütlenin belirli bir sıcaklıkta sabit olması, işlemlerin daha hassas ve etkili bir şekilde gerçekleşmesine olanak tanır. Ayrıca, kan tahlilleri sırasında kan örneklerindeki farklı özkütle değerleri, sağlık durumu hakkında bilgi veren önemli bir parametre olarak kullanılır.

Madde ve Özellikleri: Dayanıklılık​

Bir yapı ya da makine tasarlanırken ideal olana ulaşmak amacıyla birçok test yapılır, malzeme kalitesi incelenir, boyutlar belirlenir, modeller test edilir. Bunların yapılma sebebi doğru malzemeyi doğru boyutta seçmek ve gereksiz malzeme kullanmadan en dayanıklı ve verimli ürünü oluşturmaktır. Bu deneyler tasarlanırken kullanılan ölçekler vardır ve üretilmek istenen ürünün boyutuna göre farklılık gösterir. Ölçek değişimi olduğunda kullanılan malzeme veya boyutu değişmelidir, çünkü dayanıklılık olarak adlandırılan faktör hesaba katılmalıdır.
Buna örnek vermek gerekirse, maket bir ev yaparken kullandığınız parçaları ve malzemeleri aynı ölçekte büyüterek normal bir ev boyutuna getirmek isterseniz yapı sağlam olmayacaktır. Başka bir örnek ise karınca, kendisinden onlarca kat ağır yükler taşırken filler bunu yapamaz. İşte burada dayanıklılık denilen bir kavram devreye girmektedir.
Dayanıklılık Nasıl Hesaplanır?
Katıların belirli bir şekli ve hacmi vardır. Katı üzerine uygulanan çekme veya germe kuvvetine karşı direnç gösterir ve bu kuvvete dayanıklılık denir. Mühendislik uygulamalarında, yani köprü, makine parçası benzeri ürünler yapılırken yapının kendi ağırlığı ve taşıması gereken yük göz önüne alınarak hesaplama yapılır. Fakat biz burada maddelerin kendi ağırlıklarına karşı sahip olduğu dayanıklılığı ele alacağız.
Katıların dayanıklılığı kesit alanı arttıkça artar, hacmi arttıkça azalır. Daha net şekilde ifade edersek, katı maddelerde dayanıklılık kesit alanı ile doğru orantılı, hacim ile ters orantılıdır.
Dayanıklılığı hesaplarken katı bir maddeyi belli oranda büyütürken, kesit alanı hacimden daha az büyüyeceği gerçeğini dikkate almalıyız. İşte bu sebeple fazla kütle artışı kesit alanıyla dengelenemez ve maddenin dayanıklılığı azalır.
Dayanıklılık ve Canlılar Dünyası
Dayanıklılık kavramı canlılar için şu şekilde güncellenebilir:
Canlılar için dayanıklılık; vücut sıcaklığını, metabolizmayı ve gün içerisinde alması gereken besin miktarını etkiler.

Madde ve Özellikleri: Adezyon ve Kohezyon​

Molekülleri bir arada tutan en önemli faktör, moleküller arası çekim kuvvetidir. Zayıf olan moleküller birbiri üzerinde kayar. Sıvı molekülleri ile başka madde molekülleri arasında çekim kuvveti oluşur. Aynı moleküller arası çekim kuvvetine birbirini tutma (kohezyon) kuvveti denir, farklı tür moleküller arasındaki çekme kuvvetine ise yapışma (adezyon) kuvveti denir.
Adezyon ve Kohezyon Olayları
Kohezyon kuvveti, sıvı moleküllerinin birbirini tutmasını sağlar. En iyi örneği su damlası oluşturur. Her moleküle diğer moleküller tarafından kohezyon kuvveti uygulanır ve bu sayede moleküller damlacık şeklini alabilir.
Adezyon kuvveti ise farklı iki madde arasındaki çekim kuvvetidir, sıvı moleküllerinin başka yüzeylere tutunmasını sağlar. Örneğin, çay tabağının bardağa yapışması, aradaki su moleküllerinin iki yüzeye yapışarak tabağın düşmesine engel olur.
Bazı durumlarda adezyon ve kohezyon kuvvetleri birbirinden farklı olabilir. Bu durumda sıvının yüzey şekli değişir.

• Adezyon (yapışma) kuvveti, kohezyondan büyükse, sıvı molekülleri kabın yüzeyine birbirini tutma oranından daha fazla tutunur ve sıvının yüzeyi içbükey olur. Sıvı moleküllerinin yüzeye yapışma isteği daha fazla olduğundan yüzey ıslanmış olur.
• Kohezyon (birbirini tutma) kuvveti, adezyondan büyükse, sıvı molekülleri birbirine kabın yüzeyinden daha kuvvetli tutunur ve sıvı yüzeyi dışbükey olur. Sıvı moleküllerinin yüzeye yapışma isteği daha az olduğundan yüzey ıslanmamış olur.

Yüzey Gerilimi​

Sıvı içerisindeki bir molekül, çevreleyen diğer moleküllerin etkisiyle oluşan kuvvetler arasında dengededir. Ancak sıvının yüzeyindeki bir molekül ele alınırsa, sıvı yüzeyinde kuvvetin dengelemediği moleküller bulunur. Bu moleküller sıvının içerisine doğru çekilir ve sıvının yüzeyi gergin bir zar biçimini alır. Oluşan bu duruma yüzey gerilimi denir.
Havada bulunan bir su damlası, yüzey geriliminin etkisiyle küresel bir şekil alır. Çünkü yüzeysel gerilimin oluşturduğu etki, sıvıyı en düşük yüzey alanına sahip olacak yapıya sokar, bu yapı da küresel bir yapıdır. Yer çekiminin etkisiyle küresel şekil hafifçe düzleşebilir.

Bir sıvının sıcaklığı arttığında kinetik enerjisi artar ve tanecikler daha hızlı hareket etmeye başlar. Bunun sonucunda sıvının yüzey gerilimi azalır.
Sıvı içerisine başka bir madde eklendiğinde sıvının saflığı bozulur. Bu değişim yüzey gerilimini değiştirir ve bazı durumlarda artırırken, bazı durumlarda azaltır. Örneğin, suya tuz eklenmesi yüzey gerilimini artırırken, şampuan, deterjan veya sabun eklenirse yüzey gerilimi düşer.

Kılcallık
Sıvıların adezyon kuvvetiyle bir tüp ya da oyuk içerisinde gösterdiği yayılma hareketine kılcallık denir. Bitkilerin suyu köklerinden yapraklarına iletilmesinde kök basıncı ve terlemeyle birlikte kılcallık da etkilidir. Sıvının kesiti farklı olan kılcal borularda yükselmesi, kesit alanıyla ters orantılıdır. Aşağıdaki fotoğrafta bunu net olarak gözlemleyebiliriz.

Hidrofobik ve Hidrofilik Yüzeyler​

Hidrofobik ve hidrofilik yüzeyler, su ile olan etkileşimleri açısından belirli özelliklere sahiptir. Hidrofobik, sudan çekinen yüzeylere; hidrofil ise suyu seven ve suyu çeken yüzeylere denilmektedir. Su damlasının yüzeydeki davranışı, bu özellikleri tanımlar.
Eğer yüzeyde su damlası üzerinde yayılma eğilimi gösteriyorsa, bu tür bir yüzeye hidrofilik yüzey denilmektedir. Hidrofilik yüzeyler, su moleküllerini çeker ve suyun yüzeyde yayılmasına izin verir.
Diğer yandan, eğer su damlası yüzeyde küresel bir biçimde duruyorsa, yani yuvarlak bir damlacık gibi duruyorsa, bu tür bir yüzeye hidrofobik yüzey denilmektedir. Hidrofobik yüzeyler, suyu iterek su damlasının yüzeyden uzaklaşmasına neden olur.
Bu özellikler, birçok alanda uygulama bulur. Örneğin, hidrofobik kaplamalar yağa ve sıvıya dayanıklılık sağlamak için kullanılırken, hidrofilik yüzeyler medikal cihazlar ve biyomedikal uygulamalarda etkileşimi artırmak için tercih edilir.