SAF MADDE Her noktasında aynı ve değişmeyen bir kimyasal bileşime sahip olan maddeye saf madde denir. H2O, N2, CO2 ve hava birer saf maddedir. Hava farklı gazların bileşiminden oluşmasına rağmen homojen yapıda olduğu için saf kabul edilir. Su buharı ve su aynı kimyasal özelliğe sahip olduğu için bu karışım saf madde sınıfına girer. Ancak su buharı ve hava karışımı saf değildir. Saf madde üç halde bulunur. Katı, sıvı ve gaz fazı. Katı ve sıvı fazında maddenin molekülleri arasındaki mesafe azdır. Gaz fazında ise moleküller daha uzaktır. Saf Maddenin Faz Değişimi Şekilde içerisinde 1 atm basınçta ve 20C sıcaklıkta su bulunan bir silindir piston sistemi görülmektedir. Piston içerisindeki sıvı fazındaki suya “Sıkıştırılmış Sıvı” adı verilir. Silindir piston sistemi ısıtıldığında sıkıştırılmış sıvının da sıcaklığı artacaktır. 2. halde sıvı suyun sıcaklığı 100C ye ulaşmış basıncı 1atm dir. Bu haldeki suya “Doymuş Sıvı” adı verilir. Doymuş sıvı demek buharlaşma başlangıcındaki sıvı demektir. Isıtma işlemine devam edilirse suda kaynama (hızlı buharlaşma) gerçekleşecektir. Bu durumda silindir içerisinde su ve buhar beraber bulunacaktır. Karışım sıcaklık 100C de sabit kalacaktır. 3. halde sıvı ve buhar bir arada bulunur. Bu karışıma “doymuş-sıvı-buhar karşımı” denir. Faz değişmi tamamlanmadığı için karışımın sıcaklığı 100C de sabittir. Basınç 1atm dir. Isıtma işlemine devam edilirse silindir içerisindeki son damla sıvı da buhara dönüşür 4. halde tüm sıvı buhar halindedir ve buharın sıcaklığı hala 100C dir. Silindir içerisindeki bu buhar yoğuşma sınırındadır. Basınç 1atm dir. Bu buhara “Doymuş Buhar” adı verilir. Yoğuşma: Buhardan sıvı faza dönüş demektir. 4. haldeki buhar ısıtılırsa sıcaklık artık artmaya başlar. Ancak basınç hala 1 atm dir. Bu buhara “Kızgın Buhar” adı verilir. Buhar ne kadar çok ısıtılırsa sıcaklıkta o oranda artacaktır. Suyun 100C de kaynamaya başladığı cümlesi eksik bir ifadedir. Tam doğru ifade su 1 atm basınçta 100C de kaynar. Dolayısıyla basıncın sıvıların kaynama noktasına etkisi büyüktür. (1atm=101325 Pa) Mesela piston üzerine bir ağırlık konup basınç arttırıldığında kaynama sıcaklığı artar. Örneğin basıncın 600 kPa olduğu düşünülürse kaynama sıcaklığı bu kez 151.9C olacaktır. Dolayısıyla basınç artırıldığında kaynama sıcaklığının da arttığını söylemek mümkün. Verilen bir basınçta saf maddenin kaynamaya başladığı sıcaklığa “doyma sıcaklığı” denir. Tdoyma ile gösterilir. Benzer şekilde verilen bir sıcaklıkta saf maddenin kaynamaya başladığı basınca “doyma basıncı” denir ve Pdoyma ile gösterilir. Bir saf madde için doyma basıncı ile doyma sıcaklığı arasındaki eğri ve tablo aşağıdaki gibidir. Yukarıda (5 hal) ile izah edilen suyun faz değişimini T-v diyagramı üzerinde görelim. Yandaki Grafikteki aralıkları ve sayılar sayı 1-2-Sıkıştırılmış Sıvı bölgesi’ni 2-Doymuş Sıvı’yı 3-Doymuş Sıvı-Buhar Karışımı’nı 4-Doymuş Buhar’ı 4-1-Kızgın buhar bölgesi”ni ifade eder Grafikten de görüleceği üzere basınç 1 atm basınçta sabittir. Elbette ki farklı basınç değerleri için bu eğriler çizilebilir. Grafiğe dikkat edilirse basınç artırıldığında doyma sıcaklığının da arttığı görülmektedir. Bu artışa paralel olarak doymuş sıvı (2) ile doymuş buhar (4) noktası birbirine yaklaşacaktır. Öyle bir basınç değeri vardır ki 2 noktası ile 4 noktası çakışır. Bu noktaya kritik nokta (KN) denir. Mesela su için kritik nokta basıncı 22,0. MPa sıcaklık 374,14C ve özgül hacim 0.003106 m3/kg dır. Yani kritik nokta doymuş sıvı ile doymuş buhar hallerinin beraber olduğu hal olarak ta tanımlanır. Ayrıca atmosferdeki basınç yükseklere çıkıldıkça düşer. Buna bağlı olarak kaynama sıcaklığı azalır. Mesela 1000m yükseklikte basınç 89.55 kPa, kaynama sıcaklığı 96.3C dir. Şimdi çeşitli basınç değeri için çizilen bu grafikte 2 ve 4 noktalarını birleştirerek bir grafik çizelim. Buradaki gerek T-v gerekse P-v diyagramında saf maddenin faz bölgeleri görülmektedir. Bu saf madde diyagramlarına katı fazı eklenerek de çizilebilir. Mesela donuğunda hacmi küçülen bir saf madde diyagramı aşağıdaki gibidir. P-v diyagramından görüldüğü gibi bir üçlü doğru bulunmaktadır. Bazı özel sıcaklık ve basınçlarda üç faz bir arada bulunabilir. Bu noktaya üçlü nokta adı verilir. Mesela su için üçlü nokta 0.01C, basınç 0.6113 kPa dır. Bir saf madde katı fazından buhar fazına iki şekilde geçer. Madde önce sıvılaşır, sonra buharlaşır. Ya da katı fazından doğrudan gaz fazına geçer buna Süblimleşme denir. Süblimasyon üçlü nokta basıncının altındaki basınçlarda olur. Üçlü nokta basıncı atmosfer basıncının üzerinde olan maddeler (naftalin) atmosfer basıncında katı fazından buhar fazına geçebilir. Bir saf maddenin P-T diyagramı çizildiğinde üçlü doğru bir nokta şeklinde görülür. Buna üçlü nokta adı verilir. Özellik Tabloları: Suyun doymuş sıvı ve doymuş buhar özellikleri Tablo A-4 ve A-5’te verilmiştir. Her iki tabloda aynı bilgiler vardır. Tablo A-4 doyma sıcaklığına göre, Tablo A-5 ise doyma basıncına göre düzenlenmiştir. Tablolar dikkatlice incelenirse vf, vg, uf, ug, ufg, hf, hg, hfg gibi ifadelerin olduğu görülür. Burada (f) sıvıyı (g) ise buharı ifade etmektedir. vf=Doymuş sıvının özgül hacmi vg=Doymuş buharın özgül hacmi vfg=vg-vf (vg ile vf nin farkıdır) hf=Doymuş sıvının özgül entalpisi hg=Doymuş buharın özgül entalpisi hfg=hg-hf Burada u(özgül iç enerji) ve s (özgül entropi) içinde aynı tanımlar ve bağıntılar yazılabilir. Burada entalpinin karma bir özellik olduğunu söylemek gereklidir. H=U+PV veya h=u+Pv şeklinde tanımlanır. Burada hfg buharlaşma entalpisi, buharlaşma gizli ısısı veya sadece gizli ısı olarak adlandırılır. Gizli ısı, verilen bir basınç veya sıcaklıkta doymuş sıvının birim kütlesini buharlaştırmak için gereken enerjidir. Buharlaşma entalpisi sıcaklık ve basınç arttıkça azalır. Kritik noktada sıfır olur. Tablo A-6 kızgın buhar tablosu olup bu tabloda da verilen bir basınç ve sıcaklık değerleri ile buharın v,u,h,ve s değerleri bulunabilir. Tablo A-7 ise sıkıştırılmış sıvı tablosudur. Bu tabloda da verilen bir basınç ve sıcaklık değerleri için sıvının v,u,h,ve s değerleri bulunabilir.
