Sıvı
Maddenin üç temel hali vardır: Katı, sıvı ve gaz. Bütün maddeler bu üç halden birinde bulunur ve herhangi bir madde olağan koşullarda yalnızca o haliyle bilinir. Sıvılar ısıtılarak gaz haline getirilebilir ya da soğutularak katılaştırılabilir. Gazlar gibi sıvılar da içinde bulundukları kabın biçimini alır; ama gazlardan farklı olarak, sıvılar kabı tümüyle doldurmak için hacimlerini değiştiremez.
Bir sıvı ile öbür iki halden birinde bulunan bir madde, yani bir katı ya da gaz temasa geçtiğinde, bu iki madde arasında belirgin bir ara yüzey oluşur; bu yüzeyin biçimi, sıvının ve temas halinde olduğu maddenin özelliklerine bağlıdır. Üstü açık cam bir kaptaki, örneğin bir bardaktaki suyun yüzeyi, cama değdiği yerlerde yukarı doğru çekilir ve böylece orta bölümü çukurlaşır. Bunun nedeni, su ve cam molekülleri arasındaki yapışma kuvvetlerinin, su moleküllerinin kendi aralarındaki bağlanma kuvvetlerinden daha büyük olmasıdır.Ama öte yandan, benzer bir kaba cıva doldurulursa, cıvanın cama değen kenar bölümleri aşağı doğru kıvrılır, çünkü cıvanın bağlanma kuvveti suyunkinden daha büyüktür.
Sıvının içinde, moleküllerin arasındaki çekim kuvveti her yönde aynıdır. Öte yandan yüzeydeki moleküller alttaki moleküllerin etkisiyle aşağı, sıvının içine doğru çekilir ve sıvı sanki ince, esnek bir kabukla örtülüymüş gibi hareket eder. Sıvıların bu özelliğine yüzey gerilimi denir. Böceklerin suyun üstünde yürümesini ya da bir iğnenin çanaktaki suyun yüzeyinde batmadan durmasını olanaklı kılan da bu özelliktir.
Günlük yaşamda sıkça karşılaştığımız sıvıların pek çoğu katışkısız, yani arı maddeler değil karışımlardır; örneğin, tuzlu su ya da şekerli su bu tür karışımlardır. Bir gaz ya da bir katı madde bir sıvının içinde çözündürülecek, yani eritilecek olursa, bu sıvıya çözücü, eriyen katı ya da gaza çözünür madde ya da çözünen, ortaya çıkan yeni sıvıya da çözelti denir. Oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncı altında sıvı halde bulunan pek çok kimyasal bileşik vardır, ama yalın element olarak bu koşullarda yalnızca cıva ve brom sıvı halde bulunur.
Yer yüzeyinin yaklaşık yüzde 70’i suyla kaplıdır. Okyanusların başlıca bileşeni sudur; öte yandan Dünya’nın çekirdek bölümünün sıvı demir ve nikelden oluştuğu sanılmaktadır. İnsan vücudunun yaklaşık yüzde 65’i sudur.
Akışkan Olarak Sıvılar
Sıvılar ile gazların pek çok ortak özelliği vardır; bunların her ikisi de akma özelliğine sahip olduklarından akışkan olarak tanımlanır. Bazı sıvılar öbürlerine oranla daha zor akar. Fizikçiler ve kimyacılar, akmaya karşı gösterilen bu dirence ağdalılık ya da batı dillerinden aktarılan biçimiyle viskozite derler. Kolayca akmayan sıvılar ağdalı olarak tanımlanır. Katran ağdalı bir sıvıdır, ama süt
öyle değildir.
Gazlar gibi sıvılar da, eskiçağın büyük bilginlerinden Arşimet’in ortaya koyduğu bir kurala uyar. Arşimet ilkesi denen bu kurala göre, herhangi bir katı cisim kısmen ya da tümüyle suya daldırıldığında, cismin ağırlığında ortaya çıkan azalma, taşırmış olduğu suyun ağırlığına eşittir. Sıvıya daldırılan cismi yukarı doğru iten kuvvete sıvının kaldırma kuvveti denir; sıvının kaldırma kuvveti, cismin sıvı içindeki ağırlık kaybına eşittir.
Fransız matematikçi Pascal da akışkanlara ilişkin bir kural geliştirmiştir. Pascal yasası denen bu kurala göre, herhangi bir sıvının içinde basınç her yönde eşit olarak yayılır. Hidrolik fren ve hidrolik pres gibi pek çok aygıt bu yasaya dayalı olarak çalışır.
Sıvılar ile gazların bazı ortak özelliklerinin bulunmasına karşılık, sıvı molekülleri gaz molekülleri kadar serbest değildir. Sıvı içindeki moleküller de sürekli hareket halindedir, ama sözü edilen bağlanma kuvveti nedeniyle birbirlerine göre olan konumlarını korurlar. Öte yandan, sıvının yüzeyindeki moleküller yüzeyden kurtularak gaz molekülleri haline gelir. Bu sürece buharlaşma denir. BUHARLAŞMA sayfasında da anlatıldığı gibi, daha büyük enerjiye sahip olan moleküller sıvıdan
ayrılıp gider ve kalan sıvı, önceki durumuna göre daha soğuk olur. Bütün soğutma aygıtlarında bu etkiden yararlanılır.
Buharlaşma hızı sıvıdan sıvıya değişir, ama hangisi olursa olsun bir sıvının sıcaklığı ne kadar yüksekse buharlaşma hızı da o ölçüde yüksek olur. Sıcaklık, sıvı moleküllerinin sahip oldukları enerjinin bir ölçüsüdür. Bu enerjinin kendisi de, moleküllerin onları yerlerinde tutan bağlanma kuvvetini yenebilme yeteneklerinin bir ölçüsüdür. Sıvının kaynama noktası olarak adlandırılan bir sıcaklıkta bütün sıvı buharlaşır, yani gaz haline dönüşür. Bir sıvının kaynama noktası genellikle normal atmosfer basıncında saptanır. Düşük basınçlarda, sıvının kaynama noktası daha düşüktür. Çünkü düşük basınçlarda yüzeydeki moleküllerin üzerindeki basınç da düşük olur ve bunun sonucunda moleküller yüzeyden daha kolay kurtulup havaya karışır. Sıvıların daha düşük basınçlarda daha kolay kaynayıp buharlaşmasının, yani kaynama noktalarının daha düşük olmasının nedeni budur. Örneğin, Everest Dağı’nın tepesinde yumurta kaynatmak isteseydiniz, suyun yumurtayı tam anlamıyla pişirecek kadar ısınmadan buharlaştığını görürdünüz. Buna karşılık sıvıların üzerindeki basınç arttıkça kaynama noktası da yükselir. Mutfaklarda kullanılan basınçlı (düdüklü) tencerelerde suyun kaynama noktası 120°C’ye kadar yükseltilebilir. Bu tür tencerelerde yemeklerin geleneksel tencerelerdekine göre daha çabuk pişirilebilmesinin nedeni budur.
Bir sıvının donma noktası, katı hale geldiği sıcaklıktır. Bu sıcaklıkta sıvı molekülleri o kadar çok enerji kaybeder ki, bağlanma kuvveti onları sıvı haldekine göre çok daha yakın bir konumda birbirine bağlar. Donma noktası da basınçtan etkilenir. Donduğunda büzülen sıvıların üzerindeki basınç arttıkça bu sıvıların donma noktası da yükselir; ama öte yandan, donduklarında genleşen sıvıların üzerindeki
basınç arttıkça bunların donma noktası düşer. Sıvıların çoğu donduğunda, yani katılaştığında büzülür. Ama su donduğunda genleşir.
Bir sıvı hem kaynama noktasında, hem de donma noktasında, değişimin yönüne bağlı olarak ya dışarı enerji verir ya da dışarıdan enerji alır. DONMA VE ERİME sayfasında, erime noktasındaki bir katının sıvı hale dönüşürken nasıl dışarıdan ısı biçiminde enerji soğurduğu açıklanmıştır. Bu ek enerjiye gizli erime ısısı denir. Katının erimesi için aldığı bu ek enerjinin miktarı, donma noktasındaki
sıvının katı hale geçerken dışarı saldığı enerji miktarına eşittir.
Kaynama noktasındaki bir sıvının gaz haline dönüşürken dışarıdan aldığı ek enerjiye gizli buharlaşma ısısı denir; bu enerjinin miktarı daha da büyüktür. Gaz sıvı hale dönüşürken ise aynı miktarda enerjiyi dışarı salar. Herhangi bir sıvının gizli buharlaşma ısısı, her zaman gizli erime ısısından çok daha fazladır; çünkü moleküllerin bir gaz oluşturmak üzere bir sıvıdan kurtulabilmeleri için gerekli olan enerji, katıdan sıvıya geçişte gereksindikleri enerjiden çok daha fazladır.
Bir metal olan cıva dışında, sıvıların ısı ve elektrik iletkenlikleri zayıftır. Sıvılarda ısı aktarımında temel süreç konveksiyondur; bu gazlar için de geçerlidir. Bu olgu KONVEKSİYON sayfasında ayrıntılı olarak anlatılmıştır.
