Su Kaç Fahrenaytta Donar

Havalar soğuduğunda eğer arabanızın silecek suyu normal su ile dolu ise eziyet başlar, çünkü o su donmuştur ve camlara püskürtemezsiniz. En yakın bir benzinliğe girersiniz; cam suyu almaya. Kimi çok ucuzdur, kimi pahalı. Bir sürü çeşit vardır. En ucuzunu almakla pahalısını almak arasında bir fark var mı? Nedir ki bu cam suyu? İçinde ne vardır?

Kimyada “kolligatif özellikler” diye bilinen bir kavram vardır. Bu kavram çözeltilerle ilgilidir ve saf çözücünün belli özelliklerinin içerisinde çözünen madde ile birlikte nasıl değiştiğini belirler.

Bunu şöyle açıklamaya çalışayım; su derecede kaynar. Eğer suya bir miktar tuz atarsanız suyun kaynama noktası derecenin üzerine çıkar. Suyun kaynama noktasının ne kadar yükseleceği, içerisine atacağınız tuz miktarına göre değişir. Suyun içindeki tuz oranı arttıkça, kaynama noktası o kadar yükselecektir.

Günlük hayattan başka bir alıntı olsun ve yine tuz örneğinden gidelim. Soğuk ve karlı havalarda belediyenin ilk yaptığı şey, yollara tuz dökmektir. Bunu yapmalarının bir nedeni vardır. Nasıl tuzlu suyun kaynama noktası derecenin üzerine çıkıyor ise, donma noktası da sıfır derecenin altına düşer. Aynı prensiple, suyun donma noktası düşüşü, suya atılan tuz miktarına bağlıdır. Tuz örneği hepimize tanıdık olduğu için güzel bir örnektir ama tuz yerine şeker kullansaydık da suyun kaynama noktasını yükseltir, donma noktasını düşürebilirdik. Donma noktası üzerinden gidelim

Kolligatif özellikler maddenin cinsine bağlı değildir. Maddenin miktarı ile ilgilidir. Suyun kaynama noktasının ne kadar yükseldiği veya donma noktasının ne kadar düştüğü, içine atacağınız maddenin miktarına bağlıdır. Bu kavram kimyada “molalite” miktar birimi ile açıklanır.

Molalitenin formülü: m=(çözünenin molü)/(çözücünün kilogramı) (Burada çözünen tuz veya şeker, çözücü ise sudur.)

Molalite daha sonra şu formüle uygulanarak donma noktasında ne kadar düşüş olacağını bulmamızı sağlar: ΔT = K_f × m

Burada m; molalite, K_f; molal donma sabiti ve ΔT (donma noktası düşüşü)=(Saf çözücünün donma noktası – çözeltinin donma noktası)’dır. Molal donma sabiti adı üzerinde sabit bir değerdir ve her çözücünün kendine ait bir K_f değeri vardır (Su için bu değer ^oC /m'dir).

Yanıt: Eksi derecede

O halde artık kantitatif bir örnek verebiliriz. mililitre suya 29 gram tuz atarsam kaç derecede donar? Öncelikle bu çözeltinin molalitesini hesaplamalıyız. Çözünenin molüne ihtiyacımız var. Tuzun (NaCl) molekül ağırlığı 58,5 g/mol’dür. Mol = kütle / molekül ağırlığı formülünden; mol = 29 / 58,5 = yaklaşık 0, 5 mol diyelim. Şimdi molalite formülüne geçiyoruz. Molalite hesabı için tuzun molü / suyun kilogramı = 0,5 / 0,1 = 5 molal olarak hesapladık.

ΔT = K_f × m formülünde, K_f yerine suyun molal donma sabiti değeri olan ’yı ve m yerine 5’i yazalım; ΔT = 1,86 × 5 = ; yani donma noktası derece düşecek. Suyun donma noktası sıfır derece olduğuna göre, yukarıda belirttiğimiz miktardaki bir tuzlu suyun donma noktası derece olacaktır.

Kış için üretilen cam suları da aynı bu prensip ile çalışır. Suyun içerisinde etilen glikol, metanol, propil alkol veya benzeri bir madde bulunur ve saf suyun donma noktasını düşürür. Buna ilaveten cam sularına deterjan katkılı madde de eklenir. Böylece çamur, böcek kalıntısı gibi kirlerin kolay temizlenebilmesi sağlanır.

Ucuzu - pahalısı

Cam sularının fiyat farkı, suyun içerisine katılan maddelerin miktarıyla değişir. Su-madde oranı eğer çok düşük ise donma noktasını çok az düşürecektir, ancak maliyeti ucuz olduğu için satış fiyatı da uygun olacaktır. Daha ılıman iklimlerde yaşayanlar için bu tür ucuz cam suları kullanılabilir, ancak satın alınacağı zaman etiketini okumakta fayda vardır. Çünkü bu tür ürünlerin etiketinde hangi sıcaklığa kadar donmadığı belirtilmektedir.

Aslına bakarsanız nanoteknoloji eklenmiş cam suları dahi mevcuttur (tabi fiyatı bu oranda artacaktır) ki bu tür cam suları kullandığınızda yağmur suyunu veya kirleri camda tutmama özelliği gösterirler. Ayrıca cam sularına parfüm ilavesi de yapılabilmekte ve camınıza püskürttüğünüzde arabanıza hoş bir koku katkısı da sağlayabilmektedir.

Böyle bakıldığında kışlık cam suyumuzu kendimiz de kolaylıkla yapabiliriz gibi görünüyor. Ancak bunun için saf su kullanmamız çok önemli. Çünkü musluk suyu püskürtme mekanizmalarını tıkayabiliyor. Saf suyu bulabildiysek, artık içine saf alkol ekleyebiliriz. Ancak saf alkolü eskisi gibi eczanelerden kolaylıkla satın alamıyoruz. Bu sebeple imalatımız bu noktada kısıtlanıyor.

Konsantre cam sularını yaz aylarında veya sert soğukların olmadığı mevsimlerde sulandırarak kullanabilirsiniz. Ayrıca hoşunuza giden bir kokuyu da cam suyunuza ilave ederek kendi parfümlü cam suyunuzu yaratabilirsiniz. Normal suyunuza bir miktar deterjan ekleyerek temizleyici özellikte bir cam suyuna sahip olabilirsiniz. Bu camlarınızı yağlı kirlerden kolayca temizlemenizi sağlayacaktır.

Sıcaklığın sıfırın altına düştüğü kışları yaşayan Ankara, Sivas, Erzurum gibi bir şehirdeyseniz, fiyatına takılmayın, donma noktası düşürücülüğü bakımından en iyisini alın tavsiyesi yerindedir. İçinde bulunduğumuz aylarda bir sabah kalkıp pencereden baktığınızda buzlu, karlı veya çok soğuk bir havaya uyanmanız sürpriz olmayacak.

Dr. Emine Gül Cansu Ergün / Atılım Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi

Kaynak:  funduszeue.info (soldaki fotoğraf), funduszeue.info (sağdaki fotoğraf)
Atılım Üniversitesi genel kimya laboratuarında konu ile ilgili anlattığım kendi örneklerimden derlenmiştir.

Suyun genel olarak standart donma ve kaynama ile buharlaşma dereceleri bulunmaktadır. Tabii bu dereceler suyun saf olup olmamasına göre de farklılık yaratabilmektedir. Ancak bilim dünyasında kabul edilmiş ve deneylerle ortaya çıkarılmış belli başlı bazı süreler bulunur.

Su Kaç Derecede Donar, Kaç Derecede Kaynar ve Buharlaşır?

Suyun farklı donma ve kaynama ile buharlaşma süreleri bulunmaktadır. Örneğin su 0 santigrat derecede donma noktasına ulaşır ve donar. Ancak son yıllarda yapılan çalışmalar neticesinde, saf suyun sıfırın altında 48 derecede donduğu biliniyor. Yani su içeriğindeki mineral yapılara bağlı olarak 0 santigrat derecede ya da sıfırın altında 48 santigrat derecede donabilmektedir.

Deniz seviyesi ele alındığı zaman bir atmosfer basınç altında su santigrat dereceye ulaştığında kaynar. Ancak yüksekliğe bağlı olarak kaynama derecesi değişkenlik gösterebilir. Mesela Everest Dağı'nda su 70 santigrat derecede kaynamaktadır. Bu yüzden yükseklik farkı ile beraber sıcaklığa bağlı olarak suyun kaynama noktası değişkenlik yaratabilir. Yine de deniz seviyesi baz alındığı için santigrat derece kaynama noktası olarak öne çıkmaktadır.

Buharlaşma konusunda ise aslına bakılırsa +4 santigrat derece den sonra su buharlaşma yavaşlar. Suyun yüzey molekülleri zamanla kopmak suretiyle haline geçer ve bu da buharlaşma demektir. Ancak kaynama noktası olan santigrat dereceye ulaştığı zaman, en yüksek buharlaşma noktasına gelinmiş olur. Bu yüzden suyun buharlaşma derecesi + 4 santigrat derece den sonra değişkenlik göstermektedir.