Doğada binlerce tür madde vardır. Maddeler doğada genellikle karışım hâlinde bulunur. Başkaca maddelerden arıtılmış katışıksız maddelere saf madde, iki ya da daha fazla maddenin karıştırılmasıyla oluşan katışığa karışım denir. Örneğin; demir, alüminyum, oksijen, su, şeker, naftalin, yemek tuzu vb. saf maddeler iken; hava, toprak, süt, kan, kum, tuzlu su vb. karışım hâlindeki maddelerdir.
Karışımı oluşturan maddeler bileşen adıyla anılır. Örneğin; hava bir karışımken, havayı oluşturan azot, oksijen vb. gazlar hava karışımının bileşenleridir.
Karışım hâlindeki maddeler, karışımı oluşturan bileşenlerin karışım içindeki dağılımına göre homojen ve¬ya heterojen karışımlar olmak üzere ikiye ayrılır. Karışımı oluşturan bileşenlerin dağılımı, karışımın her nokta¬sında aynı ise homojen karışım denir. Homojen karışımlara çözelti de denir. Karışımın her noktasında madde dağılımı farklı ise heterojen karışım olarak nitelendirilir. Örneğin; hava, tuzlu su, şekerli su, limonata, mürekkep homojen karışım iken; toprak, süt, buzlu su, ayran, kan, su, zeytinyağı heterojen karışımdır.
ÖZ KÜTLE FARKI İLE AYIRMA
Katı madde karışımlarındaki bileşenlerin öz kütleleri farklı ise bu farktan yararlanarak ayırma işlemi yapılabilir.
Öz kütle farkı ile ayırma yöntemi endüstride geniş ölçüde kullanılır. Farklı öz kütleye sahip iki katının ayrılması istendiğinde, bu maddeler karışımı önce toz hâline getirilir. Toz hâlindeki karışım; öz kütlesi, karışımı oluşturan maddelerin öz kütleleri arasında bir değerde olan ve bu maddelerle etkileşmeyen sıvı içine atılır. Öz kütlesi, içine atıldığı sıvıdan büyük olan madde çöker, diğeri sıvı üstünde toplanır. Böylece karışımı oluşturan bileşenler birbirinden ayrılır. Örneğin; mermer tozu ve naftalin karışımı su içine atıldığında, öz kütlesi suyun öz kütlesinden büyük olan mermer tozu dibe çöker. Naftalinin öz kütlesi suyun öz kütlesinden küçük olduğundan su üstünde toplanır.
Kremadan tereyağı elde edilmesinde, tereyağı ile ayra¬nın öz kütlelerinin farklılığından yararlanılır. Krema, makine ya da yayıkta çalkalanır. Tereyağının öz kütlesi ayranın öz kütlesinden küçük olduğundan kremadan ayrılarak ayran üzerinde öz kütleleri birbirinden farklı birbiri içinde çözünmeyen iki sıvının oluşturduğu karışımlar (su – zeytinyağı gibi), ayırma hunisi yardımıyla ayrılır. Ayırma hunisine boşaltılan karışımda öz kütlesi büyük olan altta toplanır. Diğeri ise üstte toplanır. Ayırma musluğu yardımıyla altta toplanan sıvı karışımdan alınır.
ÇÖZÜNÜRLÜK FARKI İLE AYIRMA
Hayvancılıkla uğraşılan yörelerde, peynir ve tereyağını uzun süre saklayabilmek için peynir ve tereyağı tuzlanır. Peynir kullanılmadan önce suda yıkanır, suda bekletilir. Tuz suda çözünerek peynirden ayrılır. Böylece peynirin tuzu giderilmiş olur ki bu yöntem, çözünürlük farkı ile maddelerin ayrılmasına örnek oluşturur, öyleyse bir karışımı, bileşenlerinin herhangi bir çözücüdeki çözünürlükleri farkından yararlanarak ayırabiliriz.
Yukarıda verdiğimiz örneklerde, karışım oluşturan bileşenlerin suda çözünmesinden ya da çözünmeme¬sinden yararlandığı açıktır. Ancak bazı karışımları oluşturan bileşenlerden iki ya da daha fazlasının aynı çözen¬de çözündüğü durumlarla da karşılaşılır. Bu durumda karışımı bileşenlerine ayırmak için bileşenlerin farklı çözücülerdeki çözünürlüklerinin farklı oluşundan yararlanılır.
Örneğin; yemek tuzu, kükürt ve mermer tozundan oluşan bir karışımdan yemek tuzu suda çözünerek ayrılır. Kalan karışım karbon tetraklorür ile yıkanırsa kükürt, karbon tetraklorürde çözünerek mermer tozundan ayrılmış olur.
Çözünürlük farkı ile karışımları bileşenlerine aynına yöntemleri endüstride, madenlerin zenginleştirilmesinde, meyve sularının deriştirilmesinde, bitkisel yağların elde edilmesinde, kimyasal ürünlerin saflaştırılmasında kullanılır.
HÂL DEĞİŞTİRME SICAKLIKLARI FARKİ İLE AYIRMA
Maddelerin, katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hâlde bulunduğunu; ısı enerjisinin maddeleri etkilediğini ve maddelerde hâl değişikliğine neden olduğunu biliyorsunuz. Hâl değişikliği ısı alış verişi ile olur. Madde ısı aldı¬ğında sıcaklığı artar. Katı bir maddenin sıcaklığı, erime sıcaklığına ulaştığında madde sıvı hâle geçer. Yani erir.
Erime sırasında madde katı ye sıvı hâlini bir arada bulundurur. Örneğin; bir buz parçası ısıtılırsa, yavaş yavaş erir. Bu safhada suyun katı ve sıvı hâli bir aradadır. Isıtma sürdürülürse, buz tamamen eriyerek sıvı hâle geçer.
Elinize ya da yere döktüğünüz suyun bir süre sonra buharlaştığını bilirsiniz. Soğuk loş günlerinde su biri¬kintileri veya akarsuların buharlaştığını görmüşsünüzdür. Evinizde çaydanlıkta ısıttığınız suyun, yüzeyinden ha¬fif hafif buharlaştığına çoğu kez tanık olmuşsunuzdur. Buharlaşarak gaz hâline geçen maddeler soğutulduğunda tekrar sıvı hâle döner. Gaz hâlindeki maddelerin ısı kaybederek sıvı hâle geçmesine, yoğunlaşma denir.
Yukarıdaki açıklamalarımızdan sıvıların her sıcaklıkta buharlaştığını, sıvıların buharlaşması için kaynamalarının ön koşul olmadığını anlamışsınızdır. Ayrıca kaynama esnasında buharlaşmanın ve buharlaşma hızının arttığını, fakat kaynama ya da erime – donma olayının belirli bir sıcaklıkta gerçekleştiğini bilirsiniz.
O hâlde maddelerin erime (donma) ve kaynama noktalarının yani hâl değişim sıcaklıklarının farklı oluşundan yararlana¬rak karışımları bileşenlerine ayırmamız mümkün olmalıdır,
Sizler kaynamakta olan tuzlu suyun, suyu buharlaştıkça tuzluluk oranının arttığını, buharlaşan deniz su¬yundan geriye tuz vb. artıkların kaldığını, bu yöntemle de deniz suyundan (Konya ilimizde tuz gölünden) tuz el¬de edildiğini bilirsiniz.
BİLEŞİKLERİN AYRIŞMASI
Konumuz içinde madde hakkında bilgiler edinirken, saf maddeleri elementler ve bileşikler olarak sınıfla¬mış ve bunlara örnekler vermiştik. Çeşitli yöntemlerle ayrıştırılmaya çalışıldığında değişik özellik gösteren hiç¬bir yabancı maddeye ayrılmayan saf maddelere element denir. Demir, bakır, alüminyum, altın, gümüş, cıva, platin, oksijen, hidrojen, helyum, argon vb. bilinen element sayısı günümüzde 111’dir.
Birden çok element ya da maddenin kimyasal bir tepkime sonucu belirli oranlarda birleşerek oluşturduk¬ları yeni özellikteki maddeye bileşik denir.
Bilinen az sayıda elementin birleşmesinden milyonlarca türde bileşik oluşur. Oluşan bileşiklerin özellikle¬ri, kendilerini oluşturan elementlerin ya da maddelerin özelliklerinden tamamen farklıdır, örneğin; hidrojen ve oksijen gazlan belirli bir oranda birleşerek kendilerinden tamamen farklı su bileşiğini oluşturur. Su, tuz, şeker, etilalkol, karbondioksit vb. birer bileşiktir.
Karışımların kendilerini oluşturan saf maddelere ayrılması fiziksel bir olay, öz kütle, çözünürlük, erime, kaynama ve yoğunlaşma sıcaklığı vb. özellikler maddelerin fiziksel özelliğidir. Bu özelliklerden yararlanarak ka¬rışımları bileşenlerine ayırmak üzere deneyler plânladık. Maddelerin ayırt edici özelliklerinden yararlanarak ve fiziksel yöntemler kullanarak karışımları bileşenlerine ayırdık. Ancak maddeler, karışımlar hâlinde bulundukları gibi daha kompleks ve karmaşık bir yapı olan bileşikler hâlinde de bulunur. Şeker, yemek tuzu, sodyum klorat, aspirin gibi sayamayacağımız kadar çok madde yanında, canlılığın vazgeçilemez bir parçası olan su da bir bile¬şiktir.
Karışımlardan farklı olarak bileşikleri bileşenlerine ayırmak, ayırt edici özellikler yanında daha başka kimyasal teknikleri ve daha fazla bilgiyi gerektirir. Biz bu tekniklerden, ısı enerjisi ile ayırma ve elektrik enerjisi ile ayırmadan (elektroliz) söz edeceğiz. Hepsi de kimyasal bir olaya dayalı bu yöntemlerle bileşikleri bileşenleri¬ne ayıracağız. Ancak şunu unutmamanız gerekir ki her bir bileşiği bileşenlerine ayırmak başka başka kimyasal teknikleri gerektirir, örneğin; kireç taşını (kalsiyum karbonat) ısı etkisiyle sönmemiş kireç (kalsiyum oksit) ve karbondioksitle ayırmak mümkünken, suyu ısı enerjisiyle bileşenlerine ayıramayız. Suyu ancak elektrolizle bile¬şenlerine ayırabiliriz.
ELEKTRİK ENERJİSİ İLE AYRIŞTIRMA (ELEKTROLİZ)
Isıtma, damıtma, kristallendirme gibi yöntemlerle pek çok bileşik, daha basit maddelere ayrışamaz. Bunun için daha güçlü bir tekniğe ihtiyaç vardır. Elektrik enerjisiyle kimyasal bir ayrıştırma yöntemi olan bu teknik elektrolizdir. Elektrik akımı iletkenliği sağlayan maddeler elektrolit maddeler denir.
Elektroliz, sanayide birçok maddeni elde edilişinde, ****llerin saflaştırılmasında yaygın olarak kullanılır. En önemli uygulamaları, yemek tuzunun elektrolizinden klor ve sodyum hidroksit üretimi ve alüminyum oksitten alüminyum üretimidir. Ayrıca kaplamacılıkta (nikelaj, kromaj vb) kullanılır. Elektrik enerjisi ile bileşikleri basit maddelere ayrıştırma işlemi kimyasal olaydır.
FEN VE TEKNOLOJİ 