.
SüS TaŞLaRı
Doğal Kıymetli TaŞLaR

Yoğunluk





Yoğunluk, minerallerin oluşumu sırasında ısı ve basınca bağlı olarak her homojen cisim için sabit bir sayıdır. Kimyasal formülü aynı olmasına rağmen farklı kristal sisteminde kristallenen minerallerin Yoğunlukları da farklıdır. Mesela; küp sistemde kristallenen elmasın (C) Yoğunluğu 3,5 iken aynı kimyasal formüle sahip olan ve hekzagonal sistemde kristallenen grafit (C)’in Yoğunluğu 2,1 dir. Minerallerin Yoğunlukları 1 - 23 arasında değişir.

Tabiatta tabii olarak element halinde bulunan nabit metallerin Yoğunlukları yüksek rakamlara ulaşır. Platin, paladyum, iridyum, altın gibi ağır mineraller örnek olarak verilebilir. En hafif mineraller ise organik mineraller olup özgül ağırlıkları 1 civarındadır. Mesela kehribar 1,1 dir



Yoğunluğun Hesaplanması 

Birim hücrenin hacmi ve bu hücrede bulunan atomların türleri ve sayıları bilinirse, mineralin yoğunluğu hesaplanabilir. Kimyasal formüller mineralleri meydana getiren farklı atomların oranlarını verirler fakat birim hücredeki formül sayısı hakkında bilgi sağlamazlar. Bu sayı genellikle küçük olup Z ile gösterilir.

Örneğin, aragonit’in (CaCO3) formülünde atomların oranı 1Ca : 1C : 3O’dir. Her birim hücrede dört birim formül vardır (Z = 4). Yani birim hücrede 4Ca, 4C ve 12O bulunur. CaCO3’ın molekül ağırlığı (M) 100.09’dur. Böylece birim hücrenin içerdiği 4 molekülün ağırlığı 4 x 100.09 = 400.36’dır.
Ortogonal (dik açılı) kristal sistemlerinde birim hücrenin hacmi hücre boyutlarının V = a x b x c tarzındaki çarpımından elde edilir.
Dik açılı olmayan sistemlerde ise kenarlar arasındaki açıların da gözönüne alınması gerekir. Aragonitin birim hücre boyutları a = 4.96 Å, b = 7.97 Å ve c = 5.74 Å olan bir rombusal hücre yapısı vardır. Birim hücresinin hacmi V = 226.91 Å3 ’tür. Å3 olarak hesaplanan birim hücrenin hacmini cm3 ’e çevirmek için bulunan değer (108 ) 3 ’e bölünür veya V = 226.91 x 10–24 eşitliğinde olduğu gibi 10–24 ile çarpılır.
Böylece aragonitin yoğunluğu (D) aşağıdaki formüle göre hesaplanır. Formüldeki N, Avogadro sayısı olup 6.02338 x 1023’e eşittir. Z x M D = N x V 4 x 100.09 D = 6.02338 x 1023 x 226.91 x 10–24 = 2.93 g/cm3 


---------------
 

Yoğunluk=> Bir maddenin birim hacminin kütlesidir ve d=m/v formülüyle hesaplanır. Yoğunluk birimi g/cm3 olur.

Bir örnek verecek olursak;
Mir maddenin kütlesi=20 ve hacmi=4 ise yoğunluğu 20/4=5 çıkar.

Şimdi yoğunluğun ne olduğunu daha ayrıntılı ele alalım:

Homojen bir yapıya sahip maddenin birim hacminin kütlesi. Yoğunluk birimi gram/cm3 (gram/mililitre) veya kg/m3 tür. Yoğunluk, herhangi bir cismin hacminden kütlesinin veya kütlesinden hacminin  hesaplanabilmesine  imkan sağlar. Kütle hacimle yoğunluğun çarpımına, hacim ise kütlenin yoğunluğa bölümüne eşittir. İki tür yoğunluk vardır. Birincisi mutlak yoğunluktur ki, pratikte mutlak kelimesi kullanılmaz, sadece yoğunluk denir. İkincisi ise izafi yoğunluk (bağıl yoğunluk)turyoğunluk

Bir maddenin 1 ml hacminde ki kütle miktarı o maddenin yoğunluğunu gösterir. Bütün maddelerin yoğunluğu faklıdır. Bu nedenle yoğunluk maddelerin ayrıştırıcı özelliğidir.

Yoğunluğa aynı zamandan öz kütlede denir. Yoğunluğu en zor ölçülen maddeler gazlardır. Gazların yoğunluğunu ölçmek için gazları bir kabın içerisinde sıkıştırmak gerekir. Yoğunluk kütlenin hacme bölümüne eşittir. Hacim ise yoğunluğun kütleyle çarpılmasına eşittir.

Öz kütle maddenin karakteristik özelliği olmasına rağmen yalnız öz kütlesi bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılamayabilir. Bir maddenin hangi madde olduğunun anlaşılabilmesi için birden fazla ayırt edici özelliğinin incelenmesi gerekir.

Mutlak yoğunluk

Katı ve sıvıların yoğunluğu ısı ve basınçla çok az değişir. Gazların yoğunluğu ise ısı ve basınçla çok değişir. Gazların yoğunluğu tarif edilirken bulunduğu sıcaklık ve basınç değerleri de verilir.

Maddelerin yoğunlukları birbirinden çok farklılıklar gösterir. Atom çekirdeğinin yoğunluğu 1014 gram/cm 3 değerindedir.

Endüstride yoğunluk yerine genellikle özgül ağırlık tarifi kullanılır. Özgül ağırlığın birimi yoktur (Bkz. Özgül Ağırlık). Özgül ağırlık mukayese esasına dayanılarak ölçüldüğü için ölçme tekniği daha kolaydır. elektrik akımı ve manyetik saha konularında geçen akım yoğunluğu ve manyetik saha yoğunluğu başkadır. Her ikisinde de birim kesitten geçen akım ve saha çizgisi, yoğunluğu tayin eder.

Bağıl (İzafi) yoğunluk:

Verilen bir hacimdeki bir cismin kütlesinin, aynı hacimdeki bir mukayese cisminin kütlesine oranı. Aynı zamanda verilen cismin yoğunluğunun, mukayese cisminin yoğunluğuna oranı olarak da tarif edilebilir. Her iki durumda da bağıl yoğunluk boyutsuz bir büyüklüktür. Bu sebepten dolayı bu sayı her türlü birim sisteminde aynıdır. Bağıl yoğunluğun belirlenmesinde mukayese cismi olarak 4°C’deki su alınır. Suyun yoğunluğu ise bu sıcaklıkta 1 gr/cm3tür. Gazların bağıl yoğunluğunun belirlenmesinde de 0°C ve bir atmosfer basıncındaki hava alınır. Gazların yoğunluğu sıcaklık ve basınçla değiştiğinden dolayı, bunların belirtilmesi önemlidir.

www.erguven.net-madde_bilgisi_(12).JPG (960×720)


Yoğunluk Nedir?

Herhangi bir maddenin bir birim hacminin kütlesine yoğunluk denir. Örneğin maddenin yoğunluğu, sıvının yoğunluğu, gazın yoğunluğu veya özkütleleri.

Bazı maddeleri birbirinden ayırt etmek kolaydır.Örneğin su ile sütü birbirinden kolaylıkla ayırt edebiliriz. Fakat etil alkol ile suyu kolay kolay ayırt edemeyiz.

Maddeleri birbirinden ayırt ede bilmek için özkütle erime noktası donma noktası esneklik ve özısı gibi ayırt edici özelliklerden yararlanılır.

Bir maddenin birim hacminin kütlesine özkütle veya yoğunluk denir. Birim hacim olarak 1 cm3 kütle birimi olarak da g alırsak özkütle birimi g/cm3 olur.

Bir maddenin kütlesi(m) hacmi(v) bilinirse;o maddenin özkütlesi (d) d=m/v bağıntısı ile bulunabilir.

Bir maddenin kütlesi ile hacmi orantılı oalrak değişmektedir.Aynı madde için kütlenin hacme oranı sabittir.

Uluslar arası birim sisteminde (SI) kütlenin birimi kg hacmin birimi m3 tür. Buna göre özkütlenin birimi kg/m3 olur. Yani hacmi 1m3 olan cismin kütlesi özkütleyi verir.

Günlük yaşantıda ve laboratuar ortamında kütle birimi olarak gram (g) hacim birimi olarak litre (L)veya santimetreküp (cm3) kullanılmaktadır.Buna göre özkütle birimi g/L veya g/cm3 olmaktadır.

Katıların Özkütlesi

Özkütlenin ölçüle bilmesi için önce kütle ve hacim ölçülmesi gerekir.Kütle ve hacim ölçülmesi katı sıvı ve gazlarda farklı yöntemlerle yapılmaktadır.

Katılar geometrik bir şekle sahip olduklarında boyutları ölçülerek hacim hesaplanır. Kütlede eşit kollu terazi ile ölçülür. Kütle/hacim  oranından  özkütle bulunur.

Sıvıların Özkütlesi

Sıvıları birbirinde ayırt etmenin en kolay yolu yoğunluğunu bulmaktır.Sıvıların yoğunluğu dansimetre yada piknometre ile ölçülür.

Kütle/hacim oranı sıvının miktarına değil türüne bağlıdır.Bu yüzden farklı olan sıvı maddelerin kütle/hacim oranları da farklıdır.Özkütle sıvılar için ayırt edici bir özelliktir.

Sıvı karışımının özkütlesi bulunurken sıvıların birbiri içinde çözünüp çözünmediğine dikkat etmeliyiz.Sıvılar birbiri içinde çözünüyorsa hacim küçülmesi olur çözünmüyorsa olmaz.

Eğer sıvılar birbiri içinde çözünmüyorsa karışımın özkütlesi:

dk = mtop / vtop = m1 + m2 / v1 + v2 bağıntısından bulunur.

Karışımdaki sıvıların hacimleri eşit ise :

Dk = m1 + m2 / v1 + v2 = d1v + d2v / v + v bağıntısından bulunur.

Karışımdaki sıvıların kütleleri eşit ise:

Dk = m1 +m2 / v1 +v2 = m + m / m / d1 + m / d2 bağıntısından bulunur.

Gazların Özkütlesi

Gazların kütle/hacim oranını ölçmek katı ve sıvılara göre oldukça zordur. Çünkü gazların çok büyük hacimleri doldurması kütlenin ve hacmin ölçülmesini güçleştirir.Ayrıca gazların hacimleri sıcaklık ve basınç etkisi ile önemli ölçüde değişmektedir.Bu nedenle gazların özkütlesi sabit değildir.

Özkütle (Yoğunluk) Nedir?

Dünyayı oluşturan maddeler kendilerini çeşitli şekil ve formlarda gösterirler. Çevrede gördüğümüz tüm maddeler kendine has fiziksel ve kimyasal  özelliklere  sahiptir. Maddenin en önemli fiziksel özelliklerinden birisi de yoğunluktur.

 

Yoğunluk Nedir? 

Bir cismin yoğunluğunun hesabına girmeden önce yoğunluğun fiziksel özelliğini iyice açıklayalım. Yoğunluk için birim hacim parçasında bulunan kütle ya da madde miktarıdır diyebiliriz. Yoğunluk bize birim hacim parçasına ne kadar madde sıkıştırılmış olduğunu söyler. Bu cisim sadece katı olmak zorunda değildir, gazlar ve sıvılar da olabilir.

Birim hacmi çok küçük boyutta maddeden alınmış bir parça olarak düşünebiliriz. Bu parçanın hacmi o küçük evrende temel ve etkisiz bir miktar olan 1 birimdir ve bu hacimde, parçanın yoğunluğuyla kütlesi birbirine eşittir.

Her şey atomların bir araya gelerek oluşturduğu moleküllerden meydana gelmiştir. Yani her cisim atom ve moleküllerin bir araya gelmesiyle oluşur. Atomların birbirini nasıl tuttuğuna bağlı olarak çeşitli yoğunlukta maddeler meydana gelir.

Yoğunluk Formülü 

Temel olarak yoğunluk kütlenin hacme oranıdır.

Yoğunluk = Toplam Kütle / Toplam Hacim

Bir Cismin Yoğunluğu 

Yukarıdaki formülden yoğunluk ölçümünü yapabiliriz. Yapacağımız şey basitçe cismin kütlesini kilogram cinsinden bulmaktır. Hacmi bulmak içinse cismin geometrik hacim formülünü bilmemiz gerekir. Örnek verelim.

Soru:

Uzunluğu 2 metre, kalınlığı 2 metre, yüksekliği 2 metre olan tahta bir küpün kütlesi 16 kilogramdır. Yoğunluğunu bulunuz.

Çözüm:

Tahta küpün Hacmi = 2m×2m×2m = 8m³

Kütle = 16kg

böylece,

Yoğunluk = 16kg / 8m³ = 2 kg/m³

Maddelerdeki yoğunluk nelere bağlıdır, nasıl hesaplanır? Yoğunluk, hacim, kütle ilişkisi:

Bir kilo pamuk mu daha ağırdır, bir kilo demir mi? Tabii her ikisinin de ağırlığı aynıdır, fakat bir kilo demir yumruk kadardır, halbuki bir kilo pamuk, küçük bir yastığı doldurabilir. Demir pamuktan çok daha yoğunludur.

Farklı cisimler farklı yoğunluklara sahiptirler. Bir alüminyum kepçe bir çelik kepçeden çok daha hafif olacaktır. Alüminyum çelikten daha küçük bir yoğunluğa sahiptir. Sıcak hava yükselir. Sıcak hava soğuk havadan daha az yoğunludur.

Bilimde tariflerin çok daha açık olmaları ve kaba karşılaştırmalara dayanmaları gereklidir. Yoğunluğun bilimsel tarifi bir cismin bir santimetre kübünün kütlesidir. 4°C lik bir sıcaklıkta, bir santimetre küp suyun kütlesi bir gramdır. Dolayısıyla bu sıcaklıktaki suyun yoğunluğu santimetre küp başına bir gramdır (1 g/cm3). Bir santimetre küp dökme demirin kütlesi yedi gramdır. O halde dökme demirin yoğunluğu santimetre küp başına yedi gramdır. Eğer bir mühendis, herhangi bir yapının kütlesini bilmek isterse, onu gerçekten tartmasına gerek yoktur Yapının kütlesi, hacminden ve yoğunluğundan anlaşılır, hacmi yoğunlukta çarparak cismin kütlesi elde edilebilir

Kütle = yoğunluk x hacim.

Büyük sıvı kalıplarının ağırlıkları da benzer tarzda hesaplanabilirler. Laboratuvarda düzgün biçimli bir cismin yoğunluğu, boyutlarını ölçerek hacmini bulmak ve tartarak kütlesini bulmak, sonra da kütleyi hacme bölmek suretiyle kolayca hesaplanabilir.

Yoğunluk = kütle / hacim.

Bu, yoğunluğun basit bir matematik tarifidir. Biçimsiz bir cismin hacmi, direkt ölçüyle kolayca bulunamaz, fakat cismi bir bölmeli kap içindeki suya daldırarak bulunabilir. Su düzeci yükselir. Toplam hacimdeki artma cismin hacmini verir. Bir sıvının yoğunluğunu bulmak için, hacmi bir bölmeli kap içinde ya da başka bir ölçü aletiyle ölçülebilir. Bir kap içinde tartılıp kabın darası çıkarılarak da sıvının kütlesi bulunabilir.

Gazlar belirli bir şekle sahip olmayıp sadece içinde bulundukları kabın şeklini aldıklarından, belirli bir gaz kütlesi büyük bir kap içinde bulunduğu zaman yoğunluğu daha az ve küçük bir kaba sıkıştırıldığı zaman yoğunluğu daha fazla olacaktır. Gazların yoğunlukları hangi şartlar altında bulunduklarına bağlıdır. Sıcaklık ve basınç bildirilmeksizin verilen, bir gazın yoğunluğunun değeri hiç bir şey ifade etmez.

Bir metal parçası büyük yoğunluklu bir sıvı olan civada yüzecektir. Gerçekten, her cisim kendisinden daha büyük yoğunluklu herhangi bir sıvı yüzeyinde yüzecektir. Meselâ bir parafin parçası (yoğunluğu 0,9 g/cm3) su üzerinde (yoğunluğu 1,0 g/cm3) yüzecek, fakat boyalı ispirto içinde (yoğunluğu 0,8 g/cm3) batacaktır.

Sıvıların yoğunluklarını bulmak için hidrometre (ya da aerometre) adı verilen bir alet kullanılabilir. Bu alet, dik yüzmesini  sağlamak  için dibi safralanmış bir tüptür. Yoğunlu bir sıvıda pek az dalacak ve yoğunluğu az bir sıvıda çok dalacaktır.



-------------------
Sıvılarda özkütle ölçülürken sıvının madde miktarı önemli değildir. Örneğin, bir bardak su ile bir sürahi suyun hacim ve kütleleri farklı olmasına rağmen ikisinin de yoğunluğu aynıdır. ÖzdeĢ iki bardağa su konulduğunda, iki örneğin kütleleri de eĢit olur. Buna dayanarak; aynı tür maddelerin birim hacimlerinde eĢit miktarlarda madde bulunur diyebiliriz. Her maddenin birim hacminin kütlesi birbirinden farklıdır. Sıvıların hacimleri, sıcaklık değiĢikliklerinden etkilendiği için yoğunluk tayini, 20 0 C veya 15,6 0C‟de yapılmalıdır.

1.3. Katılarda Yoğunluk Ölçümü Katı maddelerin yoğunluklarının ölçülebilmesi için önce kütlesinin ve hacminin ölçülmesi gerekir. Kütle ve hacim ölçülmesi katı, sıvı ve gazlarda farklı yöntemlerle yapılmaktadır. Belirli bir geometrik bir Ģekle sahip olan katıların boyutları ölçülerek hacim hesaplanır. Belirli bir geometrik Ģekli olmayan aynı katı ile kütleleri eĢit ise kütle / katılar hacim oranından özkütle bulunur. Bir maddenin özkütlesi, o maddenin kütlesinin hacmine bölünmesi ile bulunur. Kütle (m): Bir maddenin sahip olduğu madde miktarıdır. Hacim (V): Bir maddenin uzayda kapladığı yerdir. Bir maddenin özkütlesi, o maddenin kütlesinin hacmine oranıdır. Özkütle; 5 m d V  bağıntısı ile hesaplanır. Bazı katıların özkütle değerleri: MADDE ÖZKÜTLE (g/cm3 ) MADDE ÖZKÜTLE (g/cm3 ) GümüĢ 10,50 Altın 19,30 Bakır 8,90 KurĢun 11,30 Demir 7,80 Bronz 8,80 Çinko 7,10 Kalay 7,29 Ġyot 4,30 Alüminyum 2,70 Kükürt 2,40 Platin 21,40 Yemek tuzu 2,20 Pirinç 8,40 Buz 0,79 Tablo 1.2 Bazı maddelerin özkütleleri ġekil 1.1: EĢit hacimdeki (1 m3) demir ve tahtanın yoğunluk değerlerinin karĢılaĢtırılması (a)Çelik: 7800 kg/m3 ( b)Tahta: 500 kg/m3 Katı ve sıvı maddelerin sabit sıcaklıkta kütlesi ile hacmi doğru orantılı olarak artar. Grafik 1.1: Kütle-hacim grafiği Sıcaklık sabit kalmak koĢulu ile hacim veya kütle artsa bile özkütle değiĢmez. Özkütle maddelerin hacmine veya kütlesine bağlı değildir (Grafik 1.2.). 6 Grafik 1.2: Özkütle – kütle, özkütle – hacim grafikleri Örnek: Demir küpün boyutları (1cm x 3 cm x 4 cm) Ģeklindedir. Kütlesi ise 94,8 g olduğuna göre özkütlesi nedir? Çözüm: 3 3 V 1.3.4 12 cm m 94.8 g m 94,8 d d d 7,9 g / cm V 12         Örnek 2: AĢağıdaki tabloda demir ve cıvanın yoğunlukları hesaplanmıĢtır. Ġnceleyiniz. Madde Hacim (cm3 ) Kütle (g) Özkütle(g/cm3 ) Çinko 6 42,78 m 42,78 d d d 7,13 V 6      Civa 5 68 m 68 d d d 13,6 V 5       Kütle sabit kalmak koĢuluyla basıncın etkisiyle hacmi değiĢen maddelerin özkütlesi değiĢir. Örneğin; madde basınçla sıkıĢtırılıp hacmi azaltılırsa kütle değiĢmeyeceğinden özkütlesi artar.  Kütle sabit iken sıcaklık etkisi ile hacim değiĢikliği olursa özkütle değiĢir. Bir cismin sıcaklığı artarsa hacmi de artar. Kütle sabit kalmak koĢulu ile hacim artarsa özkütle azalır. Sıcaklık azalırsa hacim azalır ve özkütle artar. 


1.3.2. Boyutları Ölçülemeyen Katı Maddelerde Yoğunluk Ölçümü Bir maddenin, baĢka bir maddenin bulunduğu yeri alabilmesi için ikinci maddenin yer değiĢtirmesi gerekir. Sıvıların kolayca yer değiĢtirme ve görünür olma özelliklerinden yararlanarak katı cisimlerin hacmini ölçmek mümkündür. Burada katı maddelerin hacimlerini, sıvıların taĢma özelliğinden yararlanarak bulmayı öğreneceksiniz. Belirli bir geometrik Ģekle sahip olmayan katı maddelerin hacimlerini bulmak için sıvıların akıĢkan olma ve bulundukları kabın Ģeklini alma özelliklerinden yararlanılır. Boyutları belli olmayan katı bir maddenin hacmini hesaplamak için yararlanılacak sıvının katı maddeye etki etmemesi ve sıvının uçucu olmaması, yapılacak iĢlemin doğruluğu açısından çok önemlidir. Resim 1.2: Boyutları belli olmayan bir mermer parçası Özkütlesi sudan daha büyük cisimler suyun içine batar. Özkütlesi sudan küçük olan maddeler suda yüzer. Büyük bir tahtanın suda yüzmesinin fakat küçük bir çivinin su içinde batmasının sebebi budur. Maddelerin suya batabilme özelliğinden yararlanılarak hacimleri dolayısıyla özkütleleri belirlenebilir. Bu iĢlem, boyutları belli olmayan katı maddenin sahip olduğu hacim kadar sıvının hacminin artması esasına dayanır. Artan sıvı hacminin belirlenmesi, katı maddenin hacminin belirlenmesi demektir. Bu iĢlemde katının hacmi, yapılan iki hacim ölçümü arasındaki fark kadardır. Katı maddenin hacmi = Son ölçülen hacim – Ġlk ölçülen hacim Vkatı = V2 – V1 olur. Altın Su ġiĢe Mantarı ġekil 1.6. dAltın > dSu > dMant







Bu sayfa hakkında yorum ekle:
İsmin:
Mesajınız: