Kaynama Sıcaklığı Nedir?

Bir sıvının buhar basıncı, dış basınca eşit olduğunda sıvı kaynamaya başlar. Bu sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Kaynama esnasında sıvının tüm noktalarından buharlaşma olur ve sıcaklık sabit kalır.

• Buhar Basıncı: Sıvının yüzeyindeki moleküllerin gaz fazına geçişiyle oluşturdukları basınçtır.
• Dış Basınç: Sıvı üzerinde bulunan atmosfer basıncıdır.

Kaynama sıcaklığına etki eden faktörler:

1. Moleküller Arası Etkileşimler: Moleküller arasındaki bağlar ne kadar güçlü ise, kaynama sıcaklığı o kadar yüksek olur. Örneğin, hidrojen bağları güçlüdür, bu nedenle hidrojen bağı içeren moleküller daha yüksek kaynama sıcaklığına sahiptir.
2. Basınç: Dış basınç arttıkça kaynama sıcaklığı artar, azaldıkça kaynama sıcaklığı düşer. Deniz seviyesinde su 100°C’de kaynar, ancak yüksek rakımlı bir dağda su daha düşük bir sıcaklıkta kaynar.

Moleküller Arası Etkileşimler ve Kaynama Sıcaklığı

Moleküller arası etkileşimler, kaynama sıcaklığını belirleyen en önemli faktörlerden biridir. Bu etkileşimler zayıfsa, kaynama sıcaklığı düşük, etkileşimler güçlü ise kaynama sıcaklığı yüksek olur.

• London Kuvvetleri: Zayıf moleküller arası kuvvetlerdir, bu nedenle bu kuvvetlere sahip moleküllerin kaynama noktası düşüktür.
• Dipol-Dipol Etkileşimleri: Polar moleküller arasındaki dipol-dipol etkileşimleri, moleküller arasındaki çekimi artırır ve kaynama noktasını yükseltir.
• Hidrojen Bağı: Hidrojen bağı çok güçlüdür, bu nedenle hidrojen bağına sahip maddeler daha yüksek kaynama noktalarına sahiptir. Örneğin, suyun kaynama noktası hidrojen bağları nedeniyle yüksektir.

Örnekler

• Su (H₂O): Su molekülleri arasında güçlü hidrojen bağları olduğu için su 100°C’de kaynar.
• Etanol (C₂H₅OH): Etanolde hem hidrojen bağı hem de dipol-dipol etkileşimleri vardır, bu nedenle kaynama sıcaklığı sudan düşüktür ama diğer birçok sıvıdan yüksektir (78°C).
• Oksijen (O₂): O₂ apolar bir moleküldür ve sadece London kuvvetleri bulunur. Bu nedenle kaynama noktası çok düşüktür (-183°C).

Çözümlü Sorular

Soru 1: Deniz seviyesinde suyun kaynama sıcaklığı nedir?

Çözüm:

• Deniz seviyesinde su, 1 atm basınç altında kaynar ve bu sıcaklık 100°C’dir.

Soru 2: Basınç düştüğünde kaynama sıcaklığı nasıl değişir?

Çözüm:

• Basınç düştüğünde, sıvının buhar basıncı daha düşük bir sıcaklıkta dış basınca eşitlenir. Bu nedenle kaynama sıcaklığı düşer. Yani, yüksek rakımlı bir dağda su daha düşük sıcaklıkta kaynar.

Soru 3: Suyun kaynama sıcaklığının yüksek olmasının nedeni nedir?

Çözüm:

• Suyun kaynama sıcaklığının yüksek olmasının sebebi, su molekülleri arasındaki güçlü hidrojen bağlarıdır. Bu bağlar moleküller arasında güçlü çekim kuvvetleri oluşturur, bu da kaynama noktasını yükseltir.

Soru 4: H₂O, NH₃ ve CH₄ moleküllerinin kaynama sıcaklıklarını karşılaştırın.

Çözüm:

• H₂O: Hidrojen bağları nedeniyle kaynama noktası en yüksektir (100°C).
• NH₃: Hidrojen bağları vardır, ancak su kadar güçlü değildir. Bu nedenle H₂O'dan daha düşük ama CH₄’ten yüksektir (−33°C).
• CH₄: Apolar bir moleküldür ve yalnızca London kuvvetleri bulunur. Bu nedenle kaynama noktası en düşüktür (−161°C).