Gazların, Sıvıların ve Katıların Moleküler Karşılaştırması

Bir katıdaki parçacıklar sıkıca birbirine sarılır (sabit şekil) ve genellikle düzenli bir düzende düzenlenir; bir sıvıda, düzenli bir düzenleme olmadan (sabit bir şekil olmadan) birbirine yakındırlar; bir gazda, düzenli bir düzenleme olmadan (sabit bir şekil olmadan) birbirlerinden çok uzaktırlar. Katı haldeki parçacıklar sabit konumlar etrafında titreşirler (akamazlar) ve genellikle birbirlerine göre hareket etmezler; bir sıvıda birbirlerinin yanından geçerler (akabilirler) ancak esasen sürekli temas halinde kalırlar; bir gazda, çarpıştıkları durumlar dışında birbirlerinden bağımsız olarak hareket ederler (akabilir ve genişleyebilirler).

Bir katının, sıvının veya gazın özelliklerindeki farklılıklar, her fazı oluşturan atomlar, moleküller veya iyonlar arasındaki çekici kuvvetlerin kuvvetlerini yansıtır. Bir maddenin içinde bulunduğu faz, moleküller arası kuvvetlerinin (IMF’ler) – bir maddenin atomları ve molekülleri arasında var olan elektrostatik çekim kuvvetleri – ve moleküllerinin kinetik enerjilerine (KE) göreceli kapsamına bağlıdır. IMF’ler parçacıkları birbirine yakın tutmaya hizmet ederken, parçacıkların KE’si çekimin üstesinden gelmek ve böylece parçacıklar arasındaki mesafeyi artırmak için gereken enerjiyi sağlar. Örneğin, bir sıvıda, çekici moleküller arası kuvvetler, birbirlerini geçmeleri için yeterli KE’ye sahip olmalarına rağmen molekülleri temas halinde tutar. Bu sayede sıvılar akar ve kaplarının şeklini alır.

Kinetik moleküler teoriye (KMT) göre, bir maddenin sıcaklığı, parçacıklarının ortalama KE’si ile orantılıdır. Ortalama kinetik enerjinin (sıcaklık) değiştirilmesi, moleküller arası kuvvetlerdeki ilişkili değişikliklerle birlikte fiziksel durumda değişikliklere neden olur. Örneğin, gaz halindeki su yeterince soğutulduğunda veya moleküllerin ortalama kinetik enerjisi azaldığında, H₂O molekülleri arasındaki artan çekim, birbirleriyle temas ettiklerinde onları bir arada tutabilir; gaz yoğunlaşarak sıvı H₂O oluşturur. Sıvı H₂0 daha fazla soğutulduğunda, çekici kuvvetler daha güçlü hale gelir ve su donarak katı buz oluşturur.

Sıcaklıkların çok yüksek olmadığı durumlarda, gazlar sıkıştırma (yüksek basınç) ile sıvılaştırılabilir. Gazlar, partiküllerin büyük mesafelerde dağılması nedeniyle çok zayıf çekici kuvvetler sergiler. Artan basınç, bir gazın moleküllerini birbirine yaklaştırır, öyle ki moleküller arasındaki çekimler KE’lerine göre daha güçlü hale gelir. Sonuç olarak sıvı oluştururlar. Bütan, C₄H₁₀, tek kullanımlık çakmaklarda kullanılan yakıttır ve standart sıcaklık ve basınçta bir gazdır. Çakmağın yakıt bölmesinin içinde bütan, sıvı halde yoğunlaşmasıyla sonuçlanan bir basınca sıkıştırılır. Dahası, bir sıvının sıcaklığı yeterince düşerse veya sıvı üzerindeki basınç yeterince yükselirse, sıvının molekülleri aralarındaki IMF ile katı formların üstesinden gelmek için artık yeterli KE’ye sahip değildir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids.