Skip Navigation

Bölüm 2, Ders 4:

Hal Değişimi — Donma

Temel Kavramlar

  • Donma, bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesidir.
  • Donma, sıvı moleküllerinin çekim kuvvetinin etkisiyle yavaşlayarak sabit bir pozisyonda düzenli bir şekilde dizilerek bir katı oluşturmasıdır.

Özet

Öğrenciler metal bir tenekeye tuz ve buz ekleyip karıştıracaklar. Böylece teneke çok soğuk olacak ve tenekenin dış yüzeyinde sıvı su ve buz kristalleri görülecektir. Öğrenciler su moleküllerinin düzenlenerek buz olmasıyla ilgili bir animasyon izleyecekler.

Amaç

Öğrenciler havadaki su buharının yeterince düşük bir sıcaklıkta yoğunlaşıp sıvı su olduktan sonra donarak buz olmasını moleküler düzeyde açıklayabilecekler.

Değerlendirme

Öğrenci etkinlik sayfası indirin ve çoğaltıp öğrencilere dağıtın. Etkinlik sayfası, her biri 5E kuramı ders planının “Değerlendirme ” bileşeni olarak hizmet verecektir.

Güvenlik

Öğrencilerin gözlük taktığından emin olun.

Her grup için malzemeler

  • Boş temiz bir teneke kutu
  • Tuz
  • Buz
  • Metal kaşık veya sağlam bir çubuk (karıştırmak için)
  • Çay kaşığı
  • Kâğıt havlu

Öğretmen için Malzemeler

  • Pense
  • Koli bandı

Ders Hakkında

Eğer sınıfta nem seviyesi çok düşükse, bu dersin “Keşfetme” bölümündeki etkinliği yapamazsınız. Ancak, öğrencilere “Teneke kutusundaki buz” adlı videoyu izletebilirsiniz. Bu video öğrencilere için faydalı olacaktır.

  1. GİRİŞ - ENGAGE

    Sıvı suyun donduğunda hacminin arttığının ve katı olduğunun öğrencilere gösterilmesi

    Öğretmen Hazırlık

    • Bir gece öncesinden, 100 mL’lik bir plastik dereceli silindire 50 mL su doldurun ve gece boyunca buzlukta bekletin.
    • Ertesi gün, dereceli silindiri öğrencilere göstermek için sınıfa getirin. Derse, buz seviyesinin ne kadar yüksek olduğuyla başlayabilirsiniz. Öğrencilere, sıvı suyun donduğunda daha çok yer kapladığını gösteren videoyu izletin.

    Video yansıtma (Buz bombası)

    Öğrencilere sorun:

    Sizce neden su donduğunda metal top patladı?
    Su donduğunda su moleküllerinin diziliminden dolayı hacmi arttı, bu nedenle metal top patladı.
    Neden kış aylarında yollardaki küçük çatlaklar daha da büyümektedir?
    İpucu: Metal topa ne olduğunu düşünün.
    Su yoldaki küçük çatlaklara dolar ve donduğunda genişler ve asfaltı kırar. Bu olay yüzey altında gerçekleştiğinde çukurlar oluşur.
    Sizce su buharı, katı buza dönüştüğünde su moleküllerine ne oluyor?
    Su buharı soğuduğunda su molekülleri arasındaki çekim nedeniyle yoğunlaşarak sıvı su halini alır. Sıvı su enerjisini kaybedip daha da yavaşlar, moleküler çekim nedeniyle art arda dizilerek özel geometrik şekil oluşturur ve buz halini alır.

    Not: Öğrenciler su moleküllerinin birbirlerine yaklaşarak buz formunu aldığını söyleyebilir. Su molekülleri çok farklıdır çünkü su molekülleri donduğu zaman birbirlerinden uzaklaşır. Moleküller donduğunda birbirlerine yaklaşma konusu “bölüm 3, Özkütle (yoğunluk)” bölümünde daha ayrıntılı olarak işlenecektir.

    Her öğrenciye etkinlik sayfası dağıtın

    Öğrenciler etkinlik sayfasında deney hakkındaki soruları cevaplayacak ve gözlemlerini kaydedecekler. Etkinlik sayfasının “atom ve molekülleriyle birlikte” ve “Daha Fazlası” gibi ek kısımlarını talimatınıza bağlı olarak, sınıfça, grupça veya tek tek cevaplayacaklar.

    Soruları ve cevapları bulmak için etkinlik sayfası öğretmen sürümüne bakın

  2. KEŞFETME - EXPLORE

    Metal kutu üzerindeki buz

    Araştırma Sorusu

    Havadaki su buharını yoğunlaştırdıktan sonra nasıl buz yapabiliriz?

    Her grup için malzemeler

    • Boş temiz bir teneke kutu
    • Tuz
    • Buz
    • Metal kaşık veya sağlam bir çubuk (karıştırmak için)
    • Çay kaşığı
    • Kâğıt havlu

    Öğretmen için Malzemeler

    • Pense
    • Koli bandı

    Öğretmen ön hazırlığı

    Teneke kutunun kenarlarını aşağı doğru eğmek için pense kullanın. Sonra olası yaralanmaları önlemek için kutunun kenarlarına koli bandı ile 2-3 katman yapın.

    Uygulama

    1. Kâğıt havlu ile tenekenin dışını kurulayın
    2. Kutunun dibine üç çay kaşığı tuz ve yarısına kadar buz ekleyin.

    3. Buzun üstüne 3 kaşık tuz daha ekleyin.

      buza tuz ekleme

    4. Teneke dolana kadar buz ekleyin ve tekrardan 3 kaşık tuz ekleyin.

      buz ve tuz karışımı
    5. Tenekeyi güvenli bir şekilde tutarak yaklaşık 1 dakika boyunca metal kaşık veya sağlam bir çubuk ile karıştırın. Kaşığı çıkartın ve kutunun dışını gözlemleyin. Tenekeye Dokunmayın!
    6. 3-5 dakika bekleyin. Beklerken animasyonu izleyin

    Bu dersin sonunda öğretmen arkaplan ekinde bir buzlu su karışımının sıcaklığını tuzun neden düşürdüğü hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

    Not: 5. Adımı tamamladıktan sonra, birkaç öğrenciyi tenekeye termometre yerleştirmesi için seçebilirsiniz. Termometredeki gösterge suyun donma noktası olan 0 °C’nin altında olacaktır.

    Beklenen Sonuçlar

    Tenekenin dışında ince bir buz tabakası ve sıvı suyun oluştuğu görülecektir.

  3. Öğrenci gözlemleriyle hal değişimindeki moleküllerin hareketinin ve çekiminin açıklanması ve tartışılması

    Öğrencilere Sorun:

    Teneke dışına baktığınızda ve dokunduğunuzda ne görüyorsunuz?
    Tenekenin çok soğuk olan kısmında ince buz tabakası, çok soğuk olmayan kısmında küçük su damlalarının oluştuğu görülür.
    Su buharının soğuk tenekeye yaklaştığında ne olduğunu açıklayın.
    Havadaki su buharı molekülleri soğuk tenekeye enerji aktarır ve soğur. Bu, su moleküllerinin yavaşlamasına ve sıvı olarak yoğunlaşmasını sağlar, sıvı su yeterli enerji kaybettiğinde ise donar ve buz olur.
    Teneke kutunuzun dışında buz ve su birlikte oluştu. Bu nasıl mümkün olabilir?
    Teneke kutunun çok soğuk olmayan kısmında küçük su damlaları görünür. Bunun nedeni, su buharı tenekenin soğuk kısmına temas ettiğinde yoğunlaşarak sıvı su şeklini alır. Tenekenin çok soğuk kısmında ise buz görünür. Bunun nedeni su buharı tenekenin çok soğuk kısma temas ettiğinde donarak buz şeklini alır.

    Etkinlik sayfasındaki soruları cevaplamaları için öğrencilere zaman verin.

  4. AÇIKLAMA - EXPLAIN

    Öğrencilere su donduğunda ne olduğunu görmeleri için bir animasyon gösterilmesi

    Animasyon yansıtma (Buzun yapısı)

    Su donduğunda, su moleküllerinin birbirlerine olan çekimi artar ve su molekülleri sabit bir pozisyonda durur. Donmuş su molekülleri altıgen şeklini alır ve aralarındaki boşluk sıvı su moleküllerine göre fazladır.

    Not: Buz molekülleri titreşimli hareketi yaparlar. Titreşimler bu animasyonda gösterilmemektedir, ancak bir sonraki animasyonda gösterilecektir.

    Animasyon yansıtma (Farlı açılarda buz).

    Bu animasyonda buz kristalinin farklı görüntüsü gösterilmektedir. Buz oluşsa bile moleküllerin halen hareketli olduklarına dikkat çekin. Buz molekülleri titreşir fakat birbirleri üzerinde kaymazlar.

  5. Öğrencilerin su ve buz moleküllerini karşılaştırması

    Görüntü yansıtma (Su ve Buz)

    Öğrencilere Sorun:

    • Sıvı su ve buz arasındaki farklar nelerdir?

    Sıvı su içindeki moleküller buzdaki moleküllerden birbirlerine daha yakındır. Suyun bu özelliği başka maddelere göre olağandışıdır. Su molekülleri birbirleri üzerinde kayabilirler. Su moleküllerinin hidrojeniyle, başka molekülün oksijeni yan yana gelir. Ancak su molekülleri hareketli olduğu için bu yanaşma kısa sürer.

    Buz moleküllerinin sıvı suya göre hacminin büyük olması, buzun su yüzeyinde yüzmesini sağlar. Buz molekülleri sabit bir konuma sahip olmasına rağmen yine titreşirler. Suyun buz hali, hidrojen bağları arasındaki geometriden dolayı, sıvı su kadar yoğun değildir.

  6. Her grubun, hazırlamış olduğu su modellerini altıgen şeklinde düzenlemesi

    Öğrenciler hazırladıkları “boşluk doldurma modelini” kullanarak altıgen buz şeklini elde edecekler. Bunun için hidrojen atomuyla bir başka molekül modelinin oksijen atomunu yan yana getirecekler. Başka dersler içinde bu modeller tekrar kullanacaktır, öğrencilerden bu modelleri saklamalarını isteyin.

    buzun yapısı

  7. Farklı sıvıların neden farklı donma noktasına sahip olduğunun tartışılması

    Çevresine ısıveren sıvı maddelerin sıcaklıkları donma başlayıncaya kadar azalır ve donma süresince sabit kalır. Bu sıcaklık değerine “donma noktası” denir. Donma noktasında sıvı ve katı bir arada bulunur ve bu bir geçiş sürecidir. Suyun donma noktası 0°C (32 °F). Mısır yağı ve İzopropil alkol sudan daha düşük bir donma noktasına sahiptir. Bu onları dondurmak için daha düşük sıcaklıklarda soğutulması gerektiğini gösterir.

    Tablo 1. Su, mısır yağı ve izopropil alkol'ün donma noktası
    Su 0 °C
    Mısır Yağı yaklaşık −20 °C
    İzopropil Alkol −88.5 °C

    Öğrencilere sorun:

    Sizce neden farklı sıvılar farklı donma noktasına sahiptir?
    Her bir sıvı farklı moleküllerden oluşur. Farklı sıvı molekülleri birbirlerini farklı seviyelerde çeker. Farklı seviyelerde çekim olduğu için moleküller farklı seviyelerde yavaşlar ve sabit pozisyonda ve düzenli şekil oluştururlar.

  8. Öğrencilerin gazın donma noktasını düşünmesi

    Çevremizdeki havada farklı türde birçok gaz vardır. Havadaki gaz molekülleri arasındaki çekim (su buharı hariç) çok zayıftır. Bu molekülleri yoğunlaştırıp dondurmak için çok düşük sıcaklıklar gerekir.

    Havadaki azot gazı yaklaşık 78% oranındadır. Eğer yeterince soğutulursa, moleküller arası çekim çok az olduğu için yoğunlaşarak sıvı olur. Sıvı azotun kaynama noktası −196 °C, donma noktası −210 °C’dir.

    Video izletme (Sıvı Azot “Nitrojen”)

  9. DERİNLEŞTİRME - EXTEND

    Öğrencilere maddelerin gazdan doğrudan katı olduklarının gösterilmesi

    Öğrencilere bazen gazların sıvı faza geçmeden doğrudan katı olduklarını söyleyin. Bu işleme “don” veya “kırağı” “depozisyon” denir. Kutu etrafında oluşan buz kırağı sonucu oluşmuştur.

    Bu dersin sonunda Öğretmen arkaplan ekinde hava ve hal değişimleriyle ilgili daha fazla bilgi bulabilirsiniz. .

    Görüntü yansıtma (Don)

    Öğrencilere, kışın zemin, pencere veya çimen üzerinde don (kırağı) oluştuğunu söyleyin.

    Etkinlik sayfasındaki donma noktası, azot ve yoğunlaşma hakkındaki soruları cevaplamaları için öğrencilere süre verin.

    Öğrencilere gösterin: Resim (Kar taneciği) ve video (Kar taneciği).