Skip Navigation

Bölüm 5, Ders 9:

Çözünürlükteki sıcaklık değişimi

Temel Kavramlar

  • Çözünme olayı enerji eşliğinde olur.
  • Çözünme olayı ekzotermik (ısıveren) veya endotermik (ısıalan) şeklinde gerçekleşebilir.
  • Bir madde suda çözündüğünde, madde taneciklerini (iyon veya moleküllerini) birbirinden ayırmak için su molekülleri madde taneciklerini çeker.
  • Bir su molekülünün oluşturduğu “bağ” iyonik ve kovalent bağ değildir. Suyun polaritesinin neden olduğu kuvvetli çekimdir.
  • Çözünenin iyon veya molekülleri arasındaki bağların kırılması için enerji alınması gerekir.
  • Su molekülleri çözünenin iyon ya da moleküllerine bağlandığında enerji salınır.
  • Su molekülleri madde (çözünen) tanecikleriyle bağ yaptığında, tanecikleri ayırmak için sistem çevreden daha çok enerji alırsa, çevredeki sıcaklık azalır (endotermik).
  • Su molekülleri madde tanecikleriyle bağ yaptığında, tanecikleri ayırmak için sistem çevreden daha az enerji alırsa, çevredeki sıcaklık artar (ekzotermik).

Özet

Öğrenciler sıcak ve soğuk kompresleri çalıştırdıklarında oluşan sıcaklık değişimini hissedecekler. Suda çözünen katı maddelerin sıcaklık değişimini görecekler. Daha sonra suda çözünmüş dört farklı çözünenin sıcaklı değişimini ekzotermik veya endotermik olarak karşılaştıracaklar. Ayrıca çözünürlük olayları boyunca oluşan bağları kırmak için enerji salınımı ve enerji alınımı olayları tanıtılacak.

Amaç

Öğrenciler bir deney yaparak suda çözünen dört değişkenin sıcaklık değişiminin ne kadar olduğunu bularak değişkenlerin ne olduğunu bulabilecekler. Her bir çözünen için ekzotermik mi yoksa endotermik mi olduğunu doğru sınıflandırabilecekler. Ayrıca çözünürlükteki “bağ” oluşumunun veya kırınımının kullanılmasıyla salınmış enerji miktarları sonucu oluşan sıcaklık değişimini açıklayabilecekler.

Değerlendirme

Etkinlik sayfası, her biri 5E kuramı ders planının “değerlendirme” bileşeni olarak hizmet verecektir. Etkinlik sayfaları öğrencinin anlamasını ve gelişmesini sağlayan biçimlendirici değerlendirmelerdir. Çok resmi olan özetleyici değerlendirme her bölümün sonunda yer almaktadır.

Güvenlik

Öğrencilerin gözlük taktığından emin olun. Tek kullanımlık sıcak ve soğuk kompreslerini kullandıktan sonra çöpe atabilirsiniz.

Gösteri için malzemeler

  • 2 tek kullanımlık soğuk kompres
  • 2 tek kullanımlık sıcak kompres
  • Dereceli silindir
  • Su (oda sıcaklığında)
  • 2 şeffaf plastik kap
  • 2 termometre

Her grup için malzemeler

  • Potasyum klorür
  • Kalsiyum klorür
  • Sodyum karbonat
  • Sodyum bikarbonat
  • Su
  • 5 küçük bardak
  • Dereceli silindir
  • Termometre
  • Terazi (gram)

Malzemeler Hakkında Notlar

  • Bu derste kullanılan sıcak ve soğuk kompresler bir torba içeresine su doldurularak magnezyum sülfat (sıcak kompres) ve üre “amino metanamid” (soğuk kompres) konularak mühürlenen torbalardır. Sıcak kompresler ve soğuk kompresleri sağlık ürünleri satan tedarikçilerden tek tek ya da paket halinde satın alabilirsiniz. Sıcak kompresler eklemlerde meydana gelen şişliklerdeki ağrıları azaltmak için kullanılır. Sıcağın etkisi o bölgedeki damarları genişletir ve kan dolaşımını hızlandırır. Böylece yaralanma sonucu ölmüş zararlı hücrelerin çabuk uzaklaşmasına yardımcı olur. Sıcak kompreslere, ödem, enfekte yaralar, lokal apseler, hemoroit tedavisi, vajinal tedavisi, böbrek, safra kesesi ve bağırsak ağrılarında kullanılır. Soğuk kompresler vücut ısısını ve ağrıları azaltmak için kullanılır. Soğuğun etkisi o bölgedeki damarları büzerek kan dolaşımını yavaşlatır. Böylece doku metabolizmasını yavaşlatarak ağrı duygusunu azaltır. Soğuk kompreslere, baş ağrıları, bademcik ameliyatı, beyin kanamaları çeşitli kırıklar, burkulmalar, delinme şeklinde yaralanmalar örnek verilebilir.
  • Derinleştirme kısmında El ısıtıcı videosunu izleyeceksiniz. Burada şeffaf bir plastik torba içerisinde küçük bir metal disk ile sodyum asetat çözeltisinin aşırı doymuş hali bulunmaktadır. Isı metal diskin hafif bükülmesiyle aktive olacaktır. Böylece ısı çözeltisi yani el ısıtıcısı oluşmuş olacaktır.
  • Potasyum klorürü tedarikçilerinden satın alabilirsiniz.
  • Kalsiyum klorürü tedarikçilerinden satın alabilirsiniz.
  • Sodyum karbonat, anhidraz’ı tedarikçilerinden satın alabilirsiniz.
  • Sodyum bikarbonatı marketlerde bulabilirsiniz. Karbonat adıyla satılmaktadır.

Bu dersin sonunda öğretmen arkaplan ekinde bağ oluşumu ve bağ kırınımı sonucu gerçekleşen enerji değişimi hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

Not: Bu etkinlik alışılmışların dışına çıkarak, sıcaklık değişimini çözünürlük olayları boyunca oluştuğunu gösterir. Çoğu orta öğretim dokümanlarında veya müfredat kitaplarında sıcaklık değişimi kimyasal değişimin bir sonucu olarak gösterilmiştir. Çözünürlük genellikle fiziksel değişim olarak düşünülmüştür. Ancak çözünürlük sonucu sıcaklık değişimi de gerçekleşir. Sıcaklıktaki bu değişim çözünürlük olayındaki “bağ” kırınımı ve “bağ” oluşumu ile ilgili enerji değişimine dayanmaktadır.

  1. GİRİŞ-ENGAGE

    Öğrencilerin sıcak ve soğuk kompresleri aktive etmesiyle oluşan sıcaklık değişimini hissetmeleri

    Öğrencilere sıcak ve soğuk kompreslerin nasıl çalıştıklarını keşfedeceklerini söyleyin. Bu olayın çözünürlükle gerçekleştiğini ve bu bölümde bunu öğreneceklerini söyleyin.

    Gösteri için malzemeler

    • 1 tek kullanımlık soğuk kompres
    • 1 tek kullanımlık sıcak kompres

    Uygulama

    1. İki gönüllü öğrenci seçin. Biri tek kullanımlık soğuk kompresi aktive edecek, diğeri tek kullanımlık sıcak kompresi aktive edecek.
    2. Gönüllü öğrenciler henüz sıcak ve soğuk kompresleri etkinleştirmeyecekler. Tüm öğrenci kompreslerde neler gerçekleştiğini tahmin edecekler.

    3. Kompresleri hazır hale getirmek için kompresin içerisinde yer alan metal aksanı bükerek, birkaç saniye sallayın.

      Kompresleri hazır hale getirmek için kompresin içerisinde yer alan metal aksanı bükerek, birkaç saniye sallayın.
    4. Odada kompresler sıcak ve soğuk hal alacak.

    Beklenen Sonuçlar

    Sıcak kompres çabucak ısınırken soğuk kompres çabucak soğuyacak.

  2. Sıcak ve soğuk kompreslerin nasıl çalıştığının gösterilmesi

    Not: Gösteride, 10 mL su içerisinde her bir maddeden 1 çay kaşığı çözünecektir. Bu gösterinin amacı sıcaklık artışının olup olmadığını göstermektir. Öğrenciler çözünenlerin gramlarını tartarak etkinliği gerçekleştirecekler. Ayrıca maddelerin ekzotermik mi yoksa endotermik mi olduklarını karşılaştıracaklar.

    Gösteri deneyi için malzemeler

    • 2 tek kullanımlık soğuk kompres
    • 2 tek kullanımlık sıcak kompres
    • Dereceli silindir, (50 mL yada daha küçük)
    • Su (oda sıcaklığında)
    • 2 şeffaf plastik kap
    • 2 termometre
    • 1 çay kaşığı

    Uygulama

    1. Dikkatlice sıcak ve soğuk kompreslerden birini kesin. Öğrencilere kompres içindekilerini gösterin, fakat dokunmayın.
    2. Öğrencilere sıcak ve soğuk kompresler içerisinde bulunan sıvının su olduğunu söyleyin. İki şeffaf plastik bardağa oda sıcaklığında 10 mL su doldurun.
    3. İki şeffaf plastik bardağa termometre yerleştirmeleri için iki gönüllü öğrenci seçin.

    4. Termometre bulunan bardaklara 1 çay kaşığı soğuk kompreslerden alınan katı maddeden dökün. Maddenin çözünmesi için yavaşça karıştırın. Öğrencilere termometreye bakmalarını söyleyin, sıcaklığın düşüp düşmediğini öğrencilere sorun.

      Termometre bulunan bardaklara 1 çay kaşığı soğuk kompreslerden alınan katı maddeden dökün.
    5. Termometre bulunan bardaklara 1 çay kaşığı sıcak kompreslerden alınan katı maddeden dökün. Maddenin çözünmesi için yavaşça karıştırın. Öğrencilere termometreye bakmalarını söyleyin, sıcaklığın yükselip yükselmediğini öğrencilere sorun.

    Beklenen Sonuçlar

    Soğuk kompresten alınan maddenin çözünmesiyle sıcaklık 10 °C ’ye veya daha fazla düşecektir (endotermik). Sıcak kompresten alınan maddenin çözünmesiyle sıcaklık 40 °C ’ye veya daha fazla yükselecektir (ekzotermik). Ayrıca çeşitli sıcaklık sonuçları elde edilebilir.

  3. Endotermik ve ekzotermik terimlerinin tanıtılması

    Öğrencilere açıklayın: Bilim adamları maddelerdeki sıcaklık değişimlerini endotermik veya endotermik olarak adlandırmışlardır. Isı alarak gerçekleşen olaylara endotermik (soğuk kompres), ısı vererek gerçekleşen olaylara ekzotermik (sıcak kompres) demişlerdir.

  4. KEŞFETME - EXPLORE

    Öğrencilerin çözünürlük deneyini yapması ve bilinmeyen değişkenlerin ne olduğunun bulunması

    Öğrencilere evde her gün kullanılan dört maddenin suda çözündüklerinde oluşan sıcaklık değişiminin ne kadar olduğunu karşılaştıracaklarını söyleyin ve çözünen dört kristali öğrencilere tanıtın;

    • Potasyum klorür genelde tuz yerine kullanılır.
    • Kalsiyum klorür havadaki nemi emmesi için kullanılır. Ayrıca kış aylarında buzlu kaldırımların erimesini sağlaması için bazı buz-eritme karışımlarında bulunur.
    • Sodyum karbonat genellikle bulaşık makinesi deterjanlarındaki karışımlarda bulunur.
    • Sodyum bikarbonat, diğer bir adıyla karbonat olarak ta bilinir. Diş macunlarında, fırında pişirilen ürünlerde ve birçok uygulamada kullanılır.

    Öğrencilere sorun:

    Suda çözündüğünde çözünenin ekzotermik ya da endotermik oluşunu aynı şartlarda sağlamak için nasıl bir yol izlersiniz?
    Öğrenciler her bir çözünenden aynı miktarda kullandığını bilmelidir. Öğrencilere Bölüm 5, ders 5’te kristallerin tartımlarının nasıl yapıldığı hatırlatılmalıdır. Ayrıca aynı sıcaklıkta aynı miktar su kullanıldığı hatırlatılmalıdır. Bu etkinlikte, öğrencilere çözünmenin hızlı gerçekleşmesi için bir karıştırıcıya ihtiyaç olacağını söyleyin. Öğrenciler her bir bardakta karıştırıcı kullanırken dikkatli olmalıdır.

    Bu dersin sonunda öğretmen arkaplan ekinde moleküllerin hesaplanması hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz

    Not: Orta öğretim seviyesinde aynı miktar suda aynı kütleye sahip maddelerin çözündüğünde farklı sıcaklık değişimleri karşılaştırılacak. Fakat aynı miktar suda her bir madde taneciğinin molekül veya iyon sayısını aynı miktarda çözmek için çok titiz bir çalışma gerekir.

  5. Öğrencilerin evde her gün kullanılan dört maddenin suda çözündüklerinde oluşan sıcaklık değişimini bulması

    Araştırma sorusu

    Çözünen maddeler daha çok endotermik mi yoksa ekzotermik midir?

    Her grup için malzemeler

    • Potasyum klorür
    • Kalsiyum klorür
    • Sodyum karbonat
    • Sodyum bikarbonat
    • Su
    • 5 küçük bardak
    • İşaretleyici kalem veya maskeleme bandı ve kalem
    • Dereceli silindir
    • Termometre
    • Terazi (gram)

    Uygulama

    1. Küçük plastik kaplara potasyum klorür, sodyum karbonat, sodyum bikarbonat, kalsiyum klorür şeklinde yazıp etiketleyin.
    2. Etiketlenen her bardağa 2 gram çözünen maddelerden koyun.
    3. Etiketlenmemiş bardak içine 10 mL su doldurun ve bir termometre yerleştirin. Etkinlik sayfasındaki tabloya başlangıç sıcaklığını kaydedin.

    4. Su ve termometre bulunan bardağa potasyum klorürü dökün ve termometreyi izleyin. Termometre değişimi durduğunda, son sıcaklığı kaydedin.

      Her bir çözünen için 3,4 ve 5’inci adımları tekrarlayın.
    5. Her bir çözünen için 3,4 ve 5’inci adımları tekrarlayın.

    Beklenen Sonuçlar

    Potasyum klorür çözündüğünde endotermiktir. Kalsiyum klorür çözündüğünde ekzotermiktir. Öğrenciler çeşitli sıcaklık sonuçları okuyabilir ancak hepsi aşağıdaki tabloya benzer sonuçları bulacaktır.

  6. Öğrenci gözlemlerinin tartışılması

    Öğrencilere sorun:

    Endotermik çözünen çözeltiler hangileridir?
    Potasyum Klorür ve Sodyum bikarbonat
    En çok endotermik hissedilen çözelti hangisidir?
    Potasyum Klorür
    Ekzotermik çözünen çözeltiler hangileridir?
    Kalsiyum Klorür ve Sodyum karbonat
    En çok ekzotermik hissedilen çözelti hangisidir?
    Kalsiyum klorür

  7. AÇIKLAMA - EXPLAİN

    Öğrencilere çözünürlük boyunca sıcaklık değişimine neden olan bağ oluşumu ve bağ kırınımı sonucu gerçekleşen enerjiyle ilgili bir animasyonun gösterilmesi

    Animasyon Yansıtma ( Bağ oluşumu ve bağ kırınımı)

    Öğrencilere kimyada önemli bir kuralın olduğunu söyleyin: Enerji atomların, iyonların veya moleküllerin birbirlerini çekmesi için gereklidir. Atomlar, iyonlar veya moleküller bir araya geldiğinde, enerji salınır, birbirlerinden ayrıldığında ise enerji alınır. Diğer bir ifadeyle söylemek gerekirse “bağ oluştuğunda enerji salınır, bağ kırıldığında enerji alınır”

    Animasyon Yansıtma ( Bağ oluşumu ve bağ kırınımı)

    “Next” butonuna basarak çözünürlükte gerçekleşen olayları açıklayın. Maddelerin iyon veya molekülleri su molekülleriyle bağlandığında, biraz enerji salınır (ok dışarı doğru). Su molekülleri madde molekül veya iyonlarını birbirinden ayırdığında, enerji alınır. (ok içeri doğru).

    Görüntü Yansıtma (Ekzotermik Çözelti)

    Çözünürlük olayı ekzotermik olduğunda, su molekülleri çözünen molekül veya iyonlarına yaklaşarak bunlara bağlanır. Bağlanma sonucu enerji arttığı için, fazla enerji dışarı salınır. Su moleküllerinin molekülleri veya iyonları ayırması için enerji gerekir. Bu nedenle dışarıdan enerji alınır. Bağlanma sonucu salınan enerji, bağ kopmasıyla alınan enerjiden daha fazla olduğu için olay ekzotermiktir.

    Görüntü Yansıtma (Endotermik Çözelti)

    Çözünürlük olayı endotermik olduğunda, su molekülleri çözünen molekül veya iyonlarına yaklaşarak bunlara bağlanır. Bağlanma sonucu enerji arttığı için, fazla enerji dışarı salınır. Su moleküllerinin molekülleri veya iyonları ayırması için enerji gerekir. Bu nedenle dışarıdan enerji alınır. Bağlanma sonucu salınan enerji, bağ kopmasıyla alınan enerjiden daha az olduğu için olay endotermiktir.

  8. DERİNLEŞTİRME - EXTEND

    Katalizör olaylarının sıcaklığı değiştirip değiştirmediğinin araştırılması

    Video Yansıtma (El Vücut Isıtıcı)

    El vücut ısıtıcıları, içerisindeki metal aksam sayesinde jeli sihirli bir şekilde ısıtarak anında sıcak kompres uygulamayı sağlar. Metal aksamı iki elinizle büktüğünüzde metal diskte ince çizgiler oluşur. Su molekülleri ve sodyum asetat iyonları bir araya gelerek kristal bir yapı oluşturur. Jel kristalleştiğinde ısınmaya başlar. Böylece sıcaklık artar.

  9. Bir sıvıda başka bir sıvı çözündüğünde sıcaklık değişebilir.

    Video Yansıtma (Su ve alkol karıştırılmasıyla sıcaklığın değişmesi)

    Alkol ve su molekülleri birbirlerine bağlandığında enerji salınımı gerçekleşir. Su molekülleri alkol moleküllerini koparıp çözdüğünde enerji alımı gerçekleşir. Bağlanma oluşurken salınan enerji, bağ koparılırken alınan enerjiden fazla olduğu için sıcaklık artışı gerçekleşir.