‘Kimya’ Kategorisi için Arşiv

Atom

Salı, 06 Kasım 2007

ATOM

Bir demir parçasının önce ikiye,sonra dörde,sonra sekize ve giderek daha küçük parçalara bölündüğünü düşünün.Bu bölünme sonsuza kadar gider mi yoksa iyice küçülen parçacıkların daha fazla bölünemeyeceği bir an gelir mi?Bu soruyu yanıtlamak ilk düşünürlerin en çok uğraştığı konulardan biriydi.İÖ yaklaşık 400′de Eski Yunan düşünür Demokritos,bütün maddelerin bölünemyen küçük parçacıklardan oluştuğunu öne sürdü ve bu parçaları Yunanca atomos sözcüğüyle adlandırıldı."Bölünmez" anlamındaki bu sözcük bugünkü atom terimininde kaynağıdır.Demokritos’a göre evrendeki her madde atomlardan ya da daha küçük parçalarına ayrılamayan temel öğelerden oluşmuştu.

Daha o çağda bile atomların çok küçük boyutlu olduğunu anlayan Yunanlı bilginler bir elementin tek bir atomunu ayırmayı başaramadılar.Böylece atom konusundaki bilgilerde önemli bir gelişme olmaksızın 2000 yılı aşkın bir süre geçti.

Atoma İlişkin İlk Bilgiler

1807′de İngiliz kimya ve fizik bilgini John Dalton,Eski Yunanlılar’ın atom konusundaki düşüncelerine kendi görüşlerini de ekleyerek ünlü atom kuramını oluşturdu.Dalton’un atom kuramı üç temel ilkeye dayanıyordu:

1)Herşey atom denen son derece küçük bileşenlerden oluşur;bu atomlar ne yoktan varedilebilir ne de yok edilebilir.

2)Aynı elementin bütün atomları her açıdan özdeştir;buna karşılık iki ayrı elementin atomları biçim,boyut,ağırlık(kütle) ve genel davranışlarıyla birbirinden ayrılır.

3)İki ayrı elementin atomları basit tamsayılarla belirtilen belli bir oranda birleşilerek bileşikleri oluşturur.

Dalton’un atom kuramı sonradan yeni buluşların ışığı altında değişikliğe uğradı.Örneğin bugün atomların yapısında da temel parçacıklar denen, belli bir düzene göre yerleşmiş daha küçük parçacıkların bulunduğu ve bütün kimyasal tepkimelerde atomun dış bölümündeki temel parçacıkların yerleşme düzeninin değiştiği biliniyor.Üstelik artık atomun en iç bölümü de değiştiliyır ve bir atom başka bir atoma dönüştürülebiliyor.

Atomun boyutları ve ağırlığı son derece küçüktür.Bir atomun çapı milimetrenin milyonda biri kadardır.Herhangi bir işlemde bu sayıları kullanmak çok anlamsız olacağından atomlar için özel bir kütle ölçeği saptanmıştır.Bunun için karbon atomunun kütlesi standart olarak seçilmiş ve "bağıl atom kütlesi" 12 olarak kabul edilmiştir.Bu ölçeğe göre,en hafif atom olan hidrojenin bağıl atom kütlesi yaklaşık 1, oksijeninki de yaklaşık 16′dır.Doğada bulunan en ağır atom ise, bağıl atom kütlesi yaklaşık 238 olan uranyum atomudur.

Dalton ile aynı dönemde araştırmalar yapan İtalyan kimyacı Amedeo Avogadro, gaz halindeki elementlerin atomlarının genellikle tek başına bulunmadıklarını, bir iki ayrıksı örnek dışında ikişer ikişer bağlanmış atom çiftleri oluşturdukları saptadı.

Değişik elementlerin atomları yeni bir bileşik molekülü oluşturmak üzere birbirleriyle birleştiklerinde, bu bileşik genellikle ilk elementlerden çok değişik özellikler taşır.Örneğin suyla tepkimeye girdğinde patlayan sodyum metalinin bir atomu ile sehirli olan klor gazının bir atomu birleştiğinde bu özelliklerin hiçbirini taşımayan,bildiğimiz bir sofra tuzu molekülü oluşur.

Atomun İç Yapısı

1897′den günümüze kadar birçok bilim adamı, atomun yapısını daha iyi tanıyabilmek için sayısız deneyler yaptılar.Çalışmalarını İngiltere’de sürdüren Yeni Zelanda’lı Ernest Rutherford ve Danimarkalı fizikçi Niels Bohr değişik elementlerin atomlarının kütlece farklı olmalarına karşın aynı yapıda olduklarını öne sürdüler.Bu iki fizikçinin açıklamalarına göre atomun merkezinde bir çekirdek bulunuyor,elektronlarda bu çekirdeğin çevresinde dolanıyordu.Ayrıca her çekirdek aytı elektirk yükü taşıyordu;böylece çekirdeğin artı yükü elektronların eksi yüküyle dengelendiği için atomun bütünü elektrikseş olarak nötr durumda kalabiliyordu.Çekirdek atomun bütün yapısı içinde çok küçük bir yer tutar. Eğer bir atom bir stadyum kadar büyütülecek olsa,çekirdek bu stadyumun ortasındaki küçük bir bezelye gibi kalırdı.

Atomun hemen hemen btün kütlesi bu minicik çekirdeğin içinde yoğunlaşmıştır.Çekirdek başlıca iki temek parçacıktan oluşur:Artı elektrik yüklü proton ve elektrik yükü taşımayan nötron.Nötronun kütlesi protonunkinden daha büyüktür.

Bir atomun elektronları, çekirdeğin çevresini saran bir dizi "kabuk" üzerinde yerleştirilmiştir.En küçük kütleli atomlarda tek bir kabuk bulunurken,atom kütlesi büyüdükçe bu sayı yedi katına çıkar.Çekirdeğe en yakın olan ilk kabukta en çok bir elektron çifti bulunabilir.

Elektronlar

Salı, 06 Kasım 2007

Okul yillarinda bize ögretilen; bir çekirdek ve onun etrafinda dönen elektronlar…

Elektronlar durmadan dönüyor ve model günes sistemine benzetiliyordu.

Aradan yillar geçti, simdi size sorulsa, eminim büyük bir çogunluk yine ayni

seyi söyleyecektir.

Ama Antrak farki ile degisimi ögrenmenin zamani geldi.

Antik çagda yetisen pek çok düsünürle birlikte, madenin yapisi sorgulanmaya

baslamistir. Ilk kez Thales evreni anlamanin yolunun maddeyi anlamaktan geçtigini

ifade ederek, materyalist felsefeye ilk adimi atmistir. Daha sonra Anaximander,

evreni olusturan aperion denen bitmez, degismez, görünmez bir maddeden

bahsetmistir. Empedocles, tüm varliklarin dört elementten yani ates, hava, su, topraktan

olustugunu ifade etmistir. Empedocles’in bu düsüncesi, büyük otoritesi ile 1500 yil bilim

dünyasini egemenligi altina alan Aristo tarafindan iyice yerlestirilmistir.

Bugün kullandigimiz anlamda atom kavramini ilk kez ortaya atan düsünürler

Leukippos ve Demokritosdur. Bu düsünürler; ”Dogada mevcut her maddenin,

fiziksel olarak bölünmeyen atomlardan olustugunu ifade etmislerdir, ayrica atomlar

arasinda bos uzay bulundugunu ve devinim halinde olduklarini belirtmislerdir.

M.Ö.440 yillari.

Aristo (M.Ö. 384 -322) Makedonyali idi. Maddeye bakisi; kendinden önce yasamis

olan Atomculara olan tepkisini ifade eder. O da Empedoclesin düsüncesine katilir

ve dört ana maddeden herseyin yapildigini söyler.

19 . Yüzyila gelene kadar bu düsüncelere bir ilave yapilmadi ve Ilk kez

John Dalton (1766 1844 ) Atom kavraminini tekrar ele alarak modern atom kavramini

ortaya atti. Dalton kimyasal reaksiyonlarda tam sayilarla belirlenen oranlarda

maddenin tepkimeye girdigini gösterdi ve maddelerin atom denen sayilabilir ama

bölünemez parçalardan yapildigini ifade etti. Ayni zamanda atomlarin agirliklarini

ortaya koyan bir çizelge hazirladi.

J.J.Thomson 1897 yilinda elektronu kesfetti. 1900′lü yillarin baslarinda

Ernest Rutherfort(1871 1937) günümüz atom modelinin temelini teskil eden

esas yapiyi ortaya koydu. Atom’un; kütlesinin büyük bir kismini olusturan çekirdek

ve bu çekirdek etrafinda dönen elektronlardan yapildigini ortaya koydu.

Rutherfort çekirdegi olusturan pozitif yüklü parçaya “proton” adini verdi.

1932 yilinda Chadwick nötronu buldu. Daha sonra Kuantum teorisi dogrultusunda

Niels Bohr(1883 1962) Bohr atom modelini ortaya atti ve elektronlarin belli

yörüngelerde bulunabildigini ve bunun plank sabiti ile ilgili oldugunu ifade etti.

20. yüzyilin ortalarina dogru atom ile ilgili çalismalar ve bilgiler giderek artti.

Bugün artik atom denilince, ortada bir çekirdek ve etrafinda dönen elektronlar

tabiri oldukça ilkel bir tanim olarak kalmaktadir. Gelisen zaman içinde bilgilerimizi

yenilemek ve atom denildiginde nasil bir yapi oldugunu bilmek gerekmektedir.

Bir Atomun çapi 10-8 cm dir – bu çap elektron bulutu nu da içermektedir.

Çekirdege kadar yaklasildiginda Atom çapi 10-13 cm’ye kadar küçülür .

Buradan anlasilacagi üzere elektronlar ile çekirdek arasinda oldukça fazla bir

mesafe vardir, eger elektronlar ile çekirdek arasindaki uzaklik kaldirilabilse,

bir gezegen kadar maddeyi bir nohut kadar yapabilmek mümkün

olacaktir (bk.nötron yildizlari).

Atomun yapisini anlamakta esas olan çekirdegi anlamaktir. Çevrede dönen

elektronlar artik anlasilmistir ve çekirdek çevresinde simdilik bir baska sey yoktur.

Yalniz elektronlar çekirdek çevresinde ancak belirli enerji seviyelerine sahip

yörüngelerde bir olasilik bulutu olarak mevcutturlar. Günes sistemi gibi

hababam dönmezler.

Atom’un olusum mekanizmalarinda rol oynayan ve daha baska maddeler

tarafindan yapilmayan temel parçaciklara elementer parçaciklar adi verilir

ve elementer parçaciklar iki ana baslik altinda toplanirlar.

1-) Leptonlar

2-) Kuarklar

Temel Parçaciklar

Leptonlar ve kuarklar simdiki bilgilerimize göre elementer parcaciklardir.

Yani, kendilerini olusturan baska parçaciklardan yapilmamislardir.

Leptonlar içinde hepimizin yakindan tanidigi ‘Elektron’ vardir. Elektron simdilik

baska parçaciklardan yapilmamis olarak kabul edilmektedir.

Leptonlarin spini (dönüs) ½ ve elektrik yükleri -1 veya 0 dir. Yunanca lepton

hafif parçacik anlamina gelmektedir.

Elementer parçaciklar içinde adini James Joyce dan alan parçaciklar Kuarklardir.

Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçaciklardir.

Simdilik bilinen 6 kuark vardir.

Atom cekirdegi etrafinda bulunan elektron bir elementer parcacik oldugu için

onunla fazla ugrasmayacagiz. Geriye kalan, "çekirdek nedir"?

Sorusuna cevap arayacagiz.

Çekirdek Nukleon adini verdigimiz proton ve nötrondan meydana gelmistir.

Elektron ve çekirdek, içindeki Nötron ile Proton kararli parçaciklardir.

Çekirdegi ilgilendiren parçaciklar ailesi iki kisimdir.

1-) Baryonlar

2-) Mezonlar

Baryonlar agir parcaciklardir, mezonlar orta agir parçaciklardir.

Baryonlar ve Mezonlarin hepsine Hadronlar adi verilir.

Yunanca kuvvetli parçacik anlamindadir.

Kuark kuramina göre Baryonlar 3 kuarktan, Mezonlar ise bir kuark ve

bir antikuarktan olusmuslardir.

Nötron UDD kuarklarindan, Proton ise UUD kuarklarindan meydana gelmistir.

Elektrik yükleri hesaplandiginda 2/3 -1/3-1/3 = 0 yani yüksüz Nötron

ve 2/3+2/3-1/3 = 1 yüklü Proton oldugu görülür.

Hadronlar ailesi

Bir atom çekirdegini olusturan Hadronlar,Kuarklardan yapilmislardir ve aradaki mezon

alisverisi ile kararli parçaciklar ortaya çikar. Bu olay esnasinda ki kuvvet güçlü

etkilesimdir ve çekirdegi parçalanmadan tutar. Bu olgu ilk kez H. Yukova tarafindan

ortaya konulmustur ve bu olayda en çok rol oynayan mezon pi mezondur.

Ortalikta fazla görülmeyen bu maddelerin ömrü çok kisadir.

Yüklü pi mezon 10-8 sn yasar.

Bir atom çekirdeginin her zaman kararli olmadigini biliyoruz, kararsiz atom

çekirdeklerinde, ki radyoaktif maddelerin çekirdekleri böyledir, çekirdek

parçalanmasi olur bunu saglayan zayif etkilesimdir.

Dogada varolan ve simdilik bilinen 4 temel kuvvetin baglanti kuantasina Gluon adi verilir.

Elektromagnetik kuvvet gluonu FOTON

Zayif Etkilesim kuvvet gluonu W+ W- Z0 parçacigi

Çekim Kuvveti gluonu GRAVITON

Kuvvetli Etkilesim gluonu RENKLI GLUONLAR

dir. Atom çekirdegini ilgilendiren gluonlar Kuarklarin tad dedigimiz özelligini degistirir

ve onlarin yapmis oldugu hadronlari parçalar veya kuarklari zamk gibi birarada tutarak

kararli parçaciklarin yapilmasini saglar.

Simdiye kadar bahsedilen bu parçaciklarin Pauli yasasi ile belirlenen spinleri göz

önüne alindiklarinda (spin parcacigin iç açisal momentumudur), parçaciklar ya

tamsayili spinlere sahiptir. 0 , 1 ,2 …gibi veya yarim tamsayili (buçuklu)

spinlere sahiptir ½ , 3/2 , 5/2 … gibi. Yari tamsayili spinli parçaciklar

FERMI istatiklerine, tamsayili spin’e sahip olanlar BOSE istatiklerine uyarlar.

Bu nedenle Spinler göz önüne alindiginda parçaciklar iki kisma ayrilirlar.

1-) Fermionlar ( Enrico Fermi den)

2-) Bozonlar ( M. K. Bose dan )

Fermi istatistiklerine uyan parcaciklar ayni anda ayni konumda olamazlar (elektron gibi).

Bose istatiklerine uyanlar ise ayni anda konumda olabilirler (foton dolayisi ile laser gibi).

Tüm bahsedilen parçaciklarin bir antiparçacigi da oldugunu, ki buna antimadde diyoruz.

Unutmamakta fayda var. En çok bilinen örnek Pozitron yani antielektrondur.

"Peki ortalikta antimadde niye görülmüyor?" diyorsaniz sebebi; madde ile

antimadde karsilastiginda, ortaya enerji çikmasidir.

Kisaca özet halinde konuyu anlatmaya çalistik, konu çok genis ve gittikçe

karmasik hale gelmektedir.

Atom Modelleri

Salı, 06 Kasım 2007

ATOM MODELLERİ

1-Dalton Atom Teorisi

Dalton’un atom teorisi şöyledir:

*Elementler çok küçük,bölünemez,yok edilemez taneciklerden oluşmuştur.

*Fiziksel ve kimyasal değişmelerde atomlar,varlıklarını korur.Parçalanamaz veyayeniden oluşturulamaz.

*Aynı elementin atomları büyüklük,biçim,kütle ve daha başka özellikleri bakımından birbirinden ayırt edilemez.

*Kimyasal olaylar atomların birleşmesi veya ayrılmasının sonucudur.Atomlar birleşerek moleküllerioluşturur.Bir bileşiğin molekülleri,birbirinin aynıdır.

2-Thomson Atom Modeli

Atomun yapısı hakkındaki ilk model 1898 yılında Thomson tarafından önerilmiştir.Thomson atom modeli,bir karpuzu ya da üzümlü keki anımsatır.

Thomson’a göre:

*Atomlar çapları yaklaşık 10 üssü eksi sekiz cm olan kürelerdir.

*Elektronların kütlesi pozitif yüklerin kütlesinden çok küçük olduğundan,atomları,başlıca pozitif yükler oluşturmuştur.

*Elektriksel dengeyi sağlamak üzere,pozitif yük sayısına eşit sayıda elektron,küre içine dağılmıştır.

3-Rutherford Atom Modeli

*Atom kütlesinin yüzde yüzüne yakın bi kısmı,atomun merkezinde çok küçük bir hacimde toplanmıştır.

*Çekirdek etrafında dairesel yörüngelerde dolanmakta olan elektronlar vardır.

*Elektronların bulunduğu hacim,çekirdeğin hacminden çok büyüktür.

*Çekirdekteki yük miktarı,bir elementin tüm atomlarında aynı,farklı elementin atomlarında farklıdır.

*Bir atomda çekirdekteki yük sayısı,elektron sayısına eşittir.Çekirdekteki pozitif yüklerin kütlesi,yaklaşık olarak atom kütlesinin yarısına eşittir.

Çözeltiler

Salı, 06 Kasım 2007

ÇÖZELTİLER

Çözeltiler homojen karışımlardır. Bu tanımın içinde iki önemli şart vardır. Birincisi, çözelti bir karışım olduğuna göre onu meydana getiren maddelerin oranları değiştirilebilir, ikincisi, homojen olduğuna göre, her noktası aynı özellik taşır.

Bu açıklama bize çözelti kavramının geniş anlamda kullanılabileceğini göstermektedir. Gazların, sıvıların, katıların kendi aralarında veya gazların sıvı ve katılar, sıvıların katı ve gazlar, katıların sıvı ve gazlar içinde meydana getirdikleri homojen karışımlar birer çözeltidirler.

Endüstride çok kullanılan ‘pirinç’ bakır ve çinkodan oluşan bir alaşım olup katı çözeltilere bir örnektir.

Gazlar birbirleriyle her oranda karışabildiklerine göre gaz karışımlarına birer çözelti olarak bakabiliriz. Metaller birbirleriyle homojen karışımlar yaparak alaşımları meydana getirirler. Bizmut-kadmiyum alaşımında olduğu gibi bazı alaşımlar kendilerini meydana getiren maddelerin çok küçük saf kristalleri halinde oldukları için homojen değildirler. Bu gibi alaşımlara çözelti yerine metal bileşiği demek daha doğru olur. Yukarıdakiler çözelti kavramını geniş anlamını belirtmek için verilmiş örneklerdir.

İki maddenin birbiri içinde homojen bir şekilde karışması olayına çözünme denir. Genellikle, karışan maddelerden çok miktarda olan maddeye çözücü, az miktarda olana da çözünen denir. Bu bölümde suyun bir olarak bulunduğu çözeltilerden bahsedeceğiz. Bu gibi çözeltilere sulu çözeltiler denir.

100gr su ŞEKİL 1.1

Bazı katıların sudaki çözünürlüklerinin sıcaklıkla değişimi

Çözünürlük

Çözünürlüğe etki eden faktörler:

1.Çözücü ve çözünenin cinsi

2.Sıcaklık

3.Basınç

4.Ortak iyon varlığı

Aşağıda bunların açıklamalarına yer vericeğiz:

Bir maddenin çözücü içerisinde çok veya az miktarda çözünebilmesi özelliğine çözünürlük denir.

Çözünürlük bazen, 100 gram çözücü içinde çözünürken maddenin gram olarak ağırlığı cinsinden ifade edilir. Katı ve sıvıların su içindeki çözünürlükleri genel olarak sıcaklıkla artar, gazların çözünürlükleri ise sıcaklıkla azalır.

Gazları çözünürlüklerinde basıncın etkisi büyüktür. Yüksek basınç altında çok miktarda gazı sıvı içinde çözmek mümkündür. Bir litre su içerisinde çözünen gazın litre cinsinden hacmi onun çözünürlüğünü verir.

Şekil 1.1, çeşitli katıların su içindeki çözünürlüğünün sıcaklıkla nasıl değiştiğini göstermektedir. O halde katıların su içindeki çözünürlüklerini belirtirken mutlaka hangi sıcaklıkta çözündüğünü bilmemiz gerekir. Gazların çözünürlüğünde ise ayrıca basıncın ne kadar olduğunu belirtmeliyiz.

Şekil 1.1 de olduğu gibi katıların su içindeki çözünürlüğü sıcaklığa çok bağlıdır. KNO3te çözünürlük sıcaklığa çok bağımlı olduğu halde NACİ de değişme pek olmamaktadır. Bunda faydalın alarak, katılar birbirlerinden ‘Fraksiyonlu kristallendirme’ denilen metotla ayrılırlar.

Belirli bir sıcaklıkta belirli hacimdeki suyun içerisinde yine belirli miktarda madde çözünür. Daha fazla madde koyarsak, maddenin fazlası çözünmeden kalır ve o sıcaklıkta çözünen maddenin konsantrasyonu en büyüktür. Böyle çözeltilere doymuş çözeltiler denir. Belirli bir sıcaklıkta doymuş bir çözeltide daha fazla madde çözünemez. Aynı hacim, basınç ve sıcaklık şartlarındaki doymuş bir çözeltiden daha az miktarda madde bulunduran çözeltilere doymamış çözeltiler denir.

Çözünürlük sıcaklığa bağlı olduğuna göre doymuş bir çözeltide daha yüksek sıcaklıklarda daha fazla katı madde çözünebilir. O halde sıcaklığı yükselterek bir doymuş çözeltiyi doymamış hale getirmek mümkündür.

Saf suyun 100 C deki buhar basıncı 760 mm civa olduğu halde şekerli suyun aynı sıcaklıktaki buhar basıncı 760 mm den daha düşüktür. Bu durum da şekerli su 100 C derecede

kaynamaz. Şekerli suyun,buhar basıncı 760 mm ye çıkarmak için daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılması gerekir. Sonuç olarak bir çözeltinin içinde uçucu olmayan bir madde çözünmüşse,bu çözeltinin kaynama noktası saf çözücünün kaynama noktasından daha yüksektir.

Donma olayı,serbest haldeki sıvı moleküllerinin belli bir kristal şekli içinde düzgün bir yapıya dönmesi olayıdır. Donmanın olduğu sıcaklığa donma noktası denir. İçinde yabancı bir madde çözünmüş olan bir çözelti saf çözücüye göre daha güçlükle kristal şekline geçebilir. Bu bakımdan çözeltilerim donma noktası saf çözücüye göre daha düşüktür.

Bu deneyleri ilk defa Fransız bilgini M. Raoult yapmış ve buhar basıncı ile çözeltinin konsantrasyonu arasındaki bağıntıyı kendi adıyla adlandırılan bir kanunla ifade etmiştir.

Roult Kanunu : Bir çözeltinin buhar basıncı çözücünün saf haldeki buhar basıncı ile onun mol kesrinin çarpımına eşittir.

P : Po * n1

n1+ n2

P : Çözeltinin buhar basıncı

Po : Saf çözücünün buhar basıncı

*n1: Çözücünün mol sayısı

*n2 : Çözünen maddenin mol sayısı

Roult kanununa göre kaynama noktasında yükselme veya donma noktasında alçalma çözeltinin konsantrasyounuyla doğru orantılıdır. Belirli konsantrasyonlar için yükselme veya düşme, belirli değerler taşır.

Çözünme Olayı ve Polarlık

Çözücü olarak kullandığımız su molekülleri bir oksijen atomuna bağlı iki hidrojen atomundan meydana gelmişlerdir. Molekül geniş açılı bir V harfini andırır. V harfinin köşesinde oksijen, uçlarında da hidrojen atomları vardır. Oksijenin elektronları çekebilme gücü hidrojenlerinkinden daha fazla olduğundan oksijenin bulunduğu kısım eksi, hidrojenlerin bulunduğu kısım ise artı ile yüklenir. Bu elektrik yükleri iyon bileşiklerinde olduğu gibi tam olarak eksi veya artı değildir. Bu bakımdan kısmi eksi veya kısmi artı yükleri demek daha doğru olur.

Bir molekül farklı atomlardan meydana gelmişse atomların elektronlara karşı ilgisi farklıdır. Bunun sonucu olarak molekülün bir bölgesinde elektron fazlalığı karşıt bölgede ise elektron noksanlığı olur. Böyle moleküllerde eksi ve artı olmak üzere iki kutup meydana gelir. Bu moleküllere polar moleküller denir. Elektron dağılımı bir kutuplaşma göstermeyen moleküllere de apolar moleküller denir. Aynı cins atomlardan meydana gelen moleküller mutlaka apolardır.

oksijen

hidrojen

Suyun bir polar bileşik olması nedeniyle moleküller arası kuvvetler büyük olur. Sıvı haldeki su içinde, moleküller bir ağ meydana getirircesine birbirini çekmektedir. Bu nedenle apolar bir bileşik örneğin benzen, sıvı haldeki suyun bu kuvvetli yapısını bozarak çözünemez.

Bir NaCl kristalini su içine atalım. Kristalde + yüklü Na iyonları ile eksi yüklü Cl iyonları vardır. Katı sodyum klorürdeki sodyum iyonları ile klorür iyonlarını birbirinden ayırmak için bir enerji gereklidir. Su molekülleri, Na iyonlarına eksi yönlü yükleri ile yaklaşarak etrafını sararlar ve onu kristalden koparırlar. Aynı şekilde Cl iyonlarının etrafını su molekülleri, bu defa artı yönleri ile sararlar ve kristalden ayrılırlar. Su içinde çözünmüş bulunan Na ve Cl iyonları su molekülleri sarılıdırlar. Böyle iyonlara hidratlaşmış iyonlar denir.

Çözünen madde ile su arasındaki bu kuvvetler hem kristalin parçalanmasına hem de suyun ağ yapısını bozmaya yetmelidir. Bu yeterlilik iyon veya polar bileşiklerin su içinde çözünmelerinde görülür.

Bir sodyum klorür kristalini apolar bir bileşik olan benzen içine attığımızda çözünmediğini görürüz. Benzen moleküllerinin artı ve eksi yüklü kutupları olmadığından NaCl kristalini parçalayamazlar ve çözünme olayı olmaz.

Apolar bir maddenin apolar bir çözücü içinde çözünmesi olayında her iki maddede moleküller birbirinden kolaylıkla ayrılabilir ve birbirlerinin içine girebilirler. Örneğin: karbon tetra klorürün benzende çözünmesi.

Bu açıklamalardan sonra şu genellemeyi yapabiliriz. Polar ve iyon bileşikler polar çözücülerde, apolar bileşikler ise apolar çözücülerde daha kolay çözünürler.

Çözeltilerde iletkenlik

Katılarda elektriğin iletilmesi elektronlarla olur . Örneğin bir bakır telden elektrik akımının geçmesi demek elektronların bir uçtan diğer uca akması demektir. Sıvılarda ise elektrik iyonların göçüyle iletilir. Çözeltilerde artı ve eksi yüklü iyonlar olduğuna göre bu iyonlar birbirine zıt yönde hareket ederek elektriği iletirler. O halde bir çözeltinin elektrik iletkenliğini inceleyerek, içindeki iyonların azlığı veya çokluğu hakkında bilgi edinmek mümkündür.

Suyun İyonlaşması

Duyar ölçü aletleri kullanarak yapılan deneyler göstermektedir ki su,az da olsa iletkendir ve içinde artı ve eksi yüklü iyonlar vardır.

H2 O H+OH

Su denkleminde görüldüğü gibi iyonlaşmaktadır.

Elektriği ileten çözeltilere elektrolit çözeltiler denir.

Hidroliz

Bir tuzu suda çözdüğümüzde mutlaka nötral bir çözelti elde edilmez. Bazı tuzların çözeltileri asit özelliği gösterdiği halde, bazılarınınki baz özelliği gösterir. Bu olayı açıklayabilmek için tuzları, kendilerini meydana getiren asit ve bazların kuvvetli veya zayıf oluşlarına göre gruplarına ayıralım. Hidroliz olayı tuzdaki iyonlardan birinin su molekülleri ile etkileşmesinden olur.

Kuvvetli bir asitle kuvvetli bir bazın meydana getirdiği tuzlar: örnek olarak NaCl çözeltisi.

NaOH ve HCl kuvvetli baz ve asitlerdir. Asit ve bazın her ikisi de kuvvetli olduğundan çözelti de NaOH ve HCl bulunamaz. Bu nedenle Na ve Cl iyonları bu anlamda su ile etkileşim yapmazlar ve çözeltide nötral olur.

Kuvvetli bir baz ile zayıf bir asidin meydana getirdiği tuzlar: Örnek olarak CH3COON a çözeltisi .

Çözeltilerde ortak iyon varlığı da çözünürlüğü azaltır.

Test

Salı, 06 Kasım 2007

1.x bir tamsayı olmak üzere x=2a+5,a=4b+3 olduğuna göre.x sayısının 8 ile bölümünden elde edilen kalan kaçtır?

a) 0 b) 1 c) 2 d) 3

2.Hangi sayının 3 fazlasının 4 katı, o sayının 2 eksiğine eşittir? ifadesinin denklemi aşağıdakilerden hangisidir?

a) 4x+3=x-2 b) 4(x+3)=x-2

c) 4x-3=x+2 d) 4(x-3)=x+2

3.Bir doğal sayının 6 fazlasının 2 katı ile, aynı sayının ardışığının 3 katının 3 eksiğine eşittir.Bu sayı kaçtır?

a) 9 b) 10 c) 12 d) 14

4.672/6 işlemi, aşağıdaki hangi problemin çözümü olamaz?

a) 672 misket, altışarlı kaç gruba ayrılır?

b) 672 dew kaç tane 6 vardır?

c) 6 yı kaç defa kendisiyle çarparsak 672 elde ederiz?

d) 672 sayısı 6 nın kaç katıdır?

5.Tümler iki açının ölçüleri oranı 5/4 olduğuna göre, bu iki açının farkı kaçtır?

a) 50 b) 20 c) 10 d)5

6.Saf maddenin erime ve kaynamaları sırasında sıcaklıkları değişmez.

Buna göre aşağıdakilerden hangisi yukarıdaki özelliği taşır?

a) Gazoz b) Kolonya

c)Gliserin d)Deniz suyu

7.Nötr bir atom için;

*Proton sayısı = Elektron sayısı

**Elektron sayısı = Çekirdek yükü

***Proton sayısı = Nötron sayısı

Yukarıdaki ifadelerin hangileri her zaman için doğrudur?

a) Yanlız* b) Yanlız**

c) * ve ** c)*,** ve ***

8.Kloroplast bulunduran bir hücrede aşağıdaki organellerin hangisi bulunmaz?

a)Mitokondri

b)Golgi

c)Sentrozom

d)Lizozom

9.Aşağıdaki bilgilerden hangisi doğru değildir?

a)Erozyon oluşumunda insanın etkisi vardır.

b)Bütün enerjilerin kaynağı güneştir.

c)Tüketiciler enerjisini güneşten alır.

d)Kimyasal maddseler besin zinciri yoluyla insana kadar ulaşır.

10.Bir çocuk önce 60 m batıya, sonra 80 m güneye gidiyor.Daha sonra harekete başladığı noktaya doğru 100 m daha giderse yer değiştirmesi kaç m olur?

a)0 b)40 c)100 d)240

11.Aşağıda verilen özelliklerden hangisi üzerinde enlemin etkisi görülmez?

a)Güneş ışınlarını geliş açısı

b)Gece-gündüz süreleri

c)İklim çeşitleri

d)Yerel saat farkı

12.Türkiye ile ilgili aşağıdaki özelliklerden hangisi özel konumuyla açıklanamaz?

a)Ekvator’a olan uzaklığı

b)Ortalama yükseltisi

c)Yerşekil özellikleri

d)Jeopolitik ve jeostratejik önemi

13.Trablusgarp Savaşı’nı kaybeden Osmanlı Devleti, kendisini toparlamaya fırsat bulamadan Balkan Devletleri harekete geçerler ve Osmanlı Devleti’ne karşı savaş ilan ederler.

Aşağıdakilerden hangisi, Balkan Savaşları’nın nedenlerinden biri olarak gösterilemez?

a)Osmanlı merkazi otoritesinin iyice zayıflaması

b)Fansız Devrimi’nin getirdiği milliyetçilik akımı

c)Osmanlı topraklarının paylaşılmak istenmesi

d)Osmanlı Devleti’nin güçlü olması

14.Mudanya Ateşkes Antlaşması’yla, Osmanlı Devleti hukuken sona ermiştir.Buna göre, millet iradesine dayalı yönetim için öncelikle aşağıdakilerden hangisinin kaldırılmasının gerekli olduğu düşünülebilir?

a)Saltanat

b)Halifelik

c)Düzenli Ordu

d)TBMM

15.Aşağıdakilerden hangisi, Lozan Barış Konferansı’nda kesinlikle taviz verilmeyen konolardan biridir?

a)Boğazların komisyona verilmemesi

b)Kapitülasyonların tamamen kaldırılmnası

c)Musul sorununun çözülmesi

d)Borçların Osmanlı’ya bağlı uluslar arasında paylaşılması

16.Aşağıdaki atasözlerinin hangisinde mecazlı bir söyleyş yoktur?

a)Kara gün kararıp kalmaz

b)Her kaşığın kısmeti bir olmaz

c)Ağaç yaşken eğilir

d)Adam adamdan korkmaz, utanır

17.Aşağıdakilerden hangisi dilek kiplerine bir örnek değildir?

a)Koş b)Açıklamalısın

c)Açılalım d)Dinlersin

18.Aşağıdakilerden hangisi haber kiplerine bir örnek değildir?

a)Taşınır b)Yanılsa

c)Geçiliyor d)Satılmış

19.Aşağıdaki geçen altı çizili sözcüklerden hangisi sesteş olarak kullanlıabilir?

a)Başına hasır bir şapka geçirmişti

b)Ayağı birkaç gündür ağırıyordu

c)Hâlâ bir çocuk gibi davranıyor

d)Gül en sevdiğim çiçektir

20.Aşağıdakilerden hangisi altı çizili sözcük gerçek anlamında kullanılmıştır?

a)Ortalığı sadece iki mum aydınlatıyordu

b)Ateşli bir konoşma yaptı

c)Soruma ince bir karşılık verdi

d)Yağmur birden coştu

!!!!!BAŞARILAR!!!!!

Avrupa Ve Amerika’da

Salı, 06 Kasım 2007

Son yıllarda özellikle Avrupa ve Amerika’da ısı transferi uygulamalarında, sıcaklık ölçümleri için görsel sıvı kristal tekniği geliştirilmiştir [not: bundan sonra zaman zaman kısaltma amacıyla LC (liquid crystal) veya TLC (thermocromic liquid crystal) denilecektir]. LC maddesi kimyasal sıvı bir karışımdır ve yüzeye ince bir film şeklinde püskürtülür. Yüzeyde kuruduktan sonra akım yönünde herhangi bir bozucu ve direnç etkisi meydana getirmeksizin sıcaklık ölçümlerine olanak sağlar. LC, yüzeyin sıcaklığına göre renk verebilmektedir, böylece elde edilen renklere göre yerel sıcaklıklar ölçülmüş olur. Sıcaklık-renk tepkimesi bir kamera ya da fotoğraf makinasıyla görsel olarak kayıt edilebilir.

Çeşitli araştırmacılar; sıcaklık görüntülemede LC ısıl grafik tekniğinin uygulanışını, LC malzemelerinin yapısını, özelliklerini, sınıflandırılmasını, kalibrasyonunu, nitel ve nicel ölçüm sonuçlarının elde edilmesini, türlerini, avantajlarını ve kullanım sınırlarını anlatan raporlar hazırlamışlardır [1, 2, 6]. LC sıcaklık tespitinde kullanılmış, bunun yanında LC kullanarak akışın görüntülenmesi yapılmıştır [3]. Bazı çalışmalarda LC ‘in özellikle elektrik alanında kullanılması incelenmiştir. Bazı mikro devrelerde, multi tabaka devre kartlarında, yarı iletken cihazlarda ve diğer elektronik bileşenlerde özellikle soğuma karakteristiklerinin tespitinde bir sıcaklık ölçme tekniği olarak LC bileşenlerinin kullanılışı araştırılmıştır [4],[5].

LC yöntemi yüzeyden ısı akışını kontrol etmenin bir yolu olarak da kullanılmıştır [7]. Elektriksel alandan dolayı konvektif hareket oluşması durumunda ortaya çıkan fiziksel olay tartışılmıştır. Bir başka çalışmada ise [8]; taşınımla ısı transferine LC tekniğinin uygulanması incelenmiştir. LC kullanılarak, zorlanmış taşınımlı bir ortama yerleştirilmiş olan ısıtılmış nesnelerden elde edilen ısı transferinin ve akışkan akışının nitel ve nicel görüntü tespitleri yapılmıştır.

LC ‘in diğer bir geniş kullanım alanı ise yüzeye çarpan jetler olmuştur. Richards & Richards [9], buharlaşmakta olan su damlacıklarının kuru hava jetine maruz kalması esnasındaki anlık soğumayı inceledikleri çalışmalarında LC kullanmışlardır. Goldstein ve Timmers [10], tarafından yapılan deneysel çalışmada tek veya çok sıralı jetlerin düz bir levha üzerine normal yönde çarpması halinde yerel ısı transfer katsayılarını bulmak için bir görüntü tekniği kullanılmıştır. Bilen ve arkadaşları [11], uzun bir borudan çıkan türbülanslı dönel hava jeti ile yaptıkları deneylerde; çeşitli jet açısı ve Re değerlerinde LC’in yüzey sıcaklığına göre renk değiştirme özelliğinden faydalanarak yerel sıcaklıkları ölçmüşlerdir.

SIVI KRİSTALİN YAPISI

Doğada bazı organik maddeler, katı sıvı ve gaz fazının dışında dördüncü bir faz özelliği gösterirler. Bu faz durumunda; bu tip maddeler katı ve sıvı özelliklerinin bir karışımına sahiptir. İlk olarak 1988 yılında Avusturyalı Botanist F.R. Reinitzer, cholesteryl benzoate adlı organik maddenin, atmosferik basınçta ve 145°C sıcaklıkta aniden katı fazdan bulanık bir sıvıya dönüştüğünü ve sıcaklığın artması ile bu bulanık sıvının 178°C sıcaklıkta aniden berrak bir sıvıya dönüştüğünü gözlemiştir. İki yıl sonra Gatterman p-azoxyanisole ve p-azoxyphenetole adlı maddelerin de aynı davranışı gösterdiğini açıklamıştır. Bir süre sonra Alman fizikçi O. Lehmann, bulanık görünümlü ara fazın, cholestryl benzoate kristale benzer molekülsel yapıya sahip alanlar içerdiğini göstermiştir. Bu bulanık sıvılarda dikkati çeken bazı özellikler vardır. Bunlar diğer sıvılar gibi akıcı olup bulundukları kabın şeklini almalarına karşılık, katı kristaller gibi polarize ışıkta çift kırılma özelliğine sahiptir ve girişim renkleri verebilmektedir. Hem katı hem de sıvı özellikleri aynı anda taşıdıklarından bunlara termokromik sıvı kristal (TLC) adı verilmiştir.

TLC ’in ara fazına mezomorphic faz veya sadece mezophaze denir. Bu ara faz belli organik bileşikler için karakterize edilir. Bu ara fazda moleküller dizili olmalarına rağmen hareketlidir. Ara fazın üç farklı çeşidi vardır. Bunlar: scmectic, nematic ve cholesteric. TLC, üzerine gelen ışığa karşılık spektrumdaki renkleri sırayla gösterir. Çoğu karışımlar, sıcaklık arttığı zaman renksizlikten, kırmızı renge dönüşür ve yüksek bir sıcaklıkta tekrar renksizliğe dönmeden evvel spektrumundaki renkleri peş peşe gösterir. Renk değişikliği tersinirdir, yani soğuma sırasında ısıtmada olduğu gibi TLC renklerini bu sefer de tersten başlayarak gösterebilir. Sıcaklığa göre sadece tek bir renk gösteren karışımlar da yapılabilir. TLC ’in -30°C’ ile 100°C arasındaki sıcaklık aralığını kapsadığı belirtilmiştir [13].

Esas olarak bir TLC; saf katı ve saf sıvı fazları arasındaki bir maddenin termodinamik fazıdır ve belirli şartlar altında bazı organik bileşenlerden ortaya çıkar. TLC ‘in görünür ışığı yansıtmaya başladığı sıcaklık (kısaca olay sıcaklığı denilebilir) altındaki tüm sıcaklıklarda TLC katı halde olacaktır ve saydam olarak görünecektir. TLC olay sıcaklığında iken beyaz ışıkla aydınlanan ve sabit optik şartlar altında görüntülenen TLC malzemesi görülebilir ışığın (yani rengin) eşdeğer olmayan dalga boylarını yansıtacaktır. TLC ‘in şerit genişliği boyunca sıcaklık arttığı zaman TLC ‘in yansıyan rengi de değişecektir. Son olarak, sıcaklık TLC ‘in netlik-noktası sıcaklığını (TLC’nin görünür ışığı yansıtmayı durdurduğu noktadaki sıcaklık) aşarsa, malzeme saf sıvı haline geçer ve tekrar saydam hale geri döner. Bu özellik seçici yansıma özelliğidir (TLC sıcaklığının bir fonksiyonu olarak ışığın özel bir dalga boyunun kırılması) ve çoğu TLC ‘lerde hem ısıtmada hem de soğutmada çok az hatayla ortaya çıkar.

Sıvı Kristallerin Sınıflandırılması

TLC ’ler ticari olarak piyasada iki türlü bulunur. Bunlardan ilki çeşitli firmalar tarafından geliştirilmiş kendinden yapışkanlı, sayısal göstergeli şeritlerdir. İkincisi ise özel kaplarda saklanan sıvı kristal malzemedir.

Özellikle şerit şeklindeki bir TLC ‘in kimyasal yapısı yani renk-sıcaklık tepkimesi TLC üretimi esnasında düzenleyici tarafından verilen basit TLC formulasyonu ile açıklanabilir. Nicel uygulamalar için, seçilen bu formulasyonlar faydalı olabilir. Örneğin “R35C5W” sık kullanılan bir TLC formulasyonudur. “R35C” nin anlamı kırmızı renk (R=red) olay sıcaklığında yani 35°C ’de başlıyor demektir. “5W” mavinin başlama sıcaklığının, kırmızıdan 5°C yukarıda olduğunu gösterir bu da kullanıcıya şerit aralığını formulasyonlardan kolayca belirlemeyi sağlar. Dar-şeritli TLC formulasyonları 1 ya da 2 °C ’nin altında şerit genişliğine sahip iken, geniş-şerit formulasyonları 5°C ila 25°C arasında şerit genişliğine sahiptir [1].

TLC ’den yararlanmada bazı sınırlamalar vardır. Bunlardan birincisi; eğer TLC, çevre havası etkisinden korunmamış ise kirlenmesi sonucunda yapısı değişebilir. İkincisi TLC ara fazda, yani mezophaze ‘da ise sıvı haldedir ve sıvı olan bu maddeye toz zerrecikleri kolayca yapışabilir, bu da TLC ‘in bazı özelliklerini etkileyebilir. Bu iki nedenle TLC ‘in her iki etkiye karşı çok iyi korunması gerekir. Bu etkilerle mücadele etmek için iki üretim tekniği geliştirilmiştir. Bunlar mikro kapsüller ve polimer dağılımdır.

Mikrokapsüller (ME) : “National Cash Register” şirketi araştırmacıları 1970’li yılların başlarında mikro kapsüllü TLC tekniğinin gelişmesine öncülük etmişlerdir. Mikro kapsül, ham TLC malzemesini 5-10 mikron çaplarında kapsüller içerisinde sararak koruma yöntemidir. Su esaslı tutkal malzemenin içinde asılı duran mikro kapsüllü TLC formulasyonları hemen hemen tüm uygulamalarda kullanılabilir. Mikro kapsül yöntemi kimyasal kirlenmeye karşılık muhteşem bir direnç sağlar. Ayrıca iyi bir radyasyondan korunma yöntemidir. Ancak yine de, ME-TLC ‘leri hazırlarken ve uygularken özel bir dikkat gerekir. Özellikle TLC ‘den gelen yansıyan ışığın aşırı inceltilmesi ve tutkal ile mikro kapsüllerin birbirinden ayrılması gibi problemler bertaraf edilmelidir.

Polimer Dağılım (PD): Polimer dağılım TLC malzemesinin sürekli dökümü veya tabakalaşma üretimini kolaylaştırmak için araştırmacıların orijinal olarak geliştirdikleri bir yöntemdir. Yöntem kimyasal olarak saf manomer esaslı TLC malzemesini katı polimer esaslı matrikse dağıtır. Bu yöntemin bir faydası TLC ’den yansıyan ışığın gerçekte şeffaf olan polimer malzemesinden dolayı daha az incelmesidir. Bu özellik; ham TLC malzemesinin daha parlak renk tepkisi karakteristiklerini korur. Ancak PD-TLC ’lerin kullanımı şu nedenlerden dolayı sınırlıdır:

1-) Püskürtmeli ortamlarda kullanılışı uygun değildir, yalnızca düzlem yüzeylerde kullanılabilirler.

2-) İmal edilen levhanın kesilmiş bir kısmı kullanıldığı zaman kimyasal kirlenme PD- TLC yüzeyini bozacağından dolayı oluşan köşe etkileri PD-TLC ’lerin kullanım alanını sınırlar.

Sıcaklık Görüntüleme Teknikleri

TLC ’ler ile sıcaklık ölçülmesi için iki yaklaşım vardır. Birinci yaklaşımda TLC cisim üzerine sürülür ve cisim üzerindeki sıcaklık dağılımı görünür hale gelir. Dış etkilerden bozulmaması için sürülen TLC ‘in üzeri polivinil alkol ile kaplanır. Bu prensibe dayanan ve firmalar tarafından geliştirilmiş kendinden yapışkanlı sayısal göstergeli TLC şeritler değişik yerlerde kolayca kullanılabilirler (Şekil 1).

Şekil 1. Kendinden Yapışkanlı Sayısal Sıvı Kristal Termometre [(Omega Engin. Inc.),12]

TLC ’li ikinci tip sıcaklık ölçerlerde, cisimlerden yayılan kızıl ötesi ışınlar, TLC ile temasta olan ve kızıl ötesi ışınları absorbe eden bir levha üzerine düşürülür. TLC kısmının gözlenmesi ile cismin sıcaklık profili rahatça izlenebilir (Şekil 2). Sıcaklık kontrollü bir hacmin iki tarafındaki pencereden biri kızıl ötesi ışınları geçirebilen malzemeden yapılmıştır. Diğer pencere ise görünen aralıkta ışık dalga boylarını geçiren bir camdan yapılmıştır. Bu iki pencere arasına ve bunlara paralel olarak TLC’li eleman yerleştirilmiştir. Bu eleman, 5mm kalınlıkta polyester bir levhadır. Bu levhanın ışınım düşen tarafına kızıl ötesi ışını yutan 1 ila 3mm kalınlıkta altın veya nikel malzeme, diğer tarafına ise 10 mm kalınlığında TLC malzeme kaplanmıştır. Altın veya nikel kaplama çok ince olduğundan arkasından bakıldığında saydam olarak görülebilmektedir. Cisimden gelen kızıl ötesi ışınlar, bu yutucu yüzey üzerine düştüğünde oluşan sıcaklık farkları gözlemci tarafından TLC’den izlenebilir [12].

Şekil 2. TLC esaslı Kızıl Ötesi Sıcaklık Ölçer Prensibi [12].

TLC ile sıcaklık ölçümünü yardımcı gözlem aparatları kullanıp kullanmamaya göre iki gruba ayırabiliriz.

Nitel Sıcaklık Görüntüleme Tekniği: Birçok sıcaklık görüntüleme uygulaması yalnızca nitel bilgiye gereksinim gösterir. Nitel ölçüm en basit ifadeyle TLC‘in yansıttığı renklerin insan gözüyle incelenmesi ve renklere tekabül eden sıcaklıkların uygun bir kalibrasyonla belirlenmesi esasına dayanır. TLC kaplı yüzeyin renk görüntüsünün kameraya çekilerek gözlenmesi uygulamalarda ucuz ve kolayca yerine getirilebilen bir tekniktir.

Nicel Sıcaklık Görüntüleme Tekniği: Nicel ölçüm; renk-sıcaklık tepkimesinin tespit edilmesinde görüntüleme-aydınlatma cihazı kullanmayı gerektirir. Nicel LC termografik uygulamalarında ya dar-şeritli ME-TLC formulasyonu (1°C ila 2°C aralığında renk tepkimesi verebilen şeritler) ya da her biri farklı olay sıcaklıklarına sahip birden fazla dar-şeritli TLC ’lerin karışımı kullanılır. Böylece bir dar-şeritli ME-TLC formulasyonu ve basit bir görüntü üretim sistemi kullanarak yüksek doğrulukta nispi sıcaklık ölçümleri yapılmasına izin verir. Dar-şeritli TLC ’leri kullanmaya bir alternatif tekli geniş-şeritli TLC (5 ve 20°C aralığında renk tepkimesi verebilen şeritler) kullanarak tekli görüntüden izoterm numunelerini haritalamaktır. Bu geniş-şerit tekniği cisimler büyük sıcaklık değişimine sahip olduğunda çok yararlıdır.

Bilindiği gibi renk subjektif bir kavram olduğundan onu saymak çok zordur. Nicel TLC uygulamalarında kullanılan modern makina vizyon sistemleri insan gözünün çıkıntı ve koniklerinin rengi kırmızı, sarı ve mavi ana renklerinin (RGB) bileşimine ayrıştırma özelliğini esas alarak doğal üçlü renk ayrışmasını gerçekleştirmek istiyorlar. Bu sistemlerde her bir görüntüde uygun renk tepkimesini üretmeye uygun miktarda kırmızı, sarı ve mavi depolanır. Ancak bu şekilde yükleme TLC termografik için çok etkili değildir. Çünkü bir TLC termografiğinde her bir noktadaki sıcaklığı yorumlayacak üç renge (kırmızı, sarı ve mavi) ihtiyaç vardır. Ayrıca bu sistemlerin ideal olmayan optik şartların mevcut olması durumundaki uygulamalarda kullanılması zordur. Yine de, son gelişmeler standart RGB vizyon modeli esaslı TLC termografik için özel olarak tek değerli renk tanımlayıcılarını çok sağlam bir şekilde üretmişlerdir [16].

Renk-Sıcaklık Tepkimesi Kalibrasyonu

Doğrudan kalibrasyon yöntemi: TLC ‘in hakiki renk-sıcaklık tepkimesi, ölçme sisteminin kendisi olan tepkimeyi etkileyebilecek durumdadır. Bu etkiyi belirlemenin en kolay yolu TLC ile renk ölçme sistemi tepkime karakteristiklerini yerinde doğrudan kalibre etmektir. Bu yöntem, ilgilenilen yüzey alanının üstünde ya da yakınında TLC sıcaklığını kontrol etmeyi veya ölçmeyi bertaraf ederek, deney cihazının hazırlanmasını öngörür.

Müteakip-izoterm yöntemi: Test yüzeyini ve TLC’yi, TLC olay sıcaklığına getirerek data toplama işi başlatılır. Daha sonra yüzey renk görüntüsü alınır ve ortalama renk değeri hesaplanır ve test yüzeyi sıcaklığıyla beraber hafızaya alınır. Netlik noktası sıcaklığına ulaşıncaya kadar daha yüksek sıcaklıklarda tekrar edilir. Kontrol etmesi kolay gibi gözükse de bu yöntem zaman alıcıdır ve zayıf renk-sıcaklık çözünürlüğü vardır.

Gradyan yöntemi: Müteakip-izoterm yöntemini tamamlamaya çalışan bir yöntemdir. Bu yöntemde aynı doğrusal sıcaklık gradyanında olduğu gibi TLC malzemesine bir ölçülebilir renk-sıcaklık dağılımı konu alınır. Gradyen tekniği tam yürütüldüğü zaman, tek bir renk görüntüsü kullanan TLC için tüm renk-sıcaklık tepkimelerinin temsil edildiği durumun aksine daha süreklidir.

Sıcaklık Ölçümündeki Hataların Kaynakları

Sıcaklık ölçüm hatalarının etkilerini TLC termografik uygulamalarında tam olarak saymak olanağı yoktur. Bunun nedeni; çoğunlukla olası hata kaynaklarının çok sayıda olması ve bu hata kaynaklarının TLC termografik sisteminin ortalama sıcaklık ölçüm hassasiyeti üzerindeki etkilerinin fazla olmasıdır. Ölçüm hatalarının kaynakları genelde;

• TLC malzemesinin uygulanmasında ve/veya hazırlanmasında uygun olmayan yüzey,

• TLC renk-sıcaklık yorumunun ve/veya kalibrasyonun uygun olmaması,

• Renk ve/veya sıcaklık ölçüm cihazı ile birleşen yerleşik hatalar şeklinde özetlenebilir.

UYGULAMA ÖRNEĞİ

Burada Atatürk Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümünde kurulu jet deney düzeneği üzerinde yapılmış olan deneylerin ışığında TLC yönteminin uygulanışı tartışılacaktır. TLC ile sıcaklık ölçme uygulamalarında öncelikle sıcaklığı ölçülecek olan sistemin sınır koşulu belirlenir. Bu sınır koşulu sabit ısı akısı sınır koşulu olabildiği gibi sabit sıcaklık sınır koşulu da olabilir. Bu çalışmada sabit sıcaklık sınır koşulu uygulanmıştır. Ancak daha önce literatürdeki jet çarpması deneylerinde kullanılan her iki sınır koşulunun da uygulanışını bilmekte fayda vardır.

Sabit Isı Akısı Sınır Koşulu Uygulayarak Ölçüm Yapılması: Goldstein ve Timmers [10], sabit ısı akısı sınır koşulunu meydana getirmek için arasından AC akımı geçirilerek ısıtılan 25,4 mm kalınlıkta paslanmaz çelikten bir ısıtıcı kullanmışlardır. Özel imal edilmiş şeffaf bir tabaka (mylar tabaka) üzerine yerleşmiş olan LC, bir sprey yapıştırıcı ile ısıtıcının ters yönüne yapıştırılmıştır. TLC‘in çalışma aralığı 30°C -35°C ‘dir. Isı kayıplarını minimize etmek için TLC tabakası ile bu tabakanın tam karşısına konulan arklik gözlem plakası arasında, 12,7 mm hava boşluğu bırakılmıştır. Şeffaf gözlem levhasının arkasında bir kamerayla renk değişikliği anında izlenmiştir (Şekil 3).

Şekil 3. LC ‘in Sabit Isı Akısı Sağlayan Isıtıcıyla Birleştirilmesi [10].

Sabit Duvar Sıcaklığı Sınır Koşulu Uygulayarak Ölçüm Yapılması: Diğer bir yöntem ise çarpma yüzeyi cidarında sabit sıcaklık sınır koşulu oluşturmaktır. Hoogendorn ’un bir jet çalışmasında [14], yoğun akımlı bir sıcak su banyosunun önüne ısıtılmış bir cam levha konulmuş, levhaya 30 mm reçine tabakası içerisindeki LC uygulanmıştır. Camın ısıl iletkenliği bilindiğinden, artık yerel ısı transfer oranları yüzey sıcaklığı ve su sıcaklıklarından gidilerek bulunabilir. Bu yolla yerel yüzey sıcaklıkları başka hiçbir işleme gerek kalmadan ölçülebilmektedir.

Şekil 4. Sınırda Sabit Sıcaklık Sağlayan Sıcak Su Banyosu [14].

Sıvı Kristalin Kalibrasyonu ve Renk-Sıcaklık İlişkisi

Uygulamada; TLC ‘in püskürtüleceği yüzeye iyice yapışması için, içerisine üretimi sırasında uygun reçine veya yapıştırıcı katılmış ise, kalibrasyon işlemi daha da basitçe yapılabilir. TLC, içindeki yapışkan dolayısıyla suda çözünmeye karşı dayanıklıdır. En azından kalibrasyon işlemi boyunca suda çözünme olmaz. Yerel ısı transfer katsayılarını hesaplayabilmek için önce TLC‘in kalibre edilmesi gerekir. Kalibrasyon işlemi sıcak su banyosunda yapılmaktadır. Test örneği için su banyosuna girecek boyutlarda bir plaka seçilir. Kısa sürede kararlı konuma geçilmesi istenilirse, ısı iletkenliği iyi olan bakır plaka seçilmesi uygun olacaktır. Kalibrasyon işleminde, TLC ‘in renklerinin iyi izlenebilmesi için bakır test örneği üzeri siyah mürekkep ile kaplanmıştır. Siyah zemin üzerine TLC püskürtülmüş, numune kuruduktan sonra kalibrasyon işlemine geçilmiştir. Sıcak su banyosuna daldırılan test numunesi, suyun ısınmasına göre kendi renklerini sırayla göstermeye başlamış ve su sıcaklığı, banyonun ve kalibrasyon cihazının dijital göstergesinden tespit edilmiştir. Renkler bitince TLC zeminin rengi siyahı gösterir. Daha sonra bu işlem sıcaklık banyosu, soğutma işlemine tabi tutularak tekrar yapılır. Su sıcaklığıyla TLC renkleri arasında kurulan ilişki Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1. Sıvı Kristalin Renk ve Sıcaklıkları.

Renk Sıcaklık °C Renk aralığı °C Ortalama renk sıcaklığı °C

Mavi 44.60-37.35 7.25 40.975

Yeşil 37.35-36.10 1.25 36.725

Kırmızı 36.10-35.00 1.10 35.550

Yüzeyin TLC ile Kaplanması

Çarpma yüzeyine TLC tabakasının, akım yönünde bozucu bir etki yapmayacak şekilde ince bir film halinde uygulanması gerekir. Bu amaçla mikro kapsüllü TLC yüzeye püskürtülmeden önce su ile inceltilir ve daha sonra hava tabancası ile ince bir film şeklinde çarpma yüzeyine püskürtülür. TLC siyah zemin üzerinde renklerini daha canlı ve net bir şekilde gösterdiği için püskürtülmeden önce çarpma yüzeyi zeminine TLC için özel imal edilmiş siyah mürekkep püskürtülür. Ayrıca TLC renklerinin canlı olarak izlenebilmesi için tabaka kalınlığının 50-100 mikron arasında olması gerekir. Eğer bu kalınlık sağlanmazsa renkler solgun ve cansızdır.

Şekil 5. Çarpma Yüzeyindeki LC Film Kalınlığı.

Test Plakası Üzerinde Renk Halkası Yarıçapının Ölçülmesi ve Görüntülenmesi

Çarpma levhası üzerinde, ısı transferi sonucunda oluşan TLC renk genişliği ve bu renk halkası yarıçapının ölçülebilmesi için belli aralıklı ölçeklere ihtiyaç vardır. Bunun için çarpma yüzeyinin siyah zemini TLC püskürtülmeden önce belirli aralıklarla çizilmiş ve daha sonra çizilen bu ölçek üzerine TLC püskürtülmüştür. Jet yüzeye çarptırılarak renk halkası yarıçapının geometrik çarpma noktasından uzaklığı bu şekilde elde edilen ölçekle kolayca tespit edilebilir.

Şekil 6. Jet Çarpma Yüzeyinin Ölçeklere Bölünmüş Hali [15].

Daha sonra renk halkasının genişliği ve halka yarıçapı, çarpma levhası üzerinde yerel ısı transfer katsayıları hesaplamasında kullanılır. Şekil 6’da jet çarpma yüzeyinin ölçeklere bölünmüş haldeki resmi görülmektedir. Jetin yüzeye çarpması sonucu oluşan TLC’ in renk halkası kararlı duruma gelinceye kadar beklenir ve kararlı hale ulaşınca görüntü kaydedilir (Şekil 7).

Şekil 8’de Re=30.000, H/D=10 (lüle levha arası boyutsuz mesafe), q=41° ( dönen jetin dönme açısı) durumlarında elde edilmiş üç ayrı jet çarpması sıcaklık grafiği verilmiştir.

SONUÇ

Sıcaklık, manyetik alan, elektrik alan ve basınç gibi dış etkilerle sıvı kristallerin renkleri kırmızıdan mora kadar değişebilmektedir. Bu renk değişimleri birbirini izleyerek ortaya çıkabilmektedir ve genel olarak tersinir bir olaydır. Yani hem bu etkilerin artması esnasında, hem de azalması esnasında aynı renk değişimlerini görmek mümkündür.

Şekil 7. Yüzeye Dik Jet Halinde Hedef Yüzey Üzerinde Başlangıçta ve Kararlı Konumda Renk Dağılım [15].

Bu değişim özelliklerinden yararlanarak sıvı kristaller ile değişik yerlerde sıcaklık ölçülmesi, hesap makinaları, saatler, bilgisayarlar, televizyon ekranlarında görüntü elde edilmesi ve uyumlu optikte hologram depolanması gibi çeşitli uygulamalar yapılabilmektedir. Genel olarak kolestrik fazdaki sıvı kristaller sıcaklık ölçülmesinde kullanılırken nematik fazdaki sıvı kristaller ise elektronik cihazların ekranlarında görüntü elde etmek için kullanılabilmektedir. Sıcaklığı ölçülecek yüzeyin veya akımın komplikeliği hassas sıcaklık ölçmede negatif bir durum oluşturmaz. Bu nedenle özellikle, Isı Transferi ve Akışkanlar Mekaniği çalışmalarında sıvı kristalin kullanımı daha da önem kazanmaktadır.

Şekil 8. Dönerek Çarpan Jette Çeşitli H/D, Re Ve Açı Durumlarında LC Renk Dağılım[11].

Sıvı kristal ile sıcaklık ölçmenin çeşitli avantajları ve dezavantajları vardır. Bunları şöyle sıralamak mümkün olabilir:

1. İyi bir hassasiyet,

2. Hızlı ölçme zamanı (0,2 saniyeden daha iyi),

3. İyi tekrarlanabilme,

4. Tersinir renk gösterebilme,

5. Kullanımda geniş sıcaklık aralığı,

6. Değişebilir renk gösterimi,

7. Uygulaması kolay,

8. Esnek ve düzensiz satıhlar için çok iyi uygulanabilir,

9. Nispeten ucuz,

10. Renk gösterimi görsel olarak kayıt edilebilir,

11. Saklama ömrü sınırlı,

12. Doğruluğu (hassaslığı) kullanan kişiye bağımlıdır.

KAYNAKÇA

1. Farina, D.J., “Making Surface Temperature Measurements Using Liquid Crystal Thermography”, Electronics Cooling, vol.1, no.2, pp.10-15, 1995.

2. Ashforth-Frost S., “The Use of Liquid Crystals in Temperature Visualization”, Proc. Biomechanics’94, Technical University of Wroclaw, Poland, 20-23 October, pp.342-351, 1994.

3. Ashforth-Frost, S. and Jambunathan, K. “Flow Visualization Using Liquid Crystals”, Proc. ’93 SPIE Int. Conf. Optical Diagnostics in Fluid and Thermal Flow, San Diego, USA, 14-16 July, pp.237-245, 1993.

4. Kelker, H. and Hatz, R. “Technical Applications of Liquid Crystals”, Chem-Ing. Tech.,Germany, vol.45, no.16, pp.1005-1013, 1973.

5. Mizell, L., “Liquid Crystals A New Technique for Thermal Mapping of Electronic Components”, Microelectronics 44th Int. Congr., Munich, Germany, 9-11 November, pp. 450-475, 1970.

6. Brown, G.H., “Structure Properties and Some Applications of Liquid Crystals”, J. Opt. Soc. Amer., vol.63, no.12, pp.1505-1514, 1973.

7. Hwalek, J. and Carr, E.F., “A Liquid Crystal, Heat Switch ”, Heat Transfer Eng., vol. 8,no.1,pp. 36-39, 1987.

8. Cooper, T.E., Field, R.J., and Meyer, J.F., “Liquid Crystal Thermography and its Application to the Study of Convective Heat Transfer”, J. Heat Transfer, Trans. ASME, vol.97, no.3, pp.442-450, 1975.

9. Richards C.D. and Richards R.F., “Transient Temperature Measurements in a Convectively Cooled Droplet”, Experiments in Fluids, vol.25, no. 5/6, pp.392-400, 1998.

10. Goldstein R,J. and Timmers J.F., “Visualization of Heat Transfer from Arrays of Impinging Jets”, Int. J. Heat Mass Transfer, vol.25, no.2, pp.1857-1868, 1982.

11. Bilen, K., Bakırcı K. and Yavuz T., “Dönerek Çarpan Jetin Isı Transfer Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi”, 12. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Sakarya, pp.538-543, 2000.

12. Genceli, O.F., Ölçme Tekniği, Birsen Yayınevi, İstanbul, 1995.

13. Bilen, K. “Isıtılan Düzlem Bir Plakaya Dik ve Eğik Hava Jeti Çarpmasında Isı Transfer Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi”, Doktora Tezi, KTÜ, Fen Bilimler Enstitüsü, Trabzon, 1994.

14. Hoogendorn, C.J., “The Effect of Turbulence on Heat Transfer at a Stagnation Point”, Int. J. Heat Mass Transfer, vol.20, pp.1333-1338, 1977.

15. Bakırcı, K., “Dönen Çarpan Jetin Isı Transfer Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, 1998.

16. Hacker, J. M. and Eaton, J. K., “Heat Transfer Measurements in a Backward Facing Step Flow with Arbitrary Wall Temperature Variations”, Report Number MD-71, Stanford University, Department of Mechanical Engineering, Thermo Sciences Division, Stanford, CA, June, 1995.

Kimyasal Baglar

Salı, 06 Kasım 2007

Kimyasal Baglar

Yukarida da belirtildigi gibi kimyasal baglar, atomlarin dis yörüngelerindeki elektronlarin hareketleriyle olusur. Her atom en dista yer alan yörüngesini, alabilecegi en fazla elektron sayisina tamamlama gayreti içindedir. Atomlarin son yörüngelerinde bulundurabilecekleri maksimum elektron sayisi 8’dir. Bunu saglarken atomlar ya en dis yörüngelerindeki elektronlari 8’e tamamlamak için baska atomlardan elektron alirlar, ya da eger en dis yörüngelerinde az sayida elektron varsa, bunlari bir baska atoma vererek önceden tamamlanmis olan bir alt yörüngeyi en dis yörüngeleri haline getirirler. Atomlarin kendi aralarinda yaptiklari bu elektron alip verme egilimi, birbirleri arasinda yaptiklari kimyasal baglarin temel itici gücünü olusturur.

Bu itici güç, yani atomlarin son yörüngelerindeki elektron sayilarini maksimuma tamamlama amaçlari, bir atomun diger atomlarla 3 çesit bag kurabilmesini saglar. Bunlar iyonik bag, kovalent bag ve metalik bagdir.

Moleküller arasinda ise genel olarak "zayif baglar" basligi altinda toplanan özel baglar görev yapar. Bu baglar atomlarin molekülleri olusturmak üzere kurduklari baglardan daha zayiftir. Çünkü moleküllerin maddeyi meydana getirmek için daha esnek yapilara ihtiyaçlari vardir.

Bu baglarin özellikleri nedir ve nasil kurulurlar, kisaca ele alalim.

Iyonik Baglar

Bu bag ile birlesen atomlar son yörüngelerindeki elektron sayisini 8’e tamamlamak için birbirleriyle elektron alisverisinde bulunurlar. Son yörüngelerinde 4’e kadar elektronu bulunan atomlar bu elektronlari birlesecekleri yani bag kuracaklari atoma verirler. Son yörüngelerinde 4’den fazla elektron bulunduran atomlar ise birlesecekleri yani bag kuracaklari atomlardan elektron alirlar. Bu tip bag ile olusan moleküller kristal (kübik) yapiya sahip olurlar. Yakindan tanidigimiz sofra tuzu (NaCl) molekülleri bu bag ile olusmus maddelerden biridir. Peki atomlarin neden böyle bir egilimi vardir? Bu egilim olmasa ne olurdu?

Bugüne kadar atomlarin bir araya gelmek için aralarinda kurduklari baglar çok genel biçimde tarif edilebilmistir. Ama atomlarin neden böyle bir prensiple davrandiklari anlasilamamistir. Yoksa atomlar son yörüngelerindeki elektronlarin sayisinin 8 olmasi gerektigini kendileri mi tesbit etmistir? Tabii ki hayir. Bu öyle büyük bir tespittir ki, bir akli, iradesi ve suuru olmayan bir atomun kendisini asmaktadir. Çünkü bu sayi maddenin ve dolayisiyla evrenin meydana gelmesi için ilk basamak olan atomlarin birlesmelerindeki kilit noktadir. Eger atomlarin bu prensipten kaynaklanan egilimleri olmasaydi moleküller ve buna bagli olarak da madde olusamazdi.

Oysa atomlar ilk yaratildiklari andan itibaren sahip olduklari bu egilim sayesinde moleküllerin ve maddenin kusursuz bir biçimde meydana gelmesi için hizmet ederler.

Kovalent Baglar

Atomlarin arasindaki baglari inceleyen bilim adamlari ilginç bir durumla karsilastilar. Bazi atomlar bag kurmak için elektron alisverisinde bulunurken, bazilari da son yörüngelerindeki elektronlari ortak kullanmaktaydilar. Daha sonra yapilan çalismalar da canlilik için vazgeçilmez önem tasiyan birçok molekülün bu baglar sayesinde var olabildigini ortaya koymustur.

Kovalent bagin daha iyi anlasilabilmesi için kolay bir örnek verelim: Daha önce elektron yörüngelerinden bahsederken de belirttigimiz gibi atomlarin ilk yörüngelerinde en fazla 2 elektron tasinabilir. Hidrojen atomu tek bir elektrona sahiptir ve elektron sayisini 2’ye çikarip kararli bir atom olma egilimindedir. Bu yüzden hidrojen atomu 2. bir hidrojen atomuyla kovalent bag yapar. Yani, 2 hidrojen atomu da birbirlerinin tek elektronlarini 2. elektron olarak kullanir. Böylece H2 molekülü olusur.(1)

Eger çok sayida atom, birbirlerinin elektronlarini ortaklasa kullanarak birlesiyorlarsa, bu kez "metalik bag" söz konusudur. Günlük hayatta çevremizde gördügümüz ya da kullandigimiz pek çok araç ve gerecin ana maddesini olusturan demir, bakir, çinko, alüminyum, vs. gibi metaller, kendilerini olusturan atomlarin birbirleri aralarinda metalik baglar yapmalari sonucunda, elle tutulur, gözle görülür, kullanilabilir bir yapi kazanmislardir.

Atomlarin yörüngelerindeki elektronlarin neden böyle bir egilimi oldugu sorusunu ise bilim adamlari cevaplayamamaktadir. Fakat canli organizmalar ancak nedenini bilmedigimiz bu egilim sayesinde var olabilirler.

Acaba tüm bu baglarla kaç farkli bilesik olusabilmektedir?

Laboratuvarlarda her gün yeni bilesikler olusturulmaktadir. Su an için yaklasik 2 milyon bilesikten bahsetmek mümkündür. En basit kimyasal bilesik, hidrojen molekülü kadar ufak olabildigi gibi, milyonlarca atomdan olusan bilesikler de vardir. (2)

Bir element acaba en fazla kaç degisik bilesik olusturabilir? Bu sorunun cevabi oldukça ilginçtir. Çünkü bir tarafta hiçbir elementle birlesmeyen bazi elementler (soy gazlar) vardir. Diger tarafta ise 1.700.000 bilesik olusturabilen karbon atomu vardir. Toplam bilesik sayisinin 2 milyon kadar oldugunu tekrar hatirlarsak, 109 elementin 108’i toplam 300.000 bilesik yapmaktadirlar. Ancak karbon olaganüstü bir sekilde tek basina tam 1.700.000 bilesik yapabilmektedir.

Nükleer Reaktörler

Salı, 06 Kasım 2007

NÜKLEER REAKTÖRLER

Nükleer rektörler; içersinde nükleer reaksiyonların yürütüldüğü ortamlardır. Çok büyük enerji açığa çıkaran iki tür nükleer reaksiyon vardır. Bunlar ; büyük atom çekirdeklerinin parçalanması (fizyon) veya küçük atom çekirdeklerinin birleşmesi (füzyon) reaksiyonlarıdır. Bu yüzden nükleer reaktörler ; içerisinde gerçekleşen reaksiyonlara göre ikiye ayrılabilirler :

1. Fizyon Reaktörleri

2. Füzyon Reaktörleri

Halihazırda füzyon reaksiyonuyla çalışan nükleer bir reaktör mevcut değildir. Fikir olarak 1942‘de ortaya atılan füzyon olayı ancak 1952‘de bomba olarak1942‘de ortaya atılan füzyon olayı ancak 1952‘de bomba olarak denenebilmiştir. Bu yüzden gücün kontrol altına alınması başka bir deyişle nükleer füzyona dayanan bir nükleer reaktör yapılması ise henüz gerçekleşememiştir. Ancak bu konudaki çalışmalar bütün hızıyla devam etmektedir. Günümüzde farklı şekillerde tasarlanmasına rağmen temel olarak fizyon reaksiyonuna dayanan yüzlerce nükleer reaktör mevcuttur. Atom bombasında çok kısa sürede gerçekleşen fizyon reaksiyonu nükleer reaktörlerde çok daha kısa sürede gerçekleştirilerek olay kontrol altına alınır. Nükleer reaktörü oluşturan entegre önemli elemanlardan birincisi uranyum ;yakıttır. (239Pu ‘da yakıt olarak kullanılabilir.)

Uranyum radyoaktif özelliği düşük olan bir elementtir. Reaktörde reaksiyona girmeden önce lastik eldivenle bile tutulabilir. Ancak fizyon sonucunda oluşan ürünlerin çoğu oldukça radyoaktiftir. Nükleer reaktör çalışmaya başladıktan sonra ne içine girmek nede reaktörden çıkan yakıt atıklarına yaklaşmak imkansızdır.

Yakıt olarak kullanılacak uranyumun reaktöre girmeden önce her türlü safsızlıktan arındırılması gerekir. Ayrıca yapısındaki 235U oranı % 3 dolayın yükselmiş olan izotopik olarak zenginleştirilmiş uranyum daha kullanışlıdır. Günümüzde yakıt olarak UO2 tercih edilmektedir. Uranyumdioksit önce toz haline getirilip sonra 1 cm çap ve yüksekliğinde silindirler şeklinde sıkıştırılır. Daha sonra fırında pişirilerek seramik yakıt lokması haline getirilen bu silindirler 4 m uzunluğunda ince bir metal zarf içine yerleştirilerek yakıt çubukları elde edilir.

Büyük bir reaktörde bu yakıt çubuklarından yaklaşık 50.000 tane vardır. Reaktörün ikinci temel elemanı nötron yavaşlatıcısıdır. Bunun için ise su kullanılır. Uranyum yakıt reaktörde bir su banyosuna daldırılmış cubuklar şeklindedir. Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan nötronlar yakıt çubuklarından su banyosuna geçerler. Su tarafından yavaşlatılan nötronların fizyon yapma yeteneği artar. bu yavaş nötronların yeniden uranyum yakıtı ile çarpışmaları ise fizyon olayını zincirleme reaksiyon şeklinde sürmesini sağlar.

Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan büyük ısınım yakıtın kızışmasını önlemek için ortamdan transfer edilmesi gerekir. Bunun için ise nötronları yavaşlatmak için ortamda bulunan suyun bir pompa ile devredilmesi sağlanır. Yaklaşık 3000C ‘de olan sıcak su borular yardımıyla soğuk su içeren bir hazneden geçirilir. Bu esnada ısı transferi ile soğuk su ısınarak buhar oluşur. Elde edilen buhar bir buhar türbininden geçirilerek ısı enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.

Nükleer reaktörlerin entegre önemli elemanlarında bir diğeri ise kontrol çubuklarıdır. Reaktörün kontrolü ortamdaki nötron sayısını kontrolü ile mümkündür. Eğer fizyondan dolayı nötronların oluşma hızı uranyun yakıtı tarafından yakalanma hızına eşit ise reaktör aynı güçte çalışmaya devam eder. Ortamdaki nötronların çalışma sayısı arttıkça güç yükselir , azaldıkça düşer. Ortamda nötron kalmaz ise reaksiyon durur. Bunun için reaktöre kadminyun veya bordan yapılan ve nötronları soğuran kontrol çubukları yerleştirilir. Bu çubuklar reaktörde istenilen derinliğe indirilerek reaksiyon kontrol altında tutulur.

Sonuç itibariyle bir nükleer güç reaktörü temelde fizyon reaksiyonundan oluşan ısıyı yayan bir su ısıtıcısıdır. Aynı termik santrallerde de oluğu gibi elde edilen ısı ile sudan buhar , buharın türbinleri döndürmesinden ise elektrik enerjisi elde edilir. Prensip olarak birbirine çok benzeyen termik santrallerle nükleer santraller arasında çok önemli farklar vardır. Öncelikle nükleer santraller termik santrallerde olduğu gibi dışarı CO2 ve SO2 vermez. Kül bırakmazlar . Bundan dolayı çevreyi kirletmezler ancak nükleer reaktörden çıkan yakıt yüksek radyo aktiviteye sahip bir çok madde içeriri. Bu nükleer atıkların çevre ve insana zarar vermeden tasfiye edilmesi çok önemli bir problemdir. Bu atıkların dış ortamla irtibatı mümkün olmayan sorulara yol açabilir. Bu konudaki en büyük gelişme nükleer atıkların yeryüzünü 500 ile 1200 metre altında inşaa edilen özel depolara gömülmesidir. Yer altında gömülü olan nükleer atıkların yeryüzüne çıkmasını sağlayacak tek mekanizma yer altı suyu ile teması olacaktır. Bunun için atıkları gömüleceği yer seçiminde jeolojik ve çevresel faktörler dikkate alınır. Ayrıca bu atıklar yüksek sıcaklıkta cam eriyiği ile karıştırılıp metal silindirler içine boşaltılır. Ve soğuduğunda camsı bir yapı oluşturur. Cam suda çözünmeyen uygun mekanik özelliklere sahip bir malzeme olduğundan yer altındaki nükleer atıkların yeryüzüne çıkma olasılığını azaltır. Aslında nükleer atıkların tehlikesi kurşun , civa ve arsenik gibi zehirli atıklara kıyasla daha azdır. Çünkü nükleer atıkların radyoaktivitesi zamanla azalırken ,zehirli atıklar çevreye atıldıkları ilk günkü gibi kalırlar.

ENERJİ ve ÇEVRE

Enerji üretiminin çevre etkileri değişik biçimlerde değerlendirilebilir. Bu değerlendirmeler, her bir kaynak için birim enerji üretimine karşılık gelen kirleticimadde tip ve miktarları, bunların çevre ve atmosfer içerisinde dağılımları, çalışanların ve halkın sağlığı üzerine etkileri, atığın miktarı ve zehirliliği, uzun dönemde çevre ve ekolojik sistemler üzerindeki etkileri açılarından yapılabilir.

Dünya elektrik üretim rakamları incelendiğinde %60 ile en büyük payı fosil yakıtlar almaktadır. Fosil yakıtlar (kömür, petrol ve doğalgaz), hemen hemen bütün ülkelerde temel enerji üretim kaynağı olarak karşımıza çıkarlar. Fosil yakıtların çevre etkileri göz önüne alındığında karşımıza sera etkisi asit yağmurları ve hava kirliliği çıkar. Bu tür yakıtlardan yanma sonucu enerji elde edildiğinde yanma ürünleri (CO2,NOx ve SO2 gibi gazlar), baca gazı olarak atmosfer içinde dağılırlar. Baca gazları ayrıca uçucu kül ve hidrokarbonları içerirler. Nikel, kadmiyum, kurşun, arsenik gibi zehirli metaller de fosil yakıtların yanması sonucu atmosfere atılan diğer maddelerdir. CO2, sera etkisi oluşumunda etkin rol oynamaktadır. Dünyadaki endüstriyel gelişme öncesi atmosferdeki CO2 konsantrasyonu 280 ppm (milyonda bir ) dolaylarında idi. Bu konsantrasyon, 1958′de 315 ppm ve 1986′da 350 ppm düzeyine kadar yükselmiştir. Artan CO2 miktarı, yerkürenin sıcaklığının artmasına neden olmakta, bu da iklim dengelerinin bozulmasına yol açmaktadır. SO2 ve NOx ise esas olarak asit yağmurlarına yol açmaktadır. Atmosferdeki su buharı ile birleşen SO2 ve NOx ise esas olarak asit yağmurlarına yol açmaktadır. Atmosferdeki su buharı ile birleşen SO2 ve NOx sülfürik ve nitrik asit oluşturmakta ve bu da dünyanın ekolojik dengesinin bozulmasına neden olmaktadır. Bütün fosil yakıt artıkları kış aylarında pek çok şehrimizi etkisi altına alan hava kirliliğine yol açtığını da unutmamalıyız. Fosil yakıtların çevre etkileri bunlarla da sınırlı değildir. Örneğin kömür madenciliği hem çalışanlara sağlık riski getirmekte, hem de ülkemiz için pek yabancı olamayan metan gazı patlamaları nedeni ile ölümlere yol açabilmektedir. Diğer bir sorunla da fosil yakıt taşımacılığında karşılaşılmaktadır. Petrol taşıyan tankerlerin neden olduğu kazalar yüz binlerce ton petrolün denize yayılmasına neden olmuştur. Bunun canlı bir örneğini geçtiğimiz aylarda İstanbul Boğazı’nda yaşadık.

Hidroelektrik santraller ile elektrik üretimi, dünyada toplam elektrik üretimine yaklaşık %23 oranında katkıda bulunmaktadır. Hidroelektrik santralleri ile enerji üretimi için uygun coğrafi koşulların sağlanması gerekmektedir. Günümüz koşullarında kullanılabilir hidroelektrik kapasitenin büyük bir bölümü halihazırda kullanılmaktadır. Hidroelektrik santrallerin çevre ile etkileşimlerine gelince, büyük su rezervuarlarının oluşması nedeni ile ortaya çıkan toprak kaybı sonucu doğal ve jeolojik dengenin bozulabilmesi olasıdır. Bu rezervuarlarda oluşan bataklıklar da, metan gazı oluşumu için uygun bir ortam teşkil ederler. Yakın geçmişte barajların yıkılması sonucu meydana gelen kazalar, pek çok kişinin ölümüne neden olmuştur.

Dünyada elektrik üretimi içinde %17 gibi önemli bir pay, nükleer reaktörler tarafından sağlanmaktadır. Bu oran gelişmiş ülkelerde çok daha yüksek rakamlara ulaşmaktadır. Örneğin fosil yatakları kısıtlı olan Fransa, elektriğin %70′ini nükleer enerji ile sağlamaktadır. Nükleer enerjinin çevreye etkisi fisyon ürünü radyoaktif izotopların yayılması durumunda söz konusu olur. Bunun kötü bir örneğini 1986′da Çernobil reaktöründeki kaza ile yaşadık. Bu kazanın nedeni türbin kontrolü sırasında reaktör güvenlik sistemlerinin devre dışı bırakılmış olmasıdır. Çevreye yüksek miktarda radyoaktivitenin salınması ise, reaktörün koruma kabının olmamasından kaynaklanmaktadır. Bu reaktörün yetersiz tasarımını, günümüzde çalışan 400′ ün üzerindeki reaktör için genellemek doğru değildir. Bu reaktörler uzun süredir güvenli olarak çalışmaktadırlar. Bütün mühendislik sistemleri gibi nükleer reaktörler de kaza riski taşımakta, ancak alınan önlemler ile bu risk milyonda bir çok düşük bir olasılığa indirilmektedir. Öncelikle şunu söylemek gerekir ki nükleer reaktörler fosil yakıtlar gibi atmosferik kirlenmeye yol açan atık üretmezler. Normal günlük yaşantımızda karşılaştığımız radyoaktivitenin ancak çok küçük bir kısmı nükleer reaktörlerden kaynaklanmaktadır. Bunu kişi tarafından alınan radyasyon dozu için kullanılan "rem" ile ifade ettiğimizde ilginç sonuçlar ile karşılaşabiliriz. Dünyada doğal olarak bulunan radyoaktif izotoplar nedeni ile kişi başına düşen ortalama doz yaklaşık 26 miliremdir. Kozmik ışınlar nedeni ile alınan doz ise, 28 milirem düzeyindedir. Bunlardan korunmanın hiç bir yolu yoktur ve herkes yaşadığı yöreye bağlı olarak az ya da çok bu dozu alır. Doğal radyasyon dışında insanların maruz kaldığı en büyük radyoaktivite kaynağı ise tıbbi amaçlı röntgen ya da radyoterapidir. Göğüs ya da diş için uygulanan x-ışınları, yaklaşık 10 miliremlik doza karşılık gelir. Diğer organlar için bu daha da yüksektir. Nükleer silah denemelerinden kaynaklanan doz ise yıllık 4 ile 5 milirem düzeyindedir. Nükleer enerjiden kaynaklanan doz ise yılda 1 milirem civarındadır. Bu, reaktörlerin çalışması sırasında çevreye verilen radyasyonun yanında uranyum madenciliği, yakıt fabrikasyonu ve kullanılmış yakıt işleme tesislerinin yaydığı radyasyonu da kapsamaktadır. Yapı malzemelerinden yılda yaklaşık 7 milirem düzeyinde doz almaktayız. Uçak ile yerden yaklaşık 12 km yükseklikte yolculuk yapmak, kozmik ışınlar nedeni ile saatte yaklaşık 0.5 milirem doz alınması neden olur. Günde bir buçuk paket sigara içen kişinin alacağı yıllık doz, yaklaşık 8000 miliremdir. Termik santraller de küller ile birlikte doğaya radyoaktivite salarlar. Bunun bir örneğini Yatağan’da yaşadık. Çernobil kazası sonucu alınan radyasyon dozu ise, yere bağlı olarak değişim göstermektedir. Örneğin reaktör çevresinde, 3 kilometre yarıçapında bir alan içersinde alınan ortalama doz 3300 miliremdir. Alınan bu yüksek doz insanların kansere yakalanma toplam riskini yaklaşık %4 oranında artırıp; %20′den %24′e çıkarmıştır. Kazanın diğer ülke insanları üzerindeki etkisi ise değişiktir. Örneğin kaza sonrası bir yıl boyunca Türkiye’de alınan en yüksek doz 59 milirem ve ortalama doz ise 15 miliremdir. Bu rakamların değerlendirilmesi için uluslararası kabul edilen standartlar ile gerekebilir. Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu (ICRP) standartlarına göre, nükleer reaktör çalışanlarının yılda en çok 5000 milirem doz almasına izin verilebilir. Daha sonra yapılan değişiklik ile bu sınır son beş yılın ortalaması için yıllık 2000 milirem olarak önerilmiştir. Nükleer reaktörlerin normal durumunda bu dozların yaklaşık onda birini sağlayacak çalışma koşulları sağlanmaktadır. Genel halk içinse, çalışanlara uygulanan ve ıçrp tarafından belirlenen doz sınırlarının onda biri sınır olarak uygulanmaktadır.

NÜKLEER FİSYON

İnsanlığın enerji sorununa kalıcı çözümün nükleer enerji olduğu bir çok teknisyen ve bilim adamı tarafından dile getirilmektedir. Nükleer enerjinin iki üretim türü vardır. Bunlardan biri, gerçekten çok uzun dönemde insanlığın enerji açısından kurtarıcısı olduğuna inanılan füzyon enerjisidir. Kanımca, füzyon enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisi elde etmenin ticari boyuta ulaşmasının yaklaşık daha bir asırlık geliştirmeye ihtiyacı vardır. Ama sonunda bu tür enerjiden yararlanma yolları bulunacak ve insanlığın hizmetine sunulacaktır. Diğer tür ise, halen insanlığın hizmetinde bulunan ve en temiz elektrik enerjisi üretim santrallerinin yapımında kullanılan, fisyon enerjisidir. Bu enerji türünün geçmişi çok kısa olmakla birlikte, ticari kullanım alanları vardır ve bir çok ülkenin elektrik enerjisi üretiminde önemli bir pay almaktadır.

Doğadaki atom çekirdeklerinin kararsız olanları daha kararlı olabilmek için çekirdek içinden bazı parçacıkları atarak değişime uğrarlar. Buna radyoaktivite denir. Örneğin, her canlı varlığın içinde bulunan ve kozmik ışınlar nedeniyle oluşan, karbon 14′ün bir gramının yarısı 5770 yıl içinde değişim geçirerek, azot gazı olur. Bu değişim karbon 14 çekirdeği içinden bir elektronun atılması yani bir Beta bozulması ile gerçekleşmektedir. Sözü edilen süreye de yarı ömür denir. Bazı ağır çekirdekler, içlerinden daha ağır parçacıklar atarak ilk durumlarından daha kararlı bir çekirdeğe dönüşebilir. Örneğin, toryum bir milyar dört yüz milyon yıl yarı ömür ile Alfa bozulumu adı verdiğimiz, çekirdek içinden bir helyum atomunun çekirdeğini atarak, biraz daha kararlı bir çekirdeğe dönüşür.

Bazı çekirdekler o denli kararsız olabilirler ki, içlerinden bir parçacık atmak yerine ikiye parçalanabilirler. Bu çekirdek tepkimesinin teknik adı da fisyon, yani bölünmedir. Tabii kendi kendine fisyon yapan çekirdeklerin doğada bulunması fevkalade zordur. Bazı çekirdek içi parçacıklar ile etkileşmeye giren ağır çekirdeklerin oluşturduğu çok kararsız çekirdekler fisyon yapabilir. Bazı çekirdek içi parçacıklar ile etkileşmeye giren ağır çekirdeklerin oluşturduğu çok kararsız çekirdekler fisyon yapabilir. Doğada bulunan Uranyum 238 çekirdeğinin kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü 1.0E+16 yıl diğer taraftan insan yapısı olan fermium’un kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü bir yıldan daha azdır.

Bir çekirdeğin kararlılığı, çekirdeği oluşturan parçacıkların birbirlerine ne denli sıkıca bağlı olduklarının bir ölçüsüdür. Teknik terim olarak buna çekirdeğin bağlanma enerjisi denir. Çeşitli çekirdeklerin parçacık başına düşen ortalama bağlama enerjilerine dikkat edersek, en kararlı çekirdeklerin atom ağırlıklarının demir, nikel, kobalt gibi 60 civarında olduğunu görürüz. Dünyada demir ve benzeri metaller bu nedenle uranyum ve toryumdan daha boldur.

Hafif çekirdeklerin bağlama enerjileri demire kıyasla daha azdır. Bu tip çekirdekler başka çekirdeklerle ile bir araya gelerek daha kararlı çekirdek oluşturabilirler. İşte bu sürece füzyon yani kaynaşma diyoruz. Diğer taraftan demirden daha ağır çekirdekler parçalanarak daha kararlı çekirdeklere dönüşebilir. Bu parçalanma bazen hızlandırılabilir ve bu sürece de fisyon adı verilir.

NÖTRON İLE FİZYON

1932 yılında Sir James Chadwick İngiltere’de, atom çekirdeğinden çıkan ve elektrik yükü olmayan bir parçacığın varlığını gözledi. Daha sonra adına nötron denilen bu temel parçacığın proton ağırlığında olduğu ve çekirdek içine rahatlıkla girebildiği gözlendi. Enrico Fermi bunu izleyen yıllarda İtalya’da nötron ile yaptığı deneylerde ilginç sonuçlar elde etti. Nötronlar ile bazı çekirdekleri bombardıman eden Fermi yeni izotoplar elde ediyordu. Aynı deney tahta masada yapılınca metal masada yapılana kıyasla daha fazla nötronun yutulduğu ve üretilen yeni çekirdeklerin daha fazla olduğu gözleniyordu. Daha sonra bu olaya tahtanın içinde bulunan hidrojen ile karbonun yol açtığı ve nötronların uygun maddeler ile yavaşlatılabildiği ortaya çıktı. Daha yavaş hareket eden bir nötron daha uzun süre çekirdek etrafında kalabilir ve etkileşme yapma olasılığı çok daha artar.

1939 yılında, Hanh ve Strassman Almanya’da, uranyumdan daha ağır çekirdek yaratmak için uranyumu yavaş nötronlar ile bombardıman ettiklerini fakat çoğunlukla, örnekte hiç bulunmayan, daha hafif çekirdekler ürettiklerini biraz da çekinerek ve kuşkuyla yayınladılar. Daha sonra bunun nötronlar yardımı ile oluşan fisyon olduğu ortaya çıktı. Aynı yıl Macar Szilard bu yeni buluşun değerini anlayarak Naziler durumu kavramadan Müttefiklerin savaş için derhal fisyondan faydalanması için çalışmalara başladı. Bundan sonrası hemen herkesin bildiği, hikayelerini okuduğu, filmlerini izlediği Manhattan projesi olarak tarihe geçti. 1939 yılında bulanan fisyon, 1942 yılında ilk CP1(Chicago Pile 1) nükleer reaktörünün yapımı ile kullanılabilen bir enerji üretme yöntemi olarak ortaya çıkmaya başlamıştır. 1944 yılında ve daha sonra yapılan üretim ve araştırma reaktörlerinden sonra ilk elektrik enerjisi üreten reaktör 1954 yılında Rusya’da Obninsk’te 5 Mw gücünde üretime başlamıştır.

FÜZYON

• Faydalı füzyon reaksiyonları

- D-T (döteryum-trityum) füzyon reaksiyonu

- D-D (döteryum-döteryum) füzyon reaksiyonu

• Füzyon için sağlanması gerekn şartlar

- Sıcaklık

- Hapsetme

- Lawson Kriteri

• Plazmanın Hapsedilmesi Metotları

• Magnetik Hapsetme

• Eylemsiz Hapsetme

FÜZYON REAKSİYONLARI

Bir füzyon reaksiyonundan öngörülen enerjinin elde edilmesi için

• reaksiyon düşük sıcaklıkta oluşmalı

• yüksek enerji açığa çıkmalı

• büyük bir tesir kesitine sahip olmalıdır

• tepkimeye girecek olan maddeler kolayca bulunabilmelidir

• plazmanın yeniden ısıtılması için yüklü parçacıklar elde edilemli

• farklı etkileşmeleri önlemek için enerjisi yüksek olan nötronlar açığa çıkmamalıdır

D-T Reaksiyonu

Döteryum bir proton ve bir nötrondan oluşan hidrojen çekirdeğinin bir izotopudur. Bilindiği gibi izotop proton sayısı aynı nötron sayısı farklı olan atom çekirdekleri için kullanılan bir tanımdır. Simgesel olarak 12H ţeklinde gösterilir.

Trityum bir proton ve iki nötrondan oluşan Hidrojen çekirdeğinin bir diğer izotopudur. Simgesel olarak 13H ţeklinde gösterilir.

Döteryum- Trityum füzyon tepkimesi aşağıdaki şekilde meydana gelir.

Bu tepkimenin özellikleri :

• Büyük tesir kesitine sahiptir

• Gerekli olan sıcaklık 4.4 keV’dir. 1 eV yaklaşık olarak 11600 K’ dir. Yaklaşık olarak bu sıcaklık değeri 51040000 K’ lik bir sıcaklık demektir.

• Ortaya çıkan enerji 17.6 MeV gibi yüksek bir enerjidir.

• 3.5 MeV’ lik enerjiye sahip olan Helyum çekirdeği başka bir deyişle alfa parçacığı plazmanın yeniden ısıtılması için kullanılır.

D-T reaksiyonunun gerçekleştirilmesinde aşağıdaki problemlerle karşılaşılır.

• Trityum kolayca bulunan bir yakıt değildir. Oldukça ender bulunan Lityum çekirdeği izotoplarından aşağıdaki reaksiyonlar sonucu elde edilir.

Bu tepkimeler füzyon reaktörünü çevreleyen bir lityum tabakası ile nötronların etkileşmesi sonucu elde edilir ve ürünler direk olarak tepkimeye sokulabilir.

• D-T reaksiyonu sonucu açığa çıkan enerjisi yüksek olan nötronların rekatör ile etkileşmeye girerek reaktöre zarar vermesi maliyetin artmasına neden olur.

D-D Reaksiyonu

İki döteryum çekirdeğinin direk olarak reaksiyona girmesiyle meydana gelen füzyon reaksiyonudur. Ve aşağıda gösterildiği şekilde meydana gelir.

• D-T reaksiyonundan daha düţük bir tesir kesiti yani reaksiyon oranına sahiptir. Ve dolaylı olarak bu olumsuz bir durumdur.

• 48 keV gibi yüksek bir sıcaklıkta meydana gelir.

• Füzyon reaksiyonu başına açığa çıkan enerji yaklaşık olarak 4 MeV kadardır.

• Yakıt deniz suyundan kolayca elde edilebilir.

D-D ve D-T füzyon reaksiyonlarının kıyaslanması

• D-T reaksiyonunun tesir kesiti D-D reaksiyonuna kıyasla daha büyüktür.

• D-T reaksiyonu daha düşük sıcaklıkta meydana gelir.

• Ticari olarak düţünülen füzyon tepkimesi maliyeti düţük olduđundan D-D reaksiyonudur.

Lawson Kriteri

• Plazmanın dağılmadan hapsedilmesi için gerekli zamanın ve plazma yoğunluğunun ilişkisini tanımlar

• Plazmanın dağılmaması için “Dışarı Çıkan Güç” =”İçeri Giren Güç” olmalıdır.

• D-T plazması için

nd döteryum iyonları yoğunluğu ve nt trityum iyonları yoğunluğu toplamının ne elektron yoğunluğu toplamına eşit olması gerekir.

nD+nT=ne ve nT=nD olmalıdır. Bu son eşitlik plazmanın toplam elektriksel yük açısından nötr olması gerekliliğinden sağlanması gerekir,

• Plazma içinde üretilen güce karşı resaksiyonu başlatmak için plazmayı ısıtmakta kullanılan güç dengeli olmalıdır.

- Plazma içindeki reaksiyon oranı  =nD+nT< V> ile tanımlanır.

- Eğer her füzyonda E kadarlık enerji üretilirse plazma içinde üretilen füzyon gücü;

Pfüzyon=(n/2)(n/2) VE=(n2/4) E j/s/cm3 olmalıdır bu plazma içinden dışarı çıkan güçtür.

- Eğer plazma bir T sıcaklığına sahipse toplam enerjisi

Etermal=(ne+nD+nT)(3/2)kT=3nkT dir.

Plazma enerjisinde bir  hapsetme süresi boyunca düzenli oranda kaybedilen enerji

Pkayıp=(3nkT)/ j/s/cm3 ‘dir.

Bu durumda içeri giren güç ve dışarı çıkan güç için sahip olunan ifadeler

Pfüzyon>Pkayıp ise n >(12kT)/ (VE)

Bu eşitsizlik Lawson Kriteri olarak anılır. Bu ifade plazmanın dağılması için gereken hapsedilme süresini ve hapsedilmesi gereken parçacık sayı yoğunluğunu verir.

• D-T reaksiyonu için n >3.1020 sn/cm3’dür.

• D-D reaksiyonu için bu değer n >1022 sn/cm3 mertebesindedir.

Nükleer Güç Santralleri

Nükleer Güç Santralları ile Termik Santraller birbirleri ile benzer özellikler taşırlar. Her iki santral tipinde de elde edilen buharın ısıl enerjisi türbinde mekanik enerjiye ve mekanik enerji de dejeneratörlerde elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik üretilir. Bu santraller arasındaki temel fark buharın elde ediliş yöntemidir. Bütün nükleer reaktör tiplerinde bölünmeden açığa çıkan enerji buhar üretiminde kullanır ve bu buhar üretimi doğrudan reaktörün korunda ya da buhar üreteçlerinde yapılır. Bu nedenle nükleer reaktörlerdeki bölünme reaksiyonu termik santrallarda fosil yakıt yakmakla aynı işleve sahiptir.

İlk olarak nükleer güç santrallerini tanıtmadan önce bölünme (fisyon) reaksiyonu mekanizmasını anlatmakta yarar vardır. Nükleer reaksiyonda açığa çıkan enerji, temelde U235 izotopunun ya da herhangi bir bölünmeye yatkın (fisil) izotopun (Pu239, U233) nötronla etkileşmesinden ötürü parçalanması olayı sonucunda açığa çıkan fazlalık bağlanma enerjisidir.

Nötronla etkileşen U235 çekirdeği kararsız hale geçerek, kendisinden daha hafif iki çekirdeğe ayrılır ve bu esnada da ortalama olarak iki nötron açığa çıkarır. Bu reaksiyon sonucu açığa çıkan bölünme enerjisi yaklaşık 200 MV’dir. Bu enerji buhar üretimi için soğutucuya aktarılır ve açığa çıkan nötronlardan biri bölünmeye yatkın başka bir izotopu parçalayarak zincirleme reaksiyonuna sebep olur. Diğer nötron ise reaktör içindeki diğer malzemeler tarafından yutulur ya da sistemden kaçar. Nükleer reaktörler bu zincirleme bölünme reaksiyonunun kontrollü olarak yapıldığı sistemlerdir. Bölünme reaksiyonunun önemini anlamak için 1 kg U235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık 1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğer olduğunu belirtmek yeterli olacaktır.

Bölünme reaksiyonu sonucu açığa çıkan nötronların etkili bir şekilde kullanılabilmesi için bölünmeye yatkın izotoplarla etkileşme olasılıklarını arttırmak gerekir. Bu nedenle bölünme reaksiyonlarından açığa çıkan hızlı nötronlar moderatör adı verilen yavaşlatıcı malzemeler yardımı ile yavaşlatılarak bölünmeye yatkın malzemelerle etkileşim olasılıkları arttırılır. Diğer bir malzeme de yansıtıcı (reflector) dır. Bu malzeme korun etrafına yerleştirilerek nötronların sistemden dışarı kaçma olasılıklarını azaltmak için kullanılır. Moderatör malzemesi aynı zamanda yansıtıcılık işlevini de görebilir.

İlk kontrollü bölünme reaksiyonu 1942 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde inşa edilen CPI Reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Bu reaktörde yakıt malzemesi olarak doğal uranyum ve moderator olarak grafit kullanılmıştır. İlk nükleer reaktörde olduğu gibi nükleer reaktör tasarımcılarının reaktör yakıtı için seçimleri doğal uranyum (%0.71 U235, %99.27 U238) ya da %3, %4 oranında zenginleştirilmiş uranyumdur. Eğer yakıt doğal uranyum seçilirse moderator olarak grafit ya da ağır su kullanılmalıdır.

Günümüzde, elektrik üretimi için kullanılan santralların büyük bir bölümü Basınçlı Su Reaktörü (PWR), Kaynar Su Reaktörü (BWR), ve Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür (PHWR). Bunlardan ilk ikisi, hafif su soğutmalı termal reaktör sınıfına girer, moderator ve reflektör malzemesi olarak da hafif su kullanılır. Üçüncü reaktör tipi ise dünyada ilk olarak Kanada’da elektrik üretimi için kurulan ve soğutucu olarak ağır su kullanan Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür.

BASINÇLI SU REAKTÖRÜ (PWR)

Basınçlı su reaktörleri ticari olarak elektrik üretimi için ABD’de kullanılan ilk reaktör tipidir. Bu tür reaktörlerde korda üretilen enerji birincil devre soğutucu vasıtasıyla kordan çekilir. İkincil devrede buhar üreteçlerinden alınan buhar türbinlerinde genişletilerek jeneratörde elektrik üretilir. Birincil devre basıncı, soğutucu suyun kaynamasını engellemek için, 15-16 MPa civarındadır.

Soğutucunun kora giriş sıcaklığı 290-300 C, çıkış sıcaklığı ise 320-330 C civarındadır. Reaktör korundan çıkan soğutucu türbinlerde kullanılan buharın üretimi için buhar üreteçlerine gönderilir. Reaktörlerin birincil soğutucu devreleri iki, üç ya da dört tane benzer döngüden oluşur. Her bir döngüde bir buhar üretici, bir reaktör soğutucu pompası ve bağlantı boruları bulunur. Ayrıca reaktör basıncını kontrol edebilmek için bir basınçlayıcı bu döngülerden biri üzerinde bulunur.

Yakıt içinde fisyondan açığa çıkan nötronlar soğutucuda yavaşlatılarak zincirleme fisyon reaksiyonunu sağlarlar. Aynı anda açığa çıkan kinetik enerjinin büyük bir kısmı yakıt içinde ısıl enerjiye dönüşür ve bu enerji ısı iletimi ile soğutucuya aktarılır, bir kısmı ise hızlı nötronlar tarafından moderasyon anında moderator vazifesi de gören soğutucuya aktarılmıştır.

Reaktör koru dayanıklı bir çelikten yapılmış silindirik bir basınç kabı içerisinde yerleştirilmiştir. Basınç kabı bu tip reaktörlerin ömrünü kısıtlayan en önemli bileşendir. Hemen hemen bütün reaktör tiplerinde reaktör basınç kabı ve soğutucu sistemleri koruma kabı adı verilen çelik bir kabuğun içindedir. Bu çelik kabuk betondan yapılmış ikinci bir koruyucu yapının içerisinde yer alır. Bu sistem dış etkilerden reaktör sistemini korumak ya da reaktörden bir kazadan dolayı açığa çıkabilecek radyasyonun çevreye sızmasını önlemek için tasarlanmıştır.

KAYNAR SU REAKTÖRÜ (BWR)

Kaynar su reaktörü dünyada basınçlı su reaktöründen sonra en yaygın olarak kullanılan reaktör tipidir. Kaynar su reaktörleri (BWR) birçok yönden PWR reaktörüne benzemekle birlikte, temel fark reaktör koru içinde kaynama olayına izin verilmesidir. BWR tipi reaktörlerin diğer hafif sulu reaktörlere göre üstünlüğü reaktör koru içinde doğrudan elde edilen buharın türbinlere gönderilmesidir. Bu nedenden dolayı BWR reaktörleri doğrudan çevrim ile çalışır. Basıncın PWR tipi reaktörlere göre daha düşük olması nedeniyle (7 MPa) basınç kabı et kalınlığı daha düşüktür.

BASINÇLI AĞIR SU REAKTÖRÜ (PHWR)

Basınçlı Ağır Su Reaktörleri, Basınçlı Su Reaktörleri ile benzer özellikler taşırlar. Ağır su reaktörü olarak adlandırılmalarının nedeni moderator ve soğutucu için ağır su (D20) kullanmalarıdır. Bu tür reaktörlerin en yaygın olarak kullanıldığı ülke Kanada’dır. Kanadalılar son 40 yılda CANDU (CANada Deuterium Uranium) adını verdikleri Kanada reaktörünü tasarlayıp geliştirerek Basınçlı Ağır Su Reaktörü teknolojisinde lider olmuştur.

CANDU reaktörlerinde yakıt olarak doğal uranyum kullanıldığı için zenginleştirme tesislerine ihtiyaç yoktur. Düşük basınçta moderator, ağır su (D20) ve yatay silindir şeklinde bir reaktör kabı vardır. Reaktör kabının içinde yatay şekilde geçen 380 adet yakıt kanalı bulunur. Yakıt kanalları doğal uranyum yakıt ve ağır su soğutucusundan oluşur. Yakıt kanalındaki yakıt elemanları basınç tüpü içindedir.

Karışımların Ayrıştırılması

Salı, 06 Kasım 2007

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

1. Elektriklenme ile Ayrıştırma

2. Mıknatıs ile Ayrıştırma

3. Öz kütle Farkı ile Ayrıştırma

4. Çözünürlük Farkı ile Ayrıştırma

5. Hâl Değiştirme Sıcaklıkları Farkı ile Ayrıştırma

6.Süzme ile ayırma

Karışımları Ayırma Yukarıdaki 6 Yöntemledir.

Karışımların Ayrıştırılması

1. Mıknatıs yardımı ile bazı maddeler ayrıştırılabilir. (Başlıca demir, kobalt, nikel metalleri mıknatısla ayrıştırılır.)

2. Bir katının sıvıda çözünmüş olduğu karışımlar sıvının buharlaştırılması ile ayrıştırılabilir.

3. Sıvı – sıvı homojen karışımları kaynama noktaları farklılığından yararlanılarak (Ayrımsal damıtma) ayrıştırılabilir.

4. Bir katının sıvıda çözünmemiş olduğu karışımlar süzme yoluyla ayrıştırılabilir.

5. Sıvı – sıvı heterojen karışımları ayırma hunisi yardımı ile yoğunluk farkından yararlanılarak ayrıştırılabilir.

6. Gaz karışımları gazların yoğunlaşma noktalarının farklılığından yararlanılarak ayrıştırılabilir.

7. Katı – katı karışımlarının bazıları çözünürlük farkından bazıları yoğunluk farkından bazıları erime noktalarının farklılığından yararlanılarak birbirinden ayrılabilir.

• Elektriklenme ile Ayrıştırma

Plastik bir tarakla taranan saç elektriklenir. Yün kazakları çıkarılırken çıtırtı sesleri ve kıvılcımlar oluşur. Ebonit Çubuk yün parçasına sürtüldüğünde küçük kağıt parçalarını çeker. Bu tür olaylar bazı cisimlerin sürtünme ile elektrik yükü kazanmasından kaynaklanır.

Elektriklenen maddeler hafif bazı maddeleri çekerler.

Kırmızı pul biber ve yemek tuzu karışımına elektrik yüklü ebonit çubuk yaklaştırıldığında çubuğun pul biberleri çektiği gözlenir. Pul biber yemek tuzundan bu metotla ayrıştırılmış olur.

• Hâl Değiştirme Sıcaklıkları Farkı ile Ayrıştırma

Hâl değiştirme sıcaklığından yararlanarak erime noktası farklı olan katı–katı karışımları, kaynama noktası farklı sıvı–sıvı karışımları ve yoğunlaşma noktaları farklı gaz–gaz karışımları birbirinden ayrılabilir.

Demir ve kurşundan oluşan bir karışımın ayrılması: Demirin erime noktası 1540°C ve kurşunun erime noktası 327,5°C’dir. Karışım bir potada ısıtıldığında erime noktası düşük olan kurşun önce erir. Sıvı hâle geçen kurşun süzülerek demirden ayrılır.

Maddelerin erime kaynama sıcaklıkları gibi, hal değiştirme sıcaklıklarının ayırt edici bir özellikleri olduğunu biliyoruz. Maddelerin bu özelliklerinin farklı oluşundan yararlanarak karışımları bileşenlerine ayırabiliriz. Suda çözünen katı bir madde, suyun buharlaşması ile saf olarak elde edilebilir.

Belli bir sıcaklıkta diğerlerine göre daha fazla miktarda buharlaşan sıvıların kaynama noktası düşüktür. Örneğin; aynı koşullardaki etil alkol sudan daha çok buharlaştığından, kaynama noktası sudan düşüktür. 100°C, etil alkol 78°C’de kaynar.

Saf maddelerde hal değişimi süresince sıcaklık sabittir. Örneğin;100°C’ta kaynar. 0°C’ta donar. (1 atm’de) kaynama ve donma süresince sıcaklık sabittir. Çözeltilerde ise hal değişim süresince sıcaklık sabit değildir. Çözeltilerde, kaynama süresince sıcaklık artma; donma süresince sıcaklıkta azalma gözlenir. (artma ve azalmanın nedeni lise kimya 2 dersinde açıklanacaktır.)

• ÇÖZÜNÜRLÜK FARKI İLE AYRIŞTIRMA

çözünürlüğün, maddeler için ayırt edici bir özellik olduğunu biliyoruz.maddelerin çözünürlüklerinin farklı olmasından yararlanarak karışımları bileşenlerine ayırabiliriz.Örneğin,salamura peynirinden suda bekletildiğinde,tuz suda çözünerek peynirden ayrılmış olur.Karışımda bulunan maddelerden biri çözücüde çözünüyor,diğeri çözünmüyorsa bu yöntemi uygulayabiliriz.

Her maddenin sudaki çözünürlükleri farklıdır.

Kükürt–bakır sülfat karışımın ayrılması

Kükürt–bakır sülfat karışımı suya atıldığında bakır sülfat çözünür, kükürt çözünmeden su üzerinde kalır. Çözelti süzgeç kâğıdından süzülürse kükürt ayrılır. Süzgeç kâğıdından geçen bakır sülfat çözeltisi ısıtılarak suyu buharlaştırılır ve bakır sülfat elde edilir. Böylece kükürt ve bakır sülfat ayrıştırılmış olur.

Yemek tuzu kum karışımın ayrılması

Yemek tuzu ve kum suya atılıyor, yemektuzu çözünüyor, kum çözünmüyor. Karışım süzüldüğünde kum süzgeç kağıdında kalıyor, Daha sonra tuzlu su çözeltisinin suyu buharlaştırıldığında geriye tuz kalıyor.

Potasyum nitrat ve sezyum sülfattan oluşan karışımın ayrılması

Karışımdaki maddelerin her ikisi de aynı sıvıda çözündüğü veya birinin çözünüp, diğerinin çözünmediği sıvı bulunmadığı durumda karışımdaki maddelerin çözünürlüklerinin sıcaklıkla değişiminden yararlanılır.

Çözeltinin sıcaklığı değiştirilerek, ayrımsal kristallenme ile çözeltideki maddeler ayrı ayrı elde edilir.

Sıcaklığın artırılmasıyla potasyum nitratın (KNO3) çözünürlüğü artarken, sezyum sülfatınki (Cs2SO48H2O) azalır. Karışım suya atılarak hepsinin çözünmesi sağlanır. Sıcaklık artırılırsa sezyum sülfat, azaltılırsa potasyum nitrat çöker. Daha sonra çökelti süzgeç kağıdından süzülerek ayrılır. Kalan çözeltinin suyu buharlaştırılır.

• MIKNATISLANMA İLE AYRIŞTIRMA

Bazı maddeler mıknatıs tarafından çekilirken bazıları çekilmez. Demir,kobalt,nikel gibi maddeler mıknatıs tarafından çekilebilen; çinko alüminyum,şeker,kükürt gibi maddeler mıknatıstan etkilenmeyen maddelere örnektir.

Çivi, toplu iğne, makas, pense gibi maddelerin mıknatıs tarafından çekilir. Bu maddelerin yapısında demir vardır

Demir tozu–kükürt karışımı, demirin mıknatıstan etkilenme özelliğinden yararlanılarak ayrıştırılır.

• ÖZ KÜTLE FARKI İLE AYRIŞTIRMA

Öz kütleleri farklı iki katı karışımı:

İki katının da çözünmediği bir sıvıya atılır. Katıların öz kütleleri farklı olduğundan ve sıvıda çözünmediğinden sıvı içerisinde farklı bölgelerde toplanırlar.

Özkütle maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Bu özellikten yararlanarak karışımları bileşenlerine ayırabiliriz. Örneğin, buğday ile samanı havaya savurduğumuzda rüzgar, öz kütlesi küçük olan samanı uzağa sürükler böylece buğday samandan ayrılmış olur. Öz kütle farkıyla Ayırma yöntemi, suda çözünmeyen katı maddelerden oluşan karışımların ayrılmasından kullanılabileceği gibi, birbiri içinde çözünmeyen sıvı maddelerin ayrılmasında da kullanılabilir. Farklı iki katı maddeden oluşan bir karışımı ayırmak için, bu karışımın üzerine bileşenlerle etkileşmeyen sıvı eklenir. Sıvının öz kütle değeri, bileşenlerin öz kütle değerleri arasında olmalıdır. Karışımı oluşturan maddeler öz kütlelerin göre tabakalar halinde sıralanır. Öz kütlesi sıvıdan büyük olan kabın altında, küçük olan ise kabın üst kısmında toplanır. Böylece karışımı oluşturan maddeler birbirinden ayrılır.

Kum ve naftalin karışımının ayrılması:

Karışım suya atılır. Kumun yoğunluğu sudan fazla olduğundan dibe çöker, naftalinin yoğunluğu sudan az olduğundan suyun üst kısmında kalır. Üstteki naftalin alınır. Geriye su–kum karışımı kalır, su süzülür. Böylece kum naftalinden ayrıştırılmış olur.

Öz kütleleri farklı ve birbiri içerisinde çözünmeyen iki sıvı, karışımı ayırma hunisi yardımıyla ayrıştırılabilir. Öz kütlesi büyük olan altta, küçük olan üstte bulunur.

Ayırma hunisi, alt kısmında musluk olan kılcal boruya sahip bir cam balondur.

Karbontetraklorür-Zeytin yağı–bakır sülfat karışımının ayrılması:

Karışım ayırma hunisine konur. Karışım, böyle bir kapta bir müddet dinlendirildiğinde karbontetraklorür en altta, zeytinyağı en üstte faz olarak bulunur.

Musluk açılarak karbontetraklorür bitinceye kadar alttaki behere aktarılır. Daha sonra bakır sülfat alınır. Zeytinyağı, ayırma hunisinde kalır. Böylece zeytinyağı–karbontetra klorür – bakır sülfat karışımı ayrıştırılmış olur.

SÜZME İLE AYIRMA

Katının sıvı içinde dağılması ile oluşan heterojen karışımları, bileşenlerine ayırmak için süzme yöntemi kullanılır. Bu yöntemde gözenekleri farklı büyüklüklerde olan süzgeçler kullanılır. Süzme yöntemini gerçekleştirmek için, kullanılan süzme aracının gözenek büyüklüğü süzülecek maddeye uygun olmalıdır. Uygulanan yöntemin tam olarak gerçekleşebilmesi için, kullanılan süzgecin gözenek büyüklüğü, ayrılacak katının tanelerinden küçük olmalıdır.

Süzme, gerek günlük yaşantımızda gerekse endüstride oldukça önemlidir.örneğin, çayı bardağa doldururken çay posasını ayırmak için süzgeç, haşlanmış makarnayı sudan ayırmak için kevgir, laboratuarda çeşitli katı maddeleri sıvılardan ayırmak için de farklı gözenek büyük lüğüne sahip süzgeç kağıtları kullanılır.

Sıvı Deterjanın Üretimi

Salı, 06 Kasım 2007

Sıvı deterjanın üretimi

Gerekli maddeler

LABSA (Lineer Alkil Benzen Sülfonit Asit), Lauryl Alkol(C12H25OH),diethanolamin, triethanolamin, sodyum sülfat, Su(H2O), Sodyum hipoklorit (%10′luk çözeltisi), Caustic sodyum hidroksit (%45′lik sodyum hidroksit çözeltisi)

Yapılışı

Önce %83,7 oranındaki suyun içerisinde %10′luk LABSA yavaş yavaş yedirilerek karıştırılır.LABSA ‘nın karışımı tamamlanınca %1′lik diethanol amin ve %2′lik triethanol amin ilave edilir. Daha sonra %1,7′lik Lauryl alkol ilave edilir.Viskositesi (akışkanlığı) ayarlanır. Bu işlem bitince %1′lik sodyumsülfat eklenir.En son %0.6 oranında sodyumhipoklorit katılır. Böylece gerekli maddelerin hepsi kazanlara katılmış olur. Karışma işlemi bittikten sonra dolum varillerinden bidonlara aktarılır. Ve sıvı deterjan piyasaya sürülmek için hazır bir duruma getirilir.

Üretim Yapan Firmalar:

Türkiye’de sıvı deterjan üretimi çeşitli ufak atolyelerde yaygın şekilde yapılmaktadır. Ancak işin biraz daha derinine inersek deterjan üretimi Lever, Benckiser gibi bazı büyük firmalar tarafından ciddi şekilde yapılmaktadır

Çamaşır suyunun üretimi

Gerekli Maddeler

Sodyumhipoklorit (NaClO) ‘in %5′lik çözeltisi, Su(H2O)

Yapılışı

İlk önce Tarım Koruma’dan %30′luk Konsantre Sodyum hipoklorit (NaClO) çözeltisi alınır. .Sonra imalat yerinde %5′e seyrelttirilir. Daha sonra kazanlarda yapılan karıştırma işlemi bitince bidonlara doldurulur.En sonunda ambalajlanarak piyasaya sevk edilir. Çamaşır suyuna bazen esans katılarak kokulandırılır.

KAYNAKLAR:

*Tempak San. Ltd. Şti.


Destekliyoruz arkada - arkadas - partner - partner - arkada - proxy - yemek tarifi - powermta - powermta administrator - Proxy