Maddenin Yapısındaki Değişmeler

06 Kasım 2007

Maddenin Yapısındaki Değişmeler

Fiziksel değişmeler (Fiziksel olay)

Maddenin dış görünüşü ile ilgili olan değişikliklerdir.

Suyun buharlaşması, buzun erimesi, şekerin suda çözünmesi, mermerin toz haline getirilmesi, camın kırılması,yumurtanın kırılması, yağmurun yağması gibi

Bu olaylarda maddenin molekül yapısı korunmaktadır.

Kaynama olayı Kağıdın buruşturulması Tuzun çözünmesi Yağmurun yağması Yumurtanın kırılması

Erime olayı Camın kırılması

Kimyasal değişme (Kimyasal olay)

Maddenin molekül yapısında meydana gelen değişmelerdir.

Hidrojen ile oksijen gazının reaksiyonundan su oluşması, kağıdın yanması, yumurtanın pişirilmesi, dinamitin patlaması, amonyum dikromatın yanması, demirin paslanması, asit ve bazın reaksiyonundan tuz oluşması gibi.

Yumurtanın pişirilmesi Dinamitin patlaması Mumun yanması Kibritin yanması Demirin paslanması

Su molekülünün oluşumunun modellerle gösterilişi

Radyoaktif değişme (Radyoaktif olay)

Atomun çekirdek yapısındaki değişikliklerdir. Çekirdek reaksiyonlarında atom çekirdeği bir başka atom çekirdeğine veya izotopuna dönüşebilir.

Büyük atom çekirdeği parçalanarak daha küçük atom çekirdekleri oluşturur Uranyum elementinin kripton ve ksenon elementlerine parçalanması gibi.

Küçük atom çekirdekleri birleşerek daha büyük atom çekirdekleri meydana getirir. Hidrojen izotoplarının birleşerek He oluşturması gibi

Maddenin Özellikleri

06 Kasım 2007

Maddenin Özellikleri

Fiziksel özellikler

Maddenin bir başka maddeye dönüşmeksizin gözlenebilen ve ölçülebilen dış görünüşü ile ilgili özellikleridir.

Maddenin rengi, kokusu, tadı, çözünürlüğü, sertliği, hacmi, ısı ve elektrik iletkenliği, katı, sıvı, gaz hâlleri, erime noktası, kaynama noktası fiziksel özelliklerdir.

Kimyasal özellikleri

Maddenin reaksiyon verebilme veya başka maddeler ile birleşerek yeni madde oluşturabilme kapasitesidir.

Bir maddenin başka madde ile etkileşmesi veya etkileşmemesi, onun kimyasal yapısı ile ilgili özelliklerdendir.

Yanıcı olup olmaması, asidik ya da bazik olması, suyla reaksiyona girip girmemesi kimyasal özelliklere örnek verilebilir.

Radyoaktif özellikler

Bazı maddeler kendiliğinden ışın yayar. Bu özelliği yapısında bulunduran elementlere radyoaktif elementler denir.

Uranyum, radyum, toryum gibi elementler radyoaktiftir

Maddenin Halleri

06 Kasım 2007

MADDENİN HALLERİ

Maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hâli vardır. Genel olarak madde ya katı ya sıvı ya da gaz hâlinde bulunur. İstenildiğinde ortam şartları elverişli hâle getirilerek bir hâlden diğerine dönüştürülebilir.

Maddenin katı hâli, belirli bir şekle ve hacme sahiptir. Katı maddeyi oluşturan atom ve moleküller birbirine çok yakındır. Aralarındaki boşluklar çok azdır. Atom ve moleküller arasında bir düzenlilik vardır.

Maddenin sıvı hâli, belirli bir şekle sahip değildir. Sıvılar akışkan olduklarından bulundukları kabın şeklini alır. Sıvı hâlde atom veya moleküller katılardan daha düzensiz olup tanecikler arası boşluklar katılardan daha fazladır.

Maddenin gaz hâli, atom veya molekülleri arasında boşlukların çok olduğu durumdur. Gaz tanecikleri düzensiz olarak hareket ederler. Bu hareketleri sırasında gaz molekülleri birbiri ile homojen olarak karışabilirler. Bunların yayılmaları hissedilebilir veya gözle takip edilebilir. Bir odaya damlatılan bir kolonyanın kokusu kısa sürede hissedilirken, bir sigara dumanının yayılması da gözle takip edilebilir. Gazların belirli bir şekil ve hacimleri yoktur. Konuldukları kabı dolduracak şekilde genleşerek kabın şeklini ve hacmini alırlar.

Bir madde farklı sıcaklık ve basınç şartlarında üç hâlde de bulunabilir. Örneğin, saf su, H2O ile formüle edilir. Katı hâlde buz, sıvı hâlde su ve gaz hâlinde su buharı şeklinde bulunur.

Maddelerin Ayrıştırılması

06 Kasım 2007

› MADDELERİN AYRIŞTIRILMASI

Kaynakça( ) Resim-Sekil( ) Tablo( ) 3 Sayfa [ Kapat ]

________________________________________

MADDELERİN AYRIŞTIRILMASI

1. Bileşiklerin ayrıştırılması

2. Karışımların ayrıştırılması

BİLEŞİKLERİN AYRIŞTIRILMASI

Isı Enerjisi ile Ayrıştırma

Bazı bileşikler ısı etkisi ile parçalanırlar. Bileşiklerin ısı ile ayrıştırılmasında yeni maddeler oluşur.

Kireç taşı olarak bilinen kalsiyum karbonat (CaCO3) ısıtılacak olursa kalsiyum oksit (CaO) ve karbondioksite (CO2) parçalanır.

Elektrik Enerjisi ile Ayrıştırma (elektroliz)

Elektrik akımı yardımıyla iyonik bağlı bileşikleri elementlerine ayırma işlemine elektroliz denir.

Elektrolizle elementlerine ayrıştırılacak madde ya sıvı hâle getirilir ya da sulu çözeltisi hazırlanır. Daha sonra bu çözeltiye bir elektrik akımı uygulanır.

Ergimiş sodyum klorür elektroliz edildiğinde sodyum ve klor elementlerine ayrışır

Asitli ortamda su elektroliz edildiğinde anottan oksijen, katottan hidrojen gazı açığa çıkar.Açığa çıkan hidrojen gazı oksijenin iki katı kadardır.

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

Elektriklenme ile Ayrıştırma

Sürtünen bir kısım maddelerin elektriklenme özelliği vardır. Meselâ, yün kazağı çıkarırken saç ve kazak arasında kıvılcım sesleri duyulur. Bu, yün kazağın elektriklendiğini belirtir.

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.

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

MIKNATISLANMA İLE AYRIŞTIRMA

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.

Demir tozu kükürt tozu karışımının ayrıştırılması deneyi yapılışı için tıklayınız.

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

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.

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.

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

ÇÖZÜNÜRLÜK FARKI İLE AYRIŞTIRMA

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

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

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

Maddelerin Ayrıştırılması

06 Kasım 2007

Maddelerin Ayrıştırılması

1. Bileşiklerin ayrıştırılması

2. Karışımların ayrıştırılması

BİLEŞİKLERİN AYRIŞTIRILMASI

Isı Enerjisi ile Ayrıştırma

Bazı bileşikler ısı etkisi ile parçalanırlar. Bileşiklerin ısı ile ayrıştırılmasında yeni maddeler oluşur.

Kireç taşı olarak bilinen kalsiyum karbonat (CaCO3) ısıtılacak olursa kalsiyum oksit (CaO) ve karbondioksite (CO2) parçalanır.

Elektrik Enerjisi ile Ayrıştırma (elektroliz)

Elektrik akımı yardımıyla iyonik bağlı bileşikleri elementlerine ayırma işlemine elektroliz denir.

Elektrolizle elementlerine ayrıştırılacak madde ya sıvı hâle getirilir ya da sulu çözeltisi hazırlanır. Daha sonra bu çözeltiye bir elektrik akımı uygulanır.

Ergimiş sodyum klorür elektroliz edildiğinde sodyum ve klor elementlerine ayrışır

Asitli ortamda su elektroliz edildiğinde anottan oksijen, katottan hidrojen gazı açığa çıkar.Açığa çıkan hidrojen gazı oksijenin iki katı kadardır.

Asitli ortamda suyun elektrolizi deneyi resimleri

Maddenin Ayırt Edici Özellikleri

06 Kasım 2007

MADDENİN AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ

Özkütle (Yoğunluk):

Maddelerin 1 cm3’ünün gram cinsinden kütlesine öz kütle denir. Öz kütle (d) ile gösterilir.

 Kütle (m) ve hacim (V) arasında d=m/v bağıntısı vardır. Öz kütlenin birimi g/cm3 dür.

 Saf maddelerin (element ve bileşik) öz kütleleri sabittir. Karışımların öz kütleleri ise sabit değildir.

 Bir maddenin öz kütlesinden söz ederken sabit bir sıcaklıktaki öz kütlesinden söz edilmelidir. Sıcaklık değiştiğinde maddenin hacmi değişeceğinden öz kütlesi de değişir. Özellikle gazlardaki değişiklik daha belirgindir.

Öz kütle, maddenin karakteristik özelliği olmasına rağmen yalnız öz kütlesi bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılamayabilir. Bir maddenin hangi madde olduğunun anlaşılabilmesi için birden fazla ayırt edici özelliğinin incelenmesi gerekir.

Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin g/cm3 cinsinden öz kütleleri verilmiştir.

Madde Öz kütle Madde Öz kütle

Altın 19,30 Zeytin yağı 0,910

Kurşun 11,30 Benzin 0,879

Bakır 8,92 Etilalkol 0,780

Demir 7,86 Oksijen 1,43.10–3

Alüminyum 2,70 Hava 1,29.10–3

Kloroform 1,49 Azot 1,25.10–3

Su (+4°C) 1,00 Helyum 1,78.10–4

Erime ve Donma Noktası:

Katı maddelerin ısıtıldığında sıvı hâle geçtiği sıcaklığa erime; sıvıların sıvı halden katı hale geçtiği andaki sıcaklığa donma sıcaklığı denir

 Katı ve sıvılar için ayırt edicidir.

Kaynama Noktası:

Isıtılan bir sıvının gaz fazına geçtiği sıcaklıktır.

 Kaynama sırasında sıvının buhar basıncı açık hava basıncına eşittir.

 Sıvılar ve gazlar için ayırt edici bir özelliktir, çünkü kaynama sıcaklığı yoğunlaşma sıcaklığına eşittir

- 1 atmosfer basınç altında -20°C sıcaklığa sahip bir buz parçasının ısıtılması olayının grafiği aşağıdadır.

- Grafiğin II. ve IV. bölgelerinde hâl değişimi sırasında sıcaklıkta değişiklik yoktur.

- I. III. ve V. bölgelerde sıcaklık artmaktadır. I. bölgede verilen ısı buzun ısınmasında, II. bölgede verilen ısı buzun erimesinde, III. bölgede verilen ısı suyun ısınmasında, IV. bölgede verilen ısı suyun buharlaşmasında, V. bölgede verilen ısı su buharının ısınmasında kullanılmaktadır.

Kaynama Sıcaklığına Etki Eden Faktörler :

a) Açık Hava Basıncı : Kaynama sıcaklığı atmosfer basıncıyla doğru orantılı olarak artar ya da azalır. Yükseklere çıkıldıkça dış basınç düştüğünden sıvıların kaynama sıcaklıkları da düşer.

b) Sıvının Cinsi : Kaynama sıcaklığı her sıvı için farklıdır. Örneğin saf su 100 0C de , C2H5OH 78 0C de kaynar.

c) Sıvının Saflığı: Saf sıvılar sabit basınç altında her zaman sabit bir sıcaklıkta kaynarlar. Fakat sıvıya, sıvıda çözünebilen bir katı eklendiği zaman kaynama sıcaklığı yükseldiği gibi, donma sıcaklığı da düşer.

Saf su 1 atm basınçta 100 0C de kaynadığı halde tuzlu su 100 0C nin üzerindeki bir sıcaklıkta kaynar ve kaynarken sıcaklık sabit kalmaz.

 Kaynama noktası buhar basıncıyla ters orantılı olup buhar basıncı yüksek olan sıvıların kaynama noktaları düşüktür. Alkolün kaynama noktası saf sudan düşük olup buharının yaptığı basınç saf sudan fazladır.

 Sıvının miktarı yada ısıtıcı kaynağın gücü kaynama sıcaklığını değiştirmez sadece sıvının kaynamaya başlaması için gerekli olan süreyi değiştirebilir.

 Buhar basıncı madde miktarına bağlı değildir. Sadece sıvının cinsine ve sıcaklığına bağlıdır.

Çözünürlük:

Doymuş çözeltideki 100 gram suda çözünmüş olan madde miktarı, o maddenin o sıcaklıktaki çözünürlüğüdür.

 Çözünürlük, çözücünün cinsine, çözünenin cinsine, sıcaklık, basınç ve ortak iyonun varlığına bağlıdır.

 Sıcaklığın değiştirilmesi maddelerin çözünürlüğünü değiştirir. Genellikle sıcaklığın artırılması ile katılarda çözünürlük artarken gazlarda azalır

 Katı-sıvı-gazlar için ortak ayırt edici bir özelliktir

Genleşme:

Genleşme, ısıtılan cisimlerin, boyunda, yüzeyinde veya hacmindeki değişmedir.

 Genleşme katı ve sıvılar için ayırt edici bir özelliktir. Her katı ve sıvının farklı bir genleşme katsayısı vardır.

 Aynı şartlarda eşit hacimdeki iki gaz örneği özdeş ısıtıcılarda aynı sürede ısıtıldıklarında hacimleri eşit miktarda artar. Bütün gazların genleşme katsayısı (hacimlerinin 1/273’ü oranında) aynıdır ve bu sebepten gazlar için ayırdedici bir özellik değildir.

Yandaki resimde sıcak su içerisindeki hava genleştiğinden balon şişerken, soğuk sudaki balonda değişiklik olmamaktadır.

Esneklik:

 Esneklik yalnız katılar için ayırt edici bir özelliktir.

 Sıvı ve gaz maddelerin esneme özellikleri yoktur

İletkenlik:

Üzerinden geçen elektrik akımına karşı maddelerin gösterdiği kolaylık iletkenliktir.

 Bir madde elektrik akımına karşı ne kadar az direnç gösterirse o kadar iyi iletkendir.

 Maddelerdeki elektrik akımı iletkenliği elektronların hareketi ve iyonların hareketi ile ilgilidir.

 Elementlerden metaller elektrik akımını iletir, ametaller iletmez.

 İyonik bağlı katı kristaller elektrik akımını iletmezler. Bunlar sıvı hâlde ve sulu çözelti hâlinde elektrik akımını iletirler.

Çözeltilerde elektrik

akımı iletkenliği

Işık yananlar iletir

Saf Su NaCL Çözeltisi HCL Çözeltisi Sekerli Su

Maddenin Tanımı

06 Kasım 2007

Maddenin tanımı

Boşlukta yer kaplayan, kütlesi ve eylemsizliği olan her şey maddedir.

Madde ile ilgili örnekler

Oturduğumuz sıralardan, yediğimiz yiyeceklere, dev yıldızlardan gezegenlere, kullandığımız basit aletlerden bilgisayarlara, tek hücreli canlılardan karmaşık yapılı canlılara, gözümüzle görebildiğimiz bütün nesnelerden, göremediğimiz atmosferdeki gazlara kadar her şey maddedir.

Maddenin sınıflandırılması

Maddeler saf maddeler ve Karışımlar olmak üzere ikiye ayrılır.

Saf maddeler, Elementler ve Bileşiklerdir.

Karışımlar, Homojen karışım ve Heterojen karışım olmak üzere ikiye ayrılır

MADDE

SAF MADDELER KARIŞIMLAR

ELEMENTLER

- Metaller

- Ametaller

- Soygazlar BİLEŞİKLER

- Asitler

- Bazlar

- Tuzlar

- Oksitler HOMOJEN KARIŞIM

(Çözeltiler)

- İyonal çözelti

- Moleküler çözelti HETEROJEN KARIŞIM

- Emülsiyon

- Süspansiyon

ELEMENTLER

Aynı cins atomlardan meydana gelen saf maddelere element denir.

Elementlerin özellikleri

Saf ve homojen maddelerdir

En küçük yapı taşları atomdur.

Kimyasal ve fiziksel yollarla daha basit parçalara ayrıştırılamaz.

Belirli erime ve kaynama noktaları vardır.

Sabit öz kütleleri vardır.

Homojendir.

Elementler sembollerle gösterilir.

Tabiatta oda sıcaklığında üç halde de bulunur.

Elementlerin Sınıflandırılması

Metaller

Tabiatta atomik halde bulunur.

Genellikle yüzeyi parlak görünüşlüdür.

Levha ve tel haline getirilebilir.

Isı ve elektrik akımını iletir.

Oda sıcaklığında hepsi katıdır. (cıva hariç)

Ag Al Ca K Li Zn

Ametaller

Yüzeyleri parlak görünüşlü değil, mattır.

Genellikle erime noktası düşüktür.

Katı olan ametaller tel ve levha hâline getirilemez. Kırılgandır.

Tabiatta oda sıcaklığında üç halde de bulunur. (Klor gaz, brom sıvı, iyot katıdır.)

Elektrik akımını iletmez. (Karbonun bir allotropu olan grafit hariç)

Br2 C Cl2 I2 O2 S

Soy gazlar

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn elementleri soy gazdır.

Soy gazlar son yörüngesinde maksimum sayıda elektron bulundurur. Bu sayı helyum için 2, diğer beş soy gaz için 8 dir.

Soy gazlar nötr atomlar olarak kalmayı tercih ederler. Elektron almaz, vermez ve ortaklaşmazlar.

He Ne Ar Kr Xe Rn

BİLEŞİKLER

Birden fazla atomun belirli oranlarda kimyasal reaksiyon sonucu bir araya gelmesiyle oluşan yeni, saf maddeye bileşik denir.

Bileşiklerin en küçük yapı taşları moleküldür.

CO2(k) H2O(s) NaCl(k) CuSO4(k) CH3COOH(s) FeS2(k)

molekül modeli

molekül modeli

molekül modeli

Karbon dioksit Su Sodyum klorür Bakır Sülfat Asetik asit Pirit

Bileşiklerin özellikleri

Saf ve homojen maddelerdir.

Kimyasal yollarla bileşenlerine ayrıştırılabilir.

Erime ve kaynama noktaları, öz kütleleri sabittir

Bileşiği oluşturan elementler sabit kütle oranlarında birleşir.

Bileşikler formüllerle gösterilir.

Bileşiğin kimyasal özellikleri kendisini oluşturan elementlerin kimyasal özelliklerinden farklıdır.

MADDENİN ÖZELLİKLERİ

Fiziksel özellikler

Maddenin bir başka maddeye dönüşmeksizin gözlenebilen ve ölçülebilen dış görünüşü ile ilgili özellikleridir.

Maddenin rengi, kokusu, tadı, çözünürlüğü, sertliği, hacmi, ısı ve elektrik iletkenliği, katı, sıvı, gaz hâlleri, erime noktası, kaynama noktası fiziksel özelliklerdir.

Kimyasal özellikleri

Maddenin reaksiyon verebilme veya başka maddeler ile birleşerek yeni madde oluşturabilme kapasitesidir.

Bir maddenin başka madde ile etkileşmesi veya etkileşmemesi, onun kimyasal yapısı ile ilgili özelliklerdendir.

Yanıcı olup olmaması, asidik ya da bazik olması, suyla reaksiyona girip girmemesi kimyasal özelliklere örnek verilebilir.

Radyoaktif özellikler

Bazı maddeler kendiliğinden ışın yayar. Bu özelliği yapısında bulunduran elementlere radyoaktif elementler denir.

Uranyum, radyum, toryum gibi elementler radyoaktiftir.

MADDENİN YAPISINDAKİ DEĞİŞMELER

Fiziksel değişmeler (Fiziksel olay)

Maddenin dış görünüşü ile ilgili olan değişikliklerdir.

Suyun buharlaşması, buzun erimesi, şekerin suda çözünmesi, mermerin toz haline getirilmesi, camın kırılması,yumurtanın kırılması, yağmurun yağması gibi

Bu olaylarda maddenin molekül yapısı korunmaktadır.

Kaynama olayı Kağıdın buruşturulması Tuzun çözünmesi Yağmurun yağması Yumurtanın kırılması

Erime olayı Camın kırılması

Kimyasal değişme (Kimyasal olay)

Maddenin molekül yapısında meydana gelen değişmelerdir.

Hidrojen ile oksijen gazının reaksiyonundan su oluşması, kağıdın yanması, yumurtanın pişirilmesi, dinamitin patlaması, amonyum dikromatın yanması, demirin paslanması, asit ve bazın reaksiyonundan tuz oluşması gibi.

Yumurtanın pişirilmesi Dinamitin patlaması Mumun yanması Kibritin yanması Demirin paslanması

Su molekülünün oluşumunun modellerle gösterilişi

Radyoaktif değişme (Radyoaktif olay)

Atomun çekirdek yapısındaki değişikliklerdir. Çekirdek reaksiyonlarında atom çekirdeği bir başka atom çekirdeğine veya izotopuna dönüşebilir.

Büyük atom çekirdeği parçalanarak daha küçük atom çekirdekleri oluşturur Uranyum elementinin kripton ve ksenon elementlerine parçalanması gibi.

Küçük atom çekirdekleri birleşerek daha büyük atom çekirdekleri meydana getirir. Hidrojen izotoplarının birleşerek He oluşturması gibi

MADDENİN HALLERİ

Maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hâli vardır. Genel olarak madde ya katı ya sıvı ya da gaz hâlinde bulunur. İstenildiğinde ortam şartları elverişli hâle getirilerek bir hâlden diğerine dönüştürülebilir.

Maddenin katı hâli, belirli bir şekle ve hacme sahiptir. Katı maddeyi oluşturan atom ve moleküller birbirine çok yakındır. Aralarındaki boşluklar çok azdır. Atom ve moleküller arasında bir düzenlilik vardır.

Maddenin sıvı hâli, belirli bir şekle sahip değildir. Sıvılar akışkan olduklarından bulundukları kabın şeklini alır. Sıvı hâlde atom veya moleküller katılardan daha düzensiz olup tanecikler arası boşluklar katılardan daha fazladır.

Maddenin gaz hâli, atom veya molekülleri arasında boşlukların çok olduğu durumdur. Gaz tanecikleri düzensiz olarak hareket ederler. Bu hareketleri sırasında gaz molekülleri birbiri ile homojen olarak karışabilirler. Bunların yayılmaları hissedilebilir veya gözle takip edilebilir. Bir odaya damlatılan bir kolonyanın kokusu kısa sürede hissedilirken, bir sigara dumanının yayılması da gözle takip edilebilir. Gazların belirli bir şekil ve hacimleri yoktur. Konuldukları kabı dolduracak şekilde genleşerek kabın şeklini ve hacmini alırlar.

Bir madde farklı sıcaklık ve basınç şartlarında üç hâlde de bulunabilir. Örneğin, saf su, H2O ile formüle edilir. Katı hâlde buz, sıvı hâlde su ve gaz hâlinde su buharı şeklinde bulunur.

MADDENİN ORTAK VE AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ

Maddenin ortak özellikleri

Maddenin kütle, hacim ve eylemsizlik olmak üzere üç tane ortak özelliği vardır.

Maddenin uzayda kapladığı yer, hacim olarak ifade edilir.

Kütle, madde miktarının bir ölçüsüdür, terazi ile ölçülür. Ağırlık, bir cismin üzerine yerkürenin uyguladığı çekim kuvvetidir.

Maddenin ayırt edici özellikleri

İki maddenin aynı ya da farklı maddeden mi yapıldığını anlamak için birtakım özellikleri araştırmak gerekir. Bunlar maddenin ayırt edici özellikleridir.

Maddenin ayırt edici özellikleri şekle, biçime ve miktara bağlı olmayıp, maddenin cinsine bağlıdır.

1) Öz kütle (yoğunluk)

2) Erime noktası ve kaynama noktası

3) Çözünürlük

4) Sıcaklıkla genleşme

5) Esneklik

6) İletkenlik

MADDENİN ORTAK VE AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ

ÖZ KÜTLE (YOĞUNLUK)

Maddelerin 1 cm3’ünün gram cinsinden kütlesine öz kütle denir. Öz kütle (d) ile gösterilir.

Kütle (m) ve hacim (V) arasında d=m/v bağıntısı vardır. Öz kütlenin birimi g/cm3 dür.

Saf maddelerin (element ve bileşik) öz kütleleri sabittir. Karışımların öz kütleleri ise sabit değildir.

Bir maddenin öz kütlesinden söz ederken sabit bir sıcaklıktaki öz kütlesinden söz edilmelidir. Sıcaklık değiştiğinde maddenin hacmi değişeceğinden öz kütlesi de değişir. Özellikle gazlardaki değişiklik daha belirgindir.

Öz kütle, maddenin karakteristik özelliği olmasına rağmen yalnız öz kütlesi bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılamayabilir. Bir maddenin hangi madde olduğunun anlaşılabilmesi için birden fazla ayırt edici özelliğinin incelenmesi gerekir.

Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin g/cm3 cinsinden öz kütleleri verilmiştir.

Madde Öz kütle Madde Öz kütle

Altın 19,30 Zeytin yağı 0,910

Kurşun 11,30 Benzin 0,879

Bakır 8,92 Etilalkol 0,780

Demir 7,86 Oksijen 1,43.10–3

Alüminyum 2,70 Hava

1,29.10–3

Kloroform 1,49 Azot 1,25.10–3

Su (+4°C) 1,00 Helyum 1,78.10–4

Yalnız öz kütlesi bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılabilir mi?

Nikelin özkütlesi 8,9 g/cm3’tür. Acaba özkütlesi 8,9 g/cm3 olan bir madde nikel midir? Yoksa başka bir madde olabilir mi?

Demirin özkütlesi 7,86 g/cm3 ve gümüşün özkütlesi 10,5 g/cm3’tür.

Belli bir oran da demir ve gümüşten karıştırarak özkütlesi 8,9 g/cm3 olan alaşım hazırlanabilir. Bu durumda özkütleleri 8,9 g/cm3 olan madde nikel de olabilir, demir – gümüş alaşımı da olabilir. (Birden fazla madde aynı özkütleye sahip olabilir.) Demek ki, özkütle yalnız başına tam anlamıyla ayırt edici olma özelliği göstermeyebiliyor.

Çoğu zaman maddenin diğer ayırt edici özellikleri de yalnız başına maddeleri tanımaya yetmeyebilir.

Buna göre, bir maddenin hangi madde olduğunun anlaşılabilmesi için birden fazla özelliğinin incelenmesi gerekir.

MADDENİN ORTAK VE AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ

ERİME VE KAYNAMA NOKTASI

Erime noktası

Katı maddelerin ısıtıldığında sıvı hâle geçtiği sıcaklıktır.

Kaynama noktası

Isıtılan bir sıvının gaz fazına geçtiği sıcaklıktır. Kaynama sırasında sıvının buhar basıncı açık hava basıncına eşittir.

Saf bir maddenin erime noktası ve donma noktası aynı sıcaklıktır.

1 atmosfer basınç altında -20°C sıcaklığa sahip bir buz parçasının ısıtılması olayının grafiği aşağıdadır.

Grafiğin II. ve IV. bölgelerinde hâl değişimi sırasında sıcaklıkta değişiklik yoktur.

I. III. ve V. bölgelerde sıcaklık artmaktadır. I. bölgede verilen ısı buzun ısınmasında, II. bölgede verilen ısı buzun erimesinde, III. bölgede verilen ısı suyun ısınmasında, IV. bölgede verilen ısı suyun buharlaşmasında, V. bölgede verilen ısı su buharının ısınmasında kullanılmaktadır.

Su–alkol karışımının ısıtılması

Karışım ısıtıldığında kaynama noktası düşük olan alkol önce buharlaşırken, kaynama noktası alkolden yüksek olan su daha sonra hâl değiştirir.

Tuzlu suyun ısıtılması

Çözeltilerin kaynama noktası saf maddenin (çözücünün) kaynama noktasından daha büyüktür.

Saf su 100°C’de kaynar. Tuzlu su 100°C’ nin üzerinde bir sıcaklıkta kaynar.

Saf maddelerde kaynama sırasında sıcaklık sabit kalırken tuzlu suyun kaynaması sırasında sıcaklık devamlı artar. Bu sıcaklık artışı çözelti doygun hâle gelinceye kadar devam eder.

Maddenin erime ve kaynama noktasına ortamın basıncı ve maddenin safsızlığı etki eder

MADDENİN ORTAK VE AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ

ÇÖZÜNÜRLÜK

Doymuş çözeltideki 100 gram suda çözünmüş olan madde miktarı, o maddenin o sıcaklıktaki çözünürlüğüdür.

Çözünürlük, çözücünün cinsine, çözünenin cinsine, sıcaklık, basınç ve ortak iyonun varlığına bağlıdır.

Sıcaklığın değiştirilmesi maddelerin çözünürlüğünü değiştirir. Genellikle sıcaklığın artırılması ile katılarda çözünürlük artarken gazlarda azalır

SICAKLIKLA GENLEŞME

Genleşme, ısıtılan cisimlerin, boyunda, yüzeyinde veya hacmindeki değişmedir.

Yandaki resimde sıcak su içerisindeki hava genleştiğinden balon şişerken, soğuk sudaki balonda değişiklik olmamaktadır.

Genleşme katı ve sıvılar için ayırt edici bir özelliktir. Her katı ve sıvının farklı bir genleşme katsayısı vardır.

Aynı şartlarda eşit hacimdeki iki gaz örneği özdeş ısıtıcılarda aynı sürede ısıtıldıklarında hacimleri eşit miktarda artar. Bütün gazların genleşme katsayısı aynıdır.

ESNEKLİK

Esneklik yalnız katılar için ayırt edici bir özelliktir.

Sıvı ve gaz maddelerin esneme özellikleri yoktur.

İLETKENLİK

Üzerinden geçen elektrik akımına karşı maddelerin gösterdiği kolaylık iletkenliktir.

Bir madde elektrik akımına karşı ne kadar az direnç gösterirse o kadar iyi iletkendir.

Maddelerdeki elektrik akımı iletkenliği elektronların hareketi ve iyonların hareketi ile ilgilidir.

Elementlerden metaller elektrik akımını iletir, ametaller iletmez.

Çözeltilerde elektrik akımı iletkenliği

Işık yananlar iletir Saf su NaCl çözeltisi HCl çözeltisi Şekerli su

İyonik bağlı katı kristaller elektrik akımını iletmezler. Bunlar sıvı hâlde ve sulu çözelti hâlinde elektrik akımını iletirler

MADDELERİN AYRIŞTIRILMASI

1. Bileşiklerin ayrıştırılması

2. Karışımların ayrıştırılması

BİLEŞİKLERİN AYRIŞTIRILMASI

Isı Enerjisi ile Ayrıştırma

Bazı bileşikler ısı etkisi ile parçalanırlar. Bileşiklerin ısı ile ayrıştırılmasında yeni maddeler oluşur.

Kireç taşı olarak bilinen kalsiyum karbonat (CaCO3) ısıtılacak olursa kalsiyum oksit (CaO) ve karbondioksite (CO2) parçalanır.

Elektrik Enerjisi ile Ayrıştırma (elektroliz)

Elektrik akımı yardımıyla iyonik bağlı bileşikleri elementlerine ayırma işlemine elektroliz denir.

Elektrolizle elementlerine ayrıştırılacak madde ya sıvı hâle getirilir ya da sulu çözeltisi hazırlanır. Daha sonra bu çözeltiye bir elektrik akımı uygulanır.

Ergimiş sodyum klorür elektroliz edildiğinde sodyum ve klor elementlerine ayrışır

Asitli ortamda su elektroliz edildiğinde anottan oksijen, katottan hidrojen gazı açığa çıkar.Açığa çıkan hidrojen gazı oksijenin iki katı kadardır.

Asitli ortamda suyun elektrolizi deneyi resimleri

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

Elektriklenme ile Ayrıştırma

Sürtünen bir kısım maddelerin elektriklenme özelliği vardır. Meselâ, yün kazağı çıkarırken saç ve kazak arasında kıvılcım sesleri duyulur. Bu, yün kazağın elektriklendiğini belirtir.

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.

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

MIKNATISLANMA İLE AYRIŞTIRMA

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.

Demir&kükürt karışımının ayrıştırılması deneyi resimleri

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

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.

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.

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

ÇÖZÜNÜRLÜK FARKI İLE AYRIŞTIRMA

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.

Yemek tuzu kum karışımının ayrıştırılması deneyi ile ilgili resimler

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.

KARIŞIMLARIN AYRIŞTIRILMASI

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.

Konu ile ilgili mpeg formatında video görüntüsünü kimyaokulu cd de izleyebilirsiniz

Aşağıda demir lehim karışımının erime noktası sıcaklıkları farkı ile ayrılmasının resimleri görülmektedir.

Su–alkol karışımı homojen sıvı–sıvı karışımının ayrılması

Suyun kaynama noktasının 100°C ve alkolün kaynama noktasının 78°C dir Karışım bir behere konarak ayrımsal damıtma düzeneğinde ısıtılır.Kaynama noktası düşük olan alkol 78°C’de kaynayarak karışımdan uzaklaşır. Buharlaşan alkol erlen mayerde yoğunlaştırılır.

Su-alkol karışımının ayrıştırılması deneyi resimler

Madde Ve Özellikleri

06 Kasım 2007

Madde her şeydir. Uzayda kütlesi ve hacmi olan herşey maddedir.Dokunabildiğiniz herşey maddeden yapılmıştır.Kimya hakkında öğrenebileceğiniz her şey maddenin nasıl oluştuğu ve reaksiyon verdiği üzerine kurulmuştur.

Madde bir çok özelliğe sahiptir.Farklı yoğunluklar, donma noktası, erime noktası, kaynama noktası, koku ve renk gibi farklı FİZİKSEL özelliklere sahiptir. Aynı zamanda maddeyi tanımlayan, elementlerin reaksiyonlarda birbirleriyle reaksiyona girmeleri gibi KİMYASAL özelliklere de sahiptir.Madde fiziksel ve kimyasal yollarla birleşebilir.

Bu yüzden bir başlangıç noktası olarak "maddenin halleri"ne bir bakalım.Eğer nerede olduğunu bilmiyorsanız,HALLERbölümünü incelemeyi deneyiniz.

Madde Ve Özellikleri

Boşlukta yer kaplayan,kütlesi ve hacmi olan her varlığa madde diyoruz.Etrafınızda gördüğünüz hava ,su, canlılar,bitkiler….hepsi birer maddedir.Maddenin özelliklerinden bahsederken,maddeyi ortak ve ayırt edici özelliklerine göre iki başlık altında toplayabiliriz.

Maddenin ortak özellikleri

Tüm maddelerin ortak iki özelliği, kütle ve hacimdir.

Kütle:Kütle bir cisimde ki madde miktarıdır. (Kütle ile ağırlık aynı anlama gelmez)Bir cisme etkiyen yer çekimi kuvveti onun ağırlığıdır. Dünya’da ve Ay’da yer çekimi farklı olduğundan burada ölçülen ağırlıklarda farklıdır.Ama madde miktarı(kütlesi) her yerde aynı olduğundan değişmez.

Hacim:Maddenin boşlukta kapladığı yerdir.Her maddenin bir hacmi vardır.

Maddenin ayırt edici özellikleri

Bir maddenin diğer maddelerden farklılık gösteren özellikleri,onun ayırt edici özelliğidir. Maddenin şekline, miktarına, tadına, kokusuna vb. bağlı olmayan,madde üzerinde doğrudan doğruya görünmeyen farkları ortaya koyan özelliklere ayırt edici özellikleri diyoruz Öz kütle, esneklik,erime ve kaynama noktası,öz ısı, genleşme ve çözünürlük sıkça karşılaştığımız belli başlı ayırt edici özelliklerdir.

Homojen Madde,Heterojen Madde,Saf Madde,Çözeltiler, Süspansiyon,Emülsiyon , Bileşik ,Element, Metal ,Ametal…

Element : Yapısında tek cins atom ihtiva eden saf maddelerdir. Örneğin, Fe, C, N, O…

Metaller ve genel Özellikleri

1. Isı ve elektriği iyi iletirler.

2. Hg hariç hepsi oda sıcaklığında katıdır.

3. Asit çözeltileriyle çoğu H2 gazı açığa çıkarırlar.

4. Kendi aralarında bileşik yapamazlar, fiziksel bir karışım olan alaşımları oluştururlar. Örneğin prinç (Cu-Zn), tunç (Cu-Sn) , çelik (Fe-C-Cr…), 18 ayar altın (%75 altın-%25 Cu)

5. Elektron almazlar.

6. Yüzeyleri parlaktır.

7. Dövülebilir,tel ve levha haline getirilebilirler.

Ametaller ve genel Özellikleri

1. Isı ve elektriği iletmezler.

2. Oda sıcaklığında çoğu gaz halindedir.

3. Kendi aralarında ve metallerle bileşik yapabilirler.

4. Elektron alış-verişi yapabilirler.

5. Sulu asitlere çoğu etki etmez.

6. Yüzeyleri mattır.

7. Kırılgandırlar.

Bileşik : Yapısında en az iki cins atom ihtiva eden saf maddelerdir. Örneğin, H2O, C6H12O6, NH3…

Çözelti: Birbiri içerisinde homojen dağılmasıyla oluşan karışımlara çözelti denir. Hava, lehim,gazoz,deniz suyu….gibi.

Süspansiyon : Bir katının bir sıvı içerisinde çözünmeden dağılmasıyla oluşan heterojen karışımlardır. Ayran,kahve,tebeşir tozu+su….

Emülsiyon : Bir sıvının başka bir sıvı içerisinde çözünmeden dağılmasıyla oluşan heterojen karışımlardır.

Örnek: Zeytinyağlı su, benzinli su…

Karışımlarla Bileşikler Arasındaki Farklar ve Ortak Yanları

1. Karışımı oluşturan maddeler karışım içerisinde kendi özelliğini koruduğu halde bileşiği oluşturan elementler fiziksel ve kimyasal tüm özelliklerini kaybederler.

2. Karışımı oluşturan maddeler her oranda karıştığı halde, bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında her zaman basit bir oran vardır.

3. Karışımlar fiziksel yollarla oluşur ve fiziksel yöntemler bileşenlerine ayrılır. Bileşikler ise kimyasal yolla oluşur ve kimyasal yöntemlerle ayrışırılar.

4. Karışımların formülü olmadığı halde, her bileşiğin mutlaka bir kimyasal formülü vardır.

5. Karışımların belirli fiziksel özelliği (öz kütle, kaynama noktası, erime noktası…) olmadığı halde bileşikler bu özelliklere sahip saf maddelerdir.

6. Karışımlar ve bileşikler oluşurken toplam kütle korunur. Bu durum her ikisi içinde ortaktır.

7. Karışımlar ve bileşikler en az iki cins atom ihtiva ederler.

Ayırt edici Özellikler

1.Öz Kütle : Bir maddenin birim hacminin kütlesine denir. Katı-sıvı-gazlar için ayırt edicidir.

m=d.v

Öz kütleyi sadece sıcaklık ve basınç değiştirebilir. Sıcaklık arttıkça maddenin hacmi artar fakat kütle değişmez. Hacim artınca öz kütle azalır.

2. Kaynama Sıcaklığı : Saf bir sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Sıvılar ve gazlar için ayırt edici bir özelliktir, çünkü kaynama sıcaklığı yoğunlaşma sıcaklığına eşittir.

Kaynama Sıcaklığına Etki Eden Faktörler :

a) Açık Hava Basıncı : Kaynama sıcaklığı atmosfer basıncıyla doğru orantılı olarak artar ya da azalır. Yükseklere çıkıldıkça dış basınç düştüğünden sıvıların kaynama sıcaklıkları da düşer.

b) Sıvının Cinsi : Kaynama sıcaklığı her sıvı için farklıdır. Örneğin saf su 100 0C de , C2H5OH 78 0C de kaynar.

c) Sıvının Saflığı: Saf sıvılar sabit basınç altında her zaman sabit bir sıcaklıkta kaynarlar. Fakat sıvıya, sıvıda çözünebilen bir katı eklendiği zaman kaynama sıcaklığı yükseldiği gibi, donma sıcaklığı da düşer. Saf su 1 atm basınçta 100 0C de kaynadığı halde tuzlu su 100 0C nin üzerindeki bir sıcaklıkta kaynar ve kaynarken sıcaklık sabit kalmaz.

Kaynama noktası buhar basıncıyla ters orantılı olup buhar basıncı yüksek olan sıvıların kaynama noktaları düşüktür. Alkolün kaynama noktası saf sudan düşük olup buharının yaptığı basınç saf sudan fazladır.

Sıvının miktarı yada ısıtıcı kaynağın gücü kaynama sıcaklığını değiştirmez sadece sıvının kaynamaya başlaması için gerekli olan süreyi değiştirebilir.

Buhar basıncı madde miktarına bağlı değildir. Sadece sıvının cinsine ve sıcaklığına bağlıdır.

3.Donma Sıcaklığı: Bir sıvının sıvı halden katı hale geçtiği andaki sıcaklığa donma sıcaklığı denir. Bir maddenin donma sıcaklığı erime sıcaklığına eşittir. Katı ve sıvılar için ayırt edicidir. Bir madenin erime sıcaklığı donma sıcaklığına eşittir. Katı ve sıvılar için ayırt edicidir.

4.Esneklik : Katılar için ayırt edici bir özelliktir. Çünkü sadece katılar esneyebilir.

5.Genleşme : Katı ve sıvılar için ortak ayırt edici bir özelliktir. Gazlar için geçerli değildir. Çünkü gazların hepsi hacimlerinin 1/273’ü oranında genleşir ve her bir gaz için spesifik bir genleşme kat sayısı yoktur.

6.Çözünürlük : Genelde 100 gram suda çözünebilen madde miktarı olarak verilir. Katı-sıvı-gazlar için ortak ayırt edici bir özelliktir.

Karışımları Ayırma Yöntemleri :

Karışımları ayırmak, maddelerin bazı fiziksel özelliklerinin farklı olmasından faydalanılarak yapılır. Örneğin, kaynama noktası farkı, öz kütle farkı, erime noktası farkı, çözünürlük farkı…

1- Damıtma: Bir sıvının buharlaştırılması ve oluşan buharın bir soğutucuda yoğunlaştırılması işlemidir. Deniz suyundan saf su elde etmek damıtmaya bir örnektir.

2-Ayrımsal Damıtma : Birden fazla sıvı karışımının buharlaştırılması ve oluşan buharların yoğunlaştırılması işlemidir. Sıvılar kaynama noktası farkından faydalanılarak ayrılır. Kaynama noktaları arasındaki fark ne kadar büyükse ayırma işlemi o kadar kolaydır.

3- Ayırma Hunisiyle Ayırma: Bir biri içerisinde çözünmeyen sıvı-sıvı karışımlarını ayırmada kullanılır. Öz kütle farkından faydalanılarak ayırma işlemi gerçekleşir. Örneğin zeytinyağı-su karışımı.

4-Ayrımsal Kristallendirme : Katı-katı karışımlarının çözünürlüklerinin farklı olmasından faydalanılarak yapılabilen bir ayırma yöntemidir. Çözünürlüğü az olan önce kristalleşerek ayrılır.

5- Mıknatıs ile Ayırma : Mıknatıs, ferromagnetik dediğimiz demir (Fe), kobalt (Co) ve nikeli (Ni ) çeker. Eğer bu metallerden karışımda mevcutsa mıknatıs yardımıyla bu metalleri ayırmak mümkündür.

Hal Değişimi : Bir maddenin katı halden sıvı hale , sıvı halden gaz haline geçmesi yada bu olayların tersidir.

-Erime Kaynama

-Donma Yoğunlaşma

-Süblimleşme

Süblimleşme : Bir maddenin dışarıdan ısı alarak erimeden katı halden gaz haline geçmesi olayı olup fiziksel bir olaydır.. Örneğin kuru buz dediğimiz CO2 (k) , naftalin, kamfor süblimleşebilen maddelerdir.

www.sanalhoca.com

İçindekiler

06 Kasım 2007

İÇİNDEKİLER

Sayfa no

1- Giriş ………………………………………….. ………………………………………….. …………………….. 1

1.1- Korozyon ………………………………………….. ………………………………………….. ………….. 3

1.1.1-Yapılarda Korozyon ………………………………………….. ………………………………………. 4

1.1.1.1.-Karbonasyon Sonucu Korozyon ………………………………………….. ……………………. 5

1.1.1.2.-Klorür Sonucu Korozyon ………………………………………….. ……………………………. 6

2.- Yapı Çeliklerinde Korozyon ………………………………………….. ………………………………. 6

2.1.- Atmosferik Ortamda Betonarme Yapılardaki Çeliğin Korozyonu ………………………. 6

2.1.1.- Beton İçindeki Çeliğin Elektrokimyasal Mekanizması ………………………………….. 8

2.1.2.- Korozyon Hızına Etki Yapan Faktörler ………………………………………….. …………… 10

2.1.2.1. – Oksijen Difüzyonu ………………………………………….. …………………………………… 10

2.1.2.2. – Beton Kalitesi ………………………………………….. …………………………………………. 10

2.1.3. – Bina içindeki Galvanizli Boruların Korozyonu ………………………………………… 11

2.2. – Deniz Suyu Ortamında Betonarme Yapılardaki Çeliğin Korozyonu ………………… 13

2.2.1. – Deneysel Çalışma ………………………………………….. ………………………………………. 17

2.2.2. – Tartışma ve Sonuç ………………………………………….. …………………………………….. 19

3. – Donatı Korozyonunun Beton Üzerine Yaptığı Etki Deneyi ………………………………. 20

3.1. – Deney Sonuçlarının İrdelenmesi ………………………………………….. …………………….. 26

3.2. – Sonuçlar ………………………………………….. ………………………………………….. ………….. 27

4. – Betonarme Demirlerinin Korozyonuna karşı alınacak Önlemler ………………………… 28

ÖNSÖZ

Korozyon endüstride kullanılan bütün cihaz ve malzemelerin işletme ömürlerinin azalmasına ve üretim veriminin düşmesine neden olan endüstrinin temel ve hayati bir sorunudur. Bütün ülkelerde olduğu gibi ülkemizde de ulusal gelirden büyük kayıplara neden olmaktadır.

Korozyon endüstrinin temel sorunu olarak gün geçtikçe önem kazanmakta ve korozyonla savaş bütün mühendisler için kaçınılmaz bir zorunluluk haline gelmektedir. Ancak korozyonun, metallerin doğada bulunan stabil hallerine dönme isteğinin sonucu oluşan doğal bir olay olduğu gözden uzak tutulmamalıdır. Korozyonu tam olarak yok etmek mümkün değildir. Korozyonla mücadelenin amacı, bilim ve tekniğe dayanan koruyucu önlemler alarak metalik yapıların işletme ömrünü belli sürelerde artırmak olabilir.

Bu projede özellikle betonarme yapılardaki çeliğin korozyonu incelenerek içerik deneysel çalışmalar, tablolar ve şekillerle desteklenmiştir.

Projenin hazırlanması esnasında desteklerinden dolayı Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT’ a teşekkür ederim.

1. GİRİŞ

Korozyon ve korozyon kontrolü çok önemli bir konu olduğu halde ne yazık ki pratikte yeteri kadar üzerinde durulmamaktadır. Korozyon, endüstriyel yatırımların ve üretimin maliyetini etkileyen en önemli faktördür. Bunun dışında emniyet, sağlıklı işletme ve verimlilik de ancak korozyona karşı önlem alınarak sağlanabilir.

Korozyonu tam olarak yok etmek çoğu zaman mümkün olmaz. Alınan çeşitli önlemler ile korozyon hızı önemsiz sayılan derecelere indirilebilir. Korozyonla mücadelenin temeli ekonomidir. Pratikte problemlerin en ekonomik olarak ve yeterli emniyeti sağlayacak şekilde çözülmesi istenir. Bu çözüm her zaman en iyisi olmayabilir. Bazı halde biraz paslanmaya göz yumularak daha ucuz olan çözüm seçilebilir. Örneğin, yumuşak çelik gibi düşük maliyetli ve düşük performanslı malzemeleri kullanmak ve bunları paslandıkça, sık sık değiştirmek de bir çözüm yolu olabilir.

Korozyonun söz konusu olduğu bir ortamda malzeme seçimi tamamen ekonomik temele dayandırılır. Malzeme maliyetine korozyonu önlemek üzere yapılan bütün harcamalar da dahildir. Malzemeler üzerinde relatif korozyon dayanıklılıkları göz önüne alınarak seçim yapılır. Ancak korozif ortamların birinden diğerine önemli farklar vardır.

Malzeme seçimine etki yapan gerçek faktörler oldukça karışıktır. Örneğin, işleme kolaylığı ile ifade edilen kaynak edilebilme, işlenebilme v.b. özellikler ancak malzeme kullanıldığı sırada anlaşılabilir. Diğer taraftan, her ortam için malzemenin bir başka özelliği önem kazanır. Eğer söz konusu malzeme düşük sıcaklık ortamında kullanılacak ise, bu ortamda kırılganlık ciddi sorunlar yaratır. Buna karşılık deniz dibinde yüksek basınç altında kullanılacak ise bu durumda çekme gerilmesi kırılganlık özelliğinden daha önemlidir.

Bütün önlemler alınmış olsa bile, korozyon kayıpları tam olarak yok edilemez. Ancak bilinçli bir mücadele ile korozyon kayıpları minimuma indirilebilir. Bu mücadelede mühendislerin performans düzeylerinin yetersiz oluşu da çok önemlidir. Bu gün gelişmiş ülkelerde gayri safi milli hasılanın %4’ü metalik korozyon kayıpları için harcanmaktadır. Bu değerin teknolojik olarak az gelişmiş olan ülkelerde daha da fazla olması doğaldır.

Korozyon kayıplarının maliyet hesabı çok zordur. Bu zorluk, doğrudan korozyon kayıplarının ötesinde dolaylı olarak ortaya çıkan çeşitli yan kayıpların belirlenmesinden kaynaklanır. Dolayısıyla elde edilen değerler yanıltıcı olabilir. Yan kayıplar çoğu zaman görünen korozyon kaybından daha fazla olabilir.

Korozyon ile yapılacak olan mücadelenin korozyon maliyetini azaltmasının yanında, ulusal ekonomi üzerinde de etkisi vardır. Böylece gayri safi milli hasılanın % 0,5-1,0’ı kadar bir ekonomik kazanç sağlanabilir. Bu ise ancak mühendislerin korozyon konusunda eğitilmesi ve çok sayıda korozyon uzmanı yetiştirilmesiyle mümkün olabilir.

1.1. KOROZYON

Korozyon bir yüzey olayıdır. Yani metal ile ortamın temas yeri olan ara yüzeyde oluşur. Metal ile ortamın temas etmediği bölgelerde meydana gelen değişiklikler korozyon olarak nitelendirilemez. Fakat metal – ortam ara yüzeyinde oluşan bazı korozyon ürünleri metalik bünyeye yayınarak orada metal – ortam ara yüzeyinden uzak bir bölgede tahribata örneğin kırılmaya neden olabilirler. Buna örnek olarak asit bir çözeltiye daldırılmış yüksek karbonlu bir çelik yüzeyinde hidrojen iyonunun redüklenmesi ile açığa çıkan hidrojen atomunun metal içine yayınması ve metal içinde birleşip hidrojen gazı oluşturarak metali çatlatması (hidrojen kırılganlığı) gösterilebilir (Şekil 1.) .

Şekil 1. Demirin korozyonu.

Korozyon metalik malzemelerin uğradığı bir hasar, bir zarardır. Ekonomik açıdan her ülkenin büyük kayıplara uğramasına neden olur. Bunun dışında korozyon nedeni ile uğranılan zararları kısaca şu şekilde özetleyebiliriz:

Korozyon her şeyden önce insan hayatini ve sağlığını zarara sokan bir olaydır.

Bilindiği gibi bakırın korozyon ürünlerinin insan sağlığı için çok zararlı olması nedeni ile bakır kaplar yüzyıllarca kalayla kaplanarak kullanılmışlardır. Uçaklarda bazı önemli parçaların korozyon nedeni ile kırılması (korozyonlu yorulma, gerilimli korozyon çatlaması gibi nedenlerle ) uçağın düşmesine ve can kaybına neden olabilir.

Korozyon dünyadaki sınırlı metal kaynaklarının en önemli israf nedenidir.

Her yıl üretilen metalik malzemelerin yıl sonuna yaklaşık 1/3’ ü korozyon nedeni ile kullanılmaz hale gelir. Devre dışı kalan metalik malzemeler hurda olarak kısmen değerlendirilebilirse de 1/3’ü bir daha geri kazanılamamak üzere kaybedilir, yani tabiata geri döner. Bu ise yıllık metalik malzeme üretiminin 1/10’unun, korozyon nedeni ile, bir daha geri kazanılamamak koşulu ile kaybı demektir.

Korozyon nedeni ile “malzeme” kaybı yanında “sermaye – emek – enerji ve bilgi” de kaybolur.

Metalik malzemelerin üretimi “sermaye – emek – enerji ve bilgi” gerektirir. Korozyon nedeni ile kullanılamaz hale gelmeleri bu nedenle ilave kayıplara neden olur.

Korozyon ortamı kirletir ve ayrıca kirli ortam metal korozyonunu hızlandırır. Metalik malzemelerin tabiata geri dönen kısmı ortamı kirletir. Kirli ortam ise korozyonu hızlandırır. Örneğin, metalik safsızlıklarla kirli iletkenlik ve dolayısı ile korozyon artar. Bakır iyonu içeren sular dökme demir veya alüminyum yüzeyle temas edince bakır metalik hale döner ve metali (dökme demir veya alüminyum) çözer; ayrıca açığa çıktığı bölgelerde korozyonu hızlandırır, delikler oyuklar oluşumuna neden olur.

Metal kaybı yeni metal üretimini ve dolayısı ile ilave çevre kirlenmesine neden olarak atmosferin ve suyun kirliliğini artırır. Kirli ortamda ise metaller daha hızla korozyona uğrarlar.

Korozyon olarak nitelendirilebilecek çözünmeler teknolojinin gelişimi ile daha aşağı sınırlara çekilmektedir.

Örneğin, ilaç endüstrisi veya atom santrallerinde “korozyon” olarak nitelenebilecek metal çözünmesi ile atmosferik koşullarda bir çelik yapının “korozyon” u arasında çok büyük farklar vardır. Atmosferik koşullarda milimetrenin kesirli düzeyindeki korozyon nedeni ile uğranılan kalınlık azalmaları normal kabul edilirken bir atom santralında soğutma suyunun içinden geçtiği borularda korozyonun pratik olarak sıfıra yakın olması istenir.

1.1.1. YAPILARDA KOROZYON

Korozyon, metallerin çevreleri ile girdikleri bir elektrokimyasal reaksiyon sonucu aşınmaya ve bozunmaya uğramasıdır. Korozyon mekanizmasının üç ana bileşeni anot reaksiyonu, katod reaksiyonu ve elektrolitdir. Bu olayının gerçekleşmesi için bu üç bileşenin aynı anda mevcut olması şarttır ve herhangi birinin ortadan kaldırılması sonucunda korozyon olayı duracaktır.

Korozyonun hızını etkileyen çevresel etkenler ise atmosferde ve deniz kenarı gibi ortamlarda bulunan nem, her zaman ortamda olan oksijen, sürekli dalgalanan sıcaklık değişimleri ve genelde endüstriyel alanlardan kaynaklanan asitlerdir. Karmaşık bir olay olan korozyon birkaç değişik aşamada gerçekleşir ve bunun genel sonucu pastır.

Yapılarımızdaki donatı çeliğinin korozyonuna ve bu korozyonun devamına sebep olan üç ana etken vardır. Bunlar:

1. Karbondioksit veya klorun sebep olduğu reaksiyonlar sonucu donatı etrafındaki koruyucu pasivasyon tabakasının bozulması

2. Betonun kılcal gözenekleri içinde dağılmış ve elektrolit görevi gören su,

3. Betonun gözeneklerinden içeri giren oksijendir.

Şekil 2’de korozyon sonucu betonda meydana gelen korozyonun resmi görülmektedir.

Çimentonun hidratasyonundan sonra, betonun pH değeri 12,5-13,5 arasındadır. Bu bazik ortam sonucu, donatı çeliğinin etrafındaki demir oksitler koruyucu bir tabaka oluşturur. Bu tabaka, çok yoğundur ve korozyonun çok yavaşlamasına sebep olarak, donatı çeliğini korozyondan korur. Betonarme yapılarda bu koruyucu tabaka, başlıca iki sebep yüzünden bozulur. Bunlar karbonasyon ve klor yüzünden oluşan bozunmalardır.

Şekil 2. Korozyon nedeniyle betondaki hasar.

1.1.1.1. KARBONASYON SONUCU KOROZYON

Karbonasyon, asidik atmosfer gazlarının beton içerisine nüfuz etmesi sonucu oluşan kimyasal bir reaksiyondur. Gaz halinde beton içerisine giren karbondioksit, yine beton yapısı içinde mevcut olan su içinde çözünerek karbonik asiti oluşturur. Karbonik asit, diğer birçok asitten farklı olarak çimento pastasını bozmaz. Bunun yerine, sertleşmiş beton yapısı içinde bulunan, suda çözünebilir kalsiyum hidroksit veya serbest kireç ile reaksiyona girerek çözünmeyen kalsiyum karbonatı oluşturur. Bu reaksiyon sonucu, betonun koruyucu bazik ortamı bozulur ve pH değeri 9′un altına düşer. Betonun pH değeri 9′un altına düştüğünde, koruyucu pasivasyon tabakası bozulur ve korozyon başlar. Korozyonun sonucu pastır ve hacmi, yerini aldığı çeliğin yaklaşık 10 katıdır. Böylece genleşmeye ve betona çekme gerilmesi uygulamaya başlayan pas, betonun çekme mukavemeti aşıldığında pas payının donatı boyunca çatlayarak ayrılmasına yol açar.

1.1.1.2. KLORÜR SONUCU KOROZYON

İkinci korozyon tipi ise klorür sonucu oluşur. Klorür betona çeşitli yollarla girebilir. Deniz ortamlarında havada sprey halinde bulunan tuzlar ile, kışın buzlanma için kullanılan tuzlar yoluyla betona sızar. Ayrıca taze betona katılan bazı klorür içerikli katkılar ve betonun bileşenleri olan kum ve çimento yoluyla da girebilir. Özellikle deniz suyu ve yıkanmamış deniz agregasında klorür, bol miktarda bulunur. Klorür sonucu oluşan korozyon süreci de pasivasyon tabakasının bozulması ile başlar. Fakat karbonasyondan farklı olarak pasivasyon tabakasının bozulması pH ile ilgili değildir. Klorür bu reaksiyonda demir iyonları ile reaksiyona girer ve korozyonu başlatır. Daha sonra ortamdaki oksijen ile pas oluşur. Son oluşan pasta klor iyonları yoktur. Klorür reaksiyonu başlatmış ve son reaksiyonda tekrar ayrışmıştır. Oluşan pas, karbonasyondaki gibi hacimce genişler ve betonda çatlama ve donatıda kesit kaybına yol açar.

2. YAPI ÇELİKLERİNDE KOROZYON

2.1. ATMOSFERİK ORTAMDA BETONARME YAPILARDAKİ ÇELİĞİN KOROZYONU

Sulu çözeltiler içinde korozyona dayanıksız olan çelik, beton içinde beklenenden daha az korozyona uğrar. Bunun başlıca nedeni betonun yüksek alkali özelliğidir. Normal betonlarda pH derecesi 12-13 arasındadır. Bu durum çimento klinker bileşiklerinin su ile reaksiyonu sonucu oluşan kalsiyum hidroksitten ileri gelir. Ayrıca klinker bileşiminde bulunan alkali metal oksitleri (NaO + K2O) de su içinde çözünerek betonun pH derecesini yükseltir. Beton içindeki çelik bu yüksek alkali ortamda süratle pasifleşir. Demir yüzeyinde oluşan bu pasif tabaka esas olarak  Fe2O3 bileşimindedir. Metal yüzeyine sağlamca yapışan bu oksit tabakası metali korozyondan korur.

Beton yalnız pasifleştirici etkisi ile değil, fiziksel bir kaplama yaparak ta demiri çevre etkilerden korur. Ancak, beton içine difüze olan bazı bileşenlerin etkisi ile demir yüzeyinde bulunan pasif tabaka bozulabilir. Pasifliğin bozulmasına neden olan en önemli bileşen klorür iyonudur. Klorür iyonu beton bünyesine başlıca iki yolla girebilir.

Beton pirizini çabuklaştırmak veya beton karışım suyunu azaltmak amacıyla beton içine

katılan katkı maddeleri içinde klorür bulunabilir. Veya beton karışımında kullanılan agrega ve

su ile birlikte istenilmeden beton içine klorür girebilir.

Beton içine sonradan difüzyon yoluyla giren klorür korozyon açısından daha tehlikelidir.

Bu yolla giren klorürün en büyük kaynağını, yollara buzlan eritmek amacıyla atılan tuz

oluşturur. Ayrıca deniz atmosferinde bulunan betonlarda, rüzgarların taşıdığı klorür iyonları

da beton içine girerek orada birikebilir.

Betonun permeabilitesi ve porozitesi ne derece yüksek ise, çevreden beton içine klorür iyonları difüzyonu da o derece kolay olur. Zaman zaman ıslanan ve kuruyan betonlarda bu olay daha şiddetli olarak kendini gösterir. Suda çözünmüş olarak beton bünyesine giren klorür, daha sonra suyun buharlaşması sonucu beton boşluklarında birikir. Beton içinde hangi oranda klorür bulunması halinde, pasif tabakanın bozulabileceği tartışılmakta olan bir konudur. Zararlı olan minimum klorür konsantrasyonu konusunda literatürde çeşitli değerler verilmektedir. Bazı kaynaklar betonarme demirlerinin korozyonu için yalnızca klorür konsantrasyonu eşik değerinin verilmesinin yeterli olmayacağını ve korozyonun, betonun [OH] / [Cl] molar oranına göre değerlendirilmesinin doğru olacağını ileri sürmektedirler.

Beton içine başlangıçta döküm sırasında girmiş olan klorür ile, sonradan sertleşmiş beton bünyesine çevreden difüze olarak giren klorür iyonlarının etkisi farklıdır. Başlangıçta beton henüz pirizini almadan karışım içinde bulunan klorür iyonlarının bir kısmı, çimento klinker bileşiklerinden tri kalsiyum alüminat ile reaksiyona girerek çözünmeyen bir bileşik (Friedel Tuzunu) oluşturur. Bu şekilde kimyasal olarak bağlanmış olan klorür artık korozyon açısından etkili olamaz. Bu nedenle beton içinde bulunan klorür konsantrasyonunun biri suda çözünen, diğeri asitte çözünen (toplam) klorür konsantrasyonu olmak üzere farklı olarak değerlendirilmesi gerekir. Beton içinde suda çözünebilen klorür için % 0,15 (3,5 kg klorür / l m3 beton) ve toplam klorür konsantrasyonu için de % 0,20 (4,5 kg klorür/1 m3 beton) değerleri limit olarak verilmektedir.

2.1.1. BETON İÇİNDEKİ ÇELİĞİN ELEKTROKİMYASAL MEKANİZMASI

Portland çimentosu ile yapılmış normal bir betonun pH derecesi genellikle 12-13 arasındadır. Demir – su sistemi için hazırlanmış olan Pourbaix Diyagramları incelendiğinde bu pH derecesinde çeliğin pasif bölgede bulunduğu gözlenir. Diğer taraftan bu yüksek pH derecesinde katot reaksiyonu yalnızca oksijen redüksiyonu şeklinde gerçekleşebilir. Bu durum betonarme demirlerinin korozyonu için büyük önem taşır. Çünkü korozyon için gerekli olan oksijen beton içine atmosferden taşınır. Yani havadaki oksijenin beton boşluklarına girerek orada bulunan boşluk suyunda çözünmesi ve katot yüzeyine kadar difüzlenmesi gerekir.

Oksijenin sudaki çözünürlüğü çok azdır. Ayrıca çözünmüş oksijenin beton içinde difüzlenme hızı da son derece küçüktür. Bu durumda betonarme demirlerinin korozyon hızı doğrudan beton içine oksijen difüzlenme hızının kontrolü altındadır.

Korozyon olayı için yalnız oksijene değil suya da ihtiyaç vardır. Suyun bulunması hem elektrokimyasal hücrelerin çalışabilmesi, hem de oluşan korozyon ürünlerinin uzaklaştırılması için gereklidir. Ancak burada çelişkili bir durum ortaya çıkar. Beton boşlukları su ile dolu olduğu zaman, oksijenin atmosferden katot bölgesine kadar taşınması güçleşir. Eğer beton boşluklarında su yoksa bu durumda oksijen taşınması kolaylaşır ancak korozyon için yeterli su bulunmadığından korozyon hızı azalır. Zaman zaman ıslanan ve kuruyan betonlarda korozyon hızı maksimumdur.

Korozyon sonucu oluşan demir -2 iyonları, yüksek alkali ortamda önce demir -2 hidroksit haline, daha sonra da oksitlenerek demir -3 hidroksit haline dönüşür.

Fe2+ + 2 OH = Fe (OH)2

2Fe (OH)2 + H2O + 1/2 O2 = 2 Fe (OH)3

Bu reaksiyonlar sonucu oluşan demir -3 hidroksit, uygun koşulların bulunması halinde metal yüzeyinde y Fe2O3 halinde sağlam bir kabuk oluşturur. Bu kabuk demirin pasifleşmesini sağlar. Pasifleşen demir yüzeyinin çevre ile teması kesilir ve korozyon olayı da durur. Beton içinde demir yüzeyinde oluşan bu pasif tabaka ancak bir dış etki ile bozulabilir. Beton içinde belli bir konsantrasyonda klorür iyonları bulunması pasifliğin bozulmasına neden olur. Ayrıca beton pH derecesinin düşmesi de pasif halin bozulmasına neden olabilir.Bu sonuncu olay karbonasyon etkisi ile ortaya çıkar.

Pasifliğin Bozulması

Yukarda açıklanmış olduğu gibi, pasifliğin bozulması için ya beton pH derecesinin düşmesi, ya da beton içine klorür gibi aktif bir iyonun girmesi gerekir.

Karbonasyon

Betonun sertleşmesi sırasında, klinker bileşiklerinin hidratasyonu sonucu kalsiyum hidroksit oluşur. Bu bileşik doygun halde beton boşluklarını doldurur. Beton boşluk suyunun yüksek pH derecesi bu doygun kireç çözeltinden ileri gelir. Ancak zamanla atmosferde bulunan karbon dioksit beton içine girerek burada bulunan kalsiyum hidroksit ile birleşir ve kalsiyum karbonat oluşturur.

Ca (OH )2 + CO2 = Ca CO3 + H2O

Böylece hidroksil iyonları nötürleşerek, beton pH derecesini düşmesine neden olur. Bu olaya karbonasyon denir. Buna benzer olarak kirli atmosferlerde bulunan SOX ve NOX gibi asit anidriti olan gazlar da kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek beton pH derecesini düşürebilir. Gazların beton içine difüzyonu daha kolay olduğu için bu olaylar kuru halde bulunan betonlarda daha etkilidir. Karbonasyon sonucu beton pH derecesi 9′a kadar düşebilir. Bu pH derecesindeki beton artık pasifleşme özelliği gösteremez.

2.1.2. KOROZYON HIZINA ETKİ YAPAN FAKTÖRLER

Yukarda açıklanmış olduğu üzere, betonarme demirlerinin korozyon hızı, atmosferden demir yüzeyine olan oksijen difüzyon hızının kontrolü altındadır. Burada en büyük etken betonun permeabilitesi ve demirler üzerinde bulunan beton tabakasının (pas payı) kalınlığıdır. Bunların dışında beton rutubeti (beton boşluklarının su ile doluluk yüzdesi) de oksijen difüzyon hızını etkiler.

2.1.2.1. OKSİJEN DİFÜZYONU

Atmosferdeki oksijenin beton içinde bulunan demir yüzeyine kadar ulaşması iki basamakta gerçekleşir. Önce oksijen beton boşluklarına girerek orada bulunan beton boşluk suyu içinde çözünür. Daha sonra difüzyon yoluyla çözelti içinde hareket ederek metal yüzeyine ulaşır. Bu ikinci basamak çok yavaş yürür.

Oksijenin su içindeki difüzlenme hızı çok küçük olduğundan, (yaklaşık olarak l0-13 mg/cm2 s) beton içine oksijen difüzlenme hızı, beton boşluklarının su ile dolu veya boş oluşuna göre çok farklıdır.

2.1.2.2. BETON KALİTESİ

Beton kalitesi artırılarak, betonarme demirlerinin korozyon hızı azaltılabilir. Betonun permeabilitesi ve porozitesini azaltmak üzere her şeyden önce iyi bir agrega ve uygun bir granülometri seçilmelidir. Bunun dışında aşağıdaki önlemlerin de alınması gerekir.

Çimento cinsi ve dozajı: Çimento dozajı artırıldığında beton yoğunluğu artar ve porozitesi azalır. Kullanılan çimento cinsi de önemlidir. Puzolanlı çimentolar, beton boşluklarında bulunan serbest kireci silikat bileşikleri halinde bağlıyarak beton boşluklarını doldurur. Böylece beton permeabilitesinde azalma meydana gelir.Ancak puzolanların bu etkisi uzun süre içinde ortaya çıkar.

Su/çimento oranı: Beton karışımı içine bazı özel katkı maddeleri katılarak su/çimento oranı düşürülebilir. Böylece beton içindeki boşluklar minimuma indirilmiş olur. Çimentonun hidratasyonu için kimyasal olarak gerekli su miktarı % 30′dan daha azdır. Pratikte bu oran genellikle % 40-50 arasında alınır. Fazla su betonun boşluklu olmasına neden olur.

Beton dökümü: Beton kalıplara yerleştirilirken, vibrasyon yapılarak tam olarak kalıp içine yerleşmesi sağlanmalıdır. Beton içindeki boşluğun yüzdesi kadar, bu boşlukların bir biri ile bağlantılı olmaları da beton permeabilitesi açısından çok önemlidir. Beton içindeki boşlukların kapalı hücreler halinde kalmasını sağlayabilmek ve beton permeabilitesini azaltmak için özel hava katkı maddeleri katılabilir.

Beton kürü: Dökümden sonraki ilk günlerde, betonun içinde bulunduğu ortamın sıcaklığı ve relatif rutubeti beton kalitesi açısından büyük önem taşır. Dökümden sonra sıcak ve kuru ortamlarda bekletilen betonlar uygun şekilde kristalleşemediklerinden boşluk yüzdeleri fazladır.

2.1.3. BİNA İÇİNDEKİ GALVANİZLİ BORULARIN KOROZYONU

Binalarda galvanizli borular genelde su borusu olarak kullanılırlar. Bina içinde açıkta giden borularda önemli bir korozyon gözlenmez. Bu tür borular ancak dekoratif amaçla boyanabilirler.

Binaların bodrum, zemin gibi rutubetli bölgelerinde açıktan giden borular da yine büyük oranda korozyona uğramazlar. Boruların duvar geçişleri duvar içine gömülen ve boru çapından daha büyük (en az 2 cm) bir boru içinden yapılmalıdır.

Yurdumuzdaki uygulamada yapılarda borular cüruf veya dolgu zemin içme, döşeme altına

(banyo, mutfak ve odalarda) ve duvar içine gömülerek kullanılmaktadırlar. Binalarda galvanizli borularla ilgili sorunların çok büyük bir ekseriyeti bu tip gömülü kısımlarda ortaya çıkmaktadır. Galvanizli boruların bu ortamlarda çok uzun yıllar (20, 30 yıldan fazla)dayandıklarının görülmesine karşılık birkaç ayda delinenlere de rastlanmıştır. Bu tip hasarlarda sorun galvanizleme hatalarından ziyade şiddetli korozif ortam veya koşullar ile uygulamadaki işçilik hatalarından kaynaklanmaktadır.

Böyle bir ortam içine gömülecek boruların kalın bir koruyucu kaplama ile kaplanması gereklidir. Kömür katranı ve asfalt kaplamalar bu türlere örnektir. Fakat bu kaplamalar mekanik nitelikleri açısından çatlamaya maruz kalabilir, bu nedenle kaplandıktan sonra bükülmemeleri ve darbeye maruz kalmamaları gerekir. Beton veya harçlar ise alkali niteliktedirler. Genelde PH ile kadar alkali ortam çinko için koruyucu olmakla birlikte daha yüksek alkali ortamda çinko çözünür. Özellikle gözenekli ve suyun içinde kolaylıkla yayınabileceği beton ve harçlar aynı zamanda kullanılan deniz kumundan dolayı klorür iyonu da içerirlerse, farklı havalandırma hücrelerinin etkisi ile galvanizli boru bazı bölgelerinde tercihli olarak çözünür. Gözeneklerinin tümü su ile dolu olan bir harç içindeki galvanizli borudan çok, kısmen ıslak kısmen su ile yoğuşmuş bölgelerden geçen galvanizli borular daha büyük korozyon tehlikesine maruzdurlar. Banyo zeminleri veya duvarları gibi ıslanabilen yüzeylerinin su izolasyonu bu nedenle çok dikkatle yapılmalı, kullanılan kaplama malzemesinin ve işçiliğin kalitesi su geçirgenliğini çok düşük seviyede tutacak nitelikte olmalıdır.

Böylece su ve havanın yayınarak galvanizli boruya erişmesi engellenmelidir. Galvanizli borular beton ve harç içine işçilik hatalarını önlemek için kalın bitüm veya kömür katranı ile kaplanarak yerleştirilebilirler. Fakat bu işlemler sırasında koruyucu kaplamanın zedelenmemesine dikkat edilmelidir.

2.2. DENİZ SUYU ORTAMINDA BETONARME YAPILARDAKİ ÇELİĞİN KOROZYONU

Betonarme demirlerinin korozyonu için hem oksijene, hem de suya ihtiyaç vardır. Sürekli kuru halde bulunan betonlar içinde korozyon hızı son derece azdır. Beton rutubeti arttıkça korozyon hızında da artış olur. Ancak %100 doygun rutubetli betonlarda, beton boşlukları tamamen su ile dolu olduğundan atmosferden oksijen difüzyonu güçleşir ve bunun sonucu olarak korozyon hızında önemli ölçüde azalma olur. Betonarme demirlerinin korozyonu için en uygun ortam betonun kısmen rutubetli olması, veya zaman zaman ıslanıp kurumasıdır. Beton yapının bir bölgesinin rutubetli diğer bölgelerinin kuru oluşu da, farklı havalanma nedeniyle tehlikeli korozyon hücrelerinin oluşmasına ve rutubetli olan bölgenin anot olarak korozyona uğramasına neden olur.

Elektrokimyasal olarak bakıldığında, beton rutubetinin korozyon üzerine iki şekilde etki yaptığı görülür. Her şeyden önce su korozyon hücrelerinin elektroliti olarak gereklidir. Rutubetin ikinci etkisi, betonun iletkenliğini artırıcı olarak rol oynamasıdır.

Beton içindeki çeliğin korozyona uğrayabilmesi için beton içine oksijen gazının difüzyonu zorunludur Bu nedenle korozyon hızı da moleküler oksijen difuzyonunun kontrolü allında olacaktır Atmosferden çelik yüzeyine oksijen taşımını iki yolla mümkün olabilmektedir. Kuru betonda beton gözenekleri hava ile dolu olduğundan, oksijen gazının tasınım hızı da oldukça yüksek olmaktadır. Fakat korozyon mekanizmasının oluşabilmesi için sadece oksijene değil aynı zamanda bir elektrokimyasal çözelti ortamına ihtiyaç vardır. Kuru betonarme yapılar içindeki çeliklerde bu nedenden dolayı korozyon reaksiyonu oluşma olasılığı çok düşüktür. Denize yakın bölgelerde değişik atmosferik olayların meydana gelmesiyle peryodik olarak ıslanan ve kuruyan beton içindeki çeliklerin, etkili şekilde korozyona uğrayabildikleri gözlenmiştir. Hava, bol miktarda içinde bulundurduğu oksijeni koşullara bağımlı olarak oluşturduğu akımla metal yüzeyine taşıma görevini yerine getirmektedir. Ayrıca su içinde çözünmüş oksijen molekülleri, difüzyon yolu ile beton içerisine hareket ederek yukarıda belirtilen katot mekanizmasını farklı bir biçimde de oluşturabilmektedir.

Şekil 3. Beton içindeki çeliğin korozyon mekanizması

Yukarıda ifade edilen klasik korozyon mekanizmasına göre çelik yüzeyinde oluşan korozyon ürünü Fe2O3 , çimentonun hidratasyonu esnasında yüksek derecede alkalilik içeren çevre şartlarında oluşarak metalin pasif bir tutum kazanmasına neden olmaktadır. Bu pasif tabaka, çeliğin daha ileri derecede korozyonunu engelleyen yoğun geçirimsiz bir film tabakasıdır. Çelik üzerinde bulunan bu pasif tabaka kısmen metaloksit/hidroksit ve kısmen de minerallerden oluşmaktadır. Gerçek pasif tabaka çok düşük korozyon hızına sahip yüksek yoğunlukta ince bir tabakadır. Metal yüzeyinde oluşan oksit tabakası bozunmadığı sürece karşı direnç göstererek metali korozyona karşı korumaktadır. Ancak deniz suyu ile temas eden veya yakın deniz atmosferinde bulunan betonarme yapılardaki çeliklerin pasifliği, klorür gibi aktif iyonların çelik-beton ara yüzeyinde bulunması ile kolayca bozunabilmektedir.

Klorürlü ortamlara maruz kalmış çeliklerin korozyona uğrayarak çatlamasının temel nedeninin, korozyon teşvikli hidrojen olduğu Brown tarafından 1969 yılında tespit edilmiştir. Çelik yüzeyi üzerinde uygun bir bölgede pasif tabakanın korozyona yönelik saldırılara daha dirençsiz olduğu bir takım noktalar bulunur ki, işte bu noktalarda elektrokimyasal potansiyel farkı, klor iyonlarını cezbedecek seviyede bulunabilmektedir.

Bu tür noktalarda korozyon başlamakta ve asidik ortam oluşabilmektedir. Demir çözünmekte ve çözeltideki su ile reaksiyona girerek oyuk (pit) oluşturmaktadır. Hidrojen iyonları konsantre hale gelerek koruyucu oksit tabakasının oluşumunu engellemektedir. Bu durumda korozyon hızlanmakta,bazı durumlarda üzeri pas kaplı piller oluşmaktadır.

Çelik beton ara yüzeyinde elementel (molekülsel) hidrojen oluşumunun, çözeltideki protonların elektrokimyasal işlemle hidrojen atomlarına indirgenmesi sonucu oluştuğu bilinmektedir. Bu proses şekil 4’te gösterilmektedir.

Şekil 4. Bir korozyon hücresinde elementel hidrojen oluşum mekanizması

Koruyucu film tabakasının kırılmasını izleyerek anoddaki

Fe – 2e = Fe++

şeklinde yükseltgenme gerçekleşmektedir. Başlangıçta bu reaksiyon, elektrokimyasal eşdeğerlik ilkesi gereği çözünmüş oksijen moleküllerinin hidroksil iyonlarına katodik indirgenmesi ile dengelenmekte ve bu iyonlar giderek bölgesel alkaliniteyi arttırabilmekte ve pasif tabakayı kuvvetlendirmektedir.

O2 + 2H2O + 4e- = 4(OH)

Korozyon akımlarıyla anoda sürüklenen Cl- ile Fe+2 birleşerek suda çözünebilen FeCl2’ yi oluşturmaktadır.(Şekil 5)

Fe ++ + 2Cl – = FeCl2

Şekil 5. Pasif tabakanın kırılması ve klorürün çevrimi

FeCl2 ‘nin bir kısmı korozyon holünden dışarı hareket ederek katodik olarak oluşmuş olan NaOH ile reaksiyona girmekte ve beyaz demir hidroksit pıhtı halkalarını oluşturmaktadır.

FeCl2 +2NaOH = Fe(OH)2 + 2 NaCl

Demir hidroksit Fe(OH)2,hidrolize demiroksite dönüşür (Fe2O3.H20). Bu kırmızı kahverengi pas olarak adlandırılmaktadır. Önce (Fe3O4) siyah magnetit, daha sonradan da yeşil (Fe3O4.H20) magnetit hidrata dönüşmektedir:

4 Fe(OH)2 + O2 = 2 H2O + 2 Fe2O3. H20

6 Fe(OH)2 + O2 = 4H2O + 2Fe3O4.H20

Fe3O4.H20 = H2O + Fe3O4

Holün merkezinde esas olarak oluşan Fe3O, ve Fe2O3.H2O bir şişme meydana getirmektedir. Bu durumda çelik ve beton ara yüzeyindeki hacim artışı 2-10 kat artış mertebesine ulaşabilmektedir. Bu şişmede çözünmüş oksijenin hol içine nüfuzu, hol içine sıkışmış olan elektrolitin hol dışındaki korozyon ürünü bileşiklerle ara karışımını engellemektedir. FeCl2 demir hidroksite ve HCl’ ye hidrolize olmaktadır.

FeCl2 + 2H2O = Fe(OH)2 + 2HCI

Bu reaksiyonun, korozyon holündeki oksitlenme işlemini belirlediği ve korozyon olayını hızlandırdığı bilinmektedir. Hol yüzeyinde oluşan pil reaksiyonuna ilişkin elektro motor kuvveti E değeri geri dönüşümlü hidrojen potansiyelinin altına düştüğünde, H2O hol içindeki anot tarafından çözünerek hidrojen protonunu oluşturmaktadır. Bu protonlar H atomuna indirgenerek katot bölgesine hareket etmekte ve çelik yüzeyine yapışmaktadır. Elektrolitin pH değeri düştükçe,

Fe – 2e – = Fe ++ reaksiyonu yerini

O2 + 2H2O + 4e- = 4(OH – ) reaksiyonuna bırakmaktadır.

Korozyon holünün dışında meydana gelen bu katodik reaksiyonun tersine bu reaksiyon hol içinde mikro katotları oluşturmakta ve pıt şişmelerine neden olmaktadır. Geri kalan H+aq’lar çelik yüzeyinde absorblanmış olarak kalmakta ve uygun şartlar altında çeliğin içine nüfuz ederek korozyon tepeciğinin etrafında birikmektedir.

2.2.1. DENEYSEL ÇALIŞMA

Betonarme yapılardaki çeliğin korozyonu ile ilgili çeşitli test metotları bulunmaktadır. Bunlardan ASTM G 109 test yöntemi 1992 yılından bu yana kullanılmaktadır. ASTM G 109 testinde beton numunenin üst tabakasında bir çelik alt tabakasında ise 12 mm çapında iki çelik çubuk bulunmaktadır (Şekil 6). Havalandırılmış %3.5 NaCl çözeltisi içine HS 20 standardına uygun olarak dökülmüş iki adet beton kolon daldırılmıştır. Bunlardan birisinin 150 mm’ lik bölümü çözelti içinde kalmak üzere dikey, diğeri ise çözelti yüzeyinden 7 cm altta kalacak şekilde yatay olarak yerleştirilmiştir. Bu proseste meydana gelen klor anyonunun difüzyonu ve korozyon parametrelerini etkileme güçleri, 90 günlük zaman periyodu sonunda incelenmiştir.

Şekil 6. Deneyde kullanılan beton kolonların kesiti

Deniz suyunda ya da simülasyon işlemi gereği özel olarak hazırlanmış %3.5 NaCl çözeltisinde çözünmüş olarak bol miktarda bulunan klor iyonları, beton dış yüzeyinden içeriye doğru nüfuz etmektedir. Deney sonunda beton kolonlarda 12 mm lik uca sahip darbeli matkapla 10 mm derinliğinde 30 ar mm aralıklarla kolon boyunca 10 farklı yerden yanyana ikişer delik açarak bu deliklerden çıkan beton tozlar toplanmıştır. Toplanan örneklerin her birinden alman 2 gr numune 100 ml l N HNO3 içinde çözünmüş ve özel iyon elektrodu yardımıyla çözeltinin EMK. büyüklükleri ölçülerek ağırlıkça %Cl miktarları belirlenmiştir. Elde edilen verilere göre de klorür penetrasyon profili şekil 7’ de çıkarılmıştır.

Diğer taraftan beton kolonlarda kullanılan çelik örneği, önce kral suyunda çözüldü. Daha sonra demir tiyosiyonat çözeltisi haline dönüştürülerek, UV. Visible Spektrofotometresinde korozyon öncesi ve sonrası alırlıkça saf demir oranları ölçüldü ölçülen değerler sırasıyla %91.2 ve %64 olarak bulundu.

Şekil 7. Klorür iyonlarının penetrasyon profili

2.2.2. TARTIŞMA VE SONUÇ:

Klorürlü ortama bırakılan kuru beton örneklerindeki klorürün taşımını öncelikle Cl- iyonlarının penetrasyonuyla başlamakta ve daha sonra da kapiler hareketlenme ile boşluklara doğru difüze olmaktadır. Klorun korozyon olayı üzerindeki asıl etkisinin bir katalizör ya da iyonik takas işlemi gibi davranarak koruyucu film tabakasını parçalaması ve dolayısıyla korozyonun hızlanmasına katkıda bulunması şeklinde işlev gördüğü düşünülmektedir. Burada meydana gelen elektro kimyasal reaksiyonlarda klor iyonları tüketilmemektedir. Yapılan bilimsel araştırmalarda klor iyon konsantrasyonunun OH- iyon konsantrasyonundan 0.6 birim fazla olduğunda, korozyonun oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca korozyon limiti olarak betonun ağırlıkça %0.1 den az klor içermesi geleneksel betonarme yapılar için uygun olduğu öngörülmektedir. Bu limitin üzerindeki klor oranına manız olan betonarme yapılarda nem ve O2 mevcutsa korozyonun gerçekleşmesi kaçınılmazdır.

Kullanılan test malzemelerinde çimento içine %9 oranında "silica-fume" karıştırıldığında betonarme yapılardaki klorür difüzyon hızının 5 kat, çimento miktarının 440 kg/m3 ten 660 kg/m3 ‘e çıkarıldığında difüzyon hızının iki kat daha azaldığı gözlenmiştir. Ayrıca betona katılan mıcır boyutlarının klor difüzyonu üzerinde çok az etkisinin olduğu da saptanmıştır.

Son paragrafta genel bilgiler doğrultusunda belirtildiği üzere, klor anyonlarının difüzyon hızı beton kolon içinde ortamın yapısına bağlı olarak Fick kanunları uyarınca gerçekleşmekte ve üstel olarak azalmaktadır. Bu durum şekil 7’de de gözlenmektedir. Beton kolonun tabanından yukarı doğru değişik yüksekliklerde eşit mesafeli noktalardan alınan örneklerden ölçülen klor konsantrasyonlarının azalma şekli bu öngörüyü kanıtlamaktadır.

Korozyon olayı ile birlikte çelik içindeki Fe metali, elektrokimyasal anlamda kimyasal reaksiyona girmekte ve reaksiyon sonucu değişik nitelik ve oranlarda demir metal oksitleri oluşturmaktadır. Bunun sonucu olarak da beklendiği şekilde % ağırlıkça demir oranında düşme gözlenmektedir.

3. DONATI KOROZYONUNUN BETON ÜZERİNE YAPTIĞI ETKİ DENEYİ

Deneysel çalışma, numunelerin üretimi, kürü, eskitme süreci ve kontrol deneyleri olmak üzere başlıca dört aşamada gerçekleştirilmiştir. Donatı korozyonunun beton üzerinde yaptığı etkinin kısa sürede gözlenebilmesi amacı ile hızlandırılmış korozyon deneyi uygulanmıştır. Bu deneyde sisteme şekil 8’de görüldüğü gibi sabit gerilimin yanısıra, elemanın yapıdaki gerçek durumuna uygun olarak, donatı ile beton arayüzüne sabit aderans gerilmesi uygulanmıştır.Donatının korozyonu nedeni ile meydana gelen hacim artışının betonda oluşturduğu deformasyonlar, silindir numunelerin yanal yüzeyine yerleştirilen 2 adet streyn-geyç ile belirli zaman aralığında ölçülmüş ve kaydedilmiş, çatlağın streyn-geyç’e ulaştığı an (tcr, dak.) tespit edilmiştir. Hızlandırma sürecinden sonra her bir seride 3′er adet numuneden çıkarılan donatıların beton içinde kalan kısmındaki ağırlık kaybı ve donatının çapında betonun çatlamasına neden olan kayıp belirlenmiştir. Beton üretiminde özellikleri tablo l.’de verilen PÇ 42,5 çimentosu ve silis dumanı, özellikleri ve karışım oranı tablo 2.’de verilen agregalar, katı madde oranı %30 olan melamin formaldehit esaslı süper akışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanılmış, gerçek malzeme miktarları tablo 3′te verilmiştir.

Şekil 8. Deney düzeneğinin şematik gösterimi

Tablo 1. Portlant çimentosu ve silis dumanının kimyasal analizi ve fiziksel özellikleri

Kimyasal Özellikler (%) Portland Çimentosu Silis dumanı

Kızdırma Kaybı 1.14 1.95

SiO2 (Çözünen) 21.28 88.70

Çözünemeyen Kalıntı (max) 0.42

Al2O3 3.96 1.05

Fe2O3 4.19 1.95

CaO 65.24 5.36

MaO 1.28

SO3 1.73

Özgül ağırlık (g/cm3) 3.14 2.00

Özgül yüzey, Blaine (cm2/g) 3101 -

Priz süresi, Vicat (dak.)

- Başlangıç 200 -

- Bitiş 310 -

Mineralojik Bileşimler (%)

C3S 63.03

C2S 13.45

C3A 3.40

C4AF 12.75

Betona klorürlerin karışmasını temsil eden numunelerin üretiminde, karma suyu olarak 0, 1500, 10000 ve 40000 mg/L Cl- içeren farklı konsantrasyonlarda NaCl’li çözeltiler kullanılmıştır. Silis dumanı, betona üretim aşamasında çimento ağırlığının % 0, 10 ve 20 oranında çimento ile yerdeğiştirmeli olarak katılmış, su/bağlayıcı oranı 0.45 ile sabit tutulmuştur.

Tablo 2. Agregaların fiziksel özellikleri ve karışım oranları

Agregalar II No’lu Kırmataş (kalker esaslı) I No’lu Kırmataş (kalker esaslı) Kum

(Silis esaslı)

Birim ağırlık (kg/dm3) 1.36 1.41 1.50

Özgül ağırlık (kg/dm3) 2.62 2.69 2.54

Karışım oranlan (%) 30 30 40

Tablo 3. Beton üretiminde kullanılan gerçek malzeme miktarları ve taze beton b. ağarlığı

Silis Dumanı Oranı (%) Çimento

(kg) Silis Dumanı

(kg) Süper Akışkan

(%) Agregalar Taze Beton B.Ağırlığı (kg/m3)

Kum Kırma Taş

0-4mm

(kg) 4-8 mm (kg) 8-1 6mm (kg)

0 340 0 3 721 575 558 2348

10 312 35 4 736 587 569 2395

20 278 70 5 738 588 571 2401

Hızlandırılmış korozyon deneyi için hazırlanan ve kesiti Şekil 8.’de verilen silindir numunelere, anot olarak 10 mm çapında, aderans gerilmesi için yükün uygulandığı çengel dahil toplam uzunluğu 36 cm olan I-a inşaat çeliği yerleştirilmiştir. Katot olarak, 1.2 mm kalınlığında 2 adet sac kullanılmıştır. Bu sac elemanların karşılıklı yüzlerinde 5 mm’lik açıklık bırakılmış, çatlağın bu bölgeye yönlenmesi sağlanmıştır. Agreganın maksimum tane çapı örtü betonu için ayrılan kalınlıktan büyük olduğu için bu bölgeye betonun matris fazını oluşturan, gerçek malzeme miktarları tablo 4′te verilen harç yerleştirilmiştir. Hızlandırılmış korozyon deneyleri için herbir seride 3′er adet olmak üzere toplam 36 adet betonarme, 36 adet beton ve 40x40x160 mm boyutunda 36 adet harç numune üretilmiştir.

Tablo 4. Harç üretiminde kullanılan gerçek malzeme miktarları ve taze harç b. miktarları

Silis Dumanı

Oranı

(%) Çimento

(kg) Silis

Dumanı

(kg) Süper

Akışkan

(%) Kum

0-2mm

(kg) Taze Harç

Birim Ağırlığı

kg/m3

0 321 0 3 1701 2166

10 291 32 4 1712 2180

20 258 65 5 1712 2183

Üretimden 24 saat sonra kalıptan çıkarılan numuneler, deneylerin yapılacağı güne kadar sıcaklığı 20±3 °C ve bağıl nemi %65±5 olan laboratuvar ortamında bekletilmiştir. Numuneler, silis dumanı katkı oranına ve klorür konsantrasyonuna bağlı olarak; silis dumanı katılmayanlar SF0, çimento ağırlığının %10′u oranında silis dumanı katılanlar SF1, %20′si oranında katılanlar SF2 ile gösterilmiş, çözeltilerin Cl- konsantrasyonu için şahit grup A0, 1500 mg/L Cl- içerenler Al, 10000 mg/L Cl- içerenler A2 ve 40000 mg/L Cl- içerenler A3 olarak kodlanmıştır.

Üretimden itibaren 28. günde beton numunelerde, 2.40 kN/s yükleme hızı ile basınç deneyi, 0.8 kN/s yükleme hızı ile yarma deneyi , harç numunelerde eğilme ve basınç deneyi yapılmıştır. Deney sonuçlarından yararlanılarak betonun basınç (fcc, MPa) ve yarma (fsc, MPa) dayanımı, harcın basınç (fcm, MPa) ve eğilme (ffm, MPa) dayanımı belirlenmiş; yarma dayanımından betonun, eğilme dayanımından harcın çekme dayanımı hesaplanmıştır. Beton ve harcın elastisite modülü (E, MPa), basınç dayanımından yararlanılarak hesaplanmış, sonuçlar tablo 5′te verilmiştir. Bu veriler, donatı korozyonunun nümerik olarak hesaplandığı sonlu elemanlar metodunda kullanılmıştır. Hızlandırılmış korozyon deneyi tüm numunelerde 7 gün (10080 dak.) sürdürülmüş, numuneler tablo 5′te görüldüğü gibi daha kısa surede çatlamış olsa da donatılar, ancak 7. günün sonunda beton içinden çıkarılmıştır. Ağırlık kaybının belirlenmesi için donatılar, 1000 mL HC1, 24 g Sb2O3 ve 71.3 g SnCI2.2H2O’dan oluşan Clarke çözeltisi ile temizlenmiş, donatının beton içinde gömülü olan 20 cm’lik kısmındaki ağırlık kaybı için 0.0001 g duyarlıklı teraziden yararlanılmış, kayıp oranı (%) ve penetrasyon derinliği hesaplanmıştır. Penetrasyon derinliğinin hesabında, korozyonun tüm yüzeylerde üniform olduğu ve korozyon hızının sabit kaldığı kabul edilmiş, betonun çatladığı anda donatı çapındaki kayıp ( , m) tablo 5’te verilmiştir.

Tablo 5. Deneylerden ve hesaplardan alınan sonuçlar

Numune adı tcr

(dak) Donatıda

Ağırlık

Kaybı (%) Harcın Mekanik

Özellikleri Betonun Mekanik

Özellikleri 

(m)   t

(m)  t



fcm

(Mpa) ffm

(Mpa) Em

(Mpa) fcc

(Mpa) fsc

(Mpa) Ec

(Mpa)

SF0A0 * 0,11 28,2 6,4 31259 21,0 2,7 28893 * 62 -

SFOA1 * 0,28 26,2 6,4 30635 23,1 2,1 29620 * 62 -

SF0A2 9780 1,38 17,8 5,8 27712 22,1 2,7 29278 125 62 0,5

SF0A3 1440 4,04 31,2 7,5 32154 22,6 3,1 29450 54 70 1,3

SF1A0 * 0,14 27,9 6,4 31167 24,6 2,7 30119 * 60 -

SF1A1 * 0,22 31,9 4,8 32356 24,8 2,6 30185 * 44 -

SF1A2 ** 0,36 22,7 5,3 29484 23,9 2,6 29888 ** 54 -

SF1A3 1500 2,20 22,5 5,4 29416 23,1 2,9 29620 31 54 1,74

SF2A0 * 0,15 27,5 5,2 31043 18,5 2,4 27979 * 51 -

SF2A1 * 0,30 38,7 6,2 34218 22,1 2,2 29278 * 55 -

SF2A2 ** 0,50 33,3 6,1 32754 17,4 2,7 27557 ** 57 -

SF2A3 660 1,93 40,3 7,5 34632 23,1 2,9 29620 14 66 4,71

* : Çatlak oluşmamış

** : Çatlak var ancak streyn-geyç’e ulaşmamış

Donatının çapında meydana gelen ve betonun çatlamasına neden olan artışın (  t , m) nümerik hesabında, sonlu elemanlar metodunun kullanıldığı bir yapısal analiz programından yararlanılmıştır. Çözüm için Şekil 8′deki 100/200 mm boyutlu betonarme deney numunesi, Şekil 9’daki gibi 2025 adet sonlu elemana ayrılmıştır.

Şekil 9.a Numunenin sonlu eleman Şekil 9.b Modelin üstten görünüşü

modeli

Bu elemanlar, hiçbir boyutunun şekil değiştirmesi diğerinin yanında ihmal edilmeyen, sekiz düğümlü, pirizmatik sonlu elemanlardır. Her düğüm noktası, üç adet öteleme ve karşılık gelen eksenler etrafında üç adet dönme ‘serbestliği olmak üzere toplam 6 adet serbestliğe sahiptir ve çözümde numunenin tabanındaki düğüm noktaları hariç bu serbestliklerin tümü kullanılmıştır. Numunenin tabanında mesnet şartı olarak, donatı elemanına ait olmayan düğüm noktalarının her üç doğrultudaki ötelenmeleri engellenmiştir. Donatı ile beton arasında oluşacak arayüz elemanının rijitliğinin, diğer elemanların toplam rijitlikleri yanında ihmal edilebilecek mertebede olduğu kabul edilmiş, arayüz elemanının rijitliği sonlu eleman modeline dahil edilmemiştir. Hesaplamalarda malzemeler lineer elastik kabul edilmiş, çeliğin elatisite modülü 2×105 MPa alınmış, beton ve harcın elastisite modülü deney sonuçlarından belirlenmiştir (tablo 5). Beton, çelik ve harç için Poisson oranının eşit olduğu kabul edilmiş, değeri 0.2 alınmıştır.

Betonarme elemanlarda, donatıda korozyon sonucu oluşan ürünün hacmi, dolayısıyla donatının çapı artmakta ve betonla temas ettiği arayüze basınç gerilmeleri uygulamaktadır. Çalışmada bu gerilmeler, düzgün yayılı yük oluşturacak şekilde bileşenlerine ayrılmış ve donatı çevresindeki düğüm noktalarından betona tekil yük olarak etkitilmiştir. Uygulanan bu iç basınç gerilmesinin şiddeti, deney numunesinde streyn-geyç’lerin yapıştırıldığı noktalardaki gerilmeler, harcın eğilme dayanımından belirlenen çekme dayanımına ulaştığı değere kadar arttırılmış, beton ve harçta çatlamaya neden olan deplasmanın iki katı, bir başka deyişle korozyon nedeni ile donatının çapındaki artış (  t , m) hesaplanmıştır. Donatının çapında sonlu elemanlar metoduyla yapılan analiz sonucunda elde edilen artış değerleri, hızlandırılmış korozyon deneylerinde çatlatılan numunelerde deneysel olarak belirlenen kayıp ( , m) değerleri ve 7 günlük süreçte donatı korozyonu nedeni ile çatlayan ve çatlağın streyn-geyç’e kadar ulaştığı numuneler için tespit edilen kritik süreler (tcr, dak.) tablo 5’verilmiştir.

3.1. DENEY SONUÇLARININ İRDELENMESİ

Hızlandırılmış korozyon deneyinde, tablo 5’te görüldüğü gibi sodyum klorür içermeyen (A0) numuneler ile karma suyu 1500 mg/L Cl- (A1) içeren numunelerde 7 günlük deney süresinde çatlak oluşmamış, 10000 mg/L Cl- içeren (A2) grubunda ise sadece SF0A2 numunelerinde 6. günün sonunda (163 saat) çatlak oluşmuş ve streyn-geyç’e kadar ulaşmıştır. Karma suyu 40000 mg/L gibi yüksek Cl- içeren (A3) grupların tüm numunelerinde çatlaklar gözlenmiştir. Bunlardan silis dumanı katkılı numunelerin kritik çatlama süresi, kontrol grubununkinden daha kısadır. Örneğin SF0A3 grubu 24. saatte çatlarken, SF1A3 grubu 25., SF2A3 grubu 11. saatte çatlamıştır. Silis dumanının beton basınç dayanımına ve geçirimliliğine olumlu etki yaptığı, ancak üretim aşamasında betona herhangi bir nedenle klorür karışması durumunda, donatı korozyonunu hızlandırdığı görülmüştür. Serbest Cl- miktarının kimyasal yolla araştırıldığı bir çalışmada, silis dumanının Friedel tuzunun çözünürlüğünü artırması nedeni ile, ortamda daha fazla serbest Cl- oluşturduğuna işaret edilmektedir. Bu durum, silis dumanının serbest Cl-’ye olumsuz etkisi olduğunun bir göstergesidir.

Hızlandırılmış korozyon deneyinden sonra betonarme numunelerden çıkarılan çelik donatılarda, korozyon sonucu oluşan ürünün donatıda hacim artışına ve dolayısı ile de betonda çatlamaya neden olduğu, donatı yüzeyinden kolayca ayrılan, gözenekli yapıdaki bu ürünün donatıda kütle kaybına ve çapın azalmasına neden olduğu görülmüştür. Karma suyuna klorür katılan gruplarda Cl- konsantrasyonu arttıkça ağırlık kaybı artmıştır. En büyük kayıp, %4.04 ile karma suyu 40000 mg/L Cl- içeren, silis dumanı katılmamış SF0A3 grubunda görülmüştür. Betona silis dumanı katılmasının, donatıdaki ağırlık kaybı bakımından olumlu etkisi, özellikle yüksek Cl- konsantrasyonlarında (A3) belirgin olarak görülmüştür. Örneğin silis dumanı katılmayan SF0A3 grubunda ağırlık kaybı %4.04 iken %10 silis dumanı katkılı SF1A3 grubunda %2.20, %20 silis dumanı katkılı SF2A3 grubunda %1.93′tür. Silis dumanı katkılı betonların donatının ağırlık kaybındaki bu olumlu etkisi, kritik çatlama süresindeki olumsuz etkisi ile çelişmektedir. Bu durum betonarmede donatının korozyonunu beton özelliklerinin belirleyeceği ve betonun sadece basınç dayanımı ile denetlenmesinin yeterli olmadığı, çekme dayanımının da denetlenmesi gerektiği görüşünü doğrulamaktadır.

Bu çalışmadaki numunelerin ve deney yönteminin özelliklerine bağlı olarak, betonda

çatlamaya neden olan deplasmanı nümerik olarak belirlemek ve bunu literatürdeki değerler

ile karşılaştırmak için sonlu elemanlar metodundan yararlanılmıştır. Bu amaçla, betonun ve

harcın-çekme dayanımına ulaştığı andaki değerler esas alınarak, çatlağın streyn-geyç’e

ulaştığı SF0A2, SF0A3, SF1A3 ve SF2A3 grupları için yapılan nümerik analizde, betonun

çatlamasına neden olan deplasman, ya da donatıdaki pas ürününün toplam kalınlığı ( t)

sırasıyla 62, 70, 54 ve 66 m olarak hesaplanmıştır. Sonlu elemanlar metodundan

yararlanılarak hesaplanan çaptaki artış ( t) değerleri, deneysel olarak bulunan kayıp ()

değerlerine oranlandığında SF0A2, SF0A3, SF1A3 ve SF2A3 numuneleri için sırasıyla, 0.5,

1.3, 1.74 ve 4.71 değerleri bulunmuştur. Serbest ortamda korozyon ürününün boyutu,

metal boyutunun yaklaşık 6 misli kadardır. Bu çalışmada, betonarme numunede donatı elemanı beton içinde bulunduğundan ve pas ürünü sıkışabilir nitelikte olduğundan hacim artışının 6 kattan daha az olması doğaldır. Deneylerden ve nümerik hesaplamalardan elde edilen sonuçlardan, donatının çapında betonun çatlamasına neden olan kritik kaybın 14-125 m gibi çok küçük değerler aldığı, bu kritik kaybın beton özelliklerine bağlı olarak değiştiği görülmüştür.

3.2. SONUÇLAR

Deneylerden ve nümerik hesaplamalardan elde edilen sonuçlara göre,

1. Beton karışımına herhangi bir nedenle klorürlerin karışması ve serbest Cl-konsantrasyonunun yüksek olması donatı korozyonunu hızlandırmış, donatı korozyonu

nedeni ile beton daha kısa sürede çatlamıştır.

2. Betona katılan silis dumanı, yüksek klorür konsantrasyonlarında donatıdaki ağırlık

kaybını azaltmasına rağmen, betonun kritik çatlama süresini kısaltmıştır. Silis dumanı

katkılı beton üretiminde malzemelerin klorür içermesi son derece sakıncalıdır.

3. Deneylerin ve nümerik hesaplamaların sonucundan, korozyon nedeni ile donatıda

meydana gelen 14-125 m gibi çok küçük kayıpların beton özelliklerine bağlı olarak beton

örtüyü çatlattığı görülmüştür. Betonarme elemanlarda donatı korozyonunun neden olduğu

hasarların hızını beton özellikleri belirlemektedir.

4. Örtü betonunun çatlamasına neden olan pas ürünü kalınlığının, beton özeliklerine

bağlı olarak sonlu elemanlar yönteminden yararlanılarak hesaplanabileceği görüşüne

varılmıştır.

4. BETONARME DEMİRLERİNİN KOROZYONUNA KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER

Pratikte betonarme demirlerinin korozyonunu önlemek için başlıca aşağıdaki önlemler alınmaktadır.

* Beton yapımı sırasında permeabiliteyi azaltıcı önlemler alınması

* Betonarme demirlerinin galvanize edilmesi veya epoksi boya ile boyanması

* Beton yüzeylerinin geçirimsiz bir malzeme ile kaplanması

* Beton içine inhibitör katılması

* Katodik koruma uygulanması

Bunların içinde basitliği ve ekonomik oluşu nedeniyle inhibitör kullanımı geniş bir uygulama alanı bulmuştur. İnhibitör olarak genellikle kalsiyum veya sodyum nitrit, potasyum kromat ve sodyum benzoat kullanılmaktadır. İnhibitör cinsinden çok dozajı önemlidir. Gereğinden daha az, inhibitör kullanılması, büyük bir katoda karşı küçük bir anot bölgesinin oluşmasına ve şiddetli korozyon olayının başlamasına neden olabilir. Diğer taraftan, bazı inhibitörlerin betonun piriz süresi ve mukavemeti gibi fiziksel özellikleri üzerine olumsuz etki yapması da söz konusudur.

Betonarme demirlerinin korozyonunun önlenmesi için en etkili yöntem katodik korumadır. Katodik koruma ile korozyona uğramış olan eski betonarme demirlerinin korozyonunu da kesin olarak durdurmak mümkündür. Ancak betonarme demirlerine katodik koruma uygulamanın da bazı sorunları vardır. Bunlardan en önemlisi anotların beton içine yerleştirilmesinde karşılaşılan zorluklardır. Beton, özellikle kuru halde iken elektriksel iletkenliği düşük olan bir elektrolittir. Böyle bir elektrolit içinde katodik koruma için üniform bir akım dağılımını sağlamak oldukça güçtür. Diğer taraftan betonarme demirleri birbirine kaynak edilmeyip telle tutturulmaktadır. Bu zayıf bağlantılar düşük voltajlı katodik koruma akımının geçişini zorlaştırır. Bazı bölgeler aşırı olarak korunurken, bazı bölgelere de akım ulaşamayabilir. Buna rağmen katodik koruma uygulaması, özellikle köprü, viyadük, iskele vb. önemli yapılarda en güvenilir çözüm yolu olarak tercih edilmektedir.

KAYNAKÇA

1. Prof. Dr. Hayri YALÇIN, Doç. Dr. Timur KOÇ, “Mühendisler İçin Korozyon” TMMOB Kimya Mühendisleri Odası yayını, Nisan 1998 Ankara

2. Gürol DEMİRBAŞ, Mustafa CEBE, “VII. Uluslararası Korozyon Sempozyumu – Deniz Suyu Ortamında Betonarme Yapılardaki Çeliğin Korozyonu” , 18-20.10.2000

3. N. YÜZER, F AKÖZ, N ÖZHENDEKÇİ, “Korozyon Bedeni İle Beton Örtüyü Çatlatan Donatıdaki Kesit Kaybının Belirlenmesi”, İMO Teknik Dergi, Yazı 194

4. Prof. Dr. M. Emin TUNA, “Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı”, Ajans Türk Basın ve Basım A.Ş., Kasım 2000

5. I. A. CALLENDER, F. GİANETTİ, “4. Uusal Beton Kongresi- Beton Teknolojisinde Mineral ve Kimyasal Katkılar- Kalsiyumnitrit Korozyon İnhibitörü ve Betonarmede Dayanıklılık”, Maya Basın Yayın 1996

Kırmızı Lahana Deneyi

06 Kasım 2007

Kırmızı Lahana Deneyi

Asitli yiyecekleri saptamak için kırmızı lahana suyu kullanabilirsiniz. Kırmızı lahana yapraklarını küçük küçük parçalayın. Bu parçaları bir tencereye koyun.

Bir büyüğünüzden tencereye kaynar su dökmesini isteyin. Yarım saat kadar soğumasını bekleyin. Tenceredekileri süzgeçten geçirin. Lahana suyunun rengine dikkat edin. Her kavonoza bir miktar dökün.

Kavanozlardan birine biraz limon ekleyin. Bir değişiklik oldu mu?

Kırmızı lahana suyuna asit eklediğimizde, rengi mordan pembeye döner. Asit içermeyen maddelerse, lahana suyunun rengini değiştirmez ya da yeşile dönüştürür.

Öbür ekşi şeyleri de kırmızı lahana suyu kavanozlarına karıştırın. Hepsi pembe renk veriyor mu? Şimdi de ekşi olmayan şeyleri ekleyin. Aralarında asitli olan var mı?

Gazoz gibi bazı asitli şeyler ekşi değildir, çünkü içlerinde çok miktarda şeker vardır.


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