Basınç Tanımı Nedir (Kimyada)
Basınç, birim alana uygulanan kuvvet olarak tanımlanır. Örneğin, bir çatının üzerindeki karın yarattığı basınç, karın ağırlığının çatının alanına bölünmesiyle hesaplanır. Kimyada basınç genellikle gazlardan kaynaklanır. Bir balonu şişirdiğinizde, içerisine gaz koymuş olursunuz. Gaz molekülleri birbirine ve balonun duvarlarına çarpar. Her bir molekülün balona uyguladığı kuvvet çok küçük olmasına rağmen, yeterince hava koyduğunuzda tüm çarpışmalar birikir ve balonu genişleterek büyütür.
Vakumun Anlamı
Basıncın yokluğu vakum olarak adlandırılır. Yüzyıllar boyunca insanlar, vakumların imkansız ve doğal olmadığını düşünmüşlerdir: “doğa vakumu sevmez.” Ancak bu doğru değildir. Madenciler, suyu yalnızca yaklaşık 10 m yükseklikte bir borudan pompalayabildiklerini fark ettiler; pompanın üst kısmındaki vakum suyu daha yükseğe kaldırmak için yeterince güçlü değildi. 1641’de Berti, evinin yanında yaklaşık 13 m uzunluğunda bir boru inşa etti ve içini su ile doldurdu. Borunun üstü kapatıldı ve altı büyük bir kova içine yerleştirildi. Borunun altına suyun kova içine akabilmesi için bir delik açtı. Su aşağı doğru akmaya başladı ve su kolonu yaklaşık 10.3 m yüksekliğe ulaştıktan sonra durdu.
Torricelli, daha sonra Galileo’nun bir arkadaşı olan, bu deneyi daha da geliştirdi. Civa kolonunun (Berti’nin deneyindeki su kolonuna benzer) 760 mm yüksekliğe ulaşacağını fark etti. Su yoğunluğu 1 g/mL iken, civa yoğunluğu 13.5 g/mL’dir. Bu yüzden 10.3 m / 13.5 = 763 mm sonucunu elde etti. Buradan sıvı kolonunun, üzerindeki vakumun çekişiyle değil, kovanın açık yüzeyindeki havanın (atmosferin) ağırlığı ile desteklendiğini sonucunu çıkardı. Civa, su ve hava kolonlarının ağırlıkları eşitti. Geleneksel olarak, basınç bir barometre ile ölçülüyordu; bu, başlangıçta sıvı bir kolon olan bir tüptü. Sıvının yüksekliği arttıkça dış basınç da artıyordu. Barometreler, hava durumunu tahmin etmek için basıncı ölçmekte kullanılabilir. Genellikle düşük basınç yağmur veya fırtına anlamına gelir.
Basıncı Nasıl Ölçeriz?
Basıncı ölçmek için sıvı kolonları veya diğer yöntemler kullanabiliriz. Bir yöntemde, içinde vakum bulunan küçük esnek bir kap kullanılır; bu kap, yaylar tarafından çökmesini engeller. Bu kap, basınca bağlı olarak genişler veya daralır ve bu değişiklik ölçülebilir. Artık daha küçük ve basit elektrikli barometreler de mevcuttur.
Hangi Birimleri Kullanmalıyız?
Basınç için birçok farklı birim bulunmaktadır! Geleneksel birimlerden biri torr veya mmHg’dir. Bu, civa kolonunun yüksekliğini ifade eder. Atmosferik basınç yaklaşık 760 torr veya mmHg’dir. Ayrıca mmH2O gibi birimleri de görebilirsiniz; bu, aynı kavramı kullanır, ancak burada su civa ile kıyaslandığında daha az yoğun olduğu için atmosferik basınç yaklaşık 10.3 mH2O’dur.
Daha modern birimler de bulunmaktadır. SI birim sisteminde Pascal kullanılır: 1 Pa = N/m². Genellikle daha kullanışlı birimlerden biri bar’dır: 1 bar = 10⁵ Pa. Önceden karşılaşmış olabileceğiniz başka bir birim atmosferdir: 1 atm = 1.01325 bar = 760 torr. Atmosferik basınç ortalama atmosfer basıncına yakındır.
Basınç birimleri kullanırken, bu kadar çok birim olduğundan, birimlerinizi kontrol etmek ve doğru bir şekilde iptal ettiklerinden emin olmak önemlidir (daha fazla bilgi için Boyutsal Analiz’e bakın). Hesaplamalarınızda SI birimleri kullanıyorsanız (kuvvet N, kütle kg vb.), basıncınız muhtemelen Pa cinsinden çıkacaktır.
Basıncı Nasıl Kontrol Ederiz?
Sıklıkla basıncı kontrol etmek, atmosferik basınçtan daha yüksek veya daha düşük hale getirmek isteriz. Örneğin, kimya endüstrisinde birçok reaksiyon yüksek basınçlarda gerçekleştirilir. Laboratuvarlarda, bir sıvıyı bir filtreden çekmek veya bir çözücüyü buharlaştırmak için düşük basıç kullanabiliriz. Hava ile reaksiyona giren molekülleri incelemek istiyorsak, kimyasalları eklemeden önce kaplarımızdaki havayı tamamen çıkararak “hava geçirmeyen” kimya yapmak için vakum tekniklerini de kullanabiliriz. Fizik ve kimyada kullanılan birçok önemli alet, elektron mikroskopları gibi, yalnızca vakum altında çalışır.
Vakum oluşturmak için genellikle havayı çıkarmak için bir pompa kullanırız. Hiç gaz molekülü bulunmayan mükemmel bir vakum oluşturmak mümkün değildir, ancak molekül sayısını oldukça düşük seviyelere indirebiliriz. Ultrahigh vakum veya yüksek vakum elde etmek için iki veya daha fazla farklı pompa türü kullanabiliriz. Bazı pompalar, gazın daha büyük bir alana genişlemesine ve ardından tahliye edilen alandan ayrılmasına olanak tanıyarak hacmi sürekli olarak genişletir. Alternatif olarak, gaz moleküllerini bir yüzeye emerek tahliye edilen alandan çıkarmak mümkündür. Evlerde kullanılan normal vakum makineleri yaklaşık 0.2 atm’de çalışırken, bir laboratuvardaki ultrahigh vakum 100 nPa civarında olabilir.
Çok yüksek basınçlar oluşturmak için bilim insanları bazen elmas anvil kullanır. Örneğin, kayaların oluşumunu inceleyen jeokimyacılar, iki küçük, sivri elmasın (bir nişan yüzüğünde olduğu gibi) uçları arasına biraz su ve mineral tozu koyabilir. Ardından elmasları birbirine doğru iterek, kuvveti yalnızca elmasların küçük uçlarına yoğunlaştırır ve bu sayede basınç çok yüksek, 3 milyon atm gibi bir değere ulaşır. Elmaslar şeffaf olduğundan, bilim insanları olan biteni elmasın içinden izleyebilirler.
Kaynak: 1