Tuzlu Su Buharlaştırma Deneyi Nasıl Yapılır?

Deneyin amacı ve ayırma ilkesi

Deneyin amacı, tuzlu sudaki suyu ve tuzu buharlaştırma yoluyla ayırma ilkesini gözlemlemektir. Buradaki ayırma, maddelerin farklı fiziksel özelliklerinden yararlanır: Su uygun koşullarda sıvı hâlden gaz hâline geçebilir, yemek tuzu ise deney koşullarında uçup gitmez ve katı olarak kapta kalır.

Tuzlu su ısıtıldığında su tanecikleri daha hızlı hareket eder. Yüzeye ulaşan bazı su tanecikleri sıvıdan ayrılıp su buharı olarak havaya karışır. Su azaldıkça çözeltide kalan tuzun yoğunluğu artar. Yeterince su uzaklaştığında tuz, kabın dibinde katı ve çoğu zaman kristalli bir görünüm kazanır. Örneğin başlangıçta berrak görünen tuzlu suyun seviyesi düşer; deneyin sonunda aynı kapta beyazımsı tuz kalıntıları veya küçük kristaller görülür. Bu nedenle deney, suyun tamamen yok olduğunu değil, buhar olarak ortamdan uzaklaştığını gösterir.

Suyun da toplanarak geri kazanılması istenirse farklı bir ayırma yöntemi olan damıtma yöntemi ve tuzlu sudan suyun geri kazanılması ele alınır.

Çözeltiyi oluşturan maddeler

Tuzlu su bir çözeltidir; çözelti, bir maddenin başka bir madde içinde tanecik düzeyinde dağılmasıyla oluşan homojen karışımdır. Bu deneyde su çözücü, tuz ise çözünendir. Çözücü, çözünür maddeyi dağıtan ve genellikle miktarı daha fazla olan bileşendir; çözünen ise çözücü içinde dağılan maddedir. Tuz suya eklendiğinde tuz tanecikleri suyun içinde dağılır ve gözle tek tek ayırt edilemeyen tuzlu su oluşur.

Isıtma sırasında su çözeltiden ayrılır, fakat tuz tanecikleri kabın içinde kalır. Su miktarı azaldıkça aynı miktardaki tuz daha az su içinde bulunur. Bir süre sonra su, tuz taneciklerini çözünmüş hâlde tutamayacak kadar azalır ve tuz katı hâlde çökmeye ya da kristaller oluşturmaya başlar. Bu yüzden deney sonunda geride kalan katı madde, başlangıçta suya eklenen tuzdur; yeni bir madde oluştuğu sonucuna varılmaz.

Gerekli malzemeler ve deney düzeneği

Deney için bir miktar su, yemek tuzu, ısıya dayanıklı ve sığ bir kap, karıştırma çubuğu veya kaşık, ölçmek için bir kap ve güvenli bir ısı kaynağı gerekir. Gözlemleri yazmak için kâğıt ve kalem de hazır bulundurulmalıdır. Sığ kap, suyun geniş bir yüzeyden buharlaşmasına ve değişimin daha kolay fark edilmesine yardımcı olur.

Önce tuzlu su hazırlanır ve sığ, ısıya dayanıklı kabın içine aktarılır. Kap, devrilmeyecek biçimde ısı kaynağının üzerine yerleştirilir. Elektrikli ısıtıcı tercih edilmeli; düzenek öğretmen veya bir yetişkinin gözetiminde kurulmalıdır. Kabın çevresinde kâğıt, plastik ve kolay tutuşan başka maddeler bulunmamalı, ısıtma sırasında kabın başından ayrılınmamalıdır.

Deneyin uygulama basamakları

İlk olarak deneyde kullanılacak kabın temiz ve kuru olduğundan emin olunur. Küçük bir miktar suya bir miktar yemek tuzu eklenir ve tuz görünür katı parçalar kalmayıncaya kadar karıştırılır. Böylece tuzun su içinde dağıldığı tuzlu su çözeltisi hazırlanır. Hazırlanan çözeltinin başlangıçtaki görünümü ve yaklaşık seviyesi not edilir.

Tuzlu su sığ ve ısıya dayanıklı kaba aktarılır. Kap güvenli ısı kaynağına yerleştirilir ve karışım gözlem altında ısıtılır. Isıtma sırasında suyun yüzeyinde hareketlenme, buhar çıkışı ve sıvı seviyesinde azalma olup olmadığı izlenir. Sıvı tamamen bitmeden veya kap aşırı ısınmadan ısıtma durdurulabilir; amaç kabı boş yere uzun süre ısıtmak değil, su azalırken tuzun geride kaldığını gözlemlemektir.

Isı kaynağı kapatıldıktan sonra kaba dokunulmaz ve kabın güvenli biçimde soğuması beklenir. Soğuyan kabın dibinde veya kenarlarında kalan katı madde incelenir. Örneğin başlangıçta homojen ve berrak olan karışımda önce sıvı seviyesi düşebilir, daha sonra dipte ince bir tabaka ya da küçük tuz kristalleri oluşabilir. Bu gözlemler sırasıyla kaydedilir; başlangıç, ısıtma ve soğuma sonrasına ait notlar birbirine karıştırılmaz.

Buharlaşma ile kaynama aynı olay değildir: Buharlaşma sıvının yüzeyinde ve farklı sıcaklıklarda gerçekleşebilir, kaynama ise sıvının her yerinde kabarcıkların oluştuğu daha hızlı bir hâl değişimidir. Bu deneyde gözlenen temel ayırma, suyun sıvı hâlden gaz hâline geçmesidir.

Gözlemler ve deney sonucu

Deneyin başında tuzlu su genellikle berrak görünür ve tuz gözle ayrı bir katı olarak seçilmez. Isıtma başladığında suyun yüzeyinde hareketlenme görülür ve su buharlaşmaya başlar. Zaman geçtikçe kaptaki sıvı miktarı azalır. Bu aşamada tuz hâlâ çözeltinin içinde bulunabilir; yalnızca suyun bir bölümü ortamdan uzaklaşmıştır.

Su miktarı daha da azaldığında kabın dibinde beyazımsı lekeler, ince bir tuz tabakası veya küçük kristaller ortaya çıkabilir. Kristallerin şekli ve büyüklüğü, suyun ne kadar hızlı uzaklaştığına ve kabın içinde ne kadar su kaldığına bağlı olarak değişebilir. Kabın soğumasından sonra katı kalıntının daha kolay görülmesi, gözlem sırasının neden önemli olduğunu gösterir.

Sonuç olarak suyun miktarı azalmış, tuz ise kapta kalmıştır. Bu sonuç, karışımı oluşturan maddelerin ısıtma karşısındaki davranışlarının aynı olmadığını gösterir. Örneğin başlangıçta sıvı seviyesini kabın yüksekliğiyle karşılaştırarak not eden bir öğrenci, ısıtma sonrasında seviyenin düştüğünü ve aynı anda dipte katı tuz oluştuğunu karşılaştırabilir. Deney sonucu, suyun buharlaştığını; tuzun ise çözeltiden ayrılarak katı hâlde kaldığını destekler.

Buharlaşma ve tuz kristallerinin oluşumunun açıklanması

Buharlaşma, bir sıvının yüzeyindeki bazı taneciklerin çevreye geçerek gaz hâline gelmesidir. Isıtma, su taneciklerinin hareket enerjisini artırır. Yeterli enerji kazanan yüzey tanecikleri, sıvı içinde kalmak yerine su buharı olarak ortamdan uzaklaşabilir. Bu nedenle deney sırasında suyun seviyesi düşer ve kabın içindeki sıvı miktarı giderek azalır.

Tuzun davranışı farklıdır. Tuz suda çözündüğünde tuz tanecikleri suyun içinde dağılır; su buharlaşırken bu tanecikler buharla birlikte havaya taşınmaz. Çözeltide su azaldıkça tuz tanecikleri birbirine daha yakın hâle gelir. Su, tuzu çözünmüş durumda tutamayacak kadar azaldığında tuz tanecikleri düzenli bir katı yapı oluşturarak kristallenir. Kristallerin oluşması, tuzun yeni bir maddeye dönüştüğü anlamına gelmez; çözünmüş tuzun yeniden katı hâle geçmesidir.

Örneğin bir kapta başlangıçta su ve tuz birlikte bulunurken ısıtma sonunda su buharı gözlenir ve dipte katı tuz kalır. Burada suyun hâli değişmiştir; sıvı sudan gaz hâlindeki su buharına geçmiştir. Tuz ise çözeltide dağılmış hâlden katı kristal hâline dönmüştür. Böylece deney, bir karışımın bileşenlerinin fiziksel özelliklerinden yararlanılarak ayrılabileceğini gösterir.

Güvenli deney uygulaması

Isıtılan kap ve içindeki tuzlu su yanıklara neden olabileceği için deney küçük miktarlarla, öğretmen veya yetişkin gözetiminde yapılmalıdır. Kap çıplak elle tutulmamalı; ısıya dayanıklı tutacak kullanılmalı ve yüzün kaba yaklaştırılmaması gerekir. Isıtma sırasında karışım sıçrayabileceğinden kap aşırı doldurulmamalı, düzenek devrilmeyecek şekilde kurulmalı ve ısı kaynağı açıkken başından ayrılınmamalıdır.

Deney bitince önce ısı kaynağı kapatılır, ardından kap tamamen soğuyuncaya kadar beklenir. Sıcak kaba soğuk su dökmek veya hemen taşımaya çalışmak tehlikelidir. Soğuyan kap temizlenir, dökülen tuzlu su silinir ve kullanılan araçlar yerlerine kaldırılır. Tuzlu su içilmemeli, deney malzemeleri yiyecek hazırlama amacıyla kullanılmamalı ve elektrikli ısı kaynağı ıslak elle çalıştırılmamalıdır.