Bakır (II) sülfat ve su

Bakır (II) sülfat saf haldeyken renksiz iken su ile temas ettiğinde beş adet su molekülünü kendi çevresinde toplar ve mavi renk alır. Bu tepkime endotermik midir yoksa ekzotermik midir? Su moleküllerini kristalden ayırmak için daha önceki deneylerin birinde gaz ocağı kullanmıştım, yani bu işlem endotermikti. Bu durumda tersinin ekzotermik olmasını bekleyebiliriz.

Deneyde kullandığım malzemeler:

• Raspberry pi ve dijital termometre: Eğer grafik elde etmek yerine sadece değişim gözlenmek istenirse normal bir termometre yeterli olacaktır.
• Bakır (II) sülfat ($\mathrm{Cu(II)SO_{4}}$): Bunu daha önceki bir deneyde üretip kenara koymuştum.
• Bir kap içinde bir miktar su

Deneyin yapılışı:

Termometreyi su dolu kaba koyup veri toplama işlemi başlatılır. Ardından suya biraz bakır (II) sülfat eklenir ve kayda devam edilir. Bu sırada su mavileşir ve termometrede sıcaklığın yükseldiği görülür.

Bu deneyde topladığım verilerle yukarıdaki grafiği çizdirdim. Görüldüğü gibi başlangıçta su sabit sıcaklıktayken (oda sıcaklığında) kaba bakır (II) sülfat eklendiğinde tepkime başlıyor ve oluşan çözeltinin sıcaklığı bir kaç saniye içinde 10 °C kadar artıyor ve sonra tekrar azalmaya başlıyor. Bakır (II) sülfat suyla temas ettiğinde kaptaki suyun sıcaklığı arttığına göre bu tepkime çevreye (kaptaki suya) ısı vermektedir, yani ekzotermiktir. Ekzotermik tepkime bittikten sonra da suyun sıcaklığı oda sıcaklığından yüksek olduğundan sıcak ortamdan daha soğuk ortam olan odaya ısı akışı nedeniyle suyun sıcaklığı azalıyor.

Buzun erimesi

Okulda öğrendiğimiz bilgilere göre saf katı bir madde erirken sıcaklık sabit kalır. Bunu basit bir şekilde gözleyip gözleyemeyeceğimi buz ile denemek istedim.

Deneyin amacı: Buzun erimesi sırasında sıcaklığın sabit kaldığını gözlemek. 

Deney için gerekenler: 

• Bir kap içinde su
• Termometre
• Derin  dondurucu 

Deneyin yapılışı:  Bir kap su içinde termometre olacak şekilde derin dondurucuya konur. Su tamamen donduktan sonra kap dondurucudan çıkarılır ve ölçümlere başlanır.

Bu deneyde ölçüm kısmı periyodik ve rahat olsun diye raspberry pi ve buna bağlı bir dijital termometre kullandım. Bu termometrenin yapılışını ve sisteme eklenmesini başka bir yazımda anlatmıştım. 

Aşağıdaki grafikte su sıcaklığının deney sırasında zamana göre değişimini görülmekte.

Termometre arada çok yanlış ölçümler yapabiliyor. Bunun nedenini henüz bilmiyorum ama bu hatalı ölçümler dosyadaki verilerin arasında kolaylıkla ayırt edilebiliyor. Grafiği hazırlamadan önce bu aşırı ölçümleri (-1.125 °C) dosyadan sildim ve yukarıdaki resmi elde ettim. Gafikte üç değişik bölge rahatlıkla görünmekte. 

1. Suyun katı halde olduğu soldaki bölge: Sıcaklık sabit bir hızla sürekli artıyor.
2. Sıfır derecenin az üzerinde sabit bölge: Tam sıfır derece olmaması deney için çok önemli değil, termometrenin hata payı zaten  0.5 °C. Önemli olan bu bölgede sıcaklığın hemen hemen sabit olması.
3. Sıcaklığın yeniden artmaya başladığı bölge: Bu bölgede su artık tamamen sıvı haldedir.

Termometrem böylece ilk denemeyi başarıyla geçmiş oldu.  

Bakır (II) sülfat ($\mathrm{Cu(II)SO_{4}.5H_{2}O}$) ve renk değişimi

Bakır (II) sülfat ($\mathrm{Cu(II)SO_{4}}$) renksiz ve yanıcı olmayan bir tuzdur. Doğada bu haliyle bulunmaz ama. Bunun yerine $\mathrm{Cu(II)SO_{4}.5H_{2}O}$ şeklinde beş su molekülüyle beraber ender olarak sıcak yerlerde bulunur çünkü bu tuz suda çok iyi çözünür. Daha önceki bir deneyde de gördüğümüz gibi doğada bulunan şekliyle mavi renkte olan bu bileşiği bu deneyde su moleküllerinden arındırarak renksiz hale gelmesini ve sonra tekrar su ile birleştirerek mavi renge yeniden kavuşmasını gözleyeceğiz.

Bakır (II) sülfat kristaldeki iki su molekülünü 95 °C'ta, diğer iki su molekülünü 116 °C'ta ve son su molekülünü de 200 °C'ta kaybeder ve bu sırada da renksiz $\mathrm{Cu(II)SO_{4}}$ haline geçer. Bu tersinir bir reaksiyondur yani renksiz bakırsülfatı suya koyarsak yeniden mavi rengine kavuşur çünkü tekrar $\mathrm{Cu(II)SO_{4}.5H_{2}O}$ formuna geçer.

Deney için gerekenler:

• Bakır (II) sülfat ($\mathrm{Cu(II)SO_{4}.5H_{2}O}$)
• Gaz ocağı
• Su

Deneyin yapılışı: 

Bakır (II) sülfat tuzu toz haline getirilerek metal bir ısıtma kabına konur. Toz halindeyken dönüşüm daha hızlı oluyor. Sonra kap gaz ocağında ısıtılır. Kısa sürede renksiz bölgeler oluşmaya başlar ve birkaç dakika içinde bütün toz su moleküllerinden arınır. Arada bazı büyük parçalar tekrar ufalanmak istenirse dikkat etmek lazım çünkü buharlaşan su çok sıcaktır ve yanma tehlikesi vardır.

Toz tamamen renksiz hale geldiğinde soğumaya bırakılır ve daha sonra da suya tekrar dökülerek suyun mavi renge bürünmesi gözlenebilir.

Bakır (II) sülfat ile çalışırken daha önceki deneydeki uyarılara uymak gerekir.

Aşağıda deneyin videosunu görebilirsiniz.

Manyetik alan çizgileri

Deney için gereken malzemeler:

• Birkaç tane mıknatıs
• Demir tozu (demir talaşı da kullanılabilir)

Deneyin yapılışı:

Bu deneyde de neodym mıknatıslar kullandım ve bu mıknatısları güvenli bir şekilde sabitlemek için LEGO taşlarından yararlandım. LEGO zeminin üzerine de düz bir yüzey elde etmek için bir ayna ve aynanın üzerine de beyaz bir kağıt koydum. Bunlar yerine başka aletler de kullanılabilir. Daha sonra demir tozlarını hafifçe kağıdın üzerine serpiştirmeye başladım. Demir tozları kağıdın üzerinde mıknatısların konumuna göre oluşan manyetik alan boyunca dizilmeye başladılar. Demir tozları bu sırada sadece kağıt üzerinde değil ayrıca yukarıya doğru da diziliyor. Bu da manyetik alanın üç boyutlu olduğunu gösteriyor. 

Aşağıda deneyin videosunu izleyebilirsiniz.

Basit bir roket

Deney için gereken malzemeler:

• Sirke
• Kabartma tozu
• Fotoğraf filmi saklama kabı

Deneyin yapılışı: Film saklama kabına üç kaşık sirke ve bir kaşık kabartma tozu konulur. Kabın kapağı iyice kapatılır ve kısa süre çalkalanır. Sonra güvenli bir mesafeden roketin havalanışı gözlenir. 

Film kabı neden havalanıyor? Sirke ve kabartma tozu kimyasal tepkimeye girdiğinde açığa karbondioksit gazı ($\mathrm{CO_{2}}$) çıkıyor. Bu gaz kabın içindeki basıncın artmasına yol açıyor ve kapağı itiyor. Kutu kapak altta olacak şekilde yere konulduğundan bu ani basınç kutuyu havaya fırlatıyor.

Aşağıda Ümit'in deneyi nasıl yaptığını görebilirsiniz. Kap, rokete daha çok benzesin diye kartondan külah yapılıp kutuya yapıştırılabilir de. 

Roket deneyi

Gauß tüfeği

Mıknatıslarla yapılabilecek başka bir deney daha.

Burada bir hat üzerine güçlü mıknatıslar birbirlerinden yeteri kadar uzakta duracak şekilde dizdim. Mıknatısların önüne birkaç tane metal (ama mıknatıs tarafından çekilen) top koydum. Mıknatısın arkasına ise metal top koymadım. 

Ümit elindeki metal topu hafifçe ilk mıknatısa doğru yuvarladığında bu top mıknatısın çekim kuvveti sayesinde hızlanıyor ve kinetik enerji kazanıyor. Mıknatısla çarpıştığı anda enerjisinin bir kısmını mıknatısın önündeki topu çekim kuvvetinden kurtarmak için harcıyor. Bu top mıknatıstan biraz daha uzakta olduğundan bütün enerji kullanılmıyor ve artan kısım bu topun harekete başlangıçtaki kinetik enerjisini oluşturuyor. Bu şekilde her kademede harekete geçen top bir öncekinden daha da hızlı oluyor. 

Aşağıda deney videosunu görebilirsiniz. Deney sırasında bana yardımcı olan Ümit'in anlattığı şeylerin deneyle ilgisi yoktur.

Deney videosu

Rastgele salınımlı manyetik sarkaç

Elimdeki mıknatıslarla uzun zamandır bir deney yapmak istiyordum. ROMP adlı oyuncağı görünce bunu yapabileceğimi düşündüm. Önce zayıf mıknatıslarımı kullanarak basit bir düzenek oluşturdum. Masanın üzerine hepsini aynı kutupları yukarı gelecek şekilde bant ile yapıştırdım. Sonra da bir başka mıknatısı aynı kutup aşağı gelecek şekilde bir ipe bağladım. Böylece masadaki mıknatıslar sarkacı sürekli iteceklerdi. Sanırım deney için bu özellik şart değil ama bunun sarkacı daha uzun süre hareketli tutacağını düşündüm.

Sonra aynı deneyi çok daha güçlü mıknatıslarla yapmaya karar verdim. Bunlar sarkacı çok daha şiddetli iteceğinden salınım daha uzun sürer diye bekledim. Bu kadar güçlü mıknatısları bantla masaya tutturamayacağımdan başka bir çözüm aradım ve aradığımı LEGO kutusunda buldum. Takılı parçaları sökmeye çalışırken fark ettim ki bu iş hiç kolay değilmiş. O zaman mıknatıslara da dayanabilirler diye ümit ettim ve umduğum gibi oldu. 

Bu deneyi güçlü mıknatıslarla yapmayı düşünenlere küçük bir uyarım var. Bu mıknatıslar birbirlerini çok güçlü çektikleri için sürekli parmakların ya da başka organların ezilme riski var. Aşağıda deneyin videosunu görebilirsiniz.

Deney videosu