Bir maddenin birim hacminin kütlesine özkütle denir. Özkütle aşağıdaki formülle hesaplanır, ölçülemez.
d=m/v
m = kütle (g)
v = hacim (cm3)
d = özkütle (g/cm3)
Özkütle maddenin üç hali (katı, sıvı, gaz) içinde ayırt edicidir. Saf bir maddenin özkütlesi bilinirse o maddenin hangi madde olduğu bilinir.
Her maddenin bir özkütlesi vardır. Bazı maddelerin özkütle değerleri;
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
Özkütlenin bağlı olduğu faktörler
Sıcaklık: Genel olarak saf bir maddenin sıcaklığı artırıldığında hacmi artar, öz kütlesi azalır. Ancak suda özel bir durum vardır. – 10 santigrat derecedeki bir miktar buz ısıtılırsa, 0C°’ ye gelinceye kadar hacmi yaklaşık % 8 oranında küçülür. Bu küçülme tüm buz eriyip sıcaklığı +4 santigrat dereceye gelinceye kadar sürer.
Basınç: Basınç ile özkütle doğru orantılıdır. Gazların özkütlesi basınç arttıkça artar.
Bir maddenin kütle ve hacmine bakarak, özkütlesi ile ilgili çıkarımlar yapmak yanlıştır. Örnek olarak su yüzeyinde ilerlemekte olan büyük bir gemi ve suya bırakıldığında dibe batan bir çivi ele alınabilir. Gemi çividen daha ağır olması su üstünde durmasını engelleyememiştir.
Özkütle ile yoğunluk,özağırlık,bağıl yoğunluk kavramlarının karşılaştırılması
Özağırlık: bir maddenin birim hacminin ağırlığıdır. Yani 1cm3 hacmindeki maddenin ağırlığıdır. Bu tanıma göre özağırlık;
r = G / V
r = özağırlık (N/cm3)
G = ağırlık (
V = hacim (cm3)
ifadesiyle verilir. Örneğin suyun özağırlığı, r = ağırlık/hacim = 0,01N/cm3 tür.
Kavram yanılgısına yol açabileceğini düşündüğümüz bir diğer kavramda yoğunluktur. Gerekli literatür taramasını yaptığımızda yoğunluk, özkütle aynı kavramlar olmakta, asıl karıştırılan özkütle ve bağıl yoğunluk kavramlarıdır.
Bağıl yoğunluk (göreceli yoğunluk); Bir maddenin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna oranıdır. Birimsizdir. Genellikle kömür ve çeşitli yakıtların tanımlanmasında kullanılır. Yakıtın bileşimini belli eder.
Bazı maddeleri birbirinden ayırt etmek kolaydır.Örneğin su ile sütü birbirinden kolaylıkla ayırt edebiliriz.Fakat etil alkol ile suyu kolay kolay ayırt edemeyiz. Maddeleri birbirinden ayırt ede bilmek için özkütle, erime noktası, donma noktası, esneklik ve özısı gibi ayırt edici özelliklerden yararlanılır. Bir maddenin birim hacminin kütlesine özkütle veya yoğunluk denir.Birim hacim olarak 1 cm3, kütle birimi olarak da g alırsak, özkütle birimi g/cm3 olur.
Bir maddenin kütlesi(m) hacmi(v) bilinirse ;o maddenin özkütlesi (d), d=m/v bağıntısı ile bulunabilir. Bir maddenin kütlesi ile hacmi orantılı olarak değişmektedir.Aynı madde için kütlenin hacme oranı sabittir.
Uluslar arası birim sisteminde (SI) kütlenin birimi kg hacmin birimi m3 tür. Buna göre özkütlenin birimi kg/m3 olur. Yani hacmi 1m3 olan cismin kütlesi, özkütleyi verir.
Günlük yaşantıda ve laboratuar ortamında kütle birimi olarak gram (g) , hacim birimi olarak litre (L)veya santimetreküp (cm3) kullanılmaktadır.Buna göre özkütle birimi g/L veya g/cm3 olmaktadır.
Katıların Özkütlesi
Özkütlenin ölçülebilmesi için önce kütle ve hacim ölçülmesi gerekir. Kütle ve hacim ölçülmesi katı, sıvı ve gazlarda farklı yöntemlerle yapılmaktadır.
Katılar geometrik bir şekle sahip olduklarında, boyutları ölçülerek hacim hesaplanır. Kütlede eşit kollu terazi ile ölçülür. Kütle/hacim oranından özkütle bulunur.
Sıvıların ÖzkütlesSıvıları birbirinde ayırt etmenin en kolay yolu yoğunluğunu bulmaktır.Sıvıların yoğunluğu dansimetre yada piknometre ile ölçülür.
Kütle/hacim oranı sıvının miktarına değil, türüne bağlıdır.Bu yüzden farklı olan sıvı maddelerin kütle/hacim oranları da farklıdır.Özkütle sıvılar için ayırt edici bir özelliktir.
Sıvı karışımının özkütlesi bulunurken sıvıların birbiri içinde çözünüp, çözünmediğine dikkat etmeliyiz.Sıvılar birbiri içinde çözünüyorsa hacim küçülmesi olur, çözünmüyorsa olmaz.
Eğer sıvılar birbiri içinde çözünmüyorsa karışımın özkütlesi:
dk = mtop / vtop = m1 + m2 / v1 + v2 bağıntısından bulunur.
Karışımdaki sıvıların hacimleri eşit ise :
Dk = m1 + m2 / v1 + v2 = d1v + d2v / v + v bağıntısından bulunur.
Karışımdaki sıvıların kütleleri eşit ise:
Dk = m1 +m2 / v1 +v2 = m + m / m / d1 + m / d2 bağıntısından bulunur.
Gazların Özkütlesi
Gazların kütle/hacim oranını ölçmek,katı ve sıvılara göre oldukça zordur. Çünkü gazların çok büyük hacimleri doldurması kütlenin ve hacmin ölçülmesini güçleştirir.Ayrıca gazların hacimleri sıcaklık ve basınç etkisi ile önemli ölçüde değişmektedir.Bu nedenle gazların özkütlesi sabit değildir.