Kütle ve Hacim nasıl her zaman doğru orantılı olabilir ki? Bir maddenin hacmini aynı bırakıp yalnızca kütlesini arttıramaz mıyız?

Yoğunluk: Yoğunluk veya özkütle; fizikte ve kimyada, belirli sıcaklık ve basınç altında birim hacimdeki madde miktarıdır. Formülü m/v yani kütle/hacimdir.^[1]

Sabit sıcaklık altında saf bir maddenin kütlesi ile hacmi orantılıdır. Kütle/hacım oranı yoğunluğu verir ve yoğunluk saf maddeler için sabit sıcaklık ve basınç altında sabittir. Çakıl taşı saf madde olmadığı icin iyi bir örnek olmadığından(emin degilim) saf altın üzerinden örnekleme isterim.

Altın bir kolye düşünelim. Ama saf altın olduğundan emin değiliz. Saflığı anlamak için en basit yol yoğunluk hesaplamaktır. Saf altın dediğimiz şey atomlarının çoğunluğunun altın atomundan oluşmasıdır. Ve her bir altın atomu yaklaşık olarak aynı kütle ve hacimdedir. Eğer kolye içinden altından daha ağır bir element olsaydı kolyenin hacmi aynı kalsa da kütlesi artabilir. Bu durumda kütle/hacim oranı da değişir. Ama bu durum başta yaptığımız tanıma uymayacaktır çünkü artık elimizdeki kolye saf madde değildir.

Şimdi elimizde iki tane aynı hacimde kolye olsun. Ama biri -150 °C ta olsun diğeri +150°C değerde olsun. Ve bu koşul altında ikisinin hacmi eşit olsun. Bu durumda soğuk olanın hacminin oda sıcaklığındaki haline göre belli bir miktar azaldığını varsayabiliriz. Aynı şekilde sıcak olanın da hacminin oda sıcaklığına göre artacağını varsayabilirz. Bu durumda hacimleri eşit işte soğuk olan cismin daha ağır olduğunu söyleyebiliriz. Daha iyi anlatmak için bir koli buluşturulmuş gazete kağıdı düşünelim. Soğuk ortamda gazete kağıtlarını sıkıştıran bir makine olsun. Gazeteler sıkışınca daha az yer kapladılar. Ama kutu boş kaldığı için biraz daha gazete ekledik ve kutunun içindeki gazete ağırlığı arttı. Aynı şekilde sıcakta gazeteleri sıcakta daha şişkin yapan bir makine alalım. O zaman da sıcakta genişletecek ve bazı gazeteler kutudan düşecektir. Bu yüzden de sıcakta daha hafif olacaktır. Yani hacım sabit tutulup sıcaklık artarsa birim hacimdeki madde miktarı artacağından çoğu durumda cismin kütlesi de artar.

Peki bir şekilde sabit sıcaklık ve basınç altında saf bir maddenin kütlesini artırabilirsek ne olur?

Cevap çok basit. Yeni bir madde elde etmiş oluruz. Kütle/hacim oranı dediğimiz şey maddeler için ayırt edicidir. Ve bir şekilde saf bir maddenin sabit koşullar altında kütle/hacım oranını değiştirirsek yeni bir madde elde etmiş oluruz.