Safsızlık

Safsızlık, belirli miktarda sıvı, gaz veya katı kimyasal içinde o kimyasalın genel içeriğinden farklı yabancı kimyasallar bulunmasıdır.

Safsızlıklar, kimyasal veya ticari bir ürünün sentezi sırasında doğal olarak oluşur veya eklenir. Üretim sırasında, maddeye kasıtlı olarak, kazara veya kaçınılmaz olarak çeşitli kirlilikler eklenebilir.

Bir malzemedeki safsızlık seviyeleri genellikle göreceli terimlerle tanımlanır. Standartlar, imal edilmiş bir üründe izin verilen çeşitli safsızlık seviyelerini tanımlamaya çalışan çeşitli kuruluşlar tarafından oluşturulmuştur. Bir maddenin saflığı ancak bir diğer madde referans alınıp referans maddeyle kıyaslanması sonucunda belirlenebilir

Yıkıcı safsızlıklar

Kirlilikler, malzemenin çalışma niteliğini engellediklerinde yıkıcı olabilir. Örnek olarak kül, metallerdeki döküntüler ve kağıtlardaki yaprak parçacıkları verilebilir. Safsızlıkların giderilmesi genellikle kimyasal olarak yapılır. Örneğin, demir üretiminde, demir cevherinden silikon dioksiti çıkarmak için yüksek fırına kalsiyum karbonat eklenir. Bölge arıtma, yarı iletkenlerin saflaştırılması için ekonomik olarak önemli bir yöntemdir.

Bununla birlikte, bazı safsızlıklar fiziksel yollarla giderilebilir. Bir su ve tuz karışımı, damıtma ürünü olarak su ve katı tuz olarak damıtma yoluyla ayrılabilir. Safsızlıklar genellikle sıvılardan ve gazlardan fiziksel olarak çıkarılır. Kum partiküllerinin metal cevherinden uzaklaştırılması katı maddelere bir örnektir.

Hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, genellikle bir safsızlığı malzemeden tamamen ayırmak imkansızdır. Safsızlıkların tamamen çıkarılmasının imkansız olmasının nedeni termodinamik niteliktedir ve termodinamiğin ikinci yasası tarafından tahmin edilmektedir. Kirlilikleri tamamen çıkarmak, sistemin entropisini sıfıra indirmek anlamına gelir. Bu, termodinamiğin ikinci yasasının öngördüğü gibi sonsuz miktarda iş ve enerji gerektirecektir. Teknisyenlerin yapabileceği şey, bir malzemenin saflığını olabildiğince %100'e yakın veya ekonomik olarak mümkün olduğu kadar artırmaktır.

Safsızlıklar ve çekirdeklenme

Saf olmayan bir sıvı erime noktasına kadar soğutulduğunda, faz geçişine giren sıvı, safsızlıklar etrafında kristalleşir ve kristal bir katı hâline gelir. Kirlilik yoksa, sıvının saf olduğu ve katı hale gelmeden erime noktasının altında aşırı soğutulabileceği söylenir. Bunun nedeni, sıvının etrafında yoğunlaşacak hiçbir şeyin olmaması, bu nedenle katı, doğal bir kristal katı oluşturamaz. Katı, sonunda dinamik tutuklama veya cam geçişi gerçekleştiğinde oluşur, ancak şekilsiz bir katıya dönüşür.

Safsızlıklar, diğer faz geçişlerinin çekirdeklenmesinde önemli bir rol oynar. Örneğin, yabancı elementlerin varlığı metal alaşımlarının mekanik ve manyetik özellikleri üzerinde önemli etkilere sahip olabilir. Bakırdaki demir atomları, iletken elektron dönüşlerinin safsızlık atomuyla manyetik bir bağlı durum oluşturduğu ünlü Kondo etkisine neden olur. Süper iletkenlerdeki manyetik safsızlıklar, girdap kusurları için üretim yerleri olarak hizmet edebilir. Genel olarak safsızlıklar, faz geçişleri için başlangıç noktaları olarak hizmet edebilir çünkü yeni bir fazın sonlu boyutlu bir alanını yaratmanın enerji maliyeti, bir nokta kusurunda daha düşüktür. Yeni bir fazın çekirdeğinin kararlı olabilmesi için kritik bir boyuta ulaşması gerekir. Bu eşik boyutu genellikle bir safsızlık alanında daha düşüktür.

Kaynakça

• Longman'ın İngilizce-Çince Kimya Sözlüğü, Hong Kong, 1997.
• Cheng, E. ve diğerleri, Chemistry   - Modern Bir Bakış, Aristo-Wilson, Hong Kong, 2004